精餾塔畢業(yè)設(shè)計

PAGEXXXX大學(xué)設(shè)計說明書題目：2.6萬噸/年乙烯精餾塔設(shè)計 院系：機械工程學(xué)院_______________專業(yè)：過程裝備與控制工程專業(yè)_____班級：2001—02班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：_論文提交日期：2005年6月25日論文答辯日期：2005年6月27日

內(nèi)容摘要塔設(shè)備是化工、石油等工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備。塔設(shè)備的基本功能在于提供氣、液兩相以充分接觸的機會，使質(zhì)、熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進行；還要能使接觸之后的氣、液兩相及時分開，互不夾帶。塔設(shè)備主要應(yīng)用在石油化工行業(yè)，其種類很多，比如有常壓塔，加壓塔及減壓塔，還有按單元操作分有精餾塔，吸收塔，萃取塔，反應(yīng)塔，填料塔，干燥塔等。本次設(shè)計的是2.6萬噸乙烯精餾塔，在本次設(shè)計中主要包括三大方面的內(nèi)容：一是工藝計算，二是強度及穩(wěn)定性的計算，三是專題部分。第一部分主要進行了物料衡算，塔內(nèi)物件尺寸的確定，各種管徑的確定，附屬設(shè)備的選擇等等。第二部分在強度及穩(wěn)定性計算中，計算出塔器的各部分質(zhì)量，對塔的三個危險截面進行校核，主要是質(zhì)量載荷，風(fēng)載荷和地震載荷的計算。還要進行補強的計算。最后是專題部分，即吊柱的選用與校核。關(guān)鍵詞：板式塔精餾設(shè)備填料塔AbstractTowerequipmentistheimportantproductionequipmentthatchemicalindustry,petroleum,etc.usedextensivelyinindustry.Thebasicfunctionofthetowerequipmentliesinofferingtheangry,chanceinordertobefullycontactedoftwophaseofliquid,makethequality,twokindsofhottransmittanceprocesscangoonpromptlyandefficiently;Canisitexposedtogas,liquidtwophaseafterseparateintime,carryeachothersecretlytomakealso.Thetowerequipmentisappliedtothetradeofpetrochemicalindustrymainly,thereisalotofitskind,forexamplethereareatmosphericpressuretowers,pressurizeinthetowerandreducepressureinthetower,operateanddividerectifyingtoweraccordingtotheunit,absorbthetower,liebetweenandsuckthetower,extractthetower,thereactiontower,drytower,etc..Theonethatdesignedis2thistime.Therectifyingtowerof60,000tonsofethylene,designmaincontentincludingthreemajorrespectsinChinathistime:First,thecraftiscalculated,second,thecalculationoftheintensityandstability,third,thematicpart.FirstpartBeregardedastheweighingapparatusofthesuppliesmainly,thesurenessofthesizeofthethingsinthetower,thesurenessofdifferentpipediameters,choiceoftheaccessoryequipment,etc..SecondpartIntheintensityandstabilityarecalculated,calculateouteverypartofqualityofthetowerdevice,checkthreedangeroussectionsofthetower,mainlyqualityload,thecalculationwithloadedwindloadandearthquake.Mendstrongcalculation.Itisathematicpartfinally,namelyhangtheexertionandcheckofthepost.Keywords:TrayTowerDistillingEquipmentPackedtower目錄TOC\o\h\z\u塔設(shè)備概述 1第一部分：工藝計算 3第一節(jié)物料衡算 31) 塔頂產(chǎn)品量 32)塔釜,塔頂流量及組成 3第二節(jié)確定塔溫 41）塔釜溫度的確定 42）塔頂溫度的確定 53）進料溫度 5第三節(jié)塔板數(shù)的計算 61）確定最小回流比 62）確定最小理論板數(shù) 74）實際塔板數(shù) 75）確定進料板位置 8第四節(jié)塔徑計算 81）精餾段塔徑 82）提餾段塔徑 12第五節(jié)塔內(nèi)物件的工藝尺寸 12第六節(jié)流體力學(xué)驗算 141）氣體流過塔板的壓降 142)液泛校核 153）沫夾夾帶情況 15第七節(jié)安全操作范圍和操作線 161）精餾段 162）提餾段 17第八節(jié)附屬設(shè)備的選擇 181）全凝器的選擇 182)再沸器的選擇 193)回流泵的選擇 19第九節(jié)管徑設(shè)計 19第二部分強度及穩(wěn)定性計算 21第一節(jié)圓筒和封頭的厚度和強度計算 21第二節(jié)載荷的計算 211)質(zhì)量載荷的計算: 212)塔的自振周期 233）地震載荷及地震彎矩的計算 234）風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算： 255)最大彎矩 26第三節(jié)應(yīng)力校核 271)圓筒應(yīng)力校核： 272)裙座殼軸向應(yīng)力校核： 28第四節(jié)基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 291）基礎(chǔ)環(huán) 292）地腳螺栓計算： 303）肋板計算： 314）蓋板計算： 31第五節(jié)補強計算 321）塔頂蒸汽出孔 322)人孔的補強計算 333)進料管接管補強 34第三部分吊柱的強度計算 351）設(shè)計載荷 352)曲桿部分的校核 352）柱的校核 37參考文獻 37附錄英文翻譯 39致謝 44塔設(shè)備概述塔設(shè)備是化工、石油等工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備。塔設(shè)備的基本功能在于提供氣、液兩相以充分接觸的機會，使質(zhì)、熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進行；還要能使接觸之后的氣、液兩相及時分開，互不夾帶。因此，蒸餾和吸收操作可在同樣的設(shè)備中進行。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，塔設(shè)備可分為板式塔與填料塔兩大類。板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板(或稱塔盤)，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動的液層；氣體則靠壓強差推動，由塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)進行逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下；氣相則在壓強差推動下穿過填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤濕表面上進行接觸，其組成沿塔高連續(xù)地變化。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時多采用板式塔，而當(dāng)處理量較小時多采用填料塔。蒸餾操作的規(guī)

模往往較大，所需塔徑常達一米以上，故采用板式塔較多；吸收操作的規(guī)模一般較小，故采用填料塔較多。板式塔結(jié)構(gòu)簡圖1——1——氣體出口2——液體入口3——塔殼4——塔板5——降液管6——出口溢流偃7——氣體入口8——液體出口浮閥塔板的結(jié)構(gòu)原理浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片，閥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)90°，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結(jié)。操作時，由閥孔上升的氣流經(jīng)閥片與塔板間隙沿水平方向進入液層，增加了氣液接觸時間，浮閥開度隨氣體負荷而變，在低氣量時，開度較小，氣體仍能以足夠的氣速通過縫隙，避免過多的漏液；在高氣量時，閥片自動浮起，開度增大，使氣速不致過大。浮閥塔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。塔設(shè)備主要有三個參數(shù)作為其性能好壞的評價指標(biāo)，即通量、分離效率和操作彈性。通量是指單位塔截面的生產(chǎn)能力，其表征塔設(shè)備的處理能力和允許的空塔氣速。分離效率是指單位壓力降的分離效果，板式塔以板效率表示，填料塔以等板高度表示。操作彈性即塔的適應(yīng)能力，表現(xiàn)為對處理物料的適應(yīng)性和對氣液負荷波動的適應(yīng)性。塔的通量大、分離效率高、操作彈性大，塔的性能就好。第一部分：工藝計算第一節(jié)物料衡算塔頂產(chǎn)品量按7200小時/年考慮，摩爾流量(C2H4):=128.74kmol/h2)塔釜,塔頂流量及組成表1進料各組分組成及性質(zhì)組分C2H4C2H6C3H6CH4沸點-103.7-88.6oC-47.7-161.5分子量28.0530.0742.0816.04組成0.889890.098430.005100.00658選擇乙烯為輕關(guān)鍵組分，乙烷為重關(guān)鍵組分，比乙烯沸點低的甲烷是輕組分，比乙烷沸點高的丙烯是重組分，兩關(guān)鍵組分揮發(fā)度相差較大，且兩者是相鄰組分，為清晰分割情況，比重關(guān)鍵組分還重的丙烯在塔頂不出現(xiàn)，比請關(guān)鍵組分還輕的甲烷在塔頂不出現(xiàn)。這樣塔頂餾出液由甲烷乙烯和少量乙烷組成。塔釜由丙烯乙烷和少量乙烯組成。規(guī)定：塔頂乙烷含量，<0.01塔釜乙烯含量〈0.03即xDC2H6=0.001,xwC2H4=0.003表2組分C2H4C2H6C3H6CH4∑進料量KMol/h88．9899．8430．5100．658100塔頂產(chǎn)品流量KMol/h89-0．003w0.00100.6f58D塔釜產(chǎn)品流量KMol/h0.003w9.843-0.001w0.5100W在全塔內(nèi)對乙烯進行物料衡算：F=D+W……1）f×0.88989=129.78×0.992+w0.000303 FX=DXD+Ww……2）f=129.78+w解得W=14.9424kmol/hF=144.72kmol/h則塔頂塔釜摩爾分率及摩爾流量列于表3表3塔頂塔釜摩爾分率及摩爾流量組分C2H4C2H6C3H6CH4∑塔頂產(chǎn)品摩爾流量128.740.129600.9474129.778組成0.9920.00099900.00731塔底產(chǎn)品摩爾流量0.0452814.1560.7402014.9424組成0.003030.94740.0495401第二節(jié)確定塔溫1）塔釜溫度的確定查P-T-K圖，計算y=KX=1假設(shè)泡點溫度為20℃則可查烴類P-T-K得C2H4、C2H6、C3H6、CH4得K依次為20.5,16,4.6,7.6代入得=0.00303×20.5+0.9474×16+0.04954×4.6+7.6=15.4>1說明此泡點溫度過高。假定溫度為-10OC=1.34×0.00303+0.93×0.9474+0.28×0.04954=0.899<1假定溫度為-2OC=1.54×0.00303+1.24×0.9474+0.33×0.4954=1.00003所以：塔釜溫度為-2OC2）塔頂溫度的確定采用全凝器。采用P-T-K圖查出ki值計算y=KX塔頂溫度=1假設(shè)露點溫度為-20℃==++=0.913<1說明此溫度偏高假設(shè)露點溫度為-25℃：==++=1.0364>1試差法：-25℃+×1=-24.05℃所以：塔頂溫度為-24OC3）進料溫度查P-T-K圖，計算y=KX=1假設(shè)泡點進料且溫度為-20℃=1.34×0.88989+0.927×0.09843+0.267×0.0051+5.55×0.00658>1說明此進料溫度過高假設(shè)進料溫度為-23℃=1.01×0.08989+0.682×0.09843+0.179×0.0051+5.05×0.00658=1.00006所以：進料溫度為-23OC對塔的各部位溫度列于下表中表4塔的溫度列表塔底塔頂進料-2℃-24℃-23℃第三節(jié)塔板數(shù)的計算1）確定最小回流比假定塔內(nèi)各組分的相對揮發(fā)度恒定，且為衡分子流，由恩德無德公式視差求。++……+=1-q…………（1）++……+=RM+1…………（2）式中：XFA,XFB,XFC——進料中A，B，C組分的分子分數(shù)；XPA，XPB，XPC——塔頂組分A，B，C組分的分子分數(shù)；q——進料熱狀態(tài)參數(shù)。泡點進料，q=1;有關(guān)數(shù)據(jù)及αi列表如下：表5組分C2H4C2H6C3H6CH4∑XF0.8840.098430.00510.006581XP0.9920.00099900.00731KI1.010.6820.1795.05αi1.4810.267.4將數(shù)據(jù)帶入（1）式中：試取θ計算：θ=1.533(1)式=0.07530θ=1.35(2)式=-0.03740內(nèi)插法得θ=1。48，將θ帶入（2）式，求的Rm,解得：Rm=2.2664取回流比R=1.5×Rm=3.42）確定最小理論板數(shù)理論回流比可取為1.5R=3.263）確定理論板數(shù)理論板層數(shù)由芬斯克方程求NN==31.256=0.3469查吉利蘭圖得=0.36解得N=43.2取44塊（不包括再沸器）所以：理論塔板數(shù)為44塊。4）實際塔板數(shù)E=0.49（）塔頂，塔釜的平均溫度T=-13℃查烴類P-T-k圖，得平衡常數(shù)：KC2H4=1.455,KC2H6=0.839——相對揮發(fā)度為：=1.7432==0。88989×0。07+0。09843×0.07+0.0051×0.0051+0.00658×0.02=0.06999解得E=0.822所以：實際板數(shù)N==44/0.882=53.5取55塊5）確定進料板位置精餾段板數(shù)n=（1）提留段板數(shù)m=（2）m+n=54（3）（注為輕關(guān)鍵組分對重關(guān)鍵組分相對揮發(fā)度，取塔頂、進料、塔釜三處得幾何平均值）（）==1.642（）==1.732則n=21.87取22塊則提留段板數(shù)為m=54-32=32第四節(jié)塔徑計算1）精餾段塔徑a)氣液相負合及重度精餾段以塔頂為計算基準(zhǔn)，表6塔頂各組分得臨界性質(zhì)列組分%（分子）P（kg/cm）P×%（分子）TT×%（分子）分子量MM×%（分子）C2H40.99250.4830.076282.9280.628.0527.8C2H60.00099948.290.0482`305.330530.070.07CH40.007345.790.334190.91.3910.040.117合計150.46282.327.947對比壓力：===0.42對比溫度：==0.882查得壓縮系數(shù)Z=0.75塔頂上升蒸汽量：G=VD=（R+1）D=571kmol/h體積流量：=416.4立方米/小時塔頂上升蒸汽重度：Υv=38.32kg/m3表7進料各組分得臨界性質(zhì)組分%（分子）P（kg/cm）P×%（分子）TT×%（分子）分子量MM×%（分子）C2H40．8898930．4844.922282.9251.7528.0524.96C2H60.0984348.294.75305.330.0530.072.96C3H60.005145.370.23364.91.8644.090.215CH40.0065845.790.3190.91.2616.040.11合計————50.2——284.92——28.25對比壓力：===0.418對比溫度：==0.872查得壓縮系數(shù)Z=0.691體積流量：=0.107M3/S精餾段氣相負合：=0.113M3/S表8塔底各組分得臨界性質(zhì)組分%（分子）P（kg/cm）P×%（分子）TT×%（分子）分子量MM×%（分子）C2H40．0030350．480．153282．90．85728．050．085C2H60．987048．5645．87305．8289．630．928．45C3H60．0495645．76190．8305.3281.425530.0727.7185CH4045.37——190．9——16．04——合計1——45．79——308．3——30．76對比壓力：===0.436對比溫度：==0.879查得壓縮系數(shù)Z=0.70上升蒸汽量：G=VD=（R+1）D=（3.26+1）×124.849=571公斤/小時體積流量：=422.9立方米/小時查《輕碳氫化合物數(shù)據(jù)手冊》圖2-15、2-17得各組分重度；表9塔頂各組分重度組分C2H4C2H6C3H6CH4重度0．4250．465——0表10進料各組分重度組分C2H4C2H6C3H6CH4重度0．4210．4620．54——表11塔釜各組分重度組分C2H4C2H6C3H6CH4重度0．350．4270．555——塔頂各組分質(zhì)量流量百分比：qDC2H4=0.928qDC2H6=0.001qDCH4=0.0042解得γlD=0.4575塔底各組分質(zhì)量流量百分比：QwC2H4=0.00276qwC2H6=0.9363qwCH4=0.0712解得γlWw=0.4339則精餾段液相重度===445.5kg/m3液相負荷=26.95m3/h動能參數(shù)=0.2236取板間距H=0.4m塔板上清液層高度為=0.07m查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C=0.05查《輕碳化合物》圖4-1、4-2得表面張力表12混合液的表面張力甲烷乙烯乙烷丙烯03.486.2113.6=0.9916×3.6+0.001×6.2=3.46由式=（）得==0.0352塔頂最大空塔速度Wmax=C=0.1136m/s空塔氣速W=0.7×W=0.7×0.1142=0.0795m/s精餾段塔徑D==1.335m取精餾段塔徑D=1.4m精餾段實際空塔氣W=0.072m/s相應(yīng)的空塔動能因數(shù)為F=0.072×=5.62）提餾段塔徑提餾段氣象重度‘=V/Vs=43。52提餾段液相重度==430。69提餾段液相負荷=0。1121m3/s則提餾段氣相負荷：Ls’=RD+qF=38.12m3/h查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C=0.045查《輕碳化合物》圖4-1、4-2得表面張力Ρc2h4=1.21Pc2h6=3.59Pc3h6=10.49混合液的表面張力=3.925==0.0325最大空塔速度:Wmax=C=0。0969空塔氣速：W=0.7×W=0。0678m/s提餾段塔徑D==1.45;取塔徑1。4m餾段實際空塔氣W’=0.073m/s第五節(jié)塔內(nèi)物件的工藝尺寸1）、溢流程數(shù)的選擇根據(jù)塔徑1.4米，液相負荷30～40m3/h，查《有機化合物》表9-5可知選單流型即可滿足要求。采用工型漿液板，分塊式塔盤。2）、校核溢流強度堰長：lW=0.7×D=0.7×1.4=0.98m。精餾段校核：i=ls/lw=27.5m3/h;提餾段校核：I’=ls’/lw’=38.9m3/h;3)、塔堰高的確定Hl=hw+howhl——塔板上清液層高度;hww——出口堰高度how——堰上清液層高度精餾段：how=0.03459提留段：how’=0.0374)降液管面積查《浮閥塔》表3-3知=0.143=0.0878塔板面積A==0.785×1.4=1.54㎡堰寬W=0.143×1.4=0.2m溢流面積A=0.878×A=0.1385㎡5）校核液體在降液管內(nèi)停留時間精餾段t==7.4s5s提餾段t==5.2s5s降液管出口處的流體流速：精餾段：Ud=Ls/Af=0.054m/s;提餾段：Ud’=ls’/Af=0.77m/s6）降液管下端距塔盤的距離h：h=w降液管下端出口處的流速一般取0.07~0.25m/s可取0.2m/s精餾段ho==0.0382m〈h=0.07m提餾段ho==0.054〈h=0.07m取距離為：h=0,05m7）浮盤數(shù)采用F-1重閥,閥孔直徑為39。精餾段臨界閥孔氣速：==1.387m/s提餾段臨界閥孔氣速:’==1.326m/s開孔率×100%=5。2%閥孔總面積：精餾段：A==0。08m2提餾段:A==0.0847m2精餾段閥數(shù):N==67個提餾段閥數(shù):N==70個精餾段與提餾段取相同的閥孔數(shù)：為68個。8)塔盤的布置安定區(qū)Wf=0.06m;無效區(qū)Wc=0.05m按照等邊三角形叉排列則中心距t=105mm.第六節(jié)流體力學(xué)驗算1）氣體流過塔板的壓降正常操作，浮閥全開。干板壓力降:hp=hc+hl+h全開前:hc=0.7=0.000685米液柱全開后hc=5.34=0.046米水柱hl=0.4hw+how=0.4×0.43+0.027=0.0442米水柱克服表面張力壓降h可忽略hp=hl+ho=0.074米水柱2)液泛校核逸流管內(nèi)液成高度：Hd=hl+hp++hd+hvhd=0.153=0.042米液柱對hv可忽略不計，對浮閥塔可忽略不計又因操作壓力小于30大氣壓hv可以忽略，故溢流管內(nèi)液層高度Hd=hl+hp+hd=0.144米取充氣因子β=0.5，β（HT+hw）=0.5×(0.4+0.0374)=0.218>0.144所以可以避免液泛。3）霧沫夾夾帶情況精餾段V==0.033立方米/秒提餾段V==0.0346立方米/秒Z=d-2Wd=1.4-2×0.2=1.0mAa=AT-2Af=1.54-2×0.135=1.27立方米K取0.85CF查《基本有機化學(xué)工程》圖9-28可知CF=0.107則精餾段:F1==33.3<80%提餾段F1=38.3%<80%所以產(chǎn)生的霧沫夾帶量不超過0.1公斤液體/公斤蒸汽，符合要求。第七節(jié)安全操作范圍和操作線1）精餾段（1）液相負荷上限:取t=3秒==0.985立方米/秒液相負荷下限:因采用平直堰=0.000854×0.98=0.000837立方米/秒氣相負荷下限::==0.0632立方米/秒氣相負荷上限——液泛線A==3.83B==0.5×0.4+(0.5-1.4)×0.043=0.1685C===99.57D==1.265所以液泛線為：3.83霧沫夾帶線為：9.88用計算機繪出個操作線如圖1。操作彈性為：v上/v下=2。552）提餾段液相負荷上限:取t=3秒=0。0185立方米/秒液相負荷下限:因采用平直堰=0。00837立方米/秒氣相負荷下限::==0.0615立方米/秒氣相負荷上限:液泛線A==4.3B==0.1685C===99.56D==1.2654.3所以霧沫夾帶線為得10.46用計算機繪出個操作線如圖2。操作彈性為：v上/v下=2.76圖2:提餾段操作線第八節(jié)附屬設(shè)備的選擇1）全凝器的選擇選用冷凝介質(zhì)為-35℃液氨塔頂溫度為-24℃，混合蒸汽的汽化熱對全凝器進行熱量恒算，以單位時間為基準(zhǔn)并忽略熱損失，所需傳遞的熱量。表12成分甲烷乙烯乙烷含量0.00740.99160.001焓差（千卡/公斤）112-25150-75156-63Qc=VIVD-（LILD-DICD），∵V=L+D=（R+1）D，所以：Qc=（R+1）D（IVD-ILD）=213761kj/h2)再沸器的選擇以再沸器為系統(tǒng)進行熱量恒算，各成分的焓差表13成分乙烯乙烷丙烯含量0.030.94740.04954焓差（千卡/公斤）150-75158-80160-68QB=V/IVW+WILW-L/ILW+QL，QL——為再沸器的熱量損失，IVW——為再沸器中上升蒸汽的焓，ILW——為釜液的焓，提餾段底層板下降液的焓。QB=V/IVW+WILW-L/ILW+QL=19396kj/h3)回流泵的選擇回流量L=RD=441KMol/h， 所以體積流量：Vs=27m3/h。所以泵選擇揚程為30m.第九節(jié)管徑設(shè)計塔頂蒸汽管查表得蒸汽氣速12~20立方米/秒蒸汽量立方米/秒D=取v=15m/s則得D=0.0918m取Φ219×6的管。公稱直徑為Dg200。2）回流管管徑因為回流泵所取2m/s=0。0756取=Φ108×4公稱直徑為Dg100。3）進料管管徑料液由高位大槽進入塔內(nèi)WF取0。6m/s=0。075取Φ108×6的管。公稱直徑為Dg100。4）塔釜出料管=0。0216取Φ76×4的管。公稱直徑為Dg65。5）進再沸器管=0。122m取Φ219×6的管。公稱直徑為Dg200。6）再沸器蒸汽入塔器取速度為5m/s=0.055m取Φ194×6的管。公稱直徑為Dg175。第二部分強度及穩(wěn)定性計算第一節(jié)圓筒和封頭的厚度和強度計算圓筒和封頭材料選用16MnDR,許用應(yīng)力[б]=163mpa.圓筒計算厚度:б=PcDi/（2[б]tФ-Pc）其中：Pc——計算壓力，Pc=1.1P=1.3mpa；Ф——焊接接頭系數(shù)，取1；按GB709-65,鋼板厚度負偏差C1=1mm，腐蝕余量取1mm；б=2.3×1.4/2×16381-0.3=9.95mm取鋼板名義厚度бn=12mm.封頭厚度計算:標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1;б=PcDi/（2[б]tФ-0.5Pc）=9.91mm取鋼板名義厚度бn=12mm.實驗壓力校合：液壓實驗校合：Pt=1.25P[б]/[бt]=1.25×163=203第二節(jié)載荷的計算1)質(zhì)量載荷的計算:H=53×0.4+4×0.3+1.6+2+1.5+3=30.1m塔殼和裙座的質(zhì)量m01=π/4[（1.4+0.015×2）2-1.42]×（27.8+3）×7.85×103=π/4（1.4302-1.42）×30.8×7.85×103=15721㎏。人孔、法蘭、接管等附件質(zhì)量:ma=0.25m01=2873㎏。內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量m02=π/4×1.42×55×75=6235㎏。（單位面積重75㎏）保溫層質(zhì)量m03=π/4[(1.4+0.012×2+0.2)2-(1.4+0.012×2)2]×27×45=582㎏.平臺、扶梯質(zhì)量：m04=40×30+π/4[(1.63+0.05×2+1.2×2)2-(1.63+0.05×2)2]×150×6×1/2=1200+49681.1=3924㎏.操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量m05=π/4×1.42×0.07×450×55=3670㎏.充水質(zhì)量mw=π/4×1.42×27×1000=38484㎏.塔器的操作質(zhì)量m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma=32765㎏，塔內(nèi)的最大操作質(zhì)量mmax=m01+m02+m03+m04+ma+mw=47592㎏塔內(nèi)的最小操作質(zhì)量mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma=24107㎏將塔沿高度分成5段，每段高為6m，其質(zhì)量列入表14中。圖3表14項目段號項目段號項目段號項目段號123456m01+ma143641436414364143641436414364m0245015951595159515951595m03366879880880880880m04150943943943943943m05150880880880880880mw150092469246924692469246m0140078417841784178417841mmax200011398113988063.91139811398mnin1000577757775777577778415777577757772)塔的自振周期T1=90.33H（m0H/EδeDi3）1/2×10-3,其中δe=δn-c=15-0.25-1.2=13.55mmT1=90.33×30000（36789.5×30000/2×105×13.55×14003）1/2×10-3=1.4s3）地震載荷及地震彎矩的計算表15：地震力和地震彎距塔段號項目12345操作質(zhì)量mikg14007841784178417841集中質(zhì)量距地高度himm30009000150002100027000hi1.55．224．656．994137mihi1.5727．52．07×1054．468×1057．37×10510．74×105mihi30．378×10554．7×105254×105693×1051410×10510A=∑mihi1.5i=12．464×10610B=∑mihi3i=12．4117×107k1=0.0530.2690.5810.961.4Cδ0.5塔段號項目12345α1=(Tg/T)αmax0.146Fk1=Cδα1yk1mkg53.1510326253907860αvmax=0.65αmax0.2952Meg=0.75Mo24573.5Fv=gαvmaxMeg70512.5Mi×hi4200695491.16×10^51.62×10^52.08×10^55.603×10^8527.687531.46×10^42.04×10^42.6×10^4Fki×hi159×10^31.34×10^74.83×10^71.11×10^82.09×10^83.82×10^8H/Di=51.7/2.2=28.045>15須考慮高振型影響。=1\*ROMANI-=1\*ROMANI截面地震彎矩：Ⅱ-Ⅱ截面地震彎矩：4）風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算：將塔沿高分成6段（如圖4所示）圖4表16塔段號項目123456塔段長度m0—55—1010—1515—2020—2525—30441N/m20.7（B類）3.086（B類）0.720.7f20.790.790.850.850.05460.2750.360.5720.7910.811.76塔段號項目123456mm500050005000500050005100mm400mm500mm2324330057757238950513596158840-0截面風(fēng)彎矩:=1.045065×10^9N×mmⅠ—Ⅰ截面風(fēng)彎矩：=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面風(fēng)彎距ME=0.4P1（）+P2（L1-3000+）+P3（L1-3000+L2+）=8.8817×10^8Nmm5)最大彎矩塔底部見面0—0處：取其中較大值Ⅰ—Ⅰ截面:=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面第三節(jié)應(yīng)力校核1)圓筒應(yīng)力校核：驗算塔殼Ⅱ—Ⅱ截面處操作時和壓力實驗時的強度和穩(wěn)定性計算截面Ⅱ—Ⅱ計算截面以上的塔操作質(zhì)量31300計算截面的橫截面積48380塔殼有效厚度11mm計算截面的截面系數(shù)1.692×10^7最大彎矩8.82×10^5許用軸向壓應(yīng)力取小值（k取1.2）192Mpa許用軸向拉應(yīng)力195.6Mpa操作壓力引起軸向拉應(yīng)力66.8MPa重力引起軸向應(yīng)力6.34MPa彎矩引起的軸向應(yīng)力52.5Mpa軸向壓應(yīng)力6.34+52.5<192組合拉應(yīng)力66.8-6.34+52.5<192液柱靜壓力（26.88Mpa液壓試驗時計算截面以上的塔的質(zhì)量2975kg許用軸向壓應(yīng)力取小值192Mpa許用軸向拉應(yīng)力340.2許用周向應(yīng)力283.5Mpa周向應(yīng)力壓力引起的軸向應(yīng)力83.5Mpa重力引起的軸向應(yīng)力13.8Mpa彎矩引起的軸向應(yīng)力15.75Mpa軸向壓應(yīng)力29.55<168組合拉應(yīng)力85.45<1762)裙座殼軸向應(yīng)力校核：a、0—0截面裙座殼為圓筒形材料為16計算系數(shù)：查得B=160Mpa該塔由風(fēng)彎矩控制所以不計底部截面積：底部截面系數(shù)：取195.6Mpa取19.56Mpab、管線因出口Ⅰ—Ⅰ截面處的組合應(yīng)力：,bm=450mm,lm=110mm,Dim=1398mmAsm=∏Dim=54232mm^2截面系數(shù)：zsm=1.675×10^7㎜3應(yīng)力校核：<即：263<第四節(jié)基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核1）基礎(chǔ)環(huán)基礎(chǔ)環(huán)外徑：基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：查表得：Mx>My所以：Ms=Mx=11632Nmm基礎(chǔ)環(huán)的厚度：取2）地腳螺栓計算：地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力：=（最大值）得=2。45Mpa.地腳螺栓螺紋小徑計算：腐蝕余糧取3mm.材料Q235A.選用螺栓M36×4則地腳螺栓M36×4，共16個3）肋板計算：L2=138mm;=14mm;n1=2;一個地腳螺栓所承受的最大拉力：肋板細長比：臨界細長比：故肋板許用壓應(yīng)力：其中：則肋板壓應(yīng)力：所以：4）蓋板計算：蓋板為有墊板的環(huán)形蓋板式中：；；；;最大應(yīng)力：所以：蓋板厚度16mm，墊板厚度22mm裙座與塔殼對接連接焊逢校核：即36.3<117焊逢驗算合格。第五節(jié)補強計算1）塔頂蒸汽出孔接管的材料為20#鋼，殼體材料為16MnDRfr強度削弱系數(shù)：（1）所削弱面積：其中為開孔出計算厚度，封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭=10.5 mm接管的有效厚度:=6-1.5=4.5mm開口直徑：d=di+2c=209所以：A=（100+12）×11.3+2×11.3×4.5（1-0.84）=12181.9㎜2（2）有效補強范圍a、有效寬度B=取大值B=418mmb、有效高度 ==25.9mm外側(cè)有效高度：h1= =53.4取小h1=35.4m內(nèi)側(cè)有效高度:h2= 取小h0= 0mm(3)有效補強面積封頭多余金屬面積A1=（B-d）(δe-δ)-2δet（δe-δ）（1-fr）=103mm2接管的計算厚度=1.85mm2A2=2h1(δet-δt)fr+2h2（δet-c）fr=187mm2接管區(qū)焊縫面積:A3=2×0.5×6×6=36㎜2有效補強面積:Ae=A1+A2+A3=326㎜2另外所須補強面積:A4=A-Ae=1885㎜2根據(jù)公稱直徑Dg200,采用補強圈補強.2)人孔的補強計算人孔筒節(jié)的材料為16MnDR，殼體材料為16MnDRfr強度削弱系數(shù):（1）所削弱面積：其中為開孔出計算厚度，筒殼的厚度=9.95mm接管的有效厚度:=12-1=11mm;開口直徑：d=di+2c=458所以：A=184㎜2（2）有效補強范圍a、有效寬度B=取大值B=916mmb、有效高度 =74.1mm外側(cè)有效高度：h1= =53.4取小h1=53.4mm內(nèi)側(cè)有效高度:h2= 取小h0= 0mm(3)有效補強面積筒體多余金屬面積:A1=（B-d）(δe-δ)-2δet（δe-δ）（1-fr）=232mm2接管的計算厚度=3.57mm接管多余金屬面積：A2=2h1(δet-δt)fr+2h2（δet-c）fr=1296mm2接管區(qū)焊縫面積:A3=2×0.5×6×6=36㎜2有效補強面積:Ae=A1+A2+A3=2284㎜2另外所須補強面積:A4=A-Ae=4572-2284=2288㎜2根據(jù)公稱直徑Dg450,采用補強圈補強.3)進料管接管補強筒節(jié)的材料為16MnDR，殼體材料為16MnDRfr強度削弱系數(shù):（1）所削弱面積：其中為開孔出計算厚度，筒殼的厚度=9.95mm接管的有效厚度:=4-1=3mm;開口直徑：d=di+2c=184mm所以：A=184㎜2（2）有效補強范圍a、有效寬度B=取大值B=368mmb、有效高度 =33.2mm外側(cè)有效高度：h1= =53.4取小h1=33.2mm內(nèi)側(cè)有效高度:h2= 取小h0= 0mm(3)有效補強面積筒體多余金屬面積:A1=（B-d）(δe-δ)-2δet（δe-δ）（1-fr）=94mm2接管的計算厚度=1.72mm接管多余金屬面積：A2=2h1(δet-δt)fr+2h2（δet-c）fr=164mm2接管區(qū)焊縫面積:A3=2×0.5×6×6=36㎜2有效補強面積:Ae=A1+A2+A3=302㎜2另外所須補強面積:A4=A-Ae=1635㎜2根據(jù)公稱直徑Dg450,采用補強圈補強.第三部分吊柱的強度計算1）設(shè)計載荷設(shè)計載荷：W=2.2W0式中W0——起吊載荷N0,取100kg;W=2200N;吊柱材料為20#無縫鋼管，其他各件采用Q235A,吊柱與塔連接的襯板應(yīng)與塔本體材料相同。2)曲桿部分的校核吊柱的受力圖如下：圖5吊柱受載荷情況如上圖所示AD段可按受彎矩及軸向力作用的曲桿計算，其中軸向壓縮應(yīng)力:=0.82Mpa彎矩發(fā)生的最大值發(fā)生在A點，在A點的內(nèi)側(cè)受壓縮，壓應(yīng)力=0.19MPa在A點外側(cè)手到拉伸應(yīng)力=0.187MPa是壓應(yīng)力，而且其值大于.斷換算系數(shù)：=2.7最大應(yīng)力:2）柱的校核吊柱的AB段可視為B端固定，A端受自由載荷的長柱。柱中的應(yīng)(Pa)計算式為：最大應(yīng)力出現(xiàn)于處，展開secθ并舍去高次相得其中η——吊柱斷面中心至斷面任一小單元的距離cm，ri——吊柱斷面的慣性半徑E——彈性模量L——AB段的長度L=3400-900-1000=1500mm對于圓管ri==17.4=0.773×10^(-6)=1.06MPa在此溫度下20#鋼的許用應(yīng)力[]t=130Mpa所以吊柱校核合格參考文獻姚玉英等.化工原理，下冊.天津：天津大學(xué)出版社，1999.8《化工設(shè)備設(shè)計手冊》編寫組.金屬設(shè)備，上冊：上海人民出版社，1975.7《化工設(shè)備設(shè)計手冊》編寫組.金屬設(shè)備，下冊：上海人民出版社，1975.7《化工設(shè)備設(shè)計手冊》編寫組.材料與零部件，（上）：上海人民出版社，1973.8化學(xué)工業(yè)部設(shè)計技術(shù)中心站，廣西大學(xué).塔設(shè)備設(shè)計：上海科技技術(shù)出版社，1985.石油化工技術(shù)參考資料.輕碳輕化合物數(shù)據(jù)手冊，第一冊，燃料部第五化工設(shè)計院，1971石油化工技術(shù)參考資料.輕碳輕化合物數(shù)據(jù)手冊，第二冊，燃料部第五化工設(shè)計院，1971《基礎(chǔ)化學(xué)工程》編寫組.基礎(chǔ)化學(xué)工程，上海，上?？萍技夹g(shù)出版社，1979.12北京化工研究院“板式塔”專題組.浮閥塔，北京：燃料化學(xué)工業(yè)出版社，1970.12.15天津大學(xué)基本有機化工教研室主編.基本有機化學(xué)工程，天津：人民教育出版社化工設(shè)備指導(dǎo)性技術(shù)文件TCED.化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求，TCED41002-2000：全國化工設(shè)備技術(shù)中心站，2001.11GB150-1998鋼制壓力容器HG20580-1998鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ).國家石油和化學(xué)工業(yè)局HG20581-1998鋼制化工容器材料選用規(guī)定.國家石油和化學(xué)工業(yè)局GH20582-1998鋼制化工容器強度計算規(guī)定.國家石油和化學(xué)工業(yè)局HG20583-1998鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定.國家石油和化學(xué)工業(yè)局HG20584-1998鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定.國家石油和化學(xué)工業(yè)局HG20585-1998鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定.國家石油和化學(xué)工業(yè)局HG20652-1998塔器設(shè)計技術(shù)規(guī)定HG21514-1998碳素鋼、低合金鋼制人、人孔和手孔：化學(xué)工業(yè)部JB4710-92剛制塔式容器，中華人民共和國機械電子工業(yè)部,中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部、中華人民共和國勞動部、中國石油化工總公司發(fā)布PAGE6附錄英文翻譯packedtowerIncomparisonwithtraytowers,packedtowersaresuitedtosmalldiameters,wheneverlowpressureisdesirable,wheneverlowholdupisnecessary,andwheneverplasticorceramicconstructionisrequired.applicationsunfavorabletopackingsarelargediametertowers,especiallythosewithlowliquidandhighvaporrates,becauseofproblemswithliquiddistribution,andwheneverhighturndownisrequired.inlargetowers,randompackingmaycostmorethantwiceasmuchassieveorvalvetrays.Depthofpackingwithoutintermediatesupportsislimitedbyitsdeformability;metalconstructionislimitedtodepthsof20~25ft,andplasticto10~15ermediatesupportsandliquidredistributorsaresuppliedfordeeperbedsandatsidestreamwithdrawalorfeedpoints.liquidredistributorsusuallyareneededevery2.5~3towerdiametersforRaschigringsandevery5~10diametersforPallrings,butatleastevery10ft.ThevariouskindsofinternalsofpackedtowersarerepresentedinFig.4.2whoseindividualpartsmaybedescribedone-one;isanexamplecolumnshowingtheinletandoutletconnectionandsomeofthekindsofinternalsinplace,isacombinationpackingsupportandredistributorsthatcanalsoserveadasumpforwithdrawaloftheliquidfromthetower.(c)isanexampleofaperforatedpipedistributorwhichisavailableinavarietyofshapes,andisthemostefficienttypeoverawiderangeofliquidrates;inlargetowersandwheredistributionisespeciallycritical,theyarefittedwithnozzlesinsteadofperforations.(d)Isaredistributiondevice,therosette,thatprovidesadequateredistributioninsmalldiametertowers;itdivertstheliquidawayfromthewalltowardswhichtendstogo.(e)sahold-downplatetokeeplowdensitypackingsinplaceandtopreventfragilepackingssuchasthosemade