第7章塔设备.docx
- 文档编号:9731353
- 上传时间:2023-02-06
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:144.62KB
第7章塔设备.docx
《第7章塔设备.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第7章塔设备.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第7章塔设备
第7章塔设备
§7-1概述
一、塔设备在化工生产中的作用和地位
塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备,在石油、化工、轻工等生产过程中,塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程,如精馆、吸收、萃取、解吸等,这些过程犬多是在塔设备中进行的。
塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件,除了维持一定的压强、温度、规定的气、液流量等工艺条件外,还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面枳,以达到相际之间比较理想的传质和传热效果。
塔设备的投资及重屋在过程设备中所占的比例
装置名称
塔设备的投资比例
塔设备重量的比例
石油及石油化工
(60万吨、120万吨/年催化裂化装置)
25.4%
48.9%
炼油及煤化工
(30万吨/年乙烯装置)
34.85%
25.3%
化纤
(4.5万吨/年丁二烯装置)
44.9%
54%
二、对塔设备的基本性能指标要求
三、塔设备的分类
按压力加压塔、常压塔、减压塔
按单元操作——精饰塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等
*按支承方式——框架塔、自支承式塔
*按塔内件结构——板式塔、填料塔
四、塔设备的发展及现状
•塔设备的形式繁多,规模范闱也很人
•塔设备的大型化发展趋势
(1)强度、刚度及流体均布等方面的问题
(2)全负荷运转
(3)大型塔设备的设计、制造、操作和维修
塔设备的设计内容:
*结构设计…-确定塔体结构;塔盘结构:
溢流装置;紧固件及支持件:
进出丨I接管结构;
裙座及其它附件;
*机械设计…-选择材料;计算塔体壁厚裙座壁厚;计算地脚螺栓直径及数量等;
工艺设计…-计算理论塔板数;选择塔板效率并确定实际塔板数;选取板间距并初步确定塔
高;计算塔径(或空塔气速);进行流体力学验算;
§7-2填料塔
•填料塔是连续式的气液传质设备,气液两相间呈连续逆流接触并进行传质和传热,气液两相组分的浓度沿塔高呈连续变化。
•板式塔中气液两相间逐层逆流接触并进行传质和传热,气液两相组分的浓度沿塔高呈阶梯式变化。
•在结构上,填料塔主要优点:
(1)结构简单,压力降小
(2)便于处理腐蚀性物料(填料一般由耐蚀材料制成)、易起泡沫的物料(气体不是以发泡的形式通过液层,而且填料对气泡有破碎作用)及真空操作(气液阻力降小)缺点:
(1)体极大、重量大
(2)传质效率较低,操作稳定性较差
(3)不适于处理污浊液体、含尘气体、含有固体颗粒及容易结垢的物料
填料塔总体结构(图7-1)
一、填料
2.填料支承装置
基本要求:
(1)具有足够的强度和刚度
(2)具有足够的自由截面积
(3)结构简单,便于安装,能耐介质腐蚀
1、栅板
(1)栅板的结构
注意:
栅条的间距不能过小,否则会使栅板自由截面积过小,而且填料会堵塞栅条间的气体通道,使气体压力降增人。
(2)栅板的强度计算(了解)
P=Pp+PlN
Pp=9.8HLtYPN
乱堆填料:
PL=3・43HLtYi.X10jN
幺纟网填料:
PL=0・49HLtYLX10jN
W=-(S-C)(h-C)2
6
2、体喷射式支承板
优点:
气体和液体通过不同通道流动,可减小气液流动的阻力
(1)驼峰式气体喷射式支承板
(2)钟罩型气体喷射式支承板
三、液体分布装置
基本要求:
(1)结构简单,制造、安装、维修方便
(2)不需很人的液体压头即能均匀分散液体,液体通道不易堵塞
(3)满足喷淋点数的要求
送液能力:
L=彳d°j2g/?
(其中0=0.6〜0.62)
(一)喷洒型
1、多孔直管式布液器
优点:
结构简单
缺点:
液体分布均匀性较差;液体不清洁时,小孔容易堵塞:
*2、多孔排管式布液器
优点:
喷淋面枳大且均匀
缺点:
操作弹性小;要求压力稳定;
3、多孔坏管式布液器
优点:
结构简单,制造、安装方便
缺点:
喷淋面积小,不够均匀:
要求液体均匀,否则小孔容易堵塞
4、筛孔盘式布液器
气体截面积小,阻力人,操作弹性小
5、莲蓬头式布液器
优点:
结构简单,安装、拆卸方便
缺点:
小孔易堵塞;雾沫夹带严重;流量或压力改变时,液体分布状况会产生较人
改变
莲蓬头直径:
d=(0.2〜0.3)DN
喷洒半角:
aW40。
送液能力:
L=冷『n(/)j2gh
(其中0=0.82~0.85)
小孔数目:
ii=i+iii+2111+3ni++m11)(m为第一圈圆周上的孔数)
安装高度:
h=(0.5~l)DN
(二)溢流型
喷洒型液体分布装置的局限性:
(1)液体需要有一定的压力才能喷洒。
(2)孔眼容易堵塞。
(3)当塔径较人时液体分布的均匀性较差。
因此,对直径较大的填料塔,多采用溢流型液体分布装置。
送液能力:
L=-b/^^h
(其中(/>=0.6)
1、流盘式布液器
2、溢流槽式布液器
(三)冲击型布液器
1、反射板式布液器
2、宝塔式布液器
四、液体再分布装置
作用:
防止壁流:
防止“干锥”的出现;对液体进行重新分布;
1、分配锥
2、槽式液体再分布器
3、多孔盘式液体再分布器
4、斜板复合式液体再分布器
§7-3板式塔
1.总体结构
板式塔的优点:
效率高、处理量人、重量轻、便于维修板式塔的缺点:
结构较复杂、阻力降较人
•主体部分:
塔体、裙座
降液管.溢流堰、紧固件、支持件、除沫器等人孔、手孔、物料进出口接管、仪表用接管等
附件:
吊柱、保温圈、扶梯、平台等
•泡罩塔浮阀塔
导向筛板塔斜喷型塔
2.板式塔类型
(一)泡罩塔优点:
1、操作弹性人,在气.液负荷波动较人时仍能保持较恒定的塔板效率。
2、对物料适应性强,塔板不易堵塞。
缺点:
1、结构复杂,金属耗量大,造价高,安装和维修不方便。
2、气体压力降人,雾沫夹带较严重,因此限制了气速的提高,生产能力不人。
3、不好操作,液体或蒸汽流量很小时,会形成气液接触不良或蒸汽流动的脉动;反之会形成雾沫夹带、液泛等。
(二)浮阀塔
优点:
1、结构紧凑,生产能力大。
2、蒸汽以水平方向吹入液层,阻力小,气液接触时间长且接触状况良好,故雾沫夹带少,塔板效率高。
3、浮阀可根据气量犬小上下浮动,操作弹性人。
4、浮阀结构简单,安装容易,造价较低。
缺点:
在结构、生产能力、塔板效率等方面不及筛板塔,有待进一步的改进。
(三)筛板塔
优点:
1、结构简单,制造容易,造价低。
2、塔板效率较高,生产能力大。
3、对物料的适应性强,不易堵塞。
缺点:
1、操作弹性小,需保持较稳定的气、液流速。
2、小孔径筛板易堵塞,不适宜处理脏的、粘性大的和带固体颗粒的料液。
(四)穿流式栅板塔
优点:
1、无溢流和降液装置,结构简单,安装和维修方便。
2、塔板上的开孔有效面积大,开孔率大,故生产能力大。
3、气、液流动的压力降小,适用于真空蒸馆。
4、孔道不易堵塞,对物料的适应性强。
缺点:
1、操作弹性小。
2、塔板效率低。
(五)斜喷型塔
优点:
1、舌形塔是喷射型塔,气体喷出的方向和液体流动的方向一致,可充分利用气体动能促进气液两相间的接触,提高传质效率。
2、气体不必通过较深的液层,压力降小,雾沫夹带小,可采用较人气速,故生产能力高。
3、结构简单,安装、维修方便。
缺点:
1、液体被气体冲至塔壁落入降液管,带有人量泡沫,气相夹带严重,塔板效率低。
2、固定舌形塔操作弹性小,气流量小时易漏液;浮动舌形塔浮舌易损坏。
三、板式塔塔盘结构
(一)塔盘
塔盘设计要求:
(1)有一定的强度和刚度以承载和维持水平
(2)塔盘和塔壁之间应保证一定的密封性以避免气液短路
(3)便于制造、安装和维修
(4)制造成本低
按气液两相流动方式分:
溢流式(错流式):
操作弹性人
穿流式(逆流式):
生产能力人
按塔径大小分——整块式:
700111111
分块式:
D>700nmi
任选:
D=700〜800mm
小+彗冉垢丿自身粱式
⑴塔盘板槽式
'通道板的上下均可拆纟齣塔盘连接的上可拆结构
(3)塔盘紧固科塔盘连接的上、下均可拆结构塔盘板与支持件的上硼结构
塔盘连接的楔形紧固科结构
补充:
塔盘板及支撑梁的强度和刚度计算
(1)塔盘板
简化为周边简支的矩形薄板,承受均布载荷(包括塔盘板的自重和塔盘板上物料的重
量)
a.强度计算
取o=max{ox,oy)
要求:
O<[O]
操作时:
[o]=0.65<
检修时:
[n]=0.95as
(-)降液管和受液盘
1.降液管
按形状
2、受液盘
(三)溢流堰
出II堰
(1)保证塔盘上有一定厚度的液层
(2)使液流均匀(3)增加溢流周边长度,有利于气液分离
进II堰
(1)保证降液管密封
(2)减少水平方向的冲击,使液流均匀流过塔盘
§7-4塔设备的附件
一、除沫器
作用:
(1)分离塔顶出II气体中夹带的液滴,保证传质效率
(2)减少有价值物料的损失
(3)改善后续设备的操作条件
丝网除沫器
折板除沫器
旋流板除沫器
二、裙座
1、裙座的总体结构
座圈
I人孔和管孔
2、裙座材料
(1)裙座与塔内物料不直接接触,也不承受塔内的介质压力,所以不受压力容器用钢的限制,允许采用普通碳素结构钢,如Q235-A、Q235-AF等制造。
当裙座温度W-20°C时,应选择16Mn,且具有一定的冲击韧性。
(2)当塔底封头材料为合金钢时,座圈上部应设短节,短节材料和底封头相同,以避免不同材料焊接对底封头产生不利影响。
短节长度:
操作温度tV0"C或t>350°C时,短节长度取为保温层厚度的四倍,且不小于500mm。
操作温度t=0〜350°C时,短节长度取为250、300mm。
三、吊柱
1、吊柱的作用
2、吊柱的结构
3、吊柱的选用
§7-5塔设备的强度计算
一、塔设备的自振周期
塔设备的振动属多质点体系的振动,具有多个自由度,可出现多种振型,由于塔设备
的刚度较人,通常只考虑第一振型。
7;=0.102.1—
1VEJ
T、1.79/
—=«6
7;0.285
1、等截面塔的自振周期2、变截面塔的自振周期
丁=2彳纭丐才扫廿]驴(訝
此公式只能计算第一振型的自振周期,第二振型自振周期可根据T:
=Ti/6计算
•塔任意段的水平位移和塔顶位移的关系:
n
二、塔的载荷分析
(一)质量载荷
设备操作时的质量:
1110=+11102+11103+11104^11105+ma+illc
设备水压试验时的最人质量:
inmax=11101+11102+11103+m04+lHw+111a+ille
设备停工检修时的最小质量:
mmjn=11101+0.211102+11103+11104+illa
其中:
mo】一设备壳体(包扌舌裙座)质量
11102—设备内件质量
mo3—设备保温材料质量
口如一设备上平台、扶梯质量
nio5—设备内物料质屋
mj—设备上人孔、接管、法兰等附件质量
mw—设备内充水质量
111e—偏心质量
•0.211102是考虑停工检修时壳体上的内件质量,如塔盘支持圈、降液管等
•质量载荷使塔的各个截面产生轴向压应力
•不同截面、不同工作状况(操作或非操作)的载荷不同质量
(-)偏心载荷
ME=9.8mc.e
Me——偏心质量
e—偏心距
(三)风载荷
1、水平风力的计算
计算风速V。
I
基本风压qo=PV02/2
I
各段风压qo
I
水平风力PlK]K》f;qolQei
2、风弯矩的计算
M驚=碍+即+》+观+厶+号)+••…•+P,H+叽+<2++y)
m=气打+pi+iQi+牛)+号+2a+l+字)+••…+匕a+A+i+••••+h-i+¥)
(四)地震载荷
构造地震
塔设备在地震载荷作用卞,产生三个方向的运动:
水平方向的振动;垂直方向的振动;扭转,其中水平方向的振动危害最人。
地震时使塔设备相对于地面运动的惯性力称为地震力,在一般计算中只考虑水平地震力对塔设备的作用。
震级一一表示地震时释放能量的人小
地震烈度一一表示地震的破坏程度
1、单质点弹性体系水平地震力的计算
F=CzaMpg
Cz…-结构系数,钢制圆筒形设备Cz=0.5
a—地震影响系数(图7-76)
Mp--集中于单质点的质量
2、多质点弹性体系水平地震力的计算
Fjk=CzaQjknikg
"jk=—r
尸1
nJk--j振型k质点的振型系数
Yk=Yj(lvH严
A,3/2fHh5i2mdhh
〃严"6(告严
J。
htndhH
考虑第一振型:
爪=——
>1
久=—卢—
等截面塔:
”
*=1
m=%!
h
H
3、地震弯矩的计算
对于等截面塔:
MEi°-°=35/16CzaiingH2
当H/D>15或塔设备的高度人于等于20m时,需考虑高振型的影响,采用简化计算方法:
Meli=1.25Mei14
最人弯矩:
^max=max<
+ME
M&.+0.25%+Mg
水压试验时:
M“={0・3Mw+M「
三、筒体的强度及稳定性校核
(一)各种载荷引起的轴向应力
6亠
4耳
1、设计压力引起的轴向应力:
2、质量载荷引起的轴向应力:
_9.8加「/土仟厂‘
丽’-
3、最大弯距引起的轴向应力:
/-/
max
(-)最人组合应力的计算及校核
(1)最人组合拉应力
。
Lmax=°1-2+°3
(2)最人组合压应力
。
Ymax=01+°2+°3<[仃]
四、裙座的强度及稳定性校核
1、裙座圈的计算一一应力校核
2、基础坏的计算一一厚度计算
3、地脚螺栓的计算一一直径计算
4、裙座圈与筒体焊缝的计算一一应力校核
§7-6塔设备的振动
戒么々风载荷振动一振动方向与风向平行,用静力法计算
塔设备的振动
1风的诱导振动一振动方向与风向垂直,用流体力学方法计算
一、风的诱导振动
1、卡曼涡街
(1)卡曼涡街的形成原因:
风绕流圆柱体
I
迎风侧(加速降压),背风侧(减速升压)
I
边界层流体质点受粘性摩擦力作用
I
背风侧边界层增厚
I
流体主流绕流形成漩涡
I
卡曼涡街
(2)形成卡曼涡街的条件
亚临界区;超临界区;
2、升力Fl=ClPv2A/'2
3、风诱导振动频率
Sr=f;D/v
300WReW2Xl()5时:
Si=0.2
艮>3.5X106时:
Sr=0.27
若S1-0.2
则:
t=S冷=0.2*
临界风速一塔共振时的风速
vCn=5f;nD=5D/Tcn
塔第一振型临界风速:
Vc】=5aD=5D/Tci
当V 当时,塔将发生共振,需进行共振时的强度计算 二、塔设备的防振 防振措施: (1)增大塔的自振频率 (2)采用扰流装置 (3)增加塔的阻尼
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 设备