1、1湖北民族学院化学与环境工程学院课程设计机械部分计算说明书设计题目： 甲 醇 精 馏 塔 专业： 应用化学 学 号： 041040561 姓 名： 潘雪雪 2012 年 11 月 16 日2目录一、 前言3二、 塔设备任务书.4三、 塔设备计算.4(一) 选择塔体和裙座材料,4 (二) 计算筒体和封头壁厚.4(三) 塔高计算.5(四) 塔设备质量载荷计算.5(五) 风载荷与风弯矩计算,7(六) 地震载荷与地震弯矩计算.8(七) 偏心载荷与偏心弯矩计算.9(八) 最大弯矩计算.9(九) 危险截面的强度和稳定性校核.9(十) 基础环设计11(十一) 地脚螺栓计算13四、 计算结果表.14五、 参考
2、文献.14六、 符号表.14七、 结束语.153一、 前言塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面，本课程设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对他设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行结构设计。本设计采用的是填料塔。填料塔的主要特点类型 填料塔结构特点 塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍形填料等。填料为气液接触的基本元件。操作特点 微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作。设备性能 空塔速度（生产能力）低小塔径、小填料的塔效率高，直径大效率低压力降小要求液相喷淋量较大持液量小制造与维修 造价比板式塔便宜检修清理困难可
3、采用非金属材料制造使用场合 处理强腐蚀性物料液气比大真空操作要求压力降小4二、 塔设备任务书简图与说明 比例 设计参数及要求工作压力，MPa 0.02 塔体内径，mm 400设计压力，MPa 0.03 塔高，mm 12200工作温度， 103 设计寿命，年 20设计温度， 150 浮阀(泡罩) 规格/个数介质名称 甲醇水 浮阀(泡罩) 间距，mm介质密度，kg/cm 3 887.8 保温材料厚度，mm 100传热面积，m 2 保温材料密度，kg/cm 3 300基本风压，N/ m 2 500 塔盘上存留介质层高度，m 100地震基本烈度 9 壳体材料 Q235-A场地类型 内件材料塔形 裙座材
4、料 Q235-A塔板数目 11 偏心质量，kg 2000塔板间距，m 0.5 偏心距，mm 500腐蚀速率，mm/年 0.1接 管 表符号 公称尺寸 DN连接面方式用途 符号 公称尺寸，DN连接面方式用途a 1,2 50 通风孔 g 32 突面 回流口b 1,2 32 突面 温度计 h 1-4 25 突面 取样口c 133 突面 进气口 i 1,2 32 突面 液面计d 1,2 45 突面 加料口 j 38 突面 出料口e 1,2 32 突面 压力计b2e12a1b1cjfg360d12e2i12h2h13h40?4250f 152 突面 排气口三、 塔设备计算(一) 选择塔体和裙座材料由于设
5、计压力 P0.05MPa（表压）属于低压分离设备，属于一类容器；介质腐蚀性小，故选用 Q235-A 号钢材作为材料。(二) 计算筒体和封头壁厚51. 筒体壁厚按强度条件，筒体所需厚度0.340.6222185.iCtPDm式中：Q235A 在温度为 150时的许用应力，查表得 为 113MPat t塔体焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，查表得 0.85C1钢板壁厚负偏差，估计壁厚在 8mm 左右，查表得 C10.8C2腐蚀裕量，为腐蚀速率 设计年限0.1 202mm上述数值代入上式可得： min0.340.622185.itPD 按刚度要求，取 ，考虑到此塔较高，安装地区风载荷较大，而m
6、in塔的内径较小，故增加壁厚。现假设塔体厚度 ，则假设的塔体有效厚8n度 1280enC圆整后，取 ， 。52e现采用标准的椭圆封头，其壁厚采用与筒体相同的壁厚，即 。8m(三) 塔高计算：由化工设计可知：精镏段填料高度为 4.2m，提镏段填料高度为 3.5m，塔顶与回流段各为 1m，塔底进气段为 1m，裙座 2m，因此总高为1+4.2+0.5+3.5+1+212.2m。(四) 塔设备质量载荷计算1. 塔体重量载荷计算1) 塔体重量载荷 1Q2 21i 0iD2D44ni nH 27.857.850.785890.74110kN2) 内件重量载荷 2Q查表可得填料单位重量载荷为 7800N/m
7、3，由工艺条件可知全塔填料高度为精镏段 4.2m、提镏段 3.5m。筛板单位重量载荷为 650N/m2，余隙系数 0.96 ，由此可得内件重量载荷：6222i iD654H1-Q塔 盘 填 料=0.33+0.3=0.63kN3) 保温层重量载荷 3保温材料厚度 ，密度为 300Kg/m3si10m223insn0D4iiQDH 2 60.7858489.50.81KN 4) 平台质量载荷因该塔不适合于开人孔及手孔，故不使用平台。5) 物料重量载荷 4Q由工艺条件可知：塔高为 12.2m，余隙系数 0.96，持液量 a0.33389./,95./kgmkgm提 镏精 镏 5液 （ ） 2=76K
8、Q4=0.5 0.785 0.4212.2887.69.810.960.3 1.92 kN6) 裙座重量载荷 5Q25iniD4H250.788407.810.6KN7) 充水重量载荷 6Q26i0DH4水=1.532 kN8) 附件重量载荷 7估取 71QKN9) 塔体操作时的重量载荷QH=Q1+Q2+Q3+Q4+Q7=16.222 kN10) 塔体与裙座操作时重量载荷Q0=QH+Q5=17.832 kN711) 全塔最大重量载荷(水压试验时塔的重量载荷最大)Qmax=Q1+Q2+Q3+Q5+Q6+Q7=16.912 kN12) 全塔最小重量载荷(设备安装时重量载荷最小)Qmax=Q1+Q2
9、+Q3+Q5+Q7= 15.38 kN(五) 风载荷与风弯矩计算全塔高分 3 段计算，各段的风压由下式计算：12PKqfhDioief风压载荷在任意截面 II 上，引起的风弯矩 可由下式计算：I-MI-i i+1i+2i+1ii2i1hMhP2A32P1P01.m53m段序 0 1 2 3 取值依据段距 02 25 510 1012. 2 单位(m)K1 0.7K2 1.88q0(Pa) 500fi 0.78 0.78 1.0 1.15 【2】表 A6hi(m) 2 3 5 1. 5 计算段高度K3(m) 0K4(m) 0 平台数为 0Def(m) 0.618 0.618 0.618 0.61
10、8 efi34D=+2KPi(N) 607.4 911.1 1946.7 671.6 1Pqfhioef危险截面取 00，11 截面，如图所示，危险截面上的风弯矩为：- 12302013012hhhMP+P+2351.567.49.946.767.2325.10Nm1- 2321312hhhMP+P+351.59.946.767.2317.50Nm(六) 地震载荷与地震弯矩计算塔的 H/Di=12.2/0.4=30.515， 应按下式计算：004341I-E315CQHhM=1221. 截面 00 地震弯矩 可由下式计算：0E-0E15CQH2对于圆筒直立设备，取 C0.5， Q0 是设备操作
11、总重载荷，Q016.85kN，据【2】表 A8 可得，9 级地震烈度则取 max0.9，对于类场地，则 0.3max 0.27，由【1】图 99 可查得， ，5E=2.01MPa因此按下式计算： 310iT0.95HQ/ESD93516800.9125.4.4s4EM=.71.0681.0912 Nm又因为 H/Di=12.2/0.4=30.515，塔为柔性构件，验算时取0 44E.5.2.32. 截面 11 地震弯矩 可由下式计算1-0434E3CQHh2-式中，h 是 11 截面距地面高，h2m，则：MEH=14.09 Nm又因为 H/Di=12.2/0.4=30.515，塔为柔性构件，验
12、算时取MEH=1.25MEH=17.65Nm(七) 偏心载荷与偏心弯矩计算根据已知条件：me2000kg，e 0.5m3=mg209.815=.10N(八) 最大弯矩计算根据 max0.25IeI IEeM0 30max04333.89.12.60. .52.8109.2.10eEeNmNm03ax261MNm取 同理可得3a7.(九) 塔体和裙座危险截面的强度和稳定性校核塔体与裙座连接处为 11 截面为危险截面。1. 塔体危险截面(11) 的各项轴向应力计算i1ePD0.34=0.5842MPa10362 315.24012IieQMPaD13224795.3.40WieM2. 塔体 11
13、截面抗压强度及轴向稳定性校验max23ttcr式中： 1tMP0.6/tteiER查得 Q235-A 在 150时的 521tMPa0.6/ttcreiER5340/max23137.6ttcrPa因此塔底 11 截面满足抗压强度及轴向稳定条件。3. 塔底 11 截面的抗拉强度校核 max23t式中： 0.8596.t MPaa.13596.05tMPa故满足抗拉强度条件。4. 水压试验时的塔体强度校验 水压试验应力 应满足下式：T0.92TiesPD取 ，塔体高度 9.5m，取 P0.095MPae5.m试验水压 .350.13aT M结论安全0.1(42)7.97.82.Tie sP Pa
14、 充水后轴向应力的强度和稳定条件为： 11max200.3785WT criiQMD式中： 取 ， ，1axa.kN0e5.2m取 故ttcrcr取 和 中 的 较 小 者 ， cr13MPa11上条件式引入各值： 3 3227.8100.1795012.41334584.T crMPaPa 上述各项校核表明，塔底厚度 ，可以满足整个塔体的强度、刚度及em稳定性要求。5. 裙座强度及轴向稳定性校核裙座危险截面取在座圈基底 00 截面设裙座厚度 ，厚度附加量 C1mm，则裙座有效厚度8nsm 817esm1) 00 截面的轴向应力计算操作时全塔重量引起的压应力： 216.85.923407ois
15、eQMPaD风载荷引起的 00 截面的弯曲应力：3 25.69.1.7852784WiseMMPaD2) 裙座底部 00 截面的强度及轴向稳定性校核max23ttcrs裙座材料采用 16Mn 钢，查【1】表 86 得： 2017t MPass0.6/tcreiER50.217424/ Pa即裙座出现失稳前，材料已达到弹性极限，因此强度是主要制约因素。 max231.92.31.06ttcrMP因此满足强度及稳定性要求。3) 焊缝强度此裙座与塔体采用对接焊，焊缝承受的组合拉应力为： 11max 27.615.240.785085430729.6.iseisetWMQDPMPa式中： 为焊缝材料在
16、操作温度 150的许用应力，从【1】表 88 查得tt1aW因此焊缝强度足够。(十) 基础环设计1. 基础环内外径计算12外径 bosinD+230m 48 716内径 i 混凝土基础强度校核正常操作时 00maxbmax 420.7851bibiQMD=3442216.05.62710.74MPaR水压试验时 00mxbmax 420.3.851WbibiQMD=344227. .562710.6.8MPaR式中 Ra5.5MPa(查表得标号为 100 的混凝土许用应力)，因此混凝土基础满足强度要求结论：所选用的 Db0，Db i 可行2. 基础的厚度计算采用 n=16 个均布的地脚螺栓，将
17、基础环固定在地上，基础环上筋板(设厚度 )间的距离为：24m03.1785130.66Dbln基础环的外伸宽度为： 04092.2bs两筋板基础环部分的长宽比： 19.5/736l查表得： 2.20413.065.kNsyM基础环采用的 Q235-A， ，其厚度为：b1Pa133b6615.02.827.4sbMCm可取 28m(十一) 地脚螺栓计算1. 螺栓根径计算风载时螺栓承受的最大应力为：0min42004422.78512.61.0.67.76.7WbibiMQDDMPa 地震载荷作用时承受的最大应力：004204422.25.81.9.616.50.437.7EWi iMQDbDbM
18、Pa 取两者的较大值，故取B0.B由于 0，为拉应力，设备可能翻倒，必须安装地脚螺栓。若材料选用 16Mn 取 ，则螺栓根径为147btPa2014.785BibtDdCn622.17160.314.934m式中 n 为地脚螺栓数，即 n16。查表选用 M24 的地脚螺栓。2. 螺栓座尺寸据地脚螺栓公称直径，查表可得螺栓座尺寸如下： d130mm，d 236mm，S124mm，S 212mm，h1300mm，l120mm，l 1170mm，D1D b0130716-130586mm ，b(D b0-Ds0)/2=(716-416)/2=150mm.。14四、 计算结果表名称 名义厚度 n(mm
19、) 公称直径 DN(mm) 材料 个数筒体 8 400 Q235-A 1封头 8 400 Q235-A 2裙座 8 400 16Mn 1基础环 28 外径：716内径：116 Q235-A 1地脚螺栓 24 16Mn 16五、 参考文献1董大勤，化工设备机械基础，北京：化学工业出版社，20032詹长福，化工设备机械基础课程设计指导书，北京：机械工业出版社，19923 蔡纪宁，张秋翔，化工设备机械基础课程设计指导书，北京：化学工业出版社，20004贾绍义，柴诚敬，化工传质与分离过程，北京：化学工业出版社，2001六、 符号表符号名称 单位符号名称 单位P 设计压力 MPa 0WM裙座底部截面弯矩
20、 NmH 填料塔高度 M e裙座底部地震弯矩 NmDi 填料塔内径 Mm 1E塔体底部地震弯矩 NmC1 钢板厚度负偏差 mm Mc 偏心弯矩 NmC2 腐蚀裕量 mm e 偏心距 mmn 塔体名义厚度 mm Qc 偏心载荷 Ne 塔体有效厚度 mm i 轴向应力 MPaQ 重量载荷 N t操作温度下材料许用应力 MPaKi 空气动力系数 cr操作温度下材料临界许用应力 MPali 计算段高度 m T 水压试验压力 MPafi 高度变化系数 ns 裙座名义厚度 mm si 保温层厚度 mm es 裙座有效厚度 mmq0 风压值 Pa Db0 基础环外径 mmPi 各段风压 N Dbi 基础环内径 mmn 地脚螺栓个数 Ra 混凝土的许用应力 MPal 基础环的筋板间距mm d1 螺栓根径 mm15b 基础环的外伸宽度mm r 莲蓬球面半径 mm 倾角
