化工过程设计14_塔设备设计（PDF44页）

2014/8/261化工CAD基础第九讲塔设备设计DesignofColumns塔设备设计——引言塔设备（精馏塔/吸收塔）是普遍应用的化工设备，并且是典型的非标准设备，即不能通过选择规格型号购买标准化的制成品，而必须由工程师根据具体工艺过程需求逐台设计。设计塔设备是化学工程师的基本专业技能。2014/8/262塔设备设计——引言塔设备设计的内容可按以下分类：功能结构设计•分离性能设计•流体力学设计机械结构设计•塔体强度结构设计•连接及维修结构设计塔设备设计——分离性能设计塔设备的分离性能设计主要确定：1.操作压力；2.分离空间需求：如塔板数/填料高度、进/出料位置等；3.工艺操作条件：如回流比、出料量、热负荷等；4.进、出料及塔内物料状态。上述内容可用AspenPlus计算。2014/8/263塔设备设计——流体力学设计塔设备的流体力学设计主要确定：1.塔径；2.塔板及附件结构；3.塔压降分布；4.塔的操作弹性；5.汽/液分布器。上述1~4点也可用AspenPlus计算，但其塔板及附件和操作弹性设计结果的表达方式与我国现行规范不符。塔设备流体力学设计（1）我国普遍采用的塔设备流体力学设计方法及设计结果表达方式参见《塔设备设计》、《化学工程手册》13篇、《化工工艺设计手册（上）》12章5节。板式塔及浮阀塔板的结构和工作原理参见（其他资料/精馏塔动画汇总/*.swf），此系网上搜寻到的资料，请尊重原作者（不详）的著作权。2014/8/264塔设备流体力学设计（2）以下采用本校同学编制的软件（其他资料/TowerDesign/HYDRODYN/*.*）示范如何进行浮阀塔板的流体力学设计。将“HYDRODYN”目录下载到本地后，双击其中的FUFA.exe文件即可启动设计软件，进入用户界面。塔设备流体力学设计（3）用户界面2014/8/265塔设备流体力学设计（4）点击新建按钮，进入塔径初估对话框。塔设备流体力学设计（5）输入RadFrac中算得的Profile/hydraunics数据，点击OK按钮。2014/8/266塔设备流体力学设计（6）确认液体粘度小于1厘泊塔设备流体力学设计（7）初步选择一个板间距，以便估算塔径。2014/8/267塔设备流体力学设计（8）选择公式计算，取消逐步计算，点击开始计算按钮塔设备流体力学设计（9）将计算得到的塔径向上圆整为整数值。1000以下100一档，1000以上200一档。2014/8/268塔设备流体力学设计（10）点击校核计算按钮，检查初估的塔径是否适用。如否，则另选板间距重算。塔设备流体力学设计（11）校核成功后，点击确定按钮进行堰及降液管设计。2014/8/269塔设备流体力学设计（12）先后点击[确认计算结果]和[是]按钮进入下一步骤塔设备流体力学设计（13）先后选择塔板类型和堰长/塔径比，然后点击开始计算。2014/8/2610塔设备流体力学设计（14）对于双流型塔板，还需输入中心降液管宽度。塔设备流体力学设计（15）然后点击校核计算按钮，校核堰长和降液管截面积是否合适。2014/8/2611塔设备流体力学设计（16）如系统报告降液管与下层塔板间距太小，则反复点击[取消上次计算]按钮，回到选择堰长/塔径界面。塔设备流体力学设计（17）重设定堰长/塔径比，再次计算。2014/8/2612塔设备流体力学设计（18）直至各项目校核成功。塔设备流体力学设计（19）确认计算结果，进入下一步骤：塔板布置设计。2014/8/2613塔设备流体力学设计（20）首先选择浮阀规格和阀片开度，然后点击确定按钮。塔设备流体力学设计（21）然后设定阀孔动能因素，点击开始计算按钮，得到阀孔数。2014/8/2614塔设备流体力学设计（22）依次点击浮阀排列书签，选择浮阀排列方式，点击开始计算按钮，得到阀孔间距及其圆整值。塔设备流体力学设计（23）点击校核计算按钮，进入阀孔试排界面。如果排孔得浮阀远小于要求的浮阀数，则需调整孔间距或塔径后重排。2014/8/2615塔设备流体力学设计（24）点击调整孔间距按钮，选择75mm，然后点击重排按钮。塔设备流体力学设计（25）得到排孔已成功信息后，依次点击两个确定按钮按钮。2014/8/2616塔设备流体力学设计（26）返回塔板布置设计界面，依次点击板面布置和确认计算结果按钮按钮。塔设备流体力学设计（27）选择[是]，进入下一步骤。2014/8/2617塔设备流体力学设计（28）首先在[计算压降]表单中点击开始计算按钮。塔设备流体力学设计（29）其次选择[泛塔情况]表单，点击开始计算按钮，点击不会液泛消息框的确定按钮。2014/8/2618塔设备流体力学设计（30）再其次选择[雾沫夹带]表单，先选择公式计算选项，再点击开始计算按钮。塔设备流体力学设计（31）如果通知雾沫夹带量太大，则点击确定按钮后选择参数调整表单。2014/8/2619塔设备流体力学设计（32）在参数调整表单中将板间距调大一档，然后再依次进行计算压降、泛塔情况和雾沫夹带校核。塔设备流体力学设计（33）弹出雾沫夹带量校核成功消息框后点击确定按钮。2014/8/2620塔设备流体力学设计（34）进入择结果查看表单，在三项校核均通过的情况下点击确认计算结果按钮。塔设备流体力学设计（35）点击[是]按钮进入负荷性能图绘制步骤。2014/8/2621塔设备流体力学设计（36）在负荷性能图界面中点击重画按钮，弹出的消息框表明负荷上限太小。塔设备流体力学设计（37）返回负荷性能图界面，点击调整塔径按钮，用下条记录按钮调整塔径。2014/8/2622塔设备流体力学设计（38）返回负荷性能图界面，点击调整中心距按钮，选择自由调整，调到95。塔设备流体力学设计（39）点击调整参数后重算按钮，重新进行排孔、确定。2014/8/2623塔设备流体力学设计（40）点击重画按钮，消息框给出合理的负荷上限。塔设备流体力学设计（41）点击确定按钮消去消息框，得到最后的负荷性能图。2014/8/2624塔设备流体力学设计（42）从菜单[查看]下可以得到列表给出的设计结果。塔设备设计—塔体强度结构设计塔体强度结构设计主要确定：1.筒体及封头的厚度设计；2.裙座的设计；3.地脚螺栓的设计。上述设计通常由化机工程师进行，但对于一位具有全面工程实践能力化学工程师，也应该具备相应的技能。2014/8/2625塔体强度结构设计（1）以下采用本校同学编制的软件（其他资料/TowerDesign/MECHANIC/*.*）示范如何进行塔体强度结构设计。将“MECHANIC”目录下载到本地后，双击其中的JH.exe文件即可启动设计软件，进入用户界面。塔体强度结构设计（2）用户界面2014/8/2626塔体强度结构设计（3）首先从文件菜单下新建数据文件。塔体强度结构设计（4）输入基本数据后点击下一步按钮。2014/8/2627塔体强度结构设计（5）输入材料的设计条件参数后点击确定按钮。塔体强度结构设计（6）输入最小壁厚和压力试验体条件后点击下一步按钮。2014/8/2628塔体强度结构设计（7）输入封头设计条件和封头曲面深度后点击确定按钮。塔体强度结构设计（8）输入封头压力试验条件后点击下一步按钮。2014/8/2629塔体强度结构设计（9）输入筒体圆筒部分长度，点击[计算筒体总质量]按钮，然后点击下一步按钮。塔体强度结构设计（10）输入塔板单位面积重量和塔板数，点击[计算塔盘总质量]按钮，然后点击下一步按钮。2014/8/2630塔体强度结构设计（11）如果不知道塔板单位面积重量，可点击[数据查询]按钮查看参考数据。塔体强度结构设计（12）输入裙座高度和其余附件质量，点击[计算附件总质量]按钮，然后点击下一步按钮。2014/8/2631塔体强度结构设计（13）输入物料密度后可算出全塔总质量，然后点击下一步按钮。塔体强度结构设计（14）输入基本风压、塔总高和塔分段数[至少3段]后，点击确定按钮。2014/8/2632塔体强度结构设计（15）点击[基本风压表]按钮，可查询全国各地的基本风压数据。塔体强度结构设计（16）然后点击[计算]按钮计算塔体的自振周期。2014/8/2633塔体强度结构设计（17）依次点击各[设计]按钮，输入要求的数据，完成分段设计。塔体强度结构设计（18）第1段到裙座人孔中线，第2段到裙座与塔体接缝，第3段到10米截面。2014/8/2634塔体强度结构设计（19）完成分段设计后就可得到风载荷计算结果，然后点击下一步按钮。塔体强度结构设计（20）进行地震载荷计算时，用鼠标点击相应的系数即可完成输入。2014/8/2635塔体强度结构设计（21）输入裙座与塔体连接面高度后点击开始计算按钮，得到地震载荷，然后点击下一步按钮。塔体强度结构设计（22）输入偏心质量与偏心距后点击偏心弯矩按钮，然后点击下一步按钮。2014/8/2636塔体强度结构设计（23）进入筒体强度校核，输入操作状态下材料的允许应力值。塔体强度结构设计（24）操作状态下的强度校核均未成功，表明壁厚不够，须人工修正。2014/8/2637塔体强度结构设计（25）输入操作状态下材料的允许应力值，可从筒体计算界面上获得。塔体强度结构设计（26）液压试验状态下的强度校核有两项未成功，表明壁厚不够，须人工修正。点击确定按钮。2014/8/2638塔体强度结构设计（27）从壁厚初算菜单下选择筒体壁厚子项。塔体强度结构设计（28）进入内压圆筒壁厚计算第二界面，手动将名义厚度加倍，点击有效厚度数据框算出有效厚度。2014/8/2639塔体强度结构设计（29）手动将计算厚度改为与名义厚度相同，点击点击下一步按钮。塔体强度结构设计（30）进入内压封头筒壁厚计算第二界面，手动将名义厚度和计算厚度改为与筒体相同。点击确定。2014/8/2640塔体强度结构设计（31）从文件菜单选择保存数据文件。塔体强度结构设计（32）从文件菜单中重新打开刚才保存的文件。2014/8/2641塔体强度结构设计（33）从载荷计算菜单中的重量载荷开始，重新进行后继计算。塔体强度结构设计（34）由于计算壁厚的变化，塔体自振周期会改变。2014/8/2642塔体强度结构设计（35）操作状态下的应力校核全部成功。塔体强度结构设计（36）液压试验状态下的应力校核全部成功。点击下一步按钮。2014/8/2643塔体强度结构设计（37）输入裙座数据，进行裙座强度校核，全部校核成功。塔体强度结构设计（38）输入基础环和地脚螺栓数据，计算基础环厚度和螺栓小径，并圆整到公称值。2014/8/2644塔体强度结构设计（39）点击确定按钮，从文件菜单保存数据文件。至此完成设计过程。设计结果只能用此软件打开数据文件后从界面上读取。