處理量為11000kgh苯

1、第 1 章 緒論1.1 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。塔設(shè)備的設(shè)計和研 究，已經(jīng)受到化工行業(yè)的極大重視。在化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備的性能對于 整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán) 境保護(hù)等各個方面，都有非常重大的影響。精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同 一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移 到汽相中，汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達(dá)到分離的目的。因此 精餾塔操作彈性的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益。1.2 設(shè)計背景為了加強工業(yè)技術(shù)的競爭力，長期以來，各國都加大了塔的研究力 度

2、。如今在我國常用的板式塔中主要為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌型 塔等。填料種類出拉西、環(huán)鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng) 填料等規(guī)整填料也常采用。更加強了對篩板塔的研究，提出了斜空塔和 浮動噴射塔等新塔型。同時我國還進(jìn)口一些新型塔設(shè)備，這些設(shè)備的引 進(jìn)也帶動了我國自己的塔設(shè)備的科研、設(shè)計工作，加速了我國塔技術(shù)的 開發(fā)。國外關(guān)于塔的研究如今已經(jīng)放慢了腳步，是因為已經(jīng)研究出了塔盤 的效率并不取決和塔盤的結(jié)構(gòu)，而是主要取決和物系的性質(zhì)，如：揮發(fā) 度、黏度、混合物的組分等。國外已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究“在提高處理能力和簡 化結(jié)構(gòu)的前提下，保持適當(dāng)?shù)牟僮鲝椥院蛪毫?，并盡量提高塔盤的效 率?！痹谛滦吞盍戏矫鎰t在

3、努力的研究發(fā)展有利于氣液分布均勻、高效 和制造方便的填料。經(jīng)過我國這些年的努力，在塔研究方面和國外先進(jìn)技術(shù)的差距正在 不斷的減小。1.3 設(shè)計條件進(jìn)料量每小時 11000 公斤，原料中含苯 40%（重量），以沸點狀態(tài)送 入塔內(nèi)。要求塔頂餾出物含苯 96%（重量），塔釜殘液中含苯不大于 5%， 操作回流比取最小回流比的 2.5 倍。1.4 問題研究本設(shè)計是針對苯一甲苯的分離而專門設(shè)計的塔設(shè)備。根據(jù)設(shè)計條件 以及給出的數(shù)據(jù)描述出塔溫度的分布，求得最小回流比以及塔頂?shù)南鄬?揮發(fā)度、塔釜的相對揮發(fā)度、全塔平均相對揮發(fā)度，又根據(jù)物料平衡公 式分別計算出精餾段和提餾段的汽、液兩相的流量。之后，計算塔板數(shù)、

4、 塔徑等。根據(jù)這些計算結(jié)果進(jìn)行了塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計等。計算和設(shè)計這些 之后進(jìn)行了有關(guān)的力學(xué)性能計算和一系列的校核。第2章塔的工藝計算2.1 塔溫的分布苯和甲苯的混合物是服從拉烏爾定律的理想溶液。在常壓下它們的 蒸汽壓及汽液平衡數(shù)據(jù)，如下表所示：表一苯和甲苯的蒸汽壓及汽液平衡數(shù)據(jù)t(°C)P苯P甲苯x苯（分子分?jǐn)?shù)y苯（分子分?jǐn)?shù)mmHgmmHg80.027603001.0001.00084.08503330.8230.92288.0957379.50.6590.83092.010784320.5080.72096.01204492.50.3760.596100.013445590.2560.

5、453104.014956250.1550.304108.01659704.50.0580.128114.0174876000由表數(shù)據(jù)作如圖2-1等壓曲線（t-x圖）和圖2-2氣液平衡曲線（y-x 圖）。將進(jìn)料、塔頂和釜液的濃度以分子分?jǐn)?shù)表示為:XfXp780.4440%60%+789296%780.96596%4%芮 925%785%95%+7892= 0.058532陽J.1:圧.11汽相2 液相圖2-1苯-甲苯的等壓曲線根據(jù)圖2-1可確定它定、塔釜和進(jìn)料溫度分別為：tv =820C,tw =108°C,tf =94°C 由于沸點進(jìn)料（q=1）,由圖 2-1 和圖2-2

6、可得和進(jìn)料液體相平衡的蒸汽組成y =0.66，由式（3-53a）得最小回流比:j卅 OS"塔頂?shù)南鄬]發(fā)度:852 - 760“760:sv2.55v 333 - 300 ,300塔釜的相對揮發(fā)度：1748-1659 門：w760 - 704.5704.51659 = 2.35則全塔的平均相對揮發(fā)度:a 平均-v - 245"片F(xiàn)7jT11,圖2-2氣液平衡曲線2.2 物料平衡F =P WFXf = P xp W xw則有:11000 = P W11000 0.44 二 P 0.965 W 0.0585由上述方程式可求得：P =4516（公斤/小時）W二6484（公斤/小時

7、）操作回流比：R =2.5Rmin =2.5 1.39 =3.481. 精餾段液相流量：L = R P =3.48 4516 =15716（公斤 /小時）氣相流量：V =（R 1） P =（3.48 1） 4516 =20232（公斤 /小時）2. 提餾段液相流量：L1 = L 1 F =157161 11000 =26716（公斤 /小時）氣相流量：V I=V =20232（公斤 /小時）2.3 塔板數(shù)的計算圖解法沸點進(jìn)料（q=1）。q線方程為一垂線es,經(jīng)過a點作精餾段操作線, 其截距為：Xp 0.965p0.215R 13.48 1再由b點作提餾段操作線，和精餾段操作線交于e點，連接be

8、得提餾段操作線。在平衡線和操作線之間作階梯，得理論板數(shù)為11.7層，精餾段為5 層，第6層為進(jìn)料板。232差分方程法塔頂餾出物的平均分子量：M 平均，p =0.965 匯 78 十 0.035 匯 92 =78.5塔頂餾出量：4516P二-5"6 =57.5 （公斤分子/小時）78.5L=3.48 P = 3.48 57.5 = 200 （公斤分子 /小時）V = P L =57.5 200 二 257.5 （公斤分子 /小時）進(jìn)料液的平均分子量：M 平均，f =0.44 疋 78+0.56 漢 92 =85.84進(jìn)料量：11000F二000 =128 （公斤分子/小時）85.84L

9、 =L 1 F = 200 1 128 =328 （公斤分子 /小時）釜液的平均分子量：M 平均，w =0.0585 漢78 +0.9415 匯 92 = 91.2釜液量：WW二理=71.1 （公斤分子/小時）M 平均，w 91.2V1-257.5 （公斤分子/小時）1.精餾段：由下面公式可得：P xp (:-1)-V： xp (:-1)-(R 1)L x (a 1)R x (a -1)P XpXpL (： -1) R (： -1)57.5 0.965 (2.45 -1)-257.5 2.45 a =200 (2.45 -1)=-1.91b0.692.4510.965c 3.48 (2.45

10、-1)= 0.191精餾段操作線和平衡線交點的橫坐標(biāo)由下面公式求得:(a b) - (a b)24 cX =-(-1.9 0.69) - ,：(-1.9 0.69)2 -4 0.1912=0.187由于沸點進(jìn)料q=1，所以得:二 Xf 二 0.44由公式nlog -XnXp - X a + b + Xi + Xn-Xi a + b * +xp二求得精餾段理論板數(shù): ./ a+xi、 log(-)b + Xj,0.965 -0.187/ -1.90.690.1870.44、log()0.44 -0.187-1.90.690.1870.965,“1.9+0.187、°八 0.690.18

11、7)n =5.3 （層）2.提餾段：由下面公式求得:-Xwv* 1+ xL1(XwCt:-1b1769 (a b1)(a1 b1)xiy冷=0.44; x = xw = 0.0585 4 c1亠乜0585 箸（0.°585 一器）=-1.3391 1 b0.692.45-11257.50.0585c (1)3282.451=-0.00867-(-1.339 0.69)(-1.339 0.69)2 _4 (-0.00867)l x1ilog1.iy - X i-Xm X i''a1 + b1 +X1 i +xma1 b1 +x ,-ax1il log .b+Xi 一二，

12、取提餾段理論塔板數(shù)（包括塔釜）：,-0.44 0.662 log 110.0585 -0.6483m 二1log-1.3390.69 0.6620.0585-1.3390.69 0.6620.44-1.3390.662-0.690.662=6.14 （層）則全塔理論板數(shù)為:（層）N=5.3+6.14=11.44精確計算：（1）取精餾段的理論板數(shù)為x log -（2）按公式n二嚴(yán) b+Xi+Xn】 宀+宀計算 log（-廠）Xn _托Xn當(dāng)n=5時公式變?yōu)橄旅嫘问?（_ -1.9+0.187 50.69 0.1870.965 -0.187xn 0.187 丿-1.90.69 0.187 Xn-1

13、.90.690.1870.965可求得:Xn= 0.475（3）由公式Xiy1一 Xn F Xf 求得:L11Xiy200 O.475 128 0.44 =0.46（4）由公式m理論塔板數(shù):1 1X iy X i XX ilogXm _111a b x i Xmg1 + b1 + xt +xty ,-a1 di log .b+Xi 一I求得提餾段的log -m 二=-1.339 + 0.69+0.662 + 0.0585 _0.0585-0.662-1.339 0.69 0.662 0.45459'( -1.339 + 0.662、0.69 0.662log -=6.35 （層）精確計

14、算的理論板數(shù)（全塔包括塔釜）為 5+6.35=11.35 （層），和 M T圖解法結(jié)果基本一致。利用差分方程式法可以不必經(jīng)過逐板計算而直接求得每層塔板上 的液體組成。將相應(yīng)的已知數(shù)值帶入精餾段和提餾段方程式，簡化后可 得如下方程式：精餾段：1.953n= 13.41.023 -xn xn -0.187提餾段:0.50m= 0.49xm - 0.0070.662 - xm計算結(jié)果列入下表:每層塔板上的液體組成塔板 序 號n1234567891011X0.910.830.740.610.480.370.270.160.100.060.03783896281074取全塔理論板數(shù)為11層，扣除塔釜一層

15、，則理論板數(shù)為 10層。現(xiàn)取全塔效率為7 5%，則實際板數(shù)為：10N實13.3 取14 （層）0.75精餾段的實際板數(shù)為：N精 56.67 （層）精 0.75取N精=7 （層）提餾段的實際板數(shù)為：N提=14-7 =7 （層）第8層塔板為加料板。2.4 熱量平衡塔頂蒸汽帶出的熱量QvQv =202320.96 93 0.04 8420232 0.44 82= 267.2 104 （千焦 /時）釜液帶出的熱量Qw4Qw =6484 0.495 109 =35 10 （千焦 /時）料帶入的熱量QfQf =11000 0.48 94 = 49.6 104 （千焦 /時）回流帶入的熱量QlQl =157

16、16 0.43 35 = 23.7 104 （千焦 /時）塔釜加熱蒸汽帶入的熱量QdQ Qv Qw - Qf QlN.267.2 35 -49.6 -23.7104=228.9 104 （千焦 /時）熱量損失設(shè)熱量損失為10%,則Qd = 228.9 104 1.1 = 251.8 104 （千焦 /時）塔的熱量平衡2.5 塔徑計算精餾段液體重度：l =812（千克/米3）蒸汽重度：v =2.68（千克/米3）液體的體力流量：L =15716 =19.35（米 3 /時）二5.4 10 （米 3 /秒）812蒸汽的體積流量：V = 20232 =7549.25（米 3 /時）=2.09（米3

17、/秒）2.68取板間距Ht =0.4米，板上清液層高度為hL -0.07米,則分離空間He二Ht -hL =0.33米。5.4 10 ”V V查負(fù)荷系數(shù)圖得:2.09業(yè)彳=0.04492.68C=0.075苯在820C時的表面張力為二=21（達(dá)因/厘米）嚴(yán)2由公式毀=20 可求得:C - = 0.07f2 =0.065520嚴(yán)丿由公式W最大二Cy _YL V可求得最大允許空塔速度為:2.68W最大-0.0655、812 一 2.68 =1.15（米 / 秒）適宜空塔速度:WK =0.85 1.15=0.977（米 /秒）塔徑由公式D =2.090.780.977 =1.65 米提餾段液體重度：

18、汽相重度：V1 =2.93（公斤 /米3）液體的體積流量：U 二些口6 =34.25（米3 /時）二 9.5 10 （米3/秒） 780蒸汽的體積流量：V1 = 20232 =6905（米 3 /時）=1.92（米 3 /秒）2.93取 Ht -0.4 米；hL =0.07 米;貝 y He =0.33 米1 1L11L 29.5 10”780 21 0.0808V11v1.922.93查負(fù)荷系數(shù)圖得：1C =0.067甲苯在1090C時的表面張力為-=18.2（達(dá)因/厘米）由公式嚴(yán) 0.2魚=卻求得:0.067 二 0.0658、°.22018.2由公式W最大二C.-L V求得最大

19、允許空塔速度為:W最大.o.06587". 米 / 秒）適宜的空塔速度：WK =0.85切.072 =0.911（米 /秒）塔徑公式D ： 一V求得： 0.785Wk11 72D1 =訃匕2=1.55（ 米）Y 根據(jù)計算，精餾段和提餾段塔徑選用D=1.7（米）,此時兩段的實際空塔速度為：WK =0.921（米 /秒）WK =0.788（米 /秒）相應(yīng)的空塔動能因數(shù)為：Fk -0.921. 2.68 =1.50F： = 0.788 Q293 =1.35均屬正常操作范圍。2.6 塔板結(jié)構(gòu)根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，塔板采用電流程和分塊 式組裝。降液裝置1. 偃長取 5=0.65

20、;0.65 1.7 =1.1 米D2. 偃咼由公式 h| -hwhohw2.44zx. 0.667匸求得（1）精餾段hw 二 h| -2.44尹、0.667= 702.44勺9.35）"廠/亠業(yè)、I =53.5 （毫米）< 1.1 丿（2）提餾段hW 二 h； -2.44丄 0.667= 702.44亠-% 0.667'34.25 =46 （毫米）I 1.1 丿上下兩段偃高均選用50毫米。3. 降液管面積當(dāng)Lw .0.65時，由查表得:DW1 =0.12,Wd =0.12 1.7=0.204DAf = 0.068, Af =0.068 0.785 1.7 2At= 0.

21、154 米2塔的相對操作面積為:1 -2 0.068100% =86.4%4. 液體在降液管中的停留時間由公式.亠嚴(yán)求各段的停留時間:（1）精餾段0.154 0.4門311.45 秒5.4 10（2）提餾段10.154 0.436.55 秒9.5 105. 降液管下端和下層塔板間的距離h。精餾段和提餾段降液管下端和塔板間出口處的液體流速分別取_ 1Wd =0.1（米/秒 及Wd =0.175咪 /秒）由公式ho米可求得hoLw譏（1）精餾段54 10"tho =00.049 米1 仆 0.1（2）提餾段h； = 9.5“0= 0.050（米 ）1.1 0.175上下兩段均選用h0 =

22、50毫米浮閥的布置選用十字架型圓盤浮閥，閥徑為 50毫米，閥重3032克，塔板上孔徑為40毫米，最大開度8毫米。由公式W。Lp二1030.53求閥孔的臨界速度（或選定適宜的閥孔動1閥孔速度（2）提餾段= 6.61 （米/ 秒）0.53能因數(shù)F。，求出閥孔速度W0）（1）精餾段0.53= 6.92 （米/ 秒）上下兩段相應(yīng)的閥孔動能因數(shù)為：Fo =6.92 .2.68 =11.33F0 =6.61293 =11.32均屬正常操作范圍。2. 開孔率由公式100%求得：Wo（1）精餾段0 921 100% =13.3%6.92（2）提餾段1 二0788 100% =11.9%6.61= 13%?？紤]

23、到塔板加工方面起見，上下兩段的開孔率均采用3. 閥孔總面積由公式A0 =At%求得：A0 -2.12 13% =0.275 米24. 浮閥總數(shù)由公式N0A 2求得：0.785Ud0 !N。0.2752 =218.95 取整為 219（個）0.785 "0.04 25. 塔板上布置浮閥的有效操作面積已知 Wd 二 0.204取Wf = 0.070 ； Wc =0.05;由公式可求:DxWd ：:; 'Wf I21 7x0.2040.0702=0576 （米）D1 7WC0.050 = 0.80 米2 2由公式Aa =2 x ；r2 -x2r2 sin'可得塔板上布置浮閥

24、的有180r _效操作面積為:2220.576Aa =20.576. 0.8 -0.5760.8 sin -_ 180 0.8=1.53（米 2）塔板有效操作面積為：1.53100% = 72.2%2.126. 浮閥的排列設(shè)垂直于液流方向的閥孔中心間距浮閥采取等腰三角形叉排排列Aa為t，和此相應(yīng)的每排浮閥中心線之間距離t1二75毫米，由公式tNot1求得：1.53t 2190.093取 t=90（毫米）0.0752.7 流體力學(xué)計算塔板壓力降1.精餾段（1）干板壓力降2由公式.pc =4.07 V得:2xg6.92"Pc = 4.072.682 9.81=26.6毫米水柱 =32.8

25、毫米液柱(2)克服液體表面張力的壓力降由公式巾.一二 得：a h_42X21X1.02X10= 0.535毫米水柱 40.66毫米液柱(3) 通過泡沫層的壓力降由公式 pn =0.4 hw 2.44LlLw0.667得:pn =0.4 50 2.44尹J.66719.35CTT丿=36.5 (毫米液柱)取泡沫層比重為0.4，貝UPn =0.4 36.5 =14.6 (毫米液柱)塔板的總壓力降：p總=26.60.535 14.6 =41.7 毫米水柱以液柱表示：hi =32.80.66 36.5 =70 毫米液柱2.提餾段(1)干板壓力降A(chǔ)i由公式心,p： =0.85乂4°刑00.11

26、5得:i30 漢 10，o ii5Ap： =0.85 疋 漢(6.61 ).0.7850.04=25.8 （毫米水柱）=33 （毫米液柱）（2）克服液體表面張力的壓力降由公式=p.-=得：_42 18.2 1.02 10"口 h8 10”=0.47 （毫米水柱）=0.6 （毫米液柱）（3）通過泡沫層的壓力降嚴(yán) *0.667'l由公式人Pn =0.4hw +2.44 疋一 得:Qw丿-,0.667= 0.4 50 2.4434.24I1.1=44.2 （毫米液柱）=35.5 （毫米水柱） 塔板的總壓力降p總=25.8 0.4735.5 二 61.77 毫米水柱=330.644.

27、2 =77.8 毫米液柱2.7.2 霧沫夾帶量已知Ht =400毫米，所以， ； =0.159, 2 =0.95, ；： =86.4%,即-0.71.精餾段由精餾段公式可以求的得：m = 5.63 10 占5= 5.63 10.0.29521x I x2.680.425-812-2.680.8874 10-6= 0.660.052hle -H/ 2Aam3.70.159 匯（0.052661.72）咒 C 0.935 I4000.74000.05 漢0.72J .53 匯 0.66 丿=0.6910，（公斤液/公斤汽）10%2.提餾段由上面公式求得:= 5.63 10*尹,0.2952.93尹

28、.0.42 5仃80*“.591030.159 漢（0.052 疋 73.51.72 L I 0.855;3.74000.95 0.721.53 0.59-0.92 10 ° （公斤液/公斤汽）10%溢流狀況的計算根據(jù)公式驗算降液管內(nèi)清液層的高度。1.精餾段降液管下端出口處液體的流速及液柱高度為:Hdc -：P/rL Hw HudHud =0.178 103 Wu：Wud取0.2 則Hud =5.12 （毫米液柱）所以，0.667Hdc =70+50+2.44x（1.1 ）+5.12=141 （毫米液柱）2.提餾段方法同上：所以可求：H de =77.8 50 23 5.12=155

29、.92（毫米液柱）r 1 1由于Hde及H de均小于一H T =200，所以不會產(chǎn)生液泛。2負(fù)荷上下限1.霧沫夾帶量控制計算設(shè)霧沫夾帶量為e=10%并以提餾段計:可求出10.90.92%Wk 上1 - 1.63V上 =1.63 2.01 =3.27 （米 3 /秒）2.以淹塔控制計算取 H de =0.5 Ht為簡化計算起見，忽略液體負(fù)荷變動所產(chǎn)生的影響，以提餾段計:Hde - P總上50 23 5.1 =200所以，祁總上=121.9毫米液柱也p；牛廠 121.944.2 0.6 = 77.1（毫米液柱）= 1.529所以，W0上=6.34 1.529 =9.6（米 /秒）Fo1 上 “6

30、.6V上 =1.72 1.529 = 2.6（米3/秒）由此可知，該塔為淹塔所控制。1F o下 5r -100% =30%F。上 16.6則：V下=1.72 0.3 =0.51（米3/秒）第3章塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 塔頂塔頂空間塔頂空間一般取Ha=1.21.5米，在此，我們?nèi)∷斂臻g為Ha=1.5 米。塔頂蒸汽出口取管內(nèi)蒸汽流速Ut =15m ，Vt =0.977則塔頂蒸汽管直徑:dT二 uT4 °.977 =0.288 米二 15塔頂蒸汽管尺寸為300 6.5mm的標(biāo)準(zhǔn)管。選用法蘭為Pn =4.QMP3,Dn = 300mm，帶頸平焊鋼質(zhì)管法(HG20594-97。3.2 人孔選擇D

31、N450m人孔，其中人孔處塔板間距為 600mm人孔數(shù)一共5 個，位置分別為：人孔1位于1塔板上，人孔2位于4，5塔板之間， 人孔3位于加料板8 下，人孔4位于12塔板下，人孔5位于14塔板下。3.3 塔底塔底空間/ 1取停留時間為5分鐘，而已知V1“5 10（米3/秒）, -VA，而31A d5 V1 605 9.5 計 60 =1.1 米兀21.724在此取H s =1.5米。332塔底出口可公式36。： Wul求得釜液出口直徑:4 26716-0.110 米3600 3.14 1 780取釜液出口管尺寸為： 120 7.5mm的標(biāo)準(zhǔn)管。法蘭為PN =4.0MPa,DN = 120mm的帶

32、頸平焊鋼制管法蘭（HG20594-97。3.4進(jìn)口塔頂回流進(jìn)口回流液由泵輸送時，Wr速度可取1.52.5 （米/秒）。由公式dR二.360： Wr L求得塔頂回流進(jìn)口管直徑:4 15716= 0.058 米3600 3.14 1.6 812取塔頂回流進(jìn)口管尺寸為：''80mm 4.5mm的標(biāo)準(zhǔn)管。法蘭為Pn =4.0MPa,DN =80mm，帶頸平焊鋼制管法蘭（HG20594-97。原料進(jìn)口料液由泵輸送時Wf可取1.52.5 （米/秒），現(xiàn)取Wf =1.5進(jìn)料管管徑:由公式得dF.3600 二 1.5 812,411000dF3600 二 1.5 812=0.057取原料進(jìn)口管

33、管徑為： 804.5mm的標(biāo)準(zhǔn)管。法蘭為Pn =4.0MPa,DN =80mm，帶頸平焊鋼制管法蘭（HG20594-97。3.5 裙座裙座的形狀為了制作的方便，裙座我們選用圓筒形裙座。裙座和塔殼的連接裙座和塔殼的連接采用對接接頭形式。排氣孔或排氣管查表得出結(jié)構(gòu)尺寸為：76 mm，數(shù)量為4個.排氣孔的中心線距離裙座頂端的尺寸為H=180mm人孔DN450，位置H=900 , 數(shù)量一個。開設(shè)人孔的目的是為了方便檢修。3.6 塔盤塔盤類型為了方便在塔的內(nèi)部進(jìn)行拆裝工作，因此我們選用分塊式塔盤。塔盤板形狀選用矩形塔板363支持圈和支持板的尺寸支持圈寬度為40mn,支持板寬度為40mn,材料為碳鋼，厚度

34、為6mm塔盤分塊結(jié)構(gòu)如下圖:444塔盤分塊結(jié)構(gòu)第4章強度校核設(shè)計條件：地區(qū)的基本風(fēng)壓值q° =450N/m2、地震設(shè)防烈度=6級、塔內(nèi)裝有14 層浮閥塔盤、每塊塔盤存留的介質(zhì)高為 70mm介質(zhì)密度為800公斤/立 方米，塔殼外表面保溫層厚度為 100mm、保溫層材料密度為300公斤/ 立方米、塔上每隔6m安裝一層操作平臺、寬1m操作平臺共2層、單 位質(zhì)量為100公斤/平方米,包角為180度。塔內(nèi)設(shè)計壓力為0.1MPa設(shè) 計溫度為1500C、塔殼厚度附加量為3mm裙座厚度附加量為2mm裙 座高為3m焊縫系數(shù)取0.9 ;塔全高為13540mm4.1塔殼厚度計算塔體材料選用20R設(shè)計條件下

35、的許用應(yīng)力為：t t =132MPa圓筒厚度為：2 b-P0.1 "7002 132 0.9 -0.1=0。175 （毫米）封頭厚度為：PxDjX K2 U ： * 0.5 P0.1 1700 12 132 0.9 - 0.5 0.1=0.176 （毫米）選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以K=1,因為鋼板最小厚度不得小于 4毫米，所以取圓筒和封頭的厚度為 4 毫米加上厚度附加量3毫米等于7毫米。最后取厚度為8毫米的標(biāo)準(zhǔn)鋼 板。4.2質(zhì)量載荷計算塔殼及裙座質(zhì)量m01Do 2 -Dj2 H 41.7162 -1.7213.54 78504=4560.3 （千克）人孔、法蘭和接管附件等的質(zhì)量ma =

36、0.25 m01 =0.25 4560.3 =1140 （千克）423塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量兀兀/ r- r 、 m02Di 14 751.7 14 75 =1401.22 （千克）44保溫層質(zhì)量2 2m031.916 -1.71613.54 -3 3004=1803（千克）平臺扶梯質(zhì)量m°4 =40 13.543.9162 -1.916 100 2 0.54=989.86 （千克）操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量m°5Di he :n 144ji1.7 0.07 800 144=1046.2 （千克）充水質(zhì)量mw1.72 13.54 -3 1000 =23911.5 （千克）4塔器的操作質(zhì)量=

37、m°1 m°2 m°3 - m°4 m°5 ma=4560.3+1401.22+1803+989.86+1046.2+1140=10940.58 （千克）塔器的最大質(zhì)量mmax = m°1 m°2 m°3 m°4 ma - mw=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140+23911.5=33805.88 （千克）塔器的最小質(zhì)量mmin = moi mo2 m03 m04 ma=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140=9894.38 （千克）4.3 塔的自震周期

38、計算心0.33皿冊”1013540 10940.58.9 1.89 105 17003=0.47(s)4.4 地震載荷及地震彎矩的計算由于設(shè)計條件中規(guī)定地震裂度為小于等于6級，所以在此地震載荷及地震彎矩均可忽略不計。4.5風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算風(fēng)載荷計算內(nèi)容計算結(jié)果第一段第二段第三段塔段長度m0-55-1010-13.54基本風(fēng)壓值q。2450N / m動載荷系數(shù)K10.7扶梯當(dāng)量寬度k3400保溫層厚度J100管線保溫層厚度mm100操作平臺當(dāng)量寬度K4600風(fēng)壓咼度變化系數(shù)fi0.81.01.14各計算段的外徑DOi mm1716各計算段的有效直徑Deimm2716各計算段的風(fēng)振系數(shù)K2i當(dāng)塔

39、高小于20m時，取1.70各計算段長度li mm500050005000各計算段水平風(fēng)力P NP =0腫2存105817.677272.098290.18風(fēng)彎矩各段截面的風(fēng)彎矩:0-0截面的風(fēng)彎矩:04 L1L2 'L3 !Mw= Pi漢+ P2匯Li+ P3漢Li+ L2 +|2I2 丿i2 )8=1.47 10 N1-1截面的風(fēng)彎矩：M防=P2 乂且+ P3L2 +直j2l 2丿6.46 107 N2-2截面的風(fēng)彎矩:2 -2wP3L32=2.1 107 N4.6最大彎矩最大彎矩根據(jù)下面公式計算，并取其中最大者:i -i-.i丄maxM max = ME1 Me 0.25M：1計算

40、結(jié)果如下：0-0 截面：Mm； =1.47 108 N.mm1- 1 截面：MmaX =1.29 108 N.mm2- 2 截面：M；： =4.83 107 N.mm4.7圓筒應(yīng)力校核驗算塔殼2-2截面處操作時和壓力試驗時的強度和穩(wěn)定性。計算結(jié) 果見下表：塔操作時的應(yīng)力校核：計算截面2-2截面以上的塔的操作質(zhì)量m2 2 kg9870.7Kg224780mm計算截面的橫截面積A - iDj-ymm塔殼的有效厚度；emm8mm截面的截面系數(shù) Z =0.785Di emm31.8 107最大彎矩M；：MPa4.83 107 MPa許用軸向壓應(yīng)力132許用軸向拉應(yīng)力1.2二七G MPa142. 56二

41、1 =PDi /(4、e)MPa1.64 MPa2.66 MPa22重力引起的軸向應(yīng)力 6二 g MPa心42厶彎矩引起的軸向應(yīng)力 6 =4M2maLMpa兀Di 6軸向壓應(yīng)力二2；31.64+2.66=4.3 132 MPa結(jié)論：根據(jù)結(jié)果可知塔操作時圓筒穩(wěn)定。壓力實驗時的應(yīng)力校核rjPt液注靜壓力=PtgMPa0.2304 MPa液壓試驗時截面上的塔的質(zhì)里2 2mT28700許用軸向壓應(yīng)力132 MPa許用周向應(yīng)力0.9-：sGMPa198. 45 MPa許用軸向拉力0.9k、；sGMPa238. 1 MPa實驗壓力引起的周向應(yīng)力-T =24.7 198.45 MPa(PtrH /g)Q飛)

42、、-TT憾iei壓力引起的軸向 應(yīng)力12.24 MPa-PTDi /(4 e)MPa2 -2重力引起的軸向應(yīng)力匚2二 MPaWei6.59 MPa5.3-1.64+2.66=6.23 142.56 MPa組合拉應(yīng)力；-；2亠飛軸向壓應(yīng)力“D：'：ei._，2卜_，36.59+0.79=7.38 132 MPa組合拉應(yīng)力12.24-6.54+0.79=6.49 198.45MPa結(jié)論：根據(jù)結(jié)果可知道壓力實驗時圓筒穩(wěn)定。4.8裙座殼軸向應(yīng)力校核裙座材料選用：Q235-A采用對接焊縫、由于是圓筒形裙座，所以Dis =1.7m。為了方便選材壁厚S=8mm裙座材料的許用應(yīng)力P=127X 106、

43、查表知 B=70X106操作時的壓應(yīng)力計算由于 Mf=14.7"08N.mm匚壓一W.As=15.4 106Pa：B=70 106 Pa所以，操作時的壓力校核合格。水壓實驗時的壓應(yīng)力計算0.3MW" + Md 亠 9.8m0WsAs=12.14 106Pa ：B=70 106 Pa所以，水壓實驗時的壓力校核合格4.9基礎(chǔ)環(huán)的計算由于裙座內(nèi)徑為Djs=1700mm：所以取基礎(chǔ)環(huán)尺寸為：夕卜徑：D°b = Djs (0.16 0.40)m=1700+300=2000mm內(nèi)徑：。巾=Djs -(0.16 0.40)m=1700-300=1400mm基礎(chǔ)環(huán)截面面積：22二

44、(D ob - Dib)444= 兀(2000 -1400 )=1.60106mm2基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)為:Z J (Dob4 -D：)Zb 一32Dob=5.965 108= 0.485二K b maxU2My =0.061bmaxl基礎(chǔ)環(huán)厚度為：6M g =6 1489.7b A b 132 106=0.0082(米)其中Mg為Mx、My二者中較大的者。由于基礎(chǔ)環(huán)厚度不應(yīng)過小，所以在此我們?nèi)?Sb=18mm4.10地腳螺栓計算求風(fēng)側(cè)最大拉應(yīng)力由于最小質(zhì)量 Min=9573.8Kg、風(fēng)彎距M W"0 =1.47漢108 N.mn;以及偏心距 M e =8.17 107 N.mm所以最大拉應(yīng)力:MW+Memmin 乂 gZbAb=1.47 x108 + 8.17X1079 5 73.8 X 9.88 65.965 101.60 10=0.33MPa計算地腳螺栓直徑首先，選擇出螺栓的個數(shù)為32個、螺栓材料的許用應(yīng)力為Bt=132MPa 腐蝕裕量 C=3mm那么，地腳螺栓的直徑為:di4 0.33 1.6 106V 兀 X 32 匯 132=15.6mm所以，選