化工機械設(shè)備課程設(shè)計浮閥塔的設(shè)計

2 31.1研究的現(xiàn)狀及意義 3 61.3設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述 72設(shè)計參數(shù)及其要求 92.1設(shè)計參數(shù) 92.2設(shè)計條件 9 3材料選擇 3.3裙座材料的選擇 4塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 4.1塔體和封頭厚度計算 4.1.2封頭厚度計算 4.2塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算 4.3風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計算 4.4地震彎矩的計算 4.4.1地震彎矩的計算 4.6塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核 204.6.1塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核 204.6.2.塔體和裙座的穩(wěn)定校核 21 4.7.1水壓試驗時各種載荷引起的應(yīng)力 4.8基礎(chǔ)環(huán)的設(shè)計 24 24 4.9地腳螺栓計算 4.9.1地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力 254.9.2地腳螺栓的螺紋小徑 參考文獻(xiàn) 謝辭 錯誤!未定義書簽。塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。在塔設(shè)備中完成的常見單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。為了適應(yīng)各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展，不僅需要新建大量的塔，還要對原有塔設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，因此陸續(xù)出現(xiàn)了一批能適應(yīng)各方面要求浮閥塔用于氣液傳質(zhì)過程中。浮閥的閥片可以浮動，隨著氣體負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)其開啟度，因此，浮閥塔的操作彈性大，特別是在低負(fù)荷時，仍能保持正常操作。浮閥塔由于氣液接觸狀態(tài)良好，霧沫夾帶量小(因氣體水平吹出之故),塔板效率較高，生產(chǎn)能力較大。塔結(jié)構(gòu)簡單，制造費用便宜，并能適應(yīng)常用的物料狀況，是化工、煉油行業(yè)中使用最廣泛的塔型之一。otherproductionequipmentValvetowerforgas-liquidmasstransferprocess.Thefloatvalvecandescription,including:thestructurlocationofthemanhole,metertakeo塔器技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程。泡罩塔是出現(xiàn)較早并獲得廣泛應(yīng)用的一種塔型，工業(yè)規(guī)模的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年才用于煉油工業(yè)。20世紀(jì)初，隨著煉油工業(yè)的發(fā)展和石油工業(yè)的興起，塔設(shè)備開始得到廣泛應(yīng)用，并逐漸積累了有關(guān)設(shè)計、些新型高效塔內(nèi)件和塔填料的問世，加上人們對傳質(zhì)工程的仿真模擬及放大效應(yīng)的解決，塔器的性能直接關(guān)系到生產(chǎn)裝置的投資、產(chǎn)能、質(zhì)量、能耗及成本。據(jù)統(tǒng)計，石油和化學(xué)工業(yè)的能耗占工業(yè)總能耗的絕大部分，而其中約60%的能耗用于精餾過程，而精餾過程是由塔設(shè)備來實現(xiàn)的。塔設(shè)備的投資巨大，約占化工、石化項目總投資的30%-40%,其板壓降和提高塔板效率都有積極作用。該導(dǎo)流浮閥的塔板壓降較F1浮閥平均降低約200~250Pa,塔板泄漏約低10%,塔板效率提高約10%。效率，如圖23所示。其特點在于：該浮閥的閥蓋由兩個短軸相等、長軸不等的半橢圓組中吹出的氣體能推動塔板上的液體作定向流動；閥蓋邊緣的鋸齒增加了氣液接觸的表一個國家化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度在很大意義上衡量著這個國家的工業(yè)水平和國防實力。我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形復(fù)合塔盤，以及噴杯塔盤、角鋼塔盤、旋流塔盤、在填料塔技術(shù)方面，我國自20世紀(jì)80年代以來，對鮑爾環(huán)，階梯環(huán)，矩鞍環(huán)，波紋填1.1.4國外浮閥塔的現(xiàn)狀德篩板以及stone-webster工程改善開發(fā)的波紋篩板，日本三井造船公司的垂直篩板，瑞術(shù)改造中，國內(nèi)多種性能優(yōu)良的新型板式塔已經(jīng)得到成功的1.1.5浮閥塔的主要特點2.處理能力大，比泡罩塔大20%-40%,但比篩板塔略??；15%左右；5.結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，制造費用約為泡罩塔的60%-80%,為篩板塔的120%-130%;數(shù)據(jù)的不斷發(fā)表及工業(yè)應(yīng)用的增加，其設(shè)計數(shù)據(jù)會逐步完善，在有較完善的性能數(shù)據(jù)下，浮閥塔是20世紀(jì)50年代開發(fā)的一種新塔型，其特點是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個篩孔作。浮閥塔由于氣液接觸狀態(tài)良好，霧沫夾帶量小(因氣體水平吹出之故),塔板效煉油行業(yè)中使用最廣泛的塔型之一。在分離穩(wěn)定同位素時采用在克服泡罩塔缺陷的基礎(chǔ)浮閥主要有V型和T型兩種，特點是：生產(chǎn)能力比泡罩塔約大20%～40%;氣體兩個極限負(fù)荷比為5～6,操作彈性大；板效率比泡罩塔高10%～15%;霧沫夾帶少，液面梯度??；(1)根據(jù)設(shè)計壓力初定壁厚；(2)計算危險截面的重量載荷、風(fēng)載荷、地震載荷及偏心載荷；(3)計算危險截面的由各種載荷作用下的軸向應(yīng)力；(4)計算危險截面的組合軸向拉應(yīng)力和組合軸向壓應(yīng)力，并進(jìn)行強度和穩(wěn)定性校核。4裙座結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核6繪制2號裝配圖一張1.設(shè)備類型：自支承式塔設(shè)備(塔頂無偏心載荷);設(shè)計地震烈度：7度(或8度);場地土：2類。地震加速度0.15g(或者0.3g),地震系數(shù)根據(jù)自己的需要任取一(1)塔體內(nèi)徑Di=2200mm,塔高近似取(2)計算壓力Pc=1.8MPa(每組中各人的計算壓力根據(jù)安排表中數(shù)據(jù)),設(shè)計溫度(3)塔體裝有N=75層浮閥塔盤，每塊塔盤上存留介質(zhì)層高度為hw=100mm,介質(zhì)密度為(4)沿塔高每5m左右開設(shè)一個人孔，人數(shù)為8-10個，相應(yīng)在人孔處安裝半圓形平臺(5)塔外保溫層厚度為δs=120mm,保溫材料密度為p?=300kg/m3;(6)塔體與裙座間懸掛一臺再沸器，其操作質(zhì)量為me=4000kg,偏心距e=2000mm;(7)塔體與封頭材料在低合金高強度剛中間選用，并查出其參數(shù)。(8)裙座統(tǒng)一采用Q235-A(9)塔體與裙座對接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)φ=0.85;(11)參考圖為書中圖8-25,尺寸及數(shù)據(jù)根據(jù)自己組的具體情況設(shè)計、標(biāo)注。浮閥塔結(jié)構(gòu)簡單，有兩種結(jié)構(gòu)型式，即條狀浮閥和盤式浮一致的，只是結(jié)構(gòu)上有區(qū)別，其中以盤式浮閥應(yīng)用最為(1)滿足工藝和操作的要求所設(shè)計出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。設(shè)計(2)滿足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費用，回流比對操(3)保證生產(chǎn)安全生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強度。(帶有三個外伸爪),閥片中央開有蛇0mm的圓孔。閥片升起之前，塔板開孔率由直徑20mm強化了氣液接觸時的湍動作用。黃潔等在經(jīng)Stahl公司同意后，公開發(fā)表了此種塔板繞過前閥腿，閥前端存在傳質(zhì)死區(qū)；③雖然其返混較圓形無太大改進(jìn)；④長條形閥孔的四個銳角會形成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，易引起塔板的機械損壞。工作壓力計算壓力工作溫度設(shè)計溫度保溫材料厚度保溫材料密度度8殼體材料場地類別內(nèi)件材料塔板數(shù)目設(shè)計地震烈度：7度(或8度);場地土：2類。地震加速度0.15g(或者0.3g),地震系數(shù)根據(jù)自己的需要任取一組；(1)塔體內(nèi)徑Di=2200mm,塔高近似取H=50000mm;(2)計算壓力Pc=1.8MPa(每組中各人的計算壓力根據(jù)安排表中數(shù)據(jù)),設(shè)計溫度t=250℃;(3)塔體裝有N=75層浮閥塔盤，每塊塔盤上存留介質(zhì)層高度為hw=100mm,介質(zhì)密度為(8)裙座統(tǒng)一采用Q235-A2.3設(shè)計簡圖1塔盤氣體入口管3.2塔體材料選擇4.1塔體和封頭厚度計算4.1.1塔體厚度的計算考慮厚度附加量C=2mm,經(jīng)圓整δn=18mm4.1.2封頭厚度計算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：4.2塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算(1)筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量moi裙座質(zhì)量：ms=985×3.06=3014說明：塔體圓筒總高度為Ho=50000mm查得DN2200mm,厚度為18mm的圓筒質(zhì)量為985kg/m查得DN2200mm,厚度為18mm的橢圓形封頭質(zhì)量為782kg/m(封頭曲面深度550mm,直邊高度40mm)裙座高度3.060m(厚度按18mm計)(3)保溫層質(zhì)量mo3(7)充水質(zhì)量Mw(8)各種質(zhì)量載荷匯總?cè)鐖D所示，將全塔分為6段，計算下列各質(zhì)量載荷(計算中略有近似)5~頂人孔及平臺數(shù)00133300000000000全塔操作質(zhì)量/kgmo=moi+mz+mo3+Mo4+Mo?+MMmin=mo1+0.2mo2+mo3+mo4+Ma+me=8mmax=Mo1+M02+M03+M04+Mv+Ma+me=2835664.3風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計算風(fēng)載荷計算示例以2-3段為例計算風(fēng)載荷P3(圖8-26):qo10m高處基本風(fēng)壓值，qo=40De3塔有效直徑。設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°,取以下a,b式中較大者b.De?=Doi+26s?+K?+d?+K?=400mm,d?=400mm,δs?=δa.De?=2236+2×100+400+b.De?=2236+2×100+200+400+200=3236=0.7×1.22×400×1.07×9000×32以上述方法計算出個段風(fēng)載荷，列于表中。計算段1020.70.72031435363表8-13(e)風(fēng)彎矩計算=397000+3480000+81000000+430542000+1002510000+224截面1-1=1740000+70200000+406623000+969093000+219=48600000+358785000+902259000+2084.4地震彎矩的計算4.4.1地震彎矩的計算n=0.02+(0.05-5)/8=0.02+(0.05-0.02)/8=0計算截面距離地面的高度h塔設(shè)備的基底截面0-0:h=0裙座上檢查孔或較大管線引出空處的截面1-1:h=1000mm塔體與裙座連接焊縫處的截面2-2:h=3000mm塔設(shè)備的基底截面0-0裙座上檢查孔或較大管線引出空處的截面1-1截面2-24.5各種載荷引起的軸向應(yīng)力其中，δ=δ-C=12-2=10mmM=MF?+0.25M??+M.=25.78×10+0.25×37.605×10?+0.7848×10°=35.966×10°(N·mm)截面1-1M2=M?2+0.25M22+M.=23.6×10?+0.25×33.96×10?4.6塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核4.6.1塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力發(fā)生在正常操作時的2-2截面上。其中，σ2=o?-02-2+o?-3=61.88-11.33+57.16=滿足要求。4.6.2.塔體和裙座的穩(wěn)定校核塔體2-2截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力截面1-1塔體1-1截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求截面0-0塔體0-0截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求計算截面面積A-/mm2計算截面的抗壓截面系數(shù)Zi-i/mm3最大彎矩Mi-i-max/(N·mm)00最大組合軸向拉應(yīng)力o1--max/MPa一最大組合軸向壓應(yīng)力σ1--max/MPa強度與穩(wěn)定校核強度一一4.7塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核(1)試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力液柱靜壓力=rH≈1000×50=0.5(MPa)(2)試驗壓力引起的軸向拉應(yīng)力(3)最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力(4)彎矩引起的軸向應(yīng)力4.7.2水壓試驗時應(yīng)力校核(1)簡體環(huán)向應(yīng)力校核σ?=178.39MPa<0.9σ,φ(2)最大組合軸向拉應(yīng)力校核滿足要求。(3)最大組合軸向壓應(yīng)力校核4.8基礎(chǔ)環(huán)的設(shè)計4.8.1基礎(chǔ)環(huán)尺寸取D=D?+300=2200+300=2500mmD?=D-300=2200-300=1900mm4.8.2基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核[o],=140MPa;C=3mm假設(shè)螺栓直徑為M42,由表8-11查得1=160mm,M=-0.1614σmb2=-0.1614×4.396×1342=-12M=0.07970ml2=0.0797×4.396×1602=84.9地腳螺栓計算A,=2072400mm24.9.2地腳螺栓的螺紋小徑符號符號說明BD風(fēng)壓高度變化系數(shù)，高度取各計算段頂截面的高度g重力加速度，取g=9.81m/s2HH第i計算段，第i-1計算段的截面慣性距，mm?K載荷組合系數(shù)，取K=1.2體型系數(shù)，取K?=0.7籠式扶梯當(dāng)量寬度，當(dāng)去確切數(shù)據(jù)時，可取K?=400mmlm內(nèi)件質(zhì)量，kg塔設(shè)備的當(dāng)量質(zhì)量，取m=0.75m?,kgm6-MM基本風(fēng)壓值，N/m2a圓筒的有效厚度，