目录
一、概述
二、工艺说明
四、塔设备的强度和稳定性计算
4.2塔设备的载荷分析和设计准则
六、填料塔的结构设计
七、塔设备件选型
7.1、接管
7.2、除沫装置
7.3、吊柱
7.4、裙式支座
八、总结
九、参考资料
饱和塔设备设计
一、概述
塔设备的分类有按单元操作分：精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等最常用的按塔的内件结构分：板式塔和填料塔。塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件
二、工艺说明
塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。本设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行结构设计。
三、 塔设备设计的步骤
1 了解设计条件；
2 选材；
3 按设计压力计算塔体和封头壁厚；
4 塔设备质量载荷计算；
5 风载荷与风弯矩计算；
6 各种载荷引起的轴向应力；
7 塔体和裙座危险截面的强度和稳定校核；
8 塔体水压试验和吊装时的应力校核；
9 基础环设计；
10 塔体与裙座结构；
11 塔盘结构；
12 除沫装置；
13 设备连接；
14 塔附件。
15 塔体与裙座结构；
16 喷淋装置；
18 填料支承结构；。
四、塔设备的强度和稳定性计算
4.1塔设备的载荷分析和设计准则
质量载荷
1 Ｍ1-塔设备的壳体与裙座质量；
2 Ｍ2-塔设备内件质量（塔板或填料及其支撑装置）；
3 Ｍ3-保温材料质量；
4 Ｍ4-平台扶梯质量；
5 Ｍ5-操作时塔内物料质量；
6 Ｍa-人孔法兰接管等附件质量；
7 Ｍw-液压试验时塔内充液质量；
8 Ｍe-偏心质量。
9 操作质量：Ｍ= Ｍ1+ Ｍ2 +Ｍ3 +Ｍ4 +Ｍ5 +Ｍa +Ｍe
10 水压试验质量：Ｍmax= Ｍ1+ Ｍ2 +Ｍ3 +Ｍ4 +Ｍw +Ｍa +Ｍe
11 吊装质量：Ｍmin= Ｍ1+ 0.2Ｍ2 +Ｍ3 +Ｍ4 +Ｍa +Ｍe
1) 自振周期
分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台与外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁。其基本振型的自振周期按下式计算：
2) 风载
塔设备受风压作用时，塔体会发生弯曲变形。吹到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增加而增加。为计算简便，将风压值按塔设备高度分为几段，假设每段风压值各自均匀分布于塔设备的迎风面上。
3) 偏心弯矩
当塔设备的外侧悬挂有分离器、再沸器、冷凝器等附属设备时，可将其视为偏心载荷。由于有偏心距e 的存在，偏心载荷在塔截面上引起偏心弯矩Me。偏心载荷引起偏心弯矩沿塔高无变化
4.2塔设备的载荷分析和设计准则
1) 设备压力试验时的应力校
2) 裙座轴向应力校核
3) 地脚螺栓座
4) 裙座与塔壳焊缝
5) 塔设备法兰当量设计压力
6) 塔设备设计计算实例
五、板式塔的结构设计
1) 在板式塔内沿塔高装了若干层塔盘。塔盘是气、液接触的主要元件。塔盘要有一定的刚度，以维持水平，使塔盘上的液层深度相对均匀；塔盘与塔壁之间要有一定的密封性，以避免气、液短路；塔盘应便于制造、安装、维修，并且成本要低。
2) 塔盘的种类：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、浮舌塔、浮动喷淋塔等。
3) 塔盘设计（浮阀塔为例）
4) 塔板主要由塔盘板、塔盘圈、溢流堰及降液管等组成。
5) 塔盘分为整块式或分块式两种类型。塔径为400·700mm 时，采用整块式塔盘；塔径大于700 mm时，采用分块式塔盘。
筛板塔6) 通常，各层塔盘的结构是相同的，只有最高层、最低层和进料层的结构和塔盘间距有所不同。塔盘间距与塔径的关系参考相关资料
7) 最高层塔盘和塔顶距离常高于塔盘间距，有时甚至高过一倍，便于气体出塔之前很好地进行气液分离。在某些情况下，在这一段上还装有除沫器。
8) 最低层塔盘到塔底的距离也比塔盘间距高，因为塔底空间起着贮槽的作用，保证液体能有足够的储存，使塔底液体不致留空。
9) 进料塔盘与上一层塔盘的间距也比一般高。
10) 每隔15~25 层塔盘，要开一个人孔，方便拆装及维修。开人孔处的塔盘间距较大，一般为700~900 mm。
11) 液体在塔盘上的流程，分为单流和双流两种。塔径在2500mm以下常采用单流程。但当塔盘较大、液相流量较大时，采用单流塔盘会造成液面落差过大，气流分布严重不均、甚至局部漏液现象。此时应采用双流塔盘。
12) 塔盘板常用3·4 不锈钢板或4·5 的碳钢板制造。
13) 塔盘板上开有四种类型的孔：阀孔、拉杆孔、降液管和排液孔。
14) 降液管型式一般可分圆形和弓形两种。弓形降液管最大限度地利用了塔的截面作为降液，因而降液能力大，气液分离效果好。圆形降液管仅当液体负荷较小时采用。
15) 溢流堰的设置：为了增加溢流周边并提供足够的空间使泡沫层中的气体得到分离。
16) 溢流堰的堰长ＬW 和堰高ＨW由工艺决定。
17) 拉杆孔的设计。
18) 板式塔在停止操作时，塔盘、受液盘、液封盘等均应能自行排净存液，塔盘板上需开设排液孔（又称泪孔）。
19) 折流挡板的设置。
20) 受液盘的设置，其结构对液体流入塔板的均匀性有影响。一般常用凹形受液盘，对于易聚合液体，可避免一切可能形成的死角。
六、填料塔的结构设计
6.1喷淋装置
液体喷淋装置（或称液体分配装置）的基本要求是：能使整个塔截面的填料表面很好湿润；液体沿填料表面均匀分布；结构简单、制造维修方便。
液体喷淋装置的类型很多，最常用的为喷洒型。
对于小直径的填料塔，可采用管式喷洒器
特点：开口面积约为管截面的0.6-1倍；结构简单，制造安装方便，但喷洒均匀性差，喷淋面小。
直管喷孔式喷洒器可用于700 以下的塔设备
特点：喷洒较均匀，喷淋面小。
对于直径稍大（约1300mm 以下）的填料塔，可采用环管多孔喷洒器，如图所示。
特点：喷淋程度优于任何一种直管喷洒器。
凡带小孔的喷洒器，适用于清洁的液体，否则易堵塞小孔
6.2填料的支承结构
在填料塔中，最常用的填料支承是栅板，栅板厂用扁钢焊制而成，并由焊于塔壁上的支承
圈支承，大直径塔设备常设支承梁。当塔径d＞800mm时，在支承圈下常设加强筋板。
在设计栅板的支承结构时，需要注意下述个点：栅板必须有足够的强度和刚度；栅板必须有足够的自由截面，一般应和填料的自由截面大至相等；构成栅板的扁钢条之间的距离约为填料外径的70%~80%；栅板必须有一定的耐腐蚀性
七、塔设备附件
7.1接管
进气管进料管出料管填料塔中的进料管与液体喷淋装置相联。板式塔中常选用缺口式、弯管式喷洒器结构，直接引到塔盘上的受液盘上。一般需通过裙座上的通道管引到裙座的外部，如图所示。配装位置由工艺条件确定（两塔盘间、塔体下部），设在最高液面之上。
7.2气液分离装置
气液分离装置，用以除去气体夹带的雾沫，保证传质效率并改善塔后操作，可安装在塔内或塔上部，或作为独立的气液分离设备。
较先进的除沫器是丝网除沫器。丝网使用不锈钢、铜、镀锌铁、聚四氟乙烯、尼龙、聚氯乙烯等圆丝或扁丝编制并压成双层褶皱形网带或波纹形网带。
丝网除沫器适用于洁净的气体，可分离＞6μm的液滴，效率可达98%。丝网除沫器已标准化，根据工艺要求选用。
7.3吊柱
对于高度＞20 m 的室外无框架的整体塔，应考虑安装和检修时起吊塔台及其他附件的方便，在塔顶安装可转动的吊柱。吊柱的吊钩与塔顶之间的距离，一般为900 mm 以上，手柄至操作台之间的距离，一般为1200 mm~1600mm 之间。
考虑吊柱中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人站在平台上能操纵手柄转动吊柱管，将吊钩的垂直中心线转入到人孔附近。
7.4裙式支座
裙式之座（简称裙座）是塔设备广泛采用的一种支座，其组成如
座圈是一种圆形（或圆锥形）筒体，上端与塔体底封头焊接在一起；下端焊在基础环上，承受塔体的全部载荷，并把载荷传到基础环上。
地脚螺栓座由基础环、螺栓座等组成。基础环是一块环板，它把座圈传来的全部载荷，均匀分布到基础上去。地脚螺栓座有多种形式，常采用外螺栓座及单环板座两种型式。
裙座上必须开设检查孔或称人孔，以方便检修。检查孔有圆形（A型）和长圆形（B型）两种。
裙座筒体底部应对开两个排净孔。
塔运行中可能有气体逸出，就会积聚在塔底封头之间的死区中。为减小腐蚀及避免可燃、有毒气体的积聚，保证检修人员的安全，必须在裙座上部设置排气孔或排气管。当裙座不设保温（保冷、防火）层时，其上部应均匀开设排气孔。当裙座设保温（保冷、防火）层时，裙座上部应均匀设置排气管。对于开有检查孔的矮裙座可不设排气孔
7.5保温圈
塔外保温材料的支承圈叫做保温圈。需保温（保冷）的塔设备，除特殊情况外（如带法兰的塔节），均应设置保温圈。保温圈的形状为分块圆环，根据塔径不同，由4~8 块组成，根据保温表面形状不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。
八、总结
经过巨大的努力，终于完成了课程设计。在设计的过程中，给自己最大的体会是：办法总比困难多，遇到了问题，不要气馁，要努力去寻答案。课程设计刚开始的时候，感觉很陌生，只知道要设计一个饱和塔，而且还要画图，至于怎么开始，我很惘然。在画图时，因为一开始没有查好资料，只知道大致的结构，至于那些其它的数据，都没有查好，所以无从着手，那时候只能一边看书，一边探索画图，以至于浪费了不少的时间。课程设计是另外一种学习课堂，通过我们动手，对掌握的理论知识进行补充与质疑。我们应该在注意书本知识的时候应该也要把所学到的知识应用到实践生产中去，不仅仅满足于书本的知识，要在实践过程中吸收课本外的知识。
九、参考资料
1、天津大学化工学院 化工原理（下） 北京 高等教育出版社，2010.5
2、化工设备机械基础第四版 北京 化学工业出版社，2011.3
3、化工部科技局标准处 化工综合标准 北京 中国标准出版社，1990:297，298
4、化工设备机械基础课程设计指导书 第二版 北京 化学工业出版社，2010.8
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