1、 第1章 塔體計算1.1 設計方案的確定乙醛-水篩板連續精餾塔及其主要附屬設備設計，本設計采用連續精餾流程，泡點進料。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部分經產品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用飽和蒸汽間接加熱，塔底產品冷卻后送至儲罐。設計條件：氣相流量；液相流量；氣相密度 液相密度；物系表面張力1.2塔體工藝尺寸計算（1） 塔徑的計算 由，式中C由求取，其中由史密斯關聯圖查取圖橫坐標為 0.243 取板間距HT=0.4m,板上液層高度hL=0.06m,則 查史密斯關聯圖得：0.050 0.05

2、8 1.346m/s取安全系數為0.7，則空塔起速為： 0.7×1.346=0.942m/s 0.612m 按標準塔徑圓整后為0.9m. 塔截面積為： 0.6362 0.4354m/s1.3 塔板主要工藝尺寸的計算(1) 溢流裝置計算 因為塔徑， 可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：堰長 0.72×0.9=0.648溢流堰高度由，選用平直堰，堰上高度由下式計算，即： 近似取E=1,則 0.017取板上清夜層高度故 0.063弓形降液管寬度和截面積：由，查弓形降液管寬度與面積關聯圖得： 0.09 0.146則： 0.057 0.1314 驗算液體在降液管中停

3、留的時間，即： 7.86s>5s故降液管設計合理。降液管底隙的流速，則： 0.056 0.0007>0.0006故降液管底隙高度設計合理。選用凹形受液盤，深度。(2) 塔盤布置 塔板的分塊。因，故塔板采用分塊式。查塔板塊數表（下表）得塔板分為3塊邊緣區寬度確定： 取： 進口安定區寬度=出口安定區寬度， 開孔區面積計算。開孔區面積計算為： 其中 0.249 0.42 故 0.7634篩孔計算及其排列，由于乙醛和水沒有腐蝕性可選用碳鋼板，取篩孔直徑5mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為： 篩孔數目n為： 2761個開孔率為：10.1%氣體通過篩孔的氣速為：3.5931.4篩板的流體

4、力學驗算(1) 塔板壓降 干板阻力的計算。由下式： 由，查篩板塔汽液負荷因子曲線圖得故 0.002液柱氣體通過液層的阻力計算。氣體通過液層的阻力由下式計算，即： 0.478 0.597查充氣系數關聯圖得=0.76故 =0.76×(0.063+0.017)=0.0608液柱液體表面張力的阻力計算液體表面張力的阻力依下式計算，即： 0.0039液柱氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計算： 0.0667液柱氣體通過每層塔板的壓降為： 550.9<0.7(2) 液面落差 對于篩板塔，液面落差很小，且本設計的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。(3) 液沫夾帶 液沫夾帶按下式計算：

5、0.00114Kg液/Kg氣<0.1Kg液/Kg氣故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內。(4) 漏液 對篩板塔，漏液點氣速按下式計算： 2.25m/s實際孔速>穩定系數為1.596>1.5故在本設計中無明顯漏液。(5) 液泛 為防止塔內發生液泛，降液管內液層高應服從下式所表示的關系，即：乙醛水物系屬一般物系，取，則： 2215液柱而 板上不設進口堰，按下式計算： 0.00056液柱 0.12806液柱，故本設計中不會發生液泛現象。1.5.塔板負荷性能圖(1)漏液線由 得：在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于下表0.00060.00300.00450.0140.

6、01510.0180.01920.0242由上表數據可作出漏液線1(2)液沫夾帶線以為限，求關系如下： 整理得在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于下表表1-2 液沫夾帶線計算結果 0.0006 0.0030 0.014 1.529 1.358 0.892由上表數據即可作出液沫夾帶線2(3)液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.006作為最小液體負荷標準:據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線3(4)液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限 故 據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線4。(5) 液泛線令由聯立解得忽略，將與，與，與的關系式代入上式，并

7、整理得：式中0.02670.146116.19將有關的數據代入整理，得在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于下表表1-3液泛線計算表 0.0006 0.0030 0.0045 0.014 5.352 5.207 5.107 4.106由上表即可作出液泛線5根據以上各線方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，如下圖： 圖1-1 篩板塔的負荷性能圖在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由上圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得： = 0.788 = 1.017故操作彈性為：/=1.29所設計篩板的主要結果匯總于下表1-4表1- 4篩板塔設計計算結果序

8、號項目數值1234567891011121314151617181920212223242526 塔徑/m板間距溢流形式降液管形式堰長/m堰高/m板上液層高度/m堰上液層高度/m降液管底隙高度/m安定區高度/m邊緣區高度/m開孔區面積/篩孔直徑/m篩孔數目孔中心距/m開孔率/%空塔氣數/(m/s)篩孔氣數/(m/s)穩定系數單板壓降/kPa負荷上限負荷下限液沫夾帶量/(kg液/kg氣)氣相負荷上限/氣相負荷下限/ 操作彈性 0.90.40單溢流弓形0.6480.0630.080.0120.0560.070.030.76340.00527610.01510.10.7293.5931.5960.7

9、液泛控制漏液控制0.001140.00570.000791.29第2章 塔附件設計2.1筒體與封頭先按內壓容器計算筒體（圓筒）及封頭的壁厚，然后依據此厚度，假設塔體壁厚。再在考慮其它載荷作用的情況下，按規定依次進行強度和穩定性的校核和計算。（1）內壓圓筒的計算厚度為： (3-1)式中，為20R，在150時的許用應力，查得；焊縫采用雙面焊，考慮局部無損探傷，；取鋼板負偏差，介質腐蝕裕量，考慮到此塔較高，風載荷較大，故適當增加壁厚。設計厚度，取名義厚度，則筒體有效厚度。（2） 封頭壁厚計算采用標準橢圓封頭，封頭的計算厚度為 (3-2)式中 橢圓形封頭形狀系數，對標準橢圓形封頭；焊縫系數，。為了保證

10、封頭與筒體能很好滿足焊接要求，取封頭與筒體等厚，即，有效厚度。(3) 裙座為了操作方便，本設計采用圓筒形裙座由于裙座內徑>800mm，故裙座壁厚取10mm基礎環內徑：基礎環外徑：圓整 基礎環厚度，考慮到腐蝕余量取18mm 考慮到再沸器，裙座高度取3m， 地角螺栓直徑取M30 第3章 塔體強度設計3.1 塔的質量載荷的計算3.1.1、筒體圓筒、封頭、裙座質量 筒體高度： 查得DN=900mm，厚度6mm的圓筒質量為134kg/m 查得DN=900mm，厚度6mm的橢圓形封頭質量為43.97kg 圓筒質量： 封頭質量： 裙座質量：401.98所以 3.1.2 塔內構件質量 查表得篩板塔盤質量

11、為75 3.1.3 保溫層質量由于價格便宜，較易制造，選用膨脹珍珠巖（二級）作為保溫層材料。其密度為100kg/m3,導熱系數為0.050kcal/m.h.采用直接涂抹式保溫法。因為半徑大于1000mm，操作溫度小于150，保溫層厚度選為60mm。 3.1.4平臺、扶梯的質量平臺數量：由表查得：平臺質量：籠式扶梯質量：籠式扶梯高度： 3.1.5 操作時塔內物料質量 物料的平均密度 封頭的容積 塔釜圓筒部分深度 所以 3.1.6 人孔，接管，法蘭等附件質量 按經驗取附件質量為： 3.1.7 充水質量 3.1.8 偏心質量 為再沸器的質量 3.1.9 各種質量載荷匯總全塔的操作質量：全塔最小質量：

12、水壓試驗時最大質量：將全塔分為五段，計算下列各質量載荷，如下表所示。表3-1 質量載荷匯總塔段011223344頂人孔與平臺數00112充液0154015205.3115205.3118931.07塔體5451528218021802932內件00199619961995保溫層046171.908171.908242.6197物料01387.6128083.4081918.0971198.811附件136.25382733545545偏心0014003019.203.2自振周期的計算 分析塔設備的振動時，一般情況下不考慮平臺與外部接管的限制作用以及地基變形的影響，而將塔設備看成是頂端自由，底端

13、剛性固定，質量沿高度連續分布的懸臂梁。設計溫度下的彈性模量 自振周期 3.3地震載荷與地震彎矩的計算由于該地區地震周期大，震級較小，所以不與進行地震載荷和彎矩校核。3.4風載荷與風彎矩的計算 塔設備受風壓作用時，塔體會發生彎曲變形，吹到塔設備迎風面上的風壓值，隨塔設備高度的增加而增加。為了計算簡便，將風壓值按塔設備高度分為幾段，假設每段風壓值各自均勻分布于塔設備的迎風面上。塔設備的計算截面選再其較薄弱的部位。分別為塔底部截面00，裙座上人孔截面處，塔體與裙座連接焊縫處。3.4.1 水平風力兩相鄰計算截面間的水平風力按下式計算： 當籠式扶梯與塔頂管線布置成90度時，取下列兩式中較大者。其中當塔高

14、時，取當籠式扶梯的當量寬度無確切數據時，各計算段的外徑 塔頂管線外徑 管線保溫層厚度 體型系數 該地區10m高出的風壓值250由查表得，脈動增大系數 塔頂與塔底得有效直徑之比：計算結果列于下表：表14 風載荷計算數據匯總塔段011223344頂計算段的長度10002000400040005000平臺數00112各段平臺構件的投影面積009000009000001800000操作平臺當量寬度00450450720各計算段的有效直徑2785278532353235350527402740319031903460有效直徑（取較大值）27852785323532353505各計算段頂截面距地面的高度1

15、271116風壓高度變化系數0.80.80.881.0281.162脈動影響系數(B)類0.720.720.720.7850.810.06250.1250.43750.68751第i段振型系數0.020.03250.281250.5851各計算段的風振系數1.71.71.71.71.7各計算段的水平風力927.9621855.9244742.7695540.4168481.627所以：0-0截面的風彎矩： 11截面的風彎矩： 22截面的風彎矩： 3.5偏心彎矩的計算當塔設備的外側懸掛有再沸器時，將其視為偏心載荷。由于有偏心距e的存在，偏心載荷在塔截面上引起偏心彎矩。偏心載荷引起偏心彎矩沿塔高無

16、變化。 由再沸器的設計可得 偏心質量： 偏心距： 3.6最大彎矩的計算 塔設備任意計算截面I-I處得最大彎矩按下式計算： ，取其中較大者塔設備底部截面00處得最大彎矩按下式計算： ，取其中較大者計算結果列于下表：表3-2 最大彎矩計算結果匯總0-0截面11截面22截面4.53424.18763.5049最大彎矩4.53424.18763.50493.7圓筒軸向應力校核和圓筒穩定校核1、圓筒軸向應力由內壓和外壓引起的軸向應力： 截面00 截面11 截面22 =其中設計壓力p取絕對值。操作或者非操作時重力及垂直地震力引起的軸向應力： 其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。由于地震彎矩參與了

17、最大彎矩組合。所以截面00 截面11 截面22最大彎矩引起的軸向應力： 則 截面00 截面11 截面22 2、圓筒穩定校核根據塔設備在操作時或非操作時各種危險情況對、進行組合，求出最大組合軸向壓應力，并使之等于或小于軸向許用壓應力cr。載荷組合系數 系數查A-B關系圖，得到Q235-A在150度時設計溫度下的材料的許用應力許用軸向壓應力 （取以上兩值中的較小值）圓筒的最大組合應力：00截面 滿足要求11截面 滿足要求22截面 滿足要求圓筒的最大組合拉應力00截面 滿足要求11截面 滿足要求22截面 滿足要求3.8壓力試驗時的應力校核 選定的危險截面為22截面。試驗介質的密度：水的密度為液柱靜壓

18、力為 22截面處的最大質量 試驗壓力 筒體的常溫屈服點 22截面中 壓力試驗時的圓筒材料許用軸向壓力：（取以上兩者中較小值）試驗壓力引起的周向應力： 液壓試驗時：（滿足要求） 試驗壓力引起的軸向應力： 重力引起的軸向應力： 彎矩引起的軸向應力： 壓力試驗時圓筒最大組合應力： 滿足要求 滿足要求3.9裙座軸向應力校核 圓筒型裙座軸向應力校核首先選取裙座危險截面。危險截面的位置，一般取裙座底截面00截面，以及裙座檢查孔和較大管線引出孔11截面處。再按照裙座有效厚度驗算危險截面的應力。3.9.1裙座底截面的組合應力裙座底截面的組合應力按下式進行校核： 取其中較小值其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時計入此項。 取其中較小值式中 裙座底部截面積， 裙座圓筒和錐殼的底部截面系數，裙座有效厚度：裙座筒體內徑：00截面積 00截面系數 裙座的許用軸向應力：00截面的組合應力： 2、裙座檢查孔和較大管線引出孔截面處組合應力 裙座檢查孔和較大管線引出孔11截面處組合應力按下式校核： 取其中較小值其中： 本設計中檢查孔加強管長度檢查孔加強管水平方向的最大寬度檢查孔加