【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖所示。 圖2 精餾段篩板負(fù)荷性能圖 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)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(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于表。 將所有結(jié)果列入表323中：表323 精餾段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯總表項(xiàng)目數(shù)目及說(shuō)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(pán)空塔氣速u,m/s堰長(zhǎng)，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(dòng)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(nèi)的停留時(shí)間，s4降液管內(nèi)液層高度m氣相負(fù)荷上限線液泛控制氣相負(fù)荷下限線漏液控制泛點(diǎn)率%%操作彈性第4章 機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械設(shè)計(jì)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(zhì)苯甲苯基本風(fēng)壓 ，Pa400地震裂度（度）7保溫層厚度，mm100場(chǎng)地類型Ⅱ注：塔高H=23000mm過(guò)程設(shè)備大多使用在石油化工、造紙、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥等行業(yè)，這些行業(yè)種類多，各類產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過(guò)程不相同，工作條件多種多樣，加之近年來(lái)石油化工、核能、宇航等工業(yè)的不斷發(fā)展，工藝過(guò)程向高溫、高壓、低溫和超低溫開(kāi)拓，因此對(duì)過(guò)程裝備材料的選擇應(yīng)全方位、多方面考慮。過(guò)程裝備大多使用在具有單系列連續(xù)生產(chǎn)特點(diǎn)的生產(chǎn)過(guò)程，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程又有許多不同功能的過(guò)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(tái)裝備或構(gòu)件失效，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都要受到影響。通常要根據(jù)材料的使用性能、工藝要求和經(jīng)濟(jì)性來(lái)合理選擇材料。材料的使用性能，它是指材料在過(guò)程裝備及其構(gòu)件（零件）工作過(guò)程中所應(yīng)具有的性能，包括材料的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能，這些性能是選材的主要依據(jù)。然而不同的構(gòu)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(gòu)件質(zhì)量的前提下，加工材料的難易程度，任何構(gòu)件都要經(jīng)過(guò)一定加工工藝制造出來(lái)，過(guò)程裝備材料常用加工工藝是壓力加工、機(jī)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(gòu)件多，而且焊接結(jié)構(gòu)失效的幾率高，當(dāng)然焊接結(jié)構(gòu)失效不完全由焊接工藝決定，但它與選材、設(shè)計(jì)及焊后有無(wú)進(jìn)行有效的熱處理密切相關(guān)，因此選材時(shí)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(jiǎn)單、容易加工、能源消耗少、材料利用率高，加工質(zhì)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(gòu)件在使用時(shí)有好的使用性能。在滿足構(gòu)件使用性能，加工工藝要求的前提下，材料的綜合經(jīng)濟(jì)性也是必須要考慮的主要因素，選材的經(jīng)濟(jì)性不只是選材的價(jià)格，還要考慮構(gòu)件生產(chǎn)的總成本，把材料費(fèi)用同構(gòu)件加工、制造、安裝、檢驗(yàn)、維修、更換及裝備壽命等結(jié)合起來(lái)考慮，進(jìn)行總費(fèi)用的選擇，選材同時(shí)考慮材料來(lái)源容易和符合國(guó)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(zhì)的特性，介質(zhì)特性主要是介質(zhì)的組成 、濃度和PH等，介質(zhì)通常與構(gòu)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(duì)材料的腐蝕性也不同；并且化工過(guò)程裝備大多處理流動(dòng)介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)包含有固體顆?；蛴泻芨叩牧魉贂r(shí)，它會(huì)在構(gòu)件的表面產(chǎn)生沖刷、渦旋和湍流等現(xiàn)象，引起材料嚴(yán)重沖擊、磨損，這時(shí)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(shè)計(jì)壓力P≤；鋼板使用溫度為0～250；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于12mm；不得用于易燃介質(zhì)以及毒性程度為中度、高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。2. Q235－A：容器設(shè)計(jì)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(zhì)以及毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)。3. Q235－B：容器設(shè)計(jì)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(zhì)的壓力容器。4. 16MnR：屬?gòu)?qiáng)度用鋼，是345MPa的低合金鋼，具有良好的機(jī)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(jī)械性能均優(yōu)于Q235－A、120等碳素鋼，使用溫度在－40～475的場(chǎng)合，在石油化工設(shè)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(zhì)中耐酸性亦佳。此鋼有較好的冷變形性能，可以進(jìn)行彎曲、卷邊等工序，但冷作硬化能力很強(qiáng)，對(duì)冷變形量大的工序，則需進(jìn)行一次中間熱處理，焊接性能良好，可以進(jìn)行各種方法的焊接。是在化工、原子能、食品設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的不銹鋼和耐熱鋼，除制作殼體外，還可作設(shè)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(zhì)輕微腐蝕。在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的場(chǎng)合，應(yīng)盡量選擇普通碳素鋼。在強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主的場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)壓力，溫度，介質(zhì)等使用限制，根據(jù)上述16MnR的使用條件，故選用16MnR為塔體材料；裙座，基礎(chǔ)環(huán)，螺栓材料根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用Q235A。由參考文獻(xiàn)[6]式291式中：——盛裝液化氣體的容器在介質(zhì)50℃，本塔在50℃?！ぷ鳒囟?00℃時(shí)，16MnR的許用應(yīng)力。由參考文獻(xiàn)[7]附表3，查得=163MPa?！缚p系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[7]表43知，采用雙面對(duì)接焊縫，局部無(wú)損探傷，=將以上數(shù)據(jù)帶入公式41=塔設(shè)計(jì)壽命一般不小于15年，本塔為20年，對(duì)輕微腐蝕，按《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》～，取。由參考文獻(xiàn)[6]鋼板厚度在8～25之間，取。所以壁厚附加量為 =+=設(shè)計(jì)厚度為圓整取=13mm最小壁厚校核：對(duì)于碳素鋼和低合金鋼容器，當(dāng)直徑時(shí)，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(yùn)輸?shù)葘?duì)剛度的要求。封頭選擇材料為16MnR，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。封頭的厚度由文獻(xiàn)[9]式446得，式中K為應(yīng)力增強(qiáng)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(zhì)量:=則塔體與裙座總質(zhì)量由參考文獻(xiàn)[5]表51知，浮閥塔盤(pán)單重，由工藝設(shè)計(jì)知共48塊塔盤(pán)，所以內(nèi)件總重為取保溫層厚度 ，保溫材料 ， 它將包住整個(gè)塔體，=由工藝條件可知，沿塔高每隔一層開(kāi)一個(gè)人孔，共有7個(gè)，相應(yīng)處安裝平臺(tái)，平臺(tái)呈半圓形，平臺(tái)自身重量查文獻(xiàn)得900，籠式扶梯總高為28米，單重為392，所以平臺(tái)扶梯總重量為： =塔盤(pán)沖液量,塔釜液面高，物料重度，所以物料重量為： =由文獻(xiàn)[7]得=（1）操作時(shí)重量為： =+++++=（2）安裝時(shí)最小載荷重量為：=++++=（3）水壓實(shí)驗(yàn)重量為：=++++=根據(jù)參考文獻(xiàn)[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(zhì)量，mm；——設(shè)備內(nèi)徑，mm所以=查文獻(xiàn)[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(jù)參考文獻(xiàn)[9]式164，166計(jì)算式中： ——空氣動(dòng)力系數(shù)，對(duì)圓筒形容器； ——10m高處的基本風(fēng)壓值； ——風(fēng)壓變化系數(shù)； ——風(fēng)振系數(shù)； ——同一直徑的兩相鄰計(jì)算截面間距離，m； ——塔有效直徑；將各數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列入表41中。表41 各段基本參數(shù)總匯段號(hào)123456段距,m0～～55～1212～1919～2626～,Pa400動(dòng)前系數(shù)脈動(dòng)系數(shù)m風(fēng)振系數(shù)風(fēng)壓變化系數(shù)各段高m777扶梯寬度平臺(tái)寬度00有效直徑m風(fēng)力式中:——塔器各設(shè)計(jì)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(dāng)量寬度； ——系數(shù)，操作平臺(tái)當(dāng)量寬度；風(fēng)彎矩的計(jì)算危險(xiǎn)截面，取00，11，22，危險(xiǎn)截面的風(fēng)彎矩分別為：將全塔分為6段，將各質(zhì)量列于表42中表42各段塔的質(zhì)量段號(hào)質(zhì)量123456——————————889將地震力及地震彎矩及有關(guān)數(shù)值列入表43中，計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[8]中式168，178表43 各段塔地震載荷及彎矩 段號(hào)項(xiàng)目123456操作質(zhì)量操作質(zhì)量距地高3375000結(jié)構(gòu)系數(shù)C 64810306因?yàn)樗砸曉O(shè)備為柔性結(jié)構(gòu)，須考慮高振型的影響，在進(jìn)行穩(wěn)定或其它驗(yàn)算時(shí)，即：任意截面地震彎矩由文獻(xiàn)[7]式89，得計(jì)算11截面彎矩： 計(jì)算22截面彎矩 由各種載荷在塔設(shè)備上引起的彎矩有風(fēng)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(qiáng)度的驗(yàn)算列入下表44表44殼穩(wěn)定性強(qiáng)度驗(yàn)算 計(jì)算截面項(xiàng)目001122塔殼有效厚度，mm最大彎矩操作時(shí)引起軸向000引起軸向應(yīng)力引起軸向應(yīng)力計(jì)算截面上操作質(zhì)kg軸向壓應(yīng)力軸向拉應(yīng)力由文獻(xiàn)[7]式69：查圖并利用插值法求B臨界許用應(yīng)力取最小值，所以由表44中數(shù)據(jù)可知，組合拉應(yīng)力，組合壓應(yīng)力，所以塔體驗(yàn)算合格，塔體壁厚20mm，塔體最大組合拉應(yīng)力發(fā)生在ⅡⅡ截面上，所以校核塔體抗拉強(qiáng)度，即：=因?yàn)?，所以合格。校核塔體抗壓強(qiáng)度，即，所以合格。由文獻(xiàn)[8]式191計(jì)算：式中：——水壓試驗(yàn)壓力，Pa取+液柱靜壓=大于所以滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度條件。危險(xiǎn)截面ⅡⅡ應(yīng)力文獻(xiàn)[8]式192計(jì)算： 滿足水壓試驗(yàn)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(duì)接焊?，F(xiàn)設(shè)：00截面為塔設(shè)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(xiàn)[8]中式193，194因?yàn)椋翰榈茫? ，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(xiàn)[4]得，因?yàn)? 所以 = = = =所以ⅠⅠ截面合格。 = = = =所以ⅡⅡ截面合格。參考文獻(xiàn)[9]式835知：基礎(chǔ)環(huán)外徑 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 式中：——裙座基底的外徑，m； 所以取所以取正常工作時(shí)：水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)：取其中較大的值 ； 因此： 所以：各種標(biāo)號(hào)混凝土值由文獻(xiàn)[7]的表87知，因?yàn)?，所以混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度足夠。采用加筋板結(jié)構(gòu)，以n=16個(gè)均布地腳螺栓將基礎(chǔ)環(huán)固定在混凝土基礎(chǔ)上，取筋板厚度為22mm，在確定基礎(chǔ)環(huán)的外伸長(zhǎng)度為：基礎(chǔ)環(huán)材料選用低碳鋼，取基礎(chǔ)環(huán)外緣長(zhǎng)為：，在兩個(gè)地腳螺栓間設(shè)兩個(gè)筋板，其間距為：由文獻(xiàn)[8]表18查得：取其中較大值，則：考慮腐蝕裕量，取按參考文獻(xiàn)[8]中式195，計(jì)算受風(fēng)載荷基礎(chǔ)螺栓應(yīng)力。 受地震載荷時(shí)：取以上兩數(shù)的較大值，由文獻(xiàn)[8]197計(jì)算地腳螺栓直徑，即： = =式中： 取的螺栓16個(gè)。裙座與筒體連接焊縫采用對(duì)接焊縫，按照文獻(xiàn)[8]中式1103校核。式中：——操作條件下裙座與塔釜封頭對(duì)接