化工设备机械基础课程设计--塔设备设计.docx

化工设备机械基础塔设备设计课程设计说明书学院： 机 电 学 院 班级： 过 控 姓名： 指导教师： 目录摘要1关键字1一 设计要求2二 按计算压力计算塔体和封头厚度22.1 塔体厚度计算22.2 封头厚度计算3三 塔设备质量载荷计算33.1 求筒体圆筒、封头、裙座质量33.2 塔内构件质量33.3 保温层质量43.4 平台、扶梯质量43.5 操作时物料质量43.6 附件质量 按经验取附件质量为53.7 充水质量为53.8 各种质量载荷汇总53.8.1 塔操作质量63.8.2 全塔最小质量63.8.3 水压试验时最大质量6四 风载荷与风弯矩计算74.1风载荷计算示例74.2各段塔风载荷计算结果84.2.1 风弯矩计算9五 地震载荷计算105.1 土类1级场地土类10六 偏心弯矩计算11七 载荷引起的轴向应力117.2 操作质量引起的轴向压应力117.3 最大弯矩引起的轴向应力12八 筒体和裙座危险截面的强度性校核138.1 筒体的强度与稳定性校核138.2 塔体与裙座的稳定性校核138.3各危险截面强度与稳定校核汇总15九 塔体水压试验和吊装时的应力校核169.1 筒体水压试验时各种载荷引起的应力169.1.1 由试验压力和液柱静压力引起的环向应力169.1.2 由试验压力引起的轴向拉应力169.1.3最大质量引起的轴向压应力179.1.4 由弯矩引起的轴向应力179.2 水压试验应力校核17 9.2.1筒体环向应力校核179.2.2最大组合轴向拉应力校核179.2.3最大组合轴向压应力校核17十 基础环设计1810.1 基础环尺寸1810.2 基础环的应力校核1810.3 基础环厚度19十一 地脚螺栓计算1911.1 地脚螺栓承受的最大拉应力1911.2 地脚螺栓的螺纹小径20参考文献22致谢23摘要塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便关键字：塔体、封头、裙座、。22一 设计要求1、塔体的内径2000mm，塔高近似取H=28000mm；2、计算压力p=1.2Mpa，设计温度200；3、设置地区：基本风压值，地震设防烈度8度，场地土类：1类，设计地震分 组：第二组，设计基本地震加速度: 0.2g；4、塔内装有46层浮阀塔盘，每块塔盘上存有介质高度和介质密度为 5、沿塔高每5m左右开设一个人孔，人孔数为6个，相应在人孔处安装的半圆形 平台为6个，平台宽度B=800mm，高度为1000mm：6、塔外保温层厚度，保温材料密度为 7、塔体与裙座间悬挂一再沸器，其操作质量为4200kg，偏心距e=2000mm；8、塔体在200的条件下工作，介质无明显腐蚀，筒体与封头材料选Q345R，裙 座材料选用Q235-B，材料的有关性能参数如下： Q345R Q235-B 9、 塔体与裙座对接焊接，焊接接头系数0.85；10、塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量 C=2mm。 二 按计算压力计算塔体和封头厚度2.1 塔体厚度计算 考虑厚度附加量C=2mm，经圆整后取2.2 封头厚度计算考虑厚度附加量C=2mm，经圆整后取。三 塔设备质量载荷计算3.1 求筒体圆筒、封头、裙座质量(1)筒体总高度: ； (2)查的DN2000mm，厚度12mm的圆筒质量为596kg/m； (3)查的DN2000mm，厚度12mm的椭圆形封头质量为438kg/m （封头曲面深度500mm，直边高度40mm）； (4)裙座高度3060mm，厚度按12mm计。 筒体圆筒、封头、裙座质量 圆筒质量： 封头质量： 裙座质量： 3.2 塔内构件质量 内径800900时用浮阀塔盘 （浮阀塔盘质量 75）3.3 保温层质量 其中，为封头保温层的质量kg3.4 平台、扶梯质量 说明：由表8-1查得平台单位面积质量、笼式扶梯单位长度质量和笼式扶梯总高 分别为： 其中平台数量为6；平台宽度B=800mm.3.5 操作时物料质量 Vf=(3.14/24)DDDi说明：物料密度，封头内容积Vf=1.05.，塔釜圆筒部分深度，塔板数N=46，塔板上液层高度。3.6 附件质量 按经验取附件质量为3.7 充水质量为 其中3.8 各种质量载荷汇总 将全塔分为6段，计算各质量载荷（计算中近似）塔段01122334455顶合计塔段长度/mm10002000700060006000600028000人孔与平台数0012126塔板数00913141046m01/kg5962261417235763576297217153注：3.06m裙座+下封头质量=3.06596+438=2261，其余为596各塔段长度m02/kg-211930623297235510833注：塔盘质量=0.785475各段塔盘数，塔盘单位面积质量为75kg/m2m03/kg-11517301483148314036315注：保温材料，下封头质量115，其余为单位长度保温层质量各塔段长度m04/kg4080856139181513504299注：平台扶梯质量，每个平台质量为575.4kg，每米扶梯为40kg，平台质量算法同前m05/kg-979703733883649260617551注：封头内的物料质量=8301.18=979，其余各段为各段塔板总的存留介质质量23段为塔釜直筒段存留介质质量+9块塔板上存留的介质质量ma/kg149 4071043894 8948954388注：附件质量=0.25m1mw/kg11802198018840188401753978245充水质量=塔容积水密度，12段为封头充水质量=1.181000=1180me/kg130023003600m0/kg78545111925713794137141218964139各塔段最小质量78535321110073807427770037922全塔操作质量=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=64139kg全塔最小质量=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=37922kg水压试验时最大质量=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me=124833kg 3.8.1 塔操作质量 3.8.2 全塔最小质量 3.8.3 水压试验时最大质量 四 风载荷与风弯矩计算 4.1风载荷计算示例以23段为例计算风载荷式中：体形系数，对圆筒形容器，10m左右高处基本风压值，风压高度变化系数，查表8-5得1.00计算段长度，脉动影响系数，由表8-7得：0.72塔的基本自振周期，对等直径、等厚度得圆截面塔： 脉动增大系数，根据自振周期，由 表8-6查的：2.27振型系数，由表8-8得：0.19风振系数塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90，取下a、b中较大者。， a. b. 取 4.2各段塔风载荷计算结果塔段号1234561000200070006000600060006000.70.720.720.720.760.800.820.020.020.190.420.771.002.271.0331.0391.3111.7252.402.8613101622280.640.721.001.161.281.39平台数002112/mm00457.1266.7266.7533.3262426243341315131513417728164812877158892671534231 4.2.1 风弯矩计算 0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 五 地震载荷计算5.1 土类1级场地土类 当地震烈度为八级时， 所以 计算截面距地面高度h：0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm 等直径、等厚度的塔，28000/2000=14， 按下列方法计算地震弯矩。 0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 六 偏心弯矩计算 七 载荷引起的轴向应力7.1 计算压力引起的轴向压应力 其中7.2 操作质量引起的轴向压应力 0-0截面：裙座的有效厚度1-1截面：其中，为人孔截面的截面积，查相关标准得：2-2截面：其中，7.3 最大弯矩引起的轴向应力0-0截面其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：1-1截面：式中裙座人孔截面的抗弯截面系数。查相关标准得：=27677000 其中，最大弯矩取下式计算值中较大者： 2-2截面： 其中，最大弯矩取下式计算值中较大者：八 筒体和裙座危险截面的强度性校核8.1 筒体的强度与稳定性校核2-2截面：筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉力： 因为，故满足强度条件。 其中，轴向许用应力：8.2 塔体与裙座的稳定性校核 2-2截面： 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压力： 许用轴向压应力： 取其中较小值。按GB-150 钢制压力容器中的规定，由 查相应的材料图(Q345R,200)得B=115Mpa, 则，取。因为，故满足稳定性条件。1-1截面：塔体1-1处的最大组合轴向压应力由 查相应的材料图（Q235-B,200）得 ,K=1.2。则，取。因为，故满足稳定性条件。 0-0截面塔体0-0处的最大组合轴向压应力因为， ,故满足稳定性条件8.3各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚mm101010截面以上操作质量/kg642506346559933计算截面面积截面的抗弯截面系数最大弯矩最大允许轴向拉应力173.4-最大允许压应力129129138135.6135.6204计算压力引起的向拉应力0060操作质量引起的向压应力10.0410.629.93最大弯矩引起的轴向应力55.0059.1146.34最大组合轴向拉应力-96.41最大组合轴向压应力65.0269.7155.68强度与稳定校核强度满足强度条件稳定性满足稳定性条件九 塔体水压试验和吊装时的应力校核9.1 筒体水压试验时各种载荷引起的应力9.1.1 由试验压力和液柱静压力引起的环向应力 液柱静压力9.1.2 由试验压力引起的轴向拉应力 9.1.3最大质量引起的轴向压应力 9.1.4 由弯矩引起的轴向应力 9.2 水压试验应力校核 9.2.1筒体环向应力校核 因为，故满足要求。 9.2.2最大组合轴向拉应力校核 许用应力：因为，故满足要求。 9.2.3最大组合轴向压应力校核 轴向许用压应力 取其中较小值。, 取。因为，故满足要求。十 基础环设计10.1 基础环尺寸取 10.2 基础环的应力校核取其中较大值，(1)(2) 取 选用75号混凝土，其许用应力，故满足要求。 10.3 基础环厚度按有筋板时，计算基础环的厚度。 设地脚螺栓直径为M42，由表8-11查得l=160mm， 则b/l=140/160=0.88，由表8-10查得 。 取，基础环材料（Q245R）的许用应力，C=3mm, 基 础环厚度，取十一 地脚螺栓计算 11.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 取其中较大值， 其中， (1) (2) 取其中较大值，11.2 地脚螺栓的螺纹小径因为，故此塔设备必须安装地脚螺栓。选取螺栓材料30CrMoA，螺栓个数为n=28，C=3mm。 取地脚螺栓为M42。由表8-12查得M42的螺纹小径d=37.129mm，故选用28个M42的地脚螺栓，满足要求。塔的名义壁厚筒体，封头，裙座塔的载荷及其弯矩质量载荷风弯矩地震弯矩基础环设计基础环尺寸基础环的应力校核满足要求地脚螺栓设计直径M42，个数28个参考文献1塔设备- 化学工业出版社 路秀林 王者相 等编著2化工设备机械基础-化学工业出版社 蔡纪宁 张秋翔 编3化工工程制图-化学工业出版社4化工装置实用工业设计-化学工业出版社 路德维希 编著5化工设备机械基础-大连理工大学出版社 刁玉玮 王立业 喻健良 编著6化工设备机械基础-化学工业出版社 董大勤 编著7化工设备机械基础-华东理工大学出版社 汤善甫 朱思明 主编 第二版8化工制图-化学工业出版社 郑晓梅 编著22致谢在一个月来，感谢老师和同学们的帮助，让我可以完成这次课程设计，尤其感谢王老师的细心讲解，帮我们借书，给我们讲解，从这次课程计中，我也学习到很多的知识，也知道了什么叫团结，在这一个月来让我收获很多，也让我在下年的毕业设计奠定了基础。23