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1、1,塔设备,2,第八章 塔设备的机械设计,教学重点： 板式塔的基本结构和塔设备的应力校核 教学难点： 风载荷的计算,3,第八章 塔设备的机械设计,内件,支座,附件,塔体,4,一、塔体厚度的计算,第一节 塔体与裙座的机械设计,1、按计算压力计算塔体及封头厚度,2、塔体承受的各种载荷计算,5,如图8-3,6,7,塔设备自重载荷的计算,m01-塔体重量（包括外壳及伸出的接管） m02-塔内件重量 m03-保温层重量 m04-平台和扶梯的重量 m05-物料重量 me-偏心重量 ma-附件重量（人孔、法兰） mw-充水重量,8,塔设备在正常操作时的质量,塔设备在水压试验时的最大质量,塔设备在吊装时的最小
2、质量,(8-1),(8-2),(8-3),9,地震载荷,安装在7度及7度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力,塔设备作为悬壁梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形,10,风载荷,作用之一,造成风弯矩,作用之二,卡曼涡街,图8-5 风载荷的分布,11,图8-6 卡曼涡街,12,图8-7 卡曼涡街,13,计算步骤,分段（图8-8）,选危险截面,00截面，塔设备的基底截面； 11截面，裙座上人孔或较大管线引出孔处的截面； 22截面，塔体与裙座连接焊缝处的截面。,14,图8-8 风载荷计算简图,15,两相邻计算截面间的水平风力,(8-4),式中,塔设备中第i段的水平风力，N；,体型系数,取0.7；,
3、塔设备中第i 计算段的风振系数；,风压高度变化系数,按表8-5查取；,各地区的基本风压，N/m2，见表8-4；,塔设备各计算段的计算高度(见图8-8)，mm；,塔设备中第i 段的有效直径， mm .,16,风弯矩,将塔设备沿高度分为若干段，则水平风力在任意截面处的 风弯矩为（图8-8所示）,(8-5),17,偏心载荷计算,定义：塔体上悬挂的再沸器、冷凝器等附属设备或其它附件 所引起的载荷。,载荷产生的弯矩为：,(8-6),重力加速度，m/s2;,式中,偏心距，即偏心质量中心至塔设备中心线 间的距离，m；,偏心弯矩，Nm。,18,3、塔体稳定校核,计算压力在塔体中引起的轴向应力,重量载荷及垂直地
4、震力在塔体中引起的轴向应力,弯矩在塔体中引起的轴向应力,第一 筒体轴向应力,19,20,轴向许用压应力,第二,其中B为许用轴向压缩应力。,和B的确定参见本书第5章。,21,第三,22,内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在停车情况,23,外压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在正常操作情况,24,4、塔体拉应力校核,计算压力在塔体中引起的轴向应力,重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力,弯矩在塔体中引起的轴向应力,第一 筒体轴向应力,25,第二,26,第三,最大组合拉应力的求法,27,内压操作的塔设备，最大组合轴向拉应力出现在正常操作情况,28,外压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出
5、现在停车情况,29,5、塔体最终厚度的确定,取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。,按设计压,力计算的塔体厚度,按稳定条件验算确定的厚度,按抗拉强度验算条件确定的厚度,30,6、塔设备水压试验时的应力验算（自阅）,31,一、总体结构,第二节 板式塔结构,1、塔体与裙座结构 2、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢流堰、紧固件和支承件。 3、除沫装置：用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。 4、设备管道：人孔、接管等。 5、塔附件：保温圈、吊柱、扶梯、平台等。,图8-15 板式塔的总体结构,32,二、塔盘结构,塔盘实际上是塔中的气、液通道。为了满足正常操作要求，塔盘结构本身必须具有一定的刚度以维
6、持水平，塔盘与塔壁之间要保持一定的密封性以避免气、液短路。,塔盘的结构有整块式和分块式两种。,33,1、整块式塔盘,图8-16 定距管式塔盘结构,34,结构塔体由若干塔节组成，内装有一定数量 的塔盘，塔节间用法兰连接。,重叠式,组装方式,定距管式,1、整块式塔盘,35,定距管式塔盘,用定距管和拉杆将同一塔节内的几块塔盘支承并固定 在塔节内的支座上，定距管起支承塔盘和保持塔盘间 距的作用。,塔盘与塔体之间的间隙，以软填料密封并用压圈压紧, 见图7-43。高度随塔径增加。,塔径DN=300500mm时，塔节高度L=8001000mm；塔径DN=600700mm时，塔节高度L=12001500mm。
7、,为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。,36,1塔盘板 2降液管 3拉杆 4定距管 5塔盘圈 6吊耳 7螺栓 8螺母 9压板 10 压圈 11石棉绳,图8-17 定距管式塔盘结构,37,2、分块式塔盘,38,做成分块式的原因,1）在工艺上，塔径大，塔盘过大，分液不均匀； 2）对碳钢，塔板厚34mm，不锈钢23mm，塔径过大，易形成弧形，安装时水平度不好，从刚度出发，仍要分块； 3）塔板过大，不能放进塔内，因一般从人孔进出，人孔尺寸有限制，因而塔盘受此限制要分块。,与整块式的区别,分块式：无塔盘圈，有支持圈(支持板)，无密封结构 整块式：有塔盘圈，无支持圈(支持板)，有密封结构,39,塔盘
8、板结构,主要有自身梁式和槽式。,图8-18 塔盘板结构,40,41,图8-19 分块式塔盘板（自身梁式）,42,通道板,接近中央处设置，塔内清洗和维修。 在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。 也可用一块塔盘板代替，见下图,43,3、塔盘的支承,对直径不大的塔（2000mm)，塔盘的支承一般用焊在塔壁上的支持圈,对直径较大的塔（20003000mm），需支承梁结构。,44,第三节 填料塔,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。,开发多种形式、规格和材质的高效，低压降，大流量的填料。 (2) 与不同填料相
9、匹配的塔内件结构。 (3) 填料层中液体的流动及分布规律。 (4) 蒸馏过程的模拟。,科技前沿,基本特点,图8-20 填料塔,45,一、喷淋装置,要求：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。 作用：喷出液体，使整个塔截面的填料很好润湿，直接影响塔的处理能力和分离效率。,1、喷洒型,管式喷洒器,环管多孔喷洒器,莲蓬头喷洒器,46,47,管式喷洒器,DN300mm，可选用管式喷洒器，通过填料上的进液管（直、弯或缺口）进行喷洒，结构简单，但喷淋面积较小且不均匀。,图8-21 管式喷洒器,48,环管多孔喷洒器,DN1200mm，可选用单环管多孔喷洒器，结构简单，制造和安装方便，缺点是
10、喷洒面积小，不够均匀，而且液体要求清洁，否则小孔易堵塞。（环管下面开小孔，一般为35排）。,图8-22 环管多孔喷洒器,49,莲蓬头喷洒器,主要有半球形、碟形、杯形，优点是结构简单，制造安装方便，缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊液体，一般可用于塔径小于600mm的塔中。,图8-23 莲蓬头喷洒器,50,2、溢流型,盘式分布器,图8-24 中央进料的盘式分布器,图8-25 有升气管的盘式分布器,液体从中央进料管加到喷淋盘内，然后从喷淋盘上的降液管溢流,51,槽式分布器,主要用于DN1000mm的塔，其优点是自由截面大，适应性好，处理量大，操作弹性大，其结构见（图852），液体先加入分配槽，然后再
11、由分配槽的开口处到喷淋槽，喷淋槽上有堰口，两侧有三角形或矩形的开口，各开口的下缘应位于同一水平面上，再由此溢流到填料上。,图8-26 分布槽,52,图7-27 槽式孔流分布器,1主槽,2分槽,53,3、冲击型,图8-28 反射板式喷淋器,54,二、液体再分布器,图8-29 分配锥,55,1、设置原因,当液体流过填料层时，流体慢慢地会从器壁流走（壁流）现象产生，使液体分布不均匀，塔中央部分填料可能没有润湿，起不到作用，降低了整个塔的效率。,2、主要作用,将上层填料流下的液体收集，再分布，避免塔中心的填料不能被液体湿润而形成“干锥 ”。,56,3、典型结构,图8-29 分配锥,57,1、作用,三、支承结构,支承填料,2、设计要求,足够的强度、刚度以及足够的自由截面,3、栅板设计注意问题,1）栅板必须有足够的强度和耐腐蚀性； 2）栅板必须有足够的自由截面，一般应各填料的自由截面大致相等； 3）槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的60%80%； 4）栅板可以制成整块的或分块的。,58,图8-30 栅板结构,59,