閆紹峰，劉巷汝，周傳燁

(遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

1 引言

塔設(shè)備是石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等工業(yè)中普遍應(yīng)用的工藝設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)氣、液兩相直接接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，如精餾、吸收、解吸、萃取等。塔設(shè)備按結(jié)構(gòu)可分為填料塔和板式塔兩種。本設(shè)計(jì)為板式塔，主要優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)能力大、分離效率高、操作彈性大、壓降小等。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)與方案

2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

操作介質(zhì)為脫氰液、水，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 設(shè)計(jì)方案

(1)塔設(shè)備的選型。填料塔和板式塔均可用于蒸餾、吸收等氣液傳質(zhì)過程，但在兩者之間進(jìn)行比較及合理選擇時(shí)，必須考慮多方面因素，如與處理量、被處理物料的性質(zhì)、操作條件以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等方面有關(guān)的因素。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到處理量大，選取板式塔。

(2)塔板類型的確定。板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。根據(jù)目前國內(nèi)外實(shí)際應(yīng)用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量的變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，故塔板效率高。本設(shè)計(jì)選用浮閥塔盤，標(biāo)準(zhǔn)孔徑為Φ39mm，對(duì)應(yīng)每個(gè)孔分別裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。采用最常用的FI型，如圖1所示。

圖1 F1型浮閥

(3)封頭的結(jié)構(gòu)類型選擇[1]。封頭的結(jié)構(gòu)型式是由工藝過程、承載能力、制造技術(shù)方面的要求而決定的。一般主要根據(jù)承壓能力的大小和制造難易程度選用封頭的結(jié)構(gòu)類型。封頭的結(jié)構(gòu)類型主要分為：半球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭、球冠形封頭，如圖2所示。本次設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。

圖2 常見容器凸形封頭

(4)支座結(jié)構(gòu)型式的選擇[2-3]。支座是用來支撐、固定容器和設(shè)備的。在某些場(chǎng)合下，支座還要承受操作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，承受風(fēng)載荷和地震載荷。支座的結(jié)構(gòu)型式很多。根據(jù)容器和設(shè)備自身的型式，支座可以分為兩大類，即臥式容器支座和立式容器支座。其中，立式容器的支座有4種:耳式支座、支撐式支座、腿式支座和裙式支座。設(shè)計(jì)中小型直立容器時(shí)常采用前三種支座，設(shè)計(jì)大型塔設(shè)備時(shí)則廣泛采用裙式支座。綜上所述，根據(jù)本次設(shè)計(jì)直徑為1200mm、高度為21048mm，選用圓筒形裙式支座，選用與筒體相同的材料Q345R為支座材料。裙座的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 裙座的結(jié)構(gòu)

3 殼體強(qiáng)度計(jì)算

3.1 選材

根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)情況，選用Q345為塔體材料。

3.2 確定計(jì)算壓力

3.3 殼體厚度[4]

(1)筒體計(jì)算壁厚 筒體采用鋼板卷制焊接，計(jì)算壁厚為：

考慮到鋼板厚度負(fù)偏差和腐蝕裕度，取 δn=10(C1=0.8，C2=2)。

按照GB 150-2011的規(guī)定，壁厚滿足最小壁厚要求[5]。

(2)封頭 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，計(jì)算壁厚為：

考慮到鋼板厚度負(fù)偏差和腐蝕裕度，取δn=10(C1=0.8，C2=2)。筒體與封頭經(jīng)水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核后，考慮風(fēng)載荷、地震載荷、偏心載荷聯(lián)合作用，取δn=16 mm。