《化工设备机械基础》塔设备设计课程设计说明书学院：木工学院班级：林产化工0 8学号：姓名：万永燕郑舒元分组：第四组目录前言摘要塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。
塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。
因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。
根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。
板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。
气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。
液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。
气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。
目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。
蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。
板式塔为逐级接触式气液传质设备。
在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。
气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便关键字塔体、封头、裙座、。
第二章设计参数及要求符号说明Pc ----- 计算压力，MPa；Di ----- 圆筒或球壳内径，mm；[Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa；δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm；δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm；δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm；t][δ----- 圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa；tδ ------ 圆筒或球壳材料在设计温度下的计算应力，MPa；φ ------ 焊接接头系数；C ------- 厚度附加量，mm ；.设计参数及要求1.2.1设计参数1.2.2设计要求（1） 塔体内径Di =1200 mm,塔高近似取H=28680mm 。
（2） 计算压力MPa p c 20.0=，设计温度t=200℃。
（3） 设计地区：基本风压值20/400m N q =，地震设防烈度为8度，场地土类：Ⅰ类，设计地震分组：第二组，设计基本地震加速度为。
（4） 塔内装有N=26层浮阀塔，每块塔盘上存留介质层高度为mm h w 60=，介质密度为31/5.794m kg =ρ。
（5） 沿塔高每6块塔板左右开设一个手孔，手孔数为3个，相应在手孔处安装半圆形平台3个，平台宽度为B=800mm ，高度为1000mm 。
（6） 塔外保温层的厚度为mm s 100=δ操作质量为./20003m kg m e =。
（7） 塔体与封头材料选用MnR 16，其中[][]MPa 170170==σσ，MPa t ，Mpa s 345=σ，（8） 裙座材料选用Q235-A 。
（9） 塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数85.0=φ。
（10） 塔体与封头厚度附加量C=2mm ，裙座厚度附加量C=2mm 。
第二章 材料选择概论塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。
这是因为钢材具有猪狗的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较成熟，因此，在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的有点。
塔体材料选择设计中塔体的材料选择是：MnR 16；塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，所以选择塔体的材料很重要。
裙座材料的选择设计中裙座材料的选择是：Q A -235；塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。
第三章 塔体的结构设计及计算按计算压力计算塔体和封头厚度(1) 塔体厚度计算取δ=4mm ，考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 8=δ，mm e 6=δ 。
(2) 封头厚度计算 采用标准椭圆形封头： []mm p D p cti c 74.39.05.085.0170212009.02=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ， 取δ=4mm,考虑厚度附加量C=2mm 经圆整后，取mm n 8=δ，mm e 6=δ。
塔设备质量载荷计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量01m圆筒质量： kg m 7.699038.262651=⨯= 封头质量： kg m 1562.11302=⨯=裙座质量： kg m 5822.22653=⨯=说明：(1）塔体圆筒的总高度为mm H 38.260=（2）查得mm DN 1200=，厚度mm 8的圆筒质量为m kg /265 （3）查得mm DN1200=，厚度mm 8的椭圆形封头质量为m kg /130（4）裙座高度为mm 20202、塔内构件质量02m（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75kg/m 2） 3、保温层质量03m其中，'03m 为保温层的质量，kg 4、平台、扶梯质量04m()()[]()()[]kgH q nq D B D m FF pn i n i5262394015035.01.02008.022.1121.02008.022.1785.021222224222204=⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯+-⨯+⨯+⨯+⨯=⨯+++-+++=δδδδπ说明：由表8-1查得，平台质量2/150m kg q p=；笼式扶梯质量m kg q F /40=；笼式扶梯总高m H F 39=；平台数量n=8。
4、 操作时物料质量05m说明：物料密度31/800m kg =ρ,塔釜圆筒部分深度h0=，塔板层数N=42.，塔板上液层高度m h w 1.0=，由表4-21查得，封头容积33312.12414.324m D V i f =⨯=∏=。
5、 附件质量a m按经验取附件质量为kg m m a 1932837425.025.001=⨯==6、 冲水质量w mkg V H D m w f w w i w 321801000121000262.1785.02422=⨯⨯+⨯⨯⨯=+=ρρπ其中，3/1000m kg w =ρ8、各种质量载荷 ：风载荷和风弯矩（1）风载荷计算示例（2）各段塔风载荷计算结果：（3）风弯矩计算地震弯矩计算地震弯矩计算各种载荷引起的轴向应力（1）计算压力引起的轴向拉应力 其中，)(628mm C n e =-=-=δδ （2）操作质量引起的轴向压应力 截面0-0令裙座厚度mm s 8=δ，有效厚度es is sb es D A mm δπδ==-=);(628。
截面1-1 式中，);(3152256632088220kg m =-=-sm A 为人孔截面的截面积，查相关标准得：258630mm A sm =截面2-2 其中，e i D A kg m δπ==--=-);(28373314956632088220。
（3）最大弯矩引起的轴向应力 截面0-0其中，).(100948.8107848.01031.78880000max mm N M M M e w ⨯=⨯+⨯=+=--截面1-1其中，).(1034.7107848.01056.68881111max mm N M M M e w ⨯=⨯+⨯=+=-- sm Z 为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得：327677000mm Z sm =。
截面2-2其中，).(102148.7107848.01043.68882222max mm N M M M e w⨯=⨯+⨯=+=--塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核（1）塔体的最大组合轴向拉应力校核 截面2-2塔体的最大组合拉应力轴向发生在正常操作的2-2截面上。
其中，)(4.173][;2.1;85.0;170][Mpa K K Mpa t t ====φσφσ满足要求（2）塔体与裙座的稳定校核 截面2-2塔体截面2-2 上的最大组合轴向压应力 满足要求 其中，查图得（200,16MnR ℃）2.1,170][,115===K Mpa Mpa B tσ。
截面1-1塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力 满足要求 其中，查图得（200,235AR Q -℃）2.1,113][,5.107===K Mpa Mpa B tσ。
截面0-0塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力 满足要求其中，2.1;113][;5.107===K Mpa Mpa B tσ (3)各危险截面强度与稳定校核汇总塔体水压试验和吊装时的应力校核3.7.1 水压试验时各种载荷引起的应力1.试验压力和液柱静压力引起的环向应力 液柱静压力=2.试验压力引起的轴向拉应力3.最大质量引起的轴向拉应力4.弯矩引起的轴向应力3.7.2水压试验时应力校核1.筒体环向应力校核 T sσφσ>9.0 所以满足要求2.最大组合轴向拉应力校核又s φσσ9.022max <- 所以满足要求 3.最大组合轴向压应力校核 []{}s cr KB σσσσσ9.0,min 12.6722322222max =<=+=--- 满足要求塔设备结构上的设计3.8.1基础环设计1基础环尺寸取 )(15003001200300mm D D is ob =+=+= 2.基础环应力校核 其中（1）mpa A gm Z M bb b 07.3000max max =+=-σ（2）mpa A gm Z M M bb e w b 587.13.0max 00max =++=-σ 取以上两者中的较大值mpa b 05.2max =σ，选用75号混凝土。
查表得;5.3mpa R a = mpa R a b 5.305.2max =<=σ，满足要求 3.基础环厚度计算假设螺栓直径为M42，由表8-11查得L=160mm,当b/l=时，由表8-10查得：()mm N l M mm N b M b y b x /136750848.0)/(7.90391482.02max 2max ==-=-=σσ 取其中最大值：故).(13675mm N M S =按有筋板时假设基础环厚度： []mm C M bsb2.2731401367566=+⨯=+=σδ 圆整后取mm b 28=δ3.8.2地脚螺栓计算1.地脚螺栓承受的最大拉应力其中，2380800800min 1130400109.232088.1031.7.10354.322869mm A mm Z kg m mmN M mm N M kgm b b w E =⨯==⨯=⨯==--（1）.mpa A g m Z M M b b e w B 58.2113040018.922869109.2107848.01031.7888min 00=⨯-⨯⨯+⨯=-+=-σ （2）.mpa A gm Z M M M bb e w E B 13.125.0min 0000=-++=--σ取以上两数中的较大值，mpa B 58.2=σ2.地脚螺栓的螺纹小径查表得M42螺栓的螺纹小径0>B σ，选取地脚螺栓个数mm C Mpa n bt 3;147][;362===σ。