塔盘的结构设计及塔的机械设计
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
石化行业标准
14
SH/T3144-2012
石油化工离心、轴流压缩机工程技术规范
本标准规定了石油化工用单轴离心压缩机、轴流压缩机及其驱动机、辅助设备在设计、制造、检测和试验等方面的要求。
本标准适用于石油化工行业离心压缩机、轴流压缩机的工程设计及设备采购。
本标准不适用于通风机、鼓风机和整体齿轮压缩机、膨胀机，也不适用于海洋平台上安装使用的离心压缩机。
本标准规定了石油化工装置板式塔的塔盘及其部件的机械设计（包括结构和强度设计）、制造、预组装、验收、包装、安装、检验和测试。对于不同流程塔盘间的再分配挡板、塔釜挡板和特殊结构塔盘等也可参照执行。
本标准适用于石油化工装置板式塔塔盘的设计、制造、安装和检验，不适用于填料塔的填料支撑、集油箱和盘式分配器等。
12
SH/T3129-2012
高酸原油加工装置设备和管道设计选材导则
本标准规定了高酸原油加工装置设备和管道的材料选用原则。
本标准适用于石油化工加工高酸原油且以酸腐蚀为主的新建和改、扩建工程项目重点装置主要设备和管道的设计选材。
SH/T3129-2002、SH/T3096-2001
13
SH/T3143-2012
本标准规定了石油化工给水排水管道设计的要求。
本标准适用于石油化工给水排水管道的设计。
SH3034-1999
4
SH/T3036-2012
一般炼油装置用火焰加热炉
本标准规定了一般炼油装置用火焰加热炉、空气预热器、通风机和燃烧器等的设计、材料选用、制造、检验、试验、运输准备和安装等方面的最低要求并给出了建议。
SH3091-1998
11
SH/T3096-2012
高硫原油加工装置设备和管道设计选材导则
塔设备机械设计说明
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
干气脱硫
干气脱硫塔机械设计摘要塔设备的作用是实现气（汽）—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、介吸（气提）、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。
随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型及设计将越来越受到关注和重视。
对工业废气进行脱硫处理的设备，以塔式设备居多，即为脱硫塔。
炼厂气体脱硫方法主要分为两大类。
一为干法脱硫，另一为湿法脱硫，即MDEA水溶液法。
目前，我国炼厂干气脱硫绝大多数采用这种MDEA法。
本文主要设计的就是以MEDA水溶液为主的干气脱硫塔。
干气脱硫塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精致工段流程的模拟、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。
设计主要包括基本参数选定、机械设计和图纸绘制。
基本参数选定部分完成了塔设备的选型、塔盘的选型和设备材料等内容的设计；机械设计部分为塔设备的筒体、封头、开口、裙座和地基等部件的设计计算，同时对塔的机械性能及塔板负荷性能做了校核。
图纸绘制阶段在前两个阶段的基础上，对干气脱硫塔整体绘制。
关键词：塔设备，干气脱硫塔，设计，校核The dry gas desulfurization tower mechanical designAbstractTower equipment's role is to achieve gas (steam) - full contact between the liquid or liquid - liquid phase, so as to achieve relative to the occasion for the purpose of mass transfer and heat transfer. Tower equipment is widely used in distillation, absorption, dielectric absorption (gas stripping), extraction, gas washing, humidification and cooling unit operations, its operational performance is good or bad, the production of the entire device, product yield, quality, costand environmental protection, "three wastes" treatment has a greater impact. With the rapid development of the petroleum, chemical, reasonable shape and design of the tower equipment will be more and more concern and attention. The industrial waste gas desulfurization processing equipment, the majority of tower equipment, is the desulfurization tower. Refinery gas desulfurization method is mainly divided into two categories. A dry flue gas desulphurization, and the other for wet FGD, MDEA aqueous solution method. At present, China refinery dry gas desulfurization vast majority of adopted this MDEA law. In this paper, the design is the based MEDA aqueous solution, the dry gas desulfurization tower.Dry gas desulfurization tower equipment design and selection is built on the basis of the absorption cycle steps, the fine section in the process simulation, optimization. In the process to meet the requirements of the conditions, considering the equipment fixed investment and operating costs, for further simulation, design and selection. The design includes the basic parameters selected, the mechanical design and drawings. The basic parameters of the selected partially completed tower equipment selection and design of tray selection and equipment and materials; Mechanical design part of tower equipment of the cylinder head opening, skirt and foundation and other parts of the designcalculations, check the same time, the tower of the mechanical properties and plate load performance. Drawing stage the first two stages on the basis of dry gas desulfurization tower as a whole draw.Keywords: tower equipment, dry gas desulfurization tower, design, verification目录绪论 (1)1 干气脱硫塔的应用 (3)2 设备总体设计 (4)2.1 干气脱硫塔的主要构件及其作用 (4)2.2 材料的选择 (5)2.3圆筒设计 (6)2.4 裙座及裙座与塔壳的连接方式 (7)2.5 塔盘结构设计 (8)2.6 危险截面的选择 (10)2.7 塔体分段 (11)2.8 地震载荷、地震弯矩及风载荷、风弯矩 (12)2.9 圆筒应力校核 (12)2.10 地脚螺栓的确定 (13)2.11 补强方式 (13)2.12 干气脱硫塔设备运行中常见故障及处理方法 (15)3 强度计算及校核 (17)3.1 设计任务书 (17)3.1.1 设计参数 (17)3.1.2 设计内容 (17)3.1.3 设计要求 (17)3.1.4 设计简图 (18)3.2 符号说明 (18)3.3 塔壳厚度计算 (24)3.4 塔式容器质量计算 (25)3.5 自振周期计算 (28)3.6 高振型地震载荷和地震弯矩计算 (28)3.7 风载荷计算 (30)3.8 最大弯矩计算 (36)3.9 圆筒应力校核 (36)3.10 裙座验算 (37)3.11 液压试验时的应力校核 (40)3.12 基础环厚度计算 (41)3.13 地脚螺栓计算 (43)3.14 筋板计算 (45)3.15 盖板计算 (46)3.16 裙座与塔壳连接焊缝验算 (46)3.17 开孔补强设计计算 (47)结论 (53)参考文献 (54)谢辞 (55)绪论在石油化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。
化工机械设备课程设计浮阀塔的设计
摘要 (2)1 前言 (3)1.1 研究的现状及意义 (3)1.2 设计条件及依据 (6)1.3 设备结构形式概述 (7)2 设计参数及其要求 (9)2.1 设计参数 (9)2.2设计条件 (9)2.3设计简图 (10)3 材料选择 (11)3.1 概论 (11)3.2塔体材料选择 (11)3.3裙座材料的选择 (11)4 塔体结构设计及计算 (12)4.1塔体和封头厚度计算 (12)4.1.1 塔体厚度的计算 (12)4.1.2封头厚度计算 (12)4.2塔设备质量载荷计算 (12)4.3风载荷与风弯矩的计算 (14)4.4地震弯矩的计算 (17)4.4.1地震弯矩的计算 (17)4.4.2偏心弯矩的计算 (18)4.5各种载荷引起的轴向应力 (19)4.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (20)4.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 (20)4.6.2.塔体和裙座的稳定校核 (21)4.7塔体水压试验和吊装时的应力校核 (22)4.7.1水压试验时各种载荷引起的应力 (22)4.7.2水压试验时应力校核 (23)4.8基础环的设计 (24)4.8.1 基础环尺寸 (24)4.8.2基础环的应力校核 (24)4.8.3基础环的厚度 (25)4.9地脚螺栓计算 (25)4.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (25)4.9.2地脚螺栓的螺纹小径 (26)符号说明 (27)小结 (30)参考文献 (30)谢辞....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
图纸....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
汽提塔机械设计
汽提塔机械设计摘要汽提塔根据GB150-1998《钢制压力容器》和JB4710-2005《钢制塔式容器》标准设计。
本设计内容包括说明部分和计算部分。
塔设备是化工，炼油，医药等各工业生产中重要的传质传热设备。
它的作用是实现气-液相或液-液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、气提、萃取等单元操作中。
本设计中，说明部分主要包括塔设备的作用，分类，构造，以及汽提塔总体结构的说明，设备所用材料及结构的选择，制造工艺说明，设备的检验，安装和运输。
计算部分主要包括塔体壁厚计算，水压试验校核，开孔补强，补强圈设计等;质量载荷，地震载荷，风载荷的计算，塔体强度和轴向稳定性验算，裙座设计以及筒体与裙座对接焊缝的验算。
汽提塔属于压力容器，主要用于汽提出油气中的轻组分，同时把轻组分汽提到分馏塔中，提高汽油产率。
此次设计着重结构设计与计算，通过计算与校核得到可行的数据，以这些数据作为尺寸依据从而绘制了装配图和零部件图。
整个设计由翻译，说明书和图纸组成。
关键词：汽提塔，设计计算，强度校核Stripper mechanical designAbstractThe stripping tower is based on GB150—1998‘steel pressure vessel’and JB4710—2005‘steel tower vessel’.This design consists of two parts: declarations and calculations.Tower is an important mass transfer and heat transfer equipment in chemical industry, refining oil, pharmaceutical industry and other industrial production. Its role is to realize the gas phase or liquid phase contact fully, so as to achieve the mass transfer and heat transfer purpose between phases. Tower is widely used in distillation, absorption, gas extraction, extraction and unit operation.In this design, declarations part mainly includes the function, classification and structure of the tower equipment; general structure instruction of stripper tower, materials and structure choice of the equipment , manufacturing process description, the inspection, installation and transportation of the equipment.The computation part mainly includes the thickness calculation of the tower body wall, hydraulic pressure test, opening reinforcement, circle strengthen design; calculations of quality load, earthquake load and the wind load; tower body strength and axial stability checking, skirt holder and butt weld checking.The stripper belongs to pressure vessel, mainly used for stripping the light component of oil, at the same time the light component was stripped to the fractionating tower, improves the yield of gas. The design focuses on the structure design and calculation, through calculation and checking get feasible data, use these data as a basisto draw the assembly and parts diagram. The whole design consists of translation, specifications and graph papers.Keywords: stripping tower, design calculation, strength check目录1说明部分 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计思想 (1)1.3设计特点 (2)1.4主要设计参数的确定和说明 (2)1.4.1 设计压力 (2)1.4.2 设计温度 (2)1.4.3 焊缝系数 (3)1.4.4 壁厚附加量 (3)1.4.5 许用应力 (3)1.5材料的选择和论证 (4)1.5.1 考虑机械性能对设备材料进行选择论证 (4)1.5.2 考虑腐蚀方面对设备材料进行选择论证 (4)1.5.3 各主要部件材料的选择与论证 (5)1.6结构型式的选择与论证 (6)1.6.1 塔盘结构型式的选择与论证 (8)1.6.2 封头结构型式的选择与论证 (11)1.6.3 裙座结构形式的选择与论证 (13)1.6.4 法兰的结构型式选择与论证 (15)1.6.5 平台梯子结构形式的确定 (19)1.7制造工艺 (20)1.7.1 塔体制造工艺线 (20)1.7.2 焊接工艺 (21)1.7.3 质量检验技术要求 (22)1.8汽提塔的结构简图 (23)2计算部分 (24)2.1筒体封头壁厚的计算 (24)2.1.1筒体的壁厚计算 (24)2.1.2 封头的壁厚计算 (24)2.2水压试验应力校核 (25)2.3塔体轴向稳定与强度校核计算 (26)2.3.1 载荷分析 (26)2.3.2 工况及危险截面分析 (27)2.4质量载荷计算 (28)2.5塔的自振周期计算 (30)2.6地震弯距和地震载荷的计算 (31)2.7风载荷和风弯距计算 (34)2.7.1 各塔段所承受的风力计算 (34)2.7.2 风弯距的计算 (36)2.8弯矩的计算 (36)2.9圆筒轴向应力校核 (37)2.9.1 圆筒轴向应力 (37)2.9.2 圆筒强度稳定校合 (37)2.9.3 圆筒强度稳定校核 (37)2.10裙座强度及稳定性校核 (39)2.11裙座与塔壳连接焊缝验算 (40)2.12垫脚螺栓的计算 (41)2.13法兰强度校核 (43)2.13.1 常一油入口法兰的选定 (43)2.13.2 法兰系数 (43)2.13.3 对上述设计条件下的法兰进行强度校核 (44)2.14开孔补强计算 (48)2.14.1 塔顶常—气相出口 (48)2.14.2 筒体人孔处接管的补强 (51)3 结论 (55)参考文献 (56)谢辞 (57)1 说明部分1.1 设计任务汽提塔的主要设计参数：设计压力：0.82MPa设计温度：190℃介质：汽油、油气内径：1200mm塔高：26302mm保温层厚：110mm（微孔硅酸钙）地震烈度：7度场地类别：Ⅱ安装地点：抚顺1.2 设计思想(1)根据GB150-98《钢制压力容器》与JB4710-98《钢制塔式容器》等国家标准为基础进行设计。
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。
常减压精馏塔机械设计
DN4200/DN3000减压塔机械设计摘要本设计是对工艺设计中的常滴油精馏塔进行设计，设计过程主要依据GB150-1998《钢制压力容器》标准和JB/T4710-2005《钢制塔式容器》标准进行设计计算的。
该减压塔采用的是变径板式塔结构，并采用单溢流型塔盘与泡罩塔盘，操作介质为常底油。
精馏塔是目前石油化工领域应用的最多的塔设备。
在说明部分中，主要介绍塔设备在石油化工生产中的作用、地位、发展现状、特点以及分类，优先选用板式塔的条件，以及舌型塔盘和泡罩塔盘的结构和优缺点，同时又对塔的材料选择，筒体和封头的选用进行了说明和论述。
接下来又介绍了塔的附属构件结构，对筒体、裙座、封头、吊柱、地脚螺栓座、基础换班、筋板的选用进行了介绍并且校核了他们的强度，同时也对裙座与通体的连接方式与结构进行了说明。
在计算部分主要是针对塔体的筒体、封头的材料选择、壁厚的选取进行了计算，还有稳定性的校核。
对自振周期、地震载荷、风载荷进行了计算，同事又进行了该筒体的轴向强度以及稳定性的校核，全做的设计计算及其校核，地脚螺栓座的设计及其强度校核、筋板、盖板及开孔补强的设计计算校核。
最后经过计算以及强度校核，设计出合理的减压精馏塔的结构，并绘制出图纸。
关键词：筒体、封头、强度、校核。
1 说明部分1.1 前言在石油炼化厂的生产装置中，气-液和液-液2相直接接触进行传质传热的工艺很多。
例如，精馏、吸收、解吸、萃取和气体增湿等。
这些公益大多数都在塔内完成。
因此，塔设备的性能对炼油、化工装置的生产能力、产品质量与消耗指标以及三废处理以及环境保护等各个方面都有较大影响。
据统计，在石油炼化厂中，塔设备的投资额占到总投资额的10%-20%，塔设备消耗的钢材量占总投资刚才量的25%-30%。
塔设备之所以被大量采用，是因为它可以为气-液之间的传质传热提供了适宜的条件。
这些条件除了维持一定的塔内压力、温度、气液流量以外，一些特定的塔内件还从结构上保证了上升气体和下降气体的充分接触时间、空间和表面积，从而能够达到较理想的传质、传热效果。
塔机械设计数据
1400452502.667-176937.6420塔体16MnR[σ]t (Mpa)170[σ](Mpa)170σs (Mpa)裙座Q235-A [σ]t (Mpa)113[σ](Mpa)113σs (Mpa)13.040062mm 12.979614mm 1塔壳和裙座质量A 圆筒质量塔体圆筒高度H 039.86m外径D 01436mm圆筒质量m 125090.283kg B 封头质量324.61封头质量m 2649.22kgC 裙座质量锥形裙座尺寸Dis 2000mm 2m dis 1400mm1.4m裙座质量m 33813.1614kgD 塔壳和裙座质量m 0129552.664kg 2塔内构件质量75kg/m3塔内构件质量m 027966.2934kg 37388.166kg 4保温材料质量查得DN(mm )曲面高度mm直边高度140035040160040040保温材料质量m 035888.1564kg三. 塔的质量载荷计算查得DN=1400mm,壁厚18mm 的标准椭圆形封头质量由于锥角很小,故可按圆筒计算,取锥体的平均直径查得浮阀塔盘单位质量人孔,法兰,接管与附属物质量m a 一. 选择材料二. 按计算压力计算筒体和封头的壁厚塔体S 封头,采用标准椭圆封头S 加上壁厚附加量C=2mm,并名义厚度Sn6. 场地土为Ⅱ类场地土7. 支座为φ1200/ φ1800mm,高度Hs=5m 的圆8. 塔体焊接接头系数φ=0.85,塔体与裙座对接9. 塔体与封头的壁厚附加量取C=2mm,裙座厚液相介质密度 ρl(kg/m 3)机械设计课程设计理论机械设计条件塔体内径D （mm ）塔高 H(mm) 1. 每隔15个塔板左右开设一个人孔,共设5个.2. 相应人孔处安装操作平台,平台宽B=900mm 计算压力 Pc(Mpa)操作温度T(ºC)塔板数Np塔板上清液层高度h l (mm) 3. 塔体外表面保温层厚度δs=100mm,材料密度4. 塔器设置地区基本风压值q 0=500N/m 25. 地震设防烈度为7度5平台,扶梯质量m 044448.8891kg62306.4446kg7冲水质量m w 62200.102kg 8全塔操作质量m 057550.614kg 9全塔最小质量m min48871.134kg10全塔最大质量m max 117444.27kg 质量(kg) 塔段号12345圆筒质量m 1005035.6815035.685035.681封头质量m 20324.61000裙座质量m 3762.632293050.5291塔壳和裙座质量m 01762.632293375.13915035.6815035.685035.681塔内构件质量m 0200923.62821962.711847.256保温材料质量m 03058.921158.1171158.121158.117平台,扶梯质量m 0440697.77782857.7778857.778857.7778塔内物料质量m 050629.06183194.4792413.268413.2682人孔附属物质量m a 190.65807843.784791258.921258.921258.92冲水质量m w 0420.212315.041231512315.04塔段操作质量m 0993.290365604.68369428.60410686.510571.02塔段最大质量m max993.290365395.821721549.1722588.222472.8塔段最小质量m min 993.290364975.62178495.2228703.048679.948塔段长度(mm)10004000800080008000人孔,平台数01111塔板数00817162.283506s 塔的第二振型10.08地震影响系数α10.0166802H/Di=32.3214 >152确定危险截面0-0截面1-1截面3A 0-0截面M E l 0-0N*mm B 1-1截面M E l 1-1N*mm C2-2截面M E l 2-2N*mm1风力计算海边为A型1.38大连500q1A 风振系数的计算12六. 风载荷计算94334877.6塔段号计算危险截面的地震弯距97346645.0382304958.2裙座基底截面由地震设防烈度为7度, 查得αmax =由Ⅱ类场地土且结构综合影响操作时塔内物料质量m 05釜液深度h 0将全塔分为7段,各段质量载荷如下五. 地震载荷计算四. 塔的自振周期计算等直径,等厚度塔的基本自振周期T 1笼式扶梯单位质量q F3.210.2330.720.780.010.081.1 1.381.019641.135652B 有效直径D ei 的计算100mm 塔段号1234塔段长度l i 1000400080008000K 3(mm)400400400400K 4=2*∑A/l i025*******D ei (mm)2036228621612161C 水平风力计算结果如下塔段号1234K 10.70.70.70.7K 2i 1.0196364 1.135652 1.362691.592941q 0(N/m 2)690690690690f i 1.1 1.38 1.56 1.7l i (mm)1000400080008000D ei (mm)2036228621612161风力P i (N)1102.9686921.6217750.722612.082危险截面风弯距计算A 0-0截面M w 0-0N*mm B1-1截面M w 1-1N*mm C 2-2截面M w 2-2N*mm158.340625Mpa 2A 0-0截面σ20-0-5.61279MpaB 1-1截面σ21-1-6.88689Mpa AsmC2-2截面σ22-2-7.09877Mpa3A 0-0截面M max 0-0N*mm B1-1截面M max 1-1N*mm C 2-2截面M max 2-2N*mm3266028888七. 各种载荷引起的轴向应力计算计算压力引起的轴向拉应力σ1操作质量引起的轴向压应力σ2最大弯距引起的轴向应力σ338452007223994005975384520072232660288883994005975八. 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核振型系数φzi (取u=1)风压高度变化系数f i (B类)风振系数K 2i有效直径D ei 的计算结果如下塔和管线的保温层厚度δsi =δps 设笼式扶梯与塔顶管线成90º角,取平台构件的投计算截面距地面高度h it (m )脉动增大系数ξ(B类)脉动影响系数νi (B类)1A 强度校核173.4Mpa>126.7874B 稳定性校核180Mpa>82.91122σmax 组压0-0-85.071013Mpa A=0.001489σmax 组压1-1-134.23115Mpa[σ]cr1A 试验压力p T 3.33375Mpaσ147.53530.9*σs *φ =263.925Mpa >σB 72.925781MpaC -15.4605MpaD 39.780968±MpaE σmax 组拉2-297.2462Mpa 许用应力0.9*Kσs *φ316.71MpaF σmax 组压2-2-55.2415Mpa许用应力180Mpa2A σ20-0-11.446Mpa σ21-1-14.17MpaB σ30-023.8375±Mpa σ31-1152.813±MpaC σmax 组压0-0-35.2831Mpaσmax 组压1-1许用应力168Mpa1基础环尺寸取D ob2400mm取D ib18402基础环应力校核8.88E+08mm 3A σbmax 4.798863Mpa B σbmax1.965902Mpa选用150号混凝土许用应力R a 7.5Mpa >σbmax 3基础环厚度（有筋板） b=167mm M42l 160-22082.99594.654140Mpa基础环材料的许用应力[σ]b满足要求地脚螺栓直径查得M x =-0.165*σbmax *b 2N*mm/mm 查得M y =0.0781*σbmax *l 2N*mm/mm >σmax 组压2-2裙座水压试验应力校核水压试验时，重力引起的轴向应力σ2基础环抗弯截面系数Z b基础环面积A b由弯距引起的轴向应力σ3最大组合轴向压应力校核满足要求十. 基础环设计水压试验时，重力引起的轴向应力σ22-2由弯距引起的轴向应力σ32-2最大组合轴向拉应力校核最大组合轴向压应力校核九. 筒体和裙座水压试验应力校核筒体水压试验应力校核由试验压力引起的环向应力σ满足要求由试验压力引起的轴向应力σ1筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力σmax组压2-2许用轴向压应力[σ]cr 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力σmax组拉2-2许用轴向拉应力筒体的强度与稳定性校核裙座的稳定性校核裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力基础环厚度S b 30.763746mm取S b35mm1A 4.23948Mpa取σB4.23948Mpa2地脚螺栓直径取地脚螺栓个数n=28147十一. 地脚螺栓设计地脚螺栓承受的最大拉应力σB 由于σB >0,故此塔设备必须安装地脚螺栓以上各项计算均满足强度条件及稳定性条件地脚螺栓材料的许用应力[σ]bt 查得地脚螺栓直径M56选用28个M56的地脚螺栓，满足要求计理论数值计算开设一个人孔,共设5个.作平台,平台宽B=900mm,单位质量150kg/m3厚度δs=100mm,材料密度ρ2=300kg/m3风压值q0=500N/m2土00mm,高度Hs=5m的圆锥形裙座=0.85,塔体与裙座对接焊接附加量取C=2mm,裙座厚度附加量取C=2mm345235E (Mpa)190000mm,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18mm Se16mm1.436m内径Di 1.4mρ钢7850kg/m3kg直边高度h240mmDos2036mm 2.036mdos1436mm 1.436mDim1700mm 1.7mDom1736mm 1.736mmm内表面积m2容积V m32.30050.42022.97610.616640kg/m 0.7m67合计5035.6814916.08425058.80324.61649.22003813.165035.6815240.69429521.21962.711269.9897966.291158.1171189.5315880.92857.77782884456.89413.2682267.40882330.751258.921310.1737380.312315.0412442.7662123.110686.479565.79757536.322588.2521741.151173298703.0388282.39748832.680008200452001051711690.380584第三0.126860.40.52-2截面M E 0-0N*mmM E 1-1N*mm M E 2-2N*mm690q1t123597.934567裙座与塔底焊接处截面1117918597102881197.8必须考虑高振型影响裙座人孔处截面地土且近震, 查得Tg=合影响系数 Cz=h 0q F17.224.231.238.245.2333330.820.840.8610.8650.8750.230.40.590.8211.56 1.71.811.91 1.981.3626921.592941 1.841972.11412.3257576108mm 567800080008200400400400125125121.9512161216121615670.70.70.71.8419722.114084 2.325766906906901.81 1.91 1.988000800082002161216121612783933716.8839413.580517.87σ30-079.45823±Mpa σ31-1127.3443±Mpa Zsm30195321σ32-2132.6032±Mpa各危险截面的σ3计算如下塔顶管线外径d 0件的投影面积∑A=0.5m 2183.8451Mpa 1.2Mpa -139.702Mpa A=0.0021486查得 B=150MpaMpa查得 B=140Mpa168MpaMpa-166.983Mpamm 1864849mm 2取σbmax4.798863Mpamm b/l 1.0437522082.9N*mm/mm取M s =|M x |max 组压2-2满足要求积A b>σmax 组压2-2满足要求满足稳定性条件满足强度条件压2-2拉2-2组合载荷系数 K=满足稳定性条件B0.821495Mpa螺栓Mpa d149.4533mm。
设计实例(板式塔)
率控制。
漏液现象
控制阀孔动能因数在5~6之间。
浮阀塔的负荷性能图
• 雾沫夹带线：指控制ev=0.1kg液/kg气时的Vs—— Ls之间关系
浮阀的开度与阀孔处气相的动压有关，动压的大 小取决于气体的速度与密度。
即动能因数：由动能因数作为衡量气体流动时动压 大小的指标
F uo v
• F0——气体通过阀孔v时的动能因数 • uο————气体通过阀孔时的速度m/s • ρν————气体密度kg/m3
排孔要求
1、排孔图（鼓泡区）：排完之后的总孔数与算得的N相近，并 按实排数目重算阀孔气速，核算阀孔动能因数F0。若F0在9~12 范围内，即可认为作图得出的阀数能够满足要求。否则应调整孔 矩、阀数，重新作图，反复计算。 2、也可根据已算出的阀数及溢流装置尺寸等，用作图法求出所 需的塔径，并与最初估算的塔径相比较，经反复调整有关参数， 直到作图所得出的塔径与最初估算的塔径相符为止。 3、最后核算开孔率是否合适，否则前述过程重算。 开孔率：对于常压塔或减压塔开孔率在10~14%之间，
常压和减压塔---如塔板压降不是很大,工艺计算时假定全塔各处压力相等-误差不大.
减压塔---压力分布与塔板的结构形式,气液负荷,气液物性等多种因素有关, 很难计算,一般先假设再较核.多次试差. .
精馏方案的选定
2.进料状态
原则讲,要使回流在全塔发挥作用,全部冷量应该加在 塔顶,全部热量加在塔底.但实际设计时应该考虑设备 费和操作费问题及操作平稳等多种因素.
热敏性和高沸点的物料-----减压操作.P降低,相对挥
浮阀塔、泡罩塔、筛板塔优缺点及结构原理
筛板塔、泡罩塔和浮阀塔的优缺点筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。
操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。
气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。
泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。
为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的林德筛板。
筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔。
应用于蒸馏、吸收和除尘等。
# ~1 Y) h2 y- l, ?! d+ T5 G , `% k* {. a+ \1 }" A- p2 f 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。
泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。
泡罩有f80、f100、f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。
泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。
泡罩在塔板上为正三角形排列。
操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。
升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。
上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面I0 Z8 b. G; p3 d 泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。
泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。
浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。
浮阀的类型很多，国内常用的有F1型、V-4型及T型等。
浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。
板式塔设备机械设计
1 板式塔设备机械设计任务书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。
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。
.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按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算自振周期计算地震载荷与地震弯距计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算计算结果4 计算结果总汇1 按设计压力计算塔体和封头厚度4 后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
5 设计图纸见附图6 参考文献[1] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,63~64[2] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,169~171[3] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.,125~125[4] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,85~85[5] 路秀林.王者相主编.化工设备设计全书塔设备.北京：化学工业出版社.2004 .1,324~3277主要符号说明。
精馏塔的设计详解
目录一.前言 (3)二.塔设备任务书 (4)三.塔设备已知条件 (5)四.塔设备设计计算 (6)1、选择塔体和裙座的材料 (6)2、塔体和封头壁厚的计算 (6)3、设备质量载荷计算 (7)4、风载荷与风弯距计算 (9)5、地震载荷与地震弯距计算 (12)6、偏心载荷与偏心弯距计算 (13)7、最大弯距计算 (14)8、塔体危险截面强度和稳定性校核 (14)9、裙座强度和稳定性校核 (16)10、塔设备压力试验时的应力校核 (18)11、基础环设计 (18)12、地脚螺栓设计 (19)五.塔设备结构设计 (20)六.参考文献 (21)七.结束语 (21)前言苯(C6H6)在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。
苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。
它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。
苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。
苯分子去掉一个氢以后的结构叫苯基，用Ph表示。
因此苯也可表示为PhH。
苯是一种石油化工基本原料。
苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。
甲苯是有机化合物，属芳香烃，分子式为C6H5CH3。
在常温下呈液体状，无色、易燃。
它的沸点为110．8℃，凝固点为－95℃，密度为0．866克／厘米3。
甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶剂中。
甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。
甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。
甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。
但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。
苯和甲苯都是重要的基本有机化工原料。
工业上常用精馏方法将他们分离。
精馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作，广泛应用于化工，石油，医药，冶金及环境保护等领域。
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