填料吸收塔設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).doc

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填料吸收塔設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、 設(shè)計(jì)題目 填料吸收塔設(shè)計(jì) 二、 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 １、原料氣處理量：5000m3/h。 ２、原料氣組成：98％空氣＋2.5％的氨氣。 ３、操作溫度：20℃。 ４、氫氟酸回收率：98％。 ５、操作壓強(qiáng)：常壓。 ６、吸收劑：清水。 ７、填料選擇：拉西環(huán)。 三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明。 2. 填料吸收塔的塔徑，填料層的高度，填料層的壓降的計(jì)算。 3. 填料吸收塔的附屬機(jī)構(gòu)及輔助設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算。 4. 吸收塔的工藝流程圖。 5. 填料吸收塔的工藝條件圖。 目　錄 第一章 設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介 …………………………………………………（4） 第一節(jié) 塔設(shè)備的選型………………………………………………………（4） 第二節(jié) 填料吸收塔方案的確定……………………………………………（6） 第三節(jié) 吸收劑的選擇………………………………………………………（6） 第四節(jié) 操作溫度與壓力的確定……………………………………………（7） 第二章 填料的類(lèi)型與選擇 ………………………………………………（7） 第一節(jié) 填料的類(lèi)型…………………………………………………………（7） 第二節(jié) 填料的選擇 ………………………………………………………（9） 第三章 填料塔工藝尺寸 ……………………………………………… （10） 第一節(jié) 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) ………………………………………………… （10） 第二節(jié) 物料衡算…………………………………………………………（11） 第三節(jié) 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算………………………………………（12） 第四節(jié) 填料層壓降的計(jì)算 ………………………………………………（16） 第四章 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ……………………………………（16） 第一節(jié) 液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) …………………………………………（16） 第二節(jié) 支承板的選用 ……………………………………………………（17） 第三節(jié) 管子、泵及風(fēng)機(jī)的選用 …………………………………………（18） 第五章 塔體附件設(shè)計(jì) ……………………………………………………（20） 第一節(jié) 塔的支座 ………………………………………………………（20） 第二節(jié) 其他附件 ………………………………………………………（20） 第一章 設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介 第一節(jié) 塔設(shè)備的選型 塔設(shè)備是化工、石油化工、生物化工制藥等生產(chǎn)過(guò)程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。 1、板式塔 板式塔為逐級(jí)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，是最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。 傳質(zhì)機(jī)理如下所述：塔內(nèi)液體依靠重力作用，由上層塔板的降液管流到下層塔板的受液盤(pán)，然后橫向流過(guò)塔板，從另一側(cè)的降液管流至下一層塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液層。氣體則在壓力差的推動(dòng)下，自下而上穿過(guò)各層塔板的氣體通道（泡罩、篩孔或浮閥等），分散成小股氣流，鼓泡通過(guò)各層塔板的液層。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在板式塔中，氣液兩相逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相。 一般而論，板式塔的空塔速度較高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價(jià)低，檢修、清洗方便，故工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛。 ２、填料塔 填料塔是最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一，它廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、解吸、汽提、萃取、化學(xué)交換、洗滌和熱交換等過(guò)程。幾年來(lái)，由于填料塔研究工作已日益深入，填料結(jié)構(gòu)的形式不斷更新，填料性能也得到了迅速的提高。金屬鞍環(huán)，改型鮑爾環(huán)及波紋填料等大通量、低壓力降、高效率填料的開(kāi)發(fā)，使大型填料塔不斷地出現(xiàn)，并已推廣到大型汽—液系統(tǒng)操作中，尤其是孔板波紋填料，由于具有較好的綜合性能，使其不僅在大規(guī)模生產(chǎn)中被采用，且由于其在許多方面優(yōu)于各種塔盤(pán)而越來(lái)越得到人們的重視，在某些領(lǐng)域中，有取代板式塔的趨勢(shì)。近年來(lái)，在蒸餾和吸收領(lǐng)域中，最突出的變化是新型填料，特別是規(guī)整填料在大直徑塔中的采用，它標(biāo)志作塔填料、塔內(nèi)件及塔設(shè)備的綜合設(shè)計(jì)技術(shù)已進(jìn)入到一個(gè)新的階段。 填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒（如右圖所示），底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。 當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。 3、板式塔和填料塔的比較 如下表格所示 表1-1板式塔與填料塔的比較 序號(hào) 填料塔 板式塔 １ Φ800mm以下，造價(jià)低，直徑大則價(jià)高 Φ600mm以下時(shí)，安裝困難 ２ 用小填料時(shí)，小塔的效率高，塔徑增大，效率下降，所需高度急增 效率較穩(wěn)定。大塔板效率比小塔板有所提高 ３ 空塔速度（生產(chǎn)能力）低 空塔速度高 ４ 大塔檢修費(fèi)用高，勞動(dòng)量大 檢修清理比填料塔容易 ５ 壓降小。對(duì)阻力要求小的場(chǎng)合較適用（如：真空操作） 壓降比填料塔大 ６ 對(duì)液相噴淋量有一定要求 氣液比的適應(yīng)范圍大 ７ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于非金屬材料制作，可用于腐蝕較嚴(yán)重的場(chǎng)合 多數(shù)不便于非金屬材料的制作 ８ 持液量小 持液量大 表1-2 塔型選用順序 而本次設(shè)計(jì)用到的物料是氫氟酸，氫氟酸是具有腐蝕性的物料，因此選擇填料塔。 4、選塔的基本原則： 1、 生產(chǎn)能力大，有足夠的彈性。 2、 滿(mǎn)足工藝要求，分離效率高。 3、 運(yùn)行可靠性高，操作、維修方便，少出故障。 4、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，造價(jià)較低。 5、 塔壓降小。 綜上考慮，吸收5000m3/h含2.5%的生產(chǎn)任務(wù)不是很大，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，便于采用耐蝕材料使得壽命較長(zhǎng)，而且本次設(shè)計(jì)用到的物料是氫氟酸，氫氟酸是具有腐蝕性的物料，因此我們采用填料吸收塔完成該項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)。 第二節(jié) 填料吸收塔方案的確定 1、 裝置流程的確定 裝置流程的主要有以下幾種： a.逆流操作　 氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相由塔頂流入由塔底流出，其傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用此操作。 b.并流操作　 氣液兩相均由塔頂流向塔底，其系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。通常用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平衡曲線(xiàn)較平坦時(shí)，液流對(duì)推動(dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或吸收的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量很大，逆流操作易引起液泛。 c.吸收劑部分循環(huán)操作　 在逆流操作過(guò)程中，用泵將吸收塔排除的一部分冷卻后與補(bǔ)充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，通常以下情況使用：當(dāng)吸收劑用量較少，為提高塔的噴淋密度；對(duì)于非等溫吸收過(guò)程，為控制塔內(nèi)的溫度升高，需取出一部分熱量。該流程特別適用于相平衡常數(shù)m較小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的利用率。需注意吸收劑的部分再循環(huán)較逆流操作費(fèi)用的平均推動(dòng)力較小，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用提高。 由于氫氟酸在水中的溶解度很大。逆流操作時(shí)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。逆流操作是完成該項(xiàng)任務(wù)的最佳選擇。 第三節(jié) 吸收劑的選擇 吸收過(guò)程是依靠氣體溶質(zhì)在溶劑中的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，吸收劑的性能的和優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇時(shí)有以下考慮方面： a.溶解度　吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。 b.選擇性　吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分要有良好的選擇吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效的分離。 c.揮發(fā)度要低　操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，要減少吸收和再生過(guò)程中吸收劑的揮發(fā)和損失。 d.粘度　吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。 e.其他　所選的吸收劑盡量的滿(mǎn)足無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、廉價(jià)易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。 在吸收空氣中少量的氫氟酸時(shí)，水是最理想的溶劑，由于氫氟酸在水中的溶解度很大；常溫常壓下，水的揮發(fā)度很?。徽扯容^?。粌r(jià)格低廉等。 第四節(jié) 操作溫度與壓力的確定 1、操作溫度的確定 由于吸收過(guò)程的氣液平衡關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度。即低溫有利于吸收，當(dāng)操作溫度的低限應(yīng)由吸收系統(tǒng)的具體情況決定。 2、操作壓力的確定 由吸收過(guò)程的氣液平衡關(guān)系可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加因此需結(jié)合具體工藝的條件綜合考慮，以確定操作壓力。 在該任務(wù)中，由于在常溫常壓下操作且在此條件下氨的溶解度很大，且受溫度與壓力的影響不大，在此不做過(guò)多的考慮。 第二章 填料的類(lèi)型與選擇 第一節(jié) 填料的類(lèi)型 填料的選擇包括確定填料的種類(lèi)、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。 填料的種類(lèi)很多，根據(jù)裝填的方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類(lèi)。 1、 散裝填料 散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定集合形狀和尺寸的顆粒體一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)的，又稱(chēng)為亂堆填料和顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、和環(huán)鞍的填料等。以下是典型的散裝填料： a.拉西環(huán)填料　拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料，其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制成。拉西環(huán)填料的氣液分布較差、傳質(zhì)效率低、阻力大、通量小，目前工業(yè)上用得較少。 b.鮑爾環(huán)填料　鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗口，被切開(kāi)的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉諸舌葉的側(cè)邊與環(huán)中間相搭，可用陶瓷、塑料、金屬制造鮑耳環(huán)由于環(huán)內(nèi)開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率氣流阻力小，，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比通量可提高50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。 c.階梯環(huán)填料　階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。鮑爾環(huán)相比階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形的翻邊由于高徑比減少，使得氣體繞填料外外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅提高了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線(xiàn)接觸為主變?yōu)辄c(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料層之間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新。有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。 2、規(guī)整填料 規(guī)整填料是按一定的的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類(lèi)很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料。工業(yè)上使用的絕大多數(shù)規(guī)整填料為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料可用陶瓷、塑料、金屬制造。 金屬絲波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，是由金屬絲制成。其特點(diǎn)是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性的精餾提供了有效的手段。盡管造價(jià)高，但因性能優(yōu)越仍得到了廣泛的應(yīng)用。 金屬板波紋填料是板填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多Φ4mm~Φ6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上扎成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。 波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大。其缺點(diǎn)是不適用于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清洗困難、造價(jià)高。 第二節(jié)　填料的選擇 1、 填料種類(lèi)的選擇：填料種類(lèi)的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮以下幾個(gè)方面： a.傳質(zhì)效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料 b.通量要大 在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料 c.填料層的壓降要低 d.填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便 2、填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格是指填料的公稱(chēng)尺寸或比表面積。 （1）散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類(lèi)填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱(chēng)直徑的比值D/d應(yīng)大于8。 （2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類(lèi)型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿(mǎn)足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類(lèi)型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類(lèi)型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類(lèi)型的填料，也可以選用不同類(lèi)型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格。 3. 填料材質(zhì)的選擇 填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類(lèi)。 (1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性能，質(zhì)脆、易碎是其 最大缺點(diǎn)。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(guò)程中應(yīng)用較為普遍。 (2)金屬填料 金屬填料可用多種材質(zhì)制成，選擇時(shí)主要考慮腐蝕問(wèn)題。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除Cl– 以外常見(jiàn)物系的腐蝕，但其造價(jià)較高，且表面潤(rùn)濕性能較差，在某些特殊場(chǎng)合（如極低噴淋密度下的減壓精餾過(guò)程），需對(duì)其表面進(jìn)行處理，才能取得良好的使用效果；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)很高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。 一般來(lái)說(shuō)，金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，應(yīng)用范圍最為廣泛。 (3)塑料填料 塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在100C以下使用。 塑料填料質(zhì)輕、價(jià)廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。它的通量大、壓降低，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，但可通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥?lái)改善其表面潤(rùn)濕性能。 綜上對(duì)各種類(lèi)型、各種規(guī)格填料的分析，對(duì)于在20℃，101.3KPa下吸收5000m3/h空氣含2.5%的氫氟酸，由于操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上常用散裝填料。故選用DN38瓷質(zhì)拉西環(huán)填料。 2、凈化塔強(qiáng)度設(shè)計(jì)和穩(wěn)定校核 2.1 筒體和封頭的壁厚計(jì)算 2.1.1 材料選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)溫度 T=320 ℃，設(shè)計(jì)壓力P=0.6MPa ,塔殼外表面保溫層厚度為0.8mm,保溫層材料的密度為1.117g/cm3，塔殼厚度附加量C=3等因素,材料可以選用普通碳素鋼Q235系列或低合金Q345R等.但由于介質(zhì)為有毒氣體,且其具有腐蝕性，故不能選用Q235 系列鋼板.而低合金鋼中 Q345 R為屈服點(diǎn)σs = 340MPa 的壓力容器專(zhuān)用鋼 板,具有良好的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能,且價(jià)格便宜,使用廣泛,故選用Q345 R . 2.1.2 按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算筒體壁厚 筒體壁厚 式中 Di—塔內(nèi)徑 Di為2400mm 則 由于 Q345 R鋼板厚度為 7.5~25mm 時(shí)的鋼板負(fù)偏差 C1 = 0.8mm ,腐蝕裕度 C2 = 3mm,則設(shè)計(jì)厚度δ d = δ+ C 2 = 5.4+3=8.4 mm 考慮剛度,穩(wěn)定性及各種載荷的影響取名義厚度 δ n = 12mm , 有效厚度 δ e = δn–(C1 + C2 )=12-(0.8+ 3) = 8.2mm 2.1.3 封頭壁厚計(jì)算 1)封頭選擇 2)壁厚計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壁厚 其中, Di = 2400mm , H i = 640mm . 計(jì)算壓力 Pc = 0.77 MPa ; 所以, 設(shè)計(jì)厚度δ d = δ+C2 = 5.4+3=8.3mm ; 考慮制造安裝方便且由文獻(xiàn)[14]查得取名義厚度 δ n = 12mm ,有效厚度δe =δn-(C1 + C2 )= 12 -(0.8+3) = 8.2mm 圖2-2橢圓形封頭 第三章 填料塔工藝尺寸 第一節(jié)　基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 1、液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)于低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得，20℃水的物性數(shù)據(jù)： 密度為 =998.2kg/m3 粘度為 =0.001Pas=3.6kg/(mh) 表面張力 L=72.6dyn/cm=940896kg/h2 HF在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 =2.0710-5cm2/s=7.4510-6m2/h 2、氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 =（0.02517.03）+（0.9829）=28.85 混合氣體的平均密度 對(duì)于低濃度該氣體粘度近似的取空氣粘度。查手冊(cè)地20℃空氣的粘度為 =1.8110-5 Pas=0.065 kg/(mh) 查手冊(cè)得HF在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 DV=0.224cm2/s=0.08064m2/h 3、氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊(cè)查得，常壓下，20℃時(shí)，HF在水中的亨利系數(shù)為 E=76.99kPa 相平衡常數(shù)為 m=E/P=76.99/101.3=0.76 溶解度系數(shù)為 第二節(jié)　物料衡算 進(jìn)塔的氣相摩爾比為 出塔的氣相摩爾比為 進(jìn)塔惰性氣相流量為 該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為一條直線(xiàn)，最小液氣比為 ==0.7524 取操作液氣比為 =1.40.7524=1.053 L =1.053*V=1.053*244.58=257.54 kmol/h = = 第三節(jié) 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 1、塔徑計(jì)算 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。 氣相的質(zhì)量流量為 =50001.196=5980kg/h 液相質(zhì)量流量可近似按純水的質(zhì)量流量計(jì)算，即 =L18.02=257.5418.02=4640.87 kg/h Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 ==0.0269 查Eckert通用關(guān)聯(lián)圖得 =0.23 查表拉西環(huán)填料泛點(diǎn)填料因子平均值為 =600 m-1 取 u=0.7uF=0.4930.7=0.345m/s 由==2.265m 圓整塔徑，取D=2.4m 泛點(diǎn)率校核： =100% =62.27% (在允許范圍內(nèi)) 填料規(guī)格校核： =2400/38=63.16>8 （滿(mǎn)足要求） 液體噴淋密度校核： 取最小潤(rùn)濕率為 =0.08 m3/mh 查表得： DN38拉西環(huán)填料的比表面積 =140m2/m3 ==0.08140=11.2 m3/m2h U==1.028< （注：可能由于某些數(shù)據(jù)問(wèn)題，U無(wú)法校核到大于） 2、填料層高度的計(jì)算 =0.760.0241=0.0183 =0 脫吸因數(shù)為 = 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為 = 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算： 查表得：=61dyn/cm=790560kg/h2 液體的質(zhì)量通量為 = =0.224 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算 氣體質(zhì)量通量為 = 0.0324 液膜系數(shù)由下式計(jì)算 =0.142 m/h 由查表得 =1 則 =0.03240.22414011.1=1.016 =0.1420.224132.510.4=4.4531kmol/(m2skpa) =0.307/0.493=62.27%>50% 由 =[1+9.5（0.6227-0.5）1.4] 1.016 =1.528 kmol/(m3skpa) =[1+2.6(0.6227-0.5)2.2]4.4531 =4.568 kmol/(m3skpa) 由 設(shè)計(jì)取填料塔的高度為 =8 m 查表,由散裝填料分段高度推薦值得： 對(duì)DN38拉西環(huán)填料 =2.5， 取=2.5，則 h=2.52400=6000 mm 第四節(jié) 填料層壓降的計(jì)算 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降。 橫坐標(biāo)為 == 0.027 查表，DN38拉西環(huán)填料因子平均值為 =450 m-1 縱坐標(biāo)為 查Eckert關(guān)聯(lián)圖得 = 40Pa/m 填料層壓降為 = 408=320 Pa 第四章 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算 第一節(jié) 液體分布器和氣體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) 一、液體分布器選擇 1、液體分布器的選型 在選擇液體分布器時(shí)，應(yīng)考慮以下幾方面： a.具有與塔填料相匹配的分液點(diǎn)密度，并保證分布均勻 b.操作彈性較大，定位性好 c.為氣體提供最大的自由截面率，實(shí)現(xiàn)氣體均布，而且阻力小 d.抗污性能好，不易賭塞，不易產(chǎn)生物泡沫夾帶和發(fā)泡 e.結(jié)構(gòu)合理，便于安裝、調(diào)整和維護(hù) 其結(jié)構(gòu)形式有： a.管式噴淋器 其結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單 b.蓮蓬式噴灑器 一般用于直徑600mm以下的塔 c.盤(pán)式分布器 適用于直徑800mm以上的塔 d.槽式分布器 對(duì)于大塔徑的分布器可采用板式或槽式分布器 該吸收塔液相負(fù)荷較大，可采用槽式液體分布器。 第二節(jié) 支承板的選用 填料支承板的首要目的是支承填料床層，并且不過(guò)分的限制氣體和液體的流動(dòng)，同時(shí)也起到重新分布?xì)庖簝上嘧饔谩３亲屑?xì)設(shè)計(jì)，否則支承板會(huì)引起塔內(nèi)過(guò)早的發(fā)生液泛。因此支承板的設(shè)計(jì)對(duì)塔的壓力降和穩(wěn)定操作范圍有直接影響。 填料支承安裝在填料層底部，主要有以下幾個(gè)作用： （1） 阻止填料穿過(guò)填料支承而掉下來(lái) （2） 支承操作狀況下填料床層的重量 （3） 具有足夠的自由面積以使氣液兩相自由通過(guò) （用于小塔徑的填料支撐） （分塊式填料支撐） （用于散裝填料的氣液分流式填料支承） （整體式填料支撐） 上圖列出了集中常見(jiàn)的填料支撐裝置。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類(lèi)及型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。 第三節(jié) 管子、泵及風(fēng)機(jī)的選用 1、管子的選用 (1) 液體管道的選用 液體的質(zhì)量流量為 =4640.87 kg/h = 4640.87/（998.23600）=0.00129m3/s 取液體的流速為2.6m/s 則 =25 mm 取公稱(chēng)直徑= 25mm 壁厚 S=3.5mm 外徑為Dw= 32mm 流速 (2) 氣體管道的選用 =5000/3600=1.39 m3/s 取氣體的流速為12 m/s =0.384m= 384mm 取公稱(chēng)直徑為 =450mm 壁厚 S=9mm 外徑為Dw=480mm 流速 8.74m/s 2、管子的阻力的計(jì)算 (1)液體的管路計(jì)算 （3103<65631.65<3106） 用顧硫珍公式： =0.0056+0.500/Re0.25 =0.0368 令管子的總長(zhǎng)度為（）=10m =0.0368(10/0.025)2.632/(29.81)=5.19m =8+5.19=13.19m (2)氣體的管路計(jì)算 =61.75 =64/61.75=1.0364 令管路的總長(zhǎng)（）=2.5m =1.0364(2.5/0.384)8.742 /(29.81)=25.28m =25.28+18.2= 43.48m 3、離心泵的選用 選用的離心泵為IS50-32-125型其性能表為： 表4-1 型號(hào) 流量 （m3/h） 揚(yáng)程 轉(zhuǎn)速 (r.p.m) 效率 功率（kw） 允許吸上真空高度 軸 電機(jī) IS50-32-125 15 18.5 2900 0.60 1.26 2.2 8.1 第四節(jié)、除霧器的設(shè)計(jì)與選型 吸收塔均應(yīng)裝備除霧器，在正常運(yùn)行狀態(tài)下除霧器出口煙氣中的霧滴濃度應(yīng)該不大于75mg/m3[9] 。 除霧器一般設(shè)置在吸收塔頂部（低流速煙氣垂直布置）或出口煙道（高流速煙氣水平布置),通常為二級(jí)除霧器。除霧器設(shè)置沖洗水，間歇沖洗沖洗除霧器。濕法煙氣脫硫采用的主要是折流板除霧器，其次是旋流板除霧器。 ① 除霧器的選型 折流板除霧器 折流板除霧器是利用液滴與某種固體表面相撞擊而將液滴凝聚并捕集的，氣體通過(guò)曲折的擋板，流線(xiàn)多次偏轉(zhuǎn)，液滴則由于慣性而撞擊在擋板被捕集下來(lái)。通常，折流板除霧器中兩板之間的距離為20-30mm，對(duì)于垂直安置，氣體平均流速為2－3m/s；對(duì)于水平放置，氣體流速一般為6－10m/s。氣體流速過(guò)高會(huì)引起二次夾帶。 旋流板除霧器 氣流在穿過(guò)除霧器板片間隙時(shí)變成旋轉(zhuǎn)氣流，其中的液滴在慣性作用下以一定的仰角射出作螺旋運(yùn)動(dòng)而被甩向外側(cè)，匯集流到溢流槽內(nèi)，達(dá)到除霧的目的，除霧率可達(dá)90％－99％。 噴淋塔除霧區(qū)分成兩段，每層噴淋塔除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層（3-3.5）m，距離最上層沖洗噴嘴（3.4-32）m。 第三節(jié)、吸收塔裙式支座選擇計(jì)算 立式容器的支座主要有耳式支座、腿式支座、支承式支座和裙式支座四種。中小型直立容器采用前三種支座，高大的塔設(shè)備 ，則采用裙式支座。 本設(shè)計(jì)中，吸收塔（噴淋塔）內(nèi)徑為2400mm，而吸收塔（噴淋塔）的高度為30m,根據(jù)服表4-9[3]可知，選用的裙座規(guī)格為： 地腳螺栓個(gè)數(shù)20個(gè)，公稱(chēng)直徑M27 裙座的材料選用Q238-AR鋼材，塔體與裙座采用對(duì)接焊接，塔體接頭焊接系，裙座的壁厚取12mm,裙座的壁厚附加量取C=2mm。 第四節(jié)、 質(zhì)量及各種載荷計(jì)算 2.2.1 塔的質(zhì)量載荷: m0 :塔的操作質(zhì)量; m01:塔殼體和裙座質(zhì)量; m02:內(nèi)件質(zhì)量; m03:保溫層質(zhì)量; m04:扶梯，平臺(tái)質(zhì)量 m05:操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量; ma :人孔,接管,法蘭等附件質(zhì)量; mw :充水質(zhì)量 . （1） 殼體和裙座質(zhì)量 m01 = （2） 人孔,接管,法蘭等附件質(zhì)量 ma =0.2m01= （3） 內(nèi)件質(zhì)量 m02= （4） 保溫層質(zhì)量 m05= （5） 扶梯，平臺(tái)質(zhì)量m04= （6） 操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量 m05= （7） 操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量 m05= （8） 充水質(zhì)量mw （9） 塔器的最大質(zhì)量 mmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma （10） 塔器的最小質(zhì)量 mmin= m01+0.2m02+m03+m04+ma （11） 塔的操作質(zhì)量m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma 2、風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩的計(jì)算 I-I截面風(fēng)彎矩 II-II截面風(fēng)彎矩 3、塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 塔底截面（II-II）的軸向應(yīng)力計(jì)算 塔底危險(xiǎn)截面（II-II）抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 該截面上的最大軸向壓縮應(yīng)力發(fā)生在空塔時(shí)， 式中 組合系數(shù)K=1.2 因此此塔塔底II-II截面滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件 塔底II-II截面抗拉強(qiáng)度校核 塔底II-II截面上的最大拉應(yīng)力 該截面滿(mǎn)足抗拉強(qiáng)度要求 綜合以上各項(xiàng)計(jì)算，在各種不同危險(xiǎn)工況下塔體壁厚取12mm,可以滿(mǎn)足整個(gè)塔體的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。 第五節(jié)、裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 （1） 裙座底部0-0截面強(qiáng)度校核 裙座底部0-0截面的軸向應(yīng)力計(jì)算 抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 式中 組合系數(shù)K=1.2 因此裙座底部0-0截面滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。 （2） 裙座檢查孔處I-I界面強(qiáng)度校核 裙座檢查孔0-0截面的軸向應(yīng)力計(jì)算 抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 式中 組合系數(shù)K=1.2 因此檢查孔處I-I截面滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。 （3） 裙座焊縫強(qiáng)度校核 此塔裙座與塔體采用對(duì)焊接，焊縫承受的組合拉應(yīng)力為 滿(mǎn)足裙座焊縫強(qiáng)度要求。 第六節(jié)、水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算 （1） 水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)塔體II-II截面的強(qiáng)度校核 式中 因此滿(mǎn)足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度的要求。 （2） 水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面的強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定要求 水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部截面滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。 第七節(jié)、基礎(chǔ)環(huán)的設(shè)計(jì) 1、 基礎(chǔ)環(huán)尺寸 裙座基礎(chǔ)環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖2-1及圖2-2所示，分為無(wú)筋板的結(jié)構(gòu)及有筋板的結(jié)構(gòu)的兩類(lèi)?；A(chǔ)環(huán)的內(nèi)、外直徑按下式選取。 外徑 Dob = Di s+ ( 0.16 ~ 0.40 ) m 內(nèi)徑 Dib = Dis - ( 0.16 ~ 0.40 ) m 則取 D0b = Dis + 300 = 2400 + 300 = 2700mm Dib = Dis + 200 = 2400 - 200 = 2200mm 圖2-1 有筋板的基礎(chǔ)環(huán) 圖2-2 無(wú)筋板的基礎(chǔ)環(huán) 2、混凝土強(qiáng)度校核 正常操作時(shí)： 水壓試驗(yàn)時(shí)： 以上應(yīng)力均小于各種標(biāo)號(hào)混凝土的壓應(yīng)力許用值4MPa,滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 2、基礎(chǔ)環(huán)厚度設(shè)計(jì) 由于該塔較高，塔底裙座采用加筋結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)板采用 第五章 塔體附件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 塔的支座 選用裙座為塔的支座，其座體為圓筒，上端與塔體的封頭焊接，下端與基礎(chǔ)環(huán)，肋板焊接。基礎(chǔ)肋板間還組成螺栓座的結(jié)構(gòu)，用以安裝地腳螺栓，以將塔設(shè)備固定于基礎(chǔ)上。它具有足夠的強(qiáng)度和剛度，承受塔體操作重量，風(fēng)力，地震等引力的載荷。裙座可選用碳素鋼，也可選用鑄鐵。 第二節(jié) 其他附件 （1）接管 接管采用標(biāo)準(zhǔn)的法蘭連接。 （2）人孔 人孔的直徑選用400mm (3) 吊耳、吊柱、平臺(tái)和爬梯等 按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。