合成氨液氨脫硫工藝設(shè)計

（工藝技術(shù)）合成氨液氨脫

硫工藝^計20XX年XX月去年的企業(yè)涔詢顧問經(jīng)驗」經(jīng)過實戰(zhàn)驗證可以落地執(zhí)?亍的卓越駕魴案，值得您下載擁有!鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院專業(yè)化學(xué)工程與工藝班級4班姓名張曉丹學(xué)號20110380429題目年產(chǎn)14萬噸合成氨脫硫工藝設(shè)計指導(dǎo)老師萬亞珍職稱教授李亦帆職稱博士系主任侯翠紅職稱教授2015年1月24日目錄.設(shè)計任務(wù)書2設(shè)計要求2設(shè)計依據(jù)2.工藝設(shè)計條件33工藝流程敘述4概述4生產(chǎn)流程簡述43.2?1原理44.主要工藝指標(biāo)6設(shè)計方案的確定6物料衡算7吸收塔的物料衡算7各流股的物料衡算8熱量衡算95.工藝設(shè)計9基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)9吸收塔的設(shè)計10塔徑計算10塔徑校核12填料層高度及分段12填料塔壓降的計算16填料支撐板17噴射氧化再生槽的計算18?1槽體的計算18.2擴(kuò)大部分直徑18?3再生槽高度18.4噴射器計算19冷卻塔的設(shè)計22冷卻塔的計算22分布器的設(shè)計34絲網(wǎng)除沫器的設(shè)計37冷卻塔的選管39塔底防漏器的設(shè)計406.設(shè)計感悟411.設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計要求設(shè)計年產(chǎn)14萬噸合成氨脫硫工藝，半水煤氣含硫4.8g/Nm3,脫硫方法用氨水液相催化法，填料塔脫硫；富液再生采用噴射氧化再生槽。1.2設(shè)計依據(jù)《化工工藝設(shè)計手冊（第四版）》（上、下冊）《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》（上、下冊）陳聲宗等主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版的《化工設(shè)計》第三版教材《填料手冊（第二版）》《化工設(shè)備設(shè)計全書（塔設(shè)備分冊）》《塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊》《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊》（上、下冊）《給水排水設(shè)計手冊》《化工設(shè)備設(shè)計手冊》（上、下卷）10）《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（無機(jī)卷、有機(jī)卷）》11）《現(xiàn)代塔器技術(shù)》（第二版）12）《小氮肥廠工藝設(shè)計手冊》13）李登松.脫硫填料吸收塔的工藝設(shè)計研究［幾化工裝備技術(shù),2013,34（6）:41-45.14）徐組根冷卻塔設(shè)計［J］河南化工，1999,8:31-34.15）曾國安冷卻塔的設(shè)計計算［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2009,22（4）:76-78.16）董誼仁，過健填料塔排管式液體分布器的研究和設(shè)計［J］.化學(xué)工程，1990,18（3）：28-35.17）董誼仁，裘俊紅，陳國標(biāo)等.填料塔液體分布器的設(shè)計［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，1998,18：1-6.18）張碩德.防渦流器的設(shè)計［J］.化工設(shè)備設(shè)計，1983,18（23）:42-43.19）白二川.半水煤氣直冷塔的計算與設(shè)計［J］.化肥設(shè)計，2010,48（2）:11-15.20）楊懷林.水冷卻塔的設(shè)計［J］.特鋼技術(shù)，2009,15（58）:53-54.2.工藝設(shè)計條件設(shè)計能力:14萬噸合成氨/年半水煤氣中硫含量：4.8g/Nm3年工作日:310天半水煤氣消耗定額：3200Nm3/噸氨半水煤氣組成（干基）:表1半水煤氣組成表組成h2 n2 co co2 o2 ch4 合計體積（％）42 19 26 11 0.7 1.3 100半水煤氣壓力：壓縮機(jī)出口壓力4800mmH2O柱氣體溫度：36℃溶液溫度：32℃貧液組成：總氨含量：1.0M碳化度R=C/A=0.63總硫化氫：20.0g/m3硫容：0.17kg/Nm3比重：1034kg/m3脫硫后半水煤氣含硫：0.1g/Nm3富液組成：總氨含量：1.0M碳化度R=C/A=0.65總硫化氫：240.0g/m3比重：1034kg/m3再生過程：采用噴射氧化再生槽噴射器入口壓力：4atm（表壓）液溫：30℃吹風(fēng)強(qiáng)度：100m3/m33.工藝流程敘述3.1概述由于生產(chǎn)合成氨的各種燃料中含有一定量的硫，因此所制備出的合成氨原料氣中，都含有硫化物。其中大部分是無機(jī)硫化物硫化氫（H2S）,其次還有少量的有機(jī)硫化物，如硫氧化碳（COS）、二硫化碳（CS2\硫醇（RSH）、噻吩（C4H4s）等。原料氣中的硫化物，對合成氨生產(chǎn)危害很大，不僅腐蝕設(shè)備和管道，而且能使合成氨生產(chǎn)過程所用催化劑中毒。脫硫方法有很多，按脫硫劑物理形態(tài)可分為干法和濕法兩大類，前者所用的脫硫劑為固體，后者為溶液。當(dāng)含硫氣體通過這些脫硫劑時，硫化物被固體脫硫劑所吸附，或被脫硫溶液所吸收而除去。3.2生產(chǎn)流程簡述3.2.1原理脫硫反應(yīng)氨水對苯二酚氧化法也稱為氨水液相催化法，是用含有少量對苯二酚(載氧體)的稀氨水溶液，脫除原料氣中的硫化氫。氨溶于水，大部分與水結(jié)合為一水合氨NH3-H2O,并部分電離成NH4+和OH-,所以氨水顯弱堿性。氨水與含硫化氫的原料氣接觸時，發(fā)生如下中和反應(yīng)：NH4++OH-+H2s-NH4HS+H2O+Q該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，但因氣體中硫化氫含量較少，放熱量不大，溶液吸收硫化氫后溫升很小。當(dāng)溶液pH值小于12時，被吸收的硫化氫主要以HS-形式存在，S2-可忽略不計，因此用稀氨水脫硫時，只生成NH4HS。當(dāng)原料氣中含有二氧化碳及氰化氫時，也被氨水吸收，其反應(yīng)如下：NH4++OH-+CO2-NH4HCO32NH4++2OH-+CO2-(NH4)2CO3+H2ONH4++OH-+HCN-NH4CN+H2O雖然稀氨水能同時吸收硫化氫和二氧化碳，但在氣液兩相接觸面積很大、接觸時間很短的條件下，氨水吸收硫化氫的速度比吸收二氧化碳的速度大80倍左右，具有良好的選擇性。根據(jù)這一特點，在脫硫過程中增大氣液接觸面積，縮短接觸時間，既能有效的脫除硫化氫，又能減少氣體中二氧化碳的損失。再生反應(yīng)再生塔內(nèi)，對苯二酚在堿性溶液中被空氣氧化為苯醌：脫硫過程生成的硫氫化銨，在苯醌的作用下氧化為單質(zhì)硫：再生過程的總反應(yīng)可用下式表示：生成的單質(zhì)硫，呈泡沫狀態(tài)浮于液面，使溶液獲得再生。同時，有如下副反應(yīng)發(fā)生：圖1脫硫工段工藝流程簡圖原料氣從吸收塔下部進(jìn)入，與塔頂噴淋的脫硫液逆流接觸，半水煤氣中H2s被脫硫液吸收后從塔頂引出，經(jīng)氣液分離器分離出夾帶的液滴后送往下段工序。吸收了硫化氫的富液從吸收塔底排出，經(jīng)液封、富液槽、富液泵通過溶液加熱器加熱(夏季則為冷卻)后送往噴射器；從噴射器尾部出來的兩相液體由再生槽下部上升，完成與再生塔相同的浮選過程，再生槽上部溢流出的硫泡沫經(jīng)硫泡沫分離槽放入熔融釜熔硫。硫磺放入硫磺鑄模冷卻后即成硫錠。由再生槽貧液出口處引出的貧液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器、貧液泵送回脫硫塔循環(huán)使用。4.主要工藝指標(biāo)4.1設(shè)計方案的確定吸收塔的工藝設(shè)計方案主要包括吸收劑、吸收流程、解吸方法、設(shè)備類型和操作參數(shù)的選擇等內(nèi)容。對于吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具有十分重要的意義。吸收劑的好壞對吸收操作的經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑要著重考慮如下問題：對溶質(zhì)的溶解度大；對溶質(zhì)有較高的選擇性；不易揮發(fā)；再生性能好；4.2物料衡算氨水液相中和法脫硫為化學(xué)吸收過程，低濃度吸收，近似滿足恒摩爾流假定，即假定在吸收過程中，液相流量L和氣相流量G不變，液相中的氨含量為常量，且吸收過程是等溫的，傳質(zhì)系數(shù)為常量，物料衡算過程如下：4.2.1吸收塔的物料衡算(1)水煤氣進(jìn)(出)塔流量V0，Nm3/hV0=14x1Q4x32QQ/(310x24)=60215.05Nm3/h(2)H2s脫除量，G1,kg/hG1=60215.05x(4.8-0.1)/1000=283.01kg/h(3)溶液循環(huán)量LT,m3/h式中S—溶液硫容量，kg/m3,S取(0.24-0.02)=0.22kg(H2S)/m3LT=283.01/0.22=1286.41m3/h(4)理論所需空氣量氧化1kgH2s所需空氣量V1=1/43x0.5x22.4x1/0.21=1.57Nm3/h理論所需空氣量V2=283.01/1.57=180.26Nm3/(h-m3)設(shè)計條件所給吹風(fēng)強(qiáng)度為100Nm3/(m3-h)，計算所需最小吹風(fēng)輕度為180.26Nm3/(m3?h)，故應(yīng)使用兩臺設(shè)備。(5)理論硫回收量，G2,kg/hG2=60215.05x(4.8-0.1)/1000x32/34=266.36kg/h(6)理論硫回收率①中二（4.8-0.1）/4.8x100%=97.9%（7）硫泡沫生產(chǎn)量，G3,m3/hG3=G2/S0式中S0一硫泡沫中硫含量，kg/m3,此處取S0=30kg/m3G3=266.36/30=8.88m3/h表2物料衡算表（以小時計）入（出）脫硫塔氣體流量60215.05Nm3再生理論所需空氣量180.26Nm3H2S脫除量283.01Kg硫磺理論產(chǎn)量266.36Kg脫硫液循環(huán)量1286.41m3硫泡沫生成量8.88m34.2.2各流股的物料衡算在吸收塔內(nèi)，原料氣中的H2s和CO2與氨水發(fā)生中和反應(yīng)，被吸收，因此凈化氣中含量相對減少。液相中對苯二酚為氧化再生時催化劑，假定整個過程中含量不變。進(jìn)、出吸收塔的各流股組分、含量如下：表3原料氣氣體H2N2C0O2CO2CH4H2s體積分?jǐn)?shù)％41.8718.9425.920.7010.961.300.31表4凈化氣氣體H2N2C0O2CO2CH4H2s體積分?jǐn)?shù)％42.4219.1926.260.7010.141.310表5貧液組分總氮含量碳化度總H2s含量對苯二酚含量1mol/L0.6320g/m30.25g/L表6富液組分總氮含量碳化度總H2S含量對苯二酚含量1mol/L0.65240g/m30.25g/L4.3熱量衡算(1)冷卻塔熱負(fù)荷Q,KJ/h(忽略冷卻過程中水汽的焓變)Qi=G0xCpx(ti-t2)式中，60—入冷卻塔半水煤氣含量，Kmol/hCp—半水煤氣的平均等壓比熱容，KJ/(Kmol-K)計算結(jié)果Cp=30.44KJ/(Kmol-K)t1,t2為進(jìn)、出冷卻塔半水煤氣溫度，取t1=80℃,t2=36℃Q1=60215.05/22.4x30.4555554x(80-36)=3.6x106KJ/h(2)冷卻水消耗量，W,Kg/hW=Q/(CpxAt)式中，At—冷卻水溫升，℃,此處取At=6℃Cp一水的比熱容，取Cp'=4.178KJ/(Kg-K)W=3.6x106/(4.178x6)=143.6x103Kg/h5.工藝設(shè)計5.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)(1)液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，32℃時溶液的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為pL=1034kg/m3黏度為UL=0.6828mPa.s=2.46kg/(m.h);中二993/1034=0.96表面張力為QL=69.94x10-3N/m由手冊查得，15℃時H2s在水中的擴(kuò)散系數(shù)D0=1.77x10-9m2/s,黏度U0=1.2mPa.s，故可得32℃時H2S在水中的擴(kuò)散系數(shù)DL=D0xT/T0xM0/ML=1.77x10-9x(32+273.15)/(15+273.15)x(1.2/0.6828)=3.3x10-9m2/s=1.188x10-5m2/h液相質(zhì)量流量：Ls=LTxpL=1286.41x1034=1330148kg/h(2)氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MV=EyiMi=(28x19%)+(44x11%)+(28x26%)+(2x42%)+(32x0.7%)+(16x1.3%)=18.71kg/kmol混合氣體的平均密度為pG=PMV/(TR)=15.13/10.33x101.325x103x18.71/[(273.15+36)x8.314]=1.08kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的黏度，查手冊36℃空氣的黏度為UG=0.0186mPa.s=0.06696kg/(m.h)由手冊查得,10.33mmH2O、0℃時H2s在空氣中的擴(kuò)散系Do=0.198x10-4m2/s，故可得32℃時H2S在水中的擴(kuò)散系數(shù)DG=Dox(T/To)i,8ixPo/P=0.198x10-4x[(36+273.15)/273.15]i.8ix(10.33/15.13)=1.69x10-5m2/s=0.061m2/h氣相質(zhì)量流量：G=V0xT/T0xP0/PxpG=60215.05x(36+273.15)/273.15x10.33/15.13x1.08=50252.6kg/h5.2吸收塔的設(shè)計5.2.1塔徑計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速，塔底混合氣相質(zhì)量流量為：V=50252.6kg/h,液相質(zhì)量流量Ls=1330148kg/hXF=(Ls/V)x(pG/pL)0.5=(1330148/50252.6)x(1.08/1034)0.5=0.8554查《塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊》，階梯環(huán)填料氣相流動阻力小，生產(chǎn)能力高，故選用①50x25x15亂堆聚丙烯階梯環(huán)填料。查得泛點填料因子科二127m-1,比表面積at=114.2m2/m3。圖2填料塔液泛、壓力降通用關(guān)聯(lián)圖從上圖查得：Xf=0.8554垂線與散堆填料液泛總線相交可讀出Yf=0.025橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：各物理量的意義如下：V、L—氣體與液體的質(zhì)量流速kg/h;耳、孔一氣體與液體的密度kg/m3；①一填料因子m-i;泛點氣速實際泛點氣速u=（0.5~0.8）uF,此處取由此可得塔徑D=圓整塔徑，取D=3.8m5.2.2塔徑校核（1）泛點率校核：（2）填料規(guī)格校核：（3）液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為查填料手冊得經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=3800mm合理。5.2.3填料層高度及分段5.2.3.1傳質(zhì)單元高度的計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：查表得QG=427680kg/h2QL=940896kg/h2液體質(zhì)量通量為氣膜吸收系數(shù)由下式計算：氣體質(zhì)量通量為液膜吸收系數(shù)由下式計算：由，查表得，由，得對H2s-氨水體系，溶解度系數(shù)為H=0.0670kmol/(KPa-m3)5.2.3.2傳質(zhì)單元數(shù)的計算傳質(zhì)單元數(shù)的計算采用對數(shù)平均推動力法，假定全塔操作壓力不變，為15.13mH2O,計算如下:氣相進(jìn)口H2s摩爾分?jǐn)?shù)y1氣相進(jìn)口H2S分壓，P1,Pa氣相出口H2s摩爾分?jǐn)?shù)y2氣相出口H2s分壓，P2,Pa在低濃度化學(xué)吸收過程中，經(jīng)試差衡算 H2s的相平衡方程可近似采用P(H2S)=HxC(H2S)，其中H=14.93KPa/(mol/L)出口富液H2S摩爾濃度，C1,mol/L進(jìn)口貧液H2S摩爾濃度，C2,mol/L塔底H2S平衡分壓，P1*,Pa塔底H2S平衡分壓，P2*,Pa壓強(qiáng)對數(shù)平均推動力，APm,Pa傳質(zhì)單元數(shù)，NOG5.2.3.3填料層高度的計算及分段理論計算高度，Z,m填料層設(shè)計高度一般為Z*=(1.2~1.5)Z，因此，取填料層設(shè)計高度Z*=1.5Z。表7散裝填料分段高度推薦值填料類型 拉西環(huán)矩鞍鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍h/D 2.55~85-108-158-15hmax/m <4<6<6<6<6對于階梯環(huán)填料，,取則分段高度h=8x3800=30400mm計算得填料層高度為3360mm，故不需分段。5.2.4填料塔壓降的計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標(biāo)為縱坐標(biāo)為3P=89)圖2?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖圖中，、一分別為氣液相流率,kg/h、 分別為氣液相密度，kg/m3一液相粘度，mPa.S—液相密度校正系數(shù)，=—實驗測取的填料因子，對聚丙烯階梯環(huán)，=143m-ig一重力加速度，m/s2,g=9.81m/s2由(XF,YF)可查的對應(yīng)的△P/Z=250Pa/m填料層壓降為△P=250x3.36=840Pa5.2.5填料支撐板柵板是應(yīng)用比較普遍的一種散堆填料支撐件，它結(jié)構(gòu)簡單，自由截面積大，造價比梁形氣體噴射式填料支撐板低。參照《化工設(shè)備設(shè)計手冊》(塔設(shè)備)關(guān)于支撐板的選擇，對于塔徑DN>800mm的填料塔，柵板為分塊式，如下：圖3分塊式柵板分塊柵板工和口的寬度11、1均應(yīng)小于等于400mm，柵板條與邊圈、連接板采用焊接，焊后必須保證柵板的平整度。柵板選用Q235-A材質(zhì)。5.3噴射氧化再生槽的計算5.3.1槽體的計算從前面可以看出，需要用兩個噴射氧化再生槽并聯(lián)，故GA=1286.41/2=643.2m3/h再生槽體直徑D1,m式中，A1一吹風(fēng)強(qiáng)度，m3/(h-m2)，一般取值為60~120m3/(h-m2),本設(shè)計取值為A1=100m3/(h?m2)；D1—槽體直徑，m；GA—空氣量，m3/h;式中，LT—溶液循環(huán)量,m3/h,根據(jù)裝置實際情況而定,本設(shè)計中為1286.41m3/h；Ci一噴射器抽吸氣液比，m3/m3，一般取值范圍為2.6~3.3，本設(shè)計取值為2.8;故，圓整槽體直徑D1=4.8m5.3.2擴(kuò)大部分直徑取擴(kuò)大部分直徑D2=0.9+D1=0.7+4.8=5.5m5.3.3再生槽高度（1）再生槽有效高度，H1,m式中，t—溶液在再生槽內(nèi)的停留時間，s，工程上一般取為8~10min，本設(shè)計取為t=8min（2）噴射器出口至槽底距離，H2，m根據(jù)實際設(shè)計經(jīng)驗，H2取值為1m;（3）擴(kuò)大部分高度，H3，m根據(jù)經(jīng)驗，H3取值為3.8m；（4）再生槽總高度，HT，mHT=H1+H2+H3=4.7+1+3.8=9.5m噴射氧化再生槽結(jié)構(gòu)示意圖如下，圖4噴射再生槽1—噴液出口；2—富液出口；3—硫泡沫出口；4—放空口5.3.4噴射器計算5.3.4.1噴嘴計算（1）噴嘴個數(shù)，n個n=LT/Li式中，Li—每個噴射器溶液量，m3/h，設(shè)計取為40m3/h；n=1286.41/2/40=16取n=16個（2）噴嘴孔徑，di，m式中,w—噴嘴處溶液流速m/s一般情況下wi=18~25m/s，此處取wi=20m/s(3)溶液入口管直徑，dL,mdL=3di=3x0.027=0.080m?、?9x4管(4)噴嘴入口收縮段長度，L5,m式中，a1一噴嘴入口收縮角，取a1=14°(5)噴嘴喉管長度，L6,m取L6=3mm(6)噴嘴總長度，L7,mL7=L5+L6=0.033+0.003=0.036m5.3.4.2混合管計算(1)混合管直徑，dm,m式中，m—噴射器形狀系數(shù)，取m=8.5?、?9x4管(2)混合管長度，L3,mL3=25dm=25x0.079=1.957m取3.2m5.3.4.3吸氣室計算(1)空氣入口管直徑，d0,mm式中，w0一管內(nèi)空氣流速，m/s，取w0=3.5m/s;?、?33x6管(2)吸氣室直徑，dM,mm?、?19x4管(3)吸氣室高度，L1,m取L1=330mm（4）吸氣室收縮管長度，L2,mm式中，a2—吸氣室收縮角，取a2=30°5.3.4.4尾管直徑計算尾管直徑，de,mm式中，we一尾管中流體速度，m/s，取we=1m/s取中133*4管5.3.4.5擴(kuò)散管長度計算擴(kuò)散管長度，L4,mm式中，a3—擴(kuò)散角，取a3=7°噴射再生器結(jié)構(gòu)示意圖如下，圖5噴射器1—噴嘴；2—吸氣室；3—收縮管；4—混合管；5—擴(kuò)散管；6—尾管5.4冷卻塔的設(shè)計5.4.1冷卻塔的計算（1）已知條件：塔處理氣量：Go=60215.05Nm3/h氣體進(jìn)入溫度：T1=80℃氣體出口溫度：T2=36℃進(jìn)塔水溫度：T3=28℃出塔水溫度：T4=34℃（2）塔徑的計算氣體在工況條件下的體積流量：G=60215.05x( 273.15+36 ) /273.15x10.33/(10.33+4.8)=47567m3/h塔徑圓整，?、?000mm(3)塔高的計算噴淋密度：參照生產(chǎn)廠的實際運行數(shù)據(jù)，如下空塔氣速：w=1.35m/s噴淋密度：L0=17.6m3/(m2?h)對數(shù)平均溫度：Atm=16.2℃冷卻塔的容積傳質(zhì)系數(shù)為Ko=2500KJ/(m3h℃)因噴淋密度變化的修正K值：對數(shù)平均溫度：塔高計算5.4.2冷卻塔校核5.4.2.1設(shè)計的依據(jù)設(shè)計壓力：Pc=0.1474MPa工作溫度：80℃塔內(nèi)徑：Di=3000mm塔高：H=12.6m5.4.2.2材料的選用根據(jù)容器的受力及結(jié)構(gòu)特點，參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，確定筒體、封頭、加強(qiáng)板等主要受力元件材料選用16MnR,其它非受力件材質(zhì)選用Q235A，法蘭、人孔蓋等受力件選用16MnR鍛件(口)5.4.2.3塔體的設(shè)計(1)塔體壁厚計算根據(jù)所選材質(zhì)16MnR，查得查得在0℃~1000c范圍內(nèi)許用應(yīng)力，焊縫采用雙面對接焊，局部無損探傷，接頭系數(shù)取計算厚度不包括腐蝕裕量的最小壁厚由于6min>6,故計算厚度6=6mm若腐蝕裕度取C2=4mm,鋼材軋制的負(fù)偏差C1=0.8mm設(shè)計壁厚考慮到此塔的高徑比較大，風(fēng)載荷較大，故應(yīng)適當(dāng)增加壁厚，取塔體名義厚度6n=15mm塔體有效厚度5.4.2.4封頭的設(shè)計根據(jù)所選材質(zhì)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)k=1，采用整塊鋼板沖壓而成，焊接接頭系數(shù)封頭厚度：為便于焊接,取封頭與塔體等厚,即設(shè)計厚度6n=15mm,有效厚度6e=10.2mm。查《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》容器及封頭標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)以上計算所選標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的基本參數(shù)如下：表7標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭參數(shù)表公稱直徑曲面高度直邊高度厚度內(nèi)表面積容積質(zhì)量DN/mmh1/mmh2/mmS/mmF/m2V/m3G/kg3000750401610.13.821280圖6標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭考慮封頭直邊高度，裙座等其它塔附件的高度，取塔高H=1500mm5.4.2.5質(zhì)量載荷塔體質(zhì)量，按假定壁厚及各自高度計算得：塔內(nèi)圓筒部分長12.6m，每個封頭的容積為3.82m3，封頭的曲面高度及直邊高度分別為750mm和40mm。封頭質(zhì)量液壓試驗時，塔內(nèi)充水質(zhì)量為：塔設(shè)備的最小質(zhì)量由下式計算：考慮到操作平臺、扶梯、塔盤、分布器、人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量，塔體質(zhì)量取m=112000kg5.4.2.6風(fēng)載荷的計算兩相鄰計算截面間的水平壓力為式中一水平風(fēng)力，N—10m處基本基本風(fēng)壓值，查表鄭州取350N/m—第i段計算長度，mm—風(fēng)壓高度變化系數(shù)—體型系數(shù)—塔設(shè)備各計算段的有效直徑，mm—風(fēng)振系數(shù)查《化工設(shè)備基礎(chǔ)》，取k1=0.7,l0=800mm,l1=700mm,由表17-3風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查得，f0=f1=0.80由式（17-15）計算該塔的自振周期為：查表17-4脈動增大系數(shù)，得=2.56；由表17-5脈動影響系數(shù)，得由表17-6振型系數(shù)，得風(fēng)振系數(shù)K2i:求得，K20=1.10,k21=2.50為簡化計算且偏安全計，取De0=De1=3500mm塔體各段風(fēng)力計算如下:0~800mm段800~1500mm段將上述結(jié)果代入式可分別計算出底部（0-0）截面，裙座與塔體連接（1-1）截面的風(fēng)彎矩，計算結(jié)果如下:5.4.2.7塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗算（1）圓筒軸向應(yīng)力計算介質(zhì)壓力引起的軸向應(yīng)力按下式計算:操作時重力引起的軸向應(yīng)力計算得:彎矩引起的軸向應(yīng)力計算得:（2）圓筒軸向穩(wěn)定性校核計算系數(shù)A:由圖11-5查得B=88MPa,已知二113MPa,所以按下式校核:=11.43+0.0225=11.45MPa<（3）圓筒拉應(yīng)力校核對內(nèi)壓情況校核:而，故<（4）塔體液壓試驗時的應(yīng)力校核由試驗壓力引起的環(huán)向應(yīng)力，按下式計算式中，PT為試驗壓力，按取液柱靜壓力為錯誤!未找到引用源。，代入數(shù)據(jù)，計算得:由試驗壓力引起的軸向應(yīng)力，按下式計算:由液壓試驗時重力引起的軸向應(yīng)力，按下式計算，這里近似取錯誤!未找到引用源。，則:由彎矩引起的軸向應(yīng)力，按下式計算:查附表口-1壓力容器零件附表知，16MnR材料的錯誤味找到引用源。.按下式確定:取其中較小值。因錯誤!未找到引用源。，故取錯誤!未找到引用源。將以上計算各應(yīng)力代入得，錯誤!未找到引用源。5.4.2.8裙座的設(shè)計及驗算（1）座體塔底部截面（0-0截面）的應(yīng)力按式下式校核：正常操作時：錯誤!未找到引用源。MPa水壓試驗時：錯誤!未找到引用源。MPa式中錯誤!未找到引用源?！F形筒體的半頂角，圓柱形筒體的錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。—圓柱形或圓錐形座體底部截面的截面系數(shù)，錯誤!未找到引用源。，mm3Dis一座體底部截面的內(nèi)直徑，mm錯誤!未找到引用源。一圓柱形或圓錐形底部的截面積，Asb=nDis黑，mm2錯誤!未找到引用源。一設(shè)計溫度下座體材料的需用應(yīng)力，MPa；錯誤!未找到引用源。一底部截面0-0的最大彎矩，N-mm;K一載荷組合系數(shù)，取K=1.2式中，錯誤!未找到引用源。；錯誤!未找到引用源。；計算出來的結(jié)果進(jìn)行比較裙座上人孔處截面1-1的應(yīng)力按下式進(jìn)行計算校核：正常操作時：錯誤!未找到引用源。水壓試驗時：錯誤!未找到引用源。式中錯誤!未找到引用源。一人孔或較大管線引出孔處的最大彎矩，N-mm;錯誤!未找到引用源。一人孔或較大管線引出孔處的風(fēng)彎矩，N-mm;錯誤!未找到引用源?！丝谆蜉^大管線引出孔截面以上塔設(shè)備的操作質(zhì)量，kg；錯誤!未找到引用源?！丝谆蜉^大管線引出孔截面以上塔設(shè)備在液壓試驗時的質(zhì)量，kg錯誤!未找到引用源?！丝谆蜉^大管線引出孔處的截面積近似取錯誤!未找到引用源。，錯誤!未找到引用源。，則有則：可見座體滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。（2）基礎(chǔ)環(huán)取基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)、外徑分別為2b=2700mm、D0b=3300mm廁b=300mm，混凝土基礎(chǔ)上的最大壓應(yīng)力為：式中，zb—基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面系數(shù)，mm3Ab一基礎(chǔ)環(huán)的面積，mm2故，Qbmax=3.97MPa由表17-8混凝土許用應(yīng)力表，查的要使%max<Ra，則混凝土基礎(chǔ)應(yīng)選用100號以上水泥。采用24個均布的地腳螺栓，帶筋板的基礎(chǔ)環(huán)，設(shè)肋板厚度為24mm，則兩相鄰肋板最大外側(cè)間距：J則b/l=300/407.75=0.736由表17-9矩形板力矩計算表可查的|Mx|=0.212obmaxb2=0.212x3.97x3002=7.57x104N?mm/mm;My=0.0610Qbmaxl2=0.0610x3.97x407.752=4.03x104N?mm/mm;故取Ms=|Mx|=7.57x104N?mm/mm?；A(chǔ)材料選用低碳鋼,取[Q]b=140MPa，則基礎(chǔ)環(huán)厚度：考慮腐蝕裕量，圓整后可取6b=60mm（3）地腳螺栓由螺栓承受的最大拉應(yīng)力其中，假設(shè)地震烈度為7度，由表17-7查的，地震影響系數(shù)a的最大值amax=0.23。假設(shè)塔設(shè)設(shè)備安裝地為口類場地土，查圖17-60,可得a1=0.2amax=0.2x0.23=0.046,取Cz=05則塔底截面的地震彎矩為：故取QB=0.72MPa地腳螺栓的螺紋小徑d1式中，C2一腐蝕裕量，一般取3mm[Q]bt一地腳螺栓材料的許用應(yīng)力，對低碳鋼可取[Q]bt=147MPa故選用M42地腳螺栓24個。5.4.2.9裙座與塔體對接焊縫的驗算對接焊縫的拉應(yīng)力驗算式為：其中，Dit=Di=3000mm,MmaxJ-J=Mmax1-1=0.42X106Mp~m0J-J=m02-2=112000-1000=111000kg經(jīng)估算裙座質(zhì)量約為1000kg，取[Q]wt與用材料[Q]t相同，即[Q]wt=88MPa0.6K叫=0.6x1.2x88=63.4MPa11.34MPa<0.6K[Q]wt因此，對接焊縫滿足強(qiáng)度要求。5.4.3分布器的設(shè)計查蘭州石油機(jī)械研究所主編《現(xiàn)代塔器技術(shù)》（第二版）第四章填料塔內(nèi)件表2.4-2，對塔徑大于0.9m，噴淋密度在2.5~25m3/（m/h）范圍內(nèi)的填料塔，可選用排管式液體分布器，因工作壓力在4800mmH2O（表壓），選用壓力型一水平中心管進(jìn)液的排管式液體分布器。表87種通用型典型的液體分布器性能比較5.4.3.1噴淋點數(shù)的計算根據(jù)噴淋點密度Sp和塔截面積AT,由下式計算：N=SPAT為使液體分布均勻，取噴淋點密度Sp=100點/m2故噴淋點數(shù)N=SpAT=100x3.14/4x32=7065.4.3.2確定孔間距填料塔分布器的噴淋點采用等邊三角形或正方形布置，孔間距按下式計算：t=CSp-0.5等邊三角形排列時，C=1.075；正方形排列時，C=1.0；采用正方形布置，C=1.0故孔間距t=CSp-0.5=1.0x706-0.5=0.0376m5.4.3.3分布器布孔706個孔口必須落實到主管和支管的下側(cè)，且保持孔間距約等于37mm。為防止過大壁流產(chǎn)生，填料塔近壁50mm不布孔，主管直徑為150mm，中心線上開67個孔，支管排數(shù)為2x8=16根支管，對稱排列，每排開孔80個，均開在下側(cè)，間距為37mm，長度分別為1400/1400/1360/1260/1160/1000/800/560。表9排管式噴淋器的設(shè)計參數(shù)5.4.3.4孔徑的計算孔徑按下式計算:圓整，取d0=6mm上式中，u0m=2m/s5.4.3.5管子尺寸的選擇主管直徑150mm，支管直徑6mm，排管外緣直徑2940mm。5.4.3.6分布器的排布方式在滿足覆蓋率的前提下，分布器排與排的間距一般不應(yīng)小于1米，1.5-2米比較常見，考慮到塔頂除沫器等結(jié)構(gòu)，并且最下面的分布器距離塔底應(yīng)有一定的距離，為這一排噴淋的液體留存足夠的傳熱容積，以及塔下部留存的積液空間，為設(shè)計