脫輕組分塔設(shè)計(jì)

長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章緒論1.1選題的依據(jù)塔設(shè)備是化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門中一種重要的單元操作設(shè)備。它在化工、煉油等工業(yè)部門應(yīng)用量大、量廣。塔設(shè)備無(wú)論是投資費(fèi)用還是所消耗的鋼材量，在整個(gè)過(guò)程設(shè)備中所占的比例都相當(dāng)高，如在化工及石油化工行業(yè)，塔設(shè)備投資比例占25.4%，在煤油及煤化工行業(yè)占34.85%，在化纖行業(yè)占44.9%等。塔設(shè)備的作用是實(shí)現(xiàn)氣液相或液液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的。塔設(shè)備廣泛用于蒸餾、吸收、介吸、萃取、氣體的洗滌、增濕及冷卻等單元操作中，它的操作性能好壞，對(duì)整個(gè)裝置的生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、成本以及環(huán)境保護(hù)、“三廢”處理等都有較大的影響。因此對(duì)塔設(shè)備的研究一直是工程界所關(guān)注的熱點(diǎn)，隨著石油、化工的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的合理造型及設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到關(guān)注和重視。填料塔70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，出現(xiàn)過(guò)許多新型塔板。70年代初能源危機(jī)的出現(xiàn)，突出了節(jié)能問(wèn)題。隨著石油化工的發(fā)展，填料塔日益受到人們的重視，此后的20多年間，填料塔技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，涌現(xiàn)出不少高效填料與新型塔內(nèi)件，特別是新型高效規(guī)整填料的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，沖擊了蒸餾設(shè)備以板式塔為主的局面，且大有取代板式塔的趨勢(shì)。最大直徑規(guī)整填料塔已達(dá)14～20m，結(jié)束了填料塔只適用于小直徑塔的歷史。這標(biāo)志著填料塔的塔填料、塔內(nèi)件及填料塔本身的綜合設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新階段?？v觀填料塔的發(fā)展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始終十分活躍，尤其是新型規(guī)整填料不斷涌現(xiàn)，所以當(dāng)時(shí)有人說(shuō)是規(guī)整填料的世界。但就其整體來(lái)說(shuō)，塔填料結(jié)構(gòu)的研究又始終是沿著兩個(gè)方面進(jìn)行的，即同步開(kāi)發(fā)散堆填料與規(guī)整填料[1,2]。另一個(gè)研究方向是進(jìn)行填料材質(zhì)的更換，以適應(yīng)不同工藝要求，提高塔內(nèi)氣液兩相間的傳質(zhì)效果，以及對(duì)填料表面進(jìn)行適當(dāng)處理(包括在板片上碾壓細(xì)紋或麻點(diǎn)，在板片上粘接石英砂，表面化學(xué)改性等)，以改變液相在填料表面的潤(rùn)濕性[3-5]。1.2課題研究現(xiàn)狀我國(guó)塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。新中國(guó)成立以后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陸續(xù)建立了一批現(xiàn)化的石油化工代裝置。隨著這些裝置引進(jìn)的新型塔設(shè)備，不僅在操作、使用這些設(shè)備方面提供了大量的第一手資料，還帶動(dòng)了塔設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)工作，加速了這方面技術(shù)的開(kāi)發(fā)。目前，我國(guó)常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌型塔等，填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。近年來(lái)，參考國(guó)外塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，加強(qiáng)了對(duì)篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型。對(duì)多降液管塔盤、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等，也做了較多的研究，并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。其他如大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開(kāi)孔率篩板、浮閥-篩板復(fù)合塔盤，以及噴杯塔盤、角鋼塔盤、旋流塔盤、噴旋塔盤、旋葉塔盤等多種塔型和金屬鞍環(huán)填料的流體力學(xué)性能、傳質(zhì)性能和幾何結(jié)構(gòu)等方面的試驗(yàn)工作，也在進(jìn)行，有些已取得了一定的成果或應(yīng)用于生產(chǎn)。從塔設(shè)備的化工設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)也做出了不斷的改進(jìn)，并陸續(xù)引進(jìn)了一些新的方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。特別是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化工設(shè)計(jì)中計(jì)算工作量極大的逐板計(jì)算法，已能快速而方便的得到滿意的結(jié)果。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，電子計(jì)算機(jī)也可以把受載情況異常復(fù)雜的塔設(shè)備強(qiáng)度問(wèn)題，逐項(xiàng)加以考慮，并做出詳細(xì)的計(jì)算?，F(xiàn)有全國(guó)化工設(shè)計(jì)設(shè)備技術(shù)中心站組織編制的壓力容器強(qiáng)度計(jì)算軟件SW6中可對(duì)設(shè)備強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算。目前正在考慮作塔設(shè)備的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.3課題研究意義本設(shè)計(jì)的題目來(lái)自于生產(chǎn)實(shí)踐，主要涉及脫輕組分塔的設(shè)計(jì)，主要解決的問(wèn)題是該設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算和計(jì)算輔助造型。通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生壓力容器設(shè)計(jì)的技能以及獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力，樹(shù)立明確的設(shè)計(jì)思想，掌握化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)的基本方法及步驟，為今后創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)化工設(shè)備及機(jī)械打下一定的基礎(chǔ)。1.4設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求1.4.1題目?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)一臺(tái)脫輕組分塔，對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和校核，并對(duì)脫輕組分塔的附屬設(shè)備進(jìn)行選擇。脫輕組分塔的原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：設(shè)計(jì)壓力：0.8MPa操作溫度：140℃物料名稱：C4～C6塔徑：Φ600塔高：36710mm1.4.2具體要求：1、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)比國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀提出合理可行的開(kāi)題報(bào)告；2、按畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范要求撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，要求內(nèi)容完整，計(jì)算正確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，字?jǐn)?shù)不少于15000漢字符；3、繪制總裝配圖、零部件圖、折合A0圖紙不少于3張；4、英文文獻(xiàn)資料翻譯（英譯漢）（2萬(wàn)英文字符）；5、文獻(xiàn)綜述（2000漢字）；6、脫輕組分塔的設(shè)計(jì)和計(jì)算符合GB150-1998、JB/T4710-2005等壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。第2章塔的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1筒體的結(jié)構(gòu)形式選擇圓筒按其結(jié)構(gòu)可分為單層式和組合式兩大類。=1\*GB3①單層式筒體。筒體的器壁在厚度方向是由一整體材料所構(gòu)成，也就是器壁只有一層。單層筒體按制造方式又可分為單層卷焊式、整體鍛造式、鍛焊式等幾種。其中單層卷焊式結(jié)構(gòu)是目前制造和使用最多的一種筒體形式，它采用鋼板在大型卷扳機(jī)上卷成圓筒，經(jīng)焊接縱焊縫成為筒節(jié)，然后與封頭或端部法蘭組裝焊接成容器。而整體鍛造式結(jié)構(gòu)是最早采用的筒體型式，制造時(shí)筒體與法蘭可整鍛為一體或用螺紋連接，整個(gè)筒身沒(méi)有焊縫。焊接技術(shù)發(fā)展后出現(xiàn)了分段鍛造，然后焊接拼合成整體的鍛焊式筒體。通常，整體鍛造式和鍛焊式筒體主要用語(yǔ)高壓和超高壓容器中。整體鍛造式筒體的材料金相組織致密，強(qiáng)度高，因而質(zhì)量較好，特別適合于焊接性能較差的高強(qiáng)度綱所制造的超高壓容器。但制造時(shí)需要非常大的冶煉、鍛壓和機(jī)加工設(shè)備，材料消耗量大，鋼材利用率，機(jī)加工量大，故一般只用于內(nèi)徑D300～800mm、長(zhǎng)度不超過(guò)12mm的小型超高壓容器。②組合式筒體。筒體的器壁在厚度方向是由兩層或兩層以上互不連續(xù)的材料構(gòu)成。組合式筒體按其結(jié)構(gòu)和制造方式又可分為多層式和纏繞式兩大類。分析以上幾種形式結(jié)合填料塔的設(shè)計(jì)條件選擇單層式筒體比較合適。2.2封頭形式的選擇壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來(lái)決定。在此設(shè)計(jì)中選擇橢圓形封頭，橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成，直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。2.3裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塔體常用裙座支承，裙座的結(jié)構(gòu)有兩種形式，一般為圓筒型，由于裙座與介質(zhì)不直接接觸，也不承受容器內(nèi)的介質(zhì)壓力，因此可不受壓力容器用材所限制，可以選用較經(jīng)濟(jì)的非受壓元件碳素鋼材料，但由于裙座對(duì)整個(gè)塔器而言是個(gè)至關(guān)重要的元件，支撐整個(gè)塔器，如它破壞將直接影響塔器的正常使用，并且裙座所耗費(fèi)的材料對(duì)整個(gè)塔而言不多，提高它的用材要求，在經(jīng)濟(jì)上不會(huì)造成太多的費(fèi)用。裙座的選材除滿足載荷要求外，還需要考慮到塔的操作工況、塔釜封頭的材料等因素。對(duì)于在室外操作的塔，還要考慮環(huán)境和溫度。常用的裙座材料為Q235-B和16MnR。當(dāng)裙座設(shè)計(jì)溫度低于0℃時(shí)，材料的選擇及檢驗(yàn)要求按照GB150《鋼制壓力容器》，至材料應(yīng)具有在相應(yīng)溫度下的沖擊韌性要求。塔釜封頭的材料為低合金高強(qiáng)度鋼、高合金鋼或塔體要整體熱處理時(shí)裙座頂部應(yīng)增設(shè)與塔釜封頭相同材料的短節(jié)，以保證塔釜封頭與裙座焊接時(shí)的封頭質(zhì)量。操作溫度低于0℃或高于350℃時(shí)，短節(jié)長(zhǎng)度應(yīng)以溫度影響范圍確定。當(dāng)不做這項(xiàng)計(jì)算時(shí)，短節(jié)的長(zhǎng)度一般取保溫層厚度的4倍，且不小于500mm。碳鋼裙座應(yīng)考慮腐蝕裕度，其值不小于2mm。此設(shè)計(jì)中選擇圓筒型裙座。2.4法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在石油、化工設(shè)備和管道中，由于考慮到生產(chǎn)工藝的要求，或者制造、運(yùn)輸、安全檢修的方便，常采用可拆的結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的可拆結(jié)構(gòu)有法蘭聯(lián)接，螺紋聯(lián)結(jié)和插套聯(lián)結(jié)等。由于法蘭聯(lián)結(jié)有較好的強(qiáng)度和緊密性，而且適用的尺寸范圍較廣，在設(shè)備和管道上都能應(yīng)用，所以，法蘭聯(lián)結(jié)用的普通。法蘭聯(lián)結(jié)的特點(diǎn)是不能很快的裝配與拆開(kāi)，而且制造成本較高。設(shè)備法蘭與管道法蘭均已指定出標(biāo)準(zhǔn)，在很大的公稱直徑與公稱壓力范圍內(nèi)的法蘭都可直接查取。只有少量超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的法蘭才需要進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。法蘭聯(lián)結(jié)是由一對(duì)法蘭，數(shù)個(gè)螺栓、螺母和一個(gè)墊片組成。法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下，把處于法蘭壓緊面的墊片壓緊。并填滿法蘭密封表面上的壓力必須達(dá)到一定的數(shù)值才能是墊片變形，并填滿法蘭密封表面上的凹低不平處。所需要的這個(gè)壓緊應(yīng)力叫做墊片的比壓力。它與墊片材料有關(guān)，例如橡膠石棉。設(shè)備或管道在開(kāi)工操作以前，就應(yīng)將墊片壓緊。顯然，當(dāng)墊片材料選定后，墊片越寬，墊片所需的總壓緊力就越大，從而螺栓及法蘭的尺寸也要求越大。所以，墊片不能太寬。更不能把整個(gè)法蘭面都鋪滿墊片。第3章填料塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1塔填料的選擇塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)元件，是填料塔的核心部件。其種類繁多，性能上各有差異。按填料的結(jié)構(gòu)及其使用方式可分為散堆填料和規(guī)整填料兩大類。每一類中又有不同的結(jié)構(gòu)系列，同一結(jié)構(gòu)系列中有不同的尺寸和不同的材料，可供設(shè)計(jì)時(shí)選用。塔填料的性能主要指塔填料的流體力學(xué)性能和質(zhì)量傳遞性能。性能優(yōu)良的塔填料應(yīng)具有良好的流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能，一般應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）具有較大的比表面積；（2）表面的潤(rùn)濕性能好，有效傳質(zhì)面積大；（3）結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布；（4）液相淋灑在填料層上時(shí)填料層內(nèi)的持液量適宜；（5）具有較大的空隙率，氣體通過(guò)填料層時(shí)壓降小，不易發(fā)生液泛現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)的塔填料采用陶瓷。3.2液體分布裝置的選擇填料塔操作時(shí)，在任意橫截面上，保證氣液的均勻分布都是十分重要的。對(duì)于任一裝填完畢的填料塔，氣速的分布是否均勻，主要取決于液體分布的均勻程度。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。實(shí)際上，液體初始不良分布相當(dāng)于損失了一段填料高度。因此，正確設(shè)計(jì)液體分布裝置是十分重要的。設(shè)計(jì)原則：為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)添加單位面積上的噴淋點(diǎn)數(shù)。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點(diǎn)設(shè)計(jì)的很多，同時(shí)，如果噴淋點(diǎn)數(shù)過(guò)多，勢(shì)必每一股液流的流量過(guò)小，亦難以保證均勻分配。此外，不同填料對(duì)液體均勻分布的要求也有差別：如高效填料，因液體不均勻分布對(duì)效率的影響十分敏感，故應(yīng)有較為嚴(yán)格的均布要求。為了滿足不同塔徑、不同液流量以及不同均布程度的要求，液體分布裝置有多種結(jié)構(gòu)形式。其中溢流型分布裝置是目前廣泛應(yīng)用的分布器，特別適用于大型填料塔。它的優(yōu)點(diǎn)是：操作彈性大、不易堵塞、操作可靠和便于分塊安裝等。因此，此次設(shè)計(jì)選擇溢流型分布裝置。3.3填料支撐裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則:填料支撐裝置對(duì)填料塔的操作性能具有很大的作用?？v使填料本身的通過(guò)能力很大，如果制成裝置設(shè)計(jì)不當(dāng)，液泛仍將提前到來(lái)，使塔的生產(chǎn)能力降低。因此設(shè)計(jì)合理的支撐結(jié)構(gòu)是非常重要的。對(duì)填料支撐的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度以支撐填料的重量；提供足夠大的自由截面，盡量減小氣液兩相的流動(dòng)阻力；有利于液體的在分布；耐腐蝕性能好；便于用各種材料制造；以及安裝拆卸方便等。氣體噴射式支撐板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：對(duì)氣體和液體提供了不同的通道，于是氣體容易進(jìn)入填料層內(nèi)，而液體也可自由排除，既避免了液體在板上的積聚，又有利于液體的均勻在分布，所以選擇氣體噴射式支撐板。3.4液體再分布裝置的設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，當(dāng)噴淋液體延填料層向下流動(dòng)時(shí)不能保持噴淋裝置所提供的原是均勻分布狀態(tài)，液體有向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)。因而導(dǎo)致壁流增加、填料主題的流量減少，影響了流體延塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。產(chǎn)生液體壁流的原因十分復(fù)雜，一般解釋為塔壁區(qū)空隙率較大所至。實(shí)際上，塔壁和填料的曲率半徑不同，毛細(xì)現(xiàn)象及潤(rùn)濕能力差異等均起著重要的影響。同時(shí)，由于主體區(qū)于塔壁區(qū)流動(dòng)條件不同產(chǎn)生的徑向推力，亦將導(dǎo)致壁流。塔體的傾斜，保溫不良等因素，將使壁流現(xiàn)象加劇。到目前為止，尚不能完全消除壁流效應(yīng)，為了提高塔的傳質(zhì)效果，填料層必須分段，在各段填料之間安裝液體再分布裝置，其作用是收集上一填料層來(lái)的液體，并為下一填料層建立均勻的液體分布。設(shè)置再分布裝置是十分重要的，對(duì)蒸餾操作尤為必要。不適當(dāng)?shù)娜∠俜植佳b置，將嚴(yán)重影響分離效率。通過(guò)對(duì)典型液體再分布裝置結(jié)構(gòu)的了解，選擇多孔盤式再分布器合適。3.5填料壓板及床層限制板的選擇對(duì)任何一個(gè)填料塔，均需安裝填料壓板或床層限制板。填料壓板的重量較輕，它固定在塔壁上，對(duì)填料層起限制作用。安裝時(shí)位置要準(zhǔn)確，在確保限位的情況下，不應(yīng)對(duì)填料層施加過(guò)大的附加載荷。采用柵條壓板。3.6氣體的入塔分布設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。氣體經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)突然擴(kuò)大，損失了一部分壓頭。為了減小突然擴(kuò)大造成的壓頭損失，應(yīng)盡可能降低進(jìn)氣管內(nèi)的氣體流速，適宜的管內(nèi)氣體流速，適宜的管內(nèi)氣速為10～18m/s。此外，較低的入口氣速有利于氣體在塔內(nèi)的均勻分布。入塔氣體的均勻分布程度，主要取決于氣體通過(guò)填料層的壓力降與輸入氣體動(dòng)壓頭之間的比值，比值越大越有利于均勻分布。第4章筒體的計(jì)算4.1第一段筒體校核計(jì)算條件計(jì)算壓力P=0.80MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00內(nèi)徑=1000.00mm材料16MnR(熱軋)(板材)鋼板負(fù)偏差C=0.00mm腐蝕裕量C=2.00mm焊接接頭系數(shù)=0.854.1.1厚度及重量計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)溫度查GB150-1998表4-1得：試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)=345.00MPa計(jì)算厚度=mmGB150-1998式5-1有效厚度mm名義厚度mm重量G=536.93Kg4.1.2壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)壓力值MpaGB1501998式3-3壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力MpaGB150-1998式3-7由于校核條件是所以符合壓力條件合格4.1.3壓力及應(yīng)力計(jì)算查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表5.3.2中公式：最大允許工作壓力MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算壓力MPa校核條件是MPa筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度5.00mm驗(yàn)證合格4.2第二段筒體校核計(jì)算條件計(jì)算壓力P=0.80MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00內(nèi)徑=600.00mm材料16MnR(熱軋)(板材)鋼板負(fù)偏差C=0.00mm腐蝕裕量C=2.00mm焊接接頭系數(shù)=0.854.2.1厚度及重量計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)溫度查GB150-1998表4-1得：試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)=345.00MPa計(jì)算厚度=mmGB150-1998式5-1有效厚度mm名義厚度mm重量G=683.71Kg4.2.2壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核試驗(yàn)壓力值MpaGB1501998式3-3壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力MpaGB150-1998式3-7由于校核條件是所以符合壓力條件合格4.2.3壓力及應(yīng)力計(jì)算查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表5.3.2中公式：最大允許工作壓力MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算壓力MPa校核條件是MPa筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度5.00mm驗(yàn)證合格4.3變徑段校核計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc=1.8MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00℃錐殼大端直徑Di=1000.00mm錐殼小端直徑Dis=600.00mm錐殼大端轉(zhuǎn)角半徑r=100.00mm錐殼小端轉(zhuǎn)角半徑＝60.00mm錐殼計(jì)算內(nèi)直徑Dc=920.00mm錐殼半頂角=53.13°材料名稱16MnR(熱軋)材料類型板材實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa實(shí)驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s=345.00MPa鋼板負(fù)偏差C=0.00mm腐蝕裕量C=2.00mm焊接接頭系數(shù)=0.85錐殼厚度計(jì)算：錐殼mm錐殼大端過(guò)渡段厚度K系數(shù)K＝1.1057過(guò)渡段相連錐殼f系數(shù)計(jì)算厚度＝9.65mm錐殼小端計(jì)算厚度并且需要加強(qiáng)應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)Q＝3.91錐殼加強(qiáng)段長(zhǎng)度圓筒加強(qiáng)段長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果：錐殼名義厚度10.00mm錐殼大端名義厚度7.00mm錐殼小端名義厚度15.00mm第5章封頭的計(jì)算計(jì)算條件計(jì)算壓力0.80MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00內(nèi)徑600.00mm曲面高度=150.00mm材料16MnR(熱軋)(板材)實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa鋼板負(fù)偏差0.00mm腐蝕裕量2.00mm焊接接頭系數(shù)0.855.1厚度及重量計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)溫度查GB150-1998表4-1得：試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[]=170.00MPa形狀系數(shù)計(jì)算厚度mmGB150-1998式7-2名義厚度mm有效厚度mm最小厚度mm滿足最小厚度要求合格重量20.44Kg5.2壓力計(jì)算最大允許工作壓力MPa滿足條件要求合格第6章塔設(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和穩(wěn)定校核公稱直徑：塔高：36710mm6.1塔重的計(jì)算①裙座、塔體：、，得：1m高筒節(jié)重150kg

故：②封頭：③法蘭：④視鏡：⑤補(bǔ)強(qiáng)圈：⑥塔板：⑦接管：公稱直徑外徑壁厚內(nèi)孔截面積長(zhǎng)度重量32383.57.554001.19250573.519.641600.7471501594.5176.722504.2950573.519.648503.933202532.842500.408所以：⑧保溫層：選用瀝青玻璃氈，取容重、⑨物料：a.塔盤上：精餾段+提餾段b.停留液：故：⑩水壓實(shí)驗(yàn)是水重：故：操作時(shí)重（含介質(zhì)）水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)重（不含介質(zhì)）：吊裝時(shí)的重量（不含介質(zhì)和水）：塔底處重量（除去裙座）：6.2筒體的校核①②自振周期：，選，取第一振型，由式1-36③風(fēng)載荷：a.載荷：（吉林地區(qū)）由式1-63，，表1-7有，則：由式1-64，，取，查表1-8，表1-9得：、故：=1.35765b.彎距：式1-65，人孔處：焊縫處：（4）地震矩：查表1-10，按圖1-48，II類場(chǎng)地，因：由于故考慮到高振型影響。由式1-81-83，中下部11-1裙座底（5）筒體拉應(yīng)力及穩(wěn)定性驗(yàn)算：a.設(shè)計(jì)壓力產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力：式1-85.b.設(shè)備質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力：式1-86c.最大彎距引起的軸向應(yīng)力：式1-87==所以：d.最大組合應(yīng)力：式1-88}（取k=1.2）=33.6故。（6）筒體水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力驗(yàn)算：a.強(qiáng)度驗(yàn)算：b.穩(wěn)定驗(yàn)算：6.3輔助裝置及附件的設(shè)計(jì)6.3.1裙座圈計(jì)算a.操作時(shí)的壓應(yīng)力驗(yàn)算：=23540.7335Nmb.水壓試驗(yàn)時(shí)壓應(yīng)力驗(yàn)算：6.3.2地腳螺栓計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)尺寸：所以：a.求風(fēng)向側(cè)最大拉應(yīng)力：風(fēng)載荷時(shí)：同時(shí)受地震載荷時(shí)：取地腳螺栓八個(gè)，=0.01726選用M24。6.3.3基礎(chǔ)環(huán)的計(jì)算．求作用在基礎(chǔ)環(huán)上的最大壓應(yīng)力式1-98操作時(shí)：水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)：所以．基礎(chǔ)環(huán)厚度：外緣長(zhǎng)：在兩個(gè)地腳螺栓間設(shè)置筋板，其間距。，故由表1—11查得：故考慮到腐蝕裕量；取6.3.4對(duì)接焊縫的校核故裙座焊縫安全。1、法蘭型式及壓緊面形式選擇：因換熱器設(shè)計(jì)壓力及設(shè)計(jì)溫度較低，故用甲型平焊法蘭，壓緊面為凹凸面，尺寸如下：采用螺栓20個(gè)。2．墊圈的選用：因換熱器的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度均較低，選用石棉橡膠板非金屬軟墊片，尺寸為，。壓緊面有效密封面寬度：。最大

直徑：3．螺栓強(qiáng)度計(jì)算：①預(yù)緊時(shí)：②操作時(shí)：=螺栓材料選用35號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼,,在100℃時(shí)，,所以：為計(jì)算載荷。則：故螺栓強(qiáng)度足夠。螺栓中心間距為；，符合要求。4．法蘭強(qiáng)度計(jì)算：①預(yù)緊時(shí)：②操作時(shí)：，所以取形狀系數(shù)，平焊法蘭，活套法蘭則：，，，，查圖，，，，法蘭強(qiáng)度足夠。第7章開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算7.1第一類接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算設(shè)計(jì)條件接管:m，計(jì)算壓力1.1MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)(板材)殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑1000mm殼體開(kāi)孔處名義厚度8mm殼體厚度負(fù)偏差0.00mm殼體腐蝕裕量mm殼體材料許用應(yīng)力MPa接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度200mm接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管焊接接頭系數(shù)1接管腐蝕裕量2mm接管厚度負(fù)偏差0mm接管材料許用應(yīng)力170MPa殼體計(jì)算厚度：查GB150-1998表7-2得mmGB150-1998式8-2接管計(jì)算厚度mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)開(kāi)孔直徑d=mmd=398mm<mm滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的運(yùn)用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管計(jì)算厚度＝1.48mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度mmmmGB150-1998式8-7取兩者中大值B=920mm有效高度：外側(cè)有效高度取小值故GB150-1998式8-8內(nèi)側(cè)有效高度取小值故GB150-1998式8-9封頭有效厚度mm開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積=mm殼體多余金屬面積接管多余金屬面積補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積mmmm，大于，所以補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需要另加補(bǔ)強(qiáng)。7.2第二類接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管e設(shè)計(jì)條件計(jì)算壓力MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)(板材)殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑mm殼體開(kāi)孔處名義厚度mm殼體厚度負(fù)偏差mm殼體腐蝕裕量mm殼體材料許用應(yīng)力MPa接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度200mm接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管焊接接頭系數(shù)1接管腐蝕裕量2mm接管厚度負(fù)偏差1mm接管材料許用應(yīng)力130Mpa殼體計(jì)算厚度：查GB150-1998表7-2得查GB150-1998表4-116MnR表4-320管材（GB8163）mmGB150-1998式8-2接管計(jì)算厚度mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)開(kāi)孔直徑d=mmd=209mm<mm滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的運(yùn)用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管有效厚度mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度mmmmGB150-1998式8-7取兩者中大值B=418mm有效高度：外側(cè)有效高度取小值故GB150-1998式8-8內(nèi)側(cè)有效高度取小值故GB150-1998式8-9封頭有效厚度mm開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積=mm殼體多余金屬面積接管多余金屬面積補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積mmmm，大于，所以補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需要另加補(bǔ)強(qiáng)。7.3第三類接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管k設(shè)計(jì)條件計(jì)算壓力MPa設(shè)計(jì)溫度t=140.00殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)(板材)殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑mm殼體開(kāi)孔處名義厚度mm殼體厚度負(fù)偏差mm殼體腐蝕裕量mm殼體材料許用應(yīng)力MPa接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度200mm接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管焊接接頭系數(shù)1接管腐蝕裕量2mm接管厚度負(fù)偏差0.625mm接管材料許用應(yīng)力130Mpa殼體計(jì)算厚度：查GB150-1998表7-2得查GB150-1998表4-116MnR表4-320管材（GB8163）mmGB150-1998式8-2接管計(jì)算厚度mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)開(kāi)孔直徑d=mmd=209mm<mm滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的運(yùn)用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。接管有效厚度mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度mmmmGB150-1998式8-7取兩者中大值B=228.3mm有效高度：有效外伸長(zhǎng)度取小值故GB150-1998式8-8封頭有效厚度mm開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積=mm殼體多余金屬面積接管多余金屬面積補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積mmmm，大于，所以補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需要另加補(bǔ)強(qiáng)。第8章塔設(shè)備制造檢驗(yàn)和安裝8.1制造上的要求加工精度是指零件在加工以后的實(shí)際幾何參數(shù)與圖紙規(guī)定的理想零件幾何參數(shù)相符合的程度。符合程度越高，也就是加工誤差越小，則加工精度越高;反之，則加工精度越低。任何一種加工方法不可能將零件的尺寸、形狀和表面相互位置做得絕對(duì)準(zhǔn)確，總是存在一定的加工誤差；從機(jī)器使用角度要求來(lái)看，也沒(méi)有必要把零件做得絕對(duì)精確，允許有一定的誤差存在。因此，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)機(jī)器的使用要求來(lái)給出零件的精度等級(jí)，加工后的零件只要達(dá)到給定的精度就可以完成預(yù)定的任務(wù)。8.2表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝是對(duì)于工件表面冷擠壓，使之發(fā)生冷態(tài)變形，從而提高其表面硬度、強(qiáng)度并形成表面殘余應(yīng)力的加工工藝。在表面層強(qiáng)化時(shí)，表面微觀不平度的凸峰被壓平，因此表面粗糙度降低。常用的表面強(qiáng)化工藝有噴丸強(qiáng)化和滾壓強(qiáng)化。焊接采用手工電弧焊或焊劑埋弧自東焊，16Mn或16MnR之間用J507碳鋼之間用J442自動(dòng)焊條為H10Mn2，焊劑為431。8.3塔設(shè)備安裝塔體彎曲度應(yīng)小于1/1000塔高，總彎曲度小于25mm，塔體安裝垂直度偏差應(yīng)小于1/1000塔高，且不大于15mm。塔體的橢圓度在安裝塔盤的塔段內(nèi)不得超過(guò)11mm。8.4塔設(shè)備檢驗(yàn)塔體制成后，按技術(shù)特性表規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)和氣密性實(shí)驗(yàn)，塔體臥放進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用可靠的支撐措施，作氣密實(shí)驗(yàn)時(shí)，在焊縫和焊接部位涂肥皂水檢查，各檢查部位維持浸泡狀態(tài)一分鐘，不得有氣泡的出現(xiàn)。結(jié)論要求設(shè)計(jì)一臺(tái)脫輕組分塔，根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件，本設(shè)計(jì)所采用的是填料塔，塔徑600mm,塔高36710mm.又由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此填料塔分為兩段筒體，直徑分別是600mm和1000mm。填料塔的主要部件選用了低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR，保證了該填料塔具有足夠的強(qiáng)度。本次設(shè)計(jì)嚴(yán)格依據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》相關(guān)規(guī)定進(jìn)行并完成，為保證所設(shè)計(jì)的填料塔安全、正常的工作，除設(shè)計(jì)合格外，還必須嚴(yán)格遵循對(duì)填料塔提出的有關(guān)制造、檢驗(yàn)、安裝與維修的具體要求。致謝隨著這篇本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后落筆，我四年的大學(xué)生活也即將劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)?；貞涍@四年生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，從入學(xué)時(shí)對(duì)大學(xué)生活的無(wú)限憧憬到課堂上對(duì)各位老師學(xué)術(shù)學(xué)識(shí)的深沉沉湎，從奔波于教室圖書(shū)館的來(lái)去匆匆到業(yè)余生活的五彩繽紛，一切中的一切都是歷歷在目，讓人倍感留戀，倍感珍惜。四年的學(xué)習(xí)生活注定將成為我人生中的一段重要旅程。四年來(lái)，我的師長(zhǎng)、我的領(lǐng)導(dǎo)、我的同學(xué)給予我的關(guān)心和幫助，使我終身收益，我真心地感謝他們。在此次設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)過(guò)程中，朱振華作為我的指導(dǎo)老師，他學(xué)識(shí)淵博，視野廣闊，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍。置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了明確的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其不厭其煩的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，與無(wú)微不至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。正是由于他在百忙之中多次提供幫助，對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，并為本文的撰寫(xiě)提供了許多中肯而且寶貴的意見(jiàn)，本文才得以成型。在此特向他致以衷心的謝意！向他深厚的專業(yè)修養(yǎng)和平易近人的待人方式表示深深的敬意！同時(shí)感謝各科老師等對(duì)我的栽培和教育。此外，此次設(shè)計(jì)