化工設備基礎ppt課件pptch8塔設備的機械設計

1 塔設備 2 第八章塔設備的機械設計 教學重點 板式塔的基本結(jié)構和塔設備的應力校核教學難點 風載荷的計算 3 第八章塔設備的機械設計 內(nèi)件 支座 附件 塔體 4 一 塔體厚度的計算 第一節(jié)塔體與裙座的機械設計 1 按計算壓力計算塔體及封頭厚度 2 塔體承受的各種載荷計算 5 如圖8 3 6 7 塔設備自重載荷的計算 m01 塔體重量 包括外殼及伸出的接管 m02 塔內(nèi)件重量m03 保溫層重量m04 平臺和扶梯的重量m05 物料重量me 偏心重量ma 附件重量 人孔 法蘭 mw 充水重量 8 塔設備在正常操作時的質(zhì)量 塔設備在水壓試驗時的最大質(zhì)量 塔設備在吊裝時的最小質(zhì)量 8 1 8 2 8 3 9 地震載荷 安裝在7度及7度以上地震烈度地區(qū)的塔設備必須考慮它的抗震能力 塔設備作為懸壁梁 在地震載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形 10 風載荷 作用之一 造成風彎矩 作用之二 卡曼渦街 圖8 5風載荷的分布 11 圖8 6卡曼渦街 12 圖8 7卡曼渦街 13 計算步驟 分段 圖8 8 選危險截面 0 0截面 塔設備的基底截面 1 1截面 裙座上人孔或較大管線引出孔處的截面 2 2截面 塔體與裙座連接焊縫處的截面 14 圖8 8風載荷計算簡圖 15 兩相鄰計算截面間的水平風力 8 4 式中 塔設備中第i段的水平風力 N 體型系數(shù) 取0 7 塔設備中第i計算段的風振系數(shù) 風壓高度變化系數(shù) 按表8 5查取 各地區(qū)的基本風壓 N m2 見表8 4 塔設備各計算段的計算高度 見圖8 8 mm 塔設備中第i段的有效直徑 mm 16 風彎矩 將塔設備沿高度分為若干段 則水平風力在任意截面處的風彎矩為 圖8 8所示 8 5 17 偏心載荷計算 定義 塔體上懸掛的再沸器 冷凝器等附屬設備或其它附件所引起的載荷 載荷產(chǎn)生的彎矩為 8 6 重力加速度 m s2 式中 偏心距 即偏心質(zhì)量中心至塔設備中心線間的距離 m 偏心彎矩 N m 18 3 塔體穩(wěn)定校核 計算壓力在塔體中引起的軸向應力 重量載荷及垂直地震力在塔體中引起的軸向應力 彎矩在塔體中引起的軸向應力 第一筒體軸向應力 19 20 軸向許用壓應力 第二 其中B為許用軸向壓縮應力 和B的確定參見本書第5章 21 第三 22 內(nèi)壓操作的塔設備 最大組合軸向壓應力出現(xiàn)在停車情況 23 外壓操作的塔設備 最大組合軸向壓應力出現(xiàn)在正常操作情況 24 4 塔體拉應力校核 計算壓力在塔體中引起的軸向應力 重量載荷及垂直地震力在塔體中引起的軸向應力 彎矩在塔體中引起的軸向應力 第一筒體軸向應力 25 第二 26 第三 最大組合拉應力的求法 27 內(nèi)壓操作的塔設備 最大組合軸向拉應力出現(xiàn)在正常操作情況 28 外壓操作的塔設備 最大組合軸向壓應力出現(xiàn)在停車情況 29 5 塔體最終厚度的確定 取上述三者中的最大值 作為塔體的有效厚度 按設計壓 力計算的塔體厚度 按穩(wěn)定條件驗算確定的厚度 按抗拉強度驗算條件確定的厚度 30 6 塔設備水壓試驗時的應力驗算 自閱 31 一 總體結(jié)構 第二節(jié)板式塔結(jié)構 1 塔體與裙座結(jié)構2 塔盤結(jié)構 塔盤板 降液管 溢流堰 緊固件和支承件 3 除沫裝置 用于分離氣體夾帶的液滴 多位于塔頂出口處 4 設備管道 人孔 接管等 5 塔附件 保溫圈 吊柱 扶梯 平臺等 圖8 15板式塔的總體結(jié)構 32 二 塔盤結(jié)構 塔盤實際上是塔中的氣 液通道 為了滿足正常操作要求 塔盤結(jié)構本身必須具有一定的剛度以維持水平 塔盤與塔壁之間要保持一定的密封性以避免氣 液短路 塔盤的結(jié)構有整塊式和分塊式兩種 33 1 整塊式塔盤 圖8 16定距管式塔盤結(jié)構 34 結(jié)構 塔體由若干塔節(jié)組成 內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤 塔節(jié)間用法蘭連接 重疊式 組裝方式 定距管式 1 整塊式塔盤 35 定距管式塔盤 用定距管和拉桿將同一塔節(jié)內(nèi)的幾塊塔盤支承并固定在塔節(jié)內(nèi)的支座上 定距管起支承塔盤和保持塔盤間距的作用 塔盤與塔體之間的間隙 以軟填料密封并用壓圈壓緊 見圖7 43 高度隨塔徑增加 塔徑DN 300 500mm時 塔節(jié)高度L 800 1000mm 塔徑DN 600 700mm時 塔節(jié)高度L 1200 1500mm 為方便安裝 每個塔節(jié)中的塔盤數(shù)為5 6塊 36 1 塔盤板2 降液管3 拉桿4 定距管5 塔盤圈6 吊耳7 螺栓8 螺母9 壓板10 壓圈11 石棉繩 圖8 17定距管式塔盤結(jié)構 37 2 分塊式塔盤 38 做成分塊式的原因 1 在工藝上 塔徑大 塔盤過大 分液不均勻 2 對碳鋼 塔板厚3 4mm 不銹鋼2 3mm 塔徑過大 易形成弧形 安裝時水平度不好 從剛度出發(fā) 仍要分塊 3 塔板過大 不能放進塔內(nèi) 因一般從人孔進出 人孔尺寸有限制 因而塔盤受此限制要分塊 與整塊式的區(qū)別 分塊式 無塔盤圈 有支持圈 支持板 無密封結(jié)構整塊式 有塔盤圈 無支持圈 支持板 有密封結(jié)構 39 塔盤板結(jié)構 主要有自身梁式和槽式 圖8 18塔盤板結(jié)構 40 41 圖8 19分塊式塔盤板 自身梁式 42 通道板 接近中央處設置 塔內(nèi)清洗和維修 在同一垂直位置上 以利采光和拆卸 也可用一塊塔盤板代替 見下圖 43 3 塔盤的支承 對直徑不大的塔 2000mm 塔盤的支承一般用焊在塔壁上的支持圈 對直徑較大的塔 2000 3000mm 需支承梁結(jié)構 44 第三節(jié)填料塔 填料塔在傳質(zhì)形式上與板式塔不同 它是一種連續(xù)式氣液傳質(zhì)設備 這種塔由塔體 噴淋裝置 填料 再分布器 柵板以及氣 液的進出口等部件組成 開發(fā)多種形式 規(guī)格和材質(zhì)的高效 低壓降 大流量的填料 2 與不同填料相匹配的塔內(nèi)件結(jié)構 3 填料層中液體的流動及分布規(guī)律 4 蒸餾過程的模擬 科技前沿 基本特點 圖8 20填料塔 45 一 噴淋裝置 要求 使整個塔截面的填料表面很好潤濕 結(jié)構簡單 制造維修方便 作用 噴出液體 使整個塔截面的填料很好潤濕 直接影響塔的處理能力和分離效率 1 噴灑型 管式噴灑器 環(huán)管多孔噴灑器 蓮蓬頭噴灑器 46 47 管式噴灑器 DN 300mm 可選用管式噴灑器 通過填料上的進液管 直 彎或缺口 進行噴灑 結(jié)構簡單 但噴淋面積較小且不均勻 圖8 21管式噴灑器 48 環(huán)管多孔噴灑器 DN 1200mm 可選用單環(huán)管多孔噴灑器 結(jié)構簡單 制造和安裝方便 缺點是噴灑面積小 不夠均勻 而且液體要求清潔 否則小孔易堵塞 環(huán)管下面開小孔 一般為3 5排 圖8 22環(huán)管多孔噴灑器 49 蓮蓬頭噴灑器 主要有半球形 碟形 杯形 優(yōu)點是結(jié)構簡單 制造安裝方便 缺點是小孔易堵塞 不適于處理污濁液體 一般可用于塔徑小于600mm的塔中 圖8 23蓮蓬頭噴灑器 50 2 溢流型 盤式分布器 圖8 24中央進料的盤式分布器 圖8 25有升氣管的盤式分布器 液體從中央進料管加到噴淋盤內(nèi) 然后從噴淋盤上的降液管溢流 51 槽式分布器 主要用于DN 1000mm的塔 其優(yōu)點是自由截面大 適應性好 處理量大 操作彈性大 其結(jié)構見 圖8 52 液體先加入分配槽 然后再由分配槽的開口處到噴淋槽 噴淋槽上有堰口 兩側(cè)有三角形或矩形的開口 各開口的下緣應位于同一水平面上 再由此溢流到填料上 圖8 26分布槽 52 圖7 27槽式孔流分布器 1 主槽 2 分槽 53 3 沖擊型 圖8 28反射板式噴淋器 54 二 液體再分布器 圖8 29分配錐 55 1 設置原因 當液體流過填料層時 流體慢慢地會從器壁流走 壁流 現(xiàn)象產(chǎn)生 使液體分布不均勻 塔中央部分填料可能沒有潤濕 起不到作用 降低了整個塔的效率 2 主要作用 將上層填料流下的液體收集 再分布 避免塔中心的填料不能被液體濕潤而形成 干錐 56 3 典型結(jié)構 圖8 2