《塔设备的机械设计》PPT课件.ppt

第八章 塔设备的机械设计,第一节 概述,目录,第四节 辅助装置及附件,第二节 板式塔结构设计,第三节 填料塔结构设计,第五节 塔的强度和稳定性计算简介,二、塔设备机械设计的基本内容,一、塔设备机械设计的基本要求,第一节 概述,本阶段的设计，既要满足工艺要求，又要满足机械要求，确保塔设备安全高效生产。塔设备机械设计的基本要求：1.满足强度要求 2.满足刚度要求 3.满足稳定性要求 4.耐久性 5.密封性 6.结构简单，节省材料，便于制造、运输、安装、维修等等,一、塔设备机械设计的基本要求,塔设备机械设计的基本内容：1.塔设备的结构设计 2.设备的材料选取 3.塔设备的强度和稳定性计算 4.设备零部件的设计选用 5.绘制总装配图和零部件图 6.编写设计说明书,二、塔设备机械设计的基本内容,二、塔盘的机械计算,一、塔盘,第二节 板式塔结构设计,三、塔盘构件的最小厚度,四、塔节简介,（一）整块式塔盘 1.塔盘圈结构 2.整块式塔盘的支承结构（1）定距管式支承结构（2）重叠式支承结构 3.塔盘的密封结构 4.降液管的结构 5.塔节长度,一、塔盘,定距管式支承结构和重叠式支承结构,塔盘的密封结构,（二）分块式塔盘 分块式塔盘的塔体是焊制的整体圆整，不分塔节。按塔径大小，可分为单流塔盘、双流塔盘和多流塔盘。如图,1、设计注意事项（1）塔盘板的分块宽度由人孔尺寸、塔板结构强度、开孔排列的均匀对称性等因素决定，其最大宽度以通过人孔为宜。（2）内部通道板（3）塔内所有可拆件的外形 尺寸均应保证能从人孔通过。（4）单件质量不应超过30kg,2.塔盘板的结构 分块式塔盘板可分为平板式、自身梁式、槽式（1）自身梁式塔盘板分块式结构（2）槽式塔盘板 3.降液管结构 降液管可分为固定式和可拆式两种 固定式降液管见9-15图，适用于物料洁净、不易聚合的场合。,3.降液管结构降液管可分为固定式和可拆式两种。固定式降液管见下图,当物料易于聚合、堵塞的情况下，以用可拆式降液管，见下图。,4.受液盘结构 有平行和凹形两种形式 5.溢流堰结构 有平直堰，齿形堰和可调节堰三种。,平直堰和齿形堰,6.塔盘的支承结构与紧固件 单流塔盘采用支承圈支承塔盘的结构见图9-22双流塔盘采用支承梁支承塔盘的结构见图9-与支承圈搭接的塔盘板外沿直径可按下述规定计算 当塔内径Di=8003000mm时 Dp=Di-(Di 1%+20)当塔内径Di=32008000mm时 DP=Di-(Di 1%+30)支承圈和支承板的尺寸参见表。,塔盘紧固件 是连接构件，用于塔盘之间的连接，塔盘板与支承圈、支承板、受液盘或支承梁，以及降液板与支持板之间的连接。常用紧固件有螺纹、螺纹卡板 楔卡等结构。,(1)螺纹紧固件 a.塔盘之间上可拆的螺纹连接。（a）为槽式塔板之间可拆螺纹结构。（b）为自身梁式塔盘板之间上可拆螺纹连接结构。,b.塔盘板之间下可拆的螺纹连接。,c.塔盘板间双面可拆的螺纹连接。,(2)螺纹卡 板紧固件,(3)楔形紧固件龙门楔结构和楔卡结构,需要进行强度校核和挠度计算,以满足其强度和刚度要求。（一）塔盘的设计载荷 塔盘构件的受力情况比较复杂，为简化计算，将载荷作简化处理；操作时当作受均布载荷。（二）塔盘的强度设计 计算时可将支承梁简化成两端简支、受均布载荷的梁来处理，并认为塔盘上的全部正常载荷作用在梁上。,二、塔盘的机械计算,(三）塔盘的挠度计算 目的：应使挠度在规定的允许范围内，易保证塔盘具有足够的刚度。在操作条件下，对支承梁和自身梁或槽式塔盘板，最大挠度在跨距中点，应使它小于允许挠度，刚度条件为：,为保证塔盘在制造、安装过程中的强度和刚度，规定了塔盘构件的最小厚度。,三、塔盘构件的最小厚度,四、塔节简介,二.液体收集及再分布装置,一、液体分布装置,第三节 填料塔结构设计,三、填料支承装置,四、填料压板和床层限制板,填料塔 主要由筒体，填料及塔内件构成。塔内件包括:液体分布装置、填料支承装置、填料固定装置、液体收集再分布装置以及气、液进出口部件等。筒体有整体结构和用法兰连接的分段式结构。,一、液体分布装置,机械结构设计，主要考虑以下几点：（1）满足需要的淋液点数，以保证液体初始分布的均匀性；（2）气体通过的自由截面积大，阻力小（3）操作弹性大，适应负荷的变化（4）不易堵塞，不易造成雾沫夹带和发泡（5）易于制作，部件可通过人孔进行安装、拆卸,1.排管式液体分布器 如图9-31 分布器的安装结构 用管卡固定在焊于塔壁的支座上 用螺栓与塔壁的筋板连接 对大直径塔，加辅助支承 2.环管式液体分布器 结构如图9-32 最外层环管的中心管的中心圆直径,3.盘式孔流型液体分布器,分布盘直径DT=(0.850.88）D分布盘围环高度h:塔径D 800mm,h=175mm；塔径D800mm,h=200mm分布盘厚度：塔径D=400 600mm,=34mm 塔径D=700 1200mm,=46mm分布器定位块外缘与塔壁的间隙：812mm 塔径600mm,分布盘常设计成分块式结构，一般分23块,液体通过分布盘上方的中心管加入盘内的，中心管口距围环上缘200mm。为使盘上液体稳定，对直径较大的塔须增设进液缓冲管。盘式孔流型液体分布器的支承结构：有不可调式（图9-35）可调式（见图9-36）,不可调式,可调式,4.槽式溢流型装置 如图9-37 主槽数量的确定一般在2000mm以下的塔，可设一个主槽；直径2000mm以上的塔或液量大的塔，可设两个或多个主槽。主槽的宽度一般微100-12mm,高度一般为100-150mm,分槽中心距为100mm左右。,1.截锥式液体再分布器（如图9-38、39）2.盘式液体再分布器（如图9-40）盘式液体再分布器常与气体喷射式支承板配合使用,二.液体收集及再分布装置,盘式液体再分布器,1.栅板型支承装置 填料支承栅板是最常用、结构最简单的填料支承装置，它是用扁钢条和扁钢圈焊接而成。塔径超过2000mm,应加支承板。,三、填料支承装置,栅条强度计算：简化为简支梁，作用于栅条上的总载荷为：P=PP+PL 式中：P栅条总载荷，PP栅条上填料重量，N H填料层高度，m L栅条长度，m t栅条间距，m p填料堆积密度，kg/m3 PL填料层持液量，N 对颗粒填料PL=3.43 HLt L 对丝网填料 P=0.49 HLt L L液体的密度，kg/m3,由于栅条上填料负荷分布的不均匀为安全起见，假定：抗弯截面模量:弯曲应力校核为:栅条高度:,式中 s 栅条厚度，m h 栅条高度，m C 腐蚀余量，m 弯曲应力，Pa 许用应力，Pa,2.气体喷射式支承板 是目前性能最好的散装填料支承装置，适用于直径1200mm以上的大塔。,单体梁之间的连结方式有：内联式和外联式 见下图,（一)填料压板 设计要点：1.填料压板直接置于填料层上，无须固定于塔壁，凭借自身重量限制填料的运动；2.压板的重量要适当，既能压住填料，又不至于压碎填料，重量一般为1100N/m2左右：,四、填料压板和床层限制板,3.压板具有高的自由截面，空隙率应大于70%（1）栅条压板 结构和尺寸可参照支承扎板，但重量需满足压板的要求。（2）丝网压板。如图9-48,（二）床层限制板 当塔径小于1200mm时，床层限制板的外径比塔的内 径小10至15mm；当塔径大于1200mm时，床层限制板的外径比塔的内径小25至38mm。,丝网限制板的结构及与塔壁的固定方式,二、进出料接管,一、丝网除沫器的结构,第四节 辅助装置及附件,三、裙座,栅板支架占的面积，不应大于丝网总面积的10%。丝网除沫器按其安装形式分为：升气管型、缩径型、全径型 如图9-50、51、52。以上三种形式的结构和尺寸，见化工行业标准HG5-1404、HG5-1405和HG5-1406。,一、丝网除沫器的结构,升气管型丝网除沫器,缩径型丝网除沫器,全径型丝网除沫器,1.进料管和回料管 常见的进料管分类：有直管和弯管结构形式。在物料清洁和有轻微腐蚀情况下，可不必采用可拆结构，将进料管直接焊在塔壁上，这时管子采用厚壁管为宜，弯管结构应考虑弯管能由接口内自由取出。,二、进出料接管,T型进料管，分为A型和B型两种如图所示为采用B型T型管作为回流管的结构。,2.塔底出料管 塔底出料管一般需要引出裙座外壁。当塔釜物料易堵或具有腐蚀性时，为便于检修，塔底出料管应采用法兰连接。在塔底出料的管口处，常设置防涡流挡板和防碎填料堵塞挡板。,3.气体进出口管（1）气体进口管(a)、(b)结构简单，用于气体分布要求不高的场合(c)常用于直径较大的塔中。进气管安装位置，应在塔釜最高液面之上的一定距离，以免产生冲溅、夹带现象。,（2）气体出口管,裙座的结构形式有：圆筒形和圆锥形两种，如图9-61,三、裙座,1.裙座与塔体的连接形式 可采用对接接头和塔接接头的形式。2.引出孔 塔底接管引出孔的有关尺寸参见JB4710 引出孔的加强管上，一般应焊有支撑板（当介质温度小于-20时，宜用木垫）支持板与引出管之间应预留有间隙，应考虑热膨胀的需要。,二、设计计算公式,一、计算步骤,第五节 塔的强度和稳定性计算简介,三、设计计算用图表,四、设计示例,塔的强度和稳定性计算的目的：确定出塔体、封头、裙座的壁厚，并使其满足强度和稳定性条件，以保证塔设备的安全性和可靠性,一、计算步骤,塔设备的强度和稳当性计算的步骤：1.按计算压力确定筒体、封头的有效壁厚Se和Seh;2.根据塔设备的设置地区和各种工况状态，选取若 干计算截面，计算各种载荷；3.设定各截面处有效壁厚Sei与裙座壳有效壁Ses,Sei应不小于Se，Ses应不小于6mm；,4.计算塔在各种载荷下的轴向应力；5.计算塔在各种载荷联合作用下的组和轴向应力，并应满足相应的强度和稳定性条件 否则重新设定壁厚，直至满足全部校核条件为止；6.按上述工况下的载荷，计算基础环、地脚螺栓。,（一）塔的载荷计算（二）塔体的轴向应力计算（三）塔的强度和稳定性校核（四）基础环设计（五）地脚螺栓设计 塔设备设置一定数量的地脚螺栓是为了固定设备位置，并防止其翻倒。,二、设计计算公式,