篩板式精餾塔機械設(shè)計說明書.doc

一、塔設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計課題篩板式精餾塔機械設(shè)計工藝條件物料名稱：甲醇-水設(shè)計壓力：0.1設(shè)計溫度：物料平均密度：產(chǎn)品特性：易燃、有毒設(shè)計基本風壓值：地震烈度：7度工藝尺寸塔內(nèi)徑精餾段板數(shù)提留段板數(shù)板間距堰長14003317500980堰高篩孔直徑孔間距塔頂蒸汽出口管徑50624管口符號公稱尺寸用途aDg273進料管口bDg38出料管口cDg325塔頂蒸汽出口dDg38回流液口eDg20液面計接口fDg38釜液出口設(shè)計要求1、 篩板精餾塔機械設(shè)計及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。2、 繪制篩板式精餾塔裝配圖（一張一號圖紙）二、設(shè)計方法及步驟1、材料選擇設(shè)計壓力，屬于低壓分離設(shè)備，一類容器，未提技術(shù)要求；產(chǎn)品特性為易燃、易揮發(fā)；設(shè)計溫度為,介質(zhì)為甲醇和水，年腐蝕欲度很小，考慮到設(shè)備材料經(jīng)濟性，筒體，封頭和補強圈材料選用，裙座選用。2、塔設(shè)備主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定塔高1） 塔主體高度2） 塔的頂部空間高度3） 塔的底部空間高度4） 裙座高度5） 封頭高度6） 塔高取塔徑1） 筒體厚度計算式中：材料的許用應(yīng)力。在厚度為316時，。塔體焊接接頭系數(shù)。采用雙面對接焊，局部無損探傷，名義厚度厚度附加量厚度負偏差。按中的B類要求負偏差取。腐蝕裕量。取。對于碳素鋼、低合金鋼制容器，故按剛度條件，筒體厚度僅需3，但考慮此塔較高，風載荷較大，取塔體名義厚度10。有效厚度2） 封頭厚度計算采用標準橢圓封頭，K=1。因為封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中，低壓容器中應(yīng)用比較多的封頭之一。封頭曲面高350，直邊高度40。名義厚度為了便于焊接，取封頭和筒體等厚，故封頭名義厚度10，有效厚度7.7。3）筒體外徑3、塔的載荷分析質(zhì)量載荷1） 塔體和裙座質(zhì)量查石油化工設(shè)備設(shè)計便查手冊表2-1-1以內(nèi)經(jīng)為公稱直徑的封頭尺寸可得封頭質(zhì)量為177.92，密度。2） 塔內(nèi)件質(zhì)量塔內(nèi)篩板塔盤數(shù)50，篩板塔盤質(zhì)量3） 保溫材料質(zhì)量選擇超細玻璃棉氈未保溫材料，密度，厚度取100，封頭內(nèi)表面積S=2.30054） 操作平臺及扶梯質(zhì)量環(huán)形平臺，每7安裝一層，共4層，寬度1.2，單位質(zhì)量，包角；籠式扶梯，單位質(zhì)量。5） 操作時物料質(zhì)量堰高50，物料平均重度。6） 塔附件質(zhì)量7） 水壓試驗時充水質(zhì)量8） 塔設(shè)備在正常操作時的質(zhì)量9） 他設(shè)備在水壓試驗時的最大質(zhì)量10） 塔設(shè)備在停工檢修時的最小質(zhì)量風載荷安裝在室外的塔設(shè)備將受到風力的作，使塔產(chǎn)生應(yīng)力、變形和振動。1） 風力計算塔設(shè)備中第計算段所受的水平風力可由下式計算式中塔設(shè)備中第段的水平風力，；塔設(shè)備中第段迎風面的有效直徑，；風壓高度變化系數(shù)，查過程設(shè)備設(shè)計P304表7-5；各地區(qū)的基本風壓，；塔設(shè)備各計算段的計算高度（見圖），；體型系數(shù)，；塔設(shè)備中第計算段的風振系數(shù)。 風壓風壓計算時，對于高度在10以下的塔設(shè)備，按一段計算，以設(shè)備頂端的風壓作為整個塔設(shè)備的均布風壓；對于高度超過10的塔設(shè)備，可分段進行計算，每10分為一個計算段，余下的最后一段高度取其實際高度，如圖所示，將塔高分成三段，其中任意計算段的風壓為式中第段的風壓，。 風振系數(shù)對塔高的塔設(shè)備，取。而對于塔高時，則按下式計算式中脈動增大系數(shù)，其值按過程設(shè)備設(shè)計P305表7-6確定；第段的脈動影響系數(shù)，其值按過程設(shè)備設(shè)計P305表7-7確定；第段的振型系數(shù)，其值按過程設(shè)備設(shè)計P305表7-8確定. 塔設(shè)備迎風面的有效直徑塔設(shè)備迎風面的有效直徑是該段所有受風構(gòu)件迎風面的寬度總和。當籠式扶梯與塔頂管線布置成時式中塔設(shè)備各計算段的外徑，；塔設(shè)備各計算段保溫層的厚度，；塔頂管線外徑，；管線保溫層厚度，；籠式扶梯當量寬度，當無確定數(shù)據(jù)時，可?。徊僮髌脚_的當量寬度，；第段內(nèi)操作平臺構(gòu)件的投影面積（不計空擋的投影面積），；操作平臺所在計算段塔的高度，。各段風力計算結(jié)果如下表示：各段風力計算結(jié)果塔段號123塔段長度，110112021320.72.550.640.730.780.1590.5161.00.740.841.031.3512.1432.969，300，101012，1.42，0.1，0.25，0.1，0.4，0.090.040.03，2.562.512.41，53759488168312） 風彎矩計算裙座底部0-0截面的風彎矩筒體底部-截面的風彎矩筒體的強度及穩(wěn)定性校核1） 筒體底部-截面軸向應(yīng)力計算2） 筒體底部-截面穩(wěn)定性校核該截面最大軸向壓縮應(yīng)力發(fā)生于空塔時：其中組合系數(shù)，由于因此筒體底部-截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性要求。筒體底部-截面抗拉強度校核筒體底部-截面上的最大拉應(yīng)力為故該截面滿足抗拉強度要求。綜合以上以上各項計算，在各種不同危險工況下，塔體壁厚取10可以滿足塔體的強度、剛度和穩(wěn)定性要求。4、水壓試驗時塔體的強度要求水壓試驗時塔體-截面的強度校核（周向應(yīng)力）1）水壓試驗壓力式中耐壓試驗壓力系數(shù)：對于鋼和有色金屬，液壓試驗時。2）水壓試驗時塔體強度校核式中由于滿足水壓試驗要求。2 水壓試驗時裙座底部0-0截面的軸向強度和穩(wěn)定性驗算.故裙座底部0-0截面滿足軸向強度和穩(wěn)定性要求。5、裙座的強度及穩(wěn)定性校核裙座材料，取厚度與筒體、封頭相等，1 裙座底部0-0截面強度校核裙座底部0-0截面軸向應(yīng)力計算抗壓強度及軸向穩(wěn)定性校核式中，由于因此筒體底部0-0截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性要求。筒體底部0-0截面抗拉強度校核筒體底部0-0截面上的最大拉應(yīng)力為故該截面滿足抗拉強度要求。綜上筒體底部0-0截面滿足強度及軸向穩(wěn)定性要求。2 裙座焊縫強度校核此塔裙座與塔體采用對接焊縫，焊縫承受的組合拉應(yīng)力為：裙座基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計1） 基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)、外直徑確定外徑內(nèi)徑2） 混凝土強度校核正常操作時：水壓試驗時：以上應(yīng)力均小于各種標號混凝土的壓應(yīng)力許用值，因此滿足強度要求。3） 基礎(chǔ)環(huán)板厚度計算由于該塔較高，塔底裙座采用加筋板結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)板采用28個均布地角螺栓固定，取筋板的厚度為，則基礎(chǔ)環(huán)上筋板間的距離為：基礎(chǔ)環(huán)的外伸寬度兩筋板間基礎(chǔ)環(huán)部分的長寬比查塔設(shè)備表7-15得基礎(chǔ)環(huán)板厚度為考慮腐蝕裕量，取。4） 地腳螺栓設(shè)計塔設(shè)備作用在迎風面?zhèn)然A(chǔ)上的最小應(yīng)力：由于，設(shè)備有可能傾倒，必須采用地腳螺栓予以固定。選用地腳螺栓材料為，該材料的許用應(yīng)力為。取腐蝕裕量，則地腳螺栓的根徑根據(jù)標準地腳螺栓的尺寸選用27的地腳螺栓28個。5、開孔和開孔補強設(shè)計由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免地在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全的操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔不強的問題。補強結(jié)構(gòu)壓力容器接管補強結(jié)構(gòu)通常采用局部補強結(jié)構(gòu)，主要有補強圈補強、厚壁接管補強和整鍛件補強三種形式。此塔工作溫度不高，并且在靜載、低壓環(huán)境下工作，另外材料的標準抗拉強度低于540，殼體名義厚度不大于38，因此選用補強圈補強。開孔補強設(shè)計準則開孔補強設(shè)計就是指采取適當增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。目前通用的、也是最早的開孔補強設(shè)計準則是基于彈性失效設(shè)計準則的等面積補強法。此方法的優(yōu)點是有長期的實踐經(jīng)驗，簡單易行，當開孔較大時，只要對其開孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全。允許不另行補強的最大開孔直徑根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計P161表4-15 不行補強的接管最小厚度 ，允許不另行補強的最大接管外徑為89。塔進氣管口為3258和蒸汽出口2456需另行補強。等面積補強計算塔進氣管口為3258補強計算1)補強判別開孔直徑 309+22.7=314.4=700，滿足等面積法開孔補強計算的使用條件，故可使用等面積法進行開孔補強計算。2)開孔補強所需面積強度削弱系數(shù)，接管有效厚度為8-2.7=5.3開孔所需補強面積按課本P175式（4-91）計算3)有效補強范圍有效寬度B 按課本式（4-91）確定取較大值，故有效高度 外側(cè)有效高度按課本式（4-95）確定故內(nèi)側(cè)有效高度按課本式（4-96）確定故4)有效補強面積筒體多余金屬面積按課本式（4-97）計算 接管多于金屬面積接管計算厚度接管多于金屬面積按課本式（4-98）計算5)接管區(qū)焊縫面積（腳焊取6.0）6)有效補強面積故開孔后不需要另行補強。塔進氣管口為2456補強計算1)補強判別開孔直徑 233+22.7=238.4=700，滿足等面積法開孔補強計算的使用條件，故可使用等面積法進行開孔補強計算。2)開孔補強所需面積強度削弱系數(shù)，接管有效厚度為6-2.7=3.3開孔所需補強面積按課本P175式（4-91）計算3)有效補強范圍有效寬度B 按課本式（4-91）確定取較大值，故 有效高度 外側(cè)有效高度按課本式（4-95）確定取較小值，故內(nèi)側(cè)有效高度按課本式（4-96）確定取較小值，故04)有效補強面積封頭多余金屬面積按課本式（4-97）計算 接管多于金屬面積接管計算厚度接管多于金屬面積按課本式（4-98）計算5)接管區(qū)焊縫面積（腳焊取6.0）6)有效補強面積故開孔后不需要另行補強。三、塔附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計1、塔盤結(jié)構(gòu)塔盤通常由氣液接觸元件、塔板、降液管、受液盤，溢流堰等組成。當塔徑大于或等于800時，采用分塊式塔盤，便于制造、安裝和檢修。2、裙座塔體常用群座支撐。圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟上合理，故選用圓筒形裙座，與塔體采用對接的焊接方式。采用對接接頭時，裙座筒體外與塔體下封頭外徑相等，焊縫必須采用全熔透的連續(xù)焊，且與封頭外壁圓滑過渡。裙座材料為，內(nèi)徑為，壁厚，高3。3、吊柱安裝在室外，無框架的整體塔設(shè)備，為了安裝及拆卸內(nèi)件，更換或補充填料，往往在塔頂設(shè)置吊柱。吊柱的方位應(yīng)使吊柱中心線與人孔中心線有合適的夾角，是人能站在平臺上操作手柄，使吊柱的垂直線可以轉(zhuǎn)到人孔附近，以便從人孔裝入或取出塔內(nèi)件。吊柱的結(jié)構(gòu)及在塔上的安裝如下圖示。其中吊柱管采用20無縫鋼管，其它部件采用。4、人孔開孔孔徑為500，3個，加補強圈，人孔處塔板間距800。5、除沫器在塔內(nèi)操作氣速較大時，會出現(xiàn)塔頂霧沫夾帶，這不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同時還可能造成環(huán)境的污染。為了避免這種情況，需要在塔頂設(shè)置除沫裝置，從而減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。選用絲網(wǎng)除沫器，因為它具有比表面積大，重量輕、空隙率大、除沫