隨著化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展,塔設(shè)備的數(shù)量在不斷增多,它們在化工生產(chǎn)過程中所起到的主要作用是為氣液或液液兩相之間提供直接接觸的機會,以達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的,常被用于進行精餾、吸收、解吸、氣體的增濕及冷卻等單元操作過程。塔設(shè)備的主要特點是體型高、長寬比大且多以群體形式存在,彼此之間相距較近,容易在外部風場作用下發(fā)生相互干涉,并且內(nèi)部流體的沖擊也會引起設(shè)備的振動。本碩士論文按照具體的化工生產(chǎn)要求,選取華南地區(qū)某石化企業(yè)的雙塔設(shè)備作為研究對象,結(jié)合理論分析、數(shù)值計算和現(xiàn)場實測的方法研究了在內(nèi)部流動介質(zhì)和外部風載荷共同作用下系統(tǒng)的振動情況并進行了可靠性校核。具體工作如下:（1）振動的理論分析通過理論模型分別對這兩座板式塔的固有頻率、臨界風速以及發(fā)生一階共振時的最大應力應變、塔頂位移、底部彎矩等進行了計算,研究了影響雙塔設(shè)備振動的主要因素。（2）內(nèi)、外流場模擬計算運用CFD方法分別對外風場和內(nèi)流場進行了二維瞬態(tài)繞流計算和三維穩(wěn)態(tài)兩相流計算,主要包括了流體域建模、網(wǎng)格劃分、流場數(shù)值計算和后處理等。得到了該雙塔系統(tǒng)在不同風速下的渦脫頻率、群體干涉效應、所受橫向力和阻力隨時間的變化規(guī)律,以及不同塔板數(shù)、... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

塔設(shè)塔設(shè)備的工作原理及特點

第一章緒論3(a)錯流(b)逆流圖1-2塔設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖為在板式塔內(nèi)形成有利于傳質(zhì)過程的理想流動條件，氣液兩相在總體上應呈逆流流動，而具體到每一塊塔板上，氣液兩相卻應呈均勻的錯流流動。板式塔的最大特點是適應性強、結(jié)構(gòu)簡單、造價低，但壓降高、持液量大且工作效率較低[22]。填料塔作為連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，其塔身是一個直立的圓筒，底部裝有支承板，目的是用來以亂堆或整砌的方式來堆放填料，填料是協(xié)助氣液進行接觸和傳質(zhì)的基本元件。在正常操作工況下，氣液兩相組成均沿高度方向發(fā)生連續(xù)性的變化[23]。填料塔的頂部設(shè)有液體分布器，分散相的液體一般經(jīng)由此裝置被噴淋到填料上，在重力作用下沿填料表面自上而下呈膜狀流動。連續(xù)相的氣體從塔底的進氣口送入，經(jīng)由氣體分布裝置(直徑小于3m的塔一般不設(shè)該裝置)均布后連續(xù)的通過填料層空隙，自下而上與液體做逆流流動，并由此進行兩相間的傳質(zhì)與傳熱。為防止被高速上升的氣流吹動，填料的上方均裝有壓板，氣液兩相的濃度或溫度也沿塔高呈連續(xù)性變化[24]。與傳統(tǒng)的板式塔相比，填料塔的工作效率高、壓降小，填料層的持液量小，但在高壓工況下的傳質(zhì)性能較差，部分填料的造價高，且填料層對初始分布較為敏感，所以塔內(nèi)每隔一定高度就要安裝收集分布器[25-26]。1.2.3塔設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀塔設(shè)備最早是以板式塔的型式出現(xiàn)的，距今已有近200年的歷史，并于上世紀初被正式引入煉油工業(yè)。七十年代以前，化工企業(yè)中的大型塔器多數(shù)為板式塔，并且還出現(xiàn)過數(shù)十種新型的塔板，其中就包括了舌型板、斜孔板和浮閥板等。目前石油化工企業(yè)中板式塔的數(shù)量約占全部塔設(shè)備數(shù)量的90%以上。隨著能源危機問題的浮現(xiàn)，節(jié)能環(huán)保的理念開始深入人心，于是填料塔開始日益受到人們的重視。近二十年間，填料塔技術(shù)有

紉幌盜猩⒍煙盍希?俚膠篤?的格柵、脈沖和波紋等新型規(guī)整填料，都標志著填料塔的發(fā)展邁入了一個又一個的新階段。未來人們對新型塔設(shè)備的研發(fā)，首先還是要保證處理能力的提高和結(jié)構(gòu)的簡化，在此基礎(chǔ)之上提升操作彈性和擴大壓力降，從而使運行成本降低[27-29]。1.3塔設(shè)備振動1.3.1產(chǎn)生機理和失效案例塔設(shè)備大都安裝于室外，容易在外部風載荷的作用下產(chǎn)生順風方向的縱向振動和垂直于風向的橫向振動，其中橫向振動產(chǎn)生的原因是塔體兩側(cè)受力的不對稱。在風載荷的作用下，塔的背風面兩側(cè)會產(chǎn)生旋渦并脫落，形成兩行旋渦尾流如圖1-3所示，這種現(xiàn)象被稱為卡門渦街。旋渦是沿逆時針或順時針方向輪流產(chǎn)生的，并且具有特定的釋放頻率，所以作用在塔設(shè)備兩旁的氣體壓力也會以同樣的頻率進行變化，產(chǎn)生同風向成90°的周期性變化應力。由于塔設(shè)備的柔度普遍較大，固有頻率較小，所以當旋渦釋放的頻率與固有頻率相接近時，塔設(shè)備便會發(fā)生同風向呈90°方向的振動[30-31]。圖1-3卡門渦街在塔設(shè)備運行過程中，內(nèi)部高速流動的氣體會沖擊塔板或填料層，進而帶動塔設(shè)備的振動。塔內(nèi)的液體與填料、塔板和上升的氣體間均存在摩擦，所以會部分留存在填料和塔板的表面和縫隙中，這會產(chǎn)生附加的慣性力從而改變塔設(shè)備振動的固有頻率。這些振動輕則導致設(shè)備發(fā)生歪斜，降低生產(chǎn)效率；重則導致設(shè)備發(fā)生疲勞破壞，引發(fā)安全事故[32-33]。1985年7月，蘭州某化工廠高59m、內(nèi)徑1.8m的丙烯-丙烷塔在風誘導作用下沿垂直方向發(fā)生共振，塔頂撓度約1m，振動頻率約0.5Hz，持續(xù)2小時后停止。1996年6月，天津某乙烯廠高74m、內(nèi)徑2.45m的精餾塔在3~4級陣風作用下發(fā)生一階共振，方向與風向垂直，最大撓度為325mm，時長3小時，該塔當時尚處于

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