塔设备的机械设计.ppt

第六章 塔设备的机械设计n塔设备可划分为板式塔和填料塔n塔设备的机械设计要求做到：n选材立足国内；n结构安全可靠，满足工艺要求；n制造、安装、使用、检修方便。第一节 概述第二节 板式塔填料塔和填料一、总体结构n1.塔体与裙座结构塔体与裙座结构n这是所有塔设备的基本工作结构和支撑结构。n2塔盘结构塔盘结构n这是塔设备完成化工过程和操作的主要结构部分。它包括塔盘板、降液管及溢流堰、紧固件和支承件等。n3除沫装置除沫装置n用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。n4设备管道设备管道n包括用于安装、检修塔盘的人孔，用于气体和物料进出的接管，以及安装化工仪表的短管等。n塔附件塔附件n包括支承保温材料的保温圈、吊装塔盘用的吊柱以及扶梯平台等。二、塔盘结构n 塔盘在结构方面要有一定的刚度，以维持水平；塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免气、液短路；塔盘应便于制造、安装、维修，并且成本要低。n 塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径在800900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。当塔径在800900 mm以上时，人可以在塔内进行装拆，一般采用分块式塔盘。1.整块式塔盘整块式塔盘n 此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子支承，并保持所需要的间距。图6-2为定距管式支承塔盘结构。n降液管的结构有弓形和圆形两类 n 图6-3 一般圆形降液管 图6-4 带有滋流堰的圆形降液管n 图6-5弓形降液管结构 图6-6弓形降液管的液封槽 2分块式塔盘分块式塔盘n 在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很不方便。因此，当塔径在800 900 mm以上时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整体圆筒，不分塔节 分块式塔板示意图 n n (a)自身梁式 (b)槽式分块式塔盘之间的连接 n自身梁式塔盘板的上可拆连接n （b）螺柱 （c）椭圆垫板n 图6-11自身梁式塔盘上、下均可拆连接n 以上所述的塔盘紧固方式虽然普遍采用，但所用紧固构件加工量大，装拆麻烦，而且螺栓需用抗锈蚀材料。另一类紧固结构是用楔形紧固件，其特点是结构简单，装拆快，不用特殊材料，成本低等。n图6-12 塔盘板与支持圈的连接（上可拆）图 6-13用楔形紧固件盘连接三、塔盘的支承n 对于直径不大的塔（例如2 000mm以下），塔盘的支承一般用焊在塔壁上的支持圈。支持圈一般用刻扁钢弯制成或将钢板切为圆弧焊成，有时也有用角钢的。若塔盘板的跨度较小，本身刚度足够，则不需要用支承梁，1600单流塔盘用支持圈支承塔盘的结构详图 图6-15双溢流分块式塔盘支承结构（举例之一）1一塔盘板；2一支持板；3一筋板；4一中心降液板（组合件）;5一两侧降液板（组合件）；6一可调节的溢流堰板；7一主梁；8一支座;9一压板；10一支持圈图6-16双溢流分块式塔盘支承结构（举例之二）1一弓形塔板；2一切角矩形塔板;3一矩形塔板；4一通道板；5一支持圈；6一侧降液板；7一支持板；8一封板；9一筋板；10一中间受液槽;11一支承座第三节第三节 填料塔结构填料塔结构n 填料塔在传质形式上与板式塔不同，它是一种连续式气液传质设备。这种塔由塔体、喷淋装置、填料、再分布器、栅板以及气、液的进出口等部件组成，典型结构如图6-17所示。一、喷淋装置n 液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单，制造维修方便。n喷淋装置的类型很多，常用的有喷洒型、溢流型、冲击型等。1.喷洒型喷洒型n 对于小直径的填料塔（例如300mm以下）可以采用管式喷洒器，通过在填料上面的进液管（可以是直管、弯管或口管）喷洒，如图6-18所示。该结构的优点是简单，缺点是喷淋面积小而且不均匀。2溢流型溢流型n 盘式分布器是常用的一种溢流式喷淋装置，液体经过进液管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘内的降液管溢流，淋洒到填料上。中央进料的盘式分布器如图6-21所示。喷淋盘一般紧固在焊于塔壁的支持圈上，与塔盘板的紧固相类似。分布板上钻有直径约3mm的小泪孔，以便停车时将液体排净。3冲击型冲击型n 反射板式喷洒器是利用液流冲击反射板（可以是平马板或锥形板）的反射飞散作用而分布液体，如图6-24所示。二、液体再分布器n 当液体流经填料层时，液体有流向器壁造成“壁流”的倾向，使液体分布不均，降低了填料塔的效率，严重时可使塔中心的填料不能润湿而成“干锥”。因此在结构上宜采取措施，使液体流经一段距离后再行分布，以便在整个高度内的填料都得到均匀喷淋。n 在液体再分配器中，分配锥是最简单的，如图6-25(a)所示，沿壁流下的液体用分配锥再将它导至中央。三、支承结构n 填料的支承结构不但要有足够的强度和刚度，而且须有足够的自由截面，使在支承处不致首先发生液泛。n在填料塔中，最常用的填料支承是栅板，如图6-26所示。在设计栅板的支承结构时，需要注意下述各点。n(1)栅板必须有足够的强度和耐腐蚀性；n(2)栅板必须有足够的自由截面，一般应和填料的自由截面大致相等；n(3)槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的6080；n(4)栅板可以制成整块的或分块的。第四节 塔体与裙座的机械设计n一 塔体厚度的计算n 自支承式塔设备一般都很高，且承受多种载荷的作用。塔体除应满足强度条件外，还需满足稳定条件。n1按计算压力计算塔体及封头厚度n按第4章“内压薄壁圆筒与封头的强度设计”的有关规定，计算塔体及封头的有效厚度S。和S 0，则设备必须安装地脚螺栓，并须进行计算。计算时可先按4的倍数假定地脚螺栓数量。，此时地脚螺栓的螺纹根部直径d1按式（(6-52)计算。4.裙座与塔体的连接裙座与塔体的连接n(1)裙座与塔体连接焊缝结构n裙座与塔体连接焊缝的结构型式有两种：一是对接焊缝，如图6-50(a),（b）所示；二是搭接焊缝，如图6-50(c),(d)所示。n(2)裙座与塔体对接焊缝的验算n对接焊缝J-J截面处的最大拉应力：n并使 n(3)裙座与塔体搭接焊缝的验算裙座与塔体搭接焊缝的验算nJ-J截面处搭接焊缝的剪应力截面处搭接焊缝的剪应力w按式（按式（6-54）或式（或式（6-55）验算：）验算：