化工设备设计基础济南大学(精)

4塔设备设计•4.1概述•4.2板式塔及其结构设计•4.3填料塔及其结构设计•4.4其他结构设计•4.5板式塔设计举例••本章主要通过板式塔的设计实例来学习和掌握塔设备的结构设计及计算步骤。题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计•设计条件：塔径——2000mm•塔高——20.35m（20m）•工作压力——0.5Mpa•工作温度——110℃•介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8)•地点：济南•基本风压——400pa•地震烈度——8级•塔板距——0.45×9+0.7[m]•周而复始•各接管：•[DN][DN]•裙座人孔——400回流——100•温度——32取样——25•进气——450液面计——15•进料——100出料——125•压力计——25人孔——450•出气——150设计步骤•1、将塔器当作容器，按设计压力求其壁厚；•2、寻找危险截面，分析其危险因素；•3、将各危险因素叠加起来，进行强度和稳定性校核，对拉应力进行强度校核，对压应力，应同时满足强度和稳定条件；•4、校核地脚螺栓的个数及其直径。•0——0截面：底面基准•1——1截面：裙座人孔•2——2截面：塔、座焊缝•3——3截面：第二人孔下•4——4截面：顶面mmmm5.104305.7328.121110————————一、塔体选材•据工作压力0.5Mpa,工作温度110℃，属低压常温。•工作介质微腐，故选Q235—A。补充：低温：-20℃常温：-20℃~200℃中温：200℃~400℃高温：420℃二、按设计压力计算筒体和封头壁厚•1、筒体壁厚•设P—设计压力，应略大于工作压力；P=0.5×1.15=0.575≈0.58MPaPPDti2MPat1138.0用单面对接焊，局探，•则，•查•取•查mmCd4.72mmC8.01mmn10无变化t合适mmn10mm4.658.08.01132200058.0•2、封头壁厚•采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。三、各种载荷计算•1、设备自重•（1）塔体重m1•其中NkgDHDDmnniini911509115108.701.001.022785.02108.75.17201.022785.0242243232220221mmH1755010003475023000•（2）补充：内构件•板式塔的塔盘有整块式（塔径1m以下）和分块式（塔径1m以上）两种。•A、整块式塔盘塔•1)塔盘：•有小孔通气相•有液封受液装置接受液相•有溢流管排放液相•2）盘壁间密封结构•塔盘圈焊在塔盘上，其高度溢流堰高度；•填料支持圈（板）焊在塔盘圈上，其位置视填料高度而定；•填料塞在密封处；•压圈压在填料上；•压板压在压圈上；•螺栓焊在塔盘圈另一侧，用于固定压紧压板。3）降液管焊在塔盘上，多为弓形。4）塔节内塔盘的固定塔节下部内壁焊有支座，用于固定底层塔盘，每上层塔盘由定距管支承，管内有拉杆穿过各层塔盘，拧紧拉杆上的螺母即把塔节内各层塔盘紧固。5）塔节由法兰联接组成全塔。B、分块式塔盘•1）塔身为整体圆筒，不分塔节，而塔盘板分为数块安装。•2）据塔径不同，塔盘可分单、双多流结构，泄流。•3）图3-7解说•筋板、受液盘、支持圈（板）、降液板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件。弓形板固定在支持板、受液盘和支持圈上；矩形板固定在支持板、受液盘和弓形板上；通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩形板上。自身梁一种防止弯曲的手段。①矩形板无支承的一边为自身梁结构，有过渡凹平面，以备叠放通道板。②通道板无自身梁③弓形板弦边为自身梁结构5）塔板的连接与紧固A、固定件焊在塔壁上B、紧固件①塔板与支持板、塔板与受液盘、通道板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。②弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。（回题）（2）内构件重查P151表4-2，取浮阀塔盘重79kg/m2由工艺条件知共30个塔盘则NkgDmi7065070653075422（3）保温层重取保温层厚度0.1m，密度300kg/m3（JB）NkgoHDDmnini3495034953005.1701.0221.201.022785.02224220223(4)平台重•由工艺条件知，每10个塔盘设一人孔，一平台，共4个。每个平台为半圆形，取平台宽度0.9m，平台自重查P151表4-2。q=1502mkg2mkgNkgqnDBDmnini264502645241501.0202.0229.021.0201.022785.0222222422224（5）物料重•塔盘充液重查P151表4-2,取q=70•塔釜液面高1.8m2mkgNkgqnhDmi1111601111630708008.12785.0)(42025（6）附件重•各种管口（人孔、接管、法兰）估计•取Nkgma150001500（7）充水重NkgHDmiw5495005495010005.172785.04202•以上各载按不同情况组合•操作时•水压试验时•安装时Nkgmmmmmmma34936034936543210Nkgmmmmmmmwa787700787704321maxNkgmmmmmma181680181682.04321minm0mmaxmmin349360(N)787700(N)181680(N)2、风载•先确定最危险界面•0-0裙座底部•1-1裙座人孔•2-2裙座与塔体连接处的焊缝（1）各段风载计算段0-11-22-33-4备注K10.7形状系数K21.42风振系数q0400(Pa)基本风压fi0.80.80.91.2高度系数hi11.87.0510.5各计算高度D效2.62有效直径Fi8301500660913120各段风载以3-4段为例：1、K1–空气动力系数，又名形状系数，风吹在不同的凹凸面上会产生不的风力，对于圆形，取0.7；有效DhfqKKFiii021imK12im2、K2–风振系数，风速是脉动的，这种脉动离地越近，受建筑物影响越大，离地越远，脉动越小，这用高度系数校正。（P153)另外，塔的振动影响了风载，这种影响—动荷系数与塔的自振周期T有关。smmmmMPammkgmmsDEHmHTin38.01020001010220000349362000033.901033.903335330smmPamkgmDEHmHTin38.0201.010102203493620856.2856.2336530smmPamNmDEHQHTin38.0201.01010220349360209125.09125.0336530国际单位制距地面高度4060801000.350.320.260.250.21im20im系数系数自振周期0.250.51.01.522.53411.41.72.02.32.52.73.03.2sTm系数5imK12•查•查•3、•4、•5、35.0im2.1125.038.014.125.05.0tg42.12.135.0112imK4003415200qPq表查基本风压2.1,1,8.04415243322110ffffPfi表查不同高度不一样。高度变化系数。风力在mhhi5.1043计算段长度。•6、mDFFhFKKmmKKmmDDKKDDDi62.24.02.002.2002,4002.01.022,202.22,443300430效效效水平投影面积。平台宽度扶梯宽度，保温层厚外径，有效直径值见表其它效iiiFNDhqfKKF1312062.25.104002.142.17.002143•(2)各段风弯矩•前面我们求出了各段的风力，怎样破坏塔体？显然是要把塔吹弯。所以要研究风力产生的弯矩：•弯矩=力矩NmhhhhFhhhFhhFhFMw24318025.1005.78.1113120205.78.11660928.11150021830)2()2()2(23210321021010000iFiwMiFNmhhhFhhFhFMw22153525.1005.78.113120205.78.1660928.11500)2()2(232132121111NmhhFhFMw18467325.1005.713120205.76609)2(232322223、地震载荷•题外补充•地震以波的形式向四周传播破坏，对建筑物来说，以水平振动危害较大。•（1）作用在单质点上的水平地震力mgcF式中：c—形状系数，对钢制圆形容器：c=0.5；a—地震影响系数•1）据地震烈度查表4-8，选•2）再据T和基质查图4-48得之系数•3）•本题中，据地震烈度---查表4-8•得•T=0.38s按二类场地---查图4-48•得系数0.8•故：maxmaxmax系数45.0max36.08.0max•P155表4-9的解释（参考）•一类场地：微风化和中等风化的基石；•三类场地：饱和松沙、淤泥和淤泥质土、充填土等；•二类场地：除一、三类外的一级稳定土。（2）多质点弹性体系的水平地震力•全塔质量不集中于一点，将塔分成几段，求作用在质点K（K段）的震力（由K段振型系数校正，它包括了各i段对K段的影响）。段振型系数地震系数结构系数KacgmcaFkkkkmmihmmmKhmhmhhikkniiiniiikk段质心距地高度，；的作用点距地高度，段质量1315.15.1•对质量沿高度均布的等截面塔：总高操作时质量HmhHdhhHmdhhHmhkHiHikk05.15.103005.105.158（3）地震弯矩•截面i-I的震矩为自i以上至n各段震力对其力矩之和：•其中，h—i-i面距地高度nKkkiiEhhFM1')(•对等径、等厚之塔：•式中H、h的单位是[mm]m的单位是[kg]•上式为国际单位•注意：])[41410(1758)(5.35.25.35.20'1'mmNhhHHHgmcMhhFMiiEnKkkiiE])[1234(3543430'mNhhHHHmcMiiE'25.15iiEiiEiMMDH柔性大时，注意：当（4）偏心载荷偏心距egemMee（回题）3、地震载荷•因为是等直径等壁厚的塔设备，所以'43430'25.15220)1234(35iiEiiEiiiEMMDHhhHHHmcM为柔性结构又)(65505052404025.1)(5240402034936036.05.01254(3500430'00mNMmNHHmcMEE）)(61133048906325.1)(48906312131204202034936036.05.035)1234(3511434343430'11mNMmNhhHHHmcMEE)(53281242625025.1)(42625012