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1、 第八章第八章 塔设备的机械设计塔设备的机械设计第一节第一节 概述概述目录第四节第四节 辅助装置及附件辅助装置及附件第二节第二节 板式塔结构设计板式塔结构设计第三节第三节 填料塔结构设计填料塔结构设计第五节第五节 塔的强度和稳定性计算简介塔的强度和稳定性计算简介二、二、塔设备机械设计的基本内容塔设备机械设计的基本内容一、一、塔设备机械设计的基本要求塔设备机械设计的基本要求第一节第一节 概述概述 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
2、，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、塔盘的机械计算二、塔盘的机械计算一、一、塔盘塔盘第二节第二节 板式塔结构设计板式塔结构设计三、塔盘构件的最小厚度三、塔盘构件的最小厚度四、塔节简介四、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
3、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。
4、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
5、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
6、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、塔节简介二二.液体收集及再分布装置液体收集及再分布装置一、液体分布装置一、液体分布装置第三节第三节 填料塔结构设计填料塔结构设计三、填料支承装置三、填料支承装置四、填料压板和床层限制板四、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
7、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 一般取塔内径的 3.盘式孔流型液体
8、分布器 分布盘直径DT）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
9、；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
10、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，Pa2.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
11、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、进出料接管二、进出料接管一、丝网除沫器的结构一、丝网除沫器的结构第四节第四节 辅助装置及附件辅助装置及附件三、裙座三、裙座 栅板支架占的面积，不应大于丝网总面
12、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
13、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
14、虑热膨胀的需要。二、设计计算公式二、设计计算公式一、计算步骤一、计算步骤第五节第五节 塔的强度和稳定性计算简介塔的强度和稳定性计算简介三、设计计算用图表三、设计计算用图表四、设计示例四、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