化工设备设计基础济南大学ppt课件.ppt

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1、4 塔设备设计,4.1 概述4.2 板式塔及其结构设计4.3 填料塔及其结构设计 4.4 其他结构设计4.5 板式塔设计举例 本章主要通过板式塔的设计实例来学习和掌握塔设备的结构设计及计算步骤。,题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计,设计条件： 塔径2000mm 塔高20.35m（20m） 工作压力0.5Mpa 工作温度110 介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8) 地点：济南 基本风压400pa 地震烈度8级 塔板距0.459+0.7m 周而复始,各接管： DN DN裙座人孔 400 回流100温度 32 取样25进气450 液面计15进料100 出料125压力计25 人孔450出气150,设计步

2、骤,1、将塔器当作容器，按设计压力求其壁厚；2、寻找危险截面，分析其危险因素；3、将各危险因素叠加起来，进行强度和稳定性校核，对拉应力进行强度校核，对压应力，应同时满足强度和稳定条件；4、校核地脚螺栓的个数及其直径。,00截面：底面基准 11截面：裙座人孔 22截面：塔、座焊缝 33截面：第二人孔下 44截面：顶面,一、塔体选材,据工作压力0.5Mpa,工作温度110，属低压常温。工作介质微腐，故选Q235A。,补充：低温：420 ,二、按设计压力计算筒体和封头壁厚,1、筒体壁厚 设 P设计压力，应略大于工作压力； P=0.51.15=0.5750.58MPa,则，查取查,2、封头壁厚采用标准

3、椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。,三、各种载荷计算,1、设备自重（1）塔体重m1 其中,（2）补充：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

4、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。,自身梁 一种防止弯曲的手段。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。通道板 无自身梁弓形板 弦边为自身梁结构,5）塔板的连接与紧固A、固定件 焊在塔壁上B、紧固件 塔板与支持板、塔板与受

5、液盘、通道板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。 弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。,（回题） （2）内构件重,查P151表4-2，取浮阀塔盘重79kg/m2由工艺条件知共30个塔盘则,（3）保温层重,取保温层厚度0.1m，密度300kg/m3 （JB）,(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，平台自重查P151表4-2。q=150,（5）物料重,塔盘充液重查P151表4-2,取q=70塔釜液面高1.8m,（6）附件重,各种管口（人孔、接管、法兰）估计取,（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,2、风载,先确定最危险界

6、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,（1）各段风载,以3-4段为例：1、K1 空气动力系数，又名形状系数，风吹在不同的凹凸面上会产生不的风力，对于圆形，取0.7；,2、K2 风振系数，风速是脉动的，这种脉动离地越近，受建筑物影响越大，离地越远，脉动越小，这用高度系数 校正。（P153),另外，塔的振动影响了风载，这种影响动荷系数 与塔的自振周期T有关。,查查3、4、5、,6、,(2)各段风弯矩前面我们求出了各段的风力 ， 怎样破坏塔体？显然是要把塔吹弯。所以要研究风力产生的弯矩：弯矩=力矩,3、地震载荷,题外补充地震以波的形式向四周传播破坏，对建筑物来说，以水平振

7、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； a地震影响系数,1）据地震烈度查表4-8，选2）再据T和基质查图4-48得 之系数3）本题中，据地震烈度 -查表4-8得T=0.38s按二类场地-查图4-48得系数0.8故：,P155表4-9的解释（参考）一类场地：微风化和中等风化的基石；三类场地：饱和松沙、淤泥和淤泥质土、充填土等；二类场地：除一、三类外的一级稳定土。,（2）多质点弹性体系的水平地震力,全塔质量不集中于一点，将塔分成几段，求作用在质点K（K段）的震力（由K段振型系数校正，它包括了各i段对K段的影响）。,对质量沿高度均布的等截面塔：,

8、（3）地震弯矩,截面i-I的震矩为自i以上至n各段震力对其力矩之和：其中，hi-i面距地高度,对等径、等厚之塔：式中H、h的单位是mm m的单位是kg上式为国际单位 注意：,（4）偏心载荷,（回题）3、地震载荷,因为是等直径等壁厚的塔设备，所以,4、各危险段最大弯矩,四、各载产生的轴向应力,1、设计压力产生的轴向应力,2、操作重量产生轴向压应力,3、最大弯矩产生的轴向应力,同样的弯矩作用于不同的杆件会产生不同的结果，这说明弯曲还与杆的横截面的面积、形状及方向有关。这种横截面的影响叫截面模量。,危险截面轴向应力计算值,五、按组合轴向应力验算塔体和裙座壁厚,1、按轴向拉应力验算筒体壁厚取筒体危险截

9、面2-2，其拉应力强度条件：,左边：29-5.8+18.4=41.6Mpa右边：1130.8=90.4Mpa左边右边 故满足条件。,2、按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚（1）验算筒体危险截面2-2的组合轴向压应力，其强度和稳定条件为：,左边：5.8+18.4=24.2Mpa右边：许用应力为113Mpa，而0.06200000 0.01/1=120Mpa因为24.2113，所以满足条件,2）验算裙座危险截面1-1轴向压应力,左边=5.8+24.7=30.5右边= 113所以满足条件,（3）0-0截面验算,左边=5.8+22.8=28.6右边= 113所以满足条件,3、验算水压试验应力,(1)强

10、度验算1）环向拉应力,2）最大组合轴向拉应力（P157公式434）,3）塔充水后（未加压）最大质量和最大弯矩在壳体中引起的组合轴向压应力(P157公式4-35),六、基础环设计,1、选取基环直径（1）外径（2）内径,2、基础环厚度计算无筋板时,有筋板时，可增加裙座底部刚性，减薄厚度。关于b和L看P159图4-55,混凝土设计强度,当采用有筋板的基础环时，,七、地脚螺栓直径的计算,底座环上最大拉应力（由螺栓承担）：,八、焊缝结构设计,裙座与筒体的连接焊缝采用对接焊。不需要验算。,课程设计,一、设计题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计二、设计条件：塔径2000mm 塔高40m 设计压力1.0Mpa 设计温度120 介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8) 地点：洛阳 地震烈度8级,