第四章塔设备机械设计
塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。
4.1设计条件
由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。
表4-1 设计条件表
4.2设计计算
4.2.1全塔计算的分段
图4-1 全塔分段示意图
塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。
4.2.2
塔体和封头厚度
塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ）
液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60
.185.017022000
0.12=-???=-=
c i c p D p φσδ（mm ）
圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60
.15.085.017022000
0.15.02=?-???=-=
c i c h p D p φσδ（mm ）
封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3
塔设备质量载荷
1. 塔体质量
查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。
通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ）
塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ）
1-2段：135436424952-1,01=+?=m （kg ） 2-3段：135436424952-1,01=+?=m （kg ） 3-4段：4950104954-3,01=?=m （kg ） 4-顶段：.55066364.59495-4,01=+?=顶m （kg ）
2. 塔段内件质量
查表5-4得[8],筛板塔塔盘质量2/65m kg q N =，则 塔体内件质量：8164654044
4
2
02=???=
??=π
π
N i q N D m （kg ）
2-3段：5.102065544
32,02=???=-π
m （kg ） 3-4段：9.3877651944
43,02=???=
-π
m （kg ） 4-顶段：6.3265651644
4,02=???=-π
顶m （kg ）
3. 保温层质量
()()[]
()()
()()
kg V V H D D m f f n i s n
i 5.5116300
1729.15459.123005.2402.222.24
22224
22
2
12202
2
03=?-?+??-=
-++-++=π
ρρδδδπ
1-2段：()9.1113001729.15459.121,03=?-=-m （kg ） 2-3段：()
5.9983005202.222.24
2232,03=??-?=-π
m （kg ） 3-4段：()
199********.222.24
2243,03=??-?=
-π
m （kg ）
4-顶段：1.200919975.9989.1115.51164,03=---=-顶m （kg ）
4. 平台和扶梯质量
查表5-4得[8],平台质量2/150m kg q P = 笼式扶梯质量2/40m kg q F = 平台数6=n 笼式扶梯总高度m H F 65.26=
()()[]
()
()kg H q nq D B D m F F P n
i n i 7.503365.2640150621
22.202.442
1222224
222
204=?+???-=?+?++-+++=
πδδδδ
π
0-1段：4014010,04=?=-m （kg ） 1-2段：8024021,04=?=-m （kg ）
2-3段：()
3.861540150121
22.202.442232,04=?+???-?=
-π
m （kg ） 3-4段：()
6.1722104015022
22.202.442243,04=?+??-?=-πm （kg ）
4-顶段：()
8.232965.8401502
3
22.202.44224,04=?+??-?=-π顶m （kg ）
5. 操作时塔内物料质量
()()()
kg V h N h Di m f L 1322792.7831729.18.1408.092.78344
4
1
10205=?++????=
++=
π
ρρπ
1-2段：5.91992.7831729.121,05=?=-m （kg ） 2-3段：()3.54158.1508.092.78344
32,05=+????=-π
m （kg ） 3-4段：5.37411908.092.78344
43,05=????=
-π
m （kg ） 4-顶段：7.31501608.092.78344
4,05=????=-π
顶m （kg ）
6. 人孔等附件的质量
1.35855.1434025.025.001=?==m m a （kg ） 0-1段：8.12349525.025.010,0110,=?==--m m a （kg ） 1-2段：5.338135425.025.021,0121,=?==--m m a （kg ）
2-3段：8.618247525.025.032,0132,=?==--m m a （kg ） 3-4段：5.1237495025.025.043,0143,=?==--m m a （kg ）
4-顶段：.61266.5506625.025.0-4,01-4,=?==顶顶m m a （kg ）
7. 充液质量
()
kg V H Di m W
f W W 8.7927510001729.110005.2444
4
02=?+???=
+=π
ρρπ
1-2段：9.117210001729.121,=?=-W m （kg ） 2-3段：157001000514.332,=??=-W m （kg ） 3-4段：3140010001014.343,=??=-W m （kg ）
4-顶段：.9310021000729.111000.5914.34,=?+??=-顶W m （kg ）
8. 偏心质量
已知再沸器：kg m e 4000=
1-2段：140021,=-e m （kg ） 2-3段：260032,=-e m （kg ）
9. 操作质量
()
kg m m m m m m m m e
a 8.5346640001.3585132277.50335.511681645.1434005040302010=++++++=++++++=
同理可得各段的操作质量如下：
8.65810,0=-m （kg ），9.420321,0=-m （kg ），4.1398932,0=-m （kg ） 5.1752643,0=-m （kg ），.3170884,0=-顶m （kg ）
10. 最小质量
()
kg m m m m m m m e
a 6.3370840001.35857.50335.511681642.05.143402.004030201min =++++?+=+++++=
同理可得各段的最小质量如下：
8.65810min,=-m （kg ），4.328421min,=-m （kg ），7.775732min,=-m （kg ）
68.1068243min,=-m （kg ），12.113254min,=-顶m （kg ）
11. 最大质量
()kg m m m m m m m m e
a W 6.11951540001.35858.792757.50335.511681645.1434004030201max =+++++?+=++++++=
同理可得各段的最小质量如下：
8.65810max,=-m （kg ），3.445721max,=-m （kg ），1.2427432max,=-m （kg ） 4518543m ax,=-m （kg ），5.449404max,=-顶m （kg ）
综上可知塔的各种质量载荷计算结果如表4-2所示。
表4-2 质量载荷计算结果
4.2.4
自振周期
33
011033.90-?=Di
E H
m H
T e δ
式中H –––––塔设备高度，mm m 0 –––––操作质量，kg
E –––––设计温度下弹性模量，MPa D i –––––塔体内径，mm δ–––––塔体有效厚度，mm
()
s Di E H m H T e 89.010
20008109.1280008.534662800033.901033.903
3
53301=???????=?=--δ
4.2.10 地震载荷与地震弯矩 1. 水平地震力
g m C F K K Z K 111ηα=
式中C Z –––––综合影响系数，取C Z =0.5；
m K –––––距离地面h K 处的集中质量，kg ；
α1 –––––对应于塔设备基本自振周期T 1的地震影响系数α值；
max 9
.01
αα???
? ??=T
T g
αmax –––––地震影响系数的最大值，设计烈度8度时取αmax =0.45； T g –––––各类场地土的特征周期，Ⅱ累场地、近震时取T g =0.3。 ηK1–––––基本振型参与系数；
∑∑===
n
i i
i n
i i
i
K
K h
m h
m h 1
31
5
.15
.11η
09.02.0169.045.089.03.0max 9
.0max 9
.01=>=???? ??=???
? ??=αααT
T g
表4-3 Excel 计算水平地震力过程及结果
以0--1段为例进行计算：
00412.010488.210167.950017
105.11
31
5
.15.11
1???==
∑∑==n
i i
i n
i i
i K K h
m h m h
η
25.281.98.65800412.0169.05.0111=????==g m C F K K Z K ηα（N ）
其他段由Excel 计算过程及结果如表4-3。
2. 垂直地震力
塔设备底截面处垂直地震力可由下式计算：
g m F eq V V
??=-α0
式中m ax V α –––––垂直地震影响系数最大值，取max max 65.0αα=V ；
eq m –––––塔设备的当量质量，取075.0m m eq =kg 。
任意质量i 处垂直地震力可按下式计算：
0-=I
-I ∑?=
V
n
i
k K
K
i
i V
F h m
h m F
以0—1段为例进行计算：
2925.045.065.065.0max max =?==ααV 1.401008.5346675.075.00=?==m m eq （kg ） 塔设备底截面处的垂直地震力： 2.11506481.91.401002925.00
0=??=??=-g m F eq V V
α（N ）
8
5
1
10066.7230003.17088130005.1752655004.139820009.42035008.658?=?+?+
?+?+?=∑=i i
i h
m
658.8kg ，距离水平面500mm 处垂直地震力：
64.532.11506410066.7500
5.6588
0=???=
?=
-=I
-I ∑V
n
i
k K
K
i
i V
F h m
h m F （N ）
其他段由Excel 计算过程及结果如表4-4。
表4-4 Excel 计算垂直地震力过程及结果
3. 地震弯矩
等径、等壁厚塔设备任意截面I -I 的基本振型地震弯矩： ()
5.35.25.35
.2011
414101758h h H H H
g
m C M Z E +?-=
I
-I α 等径、等壁厚塔设备底截面0-0的基本振型地震弯矩：
gH m C M Z E 010
01
35
16
α=
- 当塔设备H/D>15，或H ≥20m 时，还必须考虑高振型的影响，在进行稳定和其他验算时，可按下式计算[8]：
I -I I
-I =125.1E E
M M
底面处地震弯矩：
8010
011067.52800081.98.53466169.05.035
16
3516?=?????==
-gH m C M Z E α 8810
01009.71067.525.125.1?=??==I -I -E E
M M （N ·mm ）
截面1-1处地震弯矩：
()
()
()mm N h
h H H H g m C M M Z E E
???+??-?????=+?-?
==I
-I -85
.35.25.35
.25
.35.25.35
.2011
1
11074.61000410002800014280001028000
17581.98.53466676.025.141410175825.125.1α
截面2-2处地震弯矩：
()
()
()mm N h h H H H
g
m C M M Z E E
???+??-?????=+?-?
==--85.35.25.35
.25.35.25.35
.2012
21
2
21003.63000430002800014280001028000
17581
.98.53466676.025.141410175825.125.1α 同理可得：
83
31029.4?=-E
M （N ·mm ） 84
41031.1?=-E
M （N ·mm ）
4.2.6
风载荷与风弯矩
1. 水平风力
以0—1段为例进行计算：
61110211110-?=e D l f q K K P 62220221210-?=e D l f q K K P …
60210-?=ei i i i i i D l f q K K P
式中P 1、P 2……P i –––––塔设备各计算段的水平风力，N ； D e1、D e2……D ei –––––塔设备各计算段的有效直径，mm ；
当笼式扶梯与塔顶管线布置成90°时，取下列两式中较大者[8]： 432K K D D si oi ei +++=δ ps O si oi ei d K D D δδ224++++= D oi –––––塔设备各计算段的外径，mm ；
K 21、K 22……K 2i –––––塔设备各计算段的风振系数，当塔高H ≤20m 时，取K 2i =1.70，当H>20m 时，按下式计算[8]： i
zi
i i f K φξν+
=12
i f –––––风压高度变化系数，按表5-7[8]查得； ξ–––––脉动增大系数，按表5-8[8]查得； i ν–––––第i 段脉动影响系数，按表5-9[8]查得； zi φ–––––第i 段振型系数，根据h i /H 与u 查表5-10[8]；
K 3–––––笼式扶梯当量宽度，当无确切数据时，可取400mm [8]； K 4–––––操作平台当量宽度，mm ； 0
42l A K ∑=
∑A –––––第i 段内平台构件的投影面积，mm 2
0l –––––操作平台所在计算段的长度，mm 。
l–––––第i计算段长度，mm。
i
Excel计算过程及结果如表4-5。
表4-5 Excel计算水平风力过程及结果
2. 风弯矩
0-0截面的风弯矩：
8
54321543214321321211
010985.92300032.309521300058.194865500795.55092000389.131350069.65622222?=?+?+?+?+?=??? ?
?
+++++??? ??
++++??? ?
?+++??? ??++=-l l l l l P l l l l P l l l P l l P l P M W
1-1截面的风弯矩：
8
54325432432322
1
110464.92200032.309521200058.194865500795.55091000389.13132222?=?+?+?+?=??? ?
?++++??? ??
+++??? ??++=-l l l l P l l l P l l P l P M W
2-2截面的风弯矩：
8543543433
2
210277.82000032.309521000058.194862500795.5509222?=?+?+?=?
?? ?
?+++??? ??
++=-l l l P l l P l P M W
4.2.7
最大弯矩
1. 偏心弯矩
偏心质量4000=e m kg 偏心距2000=e mm
偏心弯矩710848.7200081.94000?=??==ge m M e e N ·mm 2. 最大弯矩
最大弯矩计算结果如表4-6
表4-6 最大弯矩表
4.2.8
圆筒轴向应力校核
1. 圆筒轴向应力
设计压力引起的轴向应力：
0,001=-σMPa 0,111=-σMPa 5.628
42000
0.14,221??==-ei i PD δσMPa 操作质量引起的轴向应力：
44.108
200014.381
.98.534660
000
0,2=???==--ei i D g m δπσ（MPa ） 31.108
200014.381.9528081
1011,2=???==--ei i D g m δπσ（MPa ） 49.98
200014.381.91.486042202
2,2=???==--ei i D g m δπσ（MPa ） 最大弯矩引起的轴向应力：
87.428200014.310077.1442
920
0max 00,3=????==--ei i D M δπσ（MPa ） 80.408200014.310025.1442921
1max 11,3=????==--ei i D M δπσ（MPa ） 1.368
200014.310062.9442
8222max 2
2,3=????==--ei i D M δπσ（MPa ）
2. 圆筒稳定校核
载荷组合系数 K=1.2 系数000752.01000
8
094.0094.0=?==
i ei R A δ 设计温度下材料的许用应力[]t
σ
查得[1] （16MnR ，200℃）[]t
σ=170MPa
（Q235-A ，200℃）[]s t
σ=113MPa
即：[]t
00-σ=113MPa []t
11-σ=113MPa []t
22-σ=170MPa
查得[1] （16MnR ，200℃）B=118 （Q235-A ，200℃）B=93
则：6.1112.19300=?=-KB MPa ， []6.1351132.100=?=-t
K σMPa
6.1112.19311=?=-KB MPa ， []6.1351132.111=?=-t
K σMPa
6.1412.111822=?=-KB MPa ， []2041702.122=?=-t
K σ MPa
取两者中较小值，即：
[]00,-cr σ=111.6MPa []11,-cr σ=111.6MPa []22,-cr σ=141.6MPa []26.11585.06.13500,=?=-φσt
cr K MPa
[]26.11585.06.13511,=?=-φσt
cr K MPa
[]4.17385.020422,=?=-φσt
cr K MPa
圆筒最大组合应力21σσ+：
()31.5387.4244.100
021
=+=+-σσMPa<[]00,-cr σ=111.6MPa ()
11.518.4031.101
121
=+=+-σσMPa<[]11,-cr σ=111.6MPa ()
59.451.3649.92
22
1=+=+-σσ
MPa<[]22,-cr σ=141.6MPa
对内压容器21σσ+<[]cr σ 满足要求。 圆筒最大组合拉应力321σσσ+-： ()49.620
0321=+--σσσMPa<[]26.11500=-φσt
K MPa
(
)55.601
1321=+--σσσMPa<[]26.11511=-φσt
K MPa
(
)
11.892
23
21=+--σσσMPa<[]4.17322=-φσt
K MPa
对内压容器321σσσ+-<[]φσt
K 满足要求。 4.2.9
塔设备压力试验时的应力校核
试验介质密度（介质为水）：001.0=γkg/cm 3 ，液柱高度：H=2800cm 液柱静压力：2854.081.92800001.081.9=?=H γMPa 2-2截面最大质量：3.1144003.44576586.1195152
2=--=-T
m kg
2-2截面6.3723452.19.09.0=??=s K σMPa 2-2截面KB=141.6MPa
压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力[]cr σ=141.6MPa （取两者中较小者）试验压力引起的周向应力：
()()
()()7.1928
2820002854.025.1281.9=?++=
++=
ei
i e i T
T D H P δδγσMPa
液压试验时，7.192=T σ MPa<6.3729.0=s K σMPa 试验压力引起的轴向应力：
13.788
42000
25.141=??==
ei i T T D P σσMPa
重力引起的轴向应力：
34.228
200014.381.93.1144002
22
=???==-ei i T T D g m δπσ MPa 弯矩引起的轴向应力：
(
)()95.128
200014.310848.710
277.83.043.042
78
22
23=???+???=+=
-ei
i e
W
T D M M δπσ MPa 液压试验时圆筒最大组合应力：
74.6895.1234.2213.78321=+-=++T T T σσσMPa <φσs K 9.0（满足要求） 29.3595.1234.2232=+=+T T σσMPa<[]cr σ（满足要求） 4.2.12 裙座轴向应力校核 1. 裙座底截面的组合的应力
裙座有效厚度：8=es δmm 裙座筒体内径：2000=s i D mm 0-0截面积：502408200014.3=??==is s i sb D A δπmm 2 0-0截面系数：25120000820004
14
.34
22=??=
=
is s i sb D Z δπ
mm 2 6.111=KB MPa ，[]6.135=t
s K σMPa 裙座许用轴向应力取两者较小值。 0-0截面组合应力：
31.535024081.98.5346610
512.210077.17
900
0max
=?+??=+-sb sb
A g m Z M MPa<6.111=K
B MPa 2. 裙座检查孔和较大管线引出孔截面处组合应力
检查孔加强管长度：120=m l mm ，检查孔加强管厚度：12=m δmm 检查孔加强管水平方向的最大宽度：120=m b mm
28801212022=??==m m m l A δ mm 2
1-1截面处裙座筒体截面积：
()[]465203*********=-=-+-=∑m es m m es im sm A b D A δδδπ mm 2 62
22
2
1087.12450100012082222?=??? ??-???=??
? ??-??? ??=m m m
es m b D l Z δ
1-1截面处得裙座筒体截面系数：
()
7622
1087.21087.14200012282000424?=?-???-??=??? ??--=
∑πδδπ
m es im m es im sm Z D b D Z 1-1截面组合应力：
85.464652081.95280810
87.210025.17
91
101
1max =?+??=+--sm sm
A g m Z M B KB A g m Z M M sm sm e W <=?+ ??+??= ++--3846520 81 .98.1188561087.210848.710464.93.03.077 81 1max 1 1 4.2.11 地脚螺栓座 1. 基础环设计 裙座外径：20168220002=?+=+=e is os D D δmm 基础环外径：23003002000300=+=+=is ob D D mm 基础环内径：17003002000300=-=-=is ib D D mm 基础环伸出宽：()1422 2016 23005.0=-= -=os ob D D b mm 相邻两筋板最大外侧间距：160=l mm 基础环材料的许用应力：[]140=b σMPa 基础环面积：()() 622 2 2 10885.1170023004 4 ?=-=-=ππ ib ob D D Ab mm 2 基础环截面系数： ( )() 84 4 4 41038.82300 3217002300 14.332?=?-?=-=ob ib ob b D D D Z π mm 3 水压试验时压应力： 91.110 885.181.96.1195151038.810077.16 8900 0max 1 =??+??=+=-b b b A g m Z M σMPa 操作时压应力： 第一章绪论 1.1塔设备概述 塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。 在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为： （1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等； （2）内件，指塔盘或填料及其支承装置； （3）支座，一般为裙式支座； （4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液 体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。 支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。 塔设备强度计算的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计算。 化工生产对塔设备的基本要求 塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求：（1）气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力小。 （2）操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。 （3）结构简单可靠，制造安装容易，成本低。 （4）不易堵塞，易于操作、调试及检修。 1.2板式塔 板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或冷却、多段取出不同馏分、“液化气”较大等。但板式塔的结构复杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸馏、吸收等传质过程。 板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、 《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：________________ 学号： __________________ 所在学院：_________________________________________ 专业：____________________________________________ 设计题目：_________________________________________ 指导教师： ________________________________________ 2006 年月 目录 一. 设计任务书 (2) 二. 设计参数与结构简图 (4) 三. 设备的总体设计及结构设计 (5) 四. 强度计算 (7) 五. 设计小结............................................ ..13 六. 参考文献............................................ ..14 、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（板式塔）设计。各 个同学按照自己的工艺参数确定设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 设计题目： —例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式（填料塔、板式塔）； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目（或填料高度）； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、 管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 ㈡基础环板设计 1. 基础环板内、外径的确定 裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用 （4-68） 式中： D ob-基础环的外径，mm； D ib-基础环的内径，mm； D is-裙座底截面的外径， mm。 2. 基础环板厚度计算 在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为： （4-69） 式中： A b-基础环面积，mm2； W b-基础环的截面系数，mm3； （1）基础环板上无筋板 基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度： （4-70） 式中： δb-基础环厚度，mm； [σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。对低碳钢取[σ]b=140MPa。 （2）基础环板上有筋板 基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。基础环厚度： （4-71） 式中： δb-基础环厚度，mm； M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按表4-35计算，N·mm/mm。无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。 ㈢地脚螺栓 地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为： （4-72） 式中： σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。 当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。 当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算： （4-73） 式中： d1-地脚螺栓螺纹小径，mm； C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm； n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6； [σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24。 ㈣裙座体与塔体底封头的焊接结构 裙座体与塔体的焊接形式有下表所示的两种： 名称结构要求特点适用对象 对接焊 缝裙座与塔体直径相等，二者对 齐焊在一起 焊缝承受压应力作用，可承受较高 的轴向载荷 大型塔设备 搭接焊 缝 裙座内径稍大于塔体外径焊缝承受剪应力作用，受力条件差小型塔设备 1．裙座体与塔体对接焊缝（如附图）J-J 截面的拉应力校核 （4-74） 塔设备强度设计计算 管理提醒： 本帖被tandongchi 从图纸专区移动到本区(2010-07-21) 一、塔体的强度计算 安装在室外的高度与直径比（H/D）较大的塔设备，除承受操作压力外，还要承受质量载荷、风载荷、地震载荷和偏心载荷等，见塔设备各种载荷示意图。因此，在进行塔设备设计时必须根据受载情况进行强度计算与校核。 ㈠按设计压力计算筒体及封头壁厚 按本篇第十五章"容器设计基础"中内压、外压容器的设计方法，计算塔体和封头的有效厚度。 ㈡塔设备所承受的各种载荷计算 以下要讨论的载荷主要有：操作压力；质量载荷；风载荷；地震载荷；偏心载荷。 １．操作压力 当塔为内压时，在塔壁上引起周向及轴向拉应力；当塔为外压时，在塔壁上引起周向及轴向压应力。操作压力对裙座不起作用。 ２．质量载荷 塔设备的质量包括塔体、裙座体、内构件、保温材料、扶梯和平台及各种附件等的质量，还包括在操作、停修或水压试验等不同工况时的物料或充水质量。 设备操作时的质量 m0=m1+m2+m3+m4+m5+ma+me （4-42） 设备的最大质量（水压试验时） mmax =m1+m2+m3+m4+mw+ma+me （4-43） 设备最小质量 mmin =m1+0.2m2+m3+m4+ma+me （4-44） 式中： m1:塔体和裙座质量，Kg； m2:内件质量，Kg； m3:保温材料质量，Kg； m4:平台、扶梯质量，Kg； m5:操作时塔内物料质量，Kg； ma:人孔、接管、法兰等附件质量，Kg； me:偏心质量，Kg； mw:液压试验时，塔内充液质量，Kg； 0.2m2:考虑内件焊在塔体上的部分质量，如塔盘支承圈、降液管等。 当空塔吊装时，如未装保温层、平台、扶梯等，则mmin应扣除m3和m4。 在计算m2、m4及m5时，若无实际资料，可参考表4-25进行估算。 表4-25 塔设备部分内件、附件质量参考值 名称笼式扶梯开式扶梯钢制平台圆形泡罩塔盘条形泡罩塔盘筛板塔盘浮阀塔盘舌型塔盘塔盘充液 单位质量 40Kｇ/m 15～24 Kｇ/m 150Kｇ/m2 150Kｇ/m2 150Kｇ/m2 65Kｇ/m2 75Kｇ/m2 75Kｇ/m2 7 0Kｇ/m2 一、塔器的分类及用途 1.塔设备的作用： 2.塔器的分类:①按操作压力分②按单元操作分③按内件结构分：填料塔和 板式塔 3.填料塔的结构：①塔体②支座③人孔或手孔④吊柱及扶梯⑤操作平台 ⑥填料⑦除沫器，等等 4.板式塔的结构：①塔体②支座③人孔或手孔④吊柱及扶梯⑤操作平台⑥ 塔盘等。 5.填料塔使用场合：①分离程度要求高的情况②具有腐蚀性的物料的情况 ③容易发泡的物料的情况 6.板式塔使用场合：①液相负荷较小时②含固体颗粒，容易结垢，有结晶 的物料等。 二、填料塔 1.填料塔的特点： 2.填料分类：散装填料和规整填料 散装填料的分类：（1）环形填料（2）开孔环形填料（3）鞍形填料 （4）金属环矩鞍填料 规整填料分类：（1）丝网波纹填料（2）板波纹填料 填料的选用： 3.液体的分布器分类：（1）管式液体分布器：重力型和压力型（2）槽式液体 分布器（3）喷洒式液体分布器（4）盘式液体分布器 4.液体的分布器作用： 5.了解填料支撑的种类，结构 三、板式塔的种类 1、泡罩塔的结构 优点： 缺点： 2、浮阀塔的结构 优点： 缺点： 3、筛板塔的结构 优点： 缺点: 4、无降液管塔 5、导向筛板塔 6、斜喷型塔 四、板式塔的塔盘 1、板式塔的塔盘分类：溢流型和穿流型 2、板式塔的塔盘结构分类：①整块式塔盘：定距管式塔盘和重叠式塔盘 ②分块式塔盘 3、塔盘支撑结构种类，结构 五、塔设备的附件 1、除沫器的作用： 2、常用的除沫装置：丝网除沫器、折流板式除沫器、旋流板除沫器 3、吊柱的结构： 六、塔设备的计算 塔设备的各种载荷，计算中需要知道设计哪些载荷 塔设备标准的适用范围，什么样的设备，才算是塔设备 设计压力，设计温度如何考虑 材料的选择，负偏差，腐蚀裕量，最小厚度 1.了解塔设备的受力模型，塔设备受力模型的理论基础 地震受力模型 地震水平力如何计算， 地震垂直力如何计算；什么情况下考虑地震垂直作用力 地震弯矩如何计算 多质点的地震弯矩是如何叠加的 风载受力模型 风作用力的计算 风弯矩的计算 地震作用和风载作用是如何叠加的 2.塔设备强度计算包括哪些步骤 3.塔的固有周期，振型的概念是什么，又是如何参与到塔设备计算中的 七、塔设备零部件 1.裙座 1.1 裙座材料的选择，地脚螺栓的选择，许用应力的确定 1.2 裙座的类型，每种类型适用场合，每种结构有何要求 1.3 裙座与塔壳的连接形式，焊缝有和要求 1.4 排气孔，排气管和隔火圈的规格数量的确定 1.5 裙座上面引出管的结构如何设计 1.6检查孔规格，数量的确定 1.7地脚螺栓座的结构有哪些，每种结构尺寸如何确定的 2.塔壳 通常包括的元件有哪些，塔壳结构有哪些 3.静电接地板如何设置 4.地脚螺栓模板的用途，结构如何考虑 5.设置吊柱的目的（分段塔可不设置吊柱），结构尺寸的确定 6.塔设备吊耳如何选择，如何计算 八、设备法兰（专题讨论） 1）设备法兰的类型，以及各种类型的优缺点，各适用什么场合 2）设备法兰的标准号，在选用标准设备法兰需要注意什么 3）非标设备法兰如何计算，结构尺寸如何确定，怎样才算是最优设计 4）设备法兰材料有哪些，如何选择 5）设备法兰的制造，法兰的制造技术要求有哪些 九、螺栓和螺母， 1）螺栓材料选择，标准的选择，载荷计算 目录 一、选择材料 (18) 二、按计算压力计算筒体和封头的壁厚 (18) 三、塔的质量载荷计算 (19) 四、塔的自振周期计算 (22) 五、地震载荷计算 (22) 六、风载荷计算 (23) 七、各种载荷引起的轴向应力 (25) 八、筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核 (26) 九、筒体和裙座水压试验应力校核 (27) 十、基础环设计 (29) 十一、地脚螺栓设计 (30) 十二、补强计算 (32) 主要符号说明 (35) 正文 机械设计条件： 一、 选择材料 塔体16MnR: [σ]t =170 MPa, [σ]=170 MPa,σs=345MPa 裙座 Q235-A:[σ]t =113MPa, [σ]=113 MPa,σs=235 MPa E=1.9*105 MPa 二、按计算压力计算筒体和封头的壁厚 筒体：20.1083 .185.017021600 83.1][2=-???=-= c t i c p D p S φσ(mm) 封头，采用标准椭圆封头： 16.1083 .15.085.017021 160083.15.0][2=?-????=-= c t i c p K D p S φσmm 加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还应考虑刚度、稳定性及多种载 荷等因素，取筒体、封头、和裙座的名义厚度Sn 均为20mm ，Se=Sn-C=20-2=18mm 。 三、塔的质量载荷计算 1．塔壳和裙座的质量 （1）圆筒质量/ 塔体圆筒总高度：Ho=81.2-5-2.6 =73.6m kg Ho Di Do m =???--= 322221085.76.73)6.164.14 )(41 π ρπ （2）封头质量 查得，DN1600,壁厚20mm 的椭圆形封头的质量为250kg ，则 kg m 50022502=?= （3）裙座质量 裙座尺寸：Dis=1800mm,Dos=1836mm,dis=1200mm,dos=1236mm 由于锥角小，故用锥体的平均直径Dim=1500mm 。按圆筒计算： 33691085.75)5.1536.1(4 )(4 322223=???-= -= π ρπ g Hs Dim Dom m kg 5.2270632101=++=m m m m kg 2.塔内构件质量： 查表得筛板塔盘质量为75kg/m 2 kg N Di m p 9.627675742.14 654 2202=??= ?= π π 3．人孔，法兰，接管与附属物质量 kg m m a 6.567625.1883725.025.01=?== 4．保温材料质量 第四章塔设备机械设计 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表 4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段 图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。 4.2.2 塔体和封头厚度 塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ） 液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60 .185.017022000 0.12=-???=-= c i c p D p φσδ（mm ） 圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60 .15.085.017022000 0.15.02=?-???=-= c i c h p D p φσδ（mm ） 封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3 塔设备质量载荷 1. 塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。 通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ） 塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ） 第六部分 塔内件机械强度设计及校核 6.1精馏塔筒体和裙座壁厚计算 选用16MnR 钢板，查《化工设备机械基础》表9-4得：，MPa 170][t =δ焊接采用双面焊 100%无损探伤检查，焊接接头系数00.1=?，则由筒体的计算厚度为： []0.11182300 0.76()2217010.1118 c i p D c mm t p δσ??= ==-??- 查《化工设备机械基础》表9-10得mm C 8.01=，加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头和裙座的名义厚度Sn 为8mm ，则 有效厚度 826mm e n C δδ=-=-=（） 应力校核： 采用水压试验，试验压力为 [][] 1701.25 1.250.11180.14 170T t p p MPa σσ==??=（） 压力试验时的薄膜应力 ()e T δδσ2D p e i T += 故() 0.142300626.9()26 T MPa σ?+= =? 查表9-4，16MnR 的 MPa s 345=σ 故0.90.91345310.5()26.9MP s T MPa a ?σσ=??==＞ 所以满足水压试验要求。 封头采用标准椭圆封头 6.2精馏塔塔的质量载荷计算 6.2.1塔壳和裙座的质量 圆筒质量 塔体圆筒总高度Z 8m = ()14 2 2 i D -D Z m π ρ= ()2 232.316 2.300137.85105916.554 kg π = -???= 6.2.2封头质量 查的DN2300，壁厚8mm 的椭圆形封头的质量为251kg ，则 kg 5022251m 2=?= 《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录 前言............................................................... 错误！未定义书签。 摘要 (2) 关键字 (2) 第二章设计参数及要求 (2) 1.1符号说明 (2) 1.2.设计参数及要求 (3) 3 3 第二章材料选择 (4) 2.1概论 (4) 2.2塔体材料选择 (4) 2.3 裙座材料的选择 (4) 第三章塔体的结构设计及计算 (5) 3.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 (5) 3.2 塔设备质量载荷计算 (5) 3.3 风载荷和风弯矩 (6) 3.4 地震弯矩计算 (7) 3.5 各种载荷引起的轴向应力 (7) 3.6 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (8) 3.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核 (9) 3.7.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (9) 9 3.8塔设备结构上的设计 (10) 10 10 板式塔的总体结构 (11) 小结 (11) 附录 (11) 附录一有关部件的质量 (11) 附录二矩形力矩计算表 (12) 附录三螺纹小径与公称直径对照表 (12) 参考文献 (12) 前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 关键字 塔体、封头、裙座、。 第二章设计参数及要求 1.1符号说明 Pc ----- 计算压力，MPa； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm； [Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm； 目录 第一章前言 ................................................................................. 错误!未定义书签。 塔设备设计简介 .................................................................. 错误!未定义书签。 填料塔结构简介 .................................................................. 错误!未定义书签。第二章设计方案的确定 ............................................................. 错误!未定义书签。 装置流程的确定 .................................................................. 错误!未定义书签。 吸收剂的选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 填料的选择 .......................................................................... 错误!未定义书签。 材料选择 .............................................................................. 错误!未定义书签。第三章工艺参数 ......................................................................... 错误!未定义书签。第四章机械设计 ......................................................................... 错误!未定义书签。 塔体厚度计算 ...................................................................... 错误!未定义书签。 封头厚度计算 ...................................................................... 错误!未定义书签。 填料塔的载荷分析及强度校核 .......................................... 错误!未定义书签。 塔体的水压试验 .................................................................. 错误!未定义书签。 水压试验时各种载荷引起的应力 .............................. 错误!未定义书签。 水压试验时应力校核 .................................................. 错误!未定义书签。第五章零部件选型 ..................................................................... 错误!未定义书签。 人孔 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 法兰 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 除雾沫器 .............................................................................. 错误!未定义书签。 填料支撑板 .......................................................................... 错误!未定义书签。 塔设备设计说明书精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 035 036 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录 前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 1 板式塔设备机械设计任务书 1.1 设计任务及操作条件 试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计 已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。 1.2 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。 1.3.设计要求： （1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸） 2 塔设备已知条件及分段示意图 已知设计条件 分段示意图 塔体内径i D 2000mm 塔体高度H 30000mm 设计压力P 1.2MPa 设计温度t 300℃ 塔 体 材料 16MnR 许用应力 [σ] 170MPa [σ]t 144MPa 设计温度下弹性模量E MPa 51086.1? 常温屈服点s σ 345MPa 厚度附加量C 2mm 塔体焊接接头系数φ 0.85 介质密度ρ 3/800m kg 塔盘数N 55 每块塔盘存留介质层高度w h 100mm 基本风压值0q 500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量e m 4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度s δ 100mm 保温材料密度2ρ 3/300m kg 材料 Q235-A 裙 座 许用应力t s ][σ 86MPa 常温屈服点s σ 235MPa 设计温度下弹性模量s E 《化工设备基础及设计》课程设计蒸馏塔与裙座的机械设计 目录 板式塔设备机械设计任务书 (1) 1. 设计任务及操作条件 (1) 2. 设计内容 (1) 3. 设计要求 (1) 1、塔的设计条件及主要物性参数表 (2) 2、塔设备设计计算程序及步骤 (3) 按设计压力计算塔体和封头厚度 (3) 塔设备质量载荷计算 (3) 自振周期计算 (5) 地震载荷与地震弯矩计算 (5) 风载荷与风弯矩计算 (7) 偏心弯矩 (9) 最大弯矩 (9) 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核 (10) 塔设备压力试验时的应力校核 (11) 裙座轴向应力校核 (12) 基础环设计 (14) 地脚螺栓计算 (15) 3、设计结果汇总表 (16) 4、设计评论 (17) 5、参考资料 (18) 附图1 浮阀塔装配图 板式塔设备机械设计任务书 1. 设计任务及操作条件： 试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。 已知条件为：塔体内径Ｄi＝1800mm，塔高40m，工作压力为1.2MPa，设计温度为350℃，介质为原油，安装在湛江郊区，地震强度为7度，塔内安装45层浮阀塔板，塔体材料选用20R，裙座选用Q235A。 2. 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。 3. 设计要求： （1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（2＃图纸） 施工现场临时用电负荷计算一、施工现场临时用电设备和用电负荷计算 二、计算用电总量方式 方法一： P=1.05 ?1.10 (kl E P1/Cos? +k2刀P2+ k3 刀P3+ k4 刀P4) 公式中：P――供电设备总需要容量KVA (相当于有功功率Pjs) P1――电动机额定功率KW P2――电焊机额定功率K) P3室内照明容量KW P4室外照明容量K) Cos?——电动机平均功率因数(最高为).75?0.78，—般为0.65?0.75) 方法二： 各用电设备组的计算负荷： 有功功率：Pjs1 = Kx xz Pe 无功功率：Qjs1 = Pjs1 x tg ? 视在功率：Sjs1 = (P2 js1 + Q2 js1) 1/2 = Pjs1/ CO? = Kx x 艺Pe / CO&)公式中：Pjs1--用电设备组的有功计算负荷kw) Qjs1--用电设备组的无功计算负荷kvar) Sjs1--用电设备组的视在计算负荷kVA) Kx--用电设备组的需要系数 Pe--换算到Jc (铭牌暂载率)时的设备容量 ②总的负荷计算： Pjs = Kx x艺p j s1 Qjs = Pjs x tg ? Sjs = (P2 js + Q2 js) 1/2 公式中：Pjs--各用电设备组的有功计算负荷的总和Kw) Qjs--各用电设备组的无功计算负荷的总和kvar) Sjs--各用电设备组的视在计算负荷的总和KVA 学习参考 三、选择变压器 方法一：W* P cos? 公式中：W――变压器的容量(K) P――变压器服务范围内的总用电量(K) K――功率损失系数，取1.05~1.1 Cos?——功率因数，一般为0.75 根据计算所得容量，从变压器产品目录中选择。方法二：Sn》Sjs (一般为 1.15~1.25 Sjs) 公式中：Sn --变压器容量(矽 Sjs--各用电设备组的视在计算负荷的总和KVA 四、实用例举 丰南区第三中学小学教学楼工程 施工现场临时用电组织设计(计算部分) 一. 编制依据、工程概况、施工现场勘察情况： 该工程施工现场临时用电组织设计编制依据。施工现场临时用电安全技术规范(JGJ46- 2005);建筑施工安全检查标准(JGJ59- 99)《建筑施工手册》等。 1. 施工平面布置图(如图)。 2、施工动力用电情况： (1) 搅拌机1台，电功机率均为5.5kw; (2) 卷扬机2台，电机功率为11kw x 2; (3) 对焊机1台，电机功率均为20kw (4) 切断机3台，电机功率为3.0 kw x 3; (5) 钢筋弯曲机1台，电机功率为4kw; (6) 拉筋卷扬机1台，电机功率为11kw; (7) 无齿锯1台，电机功率为1.5kw; (8) 塔吊1台，电机总功率为55kw; (9) 振捣棒5部，电机功率均为1.1kw，平板振捣器1部，电机功率为1.5kw; (10) 电焊机3台，电机视在功率为20KVA cos ? = 0.62 Jc=0.6。 华北科技学院环境工程学院《化工设备机械基础》课程设计报告 设计题目塔设备机械设计 学生姓名XXX 学号201101034210 指导老师XXX 专业班级化工B112班 教师评语 设计起止日期：2014年6月16日至2014年6月29日 塔设备设计任务书 一、设计内容 1、根据操作条件选择塔体、裙座材料； 2、法兰选型； 3、塔设备机械设计； 4、塔设备结构设计； 5、编写设计计算说明书，主要内容： ①目录； ②设计任务书（题目）； ③设计方案的确定，包括材料选择、塔设备结构设计等； ④塔设备机械设计过程； ⑤标准零部件的选择，如法兰等； ⑥设计小结； ⑦参考资料； ⑧附图： 总装图 法兰结构图 塔盘板结构示意图； 塔板连结结构示意图； 塔盘支撑结构示意图； 裙座与塔体焊缝结构图； 目录 一、塔体的设计条件 ................................................3 二、按计算压力计算塔体和封头厚度 ...........................4 三、塔设备质量载荷计算........................... .....................6 四、风载荷与风弯矩计算 ..........................................10 五、地震载荷计算 ...................................................13 六、偏心弯矩计算 ...................................................15 七、各种载荷引起的轴向应力 ....................................15 八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 ........................17 九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 ........................20 十、基础环设计 ......................................................21 十一、地脚螺栓计算 ................................................23 十二、筒体与封头联接法兰的选取 ..............................26 参考文献 (29) 一、塔体的设计条件 1、塔体的内径2000i D mm ，塔高近似取 华北科技学院环境工程学院 《化工设备机械基础》课程设计报告 设计题目 塔设备机械设计 学生姓名 张 森 学 号 201101034210 指导老师 任学军 专业班级 化工B112班 教师评语 设计起止日期： 2014年6月16日 至2014年6月29日 塔设备设计任务书 一、设计内容 1、根据操作条件选择塔体、裙座材料； 2、法兰选型； 3、塔设备机械设计； 4、塔设备结构设计； 5、编写设计计算说明书，主要内容： ①目录； ②设计任务书（题目）； ③设计方案的确定，包括材料选择、塔设备结构设计等； ④塔设备机械设计过程； ⑤标准零部件的选择，如法兰等； ⑥设计小结； ⑦参考资料； ⑧附图： 总装图 法兰结构图 塔盘板结构示意图； 塔板连结结构示意图； 塔盘支撑结构示意图； 裙座与塔体焊缝结构图； 目录 一、塔体的设计条件 (3) 二、按计算压力计算塔体和封头厚度 (4) 三、塔设备质量载荷计算 (6) 四、风载荷与风弯矩计算 (10) 五、地震载荷计算 (13) 六、偏心弯矩计算 (15) 七、各种载荷引起的轴向应力 (15) 八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 (17) 九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 (20) 十、基础环设计 (21) 十一、地脚螺栓计算 (23) 十二、筒体与封头联接法兰的选取 (26) 参考文献 (29) 一、塔体的设计条件 1、塔体的内径2000i D mm =，塔高近似取 H=28000mm ； 2、计算压力 1.2c p Mpa =，设计温度200℃； 3、设置地区：基本风压值20500/q N m =，地震设防烈度 8度，场地土类：Ⅰ类，设计地震分组：第二组，设计 基本地震加速度: 0.2g ； 4、塔内装有46层浮阀塔盘，每块塔盘上存有介质高度 为100w h mm =，介质密度为3825/kg m ρ=； 5、沿塔高每5m 左右开设一个人孔，人孔数为5个，相应 在人孔处安装的半圆形平台为5个，平台宽度B=800mm 高度为1000mm ： 6、塔外保温层厚度120s mm δ=，保温材料密度 为32350/kg m ρ= 7、塔体与裙座间悬挂一再沸器，其操作质量为4200e m kg = 偏心距e=2200mm ； 8、塔体在200℃的条件下工作，介质无明显腐蚀，筒体与封 头材料选16MnR ，裙座材料选用Q235-B ，材料的有关性 能参数如下： 第十七章塔设备强度设计计算 一、塔体的强度计算 安装在室外的高度与直径比（H/D）较大的塔设备，除承受操作压力外，还要承受质量载荷、风载荷、地震载荷和偏心载荷等，见塔设备各种载荷示意图。因此，在进行塔设备设计时必须根据受载情况进行强度计算与校核。 塔设备各种载荷示意图 ㈠按设计压力计算筒体及封头壁厚 按本篇第十五章"容器设计基础"中内压、外压容器的设计方法，计算塔体和封头的有效厚度。 ㈡塔设备所承受的各种载荷计算 以下要讨论的载荷主要有：操作压力；质量载荷；风载荷；地震载荷；偏心载荷。 １．操作压力 当塔为内压时，在塔壁上引起周向及轴向拉应力；当塔为外压时，在塔壁上引起周向及轴向压应力。操作压力对裙座不起作用。 ２．质量载荷 塔设备的质量包括塔体、裙座体、内构件、保温材料、扶梯和平台及各种附件等的质量，还包括在操作、停修或水压试验等不同工况时的物料或充水质量。 设备操作时的质量 m0=m1+m2+m3+m4+m5+m a+m e（4-42） 设备的最大质量（水压 试验时） m max （4-43） =m1+m2+m3+m4+m w+m a+m e 设备最小质量m min =m1+0.2m2+m3+m4+m a+m e（4-44） 式中： m1:塔体和裙座质量，K g； m2:内件质量，K g； m3:保温材料质量，K g； m4:平台、扶梯质量，K g； m5:操作时塔内物料质量，K g； m a:人孔、接管、法兰等附件质量，K g； m e:偏心质量，K g； m w:液压试验时，塔内充液质量，K g； 0.2m 2:考虑内件焊在塔体上的部分质量，如塔盘支承圈、降液管等。 当空塔吊装时，如未装保温层、平台、扶梯等，则m min 应扣除m 3和m 4。 在计算m 2、m 4及m 5时，若无实际资料，可参考表4-25进行估算。 表4-25 塔设备部分内件、附件质量参考值 ㈢ 圆筒的应力 1．塔设备由内压或外压引起的轴向应力 （4-55） 式中 σ1-由内压或外压引起的轴向应力，MP a ； p -设计压力，MP a ； D i -筒体内径，mm ； δei -i -i 截面处筒体有效壁厚，mm 。 2．操作或非操作时，重量及垂直地震力引起的轴向应力（压应力） （4-56） 式中： σ2-重量及垂直地震力引起的轴向应力，MP a ；塔设备机械设计
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