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  摘要摘要毕业设计说明书GRADUATETHESIS设计题目:Mh二氧化硫填料吸收塔设计学院:机械工程学院年月日摘要吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。在化工生产中主要用于原料气的净化有用组分的回收等。气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的在正常操作下气相为连续相而液相为分散相气相组成呈连续变化气相中的成分逐渐被分离出来。填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备属微分接触逆流操作过程。塔的底部有支撑板用来支撑填料并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置从而使液体均匀喷洒于填料层上。填料层的空隙率超过一般液泛点较高单位塔截面积上填料塔的生产能力较高研究表明在压力小于MPa时填料塔的分离效率明显优于板式塔。这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫。要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等需要通过物料衡算得到所需要的基础数据然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数为图的绘制打基础提供数据参考。关键词吸收填料塔二氧化硫AbstractAbsorptionistheuseofthecomponentsinthemixedgassolubilityintheliquidtoseparatethegaseoushomogeneousmixturedifferencesinaunitoperationMainlyusedinchemicalproductionrawgaspurification,recyclingandotherusefulcomponentsGasliquidtwophaseseparationiscarriedoutthroughtheirclosecontact,andinnormaloperation,thegasphaseisthecontinuousphaseandthedispersedliquidphase,gasphasecompositioninacontinuouschangeinthecompositionofthegasphaseisseparatedoutgraduallyContinuitywaspackedcolumngasliquidmasstransfercontactingdevice,isadifferentialcontactcoun高连续、低热效的蒸馏与高选择性、高热效的吸附、膜分离等合为一体建立复合分离技术是一项全新而有效的节能技术。该技术尤其适合于难分离物系的分离。例如燃料级乙醇的生产。塔板一填料复合塔板为了使填料塔的设计获得满足分离要求的最佳设计参数(如理论板数、热负荷等)和最优操作工况(如进料位置、回流比等)准确地计算出全塔各处的组分浓度分布(尤其是腐蚀性组分)、温度分布、汽液流率分布等常采用高效填料塔成套分离技术。而且世纪年代以来以“高效填料及塔内件”为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。进人世纪年代高效填料塔成套分离工程技术开始向行业化、复合化、节能化、大型化方向展如复合塔。所谓复合塔(CompoundTray)是指人们将塔板与填料有机地结合起来而形成的一种新型塔板。其目的在于将塔板的优点和填料的优势加以互补。此种复合塔具有效率高、通量大及压降小的性能。在国内复合塔板已在溶剂回收、酒精、丙酮和甲醇精馏中成功应用。最近天津大学化学工程研究所开发了另一种新塔板一填料复合塔(JetCoflowPaktray)。该塔板吸收了新型垂直筛板帽罩中气液并流高效混合传质的特点同时又溶人了规整填料的传质效率高、压降小及通量大的优势形成了气液混合并流在填料中传质分离的过程。另外还保留了垂直筛板水平对喷雾沫夹带小的优点。实验表明该复合塔板与垂直筛板相比具有效率高、压降小和操作弹性大的特点其雾沫夹带与垂直筛板相当。此项技术已经获得国家专利。课题来源塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。根据实际生产的需要模拟了满足生产需求的设计题目。吸收在工业生产中的应用在化工生产中所处理的原料﹑中间产物﹑粗产品等几乎都是混合物而且大部分是均相混合物为进一步加工和使用常需将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系要想进行组分间的分离必须要造成一两个物系利用原物系中各组分间某种物性的差异而使其中某个组分(或某些组分)从一相转移到另一相以达到分离的目的。物质在相间的转移过程称为物质传递过程。吸收单元操作是化学工业中常见的传质过程。气体的吸收在化工生产中主要用来达到以下几种目的:()有用组分的回收。例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的二氧化硫用气油处理焦炉气以回收其中的芳烃用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。()原料气的净化。例如用水和碱液脱除合成二氧化硫原料气中的二氧化碳用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。()某些产品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸用水吸收氯化氢以制备盐酸用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。()废气的治理。例如:电厂的锅炉尾气含二氧化硫。硝酸生产尾气含一氧化氮等有害气体均须用吸收方法除去。塔设备概述塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工厂和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触达到相际传质及传热的目的。在塔设备中完成的常见的单元操作有:精馏、吸收、解吸和萃取等。此外工业气体的回收、气体的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中塔设备的性能对于整个装置的产品产量和量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此塔设备的设计和研究受到化工、炼油等行业的极大重视。作为主要用于传质过程的塔设备首先必须使气(汽)液两相能充分接触以获得较高的传质效率。此外为了满足工业生产的需要塔设备还得考虑下列各项要求。()生产能力大。在较大的气液流速下仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。()操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。()流体流动的阻力小即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗以降低经常操作费用。()结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。()耐腐蚀和不易堵塞方便操作、调节和检修。事实上对于现有的任何一种塔型都不可能完全满足上述的所有要求仅是在某些方面具有独到之处。人们对于高效率、大生产能力、稳定操作和低压力降的追求推动着塔设备新结构型式的不断出现和发展。塔设备选型填料塔和板式塔均可以用于蒸馏、吸收、解吸等气液传质过程所以在塔设备选型时必须综合考虑多方面的因素如与被处理物料性质、操作条件和塔的加工、维修等方面有关的因素等。选型时没有绝对的选择标准而只能参考各项条件。表填料塔与板式塔比较项目填料塔板式塔压降小尺寸填料压降较大而大尺寸填料及规整填料则压降较小较大空塔气速小尺寸填料气速较小而大尺寸填料及规整填料则气速可较大较大塔效率传统的填料效率较低而新型乱堆及规整填料则塔效率较高较稳定效率较高液气比对液体量有一定要求较大持液量较小较容易安装、检修较难较大材质金属及非金属材料均可一般用金属材料造价新型填料投资较大大直径时造价较低在进行填料塔和板式塔选型时下列情况可考虑优先选用填料塔:()在分离程度要求高的情况下因某些新型填料具有很高的传质效率故可采用新型填料以降低塔的高度()对于热敏性物料的蒸馏分离因新型填料的持液量较小压降小故可优先选择真空操作下的填料塔()具有腐蚀性的物料可选用填料塔因为填料塔可采用非金属材料如陶瓷、塑料等()容易发泡的物料宜选用填料塔因为填料塔内气相主要不以气泡形式通过液相可减少发泡的危险此外填料还可使泡沫破碎。下列情况下可考虑优先选用板式塔:()塔内液体滞液量较大要求塔德操作负荷变化范围较宽对进料浓度变化要求不敏感要求操作易于稳定()液相负荷较小因为这种情况下填料塔会由于填料表面湿润不充分而降低其分离效率()含固体颗粒容易结垢有结晶的物料因为板式塔可选用液流通道较大堵塞的危险较小()在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料需要在塔内设置内部换热组件如加热盘管需要多个进料口或多个侧线出料口这是因为一方面板式塔的结构上容易实现此外塔板上有较多的滞液量以便与加热管或冷却管进行有效地传热。综合考虑以上情况及设计要求本设计选择填料塔。填料塔的特点是结构简单、压力降小可用各种材料的填料特别是处理易产生泡沫的物料以及用于真空操作具有独特的优越性。因此它是石油、化工、轻工生产中广泛使用的传质设备。近年来由于填料结构的改进新型高效高负荷填料的开发既提高了塔的通过能力和分离能力又保持了压力降小及性能稳定的特点因此填料塔已被推广应用到大型气液操作中而且在某些场合还代替了传统的板式塔。第章吸收塔的设计方案吸收流程选择在填料吸收塔中气、液两相可作逆流也可作并流流动甚至是以其他组合流动方式以下为几种常见流程。()并流流程气液两相均从塔顶流向塔底此即为并流操作。特点是不用担心液泛事故发生故可提高操作气速以增大生产能力适用于吸收平衡线较平坦、流向对吸收推动力的影响不大时以及易溶气体吸收过程或吸收率要求不高的场合。缺点是吸收剂用量特别大出塔液相中溶质的浓度很低不利于溶剂的再生循环操作成本高。()逆流流程气相由塔底进入由塔顶排出液相自塔顶进入塔底排出此即逆流操作。逆流操作时下降至塔底的液体与入塔混合气体接触有利于提高出塔液体的浓度减少吸收剂的用量有利于溶剂再生过程的进行上升至塔顶的气体与刚刚进塔的新鲜吸收剂接触有利于降低出塔气体的浓度提高溶质的吸收率。因此工业吸收流程多采用逆流吸收流程。缺点是向下流动的液体会受到上升气体的阻碍严重时会导致液泛限制了填料塔所允许的气、液流量。()完成液部分再循环流程在逆流操作系统中用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内及完成液部分再循环过程。通常用于以下情况:在吸收剂用量较小时为提高塔的液体喷淋密度提高吸收剂的使用效率为控制塔内的升温借此取出部分热量。应该指出该流程较逆流操作的平均推动力要低且需要设置循环泵。()多塔串联逆流流程当填料塔的填料层高度或溶质的溶解热较大时以及填料需要经常清理时为降低吸收系统的温度、便于维修还可以将单塔逆流流程拆分为多塔串联逆流流程。()平流流程当吸收过程的溶剂用量较大时若采用前述的流程容易发生液泛事故为了防止液泛操作气速是必要很小因此设备的生产能力很低此时可采用多塔以气相作串联、液相做并联。反之对气相流量很大而液相流量不大的场合可采用液相作串联、气相作并联来提高生产能力。用水吸收二氧化硫属于溶质属于具有中等溶解能力的物理吸收过程。为提高传质效率一般采用逆流吸收流程。因二氧化硫不需回收故采用清水作吸收剂。流程如图。图流程图吸收塔设备及填料的选择吸收塔设备的选择对于吸收过程能够完成其分离任务的塔设备有多种如何从众多的塔设备中选择合适的类型是进行工艺设计得首要工作。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后并经多方案对比方能得到较满意的结果。一般而言吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求即用较小直径的塔设备完成规定的处理量塔板或填料层阻力要小具有良好的传质性能具有合适的操作弹性结构简单造价低易于制造、安装、操作和维修等。在液体流率很低难以充分润湿填料或塔径过大使用填料塔不很经济的情况下以采用板式塔为宜。但作为吸收过程一般具有操作液气比大的特点因而更适用于填料塔。此外填料塔阻力小效率高有利于过程节能所以对于吸收过程来说以采用填料塔居多。本次吸收塔设计选择填料吸收塔。填料的选择填料的种类:散堆填料目前散堆填料主要有环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料。所用的材质有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金属等。()拉西环填料拉西环为外径与高度相等的圆环如图片拉西环所示是使用最早的填料。由于流体不易进入横卧的圆环内部空间拉西环填料的气液分布较差传质效率低阻力大通量小目前工业上已较少应用。()鲍尔环填料如图片鲍耳环所示鲍尔环是对拉西环的改进在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔被切开的环壁的一侧仍与壁面相连另一侧向环内弯曲形成内伸的舌叶诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小液体分布均匀。与拉西环相比鲍尔环的气体通量可增加以上传质效率提高左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。()阶梯环填料如图片阶梯环所示填料的阶梯环结构与鲍尔环填料相似环壁上开有长方形小孔环内有两层交错°的十字形叶片环的高度为直径的一半环的一端成喇叭口形状的翻边。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高其生产能力可提高约压降则可降低且由于填料间呈多点接触床层均匀较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料因此获得广泛的应用。()矩鞍填料如图矩鞍填料所示将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面且两面大小不等即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成其性能优于拉西环。目前国内绝大多数应用瓷拉西环的场合均已被瓷矩鞍填料所取代。()金属环矩鞍填料如图金属换环聚鞍填料所示环矩鞍填料(国外称为Intalox)是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料该填料一般以金属材质制成故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体其综合性能优于鲍尔环和阶梯环在散装填料中应用较多。规整填料规整填料是由许多相同尺寸和形状的材料组成的填料单元以整砌的方式装填在塔体中。规整填料主要包括板波纹填料、丝网波纹填料、格利希格栅、脉冲填料等其中尤以板波纹填料和丝网波纹填料所用材料主要有金属丝网和塑料丝网。()格栅填料格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为如图片(a)所示的木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等其中以图片(b)所示的格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。()波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料波纹与塔轴的倾角有°和°两种组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内相邻的两盘填料间交错°排列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低分离效率很高特别适用于精密精馏及真空精馏装置为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高但因其性能优良仍得到了广泛的应用。(d)所示金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多fmm左右的小孔可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高耐腐蚀性强特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。()金属压延孔板波纹填料金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔而是刺孔用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为~mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料但抗堵能力比网波纹填料强并且价格便宜应用较为广泛。波纹填料的优点是结构紧凑阻力小传质效率高处理能力大比表面积大(常用的有、、、、、等几种)。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料且装卸、清理困难造价高。()脉冲填料脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体按一定方式拼装而成的一种规整填料如图片(e)所示。脉冲填料组装后会形成带缩颈的多孔棱形通道其纵面流道交替收缩和扩大气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段气速最高湍动剧烈从而强化传质。在扩大段气速减到最小实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大压降小是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少故特别适用于大塔径的场合。工业上常用规整填料的特性参可参阅有关手册。图几种实体填料填料的选择与填装方式的确定:填料塔操作性能的好坏与所选用的填料有直接关系填料性能的优劣是影响填料塔能否正常操作的主要因素。总体上选择的填料既要满足生产要求又要尽可能使设备的投资和操作费最低需要结合具体的生产任务从填料的类型、材质、规格、填装方式四个方面综合考虑。一般选择原则如下。填料的比表面积要尽可能大。填料的比表面积越大则气、液两相间的有效接触面积越大分离性能越好。填料的孔隙率要尽可能大。填料的孔隙率大则气、液两相的流动阻力小、压降小气、液两相均布性能好填料的表面利用率高分离效率高液泛的可能性小操作弹性高设备的处理能力大。气、液两相在填料层中的均部性能要好。上述两个选择原则实际上是相互矛盾的填料的比表面积越大则填料的尺寸越小孔隙率越小压降越大。反之填料的尺寸越大则比表面积越小而空隙率越大。当填料的尺寸增大到一定程度时易引起偏流现象严重降低分离效率。因此上述两个原则在应用是必须综合考虑。塔径与填料公称直径的比值Ddp通常应大于~。填料的稳定性好并有足够的机械强度。所选填料的材质不能与吸收系统的气、液相起化学反应要有足够的机械强度防止填料受压或受热变形、破碎。要价廉易得制造简单。为降低设备投资在同等传值性能下应尽可能选用价格便宜的。为便于更换应选市面上常见的。对特种填料为便于加工应尽可能简化结构以降低制造费用。填料材质的选择:工业上材料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类:陶瓷填料陶瓷填料价格便宜具有很好的表面润湿性能和良好的耐腐蚀性及耐热性一般能耐除氢氟酸以外的常见的各种酸、碱的腐蚀。工业上主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。缺点是质脆、易碎不宜在高冲击强度下使用。金属材料可用多种金属材料制成壁厚可降低至~mm与同类型、同规格的陶瓷、塑料填料相比通量大、气体阻力小有很高的抗冲击性能能在高温、高压、高冲击强度下使用故工业填料多为金属填料。塑料填料塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等国内一般采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。耐温性能良好可长期在℃一下使用。缺点是便面润湿性能差必要时可借助表面处理得以提高。此外聚丙烯填料在低温状态下具有冷脆性在低于℃的条件下可选用聚氯乙烯填料。对于水吸收S的过程、操作、温度及操作压力较低工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中塑料阶梯环填料的综合性能较好故此选用DN聚丙稀阶梯环填料。其主要性能参数:表DN聚丙稀阶梯环填料性能参数材料公称直径mm外径×高mm厚度mm堆积个数个m塑料×堆积密度Kgm比表面积mm空隙率mm干填料因子m湿填料因子m第章吸收塔工艺条件的计算基础物性数据液相物性数据因进气中的含量y仅为且过程液相用量相对SO的溶解量很大溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得℃时水的有关物性数据为:密度=kgm黏度ul=pa·s表面张力为=Nm。计算得SO在水中的扩散系数:Dl=×ms。气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为××=kgkmol混合气体的平均密度为混合气体的黏度可近似取为空气的黏度查手册得℃时空气的黏度为计算得SO在空气中的扩散系数为气、液相平衡数据由手册查得常压下℃时SO在水中的亨利系数故相平衡常数为:物料衡算进塔惰性组分摩尔流量V的确定进出口浓度换算进塔气相摩尔比为:出塔气相摩尔比为:对于纯溶剂吸收过程进塔液相组成为由设计任务书知该吸收过程属于低浓度吸收平衡关系为直线故最小液气比可按下式计算代入数值得:取操作液气比为最小液气比的倍故有得L=×=塔底吸收液出塔浓度为填料塔的工艺尺寸计算塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为:液相质量流量可近似按纯水的流量计算即Eckert通用关联图的横坐标值为查Eckert通用关联图中乱堆填料泛点线得纵坐标值为式中:泛点气速msG重力加速度ms气相液相密度kgm液体粘度mPa·s填料因子水密度与液体密度之比代入DN聚丙烯阶梯环填料的填料因子、干比表面积。对水溶液=。故取操作空塔气速故操作空塔气速圆整塔径取D=m泛点率校核和填料规格泛点率校核:实际空填气速故(在允许范围内不会发生液泛)填料规格校核:(在允许范围内)液体喷淋密度校核取最小润湿速率为本次设计选用聚丙烯阶梯环填料其=代入数值得最小喷淋密度为:EMBEDEquationDSMT求得液体喷淋密度为:故可保障填料的湿润。经以上校核可知选用DN聚丙烯阶梯环填料、吸收塔直径取mm合理。填料层高度计算传质单元数的计算因吸收平衡线为直线故可采用解析法计算:由解吸因子S=代入公式计算:传质单元高度的计算虽然SO用水吸收过程的传质系数有专用的经验关联式但专用计算公式仅适用于填料直径在mm以下的环形填料故本例采用修正的恩田式计算。式中:单位体积填料层的润湿面积填料的总比表面积液体表面张力填料上液体铺展开的最大表面张力液体通过空塔截面的质量流速液体的粘度液体的密度g重力加速度。查得:液相质量流速:代入数值得故气膜吸收系数由下式计算:其中:查手册得知:对阶梯环代入得液膜吸收系数:式中:液体的密度液体的质量流速液相的黏度g重力加速度液体通过空塔截面的质量流速单位体积填料层的润湿面积溶质在液相中的扩散系数。代入数值得:EMBEDEquationDSMT故吸收总系数填料层高度的计算考虑到设计过程的简化因素等取裕度系数为。故实际填料层高度为:设计取填料层高度为:查工艺设计手册得知对阶梯环填料塔独立填料段高度与塔径之比应控制在~之间且。上述计算结果表明该填料层总高已超过允许的最大独立填料段高度故需分成两段装填其间需设置再分布器个。塔附属高度的计算塔上部空间高度可取m液体再分布器高度约m若塔底液相停留时间按min考虑则塔釜液所占空间高度为:考虑到气相接管所占空间高度底部空间高度可取m所以塔的附属高度为=m则:塔的总高度为=m即塔的总高度大约为m。填料层压降计算在逆流操作的填料塔中从塔顶喷淋下来的液体依靠重力在填料表面成膜状向下流动上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关在一定的气速下液体喷淋量越大压降越大在一定的液体喷淋量下气速越大压降也越大。散装填料的压降可采用Eckert通用关联图计算。计算时先根据气液负荷及有关物性数据求出横坐标值再根据操作空塔系数u及有关物性数据求出纵坐标值通过作图得出交点读出过焦点的等压线数值即得出每米填料层压降值。式中:空塔气速即按空塔截面积计算的混合气体线速度气液相质量流量液体密度气体密度液体黏度填料因子g重力加速度。横坐标:纵坐标:EMBEDEquation从Eckert通用关联图中可查得:填料塔压降为:其他塔内件的压力降很小可以忽略所以填料层压降为Pa。第章塔内件的选型除沫器丝网除沫器是由多层丝网及夹持丝网用的上、下两层栅板组成它可以分离大于μm的液滴效率达%适用于清净气体阻力小压降小于Pa丝网厚度一般为~mm。本设计采用上装式丝网除沫器该种除沫器除沫效率较其他类型除沫器较高。图除沫器操作气速的计算操作气速按下式计算()式中液泛气速ms液滴和进塔气体的密度kgm K气液过滤网常数选用SP型过滤网则K=操作气速取:直径DN的计算处理气体所需的流通直径D按下式计算()式中D处理气体所需的流通直径mQ气体处理量ms操作气速ms。圆整取D=mm则取DN=mm。根据以上计算选用H=mm蓄液厚度mm网厚mm过滤网为SP型材料为CrNi的格栅支承件材料为的上装式丝网除沫器。其标号为:HGT丝网除沫器SSPCrNi液体分布器的选型图槽式液体分布器由于液量较大气体量相对较少液相负荷相对较大气相负荷相对较低故选用槽式液体分布器。液体分布器的安装一般高于填料层表面按Eckert建议值mm(取决于操作弹性)槽式分布器主槽分槽高度均取mm主槽宽度为塔径的~这里取塔径的分槽宽度由液体量及停留时间确定最低液位为mm为宜最高液位由操作弹性塔内允许高度及造价确定一般为mm左右。分布点密度计算按Eckert建议值D=mm时喷淋点密度为点m。所以塔径为mm时n=××≈点因该塔液相负荷较大设计取喷淋点密度点m。布液计算重力型液体分布器布液能力计算由()式中Ls液体流量msn开孔数目(分布点数目)φ孔流系数通常取φ=~d孔径m△H开孔上方的液位高度m。取==mm设计取表槽式液体分布器的设计参考数据塔径(mm)喷淋槽分配槽液体负荷范围(m³h)外径(mm)数量中心距(mm)数量中心距(mm)双槽式D~液体再分布器在离填料顶面一定距离处喷淋的液体便开始向塔壁偏流然后沿塔壁下流塔中心处填料的不到好的润湿形成所谓的“干锥体”的不正常现象减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定的距离设置液体再分布装置以克服此现象。本设计选用升气管式液体再分布器图升气管式液体再分布器表升气溢流管尺寸直径d壁厚高度h管中心距tV形齿高h排列碳钢不锈钢(~)d(~)d~正三角形由于塔径为mm因此可选用升气管式再分布器分布外径mm升气管数。盘板厚度S碳钢S=mm不锈钢S=mm。盘板直径比塔径小mm。单块盘板宽度LL小于等于mm。升气管直径d和根数。根据气体流量和允许的孔内气体流速计算确定。升气管直径d~mm盘上升气管总自由截面积为塔横截面积的~。升气管高度h。标准高度h=mm一般根据工艺要求确定。筛孔直径d。d由下式计算确定:一般H=~K=筛孔直径d一般为Φ~mm。但不得小于mm以防止筛孔被堵塞。分布器上的筛孔数量一般约为个m²。填料支承装置图驼峰支撑填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是:有足够的强度以支承填料的重量提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过防止在此产生液泛有利于液体的再分布耐腐蚀易制造易装卸等。常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。这里选用分块梁式支承板。表支撑板波纹尺寸(mm)塔径DN波形波形尺寸t~表支撑板结构尺寸(mm)塔径(DN)支撑板外径支撑板分块数支撑圈宽度支撑圈厚度连接卡子代号JB卡子KB图卡子结构图表卡子标记、材质、相配零件结构及尺寸(HGT)填料压紧装置图网纹孔板限制器(分块式)为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床从而保持均匀一致的空隙结构。使操作正常稳定在填料安装后在其上方要安装填料压紧装置。这样可以防止在高压降瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类每类又有不同的形式。填料床层压板适用于所有材质的填料。对于脆性易碎材质(如陶瓷石墨等)的填料必须采用填料床层压板限位。填料床层限位器适用于除脆性易碎材质填料以外的填料(如金属、塑料填料)。本次设计的填料是塑料阶梯环所以选择床层限位器。澳门银河娱乐网,由于塔径为mmmm选用分块式网纹孔板限制器。栅格、栅条间的间距t≈mm栅条、边圈厚度S≈~mm分块宽度L≤mm网纹孔板限制器的结构和支撑紧固方式见图图网纹孔板限制器支撑紧固图卡子标准同驼峰支撑连接标准。气体和液体的进出口装置设计管径(圆管)的内径大小可以按下式进行计算:式中D-管径m-介质在管内的流量ms-介质在管道中的速度值ms。液体进料口管计算取=ms(强制流动)则:圆整取进料管直径mm。表进料管参数名称接管公称直径接管外径×厚度接管伸出长度规格mm×mmmm液体出口管计算自然流动取=ms圆整后取公称直径为mm。表釜液出口管参数名称接管公称直径接管外径×厚度接管伸出长度规格mm×mmmm气体进料口管计算取气速=ms圆整后取公称直径mm。表回流管参数名称接管公称直径接管外径×厚度接管伸出长度规格mm×mmmm气体出口管计算取气速=ms圆整后取公称直径mm。表回流管参数名称接管公称直径接管外径×厚度接管伸出长度规格mm×mmmm管道法兰选择根据相关规定选用板式平焊钢管制法兰代号为PL密封面采用突面(RF)型。垫片选非金属软垫片材料为石棉橡胶板。标准为HGT具体尺寸如表所示。图板式平焊钢制管法兰表板式平焊钢制管法兰尺寸(mm)公称直径ADKLThN(个)BMM说明:A:钢管外径D:法兰外径K:螺栓孔中心圆直径L:螺栓孔直径N:螺栓孔数量Th:螺栓:连接螺栓长度。塔体人孔设置及选型根据常压手孔HG选择带颈对焊法兰人孔公称直径为mm。主要材料为CrNiTi其相关数据数据尺寸见表。表人孔尺寸(mm)密封面形式公称压力(MPa)dDDHHbbb突面型(RF)螺柱数量螺柱总质量(kg)直径长度裙座的选择塔体常采用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况不同可分为圆筒形和圆锥形两类。圆筒形裙座制造方便经济上合理故应用广泛。根据相关资料。可以确定裙座的基本数据如下:、选材常用的裙座材料为QB和MnR和筒体材料选取一致取MnR。、结构本设计采用圆筒形裙座。、裙座检查孔采用圆形检查孔其数量为直径D=mm长M=mm中心高距裙座底部H=mm。、排气孔不设保温层所以设置排气孔。其直径d=mm数量为孔中心距裙座顶端距离为mm。、引出管通道引出管公称直径为mm。、地角螺栓因本设计直径较小所以取螺栓数为个。、整体尺寸裙座高mm厚度为mm。图裙座与筒体封头连接开孔补强接管补强由于塔的管径大于mm所以需要补强采用等面积补强方法。封头的厚度为mm。以公称直径为mm接管进行开孔补强、开孔处计算厚度由前面计算已知开孔处封头计算厚度=mm、开孔所需补强面积开孔所需补强面积按下式计算()式中开孔削弱做需要的补强面积开孔直径壳体开孔处的计算厚度接管有效厚度强度削弱系数等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比当该值大于时取为。==mm查《化工设备机械基础M》得下号钢和CrNiTi的许用应力分别为和。则故()有效补强面积求取、有效宽度有效宽度B按下式计算取二者中的较大值式中补强有效宽度壳体开孔的名义厚度接管名义厚度。取两者中的较大值故:。、有效高度()外侧有效高度按式计算取二者中较小值取二者较小值故:。内侧有效高度按式计算取二者中较小值取二者中较小值故:。、有效补强面积()壳体多余金属面积壳体有效厚度壳体多余金属面积按式计算即()接管多余金属面积接管计算厚度:接管多余金属面积按下式计算:即()接管区焊缝面积有效补强面积所需另行补强面积:所以不需另行补强。人孔补强筒体上的人孔均为DN型即为。开孔所需补强面积、开孔处计算厚度由前面计算已知开孔处封头计算厚度=mm、开孔所需补强面积开孔所需补强面积按式下计算式中开孔削弱做需要的补强面积开孔直径壳体开孔处的计算厚度接管有效厚度强度削弱系数等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比当该值大于时取为。==mm查《化工设备机械基础M》得下号钢和CrNiTi的许用应力分别为和。则故有效补强范围、有效宽度有效宽度B按式计算取二者中的较大值式中补强有效宽度壳体开孔的名义厚度接管名义厚度。取两者中的较大值故:。、有效高度()外侧有效高度按式计算取二者中较小值取二者较小值故:。内侧有效高度按下式计算取二者中较小值取二者中较小值故:。、有效补强面积()壳体多余金属面积壳体有效厚度壳体多余金属面积按下式计算即()接管多余金属面积接管计算厚度:接管多余金属面积按下式计算:即()接管区焊缝面积有效补强面积所需另行补强面积:所以不需另行补强。第章填料塔的机械设计填料塔机械设计简介塔设备大多数是安装在室外的靠地脚螺栓固定在混凝土上通常通过裙座支撑。塔除受内压外还承受着各种重量载荷:如平台塔体扶梯介质保温层悬挂物塔盘等内外附件的重量管道推力地震载荷风载荷偏心载荷等多种载荷的联合作用。由此可见单纯根据设计压力确定的塔体壁厚不足以保证设备的安全运行还要按各种工况对各种载荷的作用进行验算以确保塔设备的强度和稳定性。塔体承受压力弯矩和轴向载荷的联合作用。内压使塔体一侧产生轴向拉应力外压则引起轴向压应力。此次设计压力是常压因此弯内压不产生轴向压力矩使塔体的一侧产生轴向压应力重量使塔体产生轴向压应力。由于压力弯矩重量随塔设备所处状态而变化组合轴向力也随之而变化。因此必须计算塔设备在各种状态下的轴向组合应力并确保组合的轴向拉应力满足强度条件组合的轴向压应力满足塔体的稳定条件。按理论应计算塔设备处于安装正常操作停工和水压试验四种状态下的组合轴向应力。由于安装时的轴向载荷比正常操作时小因安装时的设备自重常不包括附件和保温材料重量风弯矩也小于正常操作状态因此只需计算正常操作停工和水压试验等三种状态下的组合轴向力。塔设备的强度设计和稳定型校核通常包括下列内容:()按设计压力确定塔体壁厚。()根据塔设备的设置地区并按照安装正常操作停工水压试验等各种工况状态计算塔体在多种载荷联合作用下的组合轴向力。通过调整塔体壁厚使组合轴向力满足强度和稳定条件。()按上诉工况下的载荷计算基础环地脚螺栓座和地脚螺栓。塔机械性能设计基本参数塔设计地区状况查表得河北地区地面粗糙程度为A类基本风压值地震防裂度为度场地的土地类型为Ⅱ。塔的设计参数()塔体的内径D=mm塔高H=mm(包括裙座)。()计算内压:()设计温度℃()塔体与封头的材料选用CrNiTi(耐酸钢板)Et=e密度()裙座的材料选用MnREt=e密度()塔体与封头的附加余量取C=mm裙座壁厚的附加量C=mm。()塔主体每段填料开设一个人孔人孔数为个在人孔处安装半圆形平台个平台宽度B=mm高度为mm。塔的危险截面的确定塔的危险截面一共有三个一个是塔与地面基础的连接处二是裙座的人孔中心处最后一个是裙座与塔体的焊接处。按设计压力计算塔体和封头的壁厚()S==mm为附加厚度由于塔的高度较高塔体壁厚暂取mm。封头壁厚的计算:采用椭圆形封头()考虑壁厚的附加量C=mmGB中规定标准椭圆形封头不能低于的Di最后封头的厚度取到和塔体壁厚一致封头的厚度为mm。设备质量载荷的计算图塔受质量载荷力简图塔壳体和裙座质量塔体圆筒的总高为m壁厚为mm直径为mm。查设计手册得:圆筒每米长的质量为㎏单个椭圆形封头的质量是㎏裙座每米的高度的质量是kg。则计算质量为:封头的质量:裙座的质量:则塔壳体和裙座质量:塔内填料的质量塔内填料的质量:塑料阶梯环填料的密度是kgm填料的质量为平台扶梯的质量由表查平台的质量笼式扶梯的质量笼梯的高度为米共有个平台。表平台质量表(kgm²)名称笼式扶梯开式扶梯钢制平台圆泡罩塔盘条形泡罩塔盘单位质量名称活舌塔盘筛板塔盘浮阀塔盘塔盘充液量单位质量操作时物料的质量塔中的持液量:()塔底的持液量为:封头中的液体为:则塔的总持液量为:塔附件的质量塔附件的质量可按下式估算。塔设备各种质量塔设备质量:全塔设备净重(kg)全塔操作质量(kg)。风载荷与风弯矩的计算图塔受风载荷作用力的简图塔设备的分段第一段从塔底到人孔mm的压力为第二段人孔中心到裙座与塔体焊接处mm到mm压力为第三段mm到mm的压力为第四段mm到mm的压力为第五段mm到的压力为。图塔分段后受风压示意图风力的计算的公式如下:其中:体型系数对于圆筒形容器风压隔断的风震系数当塔高Hm时取米高处的基本风压风压高度变化系数查表得:到米米到米米到米根据分段则脉动影响系数表地形脉动影响系数高度地面粗糙度类别ABC为塔的基本自振周期对于等直径等壁厚的圆截面塔塔的有效直径:其中K=(笼式扶梯)K=∑AL全塔均取最大的值为了安全全塔的有效直径都取最大值mm。各段的风载荷()风载荷计算示例段为例计算风载荷:=()表各段塔风载荷计算结果计算段压力危险截面风弯矩塔的危险截面为裙座基底截面裙座人孔处截面裙座与塔体焊缝处截面。风弯矩计算:截面:截面:截面:危险截面的地震载荷图地震载荷作用图塔的总高度H=mm全塔的操作质量结构综合系数地震影响系数:查表T=(三类场地)查表得(设地震强度为度)地震弯矩计算截面:截面:截面:各项载荷引起的轴向应力设计压力引起的轴向拉应力因为是常压塔因此内压没有产生轴向拉应力。则操作质量引起的轴向压应力截面截面为人孔截面的截面积查表得截面最大弯矩引起的轴向应力截面:其中截面:其中为人孔截面的抗弯截面系数查相关标准得:。截面:其中塔体和裙座强度与稳定性校核截面:满足强度要求。截面:由A值查图得QA的B=Mpa所以满足强度要求。截面:所以满足要求。表各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面塔体与裙座有效厚度截面以上的操作质量计算截面面积EMBEDEquationKSEE*MERGEFORMAT计算机面的抗弯截面系数最大弯矩最大允许轴向压应力计算引起的轴向拉应力计算引起的最大轴向压应力吊装时应力校核图吊装时应力图按照手册所示的最不利的吊装条件进行校核式中:H:容器的总高度h:裙座的高度:容器的最小质量:容器的名义厚度:重力加速度经校核合格。基础环设计取外径内径Dob基础环的外径mmDib基础环的内径mmDis裙座底截面的外径mm。图基础环尺寸表地脚螺栓尺寸基础环的应力校核:取以上两者中的最大值选用号混凝土满足要求。基础环的厚度计算查压力容器用刚的附表得C=mm当bc==查表得最后取圆整到mm所以基础环厚度取mm。地脚螺栓选取或者取个螺栓的直径:=mm查表的的螺栓直径为mm所以选用个的地脚螺栓满足强度要求。结论本次毕业设计为设计Mh二氧化硫填料吸收塔设计中所依照的标准是年月日实施的中华人民共和图国家标准GB《钢制压力容器》以及一些化工行业的标准如:JBT、JBT等一些关于化工零部件的标准。对于水吸收S的过程、操作、温度及操作压力较低工业上通常选用所了散装填料。在所了散装填料中塑料阶梯环填料的综合性能较好故此选用DN聚丙稀阶梯环填料。用水吸收二氧化硫属于溶质属于具有中等溶解能力的物理吸收过程。为提高传质效率一般采用逆流吸收流程。因二氧化硫不需回收故采用清水作吸收剂。本设计采用上装式丝网除沫器该种除沫器除沫效率较其他类型除沫器较高。由于液量较大气体量相对较少液相负荷相对较大气相负荷相对较低故选用槽式液体分布器。液体分布器的安装一般高于填料层表面按Eckert建议值槽式分布器主槽分槽高度均取mm主槽宽度取塔径的分槽宽度由液体量及停留时间确定最低液位为mm为宜最高液位由操作弹性塔内允许高度及造价确定一般为mm左右。因该塔液相负荷较大设计取喷淋点密度点m。本设计选用升气管式液体再分布器。由于塔径为mm因此可选用升气管式再分布器分布外径mm升气管数。本次设计的填料是塑料阶梯环所以选择床层限位器。由于塔径为mmmm选用分块式网纹孔板限制器。栅格、栅条间的间距t≈mm。本设计的其他具体尺寸或标准如下:筒体直径mm厚度mm高度mm封头为标准椭圆型封头公称直径为mm曲面高度mm直边高度为mm厚度为mm裙座为圆筒型高为mm直径为mm接管标准均为GBT气体进口管道为气体出口管道为液体进口管道为液体出口管道为液体和气体进出口接管法兰都选用标准突面板式平焊钢制管法兰。塔体常采用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况不同可分为圆筒形和圆锥形两类。圆筒形裙座制造方便经济上合理故应用广泛。常用的裙座材料为QB和MnR和筒体材料选取一致取MnR。本设计采用圆筒形裙座。采用圆形检查孔其数量为直径D=mm长M=mm中心高距裙座底部H=mm。不设保温层所以设置排气孔。其直径d=mm数量为孔中心距裙座顶端距离为mm。引出管公称直径为mm。参考文献杨祖荣等化工原理M北京:化学工业出版社方书起等化工设备课程设计指导M北京:化工工业出版社路秀林王者相等塔设备M北京:化工工业出版社郑津洋董其伍桑芝富过程设备设计(第三版)M北京:化工工业出版社ASMEBoilerPressureVesselCode,Section,RulesforConstructionofPressureVessels,Division,:贺匡国化工容器及设备简明设计手册(第二版)M北京:化工工业出版社刘光启马连湘刘杰化学化工物性数据手册(无机卷)M北京:化学工业出版社HGT~钢制管法兰垫片紧固件S北京:中国标准出版社GBT压力容器公称直径S杭州:浙江人民美术出版社HGT丝网除沫器S北京:中国标准出版社伍钦梁坤塔设计M北京:化学工业出版社JohnFHarvey,PEpressureComponentConstructionDesignandMaterialsApplicationNewYork:VanNostrandReinholdCompany,:JamesRFarr,MaanHJawadGuidebookfortheDesignofPressureVesselsNewYork,谢辞本设计的研究工作是在我的导师教授的悉心指导和严格要求下完成的。老师在学习方法、工作方法和研究思路等方面给予了许多有益的启迪同时他对我的研究工作提出了宝贵的建议和意见使我在研究工作中不断取得新的进展。老师深厚的专业知识、严谨的治学精神和求实创新的工作作风深深的影响着我。在此谨向霍老师致以我最崇高的敬意和真挚的感谢!感谢我的家人和朋友对我生活上的关心学习和工作的支持这些使得我能够安心的完成我的研究工作。最后对在我的学习和成长道路上给予帮助的所有老师和朋友们表示深深地感谢对评阅该论文的所有专家表示最崇高的敬意和真挚的感谢!�EMBED*MERGEFORMAT����EMBED*MERGEFORMAT����EMBED*MERGEFORMAT���unknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownun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