浮閥式脫氰塔的機械設計

閆紹峰，劉巷汝，周傳燁

(遼寧工業大學機械工程與自動化學院，遼寧 錦州 121001)

1 引言

塔設備是石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等工業中普遍應用的工藝設備，用來實現氣、液兩相直接接觸進行傳質傳熱，如精餾、吸收、解吸、萃取等。塔設備按結構可分為填料塔和板式塔兩種。本設計為板式塔，主要優點為生產能力大、分離效率高、操作彈性大、壓降小等。

2 主要設計參數與方案

2.1 主要設計參數

操作介質為脫氰液、水，主要設計參數見表1。

表1 主要設計參數

2.2 設計方案

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

(2)塔板類型的確定。板式塔是分級接觸型氣液傳質設備，種類繁多。根據目前國內外實際應用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。浮閥塔的優點是結構簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產能力大；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，氣液接觸時間長，故塔板效率高。本設計選用浮閥塔盤，標準孔徑為Φ39mm，對應每個孔分別裝有一個可以上下浮動的閥片。采用最常用的FI型，如圖1所示。

圖1 F1型浮閥

(3)封頭的結構類型選擇[1]。封頭的結構型式是由工藝過程、承載能力、制造技術方面的要求而決定的。一般主要根據承壓能力的大小和制造難易程度選用封頭的結構類型。封頭的結構類型主要分為：半球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭、球冠形封頭，如圖2所示。本次設計選用標準橢圓形封頭。

圖2 常見容器凸形封頭

(4)支座結構型式的選擇[2-3]。支座是用來支撐、固定容器和設備的。在某些場合下，支座還要承受操作時產生的振動，承受風載荷和地震載荷。支座的結構型式很多。根據容器和設備自身的型式，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。設計中小型直立容器時常采用前三種支座，設計大型塔設備時則廣泛采用裙式支座。綜上所述，根據本次設計直徑為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。裙座的結構如圖3所示。

圖3 裙座的結構

3 殼體強度計算

3.1 選材

根據壓力、溫度、介質情況，選用Q345為塔體材料。

3.2 確定計算壓力

3.3 殼體厚度[4]

(1)筒體計算壁厚 筒體采用鋼板卷制焊接，計算壁厚為：

考慮到鋼板厚度負偏差和腐蝕裕度，取 δn=10(C1=0.8，C2=2)。

按照GB 150-2011的規定，壁厚滿足最小壁厚要求[5]。

(2)封頭 采用標準橢圓形封頭，計算壁厚為：

考慮到鋼板厚度負偏差和腐蝕裕度，取δn=10(C1=0.8，C2=2)。筒體與封頭經水壓試驗強度校核后，考慮風載荷、地震載荷、偏心載荷聯合作用，取δn=16 mm。