【文章內(nèi)容簡介】 GB1502022 鋼制壓力容器》與《JT47102022 鋼制塔式容器》等標準，確定銅氨液、再生氣回流塔設計的機械設計，將主要從兩個方面進行。 塔設備的結構設計塔設備的結構設計包括塔體及附件的結構設計和塔內(nèi)件的結構設計。（1） 塔設備的主要結構尺寸的確定由于填料塔比板式塔壓降小、真空度高，所以本設計采用填料塔作為回流塔的結構。填料層的壓降既與氣流流動狀況有關，又與填料特性有關，情況比較復雜，有關手冊載有各種尺寸填料實測的壓力降曲線，可供計算時應用。（2） 附屬結構及設備① 填料支撐結構：填料支撐結構應滿足三個基本條件：Ⅰ使氣液能順利通過。Ⅱ要有足夠的強度承受填料重量，并考慮填料孔隙中的持液 銅氨液、再生氣回流塔的設計 2重量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動、機械波動、溫度波動等因素。Ⅲ要有一定耐腐蝕性能。② 裙座：裙座的選材應考慮到載荷、塔的操作條件，以及塔釜封頭的材料等因素，對于在室外操作的塔，還得考慮環(huán)境溫度。裙座一般選用圓筒形。細高塔形的應選用圓錐形裙座，同時考慮塔體與裙座的焊接形式。③ 液體再分配裝置液體沿填料層下流時，往往有逐漸靠塔壁方向集中的趨勢。使總的傳質(zhì)效率大為降低。因此每隔一定距離必須設置液體再分配裝置，以克服此現(xiàn)象。④ 除沫器：除沫器的作用是減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設備的正常操作。除沫器的常用形式有：絲網(wǎng)除沫器，拆流板式除沫器以及旋流板除沫器。形式的選用一般是根據(jù)所分離液滴的直徑、要求的捕沫效率及給定的壓力降來確定。綜述，塔器根據(jù)工作壓力、工作溫度以及介質(zhì)特性，選擇塔器主體、封頭等的材料，材料選擇力求經(jīng)濟合理又能滿足性能要求。而后再進行初始的結構設計。具體內(nèi)容包括塔器的主體結構的形式確定，封頭的類型，塔體外部人孔手孔等的開孔情況，包括開孔大小、數(shù)目、位置等，外部吊裝裝置的選擇以及具體工藝接管的安排等。 塔設備的強度和穩(wěn)定性設計塔設備除必須按規(guī)范進行強度和穩(wěn)定性計算外，還應根據(jù)具體情況進行一些在特殊工況下的強度計算，如局部應力計算等，以及一些有強度要求的零部件的計算。塔的強度計算一般應有下列內(nèi)容：① 在設計壓力下的筒體和封頭的厚度計算；② 在風載荷、地震載荷及其他載荷作用下的強度和穩(wěn)定性計算；③ 地腳螺栓、基礎板、地腳螺栓座的筋板和蓋板的計算；④ 各接管開孔補強計算；⑤ 塔的吊耳計算；⑥ 塔的吊裝計算；⑦ 局部應力計算；⑧ 特殊零件計算；⑨ 塔設備的振動計算與防震；將根據(jù)銅氨液、再生氣回流塔設計的具體設計條件和結構，確定實際需要計算的內(nèi)容。 銅氨液、再生氣回流塔的設計 32 材料選擇和結構設計 筒體、封頭、裙座材料的確定已知塔徑 1400mm；工作壓力：；工作溫度： ℃；介質(zhì)：銅液量：20~60m3/h；再生氣量： mm3/h。設置于上海地區(qū)，基本風壓為 550N/m2。42~54 840~1400介質(zhì)特性、操作特性、材料焊接性能知滿足要求的材料有 Q245R、Q345R 、Q370R等，結合容器的制造工藝以及經(jīng)濟上的合理性，考慮到介質(zhì)銅氨液為輕微腐蝕溶液，故筒體、封頭、裙座均采用 Q345R。 塔全高的確定塔頂空間高度應該有足夠的高度以使氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來，減少塔頂出口氣體中液體的夾帶，這段高度一般取 ~，在這里 取 。h1填料選取金屬矩鞍環(huán)，矩鞍環(huán)填料的尺寸與塔徑之比 ，由塔徑 1400，得??????115d，查表 12319，選取公稱直徑為 50mm 的金屬矩鞍環(huán)。填料層較高時，應在塔內(nèi)分幾段設置，每段填料的高度 與塔徑 之間的關系，對于中小型塔而言， 為??0 ??????0????5~8m；對于大直徑塔， 不宜超過 6m，故取填料高度為 。??0塔底空間高度應該留有空間以滿足安裝進氣管的要求，進氣管的位置應該在填料層以下約一個塔徑的距離，且高于塔底液面 300mm 以上，由于此次設計的填料塔氣體流量較小，故忽略液封高度，則塔底空間高度可取 。?2=1600mm+400mm=2022mm綜上所述，故塔全高為 H 塔=++2m=7m 。 內(nèi)壓圓筒設計與計算圓筒形壓力容器結構形式，具有結構簡單、易于制造、便于在塔體內(nèi)部裝設附件等優(yōu)點。主要分為單層式和組合式，組合式又可分為多層包扎式、熱套式、繞板式等。目前，多層包扎式圓筒是世界上應用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗最為豐富的組合式圓筒結構。在設計時為了避免裂紋沿厚度方向擴展，各層板間的縱向焊縫應相互錯開 75176。角。多層包扎式圓筒制造工藝相對簡單，不需要大型復雜的加工設備；與單層式圓筒相比安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴展的能力，減少了脆性破壞的可能，且包扎預應力可有效改善圓筒的應力分布；對介質(zhì)的適應性強，可依據(jù)介質(zhì)的特性選擇 銅氨液、再生氣回流塔的設計 4合適的材料。但多層包扎式圓筒制造工序多、周期長、效率低、鋼板材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對接的環(huán)焊縫對容器的制造質(zhì)量和安全有顯著影響。根據(jù)工藝要求和考慮經(jīng)濟性因素，本次的銅氨液、再生氣回流塔的圓筒形式采用單層式。已知塔徑 1400mm；工作壓力：；工作溫度： ℃；介質(zhì)：銅液量：20~60m3/h；再生氣量： mm3/h。選定設計溫度：100℃。進行計算：42~54 840~1400計算工作壓力：（）????=????/????2（）???? =(~)????=(~)?4 =10290~10780???????? =?????????????。ǎ???? =??????確定筒體壁厚：假設厚度為 3~16mm，Q345R 在 100℃時的許用應力 ，焊接接頭形式[??]??=189??????采用雙面全焊透，局部無損檢測，因此 216。=。（） ?? = ????????2[??]?????????? = 14002189?=????對于低合金鋼制容器， 不小于 3mm，由于鋼材的厚度負偏差不大于 ，且????????不超過名義厚度的 6%，故取 =0mmC1設計厚度3+1=4mm （）????=??+??2=名義厚度（）????=??+??=4????圓整至國家標準鋼板厚度，故取 ????=4????（）???? =???????=3????計算得在設計溫度下，圓筒的計算應力（）???? =????(????+???? )2???? =(1400+3）23 =??????滿足 ，合格。????≤[??]??? 銅氨液、再生氣回流塔的設計 5 封頭的設計與計算 封頭類型的比較壓力容器封頭種類有凸形封頭（半球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭、球冠形封頭） 、錐殼、平蓋及緊縮口等。半球形封頭：在均勻受內(nèi)壓作用下、薄壁球形容器的薄膜應力為相同直徑圓筒的一半、但其深度大直徑小時整體沖壓困難、常用在高壓容器上。橢圓形封頭：由半個橢圓面和短圓筒組成，橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)、應力分布均勻、且封頭深度較半球形封頭小得多、易于沖壓成型、在中低壓容器中應用廣泛。碟形封頭：由帶折邊的球面封頭、過渡環(huán)殼、短圓筒三部分組成；封頭深度較小、成型方便、但存在較大邊緣彎曲應力、曲面不連續(xù)。錐殼：結構上不連續(xù)、應力分布不均勻、常用于中低壓容器。平蓋：結構簡單、制造容易、封頭厚度大、材料耗費多、多用于直徑小高壓容器。 封頭類型的確定由于設計壓力為 ，屬低壓容器，設計溫度為 100℃，故在滿足工藝條件前提下，比較封頭的制造難以程度、消耗材料情況、工藝上的合理性確定上下均采用標準橢圓形封頭。 封頭參數(shù)確定由 JB/T47462022 可知橢圓形封頭各參數(shù)值為：公稱直徑： 1400mm；曲面高度350mm；直邊高度：25mm。 封頭厚度計算對受內(nèi)壓封頭的強度計算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭的薄膜應力，還需要考慮與圓筒連接處的不連續(xù)應力。根據(jù)工藝要求，選擇標準橢圓形封頭，其優(yōu)點是應力分布均勻，易于沖壓形成。選擇材料為與筒體相同的 Q345R，則 ，選雙面焊接對接接頭，局部無損檢[??]??=189??????測時取 216。=。確定應力增強系數(shù) K：（）?? =16[2+(????2???)2]?? =16[2+( 14002344)2]=K 為標準橢圓形封頭的應力增強系數(shù)，取 K=。 銅氨液、再生氣回流塔的設計 6計算封頭厚度：（）??? = ??????????2[??]??????????? = 14002189?=????低合金鋼 ，故 取 3mm，由于鋼材的厚度負偏差不大于 ，且不超??????????? ???過名義厚度的 6%，故取 =0mm， 。圓整得 。C1 ????=???+C2=3+1=4???? ????=4???? 裙座的結構與焊接設計 裙座的結構設計為了制作方便，裙座一般選用圓筒形。對直徑小又細高的塔（即 DN≤1m，且H/DN＞25 或 DN＞1m，且 H/DN＞30） ，為了提高設備的穩(wěn)定性及降低地腳螺栓與基礎環(huán)支承面上的應力，可采用圓錐形裙座。設計圓錐形裙座時，考慮到按穩(wěn)定計算的錐體厚度是與 cos2 成反比（即錐體的半錐頂角 增大，厚度也將增加） ，且錐體與塔體的焊?? ??縫在彎曲與剪切作用下引起的應力突變，也將隨 的增大而增加，所以 一般不大于 10176。?? ??（1） 類型 DN1m，H/DN=7750/1400=30 ，因此選用圓筒形裙座。由于裙座高度一般取為 3～6m，本次所設計的塔高為 ，所以在這里取裙座高度取為 。（2） 選擇裙座材料為 Q345R，裙座不能與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材的限制。但由于裙座對整個塔器而言是個至關重要的元件，支撐整個塔器，如它破壞將直接影響塔器的正常使用。并且裙座所耗費材料對整個塔而言不多，提高它的用材要求，在經(jīng)濟上不會造成太多的費用。常用的裙座材料為 Q235B和 Q345R。Q235 因為耐用性和適用場合等多種因素已經(jīng)不太使用。所以選用 Q345R 較合適。焊接接頭可以分為對接或塔接型式。而其中塔接型式的受力情況較差，只是因為安裝較方便，在一些小塔或焊接接頭受力較小的情況下采用，因此我采用對接焊接。對接焊接接頭裙座殼體外徑與封頭外徑相等，兩者的連接焊縫必須采用全焊透連續(xù)焊。 焊接形式設計裙座與塔體的連接采用焊接。焊接接頭可采用對接形式或搭接形式。采用對接形式時，一般裙座筒體外徑與填料塔封頭的外徑相等，裙座筒體與填料塔封頭的連接焊縫應采用全焊透的連續(xù)焊，且與填料塔封頭的外壁圓滑過渡。 銅氨液、再生氣回流塔的設計 7橢圓封頭壁厚為 4mm，塔的公稱直徑為 1400mm，直邊高度 h 為 25mm。 進出口設計 接管厚度（1） 銅氨液進（出）口接管厚度殼體接管采用 Q345R 低合金鋼，外徑 ????=219????計算厚度：??= ????????2[??]????????= 2192189?=????由于鋼材的厚度負偏差不大于 ，且不超過名義厚度的 6%，故取 =0mm，本C1次設計的原料液有輕微腐蝕性，故腐蝕裕量取 。??2=2????則設計厚度： ????=??+??2=+2=????名義厚度： ??????=????+C1+?=+?=????選取接管尺寸 。?219????（2） 再生氣進口接管厚度殼體接管采用 Q345R 低合金鋼，外徑 ????=325????計算厚度：??= ????????2[??]????????= 3252189?=????由于鋼材的厚度負偏差不大于 ，且不超過名義厚度的 6%，故取 =0mm，本C1次設計的原料液有輕微腐蝕性，故腐蝕裕量取 。??2=2????則設計厚度： 銅氨液、再生氣回流塔的設計 8????=??+??2=+2=????名義厚度： ??????=????+C1+?=+?=????選取接管尺寸 。?325????（3） 再生氣出口接管厚度殼體接管采用 Q345R 低合金鋼，外徑 ????=273????計算厚度：??= ????????2[??]????????= 2732189?=????由于鋼材的厚度負偏差不大于 ，且不超過名義厚度的 6%，故取 =0mm，本C1次設計的原料液有輕微腐蝕性，故腐蝕裕量取 。??2=2????則設計厚度： ????=??+??2=+2=????名義厚度： ??????=????+C1+?=+?=????選取接管尺寸 。?273????（4） 接管法蘭厚度殼體接管采用 Q345R 低合金鋼，外徑 ????=219????計算厚度：??=