碳酸丙烯酯吸收煙道氣中CO2填料塔的設(shè)計(jì)

1、化工課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 43 頁(yè) 共 43 頁(yè) 理 工 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）作 者: 學(xué) 號(hào)： 學(xué)院(系):化工學(xué)院專 業(yè):化學(xué)工程與工藝題 目:碳酸丙烯酯吸收煙道氣中co2填料塔的設(shè)計(jì)填料塔設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 年 月化工課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目碳酸丙烯酯吸收煙道氣中co2填料塔的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、處理能力：1500m3/h；2、進(jìn)料組成：co2含量13%（體積），其余視為空氣；3、工藝要求：回收率為92%；4、操作條件：壓強(qiáng)0.6mpa,吸收溫度30。5、設(shè)備型式：填料塔三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)法案的確定和流程說(shuō)明；2、填料塔的工藝設(shè)計(jì)；3、填料塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4、填料塔

2、的強(qiáng)度設(shè)計(jì)；5、其他主要設(shè)備的選型。四、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；2、設(shè)計(jì)圖紙： a、工藝流程圖一張（采用autocad繪制）； b、主要設(shè)備總裝配圖一張（a1）；3、答辯。五、設(shè)計(jì)完成時(shí)間2009.8.312009.9.25目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1引言21.設(shè)計(jì)方案的確定22.填料的類(lèi)型與選擇23.填料塔的物熱衡算43.1 計(jì)算依據(jù)43.2 計(jì)算前準(zhǔn)備43.3.物料衡算73.4 熱量衡算84.填料塔工藝尺寸的計(jì)算104.1塔徑的計(jì)算104.2 填料層高度計(jì)算134.3填料層壓降的計(jì)算205.填料塔內(nèi)件的類(lèi)型與設(shè)計(jì)215.1 填料支承設(shè)計(jì)215.2 填料壓緊和限位裝置245.3 液體分布器245.

3、4 液體再分布器265.5 接管266塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算276.1 塔設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的載荷276.2 設(shè)計(jì)條件276.3 塔體封頭厚度計(jì)算286.4 風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩的計(jì)算316.5 地震載荷的計(jì)算34參考文獻(xiàn)37設(shè)計(jì)小結(jié)38附：設(shè)備總裝配圖一張 工藝流程圖一張引言碳酸丙烯酯(簡(jiǎn)稱碳丙，縮寫(xiě)pc)脫碳技術(shù)，是利用pc這一極性有機(jī)溶劑對(duì)co2，h2s等多種酸性氣體的特殊親和力，來(lái)選擇性脫除有關(guān)氣體中的酸性組份，pc脫碳屬典型的物理過(guò)程，具有能耗低、工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此很快得以普及和推廣。目前，國(guó)內(nèi)已有l(wèi)5o余家工廠應(yīng)用pc法脫碳(大多為中小型氨廠)，包括替代水洗脫碳、配尿素、配磷

4、銨、聯(lián)堿等類(lèi)型，其開(kāi)工裝置數(shù)為mdea 法、nhd法脫碳總和的數(shù)倍。1.設(shè)計(jì)方案的確定填料塔很容易應(yīng)用于板式塔很難運(yùn)用的某些場(chǎng)合。例如：塔徑小于800mm的塔，如使用板式塔將很難安裝，而填料塔卻很容易安裝；要求低壓降的塔，如采用板式塔將很難保證塔底的真空度，而填料塔的壓降常低于板式塔。填料塔的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，許多過(guò)去曾被板式塔壟斷的大型塔，已成功地被填料塔所取代。填料塔的特性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）生產(chǎn)能力，填料塔的生產(chǎn)能力大于同直徑的篩板塔很浮閥塔。（2）分離效率，填料塔的分離效率可和相同高度的板式塔相比。（3）操作彈度，合理的填料塔，其操作彈性一般好于篩板塔，大致和浮閥塔相當(dāng)。（4）壓降

5、（阻力），除非在很高的液相流率下操作，填料塔中每一個(gè)理論板的壓降通常小于板式塔。（5）成本，填料的制造成本較高，但填料塔比板式塔容易安裝，因此可導(dǎo)致總體上較低的安裝成本。本設(shè)計(jì)的目的是碳酸丙稀脂脫除煙道氣中co2，在操作條件為壓強(qiáng)為0.6mpa,吸收溫度30，因此選擇填料塔作為塔設(shè)計(jì)型式。2.填料的類(lèi)型與選擇塔填料（簡(jiǎn)稱為填料）是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。填料的正確選擇，對(duì)塔的經(jīng)濟(jì)效果有著重要的影響。對(duì)于給定的設(shè)計(jì)條件，常有多種填料可供選用。故對(duì)各類(lèi)的填料綜合比較，以便選擇比較理想的填料是很有必要的。填料改

6、進(jìn)的方向?yàn)樵黾悠渫ㄟ^(guò)能力，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要；改善流體的分布與接觸，以提高分離效率。填料可分為亂堆填料盒規(guī)整填料，亂堆填料做無(wú)規(guī)則堆積而成，裝卸較方便，但壓降大，一般直徑在50mm以下的填料用亂堆，整砌填料常用規(guī)整的填料整齊砌成，適用于直徑在50mm以上的填料。填料按形狀可分為環(huán)形、鞍形和波紋形。環(huán)形填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)等；鞍形填料有矩鞍形和弧鞍形兩種；波紋形填料有板形波紋和網(wǎng)狀波紋。填料塔內(nèi)傳質(zhì)效率的高低與液體的分布及填料的潤(rùn)濕情況有關(guān)，為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，應(yīng)保證塔內(nèi)液體的噴淋密度不低于某一個(gè)極限，所以還需驗(yàn)算塔內(nèi)的噴淋密度是否大于最小噴淋密度。對(duì)于部分常用填料的性能的經(jīng)驗(yàn)數(shù)

7、據(jù)由表2-1、表2-2、表2-3給出，從性能和成本這兩方面綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用50301.5聚氯乙烯塑料階梯環(huán)，填料采用亂堆的方式。階梯環(huán)是在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型填料，是目前環(huán)形填料中性能較優(yōu)的一種。目前各國(guó)已有大量的階梯環(huán)填料塔投入運(yùn)轉(zhuǎn)，最大直徑已達(dá)12m。表2-1 常用填料的相對(duì)通過(guò)能力填料類(lèi)型公稱尺寸，mm253850相對(duì)值拉西環(huán)100100100矩鞍132120123鮑爾環(huán)155160150階梯環(huán)170176165矩鞍環(huán)205202195表2-2 常用填料的氣體動(dòng)能因子設(shè)計(jì)值類(lèi)別尺寸，mm253850矩鞍1.191.451.70鮑爾環(huán)1.351.832.00矩鞍環(huán)1.761.9

8、72.20表2-3 常用填料的等板高度設(shè)計(jì)值類(lèi)別尺寸，mm253850矩鞍430550750矩鞍環(huán)420540710鮑爾環(huán)4305306503.填料塔的物熱衡算3.1 計(jì)算依據(jù)處理能力：1500m3/h；進(jìn)料組成：co2含量13%（vol），其余視為空氣；工藝要求：回收率為92%操作條件：壓強(qiáng)為0.6mpa，吸收溫度30。3.2 計(jì)算前準(zhǔn)備煙道氣的組成見(jiàn)表3-1。表3-1 煙道氣的組成及分壓項(xiàng)目進(jìn)塔煙道氣co2空氣合計(jì)體積百分?jǐn)?shù)（%）1387100組分分壓（mpa）0.0780.5220.6（kgf/cm2）0.805.326.12（atm）0.775.155.923.2.1 進(jìn)塔氣體流量v=

9、362.025kmol/h=0.1kmol/s進(jìn)塔惰性氣體流量v（1-0.13）=0.10.87=0.087kmol/s3.2.2 氣體的摩爾比 y1=0.13根據(jù)回收率計(jì)算出塔氣體濃度 y2 回收率 所以y2=y1（1）= 0.012 在填料塔吸收過(guò)程中吸收的co2量v（y1-y2）=0.1* (0.15-0.012) =13.810-3 kmol/s3.2.3 co2在pc中的溶解度關(guān)系因?yàn)槭歉邼舛葰怏w吸收，故吸收塔內(nèi)co2的溶解熱應(yīng)予以考慮?，F(xiàn)假設(shè)出塔氣的溫度與入塔液的溫度相同，為tv2=30，出塔液的溫度為tl1=35，并取吸收飽和度(定義為出塔溶液濃度對(duì)其平衡濃度的百分?jǐn)?shù))為80，然

10、后利用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗(yàn)證上述溫度假設(shè)的正確性。有人關(guān)聯(lián)出了co2在pc中溶解的相平衡關(guān)系，因數(shù)據(jù)來(lái)源不同，關(guān)聯(lián)式略有差異。 （3-1）式中：xco2co2溶解度，kmolco2/kmolpc pco2co2分壓，kgf/cm2 tpc出塔溫度， k （3-2）式中：xco2co2溶解度，kmolco2/kmolpc pco2co2分壓，atm tpc出塔溫度， k （3-3）式中：xco2mol%，無(wú)因次 pco2co2分壓，atm tpc出塔溫度，k用關(guān)聯(lián)式（1）計(jì)算出塔溶液中co2的濃度有=-2.12xco2=7.5810-3kmolco2/kmolpc =1.97nm3co2/m3

11、pc式中：102.09pc的摩爾質(zhì)量，kg/kmol; 1187出塔溶液的密度（近似取純pc的密度），kg/m3。3.2.4 pc的密度與溫度的關(guān)系pc的密度與溫度的關(guān)系： （3-4）式中：t溫度,； 密度，kg/m3。30：；35：3.2.5 pc的蒸汽壓查pc理化數(shù)據(jù)知，pc蒸汽壓操作總壓及co2的氣相分壓比均很小，故可認(rèn)為pc不揮發(fā)。3.2.6 pc的粘度 （3-5）t為熱力學(xué)溫度，k。3.2.7 其他物性其他物性將在下面的計(jì)算中補(bǔ)充。3.3.物料衡算3.3.1 co2在pc中的溶解量查co2在操作總壓為0.6mpa、操作溫度為35下在pc中的溶解度數(shù)據(jù)，并取相對(duì)飽和吸收度為，將空氣視為

12、惰性氣體不溶于pc。表3-2 煙道氣中各組分的溶解情況項(xiàng)目組分co2空氣合計(jì)組分分壓0.070.5220.6溶解度（nm3/m3pc）1.9701.97溶解量（nm3/m3pc）1.7901.79溶解氣組成的體積百分?jǐn)?shù)（%）1000100co2的溶解量計(jì)算如下：之前已經(jīng)算到35時(shí)co2在pc中的平衡溶解度：xco2=1.97nm3/m3pcpc對(duì)co2的實(shí)際溶解能力為：1.970.9085=1.79nm3/m3pc，即為溶液帶出氣體的量。3.3.2 出脫碳塔的凈化氣量 以v1、v2、v3分別代表進(jìn)塔、出塔及溶液帶出的總氣量，以y1,y2、y3分別代表co2相應(yīng)的體積分率，對(duì)co2作物料衡算有：

13、v1=v2+v3 （3-6）v1 y1=v2 y2+v3 y3 （3-7） 聯(lián)立兩式解得：v2=v1-v3=1500-179.15=1320.85nm3/h3.3.3 計(jì)算pc循環(huán)量因每1m3pc帶出co2為0.174nm3，故有：1001192=119200kg/h操作的液氣比為：v1/l=1500/100=15nm3/m3又：,x2=03.3.4 出塔氣體的組成出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與pc帶走氣體的體積流量之差。co2:15000.13-=15.85nm3/h 1.2%空氣： 15000.87=1305nm3/h 98.8% 1320.86nm3/h 100%出塔氣的平均

14、摩爾質(zhì)量：kg/kmol3.4 熱量衡算在物料衡算中在物料衡算中曾假設(shè)出塔液相的溫度為35，出塔氣相的溫度為30，現(xiàn)通過(guò)熱量衡算對(duì)出塔溶液的溫度進(jìn)行校核，看其是否符合35下的操作標(biāo)準(zhǔn)。(出塔氣相的溫度本身變化不大，且其焓值相對(duì)較小，溫升引起的焓變可不預(yù)考慮)。否則，應(yīng)調(diào)整出塔液相的溫度、溶劑吸收飽和度和溶劑循環(huán)量，以使熱量衡算得到的結(jié)果與物料衡算所作的假設(shè)大致相等或完全一致。3.4.1 混合氣體的定壓比熱容cpv因難以查到真實(shí)氣體的定壓比熱容，好在氣體的壓力并非很高，故可借助理想氣體的定壓比熱容公式近似計(jì)算。理想氣體的定壓摩爾比熱容計(jì)算式：cpi=ai+0.001bit+ci105t-2+di

15、10-6t2,j/(molk)，其溫度系數(shù)如表3-3表3-3 各組分溫度系數(shù)組分溫度系數(shù)abcdco244.179.043-8.5410n227.884.27100o229.984.187-1.6750所以：30時(shí)cpco2=44.17+0.0019.043303+（-8.541）105303-2+0=37.61j/(molk)cpn2=27.88+0.0014.271303+0+0=29.17 j/(molk)cpo2=29.98+0.0014.187303+（-1.675）105303-2+0=29.42j/(molk)35時(shí)cpco2=44.17+0.0019.043308+（-8.54

16、1）105308-2+0=37.95j/(molk)cpn2 =27.88+0.0014.271308+0+0=29.20 j/(molk)cpo2=29.98+0.0014.187308+（-1.675）105308-2+0= 29.51j/(molk)所以進(jìn)出塔氣體的摩爾比熱容為：cpv1=cpiyi=37.610.13+29.170.790.87+29.420.210.87=30.31j/(molk)cpv2=cpiyi=37.950.012+29.200.790.988+29.510.210.988=29.37 j/(molk)3.4.2 液體的比熱容cpl溶解氣體占溶液的質(zhì)量分率很小

17、，故可用純碳酸丙烯酯的密度來(lái)替代溶液的密度（其他物性亦如此）。文獻(xiàn)查得純碳酸丙烯酯的定壓比熱容：cpl=1.39+0.00181（t-10）kj/kg據(jù)此推算：cpl1=1.435kj/kg cpl2=1.426kj/kgco2的溶解熱qs文獻(xiàn)查得h co2=14 654kj/kmol co2(實(shí)驗(yàn)測(cè)定值)co2在碳酸丙烯酯中的溶解量為179.15nm3/h=7.82kmol/h所以qs=146547.82=114594.28kj/h3.4.3 出塔溶液的溫度tl1全塔熱量衡算有：帶入的熱量（qv1+ql2）+溶解熱量（qs）=帶出的熱量（qv2+ql1）qv1=v1cpv1(tv1-t0)=

18、(15000.6273/22.40.1303)30.3130=329171.1kj/hql2=l2cpl2(tl2-t0)= 1192001.42630=5099376kj/hqs=114594.28kj/hqv2=v2cpv2(tv2-t0)=（1320.850.6273/22.40.1303）29.3730=280867.8kj/hql1=l1cpl1(tl1-t0)= 1187001.435tl1=170334.5tl1kj/h所以：329171.1+5099376+114594.28=280867.8+170334.5tl1解得tl1=30.898 (滿足階梯環(huán)的徑比要求)4.1.5

19、校核噴淋密度 填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算公式為： （4-3）式中：u液體噴淋密度，m3/(m2h)； lh液體噴淋量，m3/h； d填料塔直徑，m。為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以u(píng)min表示。對(duì)于散裝填料，其最小噴淋密度通常用下式計(jì)算： （4-4）式中：最小噴淋密度，m3/(m2h)； 最小濕潤(rùn)速率, m3/(mh),(對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可直接取0.08 m3/(mh)； 填料的總比表面積，m2/m3。帶入計(jì)算得:=0.08121.8=9.744m3/(m2h) 9.744 m3/(m

20、2h)(滿足要求)4.2 填料層高度計(jì)算選用填料層高度計(jì)算公式 （4-5）采用近似的簡(jiǎn)化方法計(jì)算，即 （4-6）4.2.1 首先建立相應(yīng)的操作線方程和相平衡方程因?yàn)槠渌麣怏w的溶解度很小，故可將其他氣體視作為惰性氣體并且恒定不變，那么，惰氣的摩爾流率g又溶劑的蒸汽壓較低，可以忽略溶劑的蒸發(fā)與夾帶損失，并做恒定計(jì)算，則y2=0.012 x2=0吸收塔物料衡算的操作線方程為： （4-7）將上述已知數(shù)據(jù)代入操作線方程，整理得將相平衡方程中的氣相分壓p和液相中的濃度x轉(zhuǎn)化為氣液兩相均以摩爾分率表示的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即，其轉(zhuǎn)化過(guò)程如式（3-1）： 4.2.2 利用兩線方程求傳質(zhì)推動(dòng)力（y-y*）因塔內(nèi)的壓力分布

21、和溫度分布未知，現(xiàn)假定總壓降與氣相濃度差成正比（實(shí)際上與填料高度成正比，因?yàn)樘盍细叨却螅?，將氣象濃度變化范圍十等分?0個(gè)小區(qū)間，可求的各分點(diǎn)處的壓強(qiáng)。溫度分布可利用各熱量區(qū)間的熱量衡算得出。 忽略氣體因溫升引起的焓變、溶劑揮發(fā)帶走的熱量及塔的熱損失，則氣體溶解所釋放的熱量完全被吸收液所吸收，對(duì)第n個(gè)小區(qū)間作熱量衡算有：式中的l為液相的摩爾流率，為第n區(qū)間內(nèi)溶解氣的平均微分摩爾溶解熱，=14654kj/mol;cpl為第n區(qū)間液體的平均定壓比熱容，其表達(dá)式為因液相溫度變化很小，故取溫度32.5下的cpl計(jì)算，以避免試差的麻煩。于是有：依據(jù)上述假設(shè)在excel中作出傳質(zhì)推動(dòng)力及其倒數(shù)的計(jì)算結(jié)果

22、，見(jiàn)表4-1：表4-1 傳質(zhì)推動(dòng)力及其倒數(shù)的計(jì)算項(xiàng)目012345y1021.22.383.564.745.927.1x1020.0100124930.0670628290.1254417820.1851960.2463760.309031pt,kgf/cm26.126.126.126.126.126.12pco2,kgf/cm20.073440.1456560.2178720.2900880.3623040.43452x0.0001001350.0006710780.0012559930.0018550.002470.0031t，k303.15303.65304.15304.65305.153

23、05.65p*co2,kgf/cm20.0097140460.0656276820.1238195120.1843810.2474070.312999y*1020.1587262381.0723477422.0231946373.0127574.0426015.11437f=1/(y-y*)96.0362237776.4729303365.0700488357.8957453.2651850.36185項(xiàng)目678910y1028.289.4610.6411.8213x1020.3732170.4389910.5064110.575540.646445pt,kgf/cm26.126.126.12

24、6.126.12pco2,kgf/cm20.5067360.5789520.6511680.7233840.7956x0.0037460.0044090.005090.0057890.006507t，k306.15306.65307.15307.65308.15p*co2,kgf/cm20.3812630.452310.5262580.6032290.683354y*1026.2297947.3906938.5989839.85668111.16592f=1/(y-y*)48.7755948.3253648.9951750.9341554.52311表中數(shù)據(jù)均在excel中完成，用表中數(shù)據(jù)作圖

25、如下圖4-1 pc吸收co2的操作線和平衡線圖中下方散點(diǎn)線為平衡線，經(jīng)關(guān)聯(lián)得相平衡關(guān)系可用一二次曲線y=2.113x2+15.937x-0.0059逼近，亦可用一直線y=17.397x-0.186逼近，即近似滿足亨利定律。值得注意的是，因壓力和溫度的變化范圍均很小，作相平衡關(guān)系的轉(zhuǎn)換時(shí)近似取平均壓力0.6mpa和平均溫度325值并視為常數(shù)計(jì)算，將使計(jì)算過(guò)程大為簡(jiǎn)化，其所致誤差仍很小，工程上可以接受。4.2.3 求取積分項(xiàng)采用數(shù)值積分法，為避免作圖，現(xiàn)采用simpson公式求積： 6.054nog=6.054+0.064=6.1184.2.4 氣相總傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)過(guò)程的影響因素十分復(fù)雜，對(duì)于不

26、同的物系、不同的填料以及不同的流動(dòng)狀況與操作條件，傳質(zhì)單元高度各不相同，目前，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)多選用一些準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，其中應(yīng)用較普遍的是修正的恩田（onde）公式： （4-8） （4-9） （4-10）式中:uv、ul氣、液相質(zhì)量流速，kg/(m2s)；填料的形狀系數(shù)；、氣體、液體的動(dòng)力粘度， pas；氣體、液體的密度，kg/m3dv、dl溶質(zhì)在氣體、液體中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/sr通用氣體常數(shù)，8.314（m3kpa）/(kmolk) t系統(tǒng)溫度，303.15k；填料的濕潤(rùn)比表面積，m2/m3； 填料的比表面積，121.8m2/m3；g重力加速度，9.81m/s2；液體的表面張力，n

27、/m；填料材質(zhì)的臨界表面張力，n/m；， ，液體的表觀速度， ，pas，=40mn/m=0.04n/m，求得u=61m3/(m2h) 0.8267kmol/(m2hatm) =0.98則有， 因?yàn)橛汕懊嬉呀?jīng)計(jì)算出uf=0.53m/s，u=0.371m/s，泛點(diǎn)率大于0.5，則用式 （4-11） （4-12） （4-13）（4-14）進(jìn)行修正。1.998 1.9980.8267=1.6517 kmol/(m2hatm)1.075=1562.6查知亨利系數(shù)e=1.6204t+39.594kpa，因?yàn)闈舛群芟。视萌軇┑拿芏群湍栙|(zhì)量代替溶液的平均密度和平均摩爾質(zhì)量，則由公式 （4-15）可計(jì)算得故

28、由公式 （4-16）可計(jì)算得到則傳單元高度可由公式式中，氣相摩爾流量， gm=15007.47/30.95=362kmol/h，則有，故填料層高度填料塔塔高 h=101.2=12m4.3填料層壓降的計(jì)算如果壓力降超過(guò)限定值，需調(diào)整填料的類(lèi)型、尺寸或降低操作氣速后重復(fù)計(jì)算，直至滿足為止。通常散裝填料的壓降可由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)值，再根據(jù)操作空塔氣速及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值。通過(guò)圖得出交點(diǎn)，讀出過(guò)交點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降。其中，用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓降時(shí)，所需的填料因子為操作狀態(tài)下的濕料因子，稱為壓降填料因子，以表示。壓降填料

29、因子與液體噴淋密度有關(guān)，為了工程計(jì)算的方便，常采用與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的壓降填料因子平均值。表4-2 散裝填料壓降填料因子平均值填料類(lèi)型填料因子/m-1dn16dn25dn38dn50dn76塑料階梯環(huán)17611689關(guān)聯(lián)圖橫、縱坐標(biāo)中：液體和氣體的質(zhì)量流率，kg/(m2s)；液體和氣體的密度，kg/m3 ；泛點(diǎn)氣速，m/s；濕填料因子，m-1；水與液體密度之比；液體粘度，mpas；重力加速度，9.81m/s2。已求得，即g=15.9kg/(m2s)，l=168.7kg/(m2s)，, =，=0.53m/s，89m-1，=0.8353，=2.596mpas查?？颂貓D可知，據(jù)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)本設(shè)計(jì)的壓降符

30、合工藝條件。5.填料塔內(nèi)件的類(lèi)型與設(shè)計(jì)填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置等。5.1 填料支承設(shè)計(jì)填料支承板必須具備下列功能：1、可靠地承受施加于其上的各種負(fù)荷；2、確保氣、液流暢通無(wú)阻；3、防止填料顆?；蛩槠瑥陌宓拈_(kāi)孔處漏出。因此，它不僅要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，而且開(kāi)孔率要高，開(kāi)孔尺寸不能太大。支承板承受的載荷隨床層結(jié)構(gòu)和操作工況而異，液泛狀態(tài)床層對(duì)支承板施加了最大的作用力，塔內(nèi)可能產(chǎn)生的操作壓力脈動(dòng)亦會(huì)形成沖擊力，此外其他內(nèi)構(gòu)件如填料壓板、液體再分布器等也可能有些額外載荷。設(shè)計(jì)需根據(jù)操作工況對(duì)諸因素作認(rèn)真分析，盡可能準(zhǔn)確地按最危險(xiǎn)情況計(jì)算總載荷，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。支承板

31、的材質(zhì)應(yīng)很好選擇，結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)十分重要。一般講所選材質(zhì)的耐腐蝕能力應(yīng)該比填料層更強(qiáng)，如有時(shí)盡管塔填料可用，但支承板必須用不銹鋼。因?yàn)榧词故歉g也會(huì)降低板的支承強(qiáng)度，一旦形成空洞還會(huì)漏下填料。當(dāng)塔內(nèi)可能產(chǎn)生壓力脈動(dòng)時(shí)，承受沖擊載荷是強(qiáng)度設(shè)計(jì)中要考慮的主要問(wèn)題。在保證強(qiáng)度和單個(gè)引的面積小于填料的前提下，總開(kāi)孔面積應(yīng)盡可能達(dá)到或超過(guò)填料層截面的自由面積，填料支承的開(kāi)孔率過(guò)小，將導(dǎo)致液泛的提前發(fā)生，填料支承開(kāi)孔率一般在70100%之間，陶瓷、石墨以及塑料制造的填料支承在保證不會(huì)發(fā)生液泛的前提下可以稍小一點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用的是氣體噴射式填料支承，它適用面很廣，適用的填料塔直徑在dn3004000mm之間。

32、氣體噴射式填料支承板又稱梁型氣體噴射式填料支承板，是一種可根據(jù)塔徑大小由一定單元數(shù)開(kāi)孔板組合而成的綜合性能優(yōu)良的散裝填料支承板。這種支承析具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)合理：它是一種立體結(jié)構(gòu)的支承板，故開(kāi)孔面積不受塔截面積的限制，對(duì)于通用設(shè)計(jì)的金屬和塑料材質(zhì)的這類(lèi)支承板，開(kāi)孔率多在100%左右。流體力學(xué)性能優(yōu)良：氣、液分流，氣體從波的兩側(cè)面向上流出，液體集中到波谷流下，這就是避免了氣液間的相互夾帶，同時(shí)有利于氣體均勻分布和混合；允許氣、液通量大，可承受液體噴淋密度高達(dá)120240m3/(m2h)，正常操作時(shí)在62pa以下，最高負(fù)荷亦不過(guò)200pa。填料顆?；蛩槠灰锥氯卓冢也牧鲜?、重量輕，安裝維修方便

33、。5.1.1 支撐板的結(jié)構(gòu)形式與尺寸支撐板結(jié)構(gòu)形式為多塊波形梁形支撐板拼裝結(jié)構(gòu)，每一塊支撐板這間用螺栓連接，整塊支撐板為可拆結(jié)構(gòu)。支撐板的波形尺寸見(jiàn)表5-1：表5-1 支撐板波形尺寸 /mm塔徑dn波形尺寸bht3001451801454008001922501929004000300300300表中尺寸b為塔中間支撐板寬度，在塔的邊緣支撐板的尺寸b將隨塔徑的不同而異，左右邊緣的此尺寸b不對(duì)稱，h為波形的波高，t為波形的波距。本設(shè)計(jì)由前面計(jì)算可知，塔徑為1200mm,則可知應(yīng)選300300300波形尺寸的支撐板。對(duì)于支撐圈的設(shè)置，公稱直徑dn1200mm的支撐板，可不設(shè)置邊圈，邊圈的作用起支撐

34、板的限位和匯集下降液流于支撐板上的作用。5.1.2 支撐板的強(qiáng)度計(jì)算假定支撐板條為一承受均勻布載荷的簡(jiǎn)支梁，既不考慮各支撐板條相互間的制約作用，又略去填料對(duì)塔壁的摩擦阻力，則支撐板中的最大應(yīng)力為 （5-1）式中 支撐板中的最大應(yīng)力，mpa；支撐板中最大彎矩，nmm； 支撐板的支點(diǎn)跨距，mm； 支撐板的均布載荷，n/mm； 填料層高度，mm； 支撐板波形的波距，mm； 塔填料密度，kg/m2 ； 支撐板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，mpa； 支撐板斷面系數(shù)，mm3；w可按倒u字形斷面，近似計(jì)算，即 （5-2）式中 斷面慣性矩，mm4； （5-3） （5-4）5.2 填料壓緊和限位裝置填料床層壓板和限制

35、器的作用是使填料塔在操作中保持填料層為一恒定的固定床，從而使塔橫截面上填料層的自由截面始終保持均勻一致，保證塔的穩(wěn)定操作。因?yàn)樘盍纤诟邏航怠⑺矔r(shí)負(fù)荷波動(dòng)、液泛時(shí)，填料床層松動(dòng)、跳動(dòng)乃致出現(xiàn)流化現(xiàn)象。填料床層壓板適用于除脆性易碎材質(zhì)（陶瓷、石墨等）的填料。填料床層限位器適用于除脆性易碎材質(zhì)填料以外的填料（如金屬、塑料填料）。5.3 液體分布器氣速的均勻分布取決于液體分布的均勻程度。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆蚍植际奖ＷC填料塔達(dá)到預(yù)期方便通過(guò)入孔進(jìn)行裝配。該裝置特別適用于大型填料塔，它的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性大，不易堵塞，操作可靠便于分塊安裝等。溢流型分布液裝置的送液能力可按下式計(jì)算： （5-5）式中 l

36、 液體流量 ，m3/s b 溢流管周邊長(zhǎng)或堰口寬度， m h 溢流管口以上或堰口下緣以上液層高度， m 流量系數(shù) ，0.6 g 重力加速度，g = 9.81 m/s2由于溢流管口以上的液層高度對(duì)送液能力影響較大，而h值一般較小，故其任一偏差都將導(dǎo)致送液量發(fā)生較大的變化，因此溢流設(shè)備安裝水平度的要求比孔型嚴(yán)格。溢流型布液裝置中較多的一種是一流槽式布液器，其結(jié)構(gòu)如下圖：溢流槽式布液器特別適宜大流量操作，一般用于塔徑大于1000mm的塔。溢流槽式布液器由若干個(gè)噴淋槽及置于其上的分配槽組成。噴淋槽兩側(cè)具有三角形或矩形的堰口，各堰口的下緣應(yīng)位于同一水平面上，噴淋槽兩側(cè)堰口的總數(shù)滿足噴淋點(diǎn)數(shù)的要求。分配槽

37、數(shù)隨塔徑及液體負(fù)荷而異，在1-3個(gè)之間選用，槽寬大于120mm高度小于350mm，溢流槽式布液器不易堵塞，可處理含固體粒子的液體。其自由截面大，適應(yīng)性好，處理量大，操作彈性好。壓力型液體分布器輸液的動(dòng)力為壓力差所對(duì)應(yīng)的液體壓頭。對(duì)管式多孔型液體分布器的輸液能力按下式計(jì)算。 （m3/s） （5-6）式中 d0 布液孔孔徑，m n 布液孔孔數(shù)， 布液孔流量系數(shù) ，約 0.6 0.62 g重力加速度 ，9.81 m/s2 vl 輸液量 ，m3/s 分布器的流體壓頭 ，m液柱 p 分布器的流體壓降 ，pa 液體密度 ，kg/m35.4 液體再分布器當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有流向器壁形成“壁流”的傾向

38、，結(jié)果使液體分布不均，降低傳質(zhì)效率，嚴(yán)重時(shí)使塔中心的填料不能被潤(rùn)濕而形成“干堆”。為了提高塔的傳質(zhì)效率，填料必須分段，在各段填料之間，安裝液體再分布裝置，其作用是手機(jī)上一填料的液體，并使其在下一層填料均勻分布。分段填料層的高度應(yīng)小于15 20快理論板，且每段金屬填料高度一般不超過(guò)67.5m，塑料填料不超過(guò)34m；對(duì)于較大的塔hi/di23,且hi/di得下限值為1.52 ，否則將影響氣體沿塔截面的均勻分布。高效填料塔hi/di值可以取大一些。填料層的分段高度h根據(jù)填料種類(lèi)和塔徑d而定，可按下表5-2確定表5-2 填料層的分段高度的確定填料種類(lèi)h/dh(max),m拉西環(huán)2.533 4.5（瓷、

39、金屬）矩鞍5836（瓷）鮑爾環(huán)5106（金屬） 34.5（塑料）階梯環(huán)5156（金屬）34.5（塑料）環(huán)矩鞍5156（金屬）34.5（塑料）多孔盤(pán)式再分布器是液體再分布裝置的一種，為分布盤(pán)上的孔數(shù)按噴淋點(diǎn)數(shù)確定，孔徑為310mm，升氣管的直徑應(yīng)盡可能的大，其底部常鋪設(shè)金屬網(wǎng)，以防填料吹進(jìn)升氣管中。5.5 接管5.5.1 液相進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型有很多，其中直管進(jìn)料方便，而且阻力小，但為防止液體沖擊引起的液相分布不均現(xiàn)象，故采用彎管進(jìn)料，則進(jìn)料管的直徑，其中v為進(jìn)料流量，m3/s,u為進(jìn)料流速，m/s。進(jìn)料方式有多種，由泵直接進(jìn)料操作方便且容易調(diào)節(jié)流量，但波動(dòng)較大，本設(shè)計(jì)流量較大，采用泵直接進(jìn)

40、料。uf取1.5m/s,則查無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，取進(jìn)料管5.5.2 塔釜液相出料管塔釜出料狀況基本與進(jìn)液情況相同，取出料管5.5.3 塔頂氣相出料管對(duì)其提出料管的基本要求是：盡可能減少霧沫夾帶，以降低液體物料的損失，采用直管出料。出料流速選擇u=12m/s,則出料管直徑查無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，取5.5.4 塔釜進(jìn)氣管對(duì)塔的氣體進(jìn)料管的基本要求是：避免液體淹沒(méi)氣體通道，盡量使氣體沿塔的橫截面分布均勻，本設(shè)計(jì)采用帶有斜切口的直管進(jìn)氣，斜切口可改善氣體的分布狀況。6 塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算6.1 塔設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的載荷（1）設(shè)計(jì)壓力（2）液柱靜壓（3）塔設(shè)備自重（包括內(nèi)件和填料）以及正常操作條件下或?qū)嶒?yàn)狀態(tài)下內(nèi)容

41、物的重力載荷（4）附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯及平臺(tái)等重力載荷；風(fēng)載荷和地震載荷。6.2 設(shè)計(jì)條件如下：（1）塔體內(nèi)徑di=1200mm，塔高近似取h=12m（2）計(jì)算壓力p=0.6mpa,設(shè)計(jì)溫度t=30（3）設(shè)置地區(qū)：基本分壓值q0=250n/m2,地震設(shè)防烈度為8度，場(chǎng)地土類(lèi)：1類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組：第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.3g。（4）塔內(nèi)裝有z=10m的散裝填料,介質(zhì)密度為1=900kg/m3.（5）沿塔高每3m左右開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔，人孔數(shù)為3個(gè)，相應(yīng)在人孔處安裝半圓形平臺(tái)3個(gè)，平臺(tái)寬度為b=400mm,高度為500mm。（6）塔外保溫層厚度為s=100mm,保溫材料密度2=3

42、00kg/m3.（7）塔體與封頭材料選用q235-b，其6.3 塔體與封頭厚度計(jì)算6.3.1 筒體計(jì)算該塔在常壓下操作，設(shè)計(jì)壓力取為0.6mpa；設(shè)計(jì)溫度定為30。塔筒體采用鋼板卷焊而成，以內(nèi)徑作為其公稱直徑，材料選擇q235-b，根據(jù)鋼板標(biāo)準(zhǔn)gb3274，得；按照gb150規(guī)定，焊縫系數(shù)主要考慮焊縫形式與對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)長(zhǎng)度兩個(gè)因素，本設(shè)計(jì)采用全焊透對(duì)接焊，對(duì)焊縫作局部無(wú)損探傷，則=0.85。計(jì)算厚度： 該塔腐蝕余量較小，年腐蝕率為0.1mm/a，設(shè)計(jì)壽命為20年，則c2=0.120=2。筒體的設(shè)計(jì)厚度查鋼板厚度負(fù)偏差表，得鋼板厚度負(fù)偏差，圓整值取。；則筒體壁厚，有效厚度為3.5mm。根據(jù)jb/t4737-95查得筒體：公稱直徑dn=1200mm時(shí)，一米高筒節(jié)鋼板的容積v=1.1304m3，一米高的內(nèi)表面積fi=3.768m2，一米高筒節(jié)鋼板質(zhì)量g=178kg。6.3.2 封頭計(jì)算本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料選用q235-b，除封頭的拼接焊縫需100%探傷外，其余均為對(duì)接焊縫局部探傷，則=0.85。封頭厚度的計(jì)算：取圓整值則封頭壁厚，有效厚度為4.0 mm根據(jù)jb/t