填料塔说明书

1、29 设计项目计算与说明计算结果一、 原始数据2、 填料吸收塔设计方案的确定1、吸收工艺流程的确定2、填料的选择三、基础物性数据1、 液相物性数据2、气相物性数据3、气液相平衡数据四、物料衡算5、 填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算2、 填料层高度计算六、填料层压降计算七、液体分布器简要设计八、持液量计算九、塔的附件设计十、进出口管道直径计算1、 气体管道直径2、 液体管道直径十一、塔体圆筒与封头设计1、壳体材料的选取2、筒1体厚度3、封头厚度 4、水压试验校核十二、塔设备质量计算十三、塔设备固有周期计算1、等直径塔设备第一振型固有周期计算十四、风载荷及弯矩计算1、风力计算2、风弯矩校核计算十

2、五、地震载荷及地震弯矩计算十六、圆筒应力校核1、各载荷引起的轴向应力2、筒体的强度与稳定性校核十七.塔体水压试验和吊装时的应力校核1.水压试验时各种载荷引起的应力2、水压试验时应力校核十八、裙座基础环设计1、基础环尺寸取2、基础环的应力校核3、基础环的厚度(Q245R)十九、地脚螺栓设计1、地脚螺栓承受的最大拉应力2、地脚螺栓的螺纹小径二十、人孔及手孔选择二十一、焊缝校核一、原始数据矿石焙烧炉出来的气体中含SO2，为了防止大气污染，采用清水洗涤工艺除去其中的SO2。焙烧炉出来的气体温度为25，洗涤水的温度为常温20。试设计一座吸收塔，设计参数如下：序号炉气流量Nm3/h炉气SO2含量（摩尔分数

3、）操作压力 MPa操作温度 要求SO2的吸收率%530000.060. 152095采用常规逆流操作流程，气体自塔底进入，由塔顶排出，液相相反，特点是传质推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。吸收流程如下：2、填料的选择作为吸收过程，一般要求具有操作液气比大等特点，因而更适合选用填料塔。填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能。与板式塔相比，具有生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大、塔内持液量小等突出优点。对于水吸收二氧化硫的过程，操作温度及操作压力较低，二氧化硫吸收产物具有腐蚀性，而塑料材料的耐酸腐蚀性比较好，故工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能

4、较好，故选用38mm×19mm×1.0mm聚丙烯阶梯环填料。 主要性能参数见下表：公称直径(d)mm实际尺寸（）mm个数（n）/m3比表面(a)/m3838×19×1.027200132.5空隙率()m3/m3堆积密度干填料因9157.51753、 基础物性数据1、液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。20时水的有关物性数据如下：密度： 粘度： 表面张力： SO2在水中的扩散系数： 2、气相物性数据混合气体的平均摩尔质量： 混合气体的平均密度： 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，20时空气的 粘度如下： 查手册得，SO2在

5、空气中的扩散系数： 3、 气液相平衡数据查手册得，20时SO2在水中的亨利系数： 相平衡常数： 溶解度系数： 4、 物料衡算进塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比： 进塔惰性气相流量： 计算：该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按计算，又因为对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为0，则 取操作液气比为1.4，则： 物料衡算： 5、 填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量： 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： 查图5-21得2： 查表5-11得2： 取 由 圆整塔径，取泛点率校核： 填料规格校核： 、

6、液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 查附录五得2： 经以上校核可知，填料塔直径选用=1200mm合理。2、 填料层高度计算与液相平衡时的摩尔比 脱因系数 气相总传质单元数 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 查表5-13得2： 液体质量通量由中式子，得： 气膜吸收系数气体质量通量由中式子，得：、液膜吸收系数由，查表5-14得2 ： 则 =0.491m 所以，设计取填料高度为 查表5-16得2，对于阶梯环填料，分段高度与塔径之 比，允许的最大填料层高度 取 则 计算得填料层高度=5000mm< 不需分段六、填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降 横坐标为 查表5-

7、18得2， 纵坐标为 查图5-21得2， 七、液体分布器简要设计 按Eckert建议值，时，每240的塔截面设一个喷淋点，即喷淋密度为42点/。因该塔液相负荷较大，设计取喷淋密度为120点。 布液点数：。按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。结果为：进液管内径为158mm，面积为19606.68，取小孔直径为8，需布点数为390点，布3排，每排130点，8、 持液量计算对水的持液量每个填料的表面积=当量球形填料直径全塔持液量=kg除沫器设计除沫器是用来除去填料 层顶部逸出的气体中的液滴，安装在液体分布器上方。根据需要，选用全径型丝网除沫器。丝网除沫器是一种分离效率高，阻力较小，重量较

8、轻，所占空间不大的除沫器。由金属或塑料丝编织成网，卷成盘状而成。1. 设计气速的计算气体通过除沫器的速度是影响除沫器取得高效率的重要因素。这里我们采用DP式丝网。 设计气速 k=0.198 2. 丝网盘直径 丝网除沫器的操作气速 这里我们取 金属丝网直径为610mm，取丝网厚度H=100mm，丝网重度为2000，丝网层的蓄液厚度为30mm。裙座的设计 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种。这里我们采用圆筒形裙座，因为圆筒形裙座制造方便，经济上合理。 裙座与塔底焊接采用对接接头，裙座筒体外与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊。材料选用Q235-A

9、·F。十、进出口管道直径计算1、气体管道直径 由公式，对气体u取1020m/s,选气体u为 15m/s,代入得： 圆整后取标准直径： 单位长度重量：52.38kg/m 2、液体管道直径 由公式，对液体u取0.81.5m/s，选液体u为 1m/s, 代入得：圆整后取标准直径： 单位长度重量：20.10Kg/m 十一、塔体圆筒与封头设计1、壳体材料的选取该塔工作温度25oC,设计压力为，塔内径为1200mm，介质为和。材料选用Q345R，腐蚀余量C2=2mm，钢板负偏差C1=0.3mm。采用单面焊对接接头，无损检测比例100%，焊接接头系数。当厚度为616mm时，；当厚度为1636mm时

10、，2、 筒体厚度计算压力液体静压力=<5% 所以不用考虑计算厚度（假设厚度为616mm） 设计厚度 名义厚度 取3mm有效厚度对于低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm，若再加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度应至少取5mm。由钢材标准规格，名义厚度取6mm。因为在616mm的范围内，与假设相符，所以名义应力取6mm合适。所以： 3、封头厚度由于椭圆形封头深度较半圆形封头小得多，易于冲压成型，是目前中,低压容器中应用较多的封头之一，故采用标准椭圆形封头，即K=1。材料与筒体相同。封头壁厚 设计厚度 名义厚度 有效厚度 对于低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不

11、小于3mm，若再加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度应至少取5mm。由钢材标准规格，名义厚度取6mm。因为在616mm的范围内，与假设相符，所以名义应力取6mm合适。所以： 标准公称直径mm曲面高度mm直边高度mm壁厚S mm内表面积m³容积V m³质量G kg12003002561.650.25578.6 4、水压试验校核水压试验压力 耐压试验时容器强度校核 所以，符合设计要求。十二、塔设备质量计算塔设备高度计算 塔釜液所占空间高度 封头高度 0.325m 上部空间高度 1.248m填料层高度 5m 下部空间高度 0.84m裙座总高度（包含下部封头高度0.325m） 1.571

12、m塔附属高度h=0.19所以，塔的整体高度H： H=0.325+1.248+5+0.84+1.571+0.19=9.180m圆筒壳、裙座壳和封头质量 附属件（人孔、接管、法兰等）质量塔内件（塔盘、填料等）质量保温材料质量操作温度25，无需保温操作平台及扶梯质量笼式扶梯单位质量 钢制平台 平台宽度 操作时物料质量水压试验时充水质量 塔设备正常操作时的质量(忽略偏心质量)塔设备在水压试验时的最大质量塔设备在停工检修时的最小质量 十三、塔设备固有周期计算1、等直径、等厚度塔的第一振型固有周期计算弹性模量 固有周期（m为单位高度的质量） 十四、风载荷及弯矩计算1、 风力计算设笼式扶梯与塔顶管线成90o

13、角，由下列公式计算并取其中的最大值。 塔设备所受的水平风力： 体型系数 风振系数 杭州地区基本风压 0-1段： 得 代入公式，得： 1-2段： 得 代入公式，得： 2-3段： 得 代入公式，得： 3-4段： 得 代入公式，得： 2、 风弯矩校核计算 对裙座底部危险截面0-0对裙座底部危险截面1-1对裙座底部危险截面2-2十五、地震载荷及地震弯矩计算阻尼调整系数 设计地震烈度为7级，查得，取（II 类场地土，近震），取阻尼比 (处于平行直线段) 截面0-0： 截面1-1： 截面2-2： 偏心距弯矩计算： 十六、圆筒应力校核1、各载荷引起的轴向应力（1）内压在筒体中引起的轴向拉应力（2）.操作质量

14、引起的轴向压应力截面0-0： 表示00以上塔设备的操作质量 令裙座厚度；有效厚度；截面1-1 查参数表得截面2-2： （3）最大弯矩引起的轴向应力截面0-0： 其中， 截面1-1： 其中， 为人孔或较大管线引出孔处的断面模量查的 截面2-2： 其中， 2、筒体的强度与稳定性校核(1) .塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合轴向拉引力发生在正常操作时的2-2截面上。其中，； 满足要求(2) .塔体与裙座的稳定校核截面2-2： 塔体2-2截面上的最大组合轴向压应力 满足要求 其中， 查图5-9得，截面1-1： 塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力 满足要求 其中， 查图5-8得,，

15、截面0-0： 塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力 满足要求 十七.塔体水压试验和吊装时的应力校核1、水压试验时各种载荷引起的应力(1) .试验压力和液柱压力引起的环向应力 (2) .试验压力引起的轴向拉应力(3) .最大质量引起的轴向压应力(4) .弯矩引起的轴向载荷2、 水压试验时应力校核（1）筒体环向应力校核满足要求（2）最大组合轴向拉应力校核满足要求（3）最大组合轴向压应力校核满足要求十八、裙座基础环设计1、基础环尺寸取 2、基础环的应力校核 其中， 取以上两者的较大值选用75号混凝土，由表8-9查得其许用应力：。，满足要求3、基础环的厚度(Q345R) 假设螺栓直径为M24，由表8-11查得，当时，由表8-10查得： 取其中较大值，故按有筋板时计算基础环厚度： 圆整后取19、 地脚螺栓设计1、地脚螺栓承受的最大拉应力 取以上两数中的较大者，2、地脚螺栓的螺纹