畢業(yè)設(shè)計論文 φ3200硫化氫吸收塔強(qiáng)度計算與有限元分析

1、<p>　　沈陽化工大學(xué) 本科畢業(yè)論文</p><p>　　題 目：φ3200硫化氫吸收塔強(qiáng)度計算與有限元分析</p><p>　　院 系：能源與動力工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)：過程裝備與控制工程</p><p>　　畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書</p><p>　畢

2、業(yè)論文題目：硫化氫吸收塔機(jī)械設(shè)計（Φ3200）及有限元分析畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容： 文獻(xiàn)綜述一篇；外文翻譯，中文3000字以上（英文A4兩頁以上）；設(shè)計計算書一份；中英文摘要一份；繪制施工圖折合A0號圖至少三張。指 導(dǎo) 教 師： 簽字 2013年 6月 25日教研室主任： 簽字 2013年 6月 25日系 主 任： 簽字 2013年 6月 25日</p>

3、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。合成氨的工藝流程中，脫硫脫碳過程是很重要的一步。而合成氨工藝是離不開塔設(shè)備的。</p><p>　　塔設(shè)備是化工、石油化工、生物、制藥等

4、生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的汽液傳質(zhì)設(shè)備。塔設(shè)備分為填料塔和板式塔，板式塔又分為浮閥塔,泡罩塔,篩板塔等。浮閥塔于20世紀(jì)50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已經(jīng)成為國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的塔型，特別是在石油、化學(xué)工業(yè)中使用最普遍，對其性能的研究也較充分。浮閥塔的優(yōu)點：1、生產(chǎn)能力大、操作彈性大、塔板效率高、氣體壓強(qiáng)降及液面落差小和塔的造價低。本設(shè)計中所應(yīng)用到的是板式塔中應(yīng)用較為廣泛的浮閥塔。</p>&l

5、t;p>　　本次設(shè)計主要任務(wù)為：1、強(qiáng)度校核及穩(wěn)定性校核；2、工藝設(shè)計及計算。以上為常規(guī)設(shè)計內(nèi)容，對于常規(guī)設(shè)計無法完成的問題，如結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域的強(qiáng)度計算，我們還初步學(xué)習(xí)了ANSIS的有限元分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 合成氨； 浮閥塔； 強(qiáng)度計算；工藝計算； 有限元分析。</p><p><b>　　Abstract</b></p><

6、;p>　　Ammonia is one of important inorganic chemical products, occupies an important position in the national economy. In addition to ammonia can be used directly as a fertilizer, the fertilizer for agricultural use, s

7、uch as urea, ammonium nitrate, ammonium phosphate, ammonium chloride, and various nitrogen-containing compound, ammonia as a raw material are. Ammonia process, the desulfurization and decarbonization process is a very im

8、portant step. The ammonia process is inseparable from the tower equi</p><p>　　Tower equipment is the chemical, petrochemical, biotechnology, pharmaceutical and other production processes widely used gas-liqu

9、id mass transfer equipment. Packed tower and into the absorber plate tower, plate tower is divided into valve tower, bubble column, sieve tower. Valve tower in the early 1950s, began to promote the use in industry, becau

10、se it combines the sieve tray bubble column and the advantages of the application has become more widely tower type, especially in the petroleum, chemi</p><p>　　The design of the main tasks are: 1, strength

11、check and stability check; 2, process design and calculation. Above conventional design content can not be completed for the conventional design issues, such as varying the intensity of regional wall thickness calculatio

12、n, under the guidance of the teacher , our preliminary study of the finite element analysis.</p><p>　　Keywords: ammonia; float valve tower; strength calculation; process calculation; finite element analysis.

13、</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 畢業(yè)設(shè)計目的與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1</p><p><b>　　1.1 目的1</b></p><p>　　1.2 工藝條件1</p><p>　　1.3 建廠地區(qū)有關(guān)資料2</p><

14、p>　　第二章 硫化氫吸收塔強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核4</p><p>　　2.1 塔殼厚度計算4</p><p>　　2.2 質(zhì)量載荷計算5</p><p>　　2.3 塔的自振周期計算7</p><p>　　2.4 地震載荷及地震彎矩計算8</p><p>　　2.5 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算10</p

15、><p>　　2.6 最大彎矩13</p><p>　　2.7 圓筒應(yīng)力校核13</p><p>　　2.8 裙座設(shè)計14</p><p>　　2.9 塔體水壓實驗應(yīng)力校核17</p><p>　　2.10基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計18</p><p>　　2.11 地腳螺栓19</p>

16、<p>　　2.12 筋板校核20</p><p>　　2.14 蓋板校核22</p><p>　　2.15 裙座與塔殼對接焊縫校核23</p><p>　　2.16 塔頂撓度計算24</p><p>　　第三章 筒體開孔補(bǔ)強(qiáng)計算25</p><p>　　3.1 補(bǔ)強(qiáng)判別25</p>

17、<p>　　3.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積26</p><p>　　3.3 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍26</p><p>　　3.4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積27</p><p>　　第四章 工藝計算28</p><p>　　4.1 除塔板外塔尺寸的設(shè)計28</p><p>　　4.1.1塔板間距的選定28</p&g

18、t;<p>　　4.1.2 塔的頂部空間高度28</p><p>　　4.1.3 塔的底部空間高度28</p><p>　　4.1.4 進(jìn)料空間高度29</p><p>　　4.1.5 人孔數(shù)29</p><p>　　4.1.6 人孔處的板間距29</p><p>　　4.1.7 塔

19、徑初選29</p><p>　　4.2 塔板主要工藝尺寸的選取31</p><p>　　4.2.1 明確塔板設(shè)計中必須確定的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)31</p><p>　　4.2.2 溢流形式32</p><p>　　4.2.3 堰長的選定并校核溢流強(qiáng)度32</p><p>　　4.2.4 堰高的選定32&l

20、t;/p><p>　　4.2.5 降液管下端距塔盤底部的距離33</p><p>　　4.2.6 受液盤及入口堰尺寸34</p><p>　　4.2.7 安定區(qū)和邊緣區(qū)34</p><p>　　4.3 流體力學(xué)驗算36</p><p>　　4.3.1 氣體通過塔板的壓降36</p><p&

21、gt;　　4.3.2 液泛校核37</p><p>　　4.3.3 液體在降液管中停留時間的校核38</p><p>　　4.3.4 霧沫夾帶的演算39</p><p>　　4.3.5 漏液點校核41</p><p>　　4.4 塔的操作負(fù)荷性能圖41</p><p>　　4.4.1 液相下限線41&l

22、t;/p><p>　　4.4.2 液相上限線41</p><p>　　4.4.3 漏液線42</p><p>　　4.4.4 過量霧沫夾帶線43</p><p>　　4.4.5 溢流液泛線44</p><p>　　第五章 筒體與接管連接區(qū)域應(yīng)力分析47</p><p>　　5.1 問題描述

23、47</p><p>　　5.2 分析問題47</p><p>　　5.3 結(jié)果處理與討論48</p><p>　　5.4 命令流48</p><p><b>　　第六章 結(jié)論54</b></p><p><b>　　致 謝55</b></p>

24、<p><b>　　附錄一 綜述56</b></p><p>　　附錄二 文獻(xiàn)翻譯59</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計目的與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1.1 目的</b></p><p>　　根據(jù)工藝條件，綜合運(yùn)用各學(xué)科知識，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及其他參考書，通過理論方法，對硫化

25、氫吸收塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核，對常規(guī)設(shè)計無法解決的問題學(xué)習(xí)了解有限單元法，通過這些工作，熟悉本專業(yè)設(shè)計過程中所用標(biāo)準(zhǔn)，深刻相關(guān)理論知識，了解新興工程方法，開拓學(xué)術(shù)視角。</p><p><b>　　1.2 工藝條件</b></p><p>　　物料名稱：富甲醇、變換氣 </p><p>　　物料特性：易燃、易爆、有毒、中度危害</p&g

26、t;<p>　　設(shè)計壓力： 3.6MPa </p><p>　　最大工作壓力：3.1MPa</p><p>　　設(shè)計溫度： -45/50℃ </p><p>　　最低工作溫度：-27.5℃</p><p>　　保溫材料：聚氨脂泡沫塑料</p><p>　　保溫材料容重：80 kg /m 3</p&g

27、t;<p>　　保溫層厚度：60mm</p><p>　　塔內(nèi)徑：3200mm</p><p><b>　　板間距：400mm</b></p><p>　　氣相壓縮系數(shù)：0.98</p><p>　　液相表面張力：0.022N/m</p><p>　　預(yù)洗段塔板數(shù)：1～10</

28、p><p><b>　　預(yù)洗段溢流程數(shù)：1</b></p><p>　　預(yù)洗段氣相平均重度： 29.22kg /m 3 </p><p>　　預(yù)洗段液相平均重度： 906.1kg /m 3 </p><p>　　預(yù)洗段氣相流量： 216574kg /h</p><p>　　預(yù)洗段液相流量： 11685

29、kg / h</p><p>　　預(yù)洗段氣相摩爾質(zhì)量：20.19kg/kmol</p><p>　　預(yù)洗段氣相動力粘度：0.012mPa s</p><p>　　預(yù)洗段液相動力粘度：0.71mPa s</p><p>　　主洗段塔板數(shù)：11～83</p><p><b>　　主洗段溢流程數(shù)：2</b&g

30、t;</p><p>　　主洗段氣相平均重度： 28.93kg /m 3 </p><p>　　主洗段液相平均重度： 886.7kg /m 3 </p><p>　　主洗段氣相流量： 215680kg /h </p><p>　　主洗段液相流量： 247981kg /h </p><p>　　預(yù)洗段氣相摩爾質(zhì)量：20.

31、15kg/kmol</p><p>　　預(yù)洗段氣相動力粘度：0.012mPa s</p><p>　　預(yù)洗段液相動力粘度：0.74mPa s</p><p>　　填料頂部高度：11600</p><p>　　填料底部高度：9100</p><p>　　填料密度：906 kg /m 3</p><p&

32、gt;　　1.3 建廠地區(qū)有關(guān)資料</p><p>　　地址：湖南岳陽 氣溫：3~28℃</p><p>　　設(shè)計基本風(fēng)壓值（10m高度處）： 480Pa </p><p><b>　　地震烈度： 7度 </b></p><p><b>　　地震影響：近震</b></p>&

33、lt;p><b>　　場地土類型：Ⅱ</b></p><p><b>　　地面粗糙度：B</b></p><p><b>　　安裝：立式、室外</b></p><p>　　水文：水量充沛、一次水< tmax=30℃</p><p>　　圖1.1 塔經(jīng)3200硫化氫吸

34、收塔工藝圖</p><p>　　第二章 硫化氫吸收塔強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核</p><p>　　2.1 塔殼厚度計算</p><p>　　筒體厚度計算公式2-1 ： </p><p>　　pc─計算壓力，MPa； Di─塔殼內(nèi)直徑，mm；[σ]t─設(shè)計溫度下塔殼材料的許用應(yīng)力，MPa；φ─焊縫系數(shù)；</p><p&g

35、t;　　查GB150 低溫耐腐蝕材料 塔殼材料選用09MnNiDR 查得[σ]t=159MPa</p><p><b>　　筒體計算厚度 </b></p><p>　　則 設(shè)計厚度δd =δ+C2=43.20+3=46.20mm</p><p>　　名義厚度δn=δd+C1+Δ=47mm</p><p>　　有效厚

36、度δe=δn-C1-C2=47-3=44mm</p><p>　　封頭厚度計算公式 2-2：</p><p>　　pc─計算壓力，MPa； Di─塔殼內(nèi)直徑，mm；[σ]t─設(shè)計溫度下塔殼材料的許用應(yīng)力，MPa；φ─焊縫系數(shù)；</p><p><b>　　封頭計算厚度 </b></p><p>　　則 設(shè)計厚度

37、δd =δ+C2=42.91+3=45.91mm</p><p>　　名義厚度δn=δd+C1+Δ=47mm</p><p>　　有效厚度δe=δn-C1-C2=47-3=44mm</p><p>　　2.2 質(zhì)量載荷計算</p><p><b>　　圓筒和裙座質(zhì)量</b></p><p>　　入

38、孔、法蘭、接管等附屬件質(zhì)量</p><p>　　內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量：浮閥塔盤75kg/m3</p><p><b>　　保溫材料質(zhì)量</b></p><p>　　平臺扶梯質(zhì)量：平臺單位質(zhì)量為150kg/m2；扶梯單位質(zhì)量40kg/m</p><p><b>　　物料質(zhì)量</b></p><

39、;p>　　主洗段塔內(nèi)物料質(zhì)量=</p><p>　　預(yù)洗段塔內(nèi)物料質(zhì)量=</p><p><b>　　總物料質(zhì)量</b></p><p><b>　　塔內(nèi)填料質(zhì)量</b></p><p><b>　　充水質(zhì)量</b></p><p><b&g

40、t;　　塔器的操作質(zhì)量</b></p><p><b>　　塔器的最大質(zhì)量</b></p><p><b>　　塔器的最小質(zhì)量</b></p><p>　　將塔沿高度分為10段，如圖2.1所示，各部分質(zhì)量列入表2.1。</p><p>　　圖2.1 塔沿高度分段圖</p>

41、<p>　　表2.1 各段質(zhì)量計算表</p><p>　　2.3 塔的自振周期計算</p><p>　　T1─等直徑、等厚度塔器的基本自振周期，s；H─塔器的總高度，mm；E─材料在設(shè)計溫度下的彈性模量，N/mm；</p><p>　　2.4 地震載荷及地震彎矩計算</p><p>　　ηk1——基本振型參與系數(shù)；Tg——

42、場地土的特征周期，查《鋼制塔式容器》；α1——對應(yīng)于塔器基本自振周期T的地震影響系數(shù)；αmax——地震影響系數(shù)的最大值，查《鋼制塔式容器》；mk——距地面hk處的集中質(zhì)量，kg；Cz——綜合影響系數(shù)，取Cz＝0.5；Fk1——集中質(zhì)量引起的基本振型水平地震力，N。</p><p>　　地震載荷及地震彎矩計算見表2.2</p><p>　　表2.2 地震載荷及地震彎矩計算<

43、/p><p>　　塔高為42.96m，由于大于20m，還需考慮高振型的影響</p><p><b>　　即 </b></p><p>　　考慮以下3個危險截面</p><p>　　塔器底截面0-0（距地面高度0m）</p><p>　　筒體與裙座焊接截面Ⅰ-Ⅰ（距地面2540m）</p>

44、<p>　　裙座人孔中心截面Ⅱ-Ⅱ（距地面950m）</p><p>　　0-0截面地震彎矩：</p><p><b>　　截面地震彎矩：</b></p><p>　?、?Ⅱ截面地震彎矩：</p><p>　　2.5 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算</p><p>　　Pi=K1K2iq0fili

45、Dεi?10-6Pi——塔器各計算段的水平風(fēng)力，N；Dεi——塔器各計算段的有效直徑，mm；D0i——塔器各計算段的外徑，mm；d0——塔頂管線外徑，mm；fi——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查《鋼制塔式容器》；K1——體型系數(shù)，取K＝0.7；K2i——塔器各段的風(fēng)振系數(shù) ξ——脈動增大系數(shù)，查《鋼制塔式容器》；νi——第i段脈動影響系數(shù)，查《鋼制塔式容器》；φsi——第i段振型系數(shù)，查《

46、鋼制塔式容器》；K3——籠式扶梯當(dāng)量寬度；當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時，可取K3＝400mm；K4——操作平臺當(dāng)量寬度，mm；</p><p>　　圖2.2 風(fēng)載沿塔高分布圖</p><p>　　將塔沿高分為5段，見圖2.2。計算結(jié)果見表2.3。</p><p>　　表2.3 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算</p><p><b>　　截面風(fēng)彎矩&l

47、t;/b></p><p><b>　?、?Ⅱ截面風(fēng)彎矩</b></p><p><b>　　2.6 最大彎矩</b></p><p><b>　　塔底部截面處</b></p><p><b>　　截面 </b></p><p

48、><b>　　截面 </b></p><p>　　2.7 圓筒應(yīng)力校核</p><p>　　確定危險截面：圓筒上的危險截面為截面</p><p>　　驗算塔殼截面處操作時的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，計算結(jié)果見表2.4</p><p>　　表2.4 塔殼截面處操作時強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算結(jié)果表</p><

49、p><b>　　2.8 裙座設(shè)計</b></p><p>　　(1)對裙座厚度，材料，裙座內(nèi)徑進(jìn)行初選</p><p>　　裙座材料選用Q235C</p><p>　　對于Q235C σb=375MPa σs=235MPa [σ]t=125MPa</p><p>　　初選裙座名義厚度δns=16mm

50、δes=14mm</p><p>　　Dis=3262mm</p><p><b>　　裙座殼為圓筒形，</b></p><p>　?。?）計算校核式中各類需用應(yīng)力以及裙座圓筒底部截面積Asb和Zsb</p><p><b>　　查</b></p><p><b>

51、　　則 </b></p><p>　　Asb——裙座圓筒的底部截面積，mm2； Dis——裙座底部內(nèi)直徑，mm； δes——裙座的有效厚度，mm；</p><p>　　Zsb——裙座圓筒底部截面系數(shù)，mm2； Dis——裙座底部內(nèi)直徑，mm； δes——裙座的有效厚度，mm；</p><p>　?。?）校核危

52、險截面0-0截面和Ⅰ-Ⅰ截面</p><p>　　校核裙座殼底0-0截面</p><p><b>　　校核式1：</b></p><p><b>　　校核式2：</b></p><p>　　所以0-0截面校核通過</p><p>　　校核裙座檢查孔Ⅰ-Ⅰ截面</p>

53、;<p>　　由《塔設(shè)備》P320得</p><p>　　Am=2lmδm=2×200×16=6400mm2</p><p><b>　　校核式1：</b></p><p><b>　　； </b></p><p><b>　　；</b>&l

54、t;/p><p><b>　　校核式2：</b></p><p><b>　??； </b></p><p>　　所以Ⅰ-Ⅰ截面校核通過</p><p>　　2.9 塔體水壓實驗應(yīng)力校核</p><p>　　確定危險截面：圓筒上的危險截面為截面</p><p&g

55、t;　　驗算塔殼截面處水壓實驗時的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，計算結(jié)果見表2.5</p><p>　　表2.5 塔殼截面處水壓實驗時強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算結(jié)果表</p><p>　　2.10基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 </p><p><b>　　材料選用Q235C</b></p><p>　　其中Dis=3262mm</p><p&

56、gt;　　D0b——基礎(chǔ)環(huán)外徑，mm；Dib——基礎(chǔ)環(huán)外徑，mm；Dis——裙座內(nèi)徑，mm。</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　查表</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　2.11 地腳螺栓

57、</b></p><p>　　地腳螺栓的材料為Q235C；</p><p>　　地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力：</p><p>　　σb——地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力，MPa；</p><p><b>　　地腳螺栓螺紋小徑：</b></p><p>　　d1——地腳螺栓螺紋小徑，mm；n—

58、—地腳螺栓個數(shù)；[σ]bt——地腳螺栓材料的許用應(yīng)力，取147MPa；</p><p><b>　　取地腳螺栓為M42</b></p><p>　　由HG20652塔器P8表4.5.2得地腳螺栓個數(shù)n=24</p><p><b>　　故地腳螺栓為。</b></p><p><b>　　

59、2.12 筋板校核</b></p><p>　　圖2.3 筋板尺寸設(shè)計圖</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計，，，，</b></p><p>　　單個地腳螺栓所承受的最大拉力：</p><p><b>　　筋板的壓應(yīng)力：</b></p><p>　　筋板的許用

60、壓應(yīng)力計算過程如下： λ——細(xì)長比；lk——筋板長度，mm；lk＝350mmi——慣性半徑，對長方形截面的筋板取0.289δG，mm； i=0.289?22=6.358mmλc——臨界細(xì)長比；E——筋板材料的彈性模量，取0.192?106MPa；[σ]G——筋板材料的許用應(yīng)力，取140MPa；</p><p

61、><b>　　2.14 蓋板校核</b></p><p>　　圖2.4 蓋板相關(guān)尺寸設(shè)計圖</p><p>　　采用環(huán)形蓋板加墊片結(jié)構(gòu) σZ——蓋板的最大應(yīng)力，MPa；d2——墊板上地腳螺栓孔直徑，mm；d3——蓋板上地腳螺栓孔直徑，mm；l2——筋板寬度，mm；l3——筋板內(nèi)側(cè)間距，mm；l4——墊板寬度，m

62、m；δC——蓋板厚度，mm；δZ——墊板厚度，mm。</p><p>　　2.15 裙座與塔殼對接焊縫校核</p><p>　　圖2.5 裙座與塔殼對接焊縫圖</p><p>　　對接焊縫J-J截面處的拉應(yīng)力校核式： 其中：Dit——裙座頂截面的內(nèi)直徑，mm。</p><p>　　

63、2.16 塔頂撓度計算</p><p>　　圖2.6 風(fēng)載荷沿塔高分布圖</p><p>　　將風(fēng)載荷沿著塔高分布簡化成如圖2.6所示</p><p>　　H1=42960mm; H2=32960mm , H3=22960mm ;H4=12960mm ; H5=2960mm</p><p>　　第三章 筒體開孔補(bǔ)強(qiáng)計算</p>

64、<p><b>　　3.1 補(bǔ)強(qiáng)判別 </b></p><p>　　硫化氫吸收塔內(nèi)徑，變換氣入口設(shè)置為的內(nèi)平齊接管，筒體名義厚度，設(shè)計壓力，設(shè)計溫度℃，接管外伸高度，筒體和接管材料為09MnNiDR，許用應(yīng)力;接管材料也是09MnNiDR，其許用應(yīng)力，筒體和接管的厚度附加量C取3mm。液柱靜壓力忽略不計，焊接接頭系數(shù)。</p><p>　　根據(jù)GB150 第

65、6.1章節(jié)可知，該補(bǔ)強(qiáng)類型為厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)，用等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行驗算。</p><p><b>　　開孔直徑 </b></p><p>　　圓筒開孔直徑,滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計算的使用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算。</p><p>　　3.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　fr=，則fr ==1；fr—強(qiáng)度削

66、弱系數(shù)</p><p>　　；—接管有效厚度，mm；</p><p>　　—接管名義厚度，mm；C —腐蝕余量，mm；</p><p>　　開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A為： </p><p>　　A—需要的補(bǔ)強(qiáng)面積，mm²;</p><p>　　3.3 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍</p><p>　　有效

67、寬度B有下式確定：</p><p><b>　　取大值 </b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　有效高度 </b></p><p><b>　　外側(cè)有效高度：</b></p><p><

68、b>　　; 取小值 </b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　內(nèi)側(cè)有效高度：</b></p><p><b>　　;取小值 </b></p><p><b>　　故;</b></p>

69、<p>　　3.4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p><b>　　筒體多余金屬面積</b></p><p>　　筒體有效厚度: </p><p>　　筒體多余金屬面積A1：</p><p><b>　　接管多余金屬面積</b></p><p>　　； —接管的計

70、算厚度，mm；</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得： ；</b></p><p>　　接管多余金屬面積A2為：</p><p>　　接管區(qū)域焊縫面積(焊腳取16mm)</p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　故接管滿足要求，無需再另行補(bǔ)強(qiáng)&

71、lt;/p><p><b>　　工藝計算</b></p><p>　　4.1 除塔板外塔尺寸的設(shè)計</p><p>　　4.1.1塔板間距的選定</p><p><b>　　綜合考慮如下因素</b></p><p><b>　?。?）霧沫夾帶</b><

72、;/p><p><b>　　（2）起泡性</b></p><p><b>　?。?）操作彈性</b></p><p>　?。?）安裝維修，人孔處HT>600mm</p><p>　　（5）HT～D關(guān)系表</p><p>　　塔板間距HT取400mm</p>&

73、lt;p>　　4.1.2 塔的頂部空間高度</p><p>　　為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.2~1.5。依據(jù)《塔設(shè)備》選為1.5m。</p><p>　　4.1.3 塔的底部空間高度</p><p>　　當(dāng)進(jìn)料系統(tǒng)有15min的緩沖容量時，釜液的停留時間可取3~5min，否則至少取15min的停留時間，記釜液的流速為0.5m/s，

74、取塔釜的高度為1460mm。</p><p>　　4.1.4 進(jìn)料空間高度</p><p>　　加料板的空間高度取決于加料板的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)料狀態(tài)。如果是液相進(jìn)料，其高度可與板間距相同或稍大些，如果是氣相進(jìn)料，取決于進(jìn)口的形式。在這里，屬于液相進(jìn)料，且進(jìn)料分別在塔頂部和填料的下部，這兩部分的空間高度都為1.5m。</p><p>　　4.1.5 人孔數(shù)</p

75、><p>　　在塔頂和塔底各設(shè)一個人孔，在預(yù)洗段液相進(jìn)料處設(shè)一人孔，在填料部位設(shè)一人空，供安裝填料和維修，在板式塔內(nèi)由于板間距較小，分別在主洗段和預(yù)洗段每隔22、23層設(shè)一人孔，加上裙座上的人孔，合計人孔數(shù)為7個。</p><p>　　4.1.6 人孔處的板間距</p><p>　　在設(shè)置人孔處，板間距應(yīng)根據(jù)人孔直徑確定，一般不小于人孔公稱直徑，塔盤支撐梁高度及50m

76、m之和，且不小于600mm，在這里取為800mm。</p><p>　　4.1.7 塔徑初選</p><p><b>　　主洗段</b></p><p>　　已知L=247981kg/h G=215680kg/h HT=400mm 清液層高度hl=70mm</p><p>　　最大允許氣速（液泛速度）</p

77、><p><b>　　；</b></p><p>　　最適宜操作氣速（實際氣速）：；</p><p><b>　　取 ;</b></p><p><b>　　預(yù)洗段</b></p><p>　　已知L=11685kg/h G=216574kg/h HT

78、=400mm 清液層高度hl=70mm</p><p>　　最大允許氣速（液泛速度）</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　最適宜操作氣速（實際氣速）：；</p><p><b>　　取 ;</b></p><p><b>　　圓整后，取 ；&

79、lt;/b></p><p>　　4.2 塔板主要工藝尺寸的選取</p><p>　　4.2.1 明確塔板設(shè)計中必須確定的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　圖4.1 塔板設(shè)計主要尺寸</p><p>　　完整的塔板設(shè)計必須確定的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有</p><p><b>　?。?）塔板直徑D；</

80、b></p><p><b>　?。?）板間距HT；</b></p><p>　?。?）溢流堰的型式，長度lw和高度hw;</p><p>　?。?）降液管型式，降液管底部與塔板間距的距離h0；</p><p>　　（5）液體進(jìn)出口安定區(qū)的寬度WS，邊緣區(qū)寬度WC；</p><p>　　（6

81、）篩孔直徑d0，孔間距t</p><p>　　4.2.2 溢流形式</p><p>　　依據(jù)（1）.溢流強(qiáng)度>70時，取雙溢流（2）.塔徑>3m,只需溢流強(qiáng)度>20,即可用雙溢流</p><p>　　對于預(yù)洗段 溢流強(qiáng)度<20</p><p>　　故： 預(yù)洗段為單液流，流程數(shù)為1；</p><p&

82、gt;　　主洗段為雙液流，流程數(shù)為2。</p><p>　　4.2.3 堰長的選定并校核溢流強(qiáng)度</p><p>　　預(yù)洗段（單溢流）：；</p><p>　　主洗段（雙溢流）：。</p><p>　　預(yù)洗段單溢流溢流強(qiáng)度：；</p><p>　　主洗段雙溢流溢流強(qiáng)度：</p><p>　　溢

83、流強(qiáng)度強(qiáng)度校核通過。</p><p>　　4.2.4 堰高的選定</p><p><b>　　; </b></p><p>　　—板上液層高度，取為70mm，</p><p>　　—堰上液層高度 </p>

84、<p>　　4.2.5 降液管下端距塔盤底部的距離</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　—降液管底邊出口處的液體流速，一般取<0.4m/s,易氣泡的物系取低值；</p><p><b>　　主洗段雙溢流：</b></p><p><b>　　預(yù)洗段單

85、溢流：</b></p><p>　　4.2.6 受液盤及入口堰尺寸</p><p>　　受液盤采用凹形受液盤，取受液盤深度h0與降液管h0等值，則液盤深度雙液流和單液流分別為79mm和63mm。</p><p>　　4.2.7 安定區(qū)和邊緣區(qū)</p><p>　　安定區(qū)又稱為破沫區(qū),鼓泡區(qū)與溢流區(qū)之間的區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)不裝浮閥，在

86、液體進(jìn)入降液管之前，設(shè)置這段安定地帶，以免液體大量夾帶泡沫進(jìn)入降液管，寬度，當(dāng)D>1.5m，=（80~110）mm時，取=80mm。</p><p>　　邊緣區(qū)也稱為無效區(qū)，因靠近塔壁的部分需要留出邊緣區(qū)域，以供支撐塔板的邊梁之用，寬度為。小塔為30~50mm，大塔為50~75mm。在這里取=50mm。</p><p>　　4.2.8 浮閥孔數(shù)及排列</p><p

87、>　　閥孔直徑為39mm，在正常操作條件下，閥孔動能因數(shù)為8~14。當(dāng)塔板上的所有浮閥剛?cè)_時的閥孔氣速，稱為臨界閥孔氣速。臨界閥孔氣速與臨界閥孔動能因數(shù)，取用以下數(shù)值：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　—閥孔臨界動能因數(shù)，；</p><p>　　—閥孔臨界氣速，m/s。</p><p>

88、;　　根據(jù)浮閥的受力分析和試驗結(jié)果，提出了如下關(guān)聯(lián)式：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　—堰上清液高度，m；—出口堰高，m；</p><p>　　—?dú)庖憾嗝芏炔?，?lt;/p><p><b>　　單溢流預(yù)洗段：</b></p><p><b&

89、gt;　??；</b></p><p><b>　　雙溢流主洗段：</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　； </b></p><p>　　—閥孔的直徑，m；取。</p><p>　　—塔板上所開的

90、閥孔數(shù)；</p><p><b>　　單溢流預(yù)洗段：</b></p><p><b>　　雙溢流主洗段：</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　考慮到分塊塔盤各個塔盤之間需要支撐和銜接，要占用一部分空間，所以實際閥孔數(shù)與理論閥孔數(shù)可能有一定的差別，

91、現(xiàn)在以主洗段為例，實際排除的閥孔數(shù)為750，按照n=750重新校核，，仍在正常操作范圍之內(nèi)，滿足要求。</p><p>　　浮閥以等腰三角形叉排，且各排浮閥垂直于液流方向，同一橫排的閥孔中心距定為t=65mm，同一豎排的閥孔中心距定為h=70mm。</p><p>　　4.3 流體力學(xué)驗算</p><p>　　已知L=247981kg/h G=215680kg

92、/h HT=400mm 清液層高度hl=70mm</p><p>　　最大允許氣速（液泛速度）</p><p><b>　??；</b></p><p>　　最適宜操作氣速（實際氣速）：；</p><p><b>　　取 ;</b></p><p>　　4.3.1 氣體通過塔

93、板的壓降</p><p><b>　?、?干板壓降</b></p><p><b>　　浮閥全開前：，</b></p><p><b>　　浮閥全開后：，</b></p><p>　　在預(yù)洗段和主洗段取為1.1，即。故</p><p><b>

94、　　預(yù)洗段</b></p><p><b>　　b、主洗段</b></p><p>　?、?液層阻力降 (氣體通過塔板上液層的壓降)</p><p><b>　?、?總壓降:</b></p><p>　　故 預(yù)洗段的總壓降：；</p><p><b>

95、;　　預(yù)洗段的總壓降：。</b></p><p>　　4.3.2 液泛校核</p><p>　　降液管內(nèi)清液層高度：</p><p><b>　　；</b></p><p>　　—液體通過降液管的壓頭損失，m；</p><p>　　—降液管底邊出口處的液體流速，；</p>

96、<p><b>　　預(yù)洗段的計算</b></p><p><b>　　主洗段的計算</b></p><p>　　4.3.3 液體在降液管中停留時間的校核</p><p><b>　　預(yù)洗段的計算</b></p><p>　　，查《化工原理》得：;</p>

97、;<p><b>　　;</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　主洗段的計算</b></p><p>　　，查《化工原理》得：;</p><p><b>　　則 </b></p><

98、p>　　4.3.4 霧沫夾帶的演算</p><p><b>　　泛點率：</b></p><p><b>　　或 </b></p><p>　　取兩者中的最大值，且使最大值<(80-82)%</p><p>　　—板上液體流經(jīng)長度，即橫過板上長度，m；</p><p

99、>　　—板上液流面積，m²；</p><p><b>　　預(yù)洗段（單液流）</b></p><p>　　; —堰長所對應(yīng)的圓心角；—塔板堰長；</p><p><b>　?。?；</b></p><p><b>　　；；</b></p><p

100、>　　查《化工原理》的,物性系數(shù)K=1.0，泛點負(fù)荷系數(shù)為0.12；</p><p><b>　　主洗段（雙液流）</b></p><p>　　; —堰長所對應(yīng)的圓心角；—塔板堰長；</p><p><b>　?。?；</b></p><p><b>　??； </b>&l

101、t;/p><p><b>　　；</b></p><p>　　查《化工原理》的,物性系數(shù)K=1.0，泛點負(fù)荷系數(shù)為0.12；</p><p>　　4.3.5 漏液點校核</p><p><b>　　閥孔動能因數(shù)：</b></p><p><b>　　預(yù)洗段漏液點校核：&

102、lt;/b></p><p><b>　　主洗段漏液點校核：</b></p><p>　　4.4 塔的操作負(fù)荷性能圖</p><p>　　4.4.1 液相下限線</p><p>　　堰上液流高小于6mm時，液體不均布，取堰上液層高度為0.006m，取E=1.0。</p><p><b&

103、gt;　　則：</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　預(yù)洗段：</b></p><p><b>　　主洗段：</b></p><p>　　4.4.2 液相上限線 </p><p>　　液體在降液管中停留時

104、間不足時，引起氣泡夾帶。（氣相返混）</p><p>　　預(yù)洗段：；主洗段：；</p><p><b>　　；取t=4s，則：</b></p><p><b>　　預(yù)洗段：</b></p><p><b>　　主洗段： </b></p><p><

105、b>　　4.4.3 漏液線</b></p><p>　　取閥孔的動能因子為下限。</p><p><b>　　由 ；知 </b></p><p>　　;在計算過程中按代入，則；</p><p><b>　　又知 </b></p><p><b>　

106、　預(yù)洗段 </b></p><p>　　與液體流量無關(guān)的水平漏液線 </p><p><b>　　主洗段</b></p><p>　　與液體流量無關(guān)的水平漏液線 </p><p>　　4.4.4 過量霧沫夾帶線</p><p>　　泛點率： ；按泛點率為80%計算，其結(jié)

107、果如下：</p><p><b>　　預(yù)洗段：</b></p><p><b>　　化簡得：；</b></p><p>　　由上式可知，霧沫夾帶線為直線，在操作范圍內(nèi)，任取兩個值，算出值列于下表：</p><p><b>　　表4.1 和關(guān)系表</b></p>&

108、lt;p><b>　　主洗段：</b></p><p><b>　　化簡得：；</b></p><p>　　由上式可知，霧沫夾帶線為直線，在操作范圍內(nèi)，任取兩個值，算出值列于下表：</p><p><b>　　表4.2 和關(guān)系</b></p><p>　　4.4.5 溢流

109、液泛線</p><p>　　將上式化簡成和的關(guān)系；</p><p><b>　　預(yù)洗段：</b></p><p><b>　　;</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取兩個值，算出值列于下表：</p><p><b>　　表4.3 和關(guān)系表</b>

110、</p><p><b>　　主洗段</b></p><p><b>　　;</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取兩個值，算出值列于下表：</p><p><b>　　表4.4 和關(guān)系表</b></p><p>　　根據(jù)上述計算的五條線可分別作出

111、單溢流和雙溢流塔板負(fù)荷性能圖。</p><p>　　圖4.1 單溢流塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：</p><p>　　任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點p（設(shè)計點）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>　　塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶線控制，操作下限由液相負(fù)荷下限線控制。</p><p

112、>　?。?）按照固定的液氣比，由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限；預(yù)洗段操作彈性為 </p><p>　　圖4.2 雙溢流塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：</p><p>　　任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點p（設(shè)計點）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>　　塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶線控制

113、，操作下限由液相負(fù)荷下限線控制。</p><p>　　按照固定的液氣比，由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限；主洗段操作彈性為 </p><p>　　筒體與接管連接區(qū)域應(yīng)力分析</p><p><b>　　5.1 問題描述</b></p><p>　　硫化氫吸收塔筒體內(nèi)徑=3200mm，壁厚=47mm，接管外徑=60

114、0mm，壁厚42mm，接管內(nèi)伸長度=0mm；外側(cè)過度圓角=30mm；內(nèi)壓p=3.6MPa。材料的彈性模量E=2.07MPa，泊松比u=0.3。</p><p><b>　　5.2 分析問題</b></p><p>　　由于僅考慮內(nèi)壓作用下的應(yīng)力狀況，為此有限元模型可利用結(jié)構(gòu)的對稱性取開孔接管區(qū)的1/4建模。筒體長度及接管外伸長度應(yīng)遠(yuǎn)大于各自的邊緣應(yīng)力衰減長度，取柱殼長

115、度Lc=6000mm，接管外伸長度Ln=600mm。</p><p>　　選擇SOLID45單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，單元網(wǎng)格圖如圖3-1所示。對稱面施加對稱約束，接管端部約束軸向位移，筒體端面施加軸向平衡面載荷，并按下式計算：</p><p><b>　?。?-1-2）</b></p><p>　　圖5-1 單元網(wǎng)格圖</p>

116、<p>　　筒體及接管處的應(yīng)力分布如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 筒體及接管處應(yīng)力分布</p><p>　　5.3 結(jié)果處理與討論</p><p>　　計算結(jié)果如圖5-2所示，顯示了筒體開孔后的應(yīng)力分布?？梢娮畲髴?yīng)力發(fā)生在筒體最高位置與接管的連接區(qū)，最大應(yīng)力強(qiáng)度為117.49MPa。材料許用應(yīng)力為143MPa,故筒體及接管處應(yīng)力滿足

117、強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　5.4 命令流</b></p><p>　　*SET,rci,1600 </p><p>　　*SET,tc,42 </p><p>　　*SET,rco,rci+tc </p><p>　　*SET,lc,6000</p><p

118、>　　*SET,rno,300</p><p>　　*SET,tn,42 </p><p>　　*SET,rni,rno-tn </p><p>　　*SET,hmin,sqrt(rci**2-rni**2) </p><p>　　*SET,lni,0 </p><p>　　*SET,ln,600 <

119、;/p><p>　　*SET,rr1,30 </p><p>　　*SET,rr2,15 </p><p>　　*SET,pi,3.6 </p><p>　　*SET,pc,pi*rci**2/(rco**2-rci**2) </p><p>　　*SET,pn,pi*rni**2/(rno**2-rni**2)

120、</p><p><b>　　SAVE</b></p><p><b>　　/PREP7 </b></p><p>　　ET,1,SOLID45</p><p>　　MPTEMP,,,,,,,, </p><p>　　MPTEMP,1,0 </p><

121、;p>　　MPDATA,EX,1,,2.07e5 </p><p>　　MPDATA,PRXY,1,,0.3 </p><p>　　CYLIND,rco,rci,0,-lc/2,90,270, </p><p>　　FLST,2,3,4 </p><p>　　FITEM,2,24 </p><p>　　F

122、ITEM,2,26 </p><p>　　FITEM,2,1 </p><p><b>　　AL,P51X </b></p><p>　　FLST,2,3,4 </p><p>　　FITEM,2,25 </p><p>　　FITEM,2,28 </p><p&g

123、t;　　FITEM,2,2 </p><p><b>　　AL,P51X</b></p><p>　　FLST,2,5,5,ORDE,5 </p><p>　　FITEM,2,3 </p><p>　　FITEM,2,5 </p><p>　　FITEM,2,8 </p&

124、gt;<p>　　FITEM,2,10 </p><p>　　FITEM,2,-11 </p><p><b>　　VA,P51X</b></p><p>　　CM,_Y,VOLU </p><p>　　VSEL, , , , 7 </p><p>　　CM,_Y1,

125、VOLU </p><p>　　CHKMSH,'VOLU' </p><p>　　CMSEL,S,_Y </p><p>　　VSWEEP,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y </p><p>　　CMDELE,_Y1 </p><p>　　CMDEL

126、E,_Y2 </p><p>　　CM,_Y,VOLU </p><p>　　VSEL, , , , 4 </p><p>　　CM,_Y1,VOLU </p><p>　　CHKMSH,'VOLU' </p><p>　　CMSEL,S,_Y </p><p&

127、gt;　　VSWEEP,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y </p><p>　　CMDELE,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y2 </p><p>　　CM,_Y,VOLU </p><p>　　VSEL, , , , 1 </p><p>

128、;　　CM,_Y1,VOLU </p><p>　　CHKMSH,'VOLU' </p><p>　　CMSEL,S,_Y </p><p>　　VSWEEP,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y </p><p>　　CMDELE,_Y1 </p><p&g

129、t;　　CMDELE,_Y2 </p><p><b>　　SMRT,6 </b></p><p>　　CM,_Y,VOLU </p><p>　　VSEL, , , , 4 </p><p>　　CM,_Y1,VOLU </p><p>　　CHKMSH,'VOLU&#

130、39; </p><p>　　CMSEL,S,_Y </p><p>　　VSWEEP,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y </p><p>　　CMDELE,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y2 </p><p>　　FLST,5,7,6,ORDE,

131、3 </p><p>　　FITEM,5,1 </p><p>　　FITEM,5,3 </p><p>　　FITEM,5,-8 </p><p>　　CM,_Y,VOLU </p><p>　　VSEL, , , ,P51X </p><p>　　CM,_Y1,VOLU &l

132、t;/p><p>　　CHKMSH,'VOLU' </p><p>　　CMSEL,S,_Y </p><p>　　VSWEEP,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y </p><p>　　CMDELE,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y2

133、 </p><p>　　FLST,2,3,5,ORDE,3 </p><p>　　FITEM,2,2 </p><p>　　FITEM,2,29 </p><p>　　FITEM,2,34 </p><p>　　ACCAT,P51X </p><p>　　FLST,5,7,6,OR

134、DE,3 </p><p>　　FITEM,5,1 </p><p>　　FITEM,5,3 </p><p>　　FITEM,5,-8 </p><p>　　CM,_Y,VOLU </p><p>　　VSEL, , , ,P51X </p><p>　　CM,_Y1,VOLU

135、 </p><p>　　CHKMSH,'VOLU' </p><p>　　CMSEL,S,_Y </p><p>　　VSWEEP,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y </p><p>　　CMDELE,_Y1 </p><p>　　CMDELE,_Y