甲醇精馏塔机械设计部分

厦门大学化工系

课程设计

—机械部分计算说明书

设计题目：甲醇精馏塔

专业：化工工艺

学号：

姓名：

2005年07月23日

目录

一、前言 (3)

二、塔设备任务书 (4)

三、塔设备计算 (4)

(一)选择塔体和裙座材料………………………………………,4

(二)计算筒体和封头壁厚 (4)

(三)塔高计算 (5)

(四)塔设备质量载荷计算 (5)

(五)风载荷与风弯矩计算………………………………………,7

(六)地震载荷与地震弯矩计算 (8)

(七)偏心载荷与偏心弯矩计算 (9)

(八)最大弯矩计算 (9)

(九)危险截面的强度和稳定性校核 (9)

(十)基础环设计 (11)

(十一)地脚螺栓计算 (13)

四、计算结果表 (14)

五、参考文献 (14)

六、符号表 (14)

七、结束语 (15)

一、前言

塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面，本课程设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对他设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行结构设计。本设计采用的是填料塔。

二、塔设备任务书

三、塔设备计算

(一)选择塔体和裙座材料

由于设计压力P＝0.05MPa（表压）属于低压分离设备，属于一类容器；介质腐蚀性小，故选用Q235-A号钢材作为材料。

(二)计算筒体和封头壁厚

1.筒体壁厚

按强度条件，筒体所需厚度

式中：

－Q235A在温度为150℃时的许用应力，查表得为113MPa

－塔体焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，查表得＝0.85

C1－钢板壁厚负偏差，估计壁厚在8mm左右，查表得C1＝0.8

C2－腐蚀裕量，为腐蚀速率设计年限＝0.120＝2mm

上述数值代入上式可得：

按刚度要求，取，考虑到此塔较高，安装地区风载荷较大，而塔的内径较小，故增加壁厚。现假设塔体厚度，则假设的塔体有效厚度

圆整后，取，。

现采用标准的椭圆封头，其壁厚采用与筒体相同的壁厚，即。

(三)塔高计算：

由化工设计可知：精镏段填料高度为4.2m，提镏段填料高度为3.5m，塔顶与回流段各为1m，塔底进气段为1m，裙座2m，因此总高为1+4.2+0.5+3.5+1+2＝12.2m。

(四)塔设备质量载荷计算

1.塔体重量载荷计算

1)塔体重量载荷

2)内件重量载荷

查表可得填料单位重量载荷为7800N/m3，由工艺条件可知全塔填料高度为精镏段4.2m、提镏段3.5m。

筛板单位重量载荷为650N/m2，余隙系数＝0.96，由此可得内件重量载荷：=0.33+0.3=0.63kN

3)保温层重量载荷

保温材料厚度，密度为300Kg/m3

4)平台质量载荷

因该塔不适合于开人孔及手孔，故不使用平台。

5)物料重量载荷

由工艺条件可知：塔高为12.2m，余隙系数＝0.96，持液量a＝0.3 Q4=0.50.7850.42×12.2×887.6×9.81×0.96×0.3＝1.92 kN

6)裙座重量载荷

7)充水重量载荷

=1.532 kN

8)附件重量载荷

估取

9)塔体操作时的重量载荷

Q H=Q1+Q2+Q3+Q4+Q7=16.222 kN

10)塔体与裙座操作时重量载荷

Q0=Q H+Q5=17.832 kN

11)全塔最大重量载荷(水压试验时塔的重量载荷最大)

Q max=Q1+Q2+Q3+Q5+Q6+Q7=16.912 kN

12)全塔最小重量载荷(设备安装时重量载荷最小)

Q max=Q1+Q2+Q3+Q5+Q7= 15.38 kN

(五)风载荷与风弯矩计算

全塔高分3段计算，各段的风压由下式计算：

风压载荷在任意截面I–I上，引起的风弯矩可由下式计算：

危险截面取0－0，1－1截面，如图所示，危险截面上的风弯矩为：

(六)地震载荷与地震弯矩计算

塔的H/Di=12.2/0.4=30.5>15，∴应按下式计算：

1.截面0－0地震弯矩可由下式计算：

对于圆筒直立设备，取C＝0.5，Q0是设备操作总重载荷，Q0＝16.85kN，据【2】表A－8可得，9级地震烈度则取αmax＝0.9，对于Ⅱ类场地，则α＝0.3αmax＝0.27，由【1】图9－9可查得，，因此按下式计算：

又因为H/Di=12.2/0.4=30.5>15，塔为柔性构件，验算时取

2.截面1－1地震弯矩可由下式计算

式中，h是1–1截面距地面高，h＝2m，则：

M E H=14.09 N·m

又因为H/Di=12.2/0.4=30.5>15，塔为柔性构件，验算时取

M E H=1.25M E H=17.65N·m

(七)偏心载荷与偏心弯矩计算

根据已知条件：me＝2000kg，e＝0.5m

(八)最大弯矩计算

根据

同理可得

(九)塔体和裙座危险截面的强度和稳定性校核

塔体与裙座连接处为1－1截面为危险截面。

1.塔体危险截面(1－1)的各项轴向应力计算

2.塔体1－1截面抗压强度及轴向稳定性校验

式中：

查得Q235-A在150℃时的

因此塔底1－1截面满足抗压强度及轴向稳定条件。

3.塔底1－1截面的抗拉强度校核

式中：

故满足抗拉强度条件。

4.水压试验时的塔体强度校验

水压试验应力应满足下式：

取，塔体高度9.5m，取P‘＝0.095MPa

试验水压

结论安全

充水后轴向应力的强度和稳定条件为：

式中：取，，

故

上条件式引入各值：

上述各项校核表明，塔底厚度，可以满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。

5.裙座强度及轴向稳定性校核

裙座危险截面取在座圈基底0－0截面

设裙座厚度，厚度附加量C＝1mm，则裙座有效厚度

1)0－0截面的轴向应力计算

操作时全塔重量引起的压应力：

风载荷引起的0－0截面的弯曲应力：

2)裙座底部0－0截面的强度及轴向稳定性校核