DN1400泡罩塔設(shè)計(jì)含9張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家.zip,DN1400,泡罩塔,設(shè)計(jì),CAD,開題,報(bào)告,獨(dú)家
DN1400泡罩塔設(shè)計(jì)
摘 要
在工業(yè)上使用最早的板式塔是泡罩塔，被廣泛應(yīng)用至今已有兩百多年的歷史。泡罩塔因其操作彈性大、生產(chǎn)能力大、塔板效率高、不易堵塞且可以適應(yīng)多種介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，因此泡罩塔在蒸餾、吸收等領(lǐng)域擁有重要地位。泡罩塔的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安裝維修麻煩和氣相壓力降較大，這樣使得泡罩塔在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用比例有所減少。但是泡罩塔出現(xiàn)早，積累了豐厚經(jīng)驗(yàn)，常用的泡罩已十分標(biāo)準(zhǔn)，其作用和優(yōu)點(diǎn)也有很多板式塔不可代替的部分。泡罩塔盤的分類可分為單流式泡罩塔盤和條式泡罩塔盤，泡罩塔盤在工業(yè)生產(chǎn)中仍然是不可或缺的部分。
本次研究的課題是老師給定泡罩塔設(shè)計(jì)要求，其作用主要用于分離苯-甲苯混合溶液，通過查看數(shù)據(jù)、翻閱書籍查找資料、分析給定的設(shè)計(jì)條件，通過一些計(jì)算來確定泡罩塔的構(gòu)造，本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)塔的機(jī)械設(shè)計(jì)部分。
通過對(duì)泡罩塔給定設(shè)計(jì)條件進(jìn)行分析，預(yù)定好設(shè)計(jì)方法和步驟。在對(duì)泡罩塔的塔體、內(nèi)件、支座及附件部件的材料選擇時(shí)，不僅要滿足工藝設(shè)計(jì)，還要考慮自然因素，來進(jìn)行壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核。對(duì)加工工藝、裝配程序和安全防腐的要求，以及在制造、運(yùn)輸與安裝時(shí)的注意事項(xiàng)。繪制符合設(shè)計(jì)要求的泡罩塔圖紙，并給出技術(shù)要求.
在泡罩塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要以設(shè)計(jì)書為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)要滿足生產(chǎn)的需求和符合安全生產(chǎn)要求。
關(guān)鍵詞 泡罩塔；苯-甲苯；設(shè)計(jì)；強(qiáng)度
ABSTRACT
The earliest known plate-type tower in industry was the bubble tower, which has been widely used for more than two hundred years. Bubble column because of its large elasticity of operation, large production capacity, high plate efficiency, not easy jam and can adapt to a variety of advantages, such as medium, so bubble column has important position in the field of distillation, absorption, etc. Bubble column are the shortcomings of complex structure, high cost, installation and maintenance of trouble the gas phase pressure drop is bigger, so that bubble column in the application of modern industrial proportion has decreased. But bubble cover tower appears early, accumulate rich experience, common bubble cover already very standard, its function and the advantage also have a lot of plate tower cannot replace part. The classification of bubble cap tray is divided into a single flowsheet tray and a bar tray, which is still an integral part of industrial production.
This research topic is the teacher given bubble column design requirements, its effect is mainly used for separating mixed benzene - toluene solution, by looking at the data, reading books for information, analysis of the given design conditions, through some calculation to determine the structure of the bubble column, the design of main part design, mechanical design of the tower.
Through the analysis of the design condition of the bubble cap tower, the design method and the procedure are determined. In the bubble column tower body parts, internal parts, bearings and accessories materials when the choice, should not only satisfy the technological design, consider the natural factors, for wall thickness calculation and strength check. Requirements for machining processes, assembly procedures and safety corrosion, and considerations for manufacturing, transportation and installation. To draw the blisters drawing in accordance with the design requirements and provide technical requirements.
In the process of bubble column structure design, to design for the standard specification design, make a design to comply with relevant standards, at the same time to meet the production requirements and conform to the requirements of the safety in production.
Key words bubble cap tower; Benzene - toluene; Design; Strength
目 錄
1緒論 1
1.1塔設(shè)備的概述 1
1.1.1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位 1
1.1.2 化工生產(chǎn)對(duì)塔設(shè)備的要求 1
1.1.3塔設(shè)備的構(gòu)造 1
1.2 泡罩塔 2
1.3 液體混合物的分餾 4
1.4 塔設(shè)備設(shè)計(jì)的內(nèi)容與設(shè)計(jì)原則 4
1.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 4
1.4.2 設(shè)計(jì)原則 4
2 泡罩塔的主體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.1 泡罩塔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.2 泡罩塔的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
2.2.1 泡罩塔材料的選擇 7
2.2.2 塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
2.2.3分塊式塔盤的支撐結(jié)構(gòu) 8
2.2.4 裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3泡罩塔其他附屬裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.1溢流裝置 10
3.1.1 降液管 10
3.1.2 受液盤 10
3.2進(jìn)出口管裝置 12
3.2.1 進(jìn)料管 12
3.2.2 出料管 12
3.3 人孔與手孔 12
3.4 視鏡 13
3.5液面計(jì) 13
3.6法蘭 13
3.7補(bǔ)強(qiáng)圈 13
3.8除沫器 13
4 強(qiáng)度計(jì)算與校核及各項(xiàng)驗(yàn)算 15
4.1 泡罩塔的設(shè)計(jì)參數(shù) 15
4.2 塔體壁厚初算 15
4.2.1圓筒壁厚計(jì)算 15
4.2.2封頭壁厚計(jì)算 16
4.3塔體各項(xiàng)載荷計(jì)算 16
4.3.1質(zhì)量載荷計(jì)算 16
4.3.2風(fēng)載荷計(jì)算 18
4.3.3地震載荷計(jì)算 20
4.3.4最大彎矩計(jì)算 22
4.4.塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 22
4.4.1圓筒軸向應(yīng)力的計(jì)算 22
4.4.2圓筒軸向穩(wěn)定性校核 22
4.4.3圓筒拉應(yīng)力校核 23
4.4.4塔體液壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核 23
4.5.裙座的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算 24
4.5.1座體 24
4.5.2基礎(chǔ)環(huán) 26
4.5.3地腳螺栓 27
4.6裙座與塔體對(duì)接焊縫的驗(yàn)算 27
5 加工工藝和裝配程序及安全防腐 29
5.1 加工工藝 29
5.2 裝配程序 29
5.3 安全防腐 29
5.3.1 開發(fā)耐蝕材料 29
5.3.2 其他表面工程技術(shù) 30
6 泡罩塔的制造、安裝及運(yùn)輸 31
6.1 材料檢驗(yàn) 31
6.2 筒體制造 31
6.2.1 筒體的下料 31
6.2.2 筒節(jié)的成形 31
6.2.3 筒節(jié)的組對(duì) 31
6.2.4 筒節(jié)與筒節(jié)的組對(duì)焊接 31
6.2.5 筒體主焊縫的檢測(cè) 32
6.3 封頭的制造 32
6.4 泡罩塔的安裝 32
6.4.1安裝前的準(zhǔn)備 32
6.4.2安裝程序 33
6.5 泡罩塔的運(yùn)輸 33
參考文獻(xiàn) 34
致 謝 35
附 錄 36
1緒論
1.1塔設(shè)備的概述
1.1.1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位
雖然在化工生產(chǎn)中有很多種類的設(shè)備，但塔設(shè)備是仍占有主要地位之一，比如在煉油加工、化工精煉等方面都離不開塔設(shè)備來加工得到的。塔設(shè)備的質(zhì)量可以達(dá)到幾百多噸重，大都是龐大的外形，有的是十幾米或幾十米的直徑，大多數(shù)是安裝在室外使用。蒸餾是塔設(shè)備的作用之一，現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展有了很大變化，塔的用途方面也得到了很大的提升，塔設(shè)備在石油化工方面也是上升到了其他設(shè)備不可代替的地步，如環(huán)保、化工、醫(yī)藥等等。而在化工生產(chǎn)的主要分離方法有萃取、精餾、解吸以及吸收等。還有就是離子交換、干燥或者吸附等操作塔也能完成。塔設(shè)備在工業(yè)上的作用廣泛且隨現(xiàn)代工業(yè)不斷更新?lián)Q代，人們對(duì)塔設(shè)備的重視和研發(fā)工作也在不斷的提升。
1.1.2 化工生產(chǎn)對(duì)塔設(shè)備的要求
塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的主要要求有以下幾個(gè)方面：
（1）生產(chǎn)力強(qiáng)。符合工業(yè)要求的前提下提高生產(chǎn)率。
（2）穩(wěn)定性好，彈性大。 在生產(chǎn)工作要求下，塔設(shè)備應(yīng)該具備既能有高效的傳質(zhì)率也可以使操作的穩(wěn)定高，還能維持連續(xù)長(zhǎng)期生產(chǎn)。
（3）能耗低。從經(jīng)濟(jì)性的角度分析，最大化減小重大功能的消耗，如生產(chǎn)過程中液體對(duì)塔設(shè)備所造成的熱量損失、壓降、阻力等因素。
（4）結(jié)構(gòu)合理。在設(shè)計(jì)塔的結(jié)構(gòu)時(shí)，要在符合生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，綜合考慮塔安裝、維修等方面要利于員工的操作。
（5）合理選擇材料。在設(shè)計(jì)塔的生產(chǎn)要求達(dá)到以后，要盡量提高材料的利用率來體現(xiàn)塔的經(jīng)濟(jì)性。
1.1.3塔設(shè)備的構(gòu)造
經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，塔設(shè)備已經(jīng)擁有了很多結(jié)構(gòu)，為了在化工石油化工領(lǐng)域滿足生產(chǎn)的要求，塔的構(gòu)件如下：
(1) 塔體
塔體的主要組成部件就是筒體，也就是塔的外殼，直徑和壁厚很多塔都是一樣的，還有封頭的上蓋和下蓋，形狀為橢圓形。塔體的工藝要求也有很多，在滿足生產(chǎn)工藝的同時(shí)也要考慮塔體的垂直度和彎曲度符合自然的安裝與運(yùn)輸。而且把誤差控制在要求的范圍內(nèi)。
（2）塔體支座
塔體支座的作用是連接塔體與基礎(chǔ)部分和保證塔體位置精度。塔體支座在強(qiáng)度和剛度方面都要比其他部件高，因?yàn)椴粌H用來承載塔的質(zhì)量和生產(chǎn)原料的質(zhì)量，還要承受外來自然因素的影響，如抵抗自然風(fēng)和地震破壞等。現(xiàn)在用的最多的是裙式支座。
(3) 除沫器
除沫器的作用是用來收集會(huì)漂浮氣體中細(xì)小液滴。除沫器性能的好壞可以直接影響物料分離效果、貴重原料收集、環(huán)境保護(hù)和塔設(shè)備操作狀況的改進(jìn)等方面的工作。
(4) 接管
塔設(shè)備與其他生產(chǎn)設(shè)備之間進(jìn)行聯(lián)系時(shí)，進(jìn)行連接的生產(chǎn)管線就是接管。不同的接管有不同的作用。接管的作用不同，因此可以分為進(jìn)液管、液位計(jì)、接管出液管、進(jìn)出氣管、取樣管、儀表接管、回流管等不同類型。
(5) 人孔和手孔
工人或維修安裝的人都依賴人孔或手孔來進(jìn)行對(duì)塔內(nèi)部件的操作。
(6) 吊耳
塔設(shè)備的外形日趨龐大，其運(yùn)輸、安裝過程是非常大的難題。而塔設(shè)備的吊耳可以方便的解決這些難題。
(7) 吊柱
吊柱是塔設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)進(jìn)行部件運(yùn)送的通道，通常設(shè)置在塔體的頂部。
1.2 泡罩塔
在工業(yè)上使用最早的板式塔是泡罩塔，被廣泛應(yīng)用至今已有兩百多年的歷史。泡罩塔因其操作彈性大、生產(chǎn)能力大、塔板效率高、不易堵塞且可以適應(yīng)多種介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，因此泡罩塔在蒸餾、吸收等領(lǐng)域擁有重要地位。泡罩塔的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安裝維修麻煩和氣相壓力降較大，這樣使得泡罩塔在現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用比例有所減少。但是泡罩塔出現(xiàn)早，積累了豐厚經(jīng)驗(yàn)，常用的泡罩已十分標(biāo)準(zhǔn)，其作用和優(yōu)點(diǎn)也有很多板式塔不可代替的部分。泡罩塔盤的分類可分為單流式泡罩塔盤和條式泡罩塔盤，泡罩塔盤在工業(yè)生產(chǎn)中仍然是不可或缺的部分。
泡罩塔的結(jié)構(gòu)部件種類較多，典型的有塔板、泡罩、溢流堰、降液管與進(jìn)氣堰等，圖1為泡罩塔板的實(shí)物圖。在塔板上有開孔的叫做升氣管，并在孔上焊上短管，能夠作為通管讓氣體上升。
圖1 泡罩塔板
泡罩塔的操作過程如圖2所示，液體從上層塔板流過左側(cè)降液管往下流，再?gòu)腁處進(jìn)入塔板，最后橫向經(jīng)過泡罩，塔板上能夠保持相對(duì)高度的流動(dòng)液層是因?yàn)橐缌餮叩淖饔?，這樣的液層覆蓋著齒縫就形成了液封。而氣液傳質(zhì)過程主要發(fā)生在塔板上設(shè)有泡罩的B-C部分，即所謂的鼓泡區(qū)。液體從鼓泡區(qū)流出后進(jìn)入氣泡分離區(qū)C-D,液體中的氣泡被分離后流入降液管。在降液管中，流入下層塔板的是清夜，返回塔板空間的是分離出來蒸汽，各層塔板的操作相類似。靜液封高度指的是堰板定頂邊到齒縫頂部的高度。霧沫夾帶指氣體在經(jīng)過液層鼓泡時(shí)被蒸汽夾帶的微量液滴。蒸汽壓降是蒸汽經(jīng)過塔板時(shí)產(chǎn)生的能量損失。
圖2 塔板的操作
1.3 液體混合物的分餾
現(xiàn)在在化工石油工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用的是分餾法區(qū)分離液體混合物。液體分餾的原理是將各種物質(zhì)因?yàn)榉肿哟笮?、沸點(diǎn)不一樣，通過塔設(shè)備對(duì)液體和氣體不斷的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到分離效果。本次設(shè)計(jì)的泡罩塔是用來分離本甲苯溶液。在泡罩塔內(nèi)進(jìn)行分餾操作時(shí)，蒸汽從塔底往上升，液體從塔頂往下流，再經(jīng)過冷凝器和再沸器分別對(duì)氣體進(jìn)行冷卻操作，對(duì)原料通過加熱等，有時(shí)為了保證分餾有效進(jìn)行，還會(huì)安裝原料液預(yù)熱器、回流液泵等輔助設(shè)備。
1.4 塔設(shè)備設(shè)計(jì)的內(nèi)容與設(shè)計(jì)原則
1.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)是塔最重要的兩個(gè)設(shè)計(jì)部分。而這次的設(shè)計(jì)課題是泡罩塔，主要任務(wù)是在完成工藝設(shè)計(jì)后進(jìn)行的機(jī)械設(shè)計(jì)。而在機(jī)械設(shè)計(jì)部分，首先是對(duì)塔體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，之后設(shè)計(jì)附屬裝置，再結(jié)合制造、安裝、保養(yǎng)等實(shí)際需求做防腐工作，最后計(jì)算塔設(shè)備的強(qiáng)度、剛度、載荷和穩(wěn)定性。
1.4.2 設(shè)計(jì)原則
通過分析得知，泡罩塔的設(shè)計(jì)主要要求有：
（1） 滿足工藝和操作的要求
在設(shè)備上的布置要充分體現(xiàn)其靈活性，這樣容易有效調(diào)節(jié)流動(dòng)和傳熱。如需實(shí)時(shí)掌握塔里的一些情況，選擇安裝實(shí)用儀表是最好的措施。
（2）經(jīng)濟(jì)合理
在計(jì)算和設(shè)計(jì)過程中，要周全地考慮費(fèi)用等要求，在滿足泡罩塔設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)后，盡量將總費(fèi)用降到最低，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最大化。
（3）達(dá)到安全生產(chǎn)要求
泡罩塔設(shè)計(jì)應(yīng)該注意強(qiáng)度與剛度上符合安全要求，可以順利承載自然以及生產(chǎn)時(shí)帶來的載荷與破壞。
2.泡罩塔的主體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 泡罩塔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3和圖4分別是泡罩塔的總體結(jié)構(gòu)圖與三維立體圖，而支座、塔體和內(nèi)件組成了泡罩塔的整體。
圖3 總體結(jié)構(gòu)圖 圖4 三維立體簡(jiǎn)圖
塔設(shè)備的外部殼體稱為塔體，其構(gòu)件是直徑、壁厚相同的圓筒及上下兩個(gè)橢圓型封頭，塔體不僅承受原料及自身的重量，穩(wěn)定操作的進(jìn)行，還要抵御自然危害的影響，因此室外的塔體需要一定的強(qiáng)度和剛度，在選擇材料時(shí)要嚴(yán)謹(jǐn)。本次設(shè)計(jì)課題的材料選用的是Q235-A，塔體設(shè)計(jì)完成后，依據(jù)生產(chǎn)工藝的需求，進(jìn)行輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)，大量零部件和接管被設(shè)計(jì)在塔體上，例如人孔、手孔、填料管、產(chǎn)品抽樣管、進(jìn)氣管、出料管、回流管、溫度計(jì)、壓力表接管等，為維護(hù)、安裝部件、操作等實(shí)際工作實(shí)現(xiàn)快速安全的要求，在塔體上安置吊柱、平臺(tái)、扶梯等設(shè)施。熱量損耗降低，可以保證分餾過程質(zhì)量高，速度快，因此塔底上焊接支撐圈，可以用來安裝保溫材料，本次設(shè)計(jì)的泡罩塔采用裙座支承。
塔內(nèi)的塔盤間距相等，并且塔底與底層塔板的距離固定，相比底層塔盤到塔底的距離要小很多，底層塔盤還兼具貯槽的作用，保持塔底液體在一定的范圍內(nèi)。頂層塔板與塔頂之間的塔頂空間交大，可以使塔頂排出的氣體，含有極少量的液滴，這個(gè)空間一般在1.2-1.5m左右。產(chǎn)品質(zhì)量的提升，是減少氣體帶走的液體量，塔頂安裝除沫裝置可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求。原料進(jìn)入塔內(nèi)的物理狀態(tài)，決定進(jìn)料段的空間范圍，本次設(shè)計(jì)采用的液態(tài)原料，因此，塔板的間距可以作為進(jìn)料段高度的值。另外，入孔處的塔盤間距為700mm，方便人員進(jìn)出，裙座高度依據(jù)生產(chǎn)工藝選擇。
2.2泡罩塔的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 泡罩塔材料的選擇
鋼材是泡罩塔的主要材質(zhì)，并且多數(shù)都設(shè)置在室外，其支撐結(jié)構(gòu)是不含框架的自支承式塔體，與一般的大型化工設(shè)備沒有區(qū)別。選擇鋼材作為材質(zhì)，是考慮到鋼材應(yīng)用廣泛，設(shè)計(jì)制造有成熟經(jīng)驗(yàn)，具有較好的強(qiáng)度、剛度、塑性、制造性能等優(yōu)點(diǎn)。特別是在大型的塔設(shè)備的設(shè)計(jì)建造，都需用鋼材作為主要材質(zhì)。
泡罩塔的氣液接觸元件，如泡罩、塔盤等以鋼材為主，其他材料為輔。
2.2.2 塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
質(zhì)量與熱量傳遞是塔盤的重要功能，尤其在板式塔中。塔盤結(jié)構(gòu)分為兩種，一為整塊式，另一為分塊式。整塊式塔盤的選用標(biāo)準(zhǔn)主要在于，塔設(shè)備的直徑在三百到八百之間，當(dāng)板式塔的塔徑較大時(shí)，整塊式塔盤的剛度要求加大，不便于塔盤板的清洗、檢修。所以以上內(nèi)徑的板式塔，幾乎都采用分塊式塔盤。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的塔內(nèi)徑達(dá)到了1400mm，選用分塊式塔盤。
本此設(shè)計(jì)的精餾塔沒有塔節(jié)，塔體的焊制是整體進(jìn)行的。內(nèi)部的分塊式塔盤，經(jīng)由人孔進(jìn)入內(nèi)部，焊接在內(nèi)壁的固定件上。常用的分塊式塔盤有兩種，自身梁式塔盤板及槽式塔盤板。
分塊式塔盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
(1) 便于裝拆，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便。進(jìn)行沖壓折邊處理的塔盤板，能夠滿足剛度要求，減少塔盤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，節(jié)約鋼材使用。
(2) 簡(jiǎn)單的模具設(shè)計(jì)，便于大量制造。
根據(jù)不同的塔內(nèi)徑，分塊塔盤的長(zhǎng)度不一，最大達(dá)到。塔盤板強(qiáng)度、升氣孔排列、人孔尺寸等因素，對(duì)塔盤寬度B有決定作用。
塔內(nèi)壁上固定有支撐圈，是安置焊接塔盤板的部件。卡子連接是通用的連接方式，連接塔盤板與支持圈。塔盤緊固缺點(diǎn)較多，如生產(chǎn)難度大、難于安裝和材料方面不容易找等等。所以相比較而言，楔形緊固件是較便于安裝，裝拆的固定形式。
2.2.3分塊式塔盤的支撐結(jié)構(gòu)
直徑大于800mm的塔，人能進(jìn)入塔內(nèi)進(jìn)行清潔、安裝、檢修，塔盤板是通過人孔送進(jìn)塔內(nèi)的，安裝在塔內(nèi)固定件上。
本次設(shè)計(jì)的泡罩塔，內(nèi)徑是1400mm，支撐圈的材質(zhì)為扁鋼，因?yàn)樾枰獜澢鷫褐?，所以增加支撐梁?
2.2.4 裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
裙座是塔的不可或缺的部件之一，只有裙座才能支撐塔體。裙座有兩種結(jié)構(gòu)形式，及圓筒形與圓錐形。圓筒形裙座應(yīng)用廣泛，其塔設(shè)備與塔體封頭的內(nèi)徑一致，制造方便；目前大型化的塔設(shè)備非常多，常選用圓錐形作為裙座，因其承載能力強(qiáng)，支撐穩(wěn)定性高。材料選擇Q235-B。
裙座與塔體的連接采用焊接。接頭焊接的形式有兩種型，分別是塔接和對(duì)接，裙座筒體的直徑設(shè)計(jì)值取塔釜封頭的內(nèi)勁值，這樣保證裙座通過對(duì)接或搭接的方式與塔體進(jìn)行焊接，并且在接點(diǎn)外觀上是圓滑的，進(jìn)行超聲檢測(cè)。由于搭接型式受力差，搭接焊縫需填滿。
圖5所示是圓筒形與圓錐形裙座的結(jié)構(gòu)示意圖。
A 圓筒形裙座
B為圓錐形裙座
圖5 A為圓筒形裙座，B為圓錐形裙座
3泡罩塔其他附屬裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1溢流裝置
溢流裝置有降液管和受液盤。
3.1.1 降液管
降液管的類型分為兩種，一種是圓形降液管，另一種是弓形降液管。塔直徑較小時(shí)采用圓形降液管。圓形降液管中整個(gè)弓形截面能夠有效降液截面很少，不適合大規(guī)模和易起泡物料的生產(chǎn)。圓形降液管分為兩種，下圖6左邊是帶溢流堰，右邊是兼做溢流堰。
圖6 圓形降液管
本設(shè)計(jì)選用圓形降液管，降液管主要屬性是液封高度，用表示，是下層塔盤受液管與降液管低端之間的距離，它一定要小于溢流堰高度，一般情況下，，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，這里取。
3.1.2 受液盤
受液盤按形式分為兩種，分別是平型和凹型，受液盤的作用是讓降液管的出口不受到液體侵入，受液盤的位置普遍都設(shè)置在塔盤上。
平型受液盤一般都會(huì)用在易聚合物料，為了阻止它造成塔盤死角。當(dāng)液體壓降大于250Pa時(shí)，一般都會(huì)用凹型受液盤。如圖7所示
圖7凹型受液盤
如果要使塔盤的入口液封能夠有效降低，使液體的流向得到平穩(wěn)，有緩沖效果或需要更好的鼓泡時(shí)，都會(huì)選用凹型受液盤。按這次的設(shè)計(jì)需求要選用凹型受液盤，條件在于如果凹型受液盤深度大于50mm而寬度低于三分之一的塔板間距時(shí)，塔板間距可以根據(jù)要求適當(dāng)擴(kuò)大。
為有效預(yù)防停產(chǎn)時(shí)需要對(duì)塔內(nèi)的液體進(jìn)行排放，通常把液封盤做在塔的最底部的降液管末端，是通過淚空排放液體。弓形降液管如圖8所示。
圖8 液封盤結(jié)構(gòu)
3.2進(jìn)出口管裝置
3.2.1 進(jìn)料管
加料板的作用是減小進(jìn)料時(shí)的波動(dòng)，為了能夠讓液體經(jīng)過塔板是不溢出，進(jìn)料口設(shè)置加料板，在加料板設(shè)置進(jìn)口堰。結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。
圖9 進(jìn)料管
3.2.2 出料管
圖10是出料管的結(jié)構(gòu)圖。
為了不產(chǎn)生夾帶液滴和降低壓降，在設(shè)計(jì)出料管時(shí)選擇直徑比較大的。
還會(huì)設(shè)置除沫器和擋板來控制液滴，特別是在對(duì)夾帶液滴量方面有較大的要求時(shí)。
圖10 出料管
3.3 人孔與手孔
人孔天通常設(shè)置在塔體大概六千毫米的地方，在塔頂上也要設(shè)置一個(gè)人孔，在這里選用的結(jié)構(gòu)是分塊式塔盤。為了方便塔設(shè)備的安裝與生產(chǎn)，通常在一個(gè)經(jīng)線設(shè)有人孔和手孔，不能與降液管在同一平面，這樣才能夠方便工作人員進(jìn)出塔。因?yàn)樗O(shè)備要保溫效果，通常人孔的選擇是回轉(zhuǎn)蓋。在與設(shè)備部件或平臺(tái)的安全距離要求上，要求人孔中心與塔內(nèi)部部件距離超過一千毫米，與操作平臺(tái)高度一般保證在八百毫米到一千毫米之間，在塔內(nèi)設(shè)置的把手直徑大約在十八毫米到二十二毫米之間，材料選擇圓鋼。
3.4 視鏡
當(dāng)工作人員需要觀察塔設(shè)備的內(nèi)部時(shí)，可以通過視鏡來觀察。視鏡的組成有很多，主要的有視鏡座、壓緊環(huán)、視鏡玻璃等。壓力容器視鏡、不帶頸視鏡及帶頸視鏡是市場(chǎng)上普遍使用的有三視鏡。
而窺視范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易制造的是不帶頸視鏡，正常情況下都會(huì)選擇不帶頸視鏡。帶頸視鏡主要用在直徑小、受保溫層限制的塔器。通常情況下公稱壓力在0.6 MPa以上的會(huì)采用壓力容器視鏡。由于這次設(shè)計(jì)壓力是0.26MPa，根據(jù)要求分析選擇不帶頸視鏡。
3.5液面計(jì)
液面計(jì)的作用是可以監(jiān)視和查看塔里的液面情況，液面計(jì)有玻璃管液面計(jì)、透光式玻璃板液面計(jì)、反射型玻璃板液面計(jì)等。而選用液面計(jì)的原則要考慮溫度、材質(zhì)、壓力、結(jié)構(gòu)等性能參數(shù)。
3.6法蘭
法蘭連接的固定結(jié)構(gòu)組成是一對(duì)法蘭、多個(gè)螺栓、一個(gè)墊片等，方便自由拆卸，其中法蘭最重要部件之一，法蘭的參數(shù)主要有兩個(gè)，一個(gè)是公稱通徑（DN），另外一個(gè)是公稱壓力（PN）。
在筒體和封頭對(duì)接時(shí)，會(huì)用到壓力容器法蘭。有甲、乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭三種。如果要按封閉形式來分就有平面（RF）、榫（T）槽（G）、凹（FM）凸（M）等三種密封面。
3.7補(bǔ)強(qiáng)圈
有時(shí)候塔體會(huì)因?yàn)殚_孔過大使它的強(qiáng)度降低，補(bǔ)強(qiáng)圈在一定程度上可以有效提升塔的強(qiáng)度，而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意補(bǔ)強(qiáng)圈厚度與材料上的選擇，通常情況下選擇與塔設(shè)備一樣。
3.8除沫器
除沫器的作用就是吸收氣體中帶有的細(xì)小液滴，除沫器性能的好壞可以直接影響塔設(shè)備的性能，還會(huì)影響分離的效率、原料回收等等。除沫器的分類有三種，分別是絲網(wǎng)型除沫器、折流板型除沫器和旋流板型除沫器。而在化工生產(chǎn)中最通用的類型是絲網(wǎng)型除沫器，其特點(diǎn)是既能吸收細(xì)小液滴也可以過濾掉大型液沫。而且效果比其他類型更明顯。市場(chǎng)上絲網(wǎng)除沫器的種類主要有2種，一種是固定式絲網(wǎng)除沫器，另一種是抽屜式絲網(wǎng)除沫器，根據(jù)這次的設(shè)計(jì)要求選用固定上裝式絲網(wǎng)除沫器。
4.強(qiáng)度計(jì)算與校核及各項(xiàng)驗(yàn)算
4.1泡罩塔的設(shè)計(jì)參數(shù)
表1 泡罩塔的設(shè)計(jì)參數(shù)如下
設(shè)計(jì)名稱
參數(shù)值
塔內(nèi)徑/mm
1400
塔高H/mm
36000
設(shè)計(jì)壓力/MPa
0.26
設(shè)計(jì)溫度t/℃
120
腐蝕余量/mm
4
容器類別
一類
筒體材料
Q235-A
封頭材料
Q235-A
裙座材料
Q235-B
地腳螺栓材料
Q235-B
介質(zhì)
本-甲苯
安裝地區(qū)
衡陽(yáng)郊區(qū)
地震烈度
7級(jí)
場(chǎng)地類別
Ⅱ
地面粗糙度類別
B
4.2 塔體壁厚初算
首先計(jì)算內(nèi)壓容器筒體，再計(jì)算封頭的壁厚，然后對(duì)塔體的壁厚進(jìn)行一個(gè)估值。再結(jié)合風(fēng)載荷、地震載荷等因素來對(duì)塔設(shè)備的強(qiáng)度進(jìn)行校核還有塔穩(wěn)定性的進(jìn)行計(jì)算。
4.2.1圓筒壁厚計(jì)算
內(nèi)壓圓筒厚度：
mm （1）
式中，為Q235-A在105時(shí)的許用應(yīng)力，查表可得150以下為113MPa；焊縫采用雙面對(duì)接焊，局部無損探傷=0.85。
不包括腐蝕余量圓筒最小厚壁mm （2）
按照要求最小壁厚不得小于3mm，取mm。
若取壁厚附加量=0.8mm，腐蝕余量=3m，則圓筒的最小設(shè)計(jì)壁厚為
mm （3）
考慮到此塔比較高，風(fēng)載荷較大，而塔的直徑又不大，故應(yīng)適當(dāng)增加一定壁厚。現(xiàn)假定圓筒名義厚度=13.4mm（在初始假設(shè)的8-25mm之間），則假定的圓筒有效厚度為：
9.6mm （4）
4.2.2封頭壁厚計(jì)算
封頭的類型種類繁多，主要有球形、錐形、橢圓形和平板形，經(jīng)分析，在這里選擇橢圓形封頭。
根據(jù)要求，計(jì)算封頭厚度：
（5）
要求封頭與筒體等厚是使下一步的焊接更加方便，即，有效厚度=9.6mm。
4.3塔體各項(xiàng)載荷計(jì)算
4.3.1質(zhì)量載荷計(jì)算
圖11 蒸餾塔風(fēng)載分析圖
塔體和裙座質(zhì)量，按照假定壁厚和各自高度（參上圖11）計(jì)算可得：
（6）
泡罩塔盤的單位質(zhì)量為，因此塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量為：
（7）
假設(shè)保溫材料的密度為300，則保溫材料的質(zhì)量為：（8）
操作平臺(tái)及扶梯（籠式扶梯，質(zhì)量40）質(zhì)量為：（9）
查資料可知（參考《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社，第358頁(yè),表17-1)
塔盤充液量為因而操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量為：
（10）
塔體圓筒部分長(zhǎng)23.33m（圖3.1），每個(gè)封頭容積為0.487，封頭的曲面高度及直邊高度分別為315mm和25mm（參考《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社，第461頁(yè)附表II-15）。故液壓試驗(yàn)時(shí)，塔內(nèi)充水質(zhì)量為
（11）
人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量。偏心質(zhì)量=0。則塔設(shè)備的質(zhì)量
塔器操作質(zhì)量：
（12）
塔器最大質(zhì)量：
（13）
塔器最小質(zhì)量：
（14）
4.3.2風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩計(jì)算
風(fēng)力計(jì)算公式 （15）
式中 ——設(shè)備中第i段的水平風(fēng)力，N；
——體型系數(shù)，對(duì)圓柱塔型設(shè)備，取=0.7；
——風(fēng)振系數(shù)；
——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，可查表選?。?
——基本風(fēng)壓值，與建塔地區(qū)有關(guān)，可查表選取；
——塔設(shè)備第i段的計(jì)算高度，m；
——塔設(shè)備第i段迎風(fēng)面的有效直接，m。
將塔沿高分成8段，如圖12，見表2
表2
塔段號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
塔段長(zhǎng)度，m
0-1
1-2.6
2.6-
7.5
7.5-
12.4
12.4-
17.3
17.3-
22.2
22.2-
27.1
27.1-
36
，
450
0.7
（B類）
（查JB/T 4710-2005表8-4）
2.43
（B類）
（查JB/T 4710-2005表8-5）
0.072
0.187
0.54
0.74
0.77
0.80
0.82
0.83
（查JB/T 4710-2005表8-6）
0.006
0.16
0.084
0.149
0.296
0.486
0.730
0.888
（B類）
1
1
1
1.07
1.19
1.29
1.37
1.45
，mm
4500
4500
4500
4500
4500
4500
4500
4500
，mm
400
，mm
600
，mm
2984
2984
3024
3024
3024
3024
3024
3024
N
949.36
1514.46
5180.97
6242.84
8137.16
10428.6
13179.14
15126.34
因?yàn)椋?6.29m＞15m，故不考慮橫風(fēng)向風(fēng)振。
把塔體分成幾段后，作用在每一段上的風(fēng)力把它當(dāng)成這段中點(diǎn)的集中力，每一段都由水平風(fēng)力作用產(chǎn)生的風(fēng)彎矩，計(jì)算總風(fēng)彎矩之和即 （16）
裙座底截面0-0處的風(fēng)彎矩為：
（17）
將上述結(jié)果代入到上式可分別計(jì)算出底部（0-0）截面，裙座開孔（1-1）截面及裙座與塔體連接（2-2）截面的風(fēng)彎矩。計(jì)算結(jié)果如下
0-0截面風(fēng)彎矩：
（18）
Ⅰ-Ⅰ截面風(fēng)彎矩：
（19）
Ⅱ-Ⅱ截面風(fēng)彎矩：
（20）
4.3.3地震載荷及地震彎矩計(jì)算
圖12是把塔分為8段圖，以每段高度二分之一處看做塔的集中質(zhì)量，各段集中質(zhì)量對(duì)該截面所引起的地震力地震彎矩列于表3中。
圖12
表3
塔段號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
，
562.3
899.9
4911.9
4911.9
4911.9
4911.9
4911.9
4911.9
，
500
1800
5050
9950
14850
19750
24650
29500
0.011
0.076
0.359
0.993
1.810
2.776
3.870
5.067
0.006
0.068
1.763
4.878
8.891
13.635
19.009
24.889
0.007
0.052
6.326
48.386
160.853
378.40
753.699
1261
0.0031
0.0213
0.1007
0.2784
0.5075
0.7784
1.0851
1.4208
，
0.61
6.76
174.50
482.44
879.46
1348.90
1880.39
2462.13
0.281
1.620
24.805
48.873
72.942
97.010
121.078
144.901
，
，
，
6.50
37.44
573.34
1129.64
1685.97
2242.28
2798.58
3349.22
，
11822.97
11816.47
11779.03
11205.69
10076.05
8390.08
6147.8
3349.22
因?yàn)椋?2.86＞15m且H＝32m＞20m，故考慮高振型影響。
（1）0-0截面地震彎矩： （21）
（2)Ⅰ-Ⅰ截面地震彎矩：（22）
(3)Ⅱ-Ⅱ截面地震彎矩：（23）
4.3.4最大彎矩計(jì)算
以下公式是塔的最大彎矩計(jì)算公式
取其中較大值。 （24）
經(jīng)計(jì)算結(jié)果可知上面風(fēng)彎矩和地震彎矩?zé)o論是哪個(gè)截面均小于，又因?yàn)楣剩矗?
4.4.塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算
4.4.1圓筒軸向應(yīng)力的計(jì)算
由介質(zhì)壓力引起的軸向應(yīng)力 （25）
由質(zhì)量載荷引起的軸向應(yīng)力 （26）
由彎矩載荷引起的軸向應(yīng)力 （27）
4.4.2圓筒軸向穩(wěn)定性校核
按下式計(jì)算系數(shù)A為：
（28）
查表得B=76MPa,已知，所以。
圓筒軸向穩(wěn)定性按下式校核：
< （29）
4.4.3圓筒拉應(yīng)力校核
對(duì)內(nèi)壓情況，圓筒的拉應(yīng)力按下式校核
（30）
而故<。
4.4.4塔體液壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核
由試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力，按下式計(jì)算
（31） 式中為試驗(yàn)壓力，可由公式求得。
，取液柱靜壓力，則
由試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力， （32）
由液壓試驗(yàn)時(shí)重力引起的軸向應(yīng)力（式中近似?。?
（33）
由彎矩引起的軸向應(yīng)力
（34）
查表可知，Q235A材料的。按下式求得
取其中較小值。 （35）
因>KB，故
計(jì)算所得的各項(xiàng)應(yīng)力應(yīng)滿足
將以上計(jì)算的各應(yīng)力代入上式得
<
<
收藏