化工原理课程设计(化工机械设计部分)精馏塔

化工机械设计部分 设计条件 设计压力 0 1Mpa 工作温度 130 设计温度 150 介质名 称为苯 氯苯 介质密度为 973 基本风压 300N 1 地震烈度为 8 3m 场地类别 塔板数量 22 塔高 26m 保温层材料厚度为 100mm 保温层密度 为 300 3m 一 塔体及封头厚度设计 1 壳体材料选取 该塔工作温度为 130 设计压力为 0 12Mpa 塔体内径 3400mm 塔高 21 米 介质苯 氯苯有轻微的腐蚀性 选用强度较好的 16MnR 16MnR 在设计温度下的许用应力 170Mpa Rel 345Mpa 腐蚀裕量 2mm 采用双面对 t 2C 接焊缝 局部无损探伤 焊接系数为 1 0 2 塔体厚度计算 计算压力 D 4600mm 0 12cpMPa Cm 170tMPa 1 0 圆筒的计算厚度 246 35citpDm 设计厚度 21 35 d 考虑到其受到风载荷 地震载荷 偏心载荷和介质压力作用 取名义厚度 有效厚度 8nm 82 5enC 3 封头厚度计算 封头采用标准椭圆形封头 材料与筒体相同 计算压力 0 12cpMPam 170tMPa 460iDm 1 封头厚度 1 352 0 5citcpD 设计厚度 213dC 取名义厚度 8n 有效厚度 52e m 二 塔设备质量载荷计算 1 筒体 圆筒 封头 裙座的质量 8 2 2000 785 4 61 7 851023654imDH kg 2 附件的质量 01 5237amkg 3 塔内构件的质量 筛板塔塔盘单位质量 265 Nqkgm 塔内构件的质量 2020 7854 65374iDkg 4 保温层的质量 2 220302 0 785 4 16 7 30275imDH kg 5 平台 扶梯的质量 查得平台单位质量 笼式扶梯单位质量2150 Pqkgm 40 Fqkgm 其中平台数 笼式扶梯高度为3n60 平台 扶梯的质量 2 2040042 7854 1 6153897f pmqHD k 6 操作时物料的质量 220510 7854 6097315644ih kg 7 水压试验质量 220 7854 6 7 103564wiwmDHkg 8 操作质量 0102304586345ammkg 9 全塔最大质量 mmax m01 m02 m03 m04 ma mw 377326 10 全塔最小质量 mmin m01 0 2 m02 m03 m04 43256kg 计算前先对塔进行分段 以地面为 0 0 截面 裙座人孔为 1 1 截面 塔低 封头焊缝为 2 2 截面 筒体分为两段 总共四段 塔段 0 1 1 2 2 3 3 4 合计 塔体长度 1000 6000 10000 9000 26000 塔板数 0 0 12 10 2201m 908 5448 9080 8172 236252 12956 10796 2375303 5331 4442 84414 40 240 5520 3005 8977505 8534 7111 15645am 227 1362 2270 2043 5906w 166102 149495 3156010 1175 7050 43673 35569 86345max 012034wmm 377326inin ae 43256 三 塔的自振周期 3019 31 6eimHTsED 四 风载荷与风弯矩的计算 6 0 0 截面风弯矩 0 312 43124123 w lll lMPPll 91 05 m N 1 1 截面风弯矩132 4423 wll ll 90 4Nm 2 2 截面风弯矩 计 算 段 lim02 qNiKi 2i 2iKif Hitm平 台 数 4KeiDiN 1 1000 300 0 7 0 72 0 0075 1 69 1 024 1 1 0 0 5601 1072 2 6000 300 0 7 0 72 0 14 1 69 1 145 1 7 0 0 5601 7395 3 10000 300 0 7 0 769 0 59 1 69 1 717 1 184 17 2 360 5776 23668 4 9000 300 0 7 0 841 1 1 69 2 048 1 335 26 2 360 6276 32146 2 934 0 581 2wllMPNm 五地震弯矩的计算 第一振型脉动系数 0 02 衰减指数 0 95 塔总高 26m 自振周期 T1 0 36 场地特征周期 表 8 2 0 35gT 地震影响系数最大值 表 8 3 max 24 地震影响系数 1 7 H 0 0 0mm H 1 1 1000mm H 2 2 7000mm 底截面处地震弯矩 0 8106 259 6103EMmgHNm 1 1 截面处地震弯矩 3 52 53 58102 58 477EmgMHh 2 2 截面处地震弯矩 3 52 53 58102 5 1601E Nm 1 1 偏心弯矩的计算 不设置再沸器所以不考虑 1 2 各种载荷引起的轴向应力 1 2 1 计算压力引起的轴向应力10 462 15iePDMPa 1 2 2 操作质量引起的轴向应力 各截面操作质量 0 0 截面 1 1 截面 2 2 截面 86345 85437 7998902863459 1 28 0iemgMPaD 1027 smA 2209 810 45346 2iegPaD 1 2 3 最大弯矩引起的轴向应力 最大弯矩 080max32241 37014 346 ieMMPaD 181ax3 9 5smZ 082ax32246 4107 463ie PaD 1 3 塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核 1 3 1 截面的最大组合轴向拉应力校核 截面 2 2 塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作的 2 2 截面上 其中 170tMpa 塔体的最大组合 t1 0 2 1 2704paKKM 载 荷 组 合 系 数 轴向啦应力发生在正常时的截面 2 2 上 123 10 549 t 所以满足要求 1 3 2 塔体与裙座稳定性校核 塔体截面 2 2 上的最大组合轴向压应力 2max10 459 min in31 5 204tcrMPaKBMPa 所以满足要求 其中 0 21ieAR 查图 5 9 得 16MnR 200 E 1 86 6 510 7tMpa 塔体 1 1 截面上的最大组合轴向压应力11max237 02MPa min in34 15 tcrKBPa 查图 5 9 得 Q235 B 150 E 2 510tp 塔体截面 0 0 上的最大组合轴向压应力00max2318 7Pa 18 7in in34 15 tcrMKBMPa 满足条件 计算危险截面 项目 0 0 1 1 2 2 塔体与裙座有效厚度 mmes 5 2 5 2 5 2 截面以上的操作质量 0im 86345 85437 79989 计算截面面积 2 iA 75109sbA 10953smA A 75109 计算截面的抗弯截面 系数 3 iZ8 6sbZ 8 2sZ Z 0 86 810 最大弯矩 123701706 4 max iMN 最大轴向拉应力 Mpa tK 204 kB 34 34 51 55 最大允许轴向压应力 Mpa tK 135 5 135 5 204 计算压力引起的轴向 拉应力 1 Mpa 0 0 22 12 操作质量引起的轴向 压应力 2 i 8 42 13 47 8 13 最大弯矩引起的轴向 应力 3 ipa 14 32 9 52 7 46 最大组合轴向拉应力 max iM 21 19 最大组合轴向压应力 ax ip 19 95 17 02 18 78 强 度 满足 2maxtK 要求 强度与稳定校核 稳 定 性 0maxin tcrKB 满足要求 1maxin tcrKB 满足要求 2maxin tcrB 满足要求 1 4 塔体水压试验和吊装时的应力校核 1 4 1 水压试验时各种载荷引起的应力 液柱静压 1026 HgMPa 试验压力 55Ttp 试验压力和液柱静压力引起的环向应力 ieie 170 482TpgDPa 试验压力引起的轴向啦应力 1e0 2546 7 MPa4TipD 最大质量引起的轴向压应力 2max336910 84 21 45TiegPaD 弯矩引起的轴向应力 284 20 30 37546wTieMMa 1 4 2 水压试验时应力校核 筒体环向应力校核 16MnR 0 931 5sKMPa 345sMPa 满足要求7480 T 最大组合轴向拉应力校核 222max13 7 0 9 5sPa 满足要求2ax70 91 5spa 最大组合轴向压应力校核 22max3 4M 4min 0 9scrPaKB 1 5 基础环设计 1 5 1 基础环尺寸 裙座外径 46016osDm 基础环外径 50b 基础环内径 42i 基础环伸出宽度 146192obsDm 基础环面积 2257604obosbADm 基础环截面系数 4831 3obsbZ 1 5 2 基础环的动力校核 00max maxax 3 webbbbMgMgZAZA 08axax112 63459 80607bb Pa 0 8maxmax2 3 12 10 897wbbbg MaZA 所以取以上俩者较大的 查表 8 9 选 75 号混凝土ax 56MP 3 5aRMP mx0 6893 aR 满足要求 1 5 3 基础环的厚度 选 Q235 B 13bMPa 2 8Cm 所以对 X 轴的弯矩 2ax046148 7xbNm 对 Y 轴的弯矩 95 yl 取其中较大的值 7sN 按有劲板时计算基础环厚度 662148 13483sbCm 所以最后圆整到 n 1 6 地脚螺栓设计 1 6 1 地脚螺栓的最大拉应力 0000min 25max WeEweBbbbbMMmggZAZA 其中 min43256kg 089 1EMNm 0w0k86 bZ 257A0min10 913WBbbgMPa 002 5 5EwBbbMZA 取以上两数中较大值 193BPa 1 6 2 地脚螺栓的螺纹小径 选取地脚螺栓个数 n 8 个 0B 147btMa 2Cm 则 12440 935603 98BbtAdCn 查表 8 2M36 螺栓的螺纹小径 d 31 670 所用螺栓为 61