吸收塔塔体和裙座的课程设计Word格式.doc
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6.1设计压力产生的轴向应力 14
6.2操作重量产生轴向压应力 14
6.3最大弯矩产生的轴向应力 15
7.按组合轴向应力验算塔体和裙座壁厚 16
7.1按轴向拉应力验算筒体壁厚 16
7.2按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚 16
7.3验算水压试验应力 16
7.3.1强度验算 17
8.基础环设计 17
8.1选取基环直径 17
8.2基础环厚度计算 18
9.地脚螺栓直径的计算 19
9.1底座环上最大拉应力 19
10.焊缝结构设计 19
结论 19
参考文献 20
III
1前言
塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。
在满足工艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费用和操作费用，进行进一步模拟计算、设计和选型。
设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。
工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；
基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计。
在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。
塔设备操作性能的优劣，对于整个装置的产品产量、质量、成本、能耗、“三废”处理及环境保护等均有重大影响。
其作用实现气—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。
它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。
2设计概述
吸收塔是实现吸收操作的设备。
操作时，从塔顶喷淋的液体吸收剂与由塔底上升的气体混合物在塔中各层填料或塔盘上密切接触，以便进行吸收。
伴有化学反应的吸收叫化学吸收。
按吸收时气液作用方式吸收塔可分为表面式、膜式、喷淋式和鼓泡式等。
一般塔设备的高径比较大，要承受地震、风、偏心以及内压等载荷，为保证塔设备的安全可靠运行，其安装基础非常重要，必须进行可靠、合理的设计。
裙座是指在设备下部一圈焊接支撑筒体。
为了增加设备的稳定性降低地脚螺栓和基础环支承面上的应力，可采用圆锥裙座。
裙座直接焊在塔釜封头上，可采用对接焊缝，此焊缝应予以修磨，特别是低温塔及高寒地区的室外自支撑塔，为了减少应力集中，不得采用加高焊缝的结构，对较高或细长的塔，焊缝应进行探伤检查。
采用此结构时，若裙座与封头等厚，封头切线至裙座顶之距离h可查有关设计规定。
搭接焊缝因承受剪切载荷，受力情况差，只是因为安装方便，才在一些小塔或焊缝受力较小的情况下采用。
由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此，不受压力容器用材所限，可选用较经济的普通碳素结构钢。
此外，裙座的选材还应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，对于室外操作的塔，还得考虑环境温度。
常用的裙座材料为Q235F和Q235。
因Q235F有缺口敏感及夹层等缺陷，故此仅能用于塔在常温操作、裙座设计温度高于-20℃、且不以风载荷确定裙座壁厚的场合。
当裙座设计温度等于或低于-20℃时，裙座筒体材料应选择16Mn，而且材料应具有在相应温度下必保的冲击韧性指标。
裙座往往有保温或防火层，这时裙座材料应考虑到保温或防火层敷设的具体情况塔釜封头的材料为低合金钢或高合金钢时，裙座顶部应增设与塔封头相同材料的短节；
操作温度低于O℃或高于350℃时，短节长度按温度影响范围确定，当不作这项计算时，短节的长度一般取其为保温层厚度的4倍，而且不小于500mm
；
。
3塔体选材
据工作压力0.5MPa，工作温度常温，属于低压常温。
工作介质微腐，故选Q235-A。
4按设计压力计算筒体和封头壁厚
4.1筒体壁厚
设[σ]t=113MPa
P—设计压力，应略大于工作压力
—用单面对接焊，局探，
则
查
取
查[σ]t无变化，故合适。
4.2封头壁厚
采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。
5各种载荷计算
5.1.设备自重
5.1.1塔体重m1
5.1.2内构件重
塔中填料重为1500kg，所以
内构件:
板式塔的塔盘有整块式（塔径1m以下）和分块式（塔径1m以上）两种。
A、整块式塔盘塔
（1）塔盘
有小孔通气相;
有液封受液装置接受液相;
有溢流管排放液相
（2）盘壁间密封结构
塔盘圈焊在塔盘上，其高度>
溢流堰高度；
填料支持圈（板）焊在塔盘圈上，其位置视填料高度而定；
填料塞在密封处；
压圈压在填料上；
压板压在压圈上；
螺栓焊在塔盘圈另一侧，用于固定压紧压板。
（3）降液管
焊在塔盘上，多为弓形。
（4）塔节内塔盘的固定
塔节下部内壁焊有支座，用于固定底层塔盘，每上层塔盘由定距管支承，管内有拉杆穿过各层塔盘，拧紧拉杆上的螺母即把塔节内各层塔盘紧固。
（5）塔节由法兰联接组成全塔。
B、分块式塔盘
（1）塔身为整体圆筒，不分塔节，而塔盘板分为数块安装。
（2）据塔径不同，塔盘可分单、双多流结构，泄流。
（3）图3-7解说
筋板、受液盘、支持圈（板）、降液板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件。
弓形板固定在支持板、受液盘和支持圈上；
矩形板固定在支持板、受液盘和弓形板上；
通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩形板上。
（4）自身梁一种防止弯曲的手段。
①矩形板无支承的一边为自身梁结构，有过渡凹平面，以备叠放通道板。
②通道板无自身梁
③弓形板弦边为自身梁结构
（4）塔板的连接与紧固
A、固定件焊在塔壁上
B、紧固件
①塔板与支持板、塔板与受液盘、通道板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。
②弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。
5.1.3保温层重
取保温层厚度0.1m，密度
5.1.4平台重
由工艺条件知，每10个塔盘设一人孔，一平台，共4个。
每个平台为半圆形，取平台宽度0.9m，平台自重q=150kg/m3
5.1.5物料重
操作时物料重11000kg，所以
5.1.6附件重
各种管口（人孔、接管、法兰）估计
取
5.1.7充水重
以上各载按不同情况组合
操作时
水压试验时
安装时
表1各情况下的重量（单位：
N）
m0
mmax
mmin
230843
304841
120839
5.2风载
先确定最危险界面
0-0裙座底部
1-1裙座人孔
2-2裙座与塔体连接处的焊缝
3-3第二人孔下
4-4顶面
5.2.1各段风载
K1—空气动力系数，对于圆形，取0.7
K2—风振系数，
mi—高度系数
表2[1]
距地面高度[m]
≤20
40
60
80
100
mi
0.35
0.32
0.26
0.25
0.21
—动荷系数，与塔的自振周期T有关
表3[1]
自振周期T[s]
>
0.5
1.0
1.5
2
2.5
3
4
≥5
系数ξ
1
1.4
1.7
2.0
2.3
2.7
3.0
3.2
塔的自振周期T
（1）对于0-1段
查表1得到mi=0.35
查表2由得到ξ=1.14
所以有
设备设计要求基本风压为300Pa,所以q0=300Pa
表4[1]风压高度变化系数
距地面高度Hit
地面粗糙度类别
A
B
C
D
5
1.17
1.00
0.74
0.62
10
1.38
15
1.52
1.14
20
1.63
1.25
0.84
注1：
A类系指近海海面及海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类系指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区
C类系指有密集建筑群的城市市区
D类系指有密集建筑群且房屋较高的城市市区
查表4得到高度变化系数
0-1段长度
有效直径
外径保温层厚度扶梯宽度
平台宽度F-水平投影面积，
0-1段风载
（2）同理，对于1-2段
查表4，得到高度变化系数
1-2段长度
1-2段风载
（3）同理，对于2-3段
2-3段长度
2-3段风载
（4）同理，对于3-4段
3-4段长度
3-4段风载
表5各段风载
计算段
0-1
1-2
2-3
3-4
备注
K1
0.7
形状系数
K2
风振系数
q0
300Pa
基本风压
fi
高度系数
hi
1.8
7.05
10.5
各计算高度
D有效
2.12
有效直径
Fi
461.23
830.21
3251.65
5497.32
各段风载
5.2.2各段风弯矩
5.2.3地震载荷
地震以波的形式向四周传播破坏，对建筑物来说，以水平振动危害较大。
（1）作用在单质点上的水平地震力
式中：
c—形状系数，对钢制圆形容器c=0.5
α—地震影响系数
表6[1]对应于设防烈度值
设防烈度
7
8
9
误计基本地震加速度
0.1g
0.15g
0.2g
0.3g
0.4g
地震影响系数最大值
0.08
0.12
0.16
0.24
根据设计地震烈度为6级，查表5得
图1
塔的自振周期T=0.38s，按二类场地，查图1，得
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