化工设备-板式塔-2011

M
I I W
li li 1 li 2 Pi Pi 1 li pi 2 li li 1 2 2 2
ln Pn li li 1 li 2 2
(8-22)
50
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。
图8-26 分布槽
51
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
44
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。
K1 ─体型系数,取0.7；
K 2i ─塔设备中第i 计算段的风振系数；
fi li
─风压高度变化系数,按表8-5查取； ─塔设备各计算段的计算高度(见图8-8)，mm；
q0 ─各地区的基本风压，N/m2，见表8-4；
Dei ─塔设备中第i 段的有效直径， mm .
15
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）
33
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
34
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。 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。

I I 3
19
第二
cr 求出最大组合压应力 max ，使 max ＜
轴向许用压应力
cr =min{KB,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。
20
第三
最大组合压应力的求法
2
I I
PDi 1 4 ei

I I 3
21
PDi 1 4 ei
2
I I

m
I I 0
gF Di ei
I I max 2 i ei
I I V

I I 3
4M D
24
第二
求出最大组合拉应力 max ，使 max ＜K
t
25
第三
最大组合拉应力的求法
PDi 1 4 ei
2
I I

I I 3
图8-15 板式塔的总体结构 31
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。
整块式塔盘 分块式塔盘 DN≤700mm DN≥800mm
32
1、整块式塔盘
塔设备
1
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
2
第八章 塔设备的机械设计 塔体 内件 支座 附件
3
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
4
介质压力
自重载荷
承受载荷 地震载荷 风载荷 偏心载荷
26

= 1 –

+

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
27
外压操作的塔设备， 最大组合轴向压应力 出现在停车情况

=–

+

28
5、塔体最终厚度的确定
按设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
图8-22 环管多孔喷洒器
48
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
49
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 图8-25 有升气管的盘式分布器
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：
=

+

22
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

= +

+

23
4、塔体拉应力校核 第一 筒体轴向应力
计算压力在塔体中引起 的轴向应力
重量载荷及垂直 地震力在塔体中 引起的轴向应力 弯矩在塔体中引 起的轴向应力
0—0截面，塔设备的基底 截面； 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。
13
图8-8 风载荷计算简图
14
两相邻计算截面间的水平风力
Pi K1 K 2i q0 f i l i Dei 10
式中
6
(8-18)
Pi
─塔设备中第i段的水平风力，N；
取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。
29
6、塔设备水压试验时的应力验算（自阅）
30
第二节 板式塔结构 一、总体结构 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。 4、设备管道：人孔、接管等。
5、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、 平台等。
计算压力在塔体中引起 的轴向应力
重量载荷及垂直 地震力在塔体中 引起的轴向应力 弯矩在塔体中引 起的轴向应力
PDi 1 4 ei
2
I I

m
I I 0
gF Di ei
I I max 2 i ei
I I V

I I 3
4M D
Leabharlann Baidu
18
PDi 1 4 ei
2
I I
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 ”。
55
3、典型结构
图8-29 分配锥
56
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；
35
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
图8-17 定距管式塔盘结构
36
2、分块式塔盘
37
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。
7
塔设备在正常操作时的质量
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
塔设备在水压试验时的最大质量
(8-1)
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me
塔设备在吊装时的最小质量
(8-2)
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me
也可用一块塔盘板代替，见下图
42
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。
43
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。
管式喷洒器
1、喷洒型
环管多孔喷洒器 莲蓬头喷洒器
45
46
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
47
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
5
6
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
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
38
塔盘板结构
主要有自身梁式和槽式。
图8-18 塔盘板结构
39
40
41
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。
16
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：
M e me ge
式中
(8-23)
g
─重力加速度，m/s2; ─偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线 间的距离，m；
17
e
M e ─偏心弯矩，N· m。
3、塔体稳定校核
第一 筒体轴向应力
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。
57
图8-30 栅板结构
58
59
(8-3)
8
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
9
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
10
图8-6 卡曼涡街
11
图8-7 卡曼涡街
12
计算步骤 分段（P235图8-8） 选危险截面
1－主槽
2－分槽
图7-27 槽式孔流分布器
52
3、冲击型
图8-28 反射板式喷淋器
53
二、液体再分布器
Dl
Di
图8-29 分配锥
54
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。
2、主要作用