塔设备设计
第八章 塔设备的机械设计(化工技术)
塔壁间的密封
碳钢制塔板与 塔盘圈厚度，一 般3-4mm，用不锈 钢时取2-3mm
2
分块式塔盘第八章图\分块塔板一.rm 第八 章图\分块塔板二.rm
塔身为焊制的整体圆筒，塔盘分成数块， 由人孔送入塔内，安装到塔盘固定件上。
塔径在800~900mm以上时建议采用
特点：
1）结构简单，装拆方便 2）制造方便，模具简单
二 裙座设计 结构： 1）座体 2）基础环 3）螺栓座 4）管孔
1
座体设计
初选座体有效厚度δes，然后验算危险
截面应力。
1）
基底为危险截面时,应满足
操作时，
0 0 M max m0 g Fv0 0 t min KB; K S Z sb Asb
水压试验时，
0.3 M
水压试验时，
0.3 M M e m g min 0.9 K s ; KB Z sm Asm
1 1 w 1 1 max
2
基础环设计
基础环尺寸的确定
1）
Dob Dis 160 ~ 400 mm Dib Dis 160 ~ 400 mm
7）稳定条件
ii max
cr
4
塔体拉应力校核
1）假设有效厚度δei
2）计算最大组合轴向拉应力
内压，正常操作时 外压，非操作时
max 1
i i 2
ii 3
max
ii 3
ii 2
• 3）强度校核条件
ii max
K
5）最大组合轴向压应力
外压，正常操作时 max 1
塔设备的机械设计课程设计
塔设备的机械设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握塔设备的基本结构及其在化工生产中的应用，理解塔设备的设计原理和关键参数；2. 使学生了解塔设备机械设计的相关标准、规范和要求，掌握塔设备的设计流程；3. 引导学生掌握塔设备力学分析的基本方法，理解其强度、稳定性和疲劳寿命等方面的评价标准。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行塔设备结构设计和计算的能力；2. 提高学生解决实际工程问题的能力，能够根据设计要求完成塔设备的机械设计；3. 培养学生查阅相关资料、运用专业软件进行塔设备设计和分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对化工设备机械设计的兴趣，培养其创新意识和实践能力；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神，使其在工程设计中具备较强的责任感和使命感；3. 引导学生关注化工设备在实际生产中的应用，认识到所学知识在工程实践中的价值。
本课程针对高年级本科或研究生阶段的学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，学生能够掌握塔设备机械设计的基本原理和方法，具备实际工程问题的分析和解决能力，为未来从事相关工作奠定坚实基础。
二、教学内容1. 塔设备概述：介绍塔设备的基本概念、分类及其在化工生产中的重要作用，对应教材第一章。
- 塔设备结构及工作原理- 塔设备的分类及特点2. 塔设备设计原理：讲解塔设备设计的基本原理、关键参数和设计要求，对应教材第二章。
- 塔设备设计的基本原理- 塔设备设计的关键参数- 塔设备设计的相关规范和要求3. 塔设备结构设计：学习塔设备的结构设计方法，包括力学分析、强度计算等，对应教材第三章。
- 塔设备力学分析- 塔设备强度计算- 塔设备稳定性分析4. 塔设备设计流程与实践：通过案例分析，使学生掌握塔设备设计的实际操作流程，对应教材第四章。
- 塔设备设计流程- 设计软件的应用- 案例分析与实践5. 塔设备设计评价与优化：介绍塔设备设计评价标准及优化方法，提高学生的工程设计能力，对应教材第五章。
塔设备设计方案范文
塔设备设计方案范文背景介绍：塔设备是指在高空环境中进行建筑、维修、保养等工作时使用的设备，主要包括升降机、脚手架、吊篮等。
随着城市化进程的加快，高楼大厦的建设数量不断增加，对塔设备的需求也越来越大。
因此，设计一套安全、高效、可靠的塔设备，对于提高建筑施工质量和效率具有重要意义。
设计要求：1.安全可靠：设备在高空环境中工作，必须保证操作人员的安全。
设备的结构要坚固稳定，具备较高的抗风性能，能够抵御自然环境的影响。
同时，设备还要配备安全保护装置，如防坠器、制动器等，确保在发生紧急情况时能够及时采取措施保护操作人员。
2.高效节能：设备的设计应当尽量提高工作效率，减少人力投入。
例如，升降机的升降速度要快、载重量要大，以满足不同工作需求。
同时，设备还应该具备节能功能，如采用先进的电动技术替代传统的机械传动方式，降低能耗和运行成本。
3.灵活易用：设备应具备较大的适应性和可调节性，以满足不同场合的需求。
例如，升降机的高度应该可调节，脚手架的搭建方式应该灵活多变。
同时，设备的操作应简单易懂，方便工人上手使用，减少出错。
设计方案：基于以上设计要求，设计了一套符合要求的塔设备方案。
1.升降机：采用液压驱动方式，提供快速、稳定的升降功能。
配备可调节高度的工作平台，满足不同高度的工作需求。
同时，升降机还具备较大的载重量，能够承载多人和工具设备同时上下运行。
为了提高安全性，升降机还配备了防坠器和制动器等安全装置，一旦出现异常情况，即可自动启动保护机制。
2.脚手架：采用铝合金材料制作，具有轻便、坚固的特点。
脚手架的搭建方式可调节，适应不同形状和高度的建筑物。
为了提高操作人员的安全性，在脚手架的边缘设置了护栏，确保人员不会意外掉落。
脚手架还配备了平台和扶手等设施，方便操作人员上下、前后移动。
3.吊篮：采用电动驱动方式，提供稳定的升降和运行速度。
吊篮的结构采用钢构设计，具有较好的抗风性能。
吊篮具备较大的载重量，可同时承载多人和工具设备。
塔设备的机械设计
阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对 称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料 表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降 降低，传质效率提高。
鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利 用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是 弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传 质效率的波纹成４５°，盘与盘之间成９０°排列，结 构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温 度及腐蚀情况采用不同的材料。
一、 喷淋装置
液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体 分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和 壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离 效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使 整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单， 制造维修方便。
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。
降液管的结构有弓形和圆形两类
另设溢流堰圆形降液管
圆形降液管伸出塔盘表面兼作流堰的圆形降液管
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径 在800~900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。 当塔径在800~900 mm以上时，人可以在塔内 进行装拆，一般采用分块式塔盘。
1. 整块式塔盘
此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔 节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子 支承，并保持所需要的间距。图为定距管式支 承塔盘结构。
2．分块式塔盘
在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式 塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板 的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很 不方便。因此，当塔径在800 ～900 mm以上 时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整 体圆筒，不分塔节 。
第八章-塔设备的机械设计
Fi hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面 地震弯矩为：
M
00 E
16 35
1m0
gH
(N mm)
风载荷
风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁 和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作 用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡 街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种 情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般 不予以考虑。
M
ii max
/
0.785Di2
S
e
2
式中M
ii max
maxM M
ii W
ii E
Me
25%M
ii W
M e
稳定条件：
组合轴向压应 力要满足：
ii m a x压
[ ]cr
KB
minK[ ]t
式中K——载荷组合系数，取K=1.2; B——见书p172。
4 塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。 计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
地震载荷
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分： 1.座体---承受并传
递塔体载荷。 2.基础环---将载荷
传递到基础上。 3.螺栓座---固定塔
于基础上。 4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。
第二课塔器设计基础及案例
Ring
Intalox Saddle
螺旋环，Spiral Ring
改 进 矩 鞍 (Glitsch) ，
Ballast Saddle
鲍尔(开孔)环，
改 进 矩 鞍 (Koch) ， Flexi
Pall (Slotted)Ring
Saddle
哈埃派克(Norton)Hy-Pak 改
进
矩
鞍
(Hydronyl)Hydronyl
体在管内停留时间短,不容易结垢,且容易清洗;但壳程不能清洗,因此用 于较脏的加热介质;其本身造价较低,但要求较高的塔体裙座.
• 卧式热虹吸再沸器的主要特点:可用低裙座,但占地面积大,出塔
产品缓冲容积较大,故流动稳定,在加热段停留时间短,不容易结垢,可以 使用较脏的加热介质.
• 立式和卧式强制循环再沸器的共同特点:适应于高粘度液体和
热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循环流 量的控制和调节.
精馏方案的选定
• 5.冷却方式
– 1)冷却剂----通常是水,水温随气候而定.入口一般为15℃--20℃,出
口<50℃，目的防止溶解于水中的无机盐析出.
• 冷却剂 还可以是冷冻盐水.液氨等，一般用于较低温度。
– 2)冷凝设备的结构形式
2024/6/8
4
天津创举科技有限公司
➢ 六七十年代，出现塔径十米以上的板式塔，塔板 数多达上百块、塔高度达80米；填料塔的最大直 径有15米，高八十年代以后，填料塔开始大量应用。板式塔与
填料塔的应用并驾驱，竞争日趋激烈。 ➢ 近年来，大量新型塔板研究成功。例如：
• 小塔---蛇管换热器 • 大塔---列管式换热器
工艺流程设计的要求
第六章 塔设备的机械设计
自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力 之外，还承受自重载荷、风载荷、地震载荷及 偏心载荷的作用。
（1）塔设备自重载荷的计算
塔设备的操作质量：
(kg) (6-2) 塔设备水压试验时的质量，这时设备质量最大， 简称设备最大质量 m0 m01 m02 m03 m04 mw ma me (kg) (6-3) 设备吊装时的质量，这时设备质量最小，简称 设备最小质量： m0 m01 0.2m02 m03 m04 ma me (kg) (6-4)
M
00 E
8CZ 1 m0 g (10 H 3.5 14 H 2.5 h 4h3.5 ) 175H 2.5
(Nmm)
底部截面的地震弯矩 16 I I M E CZ 1 mo gH 35
(Nmm)
（3）风载荷的计算
图6-31所示为自支承式塔设备受风压作用 的示意图。塔体会因风压而发生弯曲变形。吹 到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增 加而增加。为了计算简便，将风压值按设备高 度分为几段，假设每段风压值各自均布于塔设 备的迎风面上，如图所示。
Fk Cz α1k mk g (N )
式中 Ｃz—— 结构综合影响系数，对圆筒形 直立设备取Cz=0. 5； α1—— 对应于塔器基本自振周期T（利用图630查取α1值时，应使T =T1）的地震影响系数 α值； ηk—— 基本震型参与系数；
关于 α—— 地震影响系数，按图6-30确定；图中曲 Tg 0.9 线部分按公式
（6-19）
（4 ）偏心载荷的计算
有些塔设备在顶部悬挂有分离器、热交换 器、冷凝器等附属设备，这些附属设备对塔体 产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： Me=me g e (6-20) 式中 me—— 偏心质量Kg e—— 偏心质量的重心至塔设备中心线的距离， mm
塔设备设计方案
塔设备设计方案1. 引言塔设备是指用于支撑和传输电力、电信等各种设备和信号的结构设施。
在现代社会中，塔设备的重要性不言而喻。
本文将就塔设备的设计方案进行详细介绍，包括设计目标、设计原则、设计流程以及设计注意事项等。
2. 设计目标塔设备的设计目标是确保其具有合理的结构强度和稳定性，以及满足特定的使用需求。
具体的设计目标包括以下几个方面：1.结构强度：塔设备需要能够承受各种外部力的作用，如风力、重力等。
设计时需要考虑结构材料的强度、断面尺寸以及连接方式等因素，以确保塔设备的结构强度。
2.稳定性：塔设备需要具有良好的抗倾倒和抗侧移的稳定性。
设计时需要考虑塔设备的重心位置、基础设计以及防倾倒和抗侧移的措施等因素。
3.使用需求：塔设备的设计需要满足特定的使用需求，例如承载电力线路、通信设备、天线等。
设计时需要考虑设备的尺寸、布置、重量限制等因素，以满足使用需求。
3. 设计原则在进行塔设备设计时，需要遵循以下几个设计原则：1.安全性原则：塔设备的设计应该以安全为首要原则。
设计时需要考虑到可能的风险和危险因素，并采取相应的安全措施，保证人员和设备的安全。
2.经济性原则：塔设备的设计应该追求经济性，即在满足使用需求的前提下，尽可能减少成本和资源的消耗。
3.可靠性原则：塔设备设计需要考虑结构的可靠性和稳定性，从而确保设备长期稳定运行。
4.环境友好性原则：塔设备的设计应该尽量减少对环境的影响，例如减少材料的使用、减少能源的消耗等。
4. 设计流程设计塔设备的流程可以分为以下几个步骤：4.1. 确定使用需求首先需要明确塔设备的使用需求，包括承载的电力线路或通信设备的类型和要求等。
4.2. 设计草图根据使用需求，绘制塔设备的设计草图，包括设备的形状、尺寸、材料等。
4.3. 结构分析进行塔设备的结构分析，包括承载能力的计算、结构强度和稳定性的评估等。
4.4. 优化设计基于结构分析的结果，进行优化设计，包括调整材料的尺寸、布置加强筋等，以改善结构的强度和稳定性。
塔设备设计课程设计
塔设备设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法，能够运用所学知识进行简单的塔设备设计。
具体来说，知识目标包括：掌握塔设备的基本结构和工作原理；了解塔设备设计的基本理论和方法；熟悉塔设备的常用材料和计算方法。
技能目标包括：能够运用CAD等软件进行塔设备的绘图；能够进行塔设备的选型和计算；能够独立完成简单的塔设备设计。
情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神；增强学生对工程实践的认知和兴趣；培养学生对塔设备设计和制造的热爱和敬业精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括塔设备的基本原理、塔设备的结构设计、塔设备的强度计算、塔设备的材料选择、塔设备的制造工艺等。
具体来说，教学大纲如下：1.塔设备的基本原理：包括塔设备的定义、分类和应用；塔设备的工作原理和性能指标。
2.塔设备的结构设计：包括塔设备的塔体、塔板、塔内件等的设计方法和步骤。
3.塔设备的强度计算：包括塔设备的压力容器强度计算、塔板的强度计算等。
4.塔设备的材料选择：包括塔设备的常用材料、材料的性能和选择原则。
5.塔设备的制造工艺：包括塔设备的制造流程、制造技术和质量控制。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备设计的具体应用和注意事项。
3.实验法：通过实验操作，使学生掌握塔设备的制造工艺和质量控制。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的塔设备设计教材作为主要教学资源。
2.参考书：提供相关的塔设备设计参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，丰富教学手段。
4.实验设备：准备齐全的塔设备实验设备，为学生提供实践操作的机会。
塔设备设计说明书
塔设备设计说明书塔设备设计说明书概述塔设备的设计和选型是建⽴在对循环吸收⼯段、精制⼯段流程的模拟、优化的基础上。
在满⾜⼯艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费⽤和操作费⽤，进⾏进⼀步模拟计算、设计和选型。
设计主要包括⼯艺参数设计、基本参数设计和机械设计。
⼯艺参数设计对该塔的⽣产能⼒、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计；机械⼯程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开⼝和⽀座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。
我们完成了对全⼚2 座塔设备的⼯艺参数设计、基本参数设计和机械设计，并选取其中最有代表性的⼆氧化碳吸收塔给出了详细的计算和选型说明。
详细的设备装配图见⼯艺设计施⼯图。
烟道⽓吸收塔设计说明书第1 部分概要烟道⽓吸收塔是吸收的关键设备之⼀，其作⽤是贫液吸收烟道⽓中的⼆氧化碳，从⽽达到使⼆氧化碳从烟道⽓中分离的⽬的。
塔的吸收能⼒直接影响到⼆氧化碳的回收率。
吸收塔的设计应符合⼀下塔设备的基本要求：1⽣产能⼒⼤，即⽓液处理量⼤；2分离效率⾼，即⽓液相能充分接触；3 适应能⼒及操作弹性⼤，即对各种物料性质的适应性强并且在负荷波动时能维持操作稳定，保持较⾼的分离效率；4流体流动阻⼒⼩，即⽓相通过每层塔板或单位⾼度填料层的压降⼩；5 结构简单可靠，材料耗⽤量少，制造安装容易，以降低设备投资；设计说明书包括⼯艺参数设计、基本结构设计和机械⼯程设计三部分。
⼯艺参数设计对该塔的⽣产能⼒、吸收效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计、塔板负荷性能校核等内容的设计；机械⼯程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开⼝和⽀座地基等，同时对塔的机械性能做了校核。
第2 部分⼯艺参数设计2.1 ⽣产能⼒项⽬年产⼗万吨⼆氧化碳，根据物料横算，⽓体进料量为7119.88kg/h ，液体进料量为294619kg/h ，塔顶物流量为54990.8kg/h ，塔底物流量为309748Kg/h 。
塔设备设计
3章 塔的机械设计3.1设计条件：塔体与裙座的机械设计条件如下：（1） 塔体内径mm D i 600=,塔高近似取H=12000mm 。
（2） 计算压力MPa p c 20.0=，设计温度t=200℃。
（3） 设计地区：基本风压值20/400m N q =，地震设防烈度为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为0.3g 。
（4） 塔内装有N=26层浮阀塔，每块塔盘上存留介质层高度为mm h w 60=，介质密度为31/5.794m kg =ρ。
（5） 沿塔高每6块塔板左右开设一个手孔，手孔数为3个，相应在手孔处安装半圆形平台3个，平台宽度为B=800mm ，高度为1000mm 。
（6） 塔外保温层的厚度为mm s 100=δ，保温材料密度为32/300m kg =ρ。
（7） 塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为./20003m kg m e =。
（8） 塔体与封头材料选用16MnR，其中[][]MPa 109.1E 345MPa 1701705⨯====，，，MPa MPa s t σσσ。
（9） 裙座材料选用Q235-B 。
（10）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数85.0=φ。
（11）塔体与封头厚度附加量C=2mm ，裙座厚度附加量C=2mm 。
3.2 按计算压力计算塔体和封头厚度1、 塔体厚度计算[]mm mm p D p ctic 442.020.085.0170260020.02<=-⨯⨯⨯=-=φσδ取δ=4mm ，考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 6=δ，mm e 4=δ 。
2、 封头厚度计算采用标准椭圆形封头：[]mm mm p D p ctic 442.020.05.085.0170260020.02<=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ，取δ=4mm,考虑厚度附加量C=2mm 经圆整后，取mm n 6=δ，mm e 4=δ。
塔设备设计和绘制
对于填料塔，其高度主要取决于填料层的高度。计算填料层高度常采用以下两种 方法： A.传质单元法 填料层高度Z＝传质单元高度×传质单元数 B.等板高度法 等板高度（HETP）是与一层理论塔板的传质作用相当的填料层 高度。也称理论板当量高度。显然，等板高度愈小，说明填料层的传质效率高，则完 成一定分离任务所需的填料层的总高度可降低。等板高度不仅取决于填料的类型与尺 寸，而且受系统物性、操作条件及设备尺寸的影响。等板高度的计算，至今尚无满意 的方法，一般通过实验测定，或取生产设备的经验数据。当无实际数据可取时，只能 参考有关资料中的经验公式，此时要注意所用公式的适用范围。下面介绍默奇 （Murch）的经验公式，即：
u 4Vs / πD2
uG, max CL ,ρL——分别为汽相，液相密度，kg/m3； C——经验系数。 C值可从Smith图(图6-3)查得。此图是按表面张力σ＝20dyn/cm(1dyn=10-5N)时 得出的经验数值，当表面张力为其它值时,C值应按下式进行校正： 0.2 (6-7) C C20 20/ 应用smith图时，需预先拟定塔板间距和板上液层高度。塔板间距可从表6-1选 用，但应根据塔板流体力学计算的结果予以调整。
L L
(6-3)
等板高度的数据或关联结果，一般来自小型实验，故往往不符合工业生产装 置的实际情况。估算工业装置所需的填料层高度时，可参考工业设备的等板高度 经验数据。譬如，直径为25mm的填料，等板高度接近0.5m；直径为50mm的填料， 等板高度接近1m；直径在0.6m以下的填料塔，等板高度约与塔径相等；而当塔处 于负压操作时，等板高度约等于塔径加上0.1m。填料层用于吸收操作时的等板高 度要大得多，一般可按1.5～1.8m估计。此外，不同填料类型的等板高度值不同。 普通实体填料的等板高度大都在400mm以上。如25mm的拉西环HETP为0.5m， 25mm的鲍尔环HETP为0.4～0.45m。网体填料具有很大的比表面积和空隙率，为高 效填料，其等板高度在100mm以下，如CY型波纹丝网，Θ网环填料等。
塔设备课程设计塔高31
塔设备课程设计塔高31一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备的基本原理、类型、性能和应用，能够运用所学知识分析和解决实际问题。
具体目标如下：1.知识目标：•掌握塔设备的基本概念、分类和性能。
•了解塔设备的结构、工作原理和主要部件。
•熟悉塔设备在化工、环保等领域的应用。
2.技能目标：•能够正确选择和使用塔设备。
•能够运用所学知识分析和解决塔设备运行中的问题。
•具备初步的塔设备设计和优化能力。
3.情感态度价值观目标：•培养学生的创新意识，提高学生对塔设备行业的兴趣。
•培养学生热爱专业、敬业精神和团队合作精神。
•增强学生的社会责任感和环保意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.塔设备的基本概念、分类和性能。
2.塔设备的结构、工作原理和主要部件。
3.塔设备在化工、环保等领域的应用。
4.塔设备的选择和使用。
5.塔设备的设计和优化。
教学进度安排如下：•第1周：塔设备的基本概念、分类和性能。
•第2周：塔设备的结构、工作原理和主要部件。
•第3周：塔设备在化工、环保等领域的应用。
•第4周：塔设备的选择和使用。
•第5周：塔设备的设计和优化。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：教师讲解基本概念、原理和知识点，引导学生掌握塔设备的基本知识。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备在实际工程中的应用和运行原理。
3.实验法：学生进行塔设备实验，培养学生的动手能力和实际操作技能。
4.讨论法：分组讨论问题，培养学生的团队合作精神和沟通能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：《塔设备原理与应用》。
2.参考书：相关领域的研究论文和工程技术资料。
3.多媒体资料：教学PPT、视频教程等。
4.实验设备：塔设备模型、实验仪器等。
教学资源的选择和准备应充分支持教学内容和教学方法的实施，提高学生的学习效果。
五、教学评估本课程的教学评估采用多元化方式，全面客观地评价学生的学习成果。
化工设备设计基础塔设备强度设计计算
M M
ii W
ii E
Me
0.25M
ii W
Me
(取大值)
水压试验时间人为选定且时间较 短，在试验情况下最大弯矩取值
M ii max
0.3M
ii W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
ii max
Di2 ei
㈣ 筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力旳计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作 停修
正常操作
（1）水平风力旳计算
迎风面产生风压。与风速、
空气密度、地域和季节有关。
各地离地面10m处30年一遇
10分钟内平均风速最大值作为计算风压，
得到该地域旳基本风压q0，见表4-26。
风速随处面高度而变化。塔高于10m，应 分段计算风载荷，视离地面高度旳不同乘
以高度变化系数fi，见表4-27。
风压还与塔高度、直径、形状以及自振周 期有关。两相邻计算截面间旳水平风力为：
有多种振型，任意高度hK处集 中质量mK引起基本振型旳水平 地震力 FK1 Cza1hK1mK g
FK1-mK引起旳基本振型水平地震力 Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
mK-距离地面hK处旳集中质量；
n
h1.5 K
mi
h1.5 i
hK1-基本振型参加系数， hK1
i 1
n
mi hi3
1、群座体与塔体对接焊缝
J-J截面旳拉应力校核
2、群座体与塔体搭接焊缝
J-J截面旳剪应力校核
思索题：
1.自支撑式塔设备设计时需要 考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时旳危险工 况及强度校合条件。
一种是圆筒形， 一种是圆锥形。
塔设备机械设计讲解
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。
塔设备的优化设计与操作技巧总结
塔设备的优化设计与操作技巧总结引言：随着科技的不断发展，塔设备在现代工业中扮演着重要的角色。
塔设备的优化设计和操作技巧对于提高生产效率、降低能耗、保护环境等方面都具有重要意义。
本文将总结塔设备的优化设计和操作技巧，以期为相关领域的从业人员提供一些参考和借鉴。
一、塔设备的优化设计1.1 设备选型在进行塔设备的优化设计时，首先要选择适合工艺要求的设备。
不同的工艺需要不同的设备，因此在选型时要考虑工艺流程、物料特性、操作条件等因素。
同时，还要考虑设备的可靠性、维护便捷性、成本等因素，综合各方面因素进行选择。
1.2 设备布局塔设备的布局对于操作效率和安全性有着重要影响。
合理的设备布局能够减少物料的运输距离，提高生产效率；同时，还能够保证操作人员的安全和设备的维护便捷性。
因此，在进行塔设备的优化设计时，要充分考虑设备之间的距离、通道的宽度、设备的高度等因素。
1.3 设备参数优化塔设备的参数优化是提高设备性能的关键。
例如，对于塔设备中的填料，可以通过优化填料的形状、材料等参数，提高传质和传质效率。
对于塔设备中的流体，可以通过优化流体的流速、温度等参数，提高传质效率。
因此，在进行塔设备的优化设计时，要对设备的各项参数进行细致调整和优化。
二、塔设备的操作技巧2.1 操作规程塔设备的操作规程对于保证设备的正常运行和操作人员的安全非常重要。
操作规程应包括设备的开机、停机、维护等方面的操作步骤和注意事项。
操作人员应严格按照操作规程进行操作，避免操作失误造成设备故障或安全事故。
2.2 监测与检修塔设备的监测与检修是保证设备正常运行的重要环节。
通过定期对设备进行监测和检修，可以及时发现设备的故障和隐患，并采取相应的措施进行修复。
同时，还可以根据监测和检修的结果，对设备进行调整和优化，提高设备的性能。
2.3 操作技巧塔设备的操作技巧对于提高操作效率和保证操作质量非常重要。
例如，在操作填料塔时，可以采用适当的填料层高度和液体流速，提高传质效率；在操作萃取塔时，可以采用适当的溶剂流速和浓度，提高萃取效率。
塔器设备设计
根据塔器设备的材料和结构特 点，选择合适的焊接方法，如 手工电弧焊、气体保护焊等。
焊接工艺评定
对焊接工艺进行评定和验证， 确保焊接质量符合要求。
焊接操作要点
制定焊接操作规程，规范焊接 工艺参数和操作要求，确保焊 接质量稳定可靠。
焊接质量检测
对焊接质量进行检测和检验， 包括外观检查、无损检测等， 确保焊接质量符合标准要求。
故障诊断与预测
利用智能化技术对塔器设备进行故障诊断和预测，通过分析设备运行数据和历史数据，预 测设备可能出现的故障和问题，提前采取措施进行维护和修复，降低设备故障率。
优化操作
通过智能化技术对塔器设备进行优化操作，提高设备的运行效率和生产效益。例如，利用 人工智能算法对塔器设备的操作参数进行优化调整，实现节能减排、降低能耗和提高产品 质量的目标。
检测与试验操作要点
制定检测与试验操作规程，规范检测 与试验工艺参数和操作要求，确保检 测与试验结果准确可靠。
检测与试验结果评价
对检测与试验结果进行评价和分析， 确定塔器设备的性能和质量是否符合 设计要求和使用安全。
04
塔器设备的设计优化
塔器设备的节能设计
01
节能设计
塔器设备的节能设计旨在降低能耗，提高能源利用效率。例如，采用高
器重量、提高传热效率、降低能耗。
塔器设备的可靠性设计
可靠性评估
在塔器设备设计阶段进行可靠性评估，预测设备在各种工 况下的性能表现和故障模式，以便及时采取措施提高设备 的可靠性和稳定性。
冗余设计
通过增加备份系统、采用并联结构等方式，提高塔器设备 的可靠性。在设备发生故障时，冗余系统可以迅速投入运 行，确保生产过程的连续性和稳定性。
塔器设备的强度计算
塔设备的机械设计
b. 塔盘板之间下可拆的螺纹连接。
塔设备的机械设计
c. 塔盘板间双面可拆的螺纹连接。
塔设备的机械设计
(2)螺纹卡 板紧固件
塔设备的机械设计
(3)楔形紧固件 龙门楔结构和楔卡结构
塔设备的机械设计
二、塔盘的机械计算
需要进行强度校核和挠度计算,以满足其强度和刚度 要求。
（一）塔盘的设计载荷
fmax35q8lE44 If 塔设备的机械设计
塔设备的机械设计
三、塔盘构件的最小厚度
为保证塔盘在制造、安装过程中的强度和刚度， 规定了塔盘构件的最小厚度。
四、塔节简介
塔设备的机械设计
第三节 填料塔结构设计
一、液体分布装பைடு நூலகம் 二.液体收集及再分布装置 三、填料支承装置 四、填料压板和床层限制板
塔设备的机械设计
支承圈和支承板的尺寸参见表。
塔设备的机械设计
塔盘紧固件
是连接构件，用于塔盘之间的连接，塔盘板与支 承圈、支承板、受液盘或支承梁，以及降液板与支持 板之间的连接。
常用紧固件有螺纹、螺纹卡板 楔卡等结构。
塔设备的机械设计
(1)螺纹紧固件
a.塔盘之间上可拆的螺纹连接。
（a）为槽式塔板之间可拆螺纹结构。 （b）为自身梁式塔盘板之间上可拆螺纹连接结构。
塔径D=400 ～ 600mm, δ =3～4mm 塔径D=700 ～ 1200mm, δ =4～6mm 分布器定位块外缘与塔壁的间隙：8～12mm 塔径〉600mm,分布盘常设计成分块式结构，一般分 2～3块
塔设备的机械设计
液体通过分布盘上方的中心管加入盘内的，中心管口距 围环上缘～200mm。
塔设备的机械设计
3.降液管结构
塔设备设计
24
3.7 最大弯矩
塔设备任意计算截面 I-I 处的最大弯矩按下式计算：
I− M maxI I ⎧ MW− I + M e ⎪ = ⎨ I−I I M E + 0.25 MW− I + M e ⎪ ⎩
取其中较大值
塔设备底部截面 0-0 处的最大弯矩按下式计算：
0− 0 M max 0 ⎧ MW− 0 + M e ⎪ = ⎨ 0− 0 0− 0 ⎪ M E + 0.25 MW + M e ⎩
取其中较小值
FVh−h —— 仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合时计入。
h− h h 0.3 MW− h + M e m max g ⎧ KB + ≤⎨ Z sm Asm ⎩ 0.9σ s
取其中较小值
Asb ——h-h截面处裙座的截面积，mm2 Z sb ——h-h截面处裙座壳截面系数，mm3
33
3.11 地脚螺栓座（基础环设计）
35
3.11 地脚螺栓座（地脚螺栓）
δ b ,max ——混凝土基础上的最大压力， MPa
0− 0 ⎧ M max m0 ⋅ g ⎪ Z + A ⎪ b b =⎨ 0 0.3 MW− 0 + M e mmax ⋅ g ⎪ + ⎪ Zb Ab ⎩
δ b ,max
取其中较大值
36
3.12 裙座与塔壳焊缝（搭接焊缝）
M
0− 0 W
l3 ⎞ l1 l2 ⎞ ⎛ ⎛ = P1 + P2 ⎜ l1 + ⎟ + P3 ⎜ l1 + l2 + ⎟ + LL 2 2⎠ 2⎠ ⎝ ⎝
23
3.6 偏心弯矩
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• • • • •
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
0 1 — —1m 1 2 — —1.8m 2 3 — —7.05m 3 4 — —10.5m
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。
（3）保温层重
取保温层厚度0.1m，密度300kg/m3 （JB）
2 2 m3 Di 2 n 2 Di 2 n H 0 4 2 2 0.785 2 2 0.01 2 o.1 2 2 0.01 17.5 300 kg 34950N 3495
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
2 m2 Di 75 30 7065 kg 70650 N 4
用单面对接焊，局探， 0.8
0.58 2000 6.4mm • 则， 2 113 0.8 0.58
d C2 7.4mm
• 查 • 取 • 查
C1 0.8m m
n 10mm
无变化
t
n 10mm合适
• 2、封头壁厚 • 采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。
2
kg 91150 N 9115
mm • 其中 H 0 2300 4750 3 1000 17550
• （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
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
• • • • • • • •
各接管： [DN] 裙座人孔—— 400 温度—— 32 进气——450 进料——100 压力计——25 出气——150
[DN] 回流——100 取样——25 液面计——15 出料——125 人孔——450
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。
• 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。
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 t 113MPa • 设 PDi t 2 P P—设计压力，应略大于工作压力； P=0.5×1.15=0.575≈0.58MPa
三、各种载荷计算
• 1、设备自重 • （1）塔体重m1 2 2 2 m1 Di 2 n Di H 0 2 Di 2 n n
4 4 0.7852 2 0.01 2 17.5 7.8 10
2 2
3
2 0.7852 2 0.01 0.01 7.8 103
(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 kg m2 0.9m，平台自重查P151表4-2。q=150
150 4 0.7852 2 0.01 2 0.1 2 0.9 2 2 0.02 2 0.1 2
4 塔设备设计
• • • • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 概述 板式塔及其结构设计 填料塔及其结构设计 其他结构设计 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