《化工设备设计》教案

《化工设备 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 》 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 《化工设备设计》教案《化工设备设计》教案《过程设备设计》教案7—塔设备课程名称：过程设备设计专业：过程装备与把握 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 任课老师：贺华第7章塔设备§7-1概述主　要　教　学　内　容授课方式授课时数1、塔设备在过程工业中的应用和作用2、塔设备的基本要求3、设备的分类和总体结构4、塔设备的进展及现状讲授自学1教学目的和要求1、了解塔设备在化工生产中的作用和基本要求2、把握塔设备的分类和总体结构教学重点和难点塔设备的分类和设计要求课外作业思考题一、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，如精馏、吸取、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。塔设备可以为传质过程制造适宜的外界条件，除了维持肯定的压强、温度、规定的气、液流量等 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 条件外，还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面积，以达到相际之间比较抱负的传质和传热效果。塔设备的投资及重量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/年催化裂扮装置）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--------精馏塔、吸取塔、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、塔设备的进展及现状·塔设备的形式繁多，规模范围也很大·塔设备的大型化进展趋势（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、操作和修理塔设备的设计内容：﹡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；进出口接管结构；裙座及其它附件；﹡机械设计------选择 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ；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填料塔主　要　教　学　内　容授课方式授课时数1、填料2、液体分布装置3、液体再分布装置4、填料支承装置讲授自学2教学目的和要求1、了解工业用填料的主要类型、优缺点及用途2、把握主要的液体分布装置和液体再分布装置的结构3、了解填料支承装置的结构及强度计算教学重点和难点液体分布装置液体再分布装置课外作业思考题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）结构简洁，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，而且填料对气泡有裂开作用）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、含有固体颗粒及简洁结垢的物料填料塔总体结构（图7-1）一、填料二、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）结构简洁，便于安装，能耐介质腐蚀1、栅板（1）栅板的结构留意：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，使气体压力降增大。（2）栅板的强度计算（了解）P=PP+PLNPPγPN乱堆填料：PLγL×10-4N丝网填料：PLγL×10-4N体喷射式支承板优点：气体和液体通过不同通道流淌，可减小气液流淌的阻力（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）结构简洁，制造、安装、修理便利（2）不需很大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（一）喷洒型1、多孔直管式布液器优点：结构简洁缺点：液体分布均匀性较差；液体不清洁时，小孔简洁堵塞；*2、多孔排管式布液器优点：喷淋面积大且均匀缺点：操作弹性小；要求压力稳定；3、多孔环管式布液器优点：结构简洁，制造、安装便利缺点：喷淋面积小，不够均匀；要求液体均匀，否则小孔简洁堵塞4、筛孔盘式布液器气体截面积小，阻力大，操作弹性小5、莲蓬头式布液器优点：结构简洁，安装、拆卸便利缺点：小孔易堵塞；雾沫夹带严峻；流量或压力转变时，液体分布状况会产生较大转变莲蓬头直径：d=(0.2~0.3)DN喷洒半角：α≤40o　　　小孔数目：n=1+n1+2n1+3n1+……..+mn1(n1为第一圈圆周上的孔数)安装高度：h=(0.5~1)DN（二）溢流型喷洒型液体分布装置的局限性：（1）液体需要有肯定的压力才能喷洒。（2）孔眼简洁堵塞。（3）当塔径较大时液体分布的均匀性较差。因此，对直径较大的填料塔，多接受溢流型液体分布装置。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”的消灭；对液体进行重新分布；1、安排锥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板式塔主　要　教　学　内　容授课方式授课时数1、常用板式塔的类型2、塔盘的结构3、裙座及除沫器讲授自学2教学目的和要求1、了解板式塔的类型及总体结构2、把握塔盘的结构3、了解裙座及除沫器的结构教学重点和难点塔盘的结构课外作业思考题一、总体结构板式塔的优点：效率高、处理量大、重量轻、便于修理板式塔的缺点：结构较简单、阻力降较大二、板式塔类型（一）泡罩塔优点：1、操作弹性大，在气、液负荷波动较大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、结构简单，金属耗量大，造价高，安装和修理不便利。2、气体压力降大，雾沫夹带较严峻，因此限制了气速的提高，生产力量不大。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淌的脉动；反之会形成雾沫夹带、液泛等。（二）浮阀塔优点：1、结构紧凑，生产力量大。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、浮阀可依据气量大小上下浮动，操作弹性大。4、浮阀结构简洁，安装简洁，造价较低。缺点：在结构、生产力量、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、结构简洁，制造简洁，造价低。2、塔板效率较高，生产力量大。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，结构简洁，安装和修理便利。2、塔板上的开孔有效面积大，开孔率大，故生产力量大。3、气、液流淌的压力降小，适用于真空蒸馏。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淌的方向全都，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，可接受较大气速，故生产力量高。3、结构简洁，安装、修理便利。缺点：1、液体被气体冲至塔壁落入降液管，带有大量泡沫，气相夹带严峻，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）有肯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肯定的密封性以避开气液短路（3）便于制造、安装和修理（4）制造成本低按气液两相流淌方式分：溢流式（错流式）：操作弹性大穿流式（逆流式）：生产力量大按塔径大小分——整块式：D≤700mm　　　　　　　　　分块式：D＞700mm任选：D=700~800mm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）强度计算最大弯曲应力：；取σ=max｛σx，σy｝要求：σ≤[σ]操作时：[σ检修时：[σL/bαβγ246∞b、刚度计算要求：fmax≤[f]浮阀塔盘：DN≤DN＞2400mm时，[f]=DN/720mm泡罩塔盘：DN≤（2）支承梁（二）降液管和受液盘1、降液管2、受液盘（三）溢流堰出口堰（1）保证塔盘上有肯定厚度的液层（2）使液流均匀（3）增加溢流周边长度，有利于气液分别进口堰（1）保证降液管密封（2）削减水平方向的冲击，使液流均匀流过塔盘§7-4塔设备的附件主　要　教　学　内　容授课方式授课时数1、除沫器2、裙座3、吊柱讲授自学1教学目的和要求1、了解除沫器的结构2、把握裙座的结构和裙座材料的选择3、了解吊柱的结构教学重点和难点裙座的结构和裙座材料的选择课外作业思考题一、除沫器作用：（1）分别塔顶出口气体中夹带的液滴，保证传质效率（2）削减有价值物料的损失（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、裙座裙座的总体结构裙座材料（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，允许接受一般碳素结构钢，如Q235-A、Q235-AF等制造。当裙座温度≤-20℃时，应选择16Mn，且具有肯定的冲击韧性。（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，以避开不同材料焊接对底封头产生不利影响。短节长度：操作温度t＜0℃或t＞350℃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℃时，短节长度取为250~300mm。三、吊柱吊柱的作用吊柱的结构吊柱的选用§7-5塔设备的强度计算主　要　教　学　内　容授课方式授课时数1、塔设备的自振周期2、塔的受载分析3、筒体的强度计算及校核4、裙座的强度计算及校核讲授3教学目的和要求1、把握筒体的强度计算及校核方法2、了解裙座的强度计算及校核方教学重点和难点1、塔设备工作时所受的各种载荷分析和计算2、筒体的强度计算及校核方法课外作业思考题；综合练习题；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，可消灭多种振型，由于塔设备的刚度较大，通常只考虑第一振型。1、等截面塔的自振周期2、变截面塔的自振周期此公式只能计算第一振型的自振周期，其次振型自振周期可依据T2=T1/6计算塔任意段的水平位移和塔顶位移的关系：二、塔的载荷分析（一）质量载荷设备操作时的质量：m0=+m02+m03+m04+m05+ma+me设备水压试验时的最大质量：mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me设备停工检修时的最小质量：mmin=m0102+m03+m04+ma其中：m01—设备壳体（包括裙座）质量m02—设备内件质量m03—设备保温材料质量m04—设备上平台、扶梯质量m05—设备内物料质量ma—设备上人孔、接管、法兰等附件质量mw—设备内充水质量me—偏心质量0.2m02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（二）偏心载荷MEe.eMe----偏心质量e----偏心距（三）风载荷水平风力的计算计算风速V0↓基本风压q0=ρV02/2↓各段风压qi=fiq0↓水平风力Pi=K1K2ifiq0liDei2、风弯矩的计算（四）地震载荷构造地震塔设备在地震载荷作用下，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大。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——表示地震时释放能量的大小地震烈度——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=CZαMpgCZ----结构系数，钢制圆筒形设备CZα----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=CZαηjkmkgηjk----j振型k质点的振型系数Yk=Ya(hi/H)3/2等截面塔：3、地震弯矩的计算对于等截面塔：ME10-0=35/16CZα1mgH2当H/D>15或塔设备的高度大于等于20m时，需考虑高振型的影响，接受简化计算方法：MEI-I=1.25ME1I-I最大弯矩：水压试验时：三、筒体的强度及稳定性校核（一）各种载荷引起的轴向应力1、设计压力引起的轴向应力：2、质量载荷引起的轴向应力：3、最大弯距引起的轴向应力：（二）最大组合应力的计算及校核（1）最大组合拉应力σLmax=σ1-σ2+σ3