精馏塔机械设计方案1.1 塔设备概论塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。

它的作用是实现气（汽）——液相或液——液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。

可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。

塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。

在化工或炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有着重大影响。

因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。

为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求：（1）气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大；（2）生产能力大，即气液处理量大；（3）操作稳定，操作弹性大；（4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。

这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用；（5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低；（6）耐腐蚀，不易堵塞。

方便操作、调节和检修。

塔设备的分类：（1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等；（3）按件结构可分有填料塔、板式塔;（4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。

1.2 常压塔的主要结构在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。

考虑到设计条件，成分复杂，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更稳定，液——气比适用围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。

板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。

塔使用塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气——液相密切接触而进行传质与传热，并且两相的组分浓度呈阶梯式变化。

塔盘采用浮阀型式。

因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，并具备优异的综合性能，在设计和选用时经常作为首选的板式塔型式。

板式初馏塔的总体结构见装配草图。

板式塔除了各种件之外，主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。

(1) 塔体塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒和上下封头组成。

对于大型塔设备，为了节省材料偶尔采用不等直径、不等厚度的塔体。

塔设备一般情况下安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（压或外压）、温度外，还要考虑到风载荷、地震载荷、偏心载荷等。

此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。

本设计中精馏塔为常压0.11MPa，采用等直径等厚度型式。

(2) 支座塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分。

它必须保证塔体固定在稳定位置上进行正常的操作。

为此，它应当具备足够的强度和刚度，并且能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力、地震等引起的载荷。

最常用的塔体支座是裙式支座（简称为“裙座”）。

(3) 人孔及手孔人孔和手孔一般都是为了安装、检修检查和装填填料的需要而设置的。

在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。

本精馏塔体设有人孔。

(3)接管塔设备的接管是用来连接工艺管路的，把塔设备与相关设备连成系统。

按接管的用途，分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表接管等。

本初馏塔的主要接管见草图。

(4) 吊柱安装于塔顶，为了在安装和检修时，方便塔件的运送。

2 精馏塔基本结构的设计2.1 设计条件已知给定设计条件如下：工作介质：EVA,塔径：1000mm工作参数：设计压力0.11MPa ，最高工作温度150℃开口及接管根据现场确定。

工作地点：地震基本烈度为7度，基本风压0.30KN/m 2。

2.2 塔高的确定（1） 塔的顶部封头高度顶部空间高度取mm h a 250=（2） 塔的主体高度主体高度：mm H 136501=（3） 椭圆形封头根据JB/T4746-2002 ，选用DN1000×8—Q345R 型号封头。

如图2-1。

EHA 椭圆形封头参数见表2-1。

图2-1 椭圆封头表2-1 EHA椭圆形封头参数公称直径DN /mm 总深度H/mm表面积A/mm2容积V/ mm3直边高度h/mm质量m/kg1000 250 1.16 0.151 40 72.1（4）裙座的高度裙座的高度是指从塔底封头切线到基础环之间的高度。

具体尺寸如下图2-2所示，裙座的全部高度是V和U相加和得到。

其中U是由工艺决定的，在此常压塔设计中可以取裙座总高为mmH50002图 2-2 裙座（5） 塔的总高度mm H H h H a 1890050001365025021=++=++=2.3 塔盘选型与设计2.3.1 塔盘型式及设计选用的是浮阀式塔盘，这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安装了能在适当围上下浮动的阀片，其形状有圆形、条形、方形等。

由于浮阀与塔盘板之间的流通面积能随着气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷围，均能保持着稳定操作。

气体在塔盘板上以水平方向催促，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也小。

浮阀式具有生产能力大，操作弹性大，效率高，塔板结构及安装较泡罩简单且重量轻，制造费用低的优点。

浮阀塔F-型（国外通称V-型）是用钢板冲压而成的圆形阀片，浮阀塔F-型下面有三条阀腿，将三条阀腿装入塔板的阀孔之后，用工具将腿下的阀脚扭转90度，则浮阀就被限制在浮孔只能进行上下运动而不能脱离塔板。

当气速较大时，浮阀塔F-型浮阀被吹起，此时达到最大开度；当气速较小时，气体的动压头小于浮阀自身重量，于是浮阀塔F-型浮阀下落，浮阀周边上三个朝下倾斜的定距片与塔板接触，此时的开度最小。

定距片的作用是保证最小气速时还有一定的开度，使气体与浮阀塔F-型塔板上液体能均匀地鼓泡，避免浮阀与塔板粘住。

浮阀是浮阀塔的气液传质元件。

目前国应用最为广泛的是F1型浮阀。

F1型浮阀分为轻阀和重阀两种，轻阀采用1.5mm薄板冲压而成，其质量约为25kg；重阀采用2mm薄板冲压，其质量约为33kg。

由于轻阀漏液量较大，除真空操作时选用外，一般情况使用重阀。

浮阀的阀片及阀腿是整体冲压的，阀片的周围还冲有三个下弯的小定距片。

在浮阀关闭阀孔时，它能使浮阀与塔板间保留一个小的间隙，一般约为2.5mm，阀片四周向下倾斜，并有锐边，更利于气体进入液层的湍动作用，有利于气液传质。

浮阀的最大开度是由阀腿的高度决定的，一般约为12.5mm。

F1型浮阀的基本参数见表2-2。

表2-2 F1型浮阀的基本参数浮阀的排列：浮阀最好以三角形排列，此时各排浮阀垂直于液流方向，使气液两相均匀接触。

对分块式塔盘，由于塔盘板分块的宽度是统一的，所以采用等腰三角形排列。

在垂直于液流的方向上，浮阀的中心距t固定不变，一般定位75mm。

等腰三角形的高为100mm。

在排列浮阀时，还应注意外围浮阀与塔壁和堰之间保留相当的距离，以利于安装和操作，则我们取80mm。

分块式塔盘外围浮阀的中心与进口堰、溢流堰的距离，一般为100mm。

2.3.2 塔盘的结构设计塔盘按结构可分为整块式和分块式两种类型。

由于本次塔设计的塔径大于800mm，故采用分块式塔盘。

直径较大的板式塔，为便于制造、安装、检修，可将塔盘板分成数块，通过人孔送入塔，装在焊于塔体壁的塔盘支撑件上。

选用自伸梁式。

选择具有可调节堰、可拆降液板、自伸梁式塔盘板的单流塔结构。

2.3.3 塔盘板（1）用自伸梁式（2）塔盘板的分块矩形塔盘板用于塔盘中间部分，端部取3个卡子；弧形塔盘板及切角矩形塔盘板用于塔壁附件。

（3）塔盘板的结构尺寸塔盘板的支撑件，支撑圈、支撑板和降液板连接带焊在塔壁上，用以支持塔盘板和降液板。

塔盘板外沿与塔壁的间隙为15mm；塔盘板与支持圈连接处的紧固件尺寸取120mm；塔盘板之间连接的紧固件间距取180mm；自伸梁高度L=80mm。

支持圈和支持板宽度见表2-3。

表2-3支持圈和支持板宽度（4）支持件结构塔盘上的降液板及受液盘分为可拆结构及焊接的固定结构。

固定结构的降液板和受液盘，与支持圈、支撑板一起，都焊在塔壁上，形成塔盘的固定件。

（5）排液孔板式塔在停止操作时，塔盘、受液盘、封液盘等应均能自行排净存液，否则就需要开设排液孔。

在这些盘中开设一个直径约为10mm的排液孔。

（6）降液管及受液盘降液管应选用弓形降液管。

当降液面积占塔盘总面积的12%以上时，应选用倾斜式降液管。

它的下部截面约为上部截面的56%，这样就可以扩大塔盘的有效面积。

一般取倾斜降液板的倾斜角为10度。

可拆式弓形降液管是由焊在塔壁上的连接带、以及可拆的降液板和紧固件装配而成。

用M10螺栓紧固时，在降液板间的连接处均用直径为12mm的圆孔。

在降液板与连接带的连接处，连接带上要用直径为12mm的圆孔，降液板上用14×40mm的长圆孔，以便于安装、调整。

受液盘选用凹形受液盘。

可拆式结构的每个可拆卸零件均应能通过人孔。

在受液盘的下方设加强筋板，则凹形受液盘的深度约为70mm。

封液盘：在塔或塔段最低一层塔盘的降液管末端，应设置封液盘，以保证降液管出口处的液封。

入口堰：进口堰距传质元件边缘的最小距离约为60mm。

当出口堰顶高度大于降液管底边时，在正对第一排气液接触元件的上游，设置直径为8mm圆钢或小型角钢构成入口堰。

对于分块式塔盘，入口堰分段的焊在分块的塔盘板上，与塔盘板构成一体。

出口堰：与可拆式降液管配用的出口堰，可用角钢或者用钢板弯成角钢形状，用紧固件连接到塔盘支持件或降液板上。

堰板的两侧用紧固件固定在降液板的连接带上。

塔盘零件的最小厚度见表2-4。

表2-4 塔盘零件的最小厚度2.3.4 塔盘主梁和支梁的设计（1）主梁①主梁的安装方向，应垂直平行于液体的流向。

②主梁的结构应采用整体式。

③主梁应安装在与塔壁焊接的支座上，并用螺栓与焊与塔壁或支座上的连接板相接。

④当塔盘必须设置主梁时，应设法尽量减少主梁的高度，以减少它对工艺操作的影响，并要求在安装时，人员能从梁底下通过。

（2）支梁①单独设置的支梁，应采用角钢或槽钢制造，且宽度不宜超过75mm。

②支梁连接与支持圈、支持板或主梁连接时，在表面应覆盖一堵板。

③焊于主梁或支梁的螺栓，其规格应大于或等于M12。

2.3.5 塔盘的紧固件紧固件应优先使用标准件，螺柱的规格应不小于M10。

因为连接处有垫片，所以塔板与支持圈的间距应不大于150mm，即取100mm。

塔盘板之间的连接可使用螺纹连接紧固件，选上可拆连接型式。

塔盘版与支持板或支持圈的连接用于螺纹卡板紧固件。

卡子由卡板、椭圆垫板、圆头螺栓以及螺母组成。

卡板与圆头螺栓焊成一个整体，点焊时应使螺栓尾部沟槽的方向与卡板的长度方向平行，以此来辨别卡板的方位。