浮阀塔的机械设计

1、 摘 要本课题研究的目的主要是针对给定的浮阀塔的设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，根据一些基本计算来确定浮阀塔的结构。通过分析浮阀塔的设计条件，确定设计步骤。对浮阀塔的塔体、内件、支座及附件等部件的材料选择、壁厚计算和强度校核。绘制符合设计要求的浮阀塔的图纸，给出相关的技术要求.在浮阀塔的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设计，比如GB-150、GB151等，使设计能够符合相关标准。同时要使设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。关键词：浮阀塔；塔盘；设计；强度 ABSTRACTThe main purpose of this research project is given the design of the valve tower requirements, data access, and analysis and design criteria, based on some basic calculations to determine the structure of the valve tower.By analyzing the conditions of

2、the design of the valve tower to determine the design steps. Parts of the valve tower, tower body, internal parts, bearings and accessories, material selection, wall thickness calculation and strength check. Draw the drawings of the valve tower meet the design requirements, given the technical requirements.In the structure of the design process of the valve tower, to refer to the relevant standard design, such as GB-150, GB151, and so on, designed to meet the relevant standards. Make the design

3、of the structure to meet the production needs to meet the requirements of production safety.Key Valve tower; Tray; Design; Strength目录摘 要1第一章 绪论31.1塔设备概述31.2板式塔31.3浮阀塔41.4原油的分馏41.5 设计任务和思想4设计任务41.5.2 设计思想5第二章 浮阀塔的主体结构设计6第三章 材料选择及零部件结构设计73.1 浮阀塔的材料选择73.2浮阀塔的零部件结构设计73.2.1 浮阀塔盘的结构设计7裙座的结构设计93.3浮阀塔其他零部件结构设计10降液管及受液盘10其他附属装置11第四章 强度计算与校核124.1浮阀塔的设计参数124.2 塔体壁厚初算124.2.1. 圆筒壁厚计算124.2.2. 封头壁厚计算134.3 塔体各项载荷计算134.3.1. 质量载荷134.3.2. 风载荷计算144.3.3. 地震载荷计算164.3.4. 最大弯矩计算174.4. 塔体的强度及轴向稳定性验算184.4.1. 圆筒轴向应力计算184.

4、4.2. 圆筒轴向稳定性校核184.4.3. 圆筒拉应力校核184.4.4. 塔体液压试验是的应力校核184.5 裙座的设计及验算194.5.1. 座体194.5.2. 基础环214.5.3. 地脚螺栓224.6裙座与塔体对接焊缝的验算23参考文献24设计总结25附录 主要符号说明26第一章 绪论1.1塔设备概述塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气

5、泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为：（1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等；（2）内件，指塔盘或填料及其支承装置；（3）支座，一般为裙式支座；（4）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。塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。塔设备强度计算

6、的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计算。化工生产对塔设备的基本要求塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求：（1）气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力小。（2）操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。（3）结构简单可靠，制造安装容易，成本低。（4）不易堵塞，易于操作、调试及检修。1.2板式塔板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或冷却、多段取出不同馏分、“液化气”较大等。但板式塔的结构复杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸馏、吸收等传质过程。板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、扶梯平台等。一般各层塔盘结构是相同的，只有最高一层、最低一层和进料层的结构和塔盘间距有所不同。最高一层塔盘和塔顶之间，要有一定的距离，以便能良好的除沫。有时，在该段上还装有除沫器。最低一层塔盘到塔顶的距离一般也高于塔盘间距离，因为塔底

7、空间起着贮槽作用，以保证液体有足够的贮存，使塔底液体不致流空。塔底大多是直接通入从塔外再沸器来的蒸汽，有时则以列管或蛇管将塔底的液体加热汽化。进料塔盘的间距也比较高。对于急剧汽化的料液在进料塔底上须装上挡板、衬板或除沫器，此时进料塔盘间距还得更高一些。此外，开有人孔的塔盘间距也较大，一般为700mm。为了塔体的保温，在塔体上有时焊有保温材料的支承圈。为检修方便，有时还在塔顶装有可转动的吊柱。可见，板式塔与填料塔的区别仅在于内部结构不同。对于板式塔来说，内部的主要结构是塔盘结构，包括塔板、降液管及受液盘、溢流堰、紧固件和支撑件等。1.3浮阀塔浮阀塔从五十年代起已大量应用于工业生产用以完成加压、常压、减压下的精馏、吸收、解析等过程。大型浮阀塔的塔径可达10m，塔高达83m，塔板有数百块之多。浮阀塔的塔板上，按一定中心距开阀孔，阀孔里装有可以升降的阀片。浮阀能随着气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，以保持稳定操作。因此浮阀塔能在较宽的流量范围内保持高效率，其操作弹性比筛板、泡罩和舌形塔盘大得多；由于气液接触状态良好，且蒸汽以水平方向吹入液层，故雾沫夹带较少，塔板效率比泡罩塔高15%左右；

8、由于气流通过浮阀只有一次收缩、扩大及转弯，故单板压力降比泡罩塔低；浮阀形状简单，液面落差小；由于阀盘大多用不锈钢制造，加之浮阀不停的浮动，所以不易积垢堵塞，故操作周期较泡罩塔长，清理也节省时间；另外。其结构比较简单，安装容易，制造费仅为泡罩塔的60%80%，（但为筛板塔的120%130%）。1.4原油的分馏石油是由超过8000种不同分子大小的碳氢化合物（及少量硫化合物）所组成的混合物。石油在使用前必须经过加工处理，才能制成适合各种用途的石油产品。常见的处理方法为分馏法，利用分子大小不同，沸点不同的原理，将石油中的碳氢化合物予以分离，再以化学处理方法提高产品的价值。工业上先将石油加热至400500之间，使其变成蒸气后输进分馏塔。在分馏塔中，位置愈高，温度愈低。石油蒸气在上升途中会逐步液化，冷却及凝结成液体馏分。分子较小、沸点较低的气态馏分则慢慢地沿塔上升，在塔的高层凝结，例如燃料气、液化石油气、轻油、煤油 等。分子较大、沸点较高的液态馏分在塔底凝结，例如柴油、润滑油及蜡等。在塔底留下的黏滞残余物为沥青及重油，可作为焦化和制取沥青的原料或作为锅炉燃料。不同馏分在各层收集起来，经过导管输离分

9、馏塔。这些分馏产物便是石油化学原料，可再制成许多的化学品。1.5 设计任务和思想1.5.1设计任务设计课题为浮阀塔，设计包括结构设计和强度设计。结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算的内容包括浮阀塔的材料，确定壁厚和要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求。1.5.2 设计思想 尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使生产达到技术先进，经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则，具体有如下几点： 1) 根据GB150-1998钢制压力容器和GB151-1999管壳式浮阀塔等国家标准为基础进行设计。2）满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量的调节。3）满足经济上的要求，考虑省热能和电能的消耗，设备投资与运行费用，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。4）保证生产安全，保证浮阀塔具有一定的刚度和强度。设计中根据设计压力确定壁厚,再校核其他零件的强度,进行水压试验，容器是否有足够的腐蚀裕度。第二章 浮阀塔的主体结构设计浮阀塔的总体结构如图1所示，图2是浮阀塔的三维立体简图图2-1 浮阀塔的总体结构图图2-2 浮阀塔的三维立体简图浮阀塔由塔体、内件、及支座等部件组成，如图1、图2所示。塔体由钢板焊接。为了满足工艺要求及制造安装的需要，在塔体上

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