【文章內容簡介】 根據以上各線方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，如圖所示。 圖2 精餾段篩板負荷性能圖 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。由上圖查得 Vs,max=,min= m3/s故操作彈性為 Vs,max / Vs,min=所設計篩板的主要結果匯總于表。 將所有結果列入表323中：表323 精餾段設計數(shù)據匯總表項目數(shù)目及說明備注塔徑D,m板間距,m塔板類型單溢流弓形降液管分塊式塔盤空塔氣速u,m/s堰長，m堰高，m板上液層高度，m降液管底隙高度，m篩孔數(shù)N2440等邊三角形叉排篩孔動能因數(shù)臨界篩孔氣速，m/s孔心距t,m指同一橫排的孔心距排間距，m指相鄰兩橫排的中心線距離單板壓降液體在降液管內的停留時間，s4降液管內液層高度m氣相負荷上限線液泛控制氣相負荷下限線漏液控制泛點率%%操作彈性第4章 機械設計計算機械設計條件塔徑D,mm1500塔高H，mm23000最高工作壓力（絕壓）MPa工作溫度，℃100介質苯甲苯基本風壓 ，Pa400地震裂度（度）7保溫層厚度，mm100場地類型Ⅱ注：塔高H=23000mm過程設備大多使用在石油化工、造紙、醫(yī)藥、食品、農藥等行業(yè)，這些行業(yè)種類多，各類產品生產的工藝過程不相同，工作條件多種多樣，加之近年來石油化工、核能、宇航等工業(yè)的不斷發(fā)展，工藝過程向高溫、高壓、低溫和超低溫開拓，因此對過程裝備材料的選擇應全方位、多方面考慮。過程裝備大多使用在具有單系列連續(xù)生產特點的生產過程，整個生產過程又有許多不同功能的過程裝備組成不同的系列單元，由系列單元組成大系統(tǒng)的整體，其中任一臺裝備或構件失效，整個生產過程都要受到影響。通常要根據材料的使用性能、工藝要求和經濟性來合理選擇材料。材料的使用性能，它是指材料在過程裝備及其構件（零件）工作過程中所應具有的性能，包括材料的力學性能、化學性能和物理性能，這些性能是選材的主要依據。然而不同的構件要求的使用性能是不同的。材料的加工工藝性能是指在保證構件質量的前提下，加工材料的難易程度，任何構件都要經過一定加工工藝制造出來，過程裝備材料常用加工工藝是壓力加工、機加工、鑄造、焊接和熱處理等，尤其是焊接和熱處理，不僅用此工藝的構件多，而且焊接結構失效的幾率高，當然焊接結構失效不完全由焊接工藝決定，但它與選材、設計及焊后有無進行有效的熱處理密切相關，因此選材時也必須考慮材料的加工工藝性能。好的加工工藝性能，不僅要求工藝簡單、容易加工、能源消耗少、材料利用率高，加工質量（變形小、尺寸精度高、表面光潔、組織均勻致密等），而且包括加工之后的構件在使用時有好的使用性能。在滿足構件使用性能，加工工藝要求的前提下，材料的綜合經濟性也是必須要考慮的主要因素，選材的經濟性不只是選材的價格，還要考慮構件生產的總成本，把材料費用同構件加工、制造、安裝、檢驗、維修、更換及裝備壽命等結合起來考慮，進行總費用的選擇，選材同時考慮材料來源容易和符合國家的資源政策也是很重要的。在滿足了以上要求之后，還要充分考慮介質的特性，介質特性主要是介質的組成 、濃度和PH等，介質通常與構件材料以界面形式直接接觸的，因此主要考慮的是材料的腐蝕性和耐磨性，腐蝕性的組分種類不同，含量不同，對材料的腐蝕性也不同；并且化工過程裝備大多處理流動介質，當介質包含有固體顆?；蛴泻芨叩牧魉贂r，它會在構件的表面產生沖刷、渦旋和湍流等現(xiàn)象，引起材料嚴重沖擊、磨損，這時又要求材料有足夠的耐磨性。壓力容器常用的材料有如下幾種：1. Q235－AF：容器設計壓力P≤；鋼板使用溫度為0～250；用于殼體時，鋼板厚度不大于12mm；不得用于易燃介質以及毒性程度為中度、高度或極度危害介質的壓力容器。2. Q235－A：容器設計壓力P≤；使用溫度在0～350；殼體厚度小于16mm。不得用于盛裝液化石油氣介質以及毒性程度為高度或極度危害介質。3. Q235－B：容器設計壓力P≤；鋼板使用溫度在0～350；不得用于毒性程度為高度或極度危害介質的壓力容器。4. 16MnR：屬強度用鋼，是345MPa的低合金鋼，具有良好的機械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性。中溫及低溫的機械性能均優(yōu)于Q235－A、120等碳素鋼，使用溫度在－40～475的場合，在石油化工設備、鍋爐、壓力容器中廣泛使用。5. 0Cr18Ni9：它屬于18—8型奧氏體不銹鋼耐酸鋼，抗高溫氧化性能好、良好的塑性、韌性、冷加工性，在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質中耐酸性亦佳。此鋼有較好的冷變形性能，可以進行彎曲、卷邊等工序，但冷作硬化能力很強，對冷變形量大的工序，則需進行一次中間熱處理，焊接性能良好，可以進行各種方法的焊接。是在化工、原子能、食品設備中應用最廣泛的不銹鋼和耐熱鋼，除制作殼體外，還可作設備襯里、容器法蘭襯環(huán)、緊固件、金屬密封墊。，工作溫度為 100℃屬于常溫，介質輕微腐蝕。在剛度或結構設計為主的場合，應盡量選擇普通碳素鋼。在強度設計為主的場合，應根據壓力，溫度，介質等使用限制，根據上述16MnR的使用條件，故選用16MnR為塔體材料；裙座，基礎環(huán)，螺栓材料根據經驗選用Q235A。由參考文獻[6]式291式中：——盛裝液化氣體的容器在介質50℃，本塔在50℃。——工作溫度100℃時，16MnR的許用應力。由參考文獻[7]附表3，查得=163MPa。——焊縫系數(shù)，由參考文獻[7]表43知，采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，=將以上數(shù)據帶入公式41=塔設計壽命一般不小于15年，本塔為20年，對輕微腐蝕，按《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》～，取。由參考文獻[6]鋼板厚度在8～25之間，取。所以壁厚附加量為 =+=設計厚度為圓整取=13mm最小壁厚校核：對于碳素鋼和低合金鋼容器，當直徑時，其最小壁厚，且不小于3mm所以筒體有效壁厚因此滿足安裝、制造及運輸?shù)葘偠鹊囊?。封頭選擇材料為16MnR，采用標準橢圓形封頭。封頭的厚度由文獻[9]式446得，式中K為應力增強系數(shù)，查圖可得K=1則==圓整取最小壁厚校核：，則滿足要求。封頭有效壁厚為。取與筒體相同的壁厚20mm。塔體重量：=裙座質量:=則塔體與裙座總質量由參考文獻[5]表51知，浮閥塔盤單重，由工藝設計知共48塊塔盤，所以內件總重為取保溫層厚度 ，保溫材料 ， 它將包住整個塔體，=由工藝條件可知，沿塔高每隔一層開一個人孔，共有7個，相應處安裝平臺，平臺呈半圓形，平臺自身重量查文獻得900，籠式扶梯總高為28米，單重為392，所以平臺扶梯總重量為： =塔盤沖液量,塔釜液面高，物料重度，所以物料重量為： =由文獻[7]得=（1）操作時重量為： =+++++=（2）安裝時最小載荷重量為：=++++=（3）水壓實驗重量為：=++++=根據參考文獻[9]式85式中：H——塔體總高，mm；E——塔材料的彈性模數(shù)，Mpa；——筒體有效厚度，mm；——塔的操作質量，mm；——設備內徑，mm所以=查文獻[4]知，把全塔分6段，分段分壓及由引起的任意截面分彎矩分別根據參考文獻[9]式164，166計算式中： ——空氣動力系數(shù)，對圓筒形容器； ——10m高處的基本風壓值； ——風壓變化系數(shù)； ——風振系數(shù)； ——同一直徑的兩相鄰計算截面間距離，m； ——塔有效直徑；將各數(shù)據及計算結果列入表41中。表41 各段基本參數(shù)總匯段號123456段距,m0～～55～1212～1919～2626～,Pa400動前系數(shù)脈動系數(shù)m風振系數(shù)風壓變化系數(shù)各段高m777扶梯寬度平臺寬度00有效直徑m風力式中:——塔器各設計段的外徑，m； ——塔器第i段的保溫層厚度，m； ——系數(shù)，籠式扶梯當量寬度； ——系數(shù)，操作平臺當量寬度；風彎矩的計算危險截面，取00，11，22，危險截面的風彎矩分別為：將全塔分為6段，將各質量列于表42中表42各段塔的質量段號質量123456——————————889將地震力及地震彎矩及有關數(shù)值列入表43中，計算公式見文獻[8]中式168，178表43 各段塔地震載荷及彎矩 段號項目123456操作質量操作質量距地高3375000結構系數(shù)C 64810306因為所以視設備為柔性結構，須考慮高振型的影響，在進行穩(wěn)定或其它驗算時，即：任意截面地震彎矩由文獻[7]式89，得計算11截面彎矩： 計算22截面彎矩 由各種載荷在塔設備上引起的彎矩有風彎矩、地震彎矩、偏心彎矩，所以在正常操作條件下，取最大彎矩值如下：將各段塔殼穩(wěn)定性強度的驗算列入下表44表44殼穩(wěn)定性強度驗算 計算截面項目001122塔殼有效厚度，mm最大彎矩操作時引起軸向000引起軸向應力引起軸向應力計算截面上操作質kg軸向壓應力軸向拉應力由文獻[7]式69：查圖并利用插值法求B臨界許用應力取最小值，所以由表44中數(shù)據可知，組合拉應力，組合壓應力，所以塔體驗算合格，塔體壁厚20mm，塔體最大組合拉應力發(fā)生在ⅡⅡ截面上，所以校核塔體抗拉強度，即：=因為=，所以合格。校核塔體抗壓強度，即，所以合格。由文獻[8]式191計算：式中：——水壓試驗壓力，Pa取+液柱靜壓=大于所以滿足水壓試驗強度條件。危險截面ⅡⅡ應力文獻[8]式192計算： 滿足水壓試驗穩(wěn)定條件。裙座采用與塔體直徑，同厚度的圓筒體，與塔體對接焊。現(xiàn)設：00截面為塔設備的基底截面；ⅠⅠ截面為裙座上人孔處的截面；ⅡⅡ截面為塔體與裙座連接焊縫處的截面。由文獻[8]中式193，194因為：查得： ，所以 ==所以00截面合格因ⅠⅠ截面是人孔處，人孔尺寸為，由文獻[4]得，因為 所以 = = = =所以ⅠⅠ截面合格。 = = = =所以ⅡⅡ截面合格。參考文獻[9]式835知：基礎環(huán)外徑 基礎環(huán)內徑 式中：——裙座基底的外徑，m； 所以取所以取正常工作時：水壓實驗時：取其中較大的值 ； 因此： 所以：各種標號混凝土值由文獻[7]的表87知，因為，所以混凝土基礎強度足夠。采用加筋板結構，以n=16個均布地腳螺栓將基礎環(huán)固定在混凝土基礎上，取筋板厚度為22mm，在確定基礎環(huán)的外伸長度為：基礎環(huán)材料選用低碳鋼，取基礎環(huán)外緣長為：，在兩個地腳螺栓間設兩個筋板，其間距為：由文獻[8]表18查得：取其中較大值，則：考慮腐蝕裕量，取按參考文獻[8]中式195，計算受風載荷基礎螺栓應力。 受地震載荷時：取以上兩數(shù)的較大值，由文獻[8]197計算地腳螺栓直徑，即： = =式中： 取的螺栓16個。裙座與筒體連接焊縫采用對接焊縫，按照文獻[8]中式1103校核。式中：——操作條件下裙座與塔釜封頭對接