精馏塔的设计.doc

化工原理课程设计
–––––浮阀板式精馏塔的设计

指导老师：谭智斗
设计者：曹烁
学号：
单位：化学与环境工程学院0407402班
日期：2023-6-16

目录
第一章 苯——甲苯在工业上的用途
第二章 综述
2.1、精馏塔原理及其在工业上的应用
2.2、精馏操作对塔设备的规定
2.3、常用板式塔类型及成本设计的选型
2.4、本设计所选塔的特性
第三章 工艺条件的拟定和说明
3.1、拟定操作压力
3.2、拟定进料状态
3.3、拟定冷却剂和加热方式
3.4、拟定冷却剂及其进出口温度
第四章 流程的拟定和说明
4.1、流程的说明
4.2、设立各设备的因素
第五章 精馏塔的设计计算
5.1、物料衡算
5.2、回流比的拟定
5.3、板块数的拟定
5.4、汽液负荷计算
5.5、精馏塔工艺尺寸计算
5.6、踏板流动性能校核
5.7、塔板负荷性能图
5.8、重要工艺接管尺寸的计算和选取
5.9、塔顶冷凝器/冷热器的热负荷
5.10、塔底再沸器的热负荷
第六章 机械设计
6.1、设计条件
6.2、按计算压力计算塔体和封头厚度
6.3、塔设备质量载荷计算
6.4、地震弯矩的计算
6.5、偏心弯矩计算
6.6、塔体和裙座的危险截面的强度与稳定校核
6.7、塔体水压实验和吊装时的应力校核
6.8、基础环设计
6.9、地脚螺栓的计算
第七章 重要计算结果列表
第八章 参考文献
第九章 课程设计总结
致谢！

第一章 苯—甲苯在工业上的用途

苯为有机化学工业的基本原料之一。无色、易燃、有特殊气味的液体。混苯熔点低，沸点低，相对密度小于水。在水中的溶解度很小，能与乙醇、乙醚、二硫化碳等有机溶剂混溶。能与水生成恒沸混合物。因此，在有水生成的反映中常加苯蒸馏，以将水带出。苯在燃烧时产生浓烟。苯可以起取代反映、加成反映和氧化反映。苯用硝酸和硫酸的混合物硝化，生成硝基苯，硝基苯还原生成重要的染料中间体苯胺；苯用硫酸磺化，生成苯磺酸，可用来合成苯酚；苯在三氯化铁存在下与氯作用，生成氯苯，它是重要的中间体；苯在无水三氯化铝等催化剂存在下与乙烯、丙烯或长链烯烃作用生成乙苯、异丙苯或烷基苯，乙苯是合成苯乙烯的原料，异丙苯是合成苯酚和丙酮的原料，烷基苯是合成去污剂的原料。苯催化加氢生成环己烷，它是合成耐纶的原料；苯在光照下加三分子氯，可得杀虫剂666，由于对人畜有毒，已严禁生产使用。
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导致危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。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。掺合汽油组成及作为生产甲苯衍生物、炸药、染料中间体、药物的重要原料。

第二章 综述

2.1、精馏塔原理及其在工业上的应用
多次并且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别
得接近纯组分的操作。理论上多次部分气化在液相中可获得高纯度的难挥发组分，
多次部分冷凝在气相中可获得高纯度的易挥发组分，但因产生大量中间组分而使产
品量很少，且设备庞大。工业生产中的精馏过程是在精馏塔中将部分气化过程和部
分冷凝过程有机结合而实现操作的。广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（涉及萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反映，则称为反映精馏。

2.2、精馏操作对塔设备的规定
精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，一方面必须要能使气(汽)、液两相得到充足的接触，以达成较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具有下列各种基本规定：
    (１) 气(汽)、液解决量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
    (２) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
    (３) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而减少操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。
    (４) 结构简朴，材料耗用量小，制造和安装容易。
    (５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
    (６) 塔内的滞留量要小。
事实上，任何塔设备都难以满足上述所有规定，况且上述规定中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体规定，抓住重要矛盾，进行选型。

2.3、常用板式塔类型及本设计的选型
塔分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的设计将在其他分册中作具体介绍，故本书将只介绍板式塔。
板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(182023)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，重要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。
本章只采用浮阀塔的设计。

2.4、本设计所选塔的特性
浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是由于它具有下列特点：
(１) 解决能力大，比同塔径的泡罩塔可增长20～40％，而接近于筛板塔。
(２) 操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。
(３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(４) 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660N/m2。
(５) 液面梯度小。
(６) 使用周 期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。
(７) 结构简朴，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％。

第三章 工艺条件的拟定和说明

3.1拟定操作压力
3.2拟定进料状态
选择将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，即q=1，这重要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
3.3拟定加热方式
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设立再沸器。
3.4拟定冷却剂及其进出口温度
冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定，水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，取T=15出口温度由设计者拟定

第四章 流程的拟定和说明

4.1、流程的说明

4.2、设立各设备的因素
精馏塔以加料板为界分为两段，精馏段和提馏段。
1、精馏段的作用
加料板以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增浓上升气相中易挥发组分的浓度。
2、提馏段的作用
涉及加料板在内的以下塔板为提馏段，其作用逐板提取下降的液相中易挥发组分。
3、塔板的作用
塔板是供气液两相进行传质和传热的场合。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。
4、再沸器的作用
其作用是提供一定流量的上升蒸气流。
5、冷凝器的作用
其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。
回流重要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。
精馏是一种运用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。

第五章 精馏塔的设计算

5.1、物料衡算
（1）有关数据Ma=78.11,Mb=92.13
平均分子量：Mf=0.44*78.11+(1-0.44)*92.13=85.96Kg/Kmol
Md=0.9958*78.11+(1-0.9958)*92.13=78.17 Kg/mol
Mw=0.0176*78.11+(1-0.0176)*92.13=91.88 Kg/Kmol
摩尔分率：==0.4404
==0.9958
==0.0176
（2）全塔总物料衡算
根据条件 F=8000*1000/（300*24）=1111.11 Kg/h=1111.11/85.96=1293 Kmol/h
总物料 F = D + W （5-1）
易挥发组分 FχF = DχD + WχW
由（3-1）和（3-2）式得： （5-2）
=434.36 Kg/h=434.36/78.17=5.56 Kmol/h
= 676.75Kg/h=630.86/91.88= 7.37Kmol/h （5-3）
若以塔顶易挥发组分为重要产品，则回收率η为
（5-4）
式中 F、D、W——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h；
χF、χD、χW——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。

5.2、回流比的拟定
选择泡点进料，=χF =0.4404 平衡线方程y= （5-5）
其中随温度的升高略有增长。取的平均值，查表表10-3。=（2.6+2.35）/2=2.475
故，==0.6607
Rmin===1.52,
取R=2.5 Rmin/R=1.64

5.3、板块数的拟定
（1）操作线方程
（ⅰ）精馏段
上升蒸汽量： （5-6）
下降液体量： （5-7）
操作线方程： （5-8）
已知R=2.5 =0.9958 ，故
E的坐标为e（0.4404,0.59）
（ⅱ）提馏段
通过b(0.0176,0.0176),e(0.4404,0.59)
操作线方程 y=1.35x-0.0062
(2) 进料线方程（ q线方程）=0.4404
(3)根据AutoCAD，运用图解法作出理论塔板数的图解。
由图中梯级数目可知，全塔理论塔板数为16.9层，减去塔釜相称的一层，共需15.9。精馏段：9.5 提留段：6.4
(4)实际塔板数
（ⅰ）全塔效率ET=0.17-0.616lgM
根据t-x-y相图求得全塔平均温度==95
在温度下查得
由于=0.44*0.245+0.56*0.273=0.271
故ET=0.17-0.616lgM=0.17-0.616*lg0.271=52%
（ⅱ）实际塔板数N
实际塔板数为Ne=15.9/0.52=30.6,
其中精馏段：Ne1=9.5/0.52=18.3, 实际为整数故取19块
提留段：Ne2=6.4/0.52=12.3, 实际为整数故取13块
塔釜相称于一块塔板，因此取实际为整数故取31块塔板，以保证质量。

5.4汽液负荷计算
一、物性数据计算
操作压力：取塔顶压力为Pd=101KPa,取每层塔板的压降为0 .7KPa，故Pf=101+0.7*19=114.3 KPa,Pw=101+0.7*32=123.4 KPa
精馏段平均压力：P精 =（Pf+Pd）/2=107.6 KPa 提馏段P提=（Pf +Pw）/2=118.8KPa
平均温度：查t-x-y相图，由内插法可知=80.2 = 93.3 =109.3 =86.65,=101.3
平均分子量：由=0.9958，查图知，=，=0.9958，=98.9
塔顶相对分子质量：MVD=MA +(1-)MB , MVD=78.1 Kg/Kmol
MLD=MA +(1-)MB , MLD=78.2 Kg/Kmol
精馏段平均相对分子质量：Ml=(85.8+78.2)/2=82 , Mv=(82.8+78.1)/2=80.45
提留段平均相对分子质量：Ml=(91.8+85.8)/2=88.65,Mv=（82.8+91.4）/2=87.1
由=0.4404，查图知，=0.6574
进料板分子质量：MVF =MA +(1-)MB,MVF =0.6574*78+(1-0.6574)*9282.8Kg/Kmol
MLF =MA +(1-) MB, MLF=0.6574*78+(1-0.6574)*92=85.8 Kg/Kmol
由=0.0176，==0.0176查图知，=0.0425
塔底相对分子质量：MvW=MA +(1-)MB, MVW =91.4 Kg/Kmol
MLw =MA +(1-) MB, MLw =91.8 Kg/Kmol

表面张力：

80.2
93.3
109.3
苯
21.25
19.66
17.74
甲苯
21.67
20.38
18.52
塔顶表面张力：=0.4404*21.25+（1-0.4404）*21.67=21.49 mN/m
进料表面张力：=0.9958*19.66+（1-0.9958）*20.38=19.66mN/m
塔底表面张力：=0.0176*17.74+（1-0.0176）*18.52=18.51 mN/m
精馏段平均表面张力：=（19.66+21.49）/2=20.58 mN/m
提留段平均表面张力：=（19.66+18.52）/2=19.09 mN/m

液体粘度：

80.2
93.3
109.3
苯
0.308
0.271
0.235
甲苯
0.310
0.279
0.230
塔顶的平均粘度：=0.308*0.9958+0.310*0.0042=0.308cP
进料处的平均粘度：=0.271*0.4404+0.279*（1-0.4404）=0.275 cP
塔底的平均粘度：=0.0176*0.235+0.230*（1-0.0176）=0.230 cP
精馏段的平均粘度：=（0.275+0.308）/2=0.292 cP
提留段的平均粘度：=（0.275+0.230）/2=0.253 cP
表3已知数据
位置
进料板
塔底
塔顶(第一块板)
质量分数
XFL=0.4
XWl0.015
XDL=0.987
YFV=0.6
YWV=0.0363
YDV===0.995
摩尔质量/
液
85.8
91.8
78.2
气
82.8
91.4
78.1
密度
80.2
93.3
109.3
苯
814.8
800.1
800.8
甲苯
809.8
796.9
797
带入到，（5-9）中，通过Excel求算
塔顶液相平均密度=814.7Kg/m3
进料液相平均密度=796.9Kg/m3
塔底液相平均密度 =798.5Kg/m3
精馏段的液相平均密度=（814.7+796.9）/2=805.88Kg/m3
提留段的液相平均密度=（796.9+798.5）/2=797.68Kg/m3
精馏段气相平均密度=PM/RT=107.6*80.45/(8.314*359.8)=2.89 Kg/m3
提留段气相平均密度=PM/RT=118.8*87.1/（374.45*8.314）=3.32 Kg/m3

二、汽液负荷计算
精馏段： 5.56*2.5 =13.9Kmol/h =19.46 Kmol/h
13.9*82/805.8814=1.4 Vs=19.46*80.45/2.89=541.7
提留段：V`=V-(1-q)F=13.9 Kmol/h L`=L+qF=13.9+12.93=26.83 Kmol/h
Ls=13.9*88.65 / 797.68 =1.5 Vs=26.83*87.1/3.32=703.9
汽液负荷列于表。

精馏段
提留段
液相
1.4
1.5
汽相
541.7（0.15）
703.9（0.2）

5.5、精馏塔工艺尺寸计算
一、塔径的计算
精馏段：
由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，我们取两段的塔径相等。由下面的公式给出：

由于适宜的空塔气速，因此，需先计算出最大允许气速。
取塔板间距，板上液层高度，那么分离空间：

功能参数：0.043
从史密斯关联图查得：，由于，精馏段=20.58 mN/m
：
所以0.0842
，1.4
取安全系数为0.8，则空塔气速0.84
477mm
根据塔径系列尺寸圆整为

同理提留段：
0.033 ，，0.068
1.05，u=0.7*1.05=0.73
583mm
根据塔径系列尺寸圆整为D=600mm
因提留段大于精馏段的塔径，故D=600mm
则塔截面积At==3.14*0.6*0.6/4=0.283m2
空塔气速：u= Vs/At=703.9/（0.283*3600）=0.69m/s

二、 塔高的计算
塔的高度可以由下式计算：

已知实际塔板数为32块，板间距由于料液较清洁，无需经常清洗，可取手孔的数目为2个，取手孔两板之间的间距，则塔顶空间，塔底空间，进料板空间高度，那么，全塔高度：
Z=1.0+（31-2-2）*0.4+2*0.4+0.4+1.0=14.00m塔板结构尺寸的拟定

三、 塔板尺寸
采用单溢六弓形塔板，不设进口堰。
精馏段计算如下；
堰长 Lw=(0.6~0.8)D,取堰长Lw=0.7*0.6=0.042m
出口堰高 hw=hl-how,采用平直堰，取上层液板高度h=0.06m
how=2.84/1000*E*,E=1.02,L=1.4,故hw=0.06-0.0065=0.0535

弓形降液管宽度Wd和面积Af: =0.7,由弓形降液管的宽度与面积图查得，=0.09，=0.15
所以Af=0.09*0.283=0.025 Wd=0.15*0.6=0.09
按=0.4*0.025*3600/1.4=25.7s验算降液管停留时间，>5s,故降液管尺寸可用。
降液管底隙处高度： 可取降液管底隙处液体的流速,取=0.1m/s,则=1.5/（0.42*0.1）=0.035
(hw=0.0535)>(=0.035),故设计合理
选用凹形受液面，深度为50mm
同理提留段设计也符合尺寸，并且选用凹形受液面，深度为50mm

四、浮阀数目及排列
采用F1型重阀，重量为33g，孔径为39mm，底边中心距t=75mm。
1. 精馏段计算：
浮阀数目
气体通过阀孔时的速度
取动能因数，那么6.47，因此
20个
排列 取无效边沿区宽度，破沫区宽度，采用等腰三角形叉排。若同一横排的阀孔中心距.

=0.062
那么相邻两排间的阀孔中心距为：

0.041m
取时画出的阀孔数目有20个.F0变化较小验算合理。
塔板的开孔率=13.0%，开孔率在10%~14之间，满足规定。
2.提留段的计算：
气体通过阀孔时的速度6.03
27
=0.062
0.031m
取时画出的阀孔数目有21个.F0变化较小验算合理。塔板开孔率=13.63%，开孔率在10%~14之间，满足规定。

5.6、踏板流动性能校核
一、气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)
精馏段 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)
干板阻力 浮阀由部分全开转为所有全开时的临界速度为：
5.92
由于
所以0.0295m
板上充气液层阻力 取板上液层充气限度因数，那么：

由表面张力引起的阻力 由表面张力导致的阻力一般来说都比较小，所以一般情况下可以忽略，所以：
0.0595m=233.22<700
故设计合理。
提留段 u=5.32， 0.0474

=370.9<700
设计合理

二、漏液验算
精馏段 动能因数，相应的气相最小负荷为：

其中2.94m/s
所以
可见不会产生过量漏液。
提留段 动能因数，相应的气相最小负荷为
2.744m/s

四、液泛验算
精馏段 溢流管内的清液层高度
其中，
所以，0.1225
为防止液泛，通常，取校正系数，则有：
可见，，即不会产生液泛。
提留段 溢流管内的清液层高度
其中，
所以，0.11
为防止液泛，通常，取校正系数，则有：
可见，，即不会产生液泛。

五、雾沫夹带验算
精馏段泛点率=
查得物性系数，泛点负荷系数
0.42m

所以，
泛点率=
可见，雾沫夹带在允许的范围之内

5.7、塔板负荷性能图
一、雾沫夹带上限线
取泛点率为80%代入泛点率计算式，有：

整理可得雾沫夹带上限方程为：

二、液泛线
液泛线方程为
其中，

代入上式化简后可得：

三、液体负荷上限线
取，那么

四、漏液线
取动能因数，以限定气体的最小负荷：=0.07
五、液相负荷下限线
取代入的计算式：
整理可得：
六、操作性能负荷图
由以上各线的方程式，可画出图塔的操作性能负荷图。

所以，塔的操作弹性为

5.8、重要工艺接管尺寸的计算和选取
一、 进料管
进料体积流量1.39=0.000386
取适宜的输送速度，故
0.022m
经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：0.787m/s
二、釜残液出料管
釜残液的体积流量：
0.000235
取适宜的输送速度，则
0.017m
经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：
三、回流液管
回流液体积流量
0.000148
运用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度，那么

经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：0.522

四、塔顶上升蒸汽管
塔顶上升蒸汽的体积流量：

取适宜速度，那么

经圆整选取热轧无缝钢管YB231-64)，规格：
实际管内流速：
五、水蒸汽进口管
通入塔的水蒸气体积流量：

取适宜速度，那么

经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格：
实际管内流速：

5.9、塔顶冷凝器/冷热器的热负荷
（1）.如图选取塔顶冷凝器作热量衡算，若忽略热损失可写出：
QC=VIVD-(LILD+DILD)
由于V=L+D=（R+1）D，故
Qc=（R+1）D（IVD-ILD）= （2.5+1）*5.56*（33110）=6.4（KJ/h）
式中，QC--全凝器的热负荷，KJ/h
R--操作回流比
D--塔顶产品量，Kmol/h
IVD,ILD--分别表达饱和蒸气饱和液体的焓值，KJ/kmol.
（2）.冷却介质的用量可由下式计算；
WC=QC/CPC(t2-t1)= 6.4/（4.2*（35-15））=7600 Kg/h
式中，WC--冷却介质用量，Kg/h
CPC--冷却介质的比重，KJ/kg·ºC
t1,t2--为冷却介质进、出冷凝器的温度，ºC
5.10、塔底再沸器的热负荷
（1）如图对塔底再沸器进行热量衡算可写出：
QB=V′IVW+WILW-L′ILM+QL
由于L′与W组成相近，故ILW=ILM且V'=L'-W=26.83-7.37=19.46 Kmol/h
所以， QB=V'（IVW-ILW）+QL=11700*19.46=2.28 KJ/h
式中，QB--再沸器的热负荷，KJ/h
QV'--提馏段上升蒸汽量，Kmol/h
IVW,ILW--分别为再沸器饱和蒸气和饱和液体的焓值，KJ/kmol，查表可知！
QL--热损失，KJ/h，可以忽略
（2） 加热介质用量可由下式计算：
Wh=QB/（IB1-IB2 ）=2.28/40.8=5580.4 kg/h
式中，Wh--加热介质用量，kg/h
IB1,IB2--分别表达加热介质进、出再沸器的焓值，KJ/kg 若彩饱和蒸气加热，冷凝液在饱和温度下排出，由于IB1-IB2=r=40.8 KJ/kmol
所以，Wh=QB/r
式中，r--加热蒸汽的汽化潜热，KJ/kg

第六章 机械设计

6.1、设计条件：
塔体与裙座的机械设计条件如下：
（1） 塔体内径,塔高近似取H=14000mm。
（2） 根据设计取最大工作压力P=0.13,计算压力，设计温度t=130℃。
（3） 设计地区：基本风压值，地震设防烈度为6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=32层浮阀塔，每块塔盘上存留介质层高度为，介质平均密度为。
（5） 沿塔高每8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，保温材料密度为。
（7） 塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为。
（8） 塔体与封头材料选用16MnR，其中。
（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。
（11） 塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。
（12） 管口尺寸；
进气管口

水蒸气入口

塔顶蒸汽出口

回流口

塔釜

6.2、按计算压力计算塔体和封头厚度
一、塔体厚度计算

由于需要>3mm取=4mm，考虑厚度附加量C=2mm，经圆整，取， 。
二、封头厚度计算
采用标准椭圆形封头：
，
取=4mm,考虑厚度附加量C=2mm经圆整后，取，。
三、水压实验时的应力校核
筒体的校核
σT ==1.25*0.2*604/(2*4)=18.875
σT＜0.9σsФ满足规定

6.3塔设备质量载荷计算
1、筒体圆筒、封头、裙座质量
圆筒质量：
封头质量：
裙座质量：
=++=1300+18.65+179.45=1453.3kg
说明：(1)每平方米钢板质量G=，查得16MnR的密度，
（2）其中，取塔体中径计算面积
（3）其中，
（4）其中，
2、塔内构件质量

（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75kg/m2）
3、保温层质量

其中，为保温层的质量，kg

4、 平台、扶梯质量
说明：由表8-1查得，平台质量；笼式扶梯质量；笼式扶梯总高；平台数量n=3。
5、 操作时物料质量

说明：物料密度,塔釜圆筒部分深度h0=1.0m，塔板层数N=32.，塔板上液层高度，由表4-21查得，封头容积。
6、 附件质量
按经验取附件质量为
7、 冲水质量
其中，
8、 各种质量载荷汇总
如下表所示，将全塔提成5段，计算下列各质量载荷（计算中有近似）
塔段
0~1
1~2
2~3
3~4
4~顶
合计
塔段长度/mm
1000
2023
2023
4000
5000
14000
手孔与平台数
0
0
1
1
1
3
塔板数
0
5
5
10
12
32

103.8
207.6
207.6
415.5
519
1453.3

106
106
212
254.2
678.2

-
124
124
248.7
248.7
808.16

34
34
372
440
474
1391.56

107
107
214
257.
685.5

26
52
52
104
130
364.6

56
566
1130
1130
2882

800
1200
-
-
2023

164
1487
2735
2764
3013
10163

全塔操作质量/kg

全塔最小质量/kg

水压实验时最大质量/kg

6.3风载荷与风弯矩计算
一、风载荷
2——3段风载荷

式中：
——体型系数，对圆筒形容器为0.7
——10m高处基本风压值为400
——风压高度变化系数，查表8-5得1.00
——计算段长度为2023mm
——脉动影响系数，由表8-7查得为0.72
——塔的基本自振周期，对等直径、等厚度圆截面塔：

——脉动增大系数，根据自振周期，由表8-6内插法查得为2.2
——振型系数，由《化工设备机械基础》第六版王立业 喻建良编著，表8-8内插法查得为0.21
——风振系数

——塔有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90°，取以下a，b式中较大者
a.
b.
=400mm，取400mm，==100mm

a.
b.
取=2212mm

0——1段风载荷

=0.7 =400 =1.00 =1000mm =0.72 =1.15s
=2.2 =0.02 =400mm，=400mm，==100mm

a.
b.
取=1412mm

1——2段风载荷

=0.7 =400 =1.00 2023mm =0.72 =1.15s
=2.2 =0.06 =400mm，=400mm，==100mm

a.
b.
取=1412mm

3——4段风载荷

=0.7 =400 =1.00 =4000mm =0.72 =1.15s
=2.2 =0.55 =400mm，=400mm，==100mm

a.
b.
取=1812mm

4——顶段风载荷

=07 =400 =1.056 =5000mm =0.74 =1.15s
=2.2 =1.00 =400mm，=400mm，==100mm

a.
b.
取=1812mm

各段塔风载荷计算结果
计算段

平台数

1
1000
400
0.7
0.72
0.02
2.2
1.031
1.00
1
0
0
1412
408
2
2023
400
0.7
0.72
0.06
2.2
1075
1.00
3
0
0
1412
850.8
3
2023
400
0.7
0.72
0.21
2.2
1.205
1.00
5
1
400
2212
1647.5
4
4000
400
0.7
0.72
0.55
2.2
1.86
1.00
9
1
800
1812
3795.8
5
5000
400
0.7
0.74
1.00
2.2
2.54
1.056
14
1
400
1812
6804.3

二、风弯矩的计算
用C语言计算得出结果。
截面0——0

截面1——1
=
截面2——2

6.4地震弯矩的计算
取第一振型脉动增大系数=0.02
则衰减指数

塔总高度H=14000mm
全塔操作质量
重力加速度
地震影响系数
由表8-2查得（防烈度8级）
由表8-3查得

计算截面距地面高度h:
0-0截面：h=0
1-1截面：h=1000mm
2-2截面：h=3000mm
等直径、等厚度的塔，，按下列方法计算地震弯矩。
截面0-0

截面1-1

截面2-2

6.5偏心弯矩计算

各种载荷引起的轴向应力
1、 计算压力引起的轴向应力

2、 操作质量引起的轴向压应力
截面0-0

令裙座厚度；有效厚度；
截面1-1

其中，查附录18，
截面2-2

3、 最大弯矩引起的轴向应力
截面0-0

取

截面1-1

取

截面2-2

6.6塔体和裙座的危险截面的强度与稳定校核
一、塔体的最大组合轴向拉应力校核
截面2-2
塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的2-2截面上。
其中，,,载荷组合系数K=1.2

满足规定
二、塔体与裙座的稳定校核
截面2-2
塔体2-2截面上的最大组合轴向压应力

满足规定
其中，
R为筒体平均半径 [σ]t = 170 MPa K = 1.2
B=2/3AE=2/3×0.00124×1.9×100000=157.18 KB=188.62
K[σ]t =1.2×170=204

截面1-1
塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力
σ1-1max =σ21-1+σ31-1 =+66.19 = 77.97 MPa
σ1-1max = 77.97 MPa ﹤[σ]cr = min{ KB, K[σ]t }
=min{184.64,126}=126 MPa
满足规定
其中，A = 0.094／（Ri ／δe）=0.094／303／4)= 0.0