環(huán)矩鞍填料塔設(shè)計(jì)說明書

1、 目錄1.概述31.1 填料塔的概述3填料的類型4填料的幾何特性5填料的性能評價(jià)51.2 填料塔的流體力學(xué)性能6填料層的持液量6填料層的壓降6液泛6液體噴淋密度和填料表面的潤濕7返混71.3、 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)參數(shù)7設(shè)計(jì)內(nèi)容7設(shè)計(jì)主參數(shù)的確定72環(huán)形散裝填料塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.1 填料的選擇82.2 塔的內(nèi)件選型及設(shè)計(jì)9填料支承板9填料壓板9液體初始分布器10液體收集和再分布器（液體再分配裝置）11除霧沫器123.填料塔的載荷分析及強(qiáng)度校核123.1筒體和封頭厚度計(jì)算123.2載荷分析14塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算14自振周期的計(jì)算16地震載荷與地震彎矩的計(jì)算16風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算18偏心彎矩223

2、.3強(qiáng)度校核23圓筒軸向力校核和圓筒穩(wěn)定校核23塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核24裙座軸向應(yīng)力校核25基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓設(shè)計(jì)及校核27筋板設(shè)計(jì)及校核29蓋板設(shè)計(jì)及校核30裙座與塔殼的對接焊縫31接管計(jì)算324 其他零部件的選取計(jì)算324.1靜電接地板324.2塔頂?shù)踔?25.翻譯325.1英文文獻(xiàn)325.2 英文文獻(xiàn)翻譯406.參考文獻(xiàn)：447.謝 詞451.概述1.1 填料塔的概述在石油、化工及輕工等行業(yè)中所設(shè)計(jì)到的均相流體分離過程，多采用吸收或徑流的方法進(jìn)行。所采用的設(shè)備稱為氣液傳質(zhì)設(shè)備，也稱塔設(shè)備。作為塔設(shè)備，首先從結(jié)構(gòu)上應(yīng)能使氣液兩相在塔內(nèi)充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。按照塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式，

3、塔設(shè)備可分為兩大類板式塔和填料塔。填料塔中裝有一定高度的填料層，液體在填料表面行程液膜向下流動(dòng)，氣體自下而上與液體呈連續(xù)變化。由于填料塔的特定結(jié)構(gòu)和由之決定的氣液兩相膜式接觸傳質(zhì)，使之具有以下特點(diǎn)。1.生產(chǎn)能力大。2.壓降低。3.分離效率較高。4.持液量小。5.操作液氣比和彈性較大。填料塔由塔體和內(nèi)件構(gòu)成。塔體一般多為圓筒型，少數(shù)亦可方型。塔內(nèi)件中核心組成部分是塔填料，分散堆型和規(guī)整型。此外，為固定填料層，設(shè)有填料支撐板和填料壓板；為使液體均勻分布，在填料層頂部設(shè)有液體初始分布器，為減少液體的壁流現(xiàn)象，常將填料層分段放置，在兩段填料層之間這有液體收集再分布器，在液體初始分布器上方裝有除霧沫器；

4、對大直徑填料塔，氣體入填料層前需經(jīng)氣體分布器，還設(shè)有各種氣液進(jìn)出口、人孔、視孔及人孔等部件。 填料的類型 填料是填料塔中的傳質(zhì)元件，它可以有不同的分類。填料的類型有兩大類：拉西環(huán)矩鞍填料；鮑爾環(huán)；鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的壁面上開一層或兩層長方形小窗。波紋填料有絲網(wǎng)形和孔板形兩大類。 對填料的基本要求有：傳質(zhì)效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤濕。只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。生產(chǎn)能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經(jīng)久耐用具有良好的耐腐蝕性，較高的機(jī)械強(qiáng)度和必要的耐熱性。取材容易，價(jià)格便宜。填料的種類很多，根據(jù)裝填

5、方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。 散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料。其中有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍環(huán)、矩鞍環(huán)、金屬環(huán)矩鞍環(huán)、球形填料等。  填料的幾何特性 填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價(jià)填料性能的基本參數(shù)。（1）比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個(gè)

6、重要指標(biāo)。（2）空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。（3）填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。填料因子分為干填料因子與濕填料因子，填料未被液體潤濕時(shí)的a/e3稱為干填料因子，它反映填料的幾何特性；填料被液體潤濕后，填料表面覆蓋了一層液膜，a和e 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)的a/e3稱為濕填料因子，它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動(dòng)阻力越小。  填料的性能評價(jià) 填料性能的優(yōu)劣通常根

7、據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開敞，則通量越大，壓降亦越低。采用模糊數(shù)學(xué)方法對九種常用填料的性能進(jìn)行了評價(jià)，得出如表3-1所示的結(jié)論?？煽闯?，絲網(wǎng)波紋填料綜合性能最好，拉西環(huán)最差。1.2 填料塔的流體力學(xué)性能 填料塔的流體力學(xué)性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。 填料層的持液量 填料層的持液量是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表示?？偝忠毫繛殪o持液量和動(dòng)持液量之和，即  

8、。填料層的持液量可由實(shí)驗(yàn)測出，也可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。一般來說，適當(dāng)?shù)某忠毫繉μ盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質(zhì)是有益的，但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降。 填料層的壓降 在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的壓降DP/Z與空塔氣速u的關(guān)系標(biāo)繪在對數(shù)坐標(biāo)紙。 液泛 在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相

9、變?yōu)榉稚⑾啵藭r(shí)氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐?，此種情況稱為淹塔或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。 液體噴淋密度和填料表面的潤濕 填料塔中氣液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表面流動(dòng)的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤濕性能。 返混 在填料塔內(nèi)，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。造成返混現(xiàn)象的原因很多，如：填料層內(nèi)的氣液分布不均；氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流；液體噴淋密度過大時(shí)所造成的氣體局部向下運(yùn)動(dòng)

10、；塔內(nèi)氣液的湍流脈動(dòng)使氣液微團(tuán)停留時(shí)間不一致等。1.3、 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.填料的選擇；2.塔內(nèi)件的選型及設(shè)計(jì)；3.筒體選材及壁厚計(jì)算；4.上下封頭型式、材料的確定以及厚度的計(jì)算與校核；5.地震載荷、風(fēng)載荷分析及強(qiáng)度校核；6.裙座設(shè)計(jì)及校核；7.地腳螺栓的設(shè)計(jì)及校核。 設(shè)計(jì)主參數(shù)的確定此次設(shè)計(jì)要求完成烷類組分（80%甲烷、10%乙烷、10%丙烷）塔的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，強(qiáng)度計(jì)算校核，設(shè)計(jì)溫度25，設(shè)計(jì)壓力1.6;塔體的腐蝕裕量取2，地腳螺栓的腐蝕裕量取3；設(shè)定吸收劑為油。具體設(shè)計(jì)條件如下：設(shè)計(jì)壓力：1.6設(shè)計(jì)溫度：25塔直徑：1.5塔高：30吸收劑密度：800地震設(shè)防烈度：7度基本

11、風(fēng)壓值：350塔體建造場地：類場地土、近震、B類地區(qū)2環(huán)形散裝填料塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 填料的選擇參數(shù)對操作的影響常用數(shù)值填料尺寸一般填料尺寸越小，傳值效率越高，但壓力降越大，為防止液體向壁流的傾向，填料尺寸d與塔徑D的比應(yīng)小于一定值，一般取填料尺寸對塔徑的推薦值塔徑/M填料尺寸/M<0.30.31>1<2525505080填料類型采用亂堆型。一般可取的亂堆類填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、矩鞍形填料。本次采用環(huán)矩鞍填料中的金屬半環(huán)填料塔對烷類（80%甲烷、10%乙烷、10%丙烷）的吸收取金屬半環(huán)外徑 d=50mm比表面 =118 空隙率 =0.97堆積個(gè)數(shù) 11500/濕填料因

12、子 =59 分段高度 =3.2m2.2 塔的內(nèi)件選型及設(shè)計(jì) 填料支承板填料支承板的作用是支承填料床層。填料支承板一方面應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛性，能承受住填料層、持液量以及操作中附加的作用力；另一方面應(yīng)具有大于填料層孔隙率的開孔率，以防止在此首先發(fā)生液泛。為此，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)利于汽液兩相流體的均布，阻力宜小，易拆裝。因此設(shè)計(jì)合理的支承結(jié)構(gòu)是非常重要的。常用的結(jié)構(gòu)多為柵板式和梁式兩大類。其中梁型支承板是目前性能最優(yōu)的大塔支承板，使用塔徑最大達(dá)12。該塔選用梁式元件組合的多梁支撐板，其每條支撐梁的寬度為290，高為300；各梁底面間用定距凸臺保持10的間隙向下排液體。梁上所開供氣體噴出的條孔尺寸以不應(yīng)使2

13、0mm填料下漏為宜。根據(jù)【11】表5-50支承板結(jié)構(gòu)尺寸，可知塔徑為1500，支承板外徑1460，支承板分塊數(shù)為5，支承圈寬度為50，支承圈厚度為10；表5-51支承板的特性，可知塔徑為1500,材質(zhì)為碳鋼的支承板的允許載荷為92765。填料壓板是固定填料層，防止在操作中發(fā)生竄動(dòng)的固定裝置，用于螺釘固定在塔壁上。對于金屬或塑料填料，因其質(zhì)量較輕，在流體壓力差和沖擊作用下，填料層逐漸膨脹升高，以致改變填料層的初始堆積狀態(tài)。這樣，當(dāng)填料層不均勻膨脹后，流體將主要流經(jīng)阻力較小的區(qū)域，因而溝流現(xiàn)象增加，流體不均勻分布加劇，于是降低了塔的效率。有時(shí)，頂層的填料還可能被氣流帶出塔外。為此對陶瓷填料須安裝填

14、料壓板；對金屬或塑料填料須安裝床層限制板。填料壓板憑借自身重量，達(dá)到限制填料活動(dòng)的目的，無須固定于塔壁；床層限制版的重量較輕，固定在塔壁上，對填料層起限制作用，安裝時(shí)位置要準(zhǔn)確，在確保限位的情況下，不應(yīng)對填料層施加過大的附加載荷。該塔為金屬半環(huán)填料為散裝填料，故選用填料壓板。 液體初始分布器液體初始分布器的均布液體性能直接關(guān)系填料塔的分離效率。優(yōu)良的液體分布器應(yīng)具備以下條件：（1） 具有與塔填料相匹配的分液點(diǎn)密度，并保證液體分布均勻；（2） 操作彈性大，適應(yīng)性好；（3） 為氣體提供最大的自由截面率、實(shí)現(xiàn)氣體均布，而且阻力?。唬?） 抗污性能好，不易堵塞，不易產(chǎn)生霧沫夾帶和發(fā)泡；（5） 結(jié)構(gòu)合理

15、，便于安裝、調(diào)整和維護(hù)，盡量緊湊、少占空間，且多功能化。為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點(diǎn)數(shù)。根據(jù)Norton公司的906型金屬制的小流量液體分布器，它提供的分液點(diǎn)密度為86點(diǎn)/m²，適于D=1.22.4m的塔，分布無腐蝕性液體介質(zhì)。當(dāng)塔徑D大約為1500mm時(shí)，該塔應(yīng)設(shè)噴淋點(diǎn)數(shù)151.9，該塔設(shè)152個(gè)噴淋點(diǎn)數(shù)。 目前常用的噴淋裝主要是多孔型和溢流型兩類。多空型布液裝置能提供足夠均勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道，也便于支承分段可拆結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是分布器的小孔易被沖蝕或堵塞，因此要求料液清潔，不含固體顆粒，一般情況下，需在液體進(jìn)口管路上設(shè)置過濾器；溢流型布液裝置操

16、作彈性大、不易堵塞、操作可靠和便于分塊安裝等。 該塔選用水平引入管排管式噴淋器。查【11】表5-40排管式噴淋器的設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)，可知塔徑為1500時(shí)，主管直徑75，支管排數(shù)為7，排管外緣直徑為1340。 液體收集和再分布器（液體再分配裝置）當(dāng)填料層比較高時(shí)，液流有流向塔壁造成“壁流”的傾向，使液體分布不均，甚至塔中心處的填料長不能被濕潤，引起“干錐”現(xiàn)象，降低了填料塔的效率。為消除此現(xiàn)象，故將填料分段填裝，層間設(shè)置液體再分配器，以便在整個(gè)高度內(nèi)的填料都得到均勻噴淋。典型的液體再分配裝置有分配錐、改進(jìn)分配錐式、多孔盤式再分布器和梁型再分布器。該塔采用梁型再分布器，梁型再分布器適用于1200mm以

17、上的大塔。為了便于制造安裝設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，整個(gè)再分布器由多條梁型構(gòu)件拼裝而成。再分布器與支持圈之間用卡子連接。梁型再分布器與梁型氣體噴射式支承板配套使用。支承板無主梁時(shí)。升氣管上緣至填料支承板下緣的距離宜盡量縮短，應(yīng)小于75-100mm以防從支承板流下的液休進(jìn)人開氣管中，影響再分布效果。查【11】表5-57其幾何尺寸為：盤外徑：1375mm 螺栓圓直徑：1285mm分塊數(shù)：13 支氣管數(shù)：4液體負(fù)荷范圍：5.5-170為捕集除填料層氣流中夾帶的也低和霧沫，保證分離質(zhì)量，在塔頂部液體入塔初始分布器的上方設(shè)置一定形式的除霧沫器。此塔采用絲網(wǎng)式除霧沫器，由金屬絲網(wǎng)作除霧元件，固定在兩塊柵格板間，絲網(wǎng)

18、層厚度取為150。 3.填料塔的載荷分析及強(qiáng)度校核3.1筒體和封頭厚度計(jì)算可根據(jù)設(shè)計(jì)壓力和液柱靜壓力確定計(jì)算壓力，塔內(nèi)液柱高度僅考慮塔底至液封盤液面高度=2.34，液柱靜壓力=0.0183計(jì)算壓力圓筒厚度的計(jì)算根據(jù)【1】式5-1，圓筒厚度計(jì)算式為：查【1】表4-1鋼板許用應(yīng)力，在設(shè)計(jì)溫度為50時(shí)，16MnR的許用應(yīng)力為=170；根據(jù)【1】3.7章節(jié)規(guī)定，在制造中采用雙面焊對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對接接頭，且局部無損檢測，故焊接接頭系數(shù)值取0.85。將、 值代入上式得：圓筒設(shè)計(jì)厚度式中 其中為腐蝕裕量，在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，不小于1，故取=2；為鋼材負(fù)偏差，使用中鋼板厚

19、度超過5mm時(shí)（如20R、16MnR和16MnDR等）可取=0，故。 根據(jù)【1】章節(jié)規(guī)定：對低合金鋼制的容器，殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于3。故而圓筒設(shè)計(jì)厚度由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，取圓筒名義厚度為=12,則圓筒有效厚度=-=封頭厚度的計(jì)算根據(jù)【1】式7-1，封頭厚度計(jì)算公式為：封頭設(shè)計(jì)厚度=+=+封頭名義厚度與圓筒一樣，取為12封頭有效厚度=-=3.2載荷分析3.2.1塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算塔設(shè)備的操作質(zhì)量:塔設(shè)備的最大質(zhì)量:塔設(shè)備的最小質(zhì)量:塔體總質(zhì)量：已知塔體總高度,查【4】附表4-2以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸，可知內(nèi)徑為的橢圓封頭曲邊高度，且取直邊高度=40；查【4】

20、附表4-1筒體的容積、面積和質(zhì)量，可知筒體公稱直徑為的每米高同屆鋼板理論質(zhì)量為440。查【4】附表4-3以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的質(zhì)量，可知公稱直徑為，厚度為封頭的質(zhì)量為。所以塔體總質(zhì)量 塔段內(nèi)件質(zhì)量：分層高度=1.8m 知選用的金屬半環(huán)填料堆密度=380，此填料塔的總共有8段填料層。故而塔段內(nèi)件的質(zhì)量： 保溫層質(zhì)量：取保溫層厚度為=100mm查【4】表5-4 塔設(shè)備部分零件質(zhì)量載荷估算表，可知保溫層質(zhì)量載荷為300；查【4】附表4-2 以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸得封頭的容積為0.5125,以保溫層外徑為內(nèi)徑的橢圓型封頭的容積為0.6166。所以，=式中為封頭保溫層質(zhì)量平臺、扶梯

21、質(zhì)量（）：查【4】表5-4 塔設(shè)備部分零件質(zhì)量載荷估算表，可知平臺質(zhì)量，籠式扶梯質(zhì)量塔設(shè)備總高為30m, 籠式扶梯總高取為HF=29m，平臺數(shù)量n取3。故而平臺、扶梯質(zhì)量 操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量（）：查【4】附表4-2 得封頭容積=0.5125，故而操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量： 人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量，按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為=0.25充液質(zhì)量=塔設(shè)備的操作質(zhì)量 塔設(shè)備的最小質(zhì)量 塔設(shè)備的最大質(zhì)量 3.2.2自振周期的計(jì)算分析塔設(shè)備的振動(dòng)時(shí)，一般情況下不考慮平臺及外部接管的限制作用以及地基變形的影響，而將塔設(shè)備看成是頂端自由，底部剛性固定，質(zhì)量沿高度連續(xù)分布的懸臂梁，其基本震型的自振周期按【5】附表7-5式

22、第一振型計(jì)算式：其中其中為塔單位高度上的質(zhì)量即，所以3.2.3地震載荷與地震彎矩的計(jì)算當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，塔設(shè)備作為懸臂梁，在地震載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形。安裝在七度或七度以上地震烈度地區(qū)的塔設(shè)備必須考慮它的抗震能力，計(jì)算出它的地震載荷。首先，選取計(jì)算截面（包括危險(xiǎn)截面）。該課題中將全塔分為4段。其計(jì)算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3，其中0-0、1-1、2-2為危險(xiǎn)截面。由【5】表7-9取第二組類場地土的特性周期為=0.3由【5】表7-10取設(shè)防烈度為7時(shí)地震影響系數(shù)最大值為=0.08。地震影響系數(shù)根據(jù)場地土的特性周期及塔的自振周期由分析設(shè)計(jì)方法確定，且不得小于,即=設(shè)等直徑、等壁厚塔設(shè)備的

23、任意截面距地面的高度為，基本振型在截面處產(chǎn)生的地震彎矩為式中為塔單位高度上的質(zhì)量，即當(dāng)塔設(shè)備H/D15時(shí)，還需考慮高振型的影響，這時(shí)應(yīng)根據(jù)第一、二、三振型，分別計(jì)算其水平地震力及地震彎矩。然后根據(jù)振型組合的方法確定作用于質(zhì)點(diǎn)處的最大地震力及地震彎矩。這樣的計(jì)算方法很復(fù)雜，所以在進(jìn)行穩(wěn)定和其他驗(yàn)算時(shí)，可按一種簡化的由第一振型的計(jì)算結(jié)果估算地震彎矩的近似算法即計(jì)算由此可得：底截面處地震彎矩：=1.25××0.036×42449.27×9.81×30000截面1-1處地震彎矩： 截面2-2處地震彎矩：3.2.4風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算各計(jì)算段的外徑均為=

24、；塔頂管線是氣體的出口，取塔頂管線直徑；第段保溫層厚度；取管線保溫層厚度；籠式扶梯當(dāng)量寬度=400；取各段平臺構(gòu)件的投影面積 為×；操作平臺當(dāng)量寬度，塔設(shè)備迎風(fēng)面的有效直徑是該段所有受風(fēng)構(gòu)件迎風(fēng)面的寬度總和。當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線布置成180°時(shí)當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線布置成90°時(shí),取下列兩式中的較大值風(fēng)壓高度變化系數(shù)可根據(jù)各計(jì)算段頂截面距地面高度查【5】表7-5，可得 體型系數(shù) ：風(fēng)壓在不同體型的結(jié)構(gòu)表面分布亦不相同，對細(xì)長的圓柱形塔體結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)=0.7；風(fēng)振系數(shù)： 風(fēng)振系數(shù)是考慮風(fēng)載荷的脈動(dòng)性質(zhì)和塔體的動(dòng)力特性的折算系數(shù)。對塔高的塔設(shè)備，取1.70。而對于塔高

25、時(shí)，則按下式計(jì)算，在此設(shè)計(jì)中，塔高=>，查表【5】表7-6，【5】表7-7，【5】表7-8得：故 已求出塔設(shè)備自振周期，查【6】表17-2，近似取衡陽地區(qū)基本風(fēng)壓值為350=350×假設(shè)土地粗糙度類別為B類，則由值查【5】表7-6得脈動(dòng)增大系數(shù)=1.7，查【5】表7-7得，脈動(dòng)影響系數(shù)分別為=0.72，=0.72，=0.79，=0.85第段振型系數(shù)可根據(jù)/查過程設(shè)備設(shè)計(jì)第二版表7-8可知 各計(jì)算段的水平風(fēng)力×， ；將以上討論數(shù)據(jù)整理如表4-1表3-1風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算計(jì)算內(nèi)容數(shù)據(jù)0112233頂各計(jì)算段的外徑()1524塔頂管線外徑()300第段保溫層厚度()100

26、管線保溫層厚度()100籠式扶梯當(dāng)量寬度400各計(jì)算段長度()200040001100013000操作平臺所在計(jì)算段長度()200040001100013000平臺數(shù)0022操作平臺當(dāng)量寬度00163.6138.4各計(jì)算段的有效直徑()212421242287.62262.4222422242387.62362.4各計(jì)算段頂截面距地面高度()241730風(fēng)壓高度變化系數(shù)1.001.001.251.46體型系數(shù)0.7風(fēng)振系數(shù)1.98塔設(shè)備自振周期()0.3635045.36脈動(dòng)增大系數(shù)1.7脈動(dòng)影響系數(shù)0.720.720.790.850.060.200.5561第段振型系數(shù)0.020.060.3

27、41.00各計(jì)算段的水平風(fēng)力2157.74315.415718.721468.6根據(jù)【2】式6-23塔設(shè)備任意截面處的風(fēng)彎矩按下式計(jì)算：塔設(shè)備底截面（0-0截面）的風(fēng)彎矩為 代入數(shù)值得=2157.7×+4315.4×（）+15718.7×（）+21468.6×（）=1-1截面的風(fēng)彎矩為 代入數(shù)值的得=4315.4×（）+15718.7×（）+21468.6×（）2-2截面的風(fēng)彎矩為代入數(shù)值得=15718.7×（）+21468.6×（） 偏心彎矩該塔塔體上并未懸掛附屬設(shè)備或其他附件，故偏心彎矩3.2.6最大

28、彎矩最大彎矩取和兩者中的較大值，所以，在00截面：=××在11截面：在22截面：計(jì)算數(shù)據(jù)如下表表3-2最大彎矩選擇計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)00截面11截面22截面××× 5.75×3.40×3.37×最大彎矩×××3.3強(qiáng)度校核3.3.1圓筒軸向力校核和圓筒穩(wěn)定校核由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力=此應(yīng)力只存在于筒體，裙座上由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向力為操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力最大彎矩引起的軸向應(yīng)力，由此式可計(jì)算出：0-0截面上最大彎矩引起的軸向應(yīng)力39.61-1截面上最大彎矩引起的軸向應(yīng)力35.02-

29、2截面上最大彎矩引起的軸向應(yīng)力26.2許用軸向壓應(yīng)力取KB和K中較小值。查【5】附表D1可知在設(shè)計(jì)溫度下16MnR的許用應(yīng)力為170，Q235的許用應(yīng)力為113。載荷組合系數(shù)等于1.2；系數(shù)=0.00125，根據(jù)A值查【5】圖4-7得16MnR在設(shè)計(jì)溫度下的系數(shù)B=125，Q235在設(shè)計(jì)溫度下的系數(shù)B=120，所以KB值在00、11、22截面分別為144、144、150；K值在00、11、22截面分別為135.6、135.6、204，故而許用軸向壓應(yīng)力取K。對內(nèi)壓容器圓筒最大組合壓應(yīng)力，在00截面；在11截面；在22截面，滿足要求。最大組合拉應(yīng)力K在00截面；在11截面；在22截面，滿足要求。

30、數(shù)據(jù)整理如表3表3-3圓筒組合應(yīng)力計(jì)算及校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算數(shù)據(jù)001122KB 144144 150 K 135.6135.6204 135.6135.6204圓筒最大組合壓應(yīng)力（）48.443.835.0滿足要求圓筒最大組合拉應(yīng)力（）90.886.277.4K滿足要求3.3.2塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力=1.25×1.6×=2.0查【5】附表D1得 筒體常溫屈服點(diǎn)=3452-2截面=0.9×1.2×345=372.62-2截面=1.2×180=216筒體的許用軸向壓應(yīng)力取及中較小值，即=216根據(jù)【2】式6-42由試驗(yàn)壓

31、力引起的周向應(yīng)力當(dāng)試驗(yàn)介質(zhì)為水時(shí)，=0.001，單位轉(zhuǎn)換成的液柱靜壓力為，式中為3000，所以=0.305（滿足要求）根據(jù)【2】式6-43試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力；根據(jù)【2】式6-44重力引起的軸向應(yīng)力；根據(jù)【2】式6-45彎矩引起的軸向應(yīng)力=。壓力試驗(yàn)時(shí)最大組合壓應(yīng)力=75+16.2=91.2，滿足要求；壓力試驗(yàn)時(shí)最大組合拉應(yīng)力=75-16.2+7.8=66.6，滿足要求。3.3.3裙座軸向應(yīng)力校核塔設(shè)備常采用裙座支承。被設(shè)計(jì)中選擇圓筒形裙座，圓筒形裙座軸向應(yīng)力校核首先選取裙座危險(xiǎn)截面。危險(xiǎn)截面的位置，一般取裙座底截面（0-0）或裙座檢查孔（人孔）和較大管線引出孔（）界面處。然后按裙座有效厚度

32、驗(yàn)算危險(xiǎn)截面的應(yīng)力。（0-） 0-0）截面處（0-0）根據(jù)【2】式6-54截面積=×1500×12=5.65×（0-0）根據(jù)【2】式6-55截面系數(shù)=2.1×由前面計(jì)算知，=144，=135.6裙座許用軸向應(yīng)力取以上兩者中較小值為135.6（1） 座體操作時(shí)底截面的最大組合軸向壓應(yīng)力應(yīng)滿足如下條件：，其中僅在最大玩具為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。故，在此， =40.7=135.6，滿足要求。檢查孔加強(qiáng)管長度取為120，檢查孔加強(qiáng)管水平方向的最大寬度取為450檢查孔加強(qiáng)管厚度取與筒體壁厚一致為10。根據(jù)【2】式6-59=2×120×10

33、=14401-1截面處裙座筒體截面積：根據(jù)【2】式6-58 ；根據(jù)【2】式6-60=1-1截面處裙座筒體截面系數(shù) =1-1截面組合應(yīng)力操作時(shí)底1-1截面的最大組合軸向壓應(yīng)力應(yīng)滿足如下條件，其中僅在最大玩具為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)，故 135.6，滿足要求水壓試驗(yàn)時(shí)，最大組合軸向壓應(yīng)力應(yīng)滿足如下條件：，故135.6，滿足要求3.3.4基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓設(shè)計(jì)及校核群座內(nèi)徑=1500；裙座外徑=1500+2×10=1520；根據(jù)【2】式6-62和式6-63基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外徑計(jì)算公式分別為=1500+300=1800；=1500-300=1200；基礎(chǔ)環(huán)伸出寬度根據(jù)【2】式6-67地腳螺栓承受的

34、最大拉應(yīng)力取=和=中的較大值。其中僅在最大玩具為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。其中根據(jù)【2】式6-69基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)=根據(jù)【2】式6-68基礎(chǔ)環(huán)面積=故基礎(chǔ)環(huán)地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力=1.320，塔設(shè)備必須設(shè)計(jì)地腳螺栓。先將地腳螺栓個(gè)數(shù)取為16（4的倍數(shù)）材料選擇Q235。對于Q235，取許用應(yīng)力=147地腳螺栓腐蝕裕量取為3，根據(jù)【2】式6-70則地腳螺栓螺紋小徑=故取地腳螺栓滿足要求基礎(chǔ)環(huán)伸出部分平均周長為=5212.420個(gè)地腳螺栓均布排列，每一個(gè)地腳螺栓兩側(cè)，基礎(chǔ)環(huán)與蓋板之間要設(shè)置筋板，相鄰兩筋板最大外側(cè)間距取為140基礎(chǔ)環(huán)材料許用應(yīng)力：對于低碳鋼材料取為140。水壓試驗(yàn)時(shí)的壓應(yīng)力操作時(shí)

35、壓應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)上的最大壓力取以上兩者中的最大值 即：=1.82因=1.03，故對軸的彎矩=-負(fù)號表示方向?qū)S的彎矩計(jì)算力矩取以上兩者中大值 即：=4453.3故，根據(jù)【2】式6-66有筋板時(shí)基礎(chǔ)環(huán)厚度無論有筋板或無筋板側(cè)基礎(chǔ)環(huán)厚度都不得小于，故此設(shè)計(jì)中取基礎(chǔ)環(huán)厚度3.3.5筋板設(shè)計(jì)及校核根據(jù)【5】附表4-9耳式支座主要尺寸0選支座號為3的型筋板，筋板寬度=125，筋板厚度為=8，筋板長度=205。筋板的許用壓應(yīng)力按【2】式6-73或式6-74計(jì)算:當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)筋板細(xì)長比，且不大于250式中為慣性半徑，對長方形截面的筋板取，筋板長度=205，故【2】式6-75筋板細(xì)長比=臨界細(xì)長比，式中為筋板材

36、料的許用應(yīng)力，對低碳鋼材料取140E為筋板材料彈性模量，E=2.1×所以=157， 故筋板的許用壓應(yīng)力可按下式計(jì)算，其中式中為一個(gè)地腳螺栓承受的最大拉力，根據(jù)【2】式6-72計(jì)算，=為對應(yīng)一個(gè)地腳螺栓的筋板個(gè)數(shù)，取=2，故=故筋板的壓應(yīng)力筋板的許用應(yīng)力，滿足要求。3.3.6蓋板設(shè)計(jì)及校核環(huán)形蓋板的最大應(yīng)力按下式計(jì)算根據(jù)【2】式6-80無墊板時(shí)根據(jù)【2】式6-81有墊板時(shí)式中-墊板上地腳螺栓孔直徑，；=36蓋板上地腳螺栓直徑，；=40筋板寬度，；=125筋板內(nèi)側(cè)間距，；=60墊板寬度，；=60蓋板厚度，；=20墊板厚度，。=20一般環(huán)形蓋板厚度不小于基礎(chǔ)環(huán)厚度。無墊板時(shí)=123.0有墊

37、板時(shí)=45.8蓋板最大應(yīng)力應(yīng)等于或小于蓋板材料的許用應(yīng)力，即。對低碳鋼蓋板的許用應(yīng)力=140，由計(jì)算結(jié)果可知=140，滿足要求。3.3.7裙座與塔殼的對接焊縫截面2-2即裙座與塔殼對接焊縫截面，根據(jù)【2】式6-86此處的剪應(yīng)力按下式校核：其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合式計(jì)入此項(xiàng)。式中-裙座頂截面內(nèi)直徑，=1500。-設(shè)計(jì)溫度下焊接接頭的許用應(yīng)力，取兩側(cè)母材許用應(yīng)力的小值，即=113=0.6×1.2×113=81.36，滿足要求。3.3.8接管計(jì)算由前面計(jì)算知，塔頂管線外徑300，即進(jìn)氣口與排氣口的公稱直徑為300，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書附表4-13，選擇對應(yīng)補(bǔ)

38、強(qiáng)圈尺寸為外徑為500，內(nèi)徑按補(bǔ)強(qiáng)圈坡口類型確定。厚度取84 其他零部件的選取計(jì)算4.1靜電接地板裝置中的介質(zhì)在流動(dòng)過程中會產(chǎn)生靜電，靜電放電時(shí)的火花如遇到易燃易爆的介質(zhì)會引起火災(zāi)或爆炸。因此根據(jù)安全規(guī)范的規(guī)定，在裝置的某些區(qū)域范圍內(nèi)的設(shè)備上必須裝有靜電接地板。對塔設(shè)備，靜電接地板一般設(shè)置在地腳螺栓座的筋板上。此處選擇焊在群座筒體上。材料為0Cr18Ni9,厚度為5mm。4.2塔頂?shù)踔鶕?jù)【11】表11-28選用HG/T21639-1980-8的吊柱?；境叽缛缦拢浩鸬踬|(zhì)量G=500Kg,懸臂長度s=1200,L=3800，H=1100，×=108×12，R=900,e=2

39、50,l=100,質(zhì)量=304Kg。5.翻譯 5.1英文文獻(xiàn)Quantitatively Measure and Assess Maldistribution在工業(yè)填料塔 in Industrial Packed Towers Abstract : Maldistribution of liquid in packed towers can impact dramatically mass- and傳熱效率的蒸餾，吸收和剝離heat-transfer efficiencies of distillation, absorption and stripping operations.

40、最新 Latest發(fā)展伽瑪掃描電腦輔助斷層掃描（CAT -），使人們有可能 development in gamma computer-aided tomography (CAT-Scan) has made it possible to獲得1張圖片交叉斷面密度分布的內(nèi)包裝。 obtain an image of cross-sectional density distribution inside packed beds. 進(jìn)一步的工作 Further work CAT的需要表征圖像掃描規(guī)模的分配不公的。 is needed for characterizing the scale of m

41、isdistribution from the CAT-Scan images. 在 In該文件中的圖像分析方法是制定了定量評估 this paper an image analysis approach is developed for quantitatively assessing the從分配不公的CAT掃描圖像。 maldistribution from the CAT-Scan images. 概念的微觀和宏觀 Concept of the micro- and macro-分布差異進(jìn)行了討論。 distribution variances is discussed. 流量變化的各

42、種系數(shù)，以評估是 Various coefficients for assessing flow variation are廣義分布比較和規(guī)模提出了定量評估 compared and a generalized distribution scale is proposed for quantitatively assessing病床分配不公的包裝。 the maldistribution in packed beds. 大規(guī)模應(yīng)用推廣的分布 Applications of the generalized distribution scale for工業(yè)填料塔列。 industrial pack

43、ed towers are presented. 液體分布起著重要的填料塔的操作部分的效率。 Liquid distribution plays an important part in the efficient operation of a packed tower.可憐的分配減少了包裝和推廣有效的潤濕液體輸送。 Poor distribution reduces the effective wetted packing and promotes liquid channeling.從經(jīng)營的角度來看，影響分布不均的實(shí)際是在下降 From an operating standpoint, t

44、he practical effects of maldistribution are declines in由于表現(xiàn)欠佳液體/蒸氣接觸效率。 performance due to poor liquid/vapor contact efficiency. 變化中的液體/蒸氣 Variations in the liquid/vapor病床的比例在跨填充條減少質(zhì)量和有效的界面面積 ratio in a cross-section of packed bed reduce the effective interfacial area for mass and傳熱，翻譯到一個(gè)更高的板高度。 hea

45、t transfer, translating to a higher HETP. 在極端條件下，低升/ V比值 Under extreme conditions, low L/V ratios可能會導(dǎo)致局部組成捏，甚至可能局部或燒結(jié)焦化 may result in local composition pinches, possibly even localized coking or sintered化工填料床內(nèi)的存款。 chemical deposits within the packed bed. 阿填料塔有一個(gè)合理的公差隨機(jī)分布不均。 A packed column has a rea

46、sonable tolerance for random maldistribution. 隨機(jī) Random分布不均勻的特點(diǎn)是大規(guī)模流過小的變化在規(guī)模 maldistribution is characterized by small-scale variations in mass flows across the列區(qū)域。 column area. 一般來說，橫向混合的填料床中液體流量可以 Generally, lateral mixing of the liquid traffic in the packed bed can隨機(jī)流動(dòng)和重新分配的制衡任何不良影響。 redistribute

47、 the random flows and counterbalance any ill effects. 然而，影響 However, the impact of大規(guī)模的，非隨機(jī)分布不均更為嚴(yán)重。 large-scale, non-random maldistribution is much more severe. 在這種情況下，其金額 In this case, the amount of橫向混合的發(fā)生是不夠的重新分配更大的體積 lateral mixing that takes place is not sufficient to redistribute the much great

48、er volume of粘連液體或蒸氣，除非固定床額外部分的犧牲給 maldistributed liquid or vapor, unless extra portion of the packed bed is sacrificed for the再分配。 redistribution. installation, or要么妥協(xié)機(jī)械完整的分銷商或包裝。 compromised mechanical integrity to either the distributor or the packing. 共同 Common列的例子大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，包括設(shè)計(jì)或液體分布不均 examples of l

49、arge-scale liquid maldistribution in industrial columns include design or制造上的缺陷（滴點(diǎn)布局及焊接缺陷），經(jīng)銷商平整度（傾斜 manufacture defects (drip point layout and welding faults), distributor levelness (tilted盤或槽），損壞或堵塞（彎曲盤和犯規(guī)包裝），并處理 pans or troughs), damage or plugging (warped pans and fouled packing), and process騷亂（

50、固體列結(jié)轉(zhuǎn)到）。 disturbances (solids carryover into the column). 產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)表明， Industry's experience has shown that the水的測試和安裝適當(dāng)?shù)臋z查后仍是最可靠的方法 water testing and proper inspections after installation are still the most dependable way to針對存在的問題和安裝的設(shè)計(jì)（奧爾森，1999）pinpoint the problems in design and installation. 但是

51、，只要 However, as soon as the列投入運(yùn)作，在分配不公問題更難 column is put into operation, the maldistribution problems are much more difficult to診斷。 diagnose. 唯一可能獲得內(nèi)幕信息床從分布在座無虛席的非 The only possibility to get the distribution information inside a packed bed from non-微創(chuàng)技術(shù)是）使用高能量伽瑪射線（鮑曼，1993年。 invasive techniques is t

52、he use of high-energy gamma rays. 格 掃描已被廣泛應(yīng)用于評估的總體布局和內(nèi)部結(jié)構(gòu) scanning has been widely applied to evaluate the overall distribution and internals安置在一列。 placement in a column. 網(wǎng)格掃描是掃描四平等繼承和弦， A grid scan is a succession of four equal-chord gamma scans,這是一個(gè)面向網(wǎng)格模式。 which are oriented in a grid pattern. 如果所

53、有四個(gè)掃描看到一床，連包裝 If all four scans are seeing a packing bed with even液體分布，然后掃描所有四個(gè)重疊或交叉線應(yīng)該在上面對方。 liquid distribution, then all four scan lines should overlay or crisscross on top each other. 沒有掃描的線條重合四是分配不公的跡象。 The lack of coincidence of the four scan lines is an indication of the maldistribution.然而良好的

54、巧合并不意味著一個(gè)良好的分配，因?yàn)橐画h(huán) Nevertheless good coincidence does not mean a good distribution, since an annular分配不公現(xiàn)象（例如在墻壁流）將顯示一個(gè)良好的覆蓋網(wǎng) maldistribution (for instance the wall flow phenomena) will show an well-overlaid grid掃描圖（圖1）。 scan plot. 圖1。吉爾德掃描線和分配特性的模式（環(huán)形，弦和不規(guī)則） Gird-Scan Lines and Maldistribution Pat

55、terns (Annular, Chordal and Irregular)最新發(fā)展的伽瑪掃描電腦輔助斷層掃描（CAT -）已向 Latest development in gamma computer-aided tomography (CAT-Scan) has made it可能獲得1張圖片交叉斷面密度分布的內(nèi)包裝 possible to obtain an image of cross-sectional density distribution inside packed beds（徐，1999）。伽馬的CAT -掃描工作由旋轉(zhuǎn)伽馬射線源和 The gamma CAT-Scan is performed by rotating a gamma source and a輻射探測器列外圓周和衡量一切密度 radiation detector outside the column circumference and measuring the density of all事項(xiàng)干擾探測器的掃描線之間的源泉和基礎(chǔ)。 matter that interferes the scan lines between the source and detector. 一個(gè)多項(xiàng)式基 A poly