《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》教案

《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》教案《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》教案7—塔設(shè)備課程名稱：過程設(shè)備設(shè)計(jì)專業(yè)：過程設(shè)備與操縱工程任課教師：賀華第7§7-1主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容講課方法講課時(shí)數(shù)1、塔設(shè)備在過程工業(yè)中的應(yīng)用和感化2、塔設(shè)備的全然要求3、設(shè)備的分類和總體構(gòu)造4、塔設(shè)備的成長及近況講解自學(xué)1教授教化目標(biāo)和要求1、明白得塔設(shè)備在化工臨盆中的感化和全然要求2、操縱塔設(shè)備的分類和總體構(gòu)造教授教化重點(diǎn)和難點(diǎn)塔設(shè)備的分類和設(shè)計(jì)要求課外功課思慮題一、塔設(shè)備在化工臨盆中的感化和地位塔設(shè)備是石油、化工臨盆中廣泛應(yīng)用的重要臨盆設(shè)備，在石油、化工、輕工等臨盆過程中，塔設(shè)備重要用于氣、液兩相直截了當(dāng)接觸進(jìn)展傳質(zhì)傳熱的過程，如精餾、接收、萃取、解吸等，這些過程大年夜多是在塔設(shè)備中進(jìn)展的。塔設(shè)備可認(rèn)為傳質(zhì)過程制造適宜的外界前提，除了保持必定的壓強(qiáng)、溫度、規(guī)定的氣、液流量等工藝前提外，還能夠從構(gòu)造上包管氣、液有充分的接觸時(shí)刻、接觸空間和接觸面積，以到達(dá)相際之間比較夢想的傳質(zhì)和傳熱后果。裝配名稱石油及石油化工裝配名稱石油及石油化工〔60萬噸、120萬噸/年催化裂化裝置〕煉油及煤化工〔30萬噸/年乙烯裝配〕化纖〔4.5萬噸/年丁二烯裝配〕塔設(shè)備的投資比例塔設(shè)備重量的比例25.4%48.9%34.85%25.3%44.9%54%二、對塔設(shè)備的差不多機(jī)能指標(biāo)要求三、塔設(shè)備的分類按壓力 加壓塔、常壓塔、減壓塔按單位操作 精餾塔、接收塔、解吸塔、萃取塔、反響塔、枯燥塔等﹡按支承方法 框架塔、自支承式塔﹡按塔內(nèi)件構(gòu)造 板式塔、填料塔四、塔設(shè)備的成長及近況·塔設(shè)備的情勢繁多，范疇范疇也特地大年夜·塔設(shè)備的大年夜型化成長趨勢強(qiáng)度、剛度及流體均布等方面的問題全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)大年夜型塔設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、操作和修理塔設(shè)備的設(shè)計(jì)內(nèi)容：﹡構(gòu)造設(shè)計(jì) 確信塔體構(gòu)造塔盤構(gòu)造溢流裝配緊固件及支撐件進(jìn)出口接收構(gòu)造；裙座及其它附件；﹡機(jī)械設(shè)計(jì) 選擇材料；運(yùn)算塔體壁厚裙座壁厚；運(yùn)算地腳螺栓直徑及數(shù)量等；工藝設(shè)計(jì) 運(yùn)算理論塔板數(shù)；選擇塔板效力并確信實(shí)際塔板數(shù)；拔取板間距并初步確信塔高；運(yùn)算塔徑〔或空塔氣速〕；進(jìn)展流體力學(xué)驗(yàn)算；§7-2填料塔主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容講課方法講課時(shí)數(shù)1、填料2、液體分布裝配3、液體再分布裝配4、填料支承裝配講解自學(xué)2教授教化目標(biāo)和要求1、明白得工業(yè)用填料的重要類型、優(yōu)缺點(diǎn)及用處2、操縱重要的液體分布裝配和液體再分布裝配的構(gòu)造3、明白得填料支承裝配的構(gòu)造及強(qiáng)度運(yùn)算教授教化重點(diǎn)和難點(diǎn)液體分布裝配液體再分布裝配課外功課思慮題填料塔是連續(xù)式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，氣液兩相間呈連續(xù)逆流接觸并進(jìn)展傳質(zhì)和傳熱，氣液兩相組分的濃度沿塔高呈連續(xù)變更。板式塔中氣液兩相間逐層逆流接觸并進(jìn)展傳質(zhì)和傳熱，氣液兩相組分的濃度沿塔高呈階梯式變更。在構(gòu)造上，填料塔重要特長：構(gòu)造簡潔，壓力降小便于處理腐化性物料〔填料一樣由耐蝕材料制成〕、易起泡沫的物料〔氣體不是以發(fā)泡的情勢經(jīng)由過程液層，同時(shí)填料對氣泡有裂開感化〕及真空操作〔氣液阻力降小〕缺點(diǎn)：〔1〕體極大年夜、重量大年夜傳質(zhì)效力較低，操作穩(wěn)固性較差不適于處理渾濁液體、含塵氣體、含有固體顆粒及輕易結(jié)垢的物料填料塔總體構(gòu)造〔圖7-1〕一、填料

拉西環(huán)鮑爾環(huán) 鮑爾環(huán) 環(huán)形填料 改進(jìn)鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 亂堆填料鞍形填料矩鞍填料

改進(jìn)矩鞍填料 環(huán)鞍填料 絲網(wǎng)波浪填料規(guī)整填料 板波浪填料二、填料支承裝配全然要求：〔1〕具有足夠的強(qiáng)度和剛度具有足夠的自由截面積構(gòu)造簡潔，便于安裝，能耐介質(zhì)腐化1、柵板柵板的構(gòu)造留意：柵條的間距不克不及過小，不然會使柵板自由截面積過小，同時(shí)填料會堵塞柵條間的氣體通道，負(fù)氣體壓力降增大年夜。柵板的強(qiáng)度運(yùn)算〔明白得〕P=P+P NP LP=9.8HLtγ NP P亂堆填料：P

=3.43HLtγ×10-4 NL L絲網(wǎng)填料：P=0.49HLtγ×10-4 NL LM=PL/6 N.mW1(SC)(hC)262

W特長：氣體和液體經(jīng)由過程不合通道流淌，可減吝嗇液流淌的阻力駝峰式氣體噴射式支承板鐘罩型氣體噴射式支承板三、液體分布裝配全然要求：〔1〕構(gòu)造簡潔，制造、安裝、修理便利不需特地大年夜的液體壓頭即能平均分散液體，液體通道不易堵塞知足噴淋點(diǎn)數(shù)的要求22gh送液力量：L

d2n4〔一〕噴灑型

〔0.6~0.62〕1、多孔直管式布液器特長：構(gòu)造簡潔缺點(diǎn)：液體分布平均性較差；液體不干凈時(shí)，小孔輕易堵塞；*2、多孔排管式布液器特長：噴淋面積大年夜且平均缺點(diǎn)：操作彈性??；要求壓力穩(wěn)固；3、多孔環(huán)管式布液器特長：構(gòu)造簡潔，制造、安裝便利缺點(diǎn)：噴淋面積小，不敷平均；要求液體平均，不然小孔輕易堵塞4、篩孔盤式布液器氣體截面積小，阻力大年夜，操作彈性小5、蓮蓬頭式布液器特長：構(gòu)造簡潔，安裝、拆卸便利缺點(diǎn)：小孔易堵塞；霧沫夾帶嚴(yán)峻；流量或壓力轉(zhuǎn)變時(shí)，液體分布狀況會產(chǎn)生較大年夜轉(zhuǎn)變蓮蓬頭直徑：d=(0.2~0.3)DN噴灑半角：α≤40o送液力量：L22gh

d2n〔0.82~0.85〕1小孔數(shù)量：n=1+n1+2n1+3n1+……..+mn1 (n為第一圈圓周上的孔數(shù))安裝高度：h=(0.5~1)DN1〔二〕溢流型噴灑型液體分布裝配的局限性：液體必要有必定的壓力才能噴灑?？籽圯p易堵塞。當(dāng)塔徑較大年夜時(shí)液體分布的平均性較差。22gh送液力量：L〔0.6〕12、溢流槽式布液器〔三〕沖擊型布液器1、反射板式布液器2、浮屠式布液器四、液體再分布裝配

2bh3感化：防止壁流；防止“干錐”的顯現(xiàn)；對液體進(jìn)展從分布；1、分派錐2、槽式液體再分布器3、多孔盤式液體再分布器4、斜板復(fù)合式液體再分布器§7-3主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容講課方法講課時(shí)數(shù)1、常用板式塔的類型2、塔盤的構(gòu)造3、裙座及除沫器講解自學(xué)2教授教化目標(biāo)和要求1、明白得板式塔的類型及總體構(gòu)造2、操縱塔盤的構(gòu)造3、明白得裙座及除沫器的構(gòu)造教授教化重點(diǎn)和難點(diǎn)塔盤的構(gòu)造課外功課思慮題一、總體構(gòu)造板式塔的特長：效力高、處理量大年夜、重量輕、便于修理板式塔的缺點(diǎn)：構(gòu)造較簡單、阻力降較大年夜主體局部：塔體、裙座總體構(gòu)造總體構(gòu)造

溢流堰、緊固件、支持件、除沫器等孔、物料進(jìn)出口接收、儀表用接收等附件：吊柱、保溫圈、扶梯、平臺等泡罩塔浮閥塔篩板塔板式塔類型無降液管塔〔穿流式篩導(dǎo)向篩板塔斜噴型塔二、板式塔類型〔一〕泡罩塔

板塔〕特長：1、操作彈性大年夜，在氣、液負(fù)荷波動較大年夜時(shí)仍能保持較恒定的塔板效力。2、對物料適應(yīng)性強(qiáng)，塔板不易堵塞。缺點(diǎn)：1、構(gòu)造簡單，金屬耗量大年夜，造價(jià)高，安裝和修理不便利。2、氣體壓力降大年夜，霧沫夾帶較嚴(yán)峻，是以限制了氣速的進(jìn)步，臨盆才能不大年夜。3、不行操作，液體或蒸汽流量特地小時(shí)，會形成氣液接觸不良或蒸汽流淌的脈動；反之會形成霧沫夾帶、液泛等?！捕掣￠y塔特長：1、構(gòu)造緊湊，臨盆才能大年夜。2、蒸汽以程度偏向吹入液層，阻力小，氣液接觸時(shí)刻長且接觸狀況優(yōu)勝，故霧沫夾帶少，塔板效力高。3、浮閥可依照氣量大年夜小凹凸浮動，操作彈性大年夜。4、浮閥構(gòu)造簡潔，安裝輕易，造價(jià)較低。缺點(diǎn)：在構(gòu)造、臨盆才能、塔板效力等方面不及篩板塔，有待進(jìn)一步的改進(jìn)?！踩澈Y板塔特長：1、構(gòu)造簡潔，制造輕易，造價(jià)低。2、塔板效力較高，臨盆才能大年夜。3、對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，不易堵塞。缺點(diǎn)：1、操作彈性小，需保持較穩(wěn)固的氣、液流速。2、小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大年夜的和帶固體顆粒的料液?！菜摹炒┝魇綎虐逅亻L：1、無溢流和降液裝配，構(gòu)造簡潔，安裝和修理便利。2、塔板上的開孔有效面積大年夜，開孔率大年夜，故臨盆才能大年夜。3、氣、液流淌的壓力降小，有用于真空蒸餾。4、孔道不易堵塞，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：1、操作彈性小。2、塔板效力低?！参濉承眹娦退亻L：1、舌形塔是噴射型塔，氣體噴出的偏向和液體流淌的偏向全都，可充分應(yīng)用氣體動能促進(jìn)氣液兩相間的接觸，進(jìn)步傳質(zhì)效力。2、氣體不必經(jīng)由過程較深的液層，壓力降小，霧沫夾帶小，可實(shí)行較大年夜氣速，故臨盆才能高。3、構(gòu)造簡潔，安裝、修理便利。缺點(diǎn)：1、液體被氣體沖至塔壁落入降液管，帶有大年夜量泡沫，氣相夾帶嚴(yán)峻，塔板效力低。2、固定舌形塔操作彈性小，氣流量小時(shí)易漏液；浮動舌形塔浮舌易破壞。三、板式塔塔盤構(gòu)造(一)塔盤塔盤設(shè)計(jì)要求：有必定的強(qiáng)度和剛度以承載和保持程度塔盤和塔壁之間應(yīng)包管必定的密封性以幸免氣液短路便于制造、安裝和修理制造本錢低按氣液兩相流淌方法分：溢流式〔錯(cuò)流式〕：操作彈性大年夜穿流式〔逆流式〕：臨盆才能大年夜按塔徑大年夜小分——整塊式：D≤700mm分塊式：D＞700mm任選：D=700~800mm定距管式1、整塊式塔盤重疊式單流型2雙流型自身粱式槽式無主梁支撐構(gòu)造有主梁支撐構(gòu)造通道板的上下均可拆構(gòu)造塔盤連接的上可拆構(gòu)造〔3 〕塔盤緊固件塔盤連接的上、下均可拆構(gòu)造塔盤板與支持件的上可拆構(gòu)造塔盤連接的楔形緊固件構(gòu)造補(bǔ)償：塔盤板及支撐梁的強(qiáng)度和剛度運(yùn)算塔盤板簡化為周邊簡支的矩形薄板，患病均布載荷〔包含塔盤板的自重和塔盤板上物料的重量〕a最大年夜曲折應(yīng)力：x

t2

； 6y

2t2取σ=max｛σx，σy｝要求：σ≤[σ]操作時(shí)：[σ]=0.65tsL/bαsβγ1.0L/bαsβγ1.00.04790.04790.04331.20.06260.05010.06161.50.08120.04990.08431.80.09480.04790.10172.00.10170.04640.11063.00.11890.04040.13364.00.12350.03840.14005.00.12460.03750.1416∞0.12500.03750.1422b、剛度運(yùn)算f max

浮閥塔盤：DN≤2400mm時(shí)，[f]=3.2mmDN＞2400mm時(shí)，[f]=DN/720mm泡罩塔盤：DN≤1830mm時(shí)，[f]=1.6mmDN＞1830mm時(shí)，[f]=3.2mm支承梁〔二〕降液管和受液盤1、降液管

圓形按外形分弓形2、受液盤〔三〕溢流堰

焊接固定式按降液管和塔壁的連接方式分可拆式出口堰〔1〕包管塔盤上有必定厚度的液層平受液盤受液盤凹受液盤使液流平均增長溢流周邊長度，有利于氣液分別進(jìn)口堰〔1〕包管降液管密封〔2〕削減程度偏向的沖擊，使液流平均流過塔盤§7-4塔設(shè)備的附件主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容講課方法講課時(shí)數(shù)1、除沫器2、裙座3、吊柱講解自學(xué)1教授教化目標(biāo)和要求1、明白得除沫器的構(gòu)造2、操縱裙座的構(gòu)造和裙座材料的選擇3、明白得吊柱的構(gòu)造教授教化重點(diǎn)和難點(diǎn)裙座的構(gòu)造和裙座材料的選擇課外功課思慮題一、除沫器感化：〔1〕分別塔頂出口氣體中夾帶的液滴，包管傳質(zhì)效力削減有價(jià)值物料的損掉改進(jìn)后續(xù)設(shè)備的操作前提絲網(wǎng)除沫器折板除沫器旋流板除沫器二、裙座1座圈根底環(huán)〔地基環(huán)〕裙座螺栓座人孔和管孔2裙座與塔內(nèi)物料不直截了當(dāng)接觸，也不患病塔內(nèi)的介質(zhì)壓力，因此不受壓力容器用鋼的限制，許可實(shí)行通俗碳素構(gòu)造鋼，如Q235-A、Q235-AF等制造。當(dāng)裙座溫度≤-20℃時(shí)，應(yīng)選擇16Mn，且具有必定的沖擊韌性。當(dāng)塔底封頭材料為合金鋼時(shí)，座圈上部應(yīng)設(shè)短節(jié)，短節(jié)材料和底封頭雷同，以幸免不合伙料焊接對底封頭產(chǎn)生倒霉阻礙。短節(jié)長度：操作溫度t＜0℃或t＞350℃時(shí)，短節(jié)長度取為保溫層厚度的四倍，且不小于500mm。操作溫度t=0~350℃時(shí)，短節(jié)長度取為250~300mm。三、吊柱123§7-5主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容講課方法講課時(shí)數(shù)1、塔設(shè)備的自振周期2、塔的受載分析3、筒體的強(qiáng)度運(yùn)算及校核4、裙座的強(qiáng)度運(yùn)算及校核講解3教授教化目標(biāo)和要求1、操縱筒體的強(qiáng)度運(yùn)算及校追究法2、明白得裙座的強(qiáng)度運(yùn)算及校核方教授教化重點(diǎn)和難點(diǎn)1、塔設(shè)備工作時(shí)所受的各類載荷分析和運(yùn)算2、筒體的強(qiáng)度運(yùn)算及校追究法課外功課思慮題；綜合演習(xí)題；一、塔設(shè)備的自振周期的剛度較大年夜，平日只推敲第一振型。mH4EJTmH4EJ1mH4EJT mH4EJ1mH4EJT mH4EJ11T 1.79 61T 0.28521、等截面塔的自振周期2、變截面塔的自振周期3E1[3E1[mH3iJimi2H3i]nm(x)i3jii1i1i1H此公式只能運(yùn)算第一振型的自振周期，其次振型自振周期可依照T2=T1/6運(yùn)算塔任憑率性段的程度位移和塔頂位移的關(guān)系：i2y y(x)3i2i 0 H二、塔的載荷分析〔一〕質(zhì)量載荷設(shè)備操作時(shí)的質(zhì)量：m0=+m02+m03+m04+m05+ma+me設(shè)備水壓試驗(yàn)時(shí)的最大年夜質(zhì)量：mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me設(shè)備停工檢修時(shí)的最小質(zhì)量：mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma個(gè)中：m —設(shè)備殼體〔包含裙座〕質(zhì)量01m —設(shè)備內(nèi)件質(zhì)量02m —設(shè)備保溫材料質(zhì)量03m —設(shè)備上平臺、扶梯質(zhì)量04m —設(shè)備內(nèi)物料質(zhì)量05ma—設(shè)備上人孔、接收、法蘭等附件質(zhì)量mw—設(shè)備內(nèi)充水質(zhì)量me—偏愛質(zhì)量0.2m 是推敲停工檢修時(shí)殼體上的內(nèi)件質(zhì)量，如塔盤支撐圈、降液管等02質(zhì)量載荷使塔的各個(gè)截面產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力不合截面、不合工作狀況〔操作或非操作〕的載荷不合質(zhì)量〔二〕偏愛載荷ME=9.8me.eMe 偏愛質(zhì)量e 偏愛距〔三〕風(fēng)載荷1運(yùn)算風(fēng)速V0↓0全然風(fēng)壓q0=ρV2/20↓各段風(fēng)壓qi=fiq0↓程度風(fēng)力Pi=K1K2ifiq0liDei2、風(fēng)彎矩的運(yùn)算l l l lM00P

1P(l 2)P(l l 3)......P P(l l .............n)W 12

2 1 2

3 1 2 2

n1

n 1 2 2l l l lMiiP

iP (l i1)P (l l i2).....P(l l ....l n)W i2

i1 i 2

i2

i1 2

n i i1

n1 2〔四〕地動載荷構(gòu)造地動塔設(shè)備在地動載荷感化下，產(chǎn)生三個(gè)偏向的活動：程度偏向的振動；垂直偏向的振動；扭轉(zhuǎn)，個(gè)中程度偏向的振動損害最大年夜。塔設(shè)備的感化。震級——表示地動時(shí)開釋能量的大年夜小地動烈度——表示地動的破壞程度1、單質(zhì)點(diǎn)彈性體系程度地動力的運(yùn)算F=CαMgZ pCZ 構(gòu)造系數(shù)，鋼制圓筒形設(shè)備CZ=0.5α 地動阻礙系數(shù)〔圖7-76〕Mp 集中于單質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量2、多質(zhì)點(diǎn)彈性體系程度地動力的運(yùn)算ZjkkFjk=CαηmgZjkkY jk

Y mji i jk nY2mji ijkη j振型k質(zhì)點(diǎn)的振型系數(shù)jkYk=Ya(hi/H)3/2h

3/2Hh3/20

1.6(hK

)3/2k Hh30

HYnYmk i ik

j1nY2mi ih3/2k k n

h3/2mi i等截面塔：

h3mi iE

F (hk1

h)mm0dhH3、地動彎矩的運(yùn)算關(guān)于等截面塔：E1 Z M 0-0=35/16CαmgHE1 Z 當(dāng)H/D>15或塔設(shè)備的高度大年夜于等于20mMEI-I=1.25ME1I-I最大年夜彎矩：M maxMWMEmax水壓試驗(yàn)時(shí)：

ME

0.25M MW EM 0.3M Mmax W e三、筒體的強(qiáng)度及穩(wěn)固性校核〔一〕各類載荷引起的軸向應(yīng)力pD14i1ei1、設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力：2、質(zhì)量載荷引起的軸向應(yīng)力：

9.8mII0

FIIV2 Di ei3、最大年夜彎距引起