化工设备基础-塔设备--教学教案.docx

塔设备基本结构：塔体；包括筒节、端盖、和联接法兰等； 内件：塔板或填料及其支承装置； 支座：一般为裙式支座； 附件：包括人孔、进出料接管、各类仪表接管液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等第一节 塔体与裙座的机械设计一、 塔体厚度的计算：1．按计算压力计算塔体及封头厚度：根据我们以前第4章和第5章所学知识计算2．塔体承受的各种载荷计算自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力之外，还承受自重载荷，风载荷，地震载荷，偏心载荷的作用如图8-3（1）塔设备自重载荷的计算主要要求计算正常操作下、水压试验时和吊装时各自的质量分别为最大质量，最小质量和操作质量2）地震载荷当发生地震时，塔设备作为悬壁梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形所以，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，计算出水平地震力，垂直地震力和地震弯矩3）风载荷风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般不予以考虑。

计算步骤① 分段，图8-8② 选危险截面0—0截面，塔设备的基底截面；1— 1截面，裙座上人孔或较大管线引出孔处的截面；2—2截面，塔体与裙座连接焊缝处的截面③ 两相邻计算截面间的水平风力④ 风弯矩塔设备作为悬臂梁，在风载荷作用下产生弯曲变形4）偏心载荷计算3.塔体稳定校核1) 先假定筒体有效厚度Sei, 计算压力在塔体中引起的轴向应力σ1重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力σ2弯矩在塔体中引起的轴向应力σ32) 求出最大组合压应力3) 最大组合压应力内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在停车情况；图(a)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；(b) 4.塔体拉应力校核1） 假定筒体有效厚度Sei计算压力在塔体中引起的轴向应力σ1重量载荷及垂直地震力在塔体中引起的轴向应力σ2弯矩在塔体中引起的轴向应力σ32） 求出最大组合拉应力3） 最大组合拉应力内压操作的塔设备，最大组合轴向拉应力出现在正常操作情况；图(a) 外压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在停车情况；图 (b)5．塔体最终厚度的确定按设计压力计算的塔体厚度Se;按稳定条件验算确定的厚度Sei;按抗拉强度验算条件确定的厚度Sei;取上述三者中的最大值，作为塔体的有效厚度。

6．塔设备水压试验时的应力验算（自学）二、裙座设计1． 裙座的结构组成：座体、基础环、螺栓座、管孔2． 设计第二节 板式塔结构一、总体结构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一般塔径在800~900mm以下时，为方便安装和检修，采用整块式塔盘，而塔径在800~900mm以上时，人可以进入塔内进行装拆，可采用分块式塔盘800~900mm两种均可一）整块式塔盘：特点：塔径小，生产能力较小二）分块式塔盘1．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3~4mm，不锈钢2~3mm，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。

2．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3、塔盘板结构塔盘板形式很多，主要有自身梁式和槽式三）塔盘的支承1． 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（如图8-43，就是内径为1600mm单流塔盘采用支持圈支承塔盘的结构图）；2． 对直径较大的塔（＞2000~3000mm），需用支承梁结构（如图8-44）第三节 填料塔一、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：a、管式喷洒器：图8－47DN≤300mm，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b、环管多孔喷洒器：图8－48DN≤1200mm，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3~5排）c、莲蓬头喷洒器：图8－49其结构主要有半球形、碟形、杯形，优点是结构简单，制造安装方便，其主要缺点是小孔易堵塞，不适于处理污浊液体，一般可用于塔径小于600mm的塔中。

2）溢流型溢流型喷淋装置可分为盘式分布板和槽式分布器两种，操作弹性大，不易堵塞，操作可靠和便于分块安装a、盘式分布板（图8－50、51）它是应用广泛的一种溢流型喷淋装置，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（管高出盘，溢流堰），淋洒到填料上，降液管通常接等边三角形（正方形也可）排列，焊在喷淋盘的分布板上，中有直径3mm的泪孔，停工时排液，用挂耳支承b、槽式分布器（图8－52）主要用于DN＞1000mm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8－52），液体先加入分配槽，然后再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3）冲击型常用的冲击型喷淋装置有反射板式喷淋器和宝塔式喷淋器两种反射板式喷淋器由中心管和反射板组成，反射板可以做成平板、凸板或锥形板操作时液体沿中心管流下，靠液流冲击反射板的反射分散作用而分布液体反射板中央钻有小孔以使液体流下喷淋到填料的中央部分为了使液滴分散更均匀，可由几个反射板组成宝塔式喷淋器其优点是喷洒半径（范围）大，液体流量大，结构简单，不易堵塞，缺点是改变液体流量和压力时要影响喷洒范围，操作弹性小。

二、 液体再分布器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因此在流体流经一定高度后需安装再分布器便液重新均匀地分配到填料上2、作用：(1)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”(2)当塔内气液相出现径向浓度差时，液体收集再分布器将上层填料流下的液体完全收集、混合，然后均分布到下层填料，并将上升的气体均匀分布到上层填料以消除各自的径向浓度差3、典型结构三、 支承结构1． 作用支承填料2． 设计要求足够的强度、刚度以及足够的自由截面，避免在支座处首先发生液泛3．常用栅板，设计时注意以下几点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。