化工设计塔设备的设计基础精品文档60页

g ─重力加速度，m/s2;
e─偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线
间的距离，m；
M e ─偏心弯矩，N·m。 16
3、塔体稳定校核
第一 筒体轴向应力
计算压力在塔体中引起 的轴向应力
1
PD i
4 ei
重量载荷及垂直 地震力在塔体中
引起的轴向应力
II 2
m0IIgFVII Di ei
弯矩在塔体中引 起的轴向应力
7
地震载荷
安装在7度及7度以上 地震烈度地区的塔设 备必须考虑它的抗震 能力
塔设备作为悬壁梁， 在地震载荷作用下 产生弯曲变形
8
风载荷 作用之一
造成风弯矩
作用之二
卡曼涡街
图8-5 风载荷的分布
9
图8-6 卡曼涡街
10
图8-7 卡曼涡街
11
计算步骤
分段（图8-8）
选危险截面
0—0截面，塔设备的基底 截面；
整块式塔盘
DN≤700mm
分块式塔盘
DN≥800mm
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1、整块式塔盘
32
图8-16 定距管式塔盘结构
1、整块式塔盘
结构——塔体由若干塔节组成，内装有一定数量 的塔盘，塔节间用法兰连接。
组装方式
定距管式 重叠式
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定距管式塔盘
用定距管和拉杆将同一塔节内的几块塔盘支承并固定 在塔节内的支座上，定距管起支承塔盘和保持塔盘间 距的作用。
图8-17 定距管式塔盘结构
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2、分块式塔盘
36
做成分块式的原因
1）在工艺上，塔径大，塔盘过大，分液不均匀； 2）对碳钢，塔板厚3~4mm，不锈钢2~3mm，塔径 过大，易形成弧形，安装时水平度不好，从刚度出 发，仍要分块； 3）塔板过大，不能放进塔内，因一般从人孔进出， 人孔尺寸有限制，因而塔盘受此限制要分块。
管式喷洒器
1、喷洒型
环管多孔喷洒器
莲蓬头喷洒器
44
45
管式喷洒器
DN≤300mm，可选用管式喷洒器，通 过填料上的进液管（直、弯或缺口） 进行喷洒，结构简单，但喷淋面积较 小且不均匀。
图8-21 管式喷洒器
46
环管多孔喷洒器
DN≤1200mm，可选用单环管多孔喷洒器，结构 简单，制造和安装方便，缺点是喷洒面积小，不 够均匀，而且液体要求清洁，否则小孔易堵塞。 （环管下面开小孔，一般为3~5排）。
如图8-3
4
5
塔设备自重载荷的计算
m01------塔体重量（包括外壳及伸出的接管） m02------塔内件重量 m03------保温层重量 m04------平台和扶梯的重量 m05------物料重量 me-------偏心重量 ma-------附件重量（人孔、法兰） mw------充水重量
按计压力计算的塔体厚度 e i
按稳定条件验算确定的厚度 ei 按抗拉强度验算条件确定的厚度 ei
取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。
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6、塔设备水压试验时的应力验算（自阅）
29
一、总体结构
第二节 板式塔结构
1、塔体与裙座结构
2、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢 流堰、紧固件和支承件。
3、除沫装置：用于分离气体夹带的 液滴，多位于塔顶出口处。
1
PD i
4 ei
II 2
II 3
20
内压操作的塔设备， 最大组合轴向压应力 出现在停车情况
公 式 ： m = 2 i i + a 3 i i x
21
外压操作的塔设备， 最大组合轴向压应力 出现在正常操作情况
= + + i ii i m 1 2 a 3 x
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4、塔体拉应力校核
41
3、塔盘的支承
对直径不大的塔（＜2000mm)，塔盘 的支承一般用焊在塔壁上的支持圈
对直径较大的塔（＞2000~3000mm）， 需支承梁结构。
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基本特点
第三节 填料塔
填料塔在传质形式上与板式塔不同， 它是一种连续式气液传质设备。这 种塔由塔体、喷淋装置、填料、再 分布器、栅板以及气、液的进出口 等部件组成。
6
塔设备在正常操作时的质量
m 0 m 0 1 m 0 2 m 0 3 m 0 4 m 0 5 m a m e (8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
m m m a 0 x 1 m 0 2 m 0 3 m 0 4 m w m a m e (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
m m m i0 n 1 0 . 2 m 0 2 m 0 3 m 0 4 m a m e(8-3)
图8-22 环管多孔喷洒器
47
莲蓬头喷洒器
主要有半球形、碟形、杯形，优点是结构简单，制 造安装方便，缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊 液体，一般可用于塔径小于600mm的塔中。
图8-23 莲蓬头喷洒器
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2、溢流型
盘式分布器
液体从中央进料管加到喷淋盘内， 然后从喷淋盘上的降液管溢流
图8-24 中央进料的盘式分布器
科技前沿
开发多种形式、规格和材质的高效， 低压降，大流量的填料。
(2) 与不同填料相匹配的塔内件结构。
(3) 填料层中液体的流动及分布规律。
(4) 蒸馏过程的模拟。
图8-20 填料塔
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一、喷淋装置
要求：使整个塔截面的填料表面很好润湿，结 构简单，制造维修方便。 作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润 湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。
1—1截面，裙座上人孔 或较大管线引出孔处的截 面； 2—2截面，塔体与裙座连 接焊缝处的截面。
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图8-8 风载荷计算简图
13
两相邻计算截面间的水平风力
P i K 1K 2 iq0filiD ei 1 6 0 (8-4)
式中 P i ─塔设备中第i段的水平风力，N；
K 1 ─体型系数,取0.7；
图8-25 有升气管的盘式分布器 49
槽式分布器 主要用于DN＞1000mm的塔，其优点是自由截面大，适应性 好，处理量大，操作弹性大，其结构见（图8－52），液体先 加入分配槽，然后再由分配槽的开口处到喷淋槽，喷淋槽上 有堰口，两侧有三角形或矩形的开口，各开口的下缘应位于 同一水平面上，再由此溢流到填料上。
3）槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的 60%~80%；
4）栅板可以制成整块的或分块的。
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图8-30 栅板结构
57
58
谢谢！
xiexie!
谢谢！
xiexie!
与整块式的区别
分块式：无塔盘圈，有支持圈(支持板)，无密封结构 整块式：有塔盘圈，无支持圈(支持板)，有密封结构
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塔盘板结构
主要有自身梁式和槽式。
图8-18 塔盘板结构
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39
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图8-19 分块式塔盘板（自身梁式）
通道板—— 接近中央处设置，塔内清洗和维修。 在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。 也可用一块塔盘板代替，见下图
K 2 i ─塔设备中第i 计算段的风振系数；
f i ─风压高度变化系数,按表8-5查取；
q 0 ─各地区的基本风压，N/m2，见表8-4；
l i ─塔设备各计算段的计算高度(见图8-8)，mm；
D ei ─塔设备中第i 段的有效直径， mm .
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风弯矩
将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的 风弯矩为（图8-8所示）
第八章 塔设备的机械设计
教学重点： 板式塔的基本结构和塔设备的应力校核 教学难点： 风载荷的计算
1
第八章 塔设备的机械设计 塔体 内件 支座 附件
2
第一节 塔体与裙座的机械设计 一、塔体厚度的计算 1、按计算压力计算塔体及封头厚度 2、塔体承受的各种载荷计算
3
承受载荷
介质压力 自重载荷 地震载荷 风载荷 偏心载荷
M W I I P il2 i P i 1 li li2 1 p i 2 li li 1 li2 2 P n lili1li2l2 n
(8-5)
15
偏心载荷计算
定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件 所引起的载荷。
载荷产生的弯矩为：
Me mege
(8-6)
式中
II 3
4MmI aIx
Di2ei
17
1
PD i
4 ei
II 2
II 3
18
第二 求出最大组合压应力 max ，使 max ＜ cr
轴向许用压应力
c = m i n { K r B , K [ σ ] t }
其中B为许用轴向压缩应力。[ ] t 和B的确定参见本书第5章。
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第三 最大组合压应力的求法
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第三
最大组合拉应力的求法
1
PD i
4 ei
II 2
II 3
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= + i i i i m 1 2 3 a
内压操作的塔设备， 最大组合轴向拉应力 出现在正常操作情况
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外压操作的塔设备，
最大组合轴向压应力
出现在停车情况
= i i + i i
m 2 3 ax
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5、塔体最终厚度的确定
4、设备管道：人孔、接管等。
5、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、 平台等。
图8-15 板式塔的总体30结构
二、塔盘结构
塔盘实际上是塔中的气、液通道。 为了满足正常操作要求，塔盘结构 本身必须具有一定的刚度以维持水 平，塔盘与塔壁之间要保持一定的 密封性以避免气、液短路。
塔盘的结构有整块式和分块式两种。
2、主要作用 将上层填料流下的液体收集，再分布，避免塔中 心的填料不能被液体湿润而形成“干锥 ”。
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3、典型结构
图8-29 分配锥
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三、支承结构 1、作用
支承填料
2、设计要求
足够的强度、刚度以及足够的自由 截面
3、栅板设计注意问题
1）栅板必须有足够的强度和耐腐蚀性；
2）栅板必须有足够的自由截面，一般应各填料的 自由截面大致相等；
第一 筒体轴向应力
计算压力在塔体中引起 的轴向应力
1
PD i
4 ei
重量载荷及垂直 地震力在塔体中
引起的轴向应力
II 2
m0IIgFVII Di ei
弯矩在塔体中引 起的轴向应力
II 3
4MmI aIx
Di2ei
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第二
求 出 最 大 组 合 拉 应 力 m ， 使 a m x ＜ K at x
图8-26 分布槽
50
1－主槽
2－分槽
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图7-27 槽式孔流分布器
3、冲击型
图8-28 反射板式喷淋器
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二、液体再分布器
Dl
Di
图8-29 分配锥
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1、设置原因 当液体流过填料层时，流体慢慢地会从器壁流走 （壁流）现象产生，使液体分布不均匀，塔中央 部分填料可能没有润湿，起不到作用，降低了整 个塔的效率。 烦人
塔盘与塔体之间的间隙，以软填料密封并用压圈压紧, 见图7-43。高度随塔径增加。 塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～ 1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度 L=1200～1500mm。 为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。
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1—塔盘板 2—降液管 3—拉杆 4—定距管 5—塔盘圈 6—吊耳 7—螺栓 8—螺母 9—压板 10 —压圈 11—石棉绳