2022年化工机械基础填料塔设计_清水吸收氨气2.docx

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1、精品学习资源前言在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广地重要单元设备 .塔设备广泛用于蒸馏、吸取、萃取、洗涤、传热等单元操作中.所以塔设备地讨论始终是国内外学者普遍关注地重要课题.在化学工业中，常常需要将气体混合物中地各个组分加以分别，其主要目地是回收气体混合物中地有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中地有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中地有害成分，以免污染空气.吸取操作是气体混合物分别方法之一，它是依据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分别地目地.塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔.以前在工业生产中

2、，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采纳填料塔.近年来由于填料塔结构地改进，新型地、高负荷填料地开发，既提高了塔地通过才能和分别效能又保持了压降小、性能稳固等特点.因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场合仍代替了传统地板式塔.如今，直径几 M 甚至几十 M 地大型填料塔在工业上已非罕见.随着对填料塔地讨论和开发，性能优 良地填料塔必将大量用于工业生产中.综合考察各分别吸取设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物系地分别,虽然设计地重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套地外部工艺和换热系统应视详细地工程特殊性作相应地改进.例如在 DMF回收装置地扩产改造工程中,要求利用原常

3、压塔塔顶蒸 汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采纳双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量地双 重成效，在硝基氯苯分别工程中；改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程, 并对富间硝基氯苯母液进行精馏分别,获得 99%以上地间硝基氯苯 ,既提高产品质量,又取得了降低能 耗地技术成效 .过程地优缺点：分别技术就是指在没有化学反应地情形下分别出混合物中特定组分地操作.这种操作包括蒸馏，吸取，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分别等 .利用分别技术可为社会供应大量地能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要地作用 .为了使 1 填料塔地设计获得满意分别要求地正确设计参数和

4、最优操作工况,精确地运算出全塔各处地组分浓度分布、温度分布、汽液流率分布等,常采纳高效填料塔成套分 离技术 .而且,20 世纪 80 岁月以来 ,以高效填料及塔内件为主要技术代表地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地各类物系分别.氨是化工生产中极为重要地生产原料，但是其剧烈地刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，氨对接触地皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，可以吸取皮肤组织中地水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构.氨地溶解度极高，所以主要对动物或人体地上呼吸道有刺激和腐蚀作用，常被吸

5、附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症 .可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病原微生物易于侵入，减弱人体对疾病地抗击力 .氨通常以气体形式吸入人体，氨被吸入肺后简洁通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能.进入肺泡内地氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸取至血 液 ， 少 量 地 氨 可 随 汗 液 、 尿 液 或 呼 吸 排 出 体 外 .短期内吸入大量氨气后会显现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等 .如吸入地氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经末梢地反射作用而引起心脏地停搏和呼吸停止，危及生命.长期接触氨气，部分人可能会显现皮肤色素沉积或手指溃疡

6、等症状；氨气被呼入肺后简洁通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能.短期内吸入大量氨气后可显现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶心、呕欢迎下载精品学习资源吐、乏力等，严峻者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症，同时可能生呼吸道刺激症状.因此，吸取空气中地氨，防止氨超标具有重要意义.因此，为了防止化学工业产生地大量地含有氨气地工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采纳肯定方法对于工业尾气中地氨气进行吸取，本次课程设计地 目地是依据设计要求采纳填料吸取塔吸取地方法来净化含有氨气地工业尾气 ,使其达到排放标准 .设计采填料塔进行吸取操作是由于填料可以供应庞

7、大地气液传质面积而且填料表面具有良好地湍流状况，从而使吸取过程易于进行 ,而且，填料塔仍具有结构简洁、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸取操作过程节约大量人力和物力 .利用混合气体中各组分在同一种液体中溶解度差异而实现组分分别地过程称为气体吸取气体吸取是一种重要地分别操作，它在化工生产中主要用来达到以下几种目地 .1 分别混合气体以获得肯定地组分 .2 除去有害组分以净化气体 .3 制备某种气体地溶液 .一个完整地吸取分别过程，包括吸取和解吸两个部分 .典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等.一、数据运算1. 水吸取氨气填料塔工艺设计方案简介欢迎下载精品学习资源1.1

8、任务及操作条件m混合气 空气、 NH3 处理量： 26003/ h ；欢迎下载精品学习资源进塔混合气含 NH3 7% 体积分数 ；温度 :20；进塔吸取剂 清水 地温度 :20；欢迎下载精品学习资源 NH3 回收率： 96%；操作压力为常压101.3k Pa.1.2 填料地挑选塔填料是填料塔地核心构件，它供应了气、液两相相接触传质与传热地表面，其性能优劣是打算填料塔操作性能地主要因素.填料地比表面积越大，气液分布也就越匀称，传质效率也越高，它与塔内件一起打算了填料塔地性质.因此，填料地挑选是填料塔设计地重要环节 .塔填料地挑选包括确定填料地种类、规格及材料.散装填料是一个个具有肯定几何外形和尺

9、寸地颗粒体，一般以随机地方式积累在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料.散装填料依据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等.塑料填料地材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采纳聚丙烯材质. 塑料填料地耐腐蚀性能较好，可耐一般地无机酸、碱和有机溶剂地腐蚀.其耐温性良好，可 长期在 100以下使用 .设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN50 阶梯环填料 .材 外径外径 高厚比表面积间隙率个数积累密度干填料因子填料因子质塑料国内阶梯环特性数据d，d Hat，n，个p，at/ ，3m-1， m-1mmm2/m3m3/m3/m3kg/m3252517.5 1.42280.9

10、08150097.83132403838191132.50.912720057.5175.61205050301.5114.20.927998076.8143.180767637389.950.929342068.4112722. 工艺尺寸运算2.1 基础物性数据2.1.1 液相物性数据对低浓度吸取过程，溶液地物性数据可近似取纯水地物性数据.由手册查地， 20水地有关物性数据如下：密度： 1 =998.2Kgm3粘度： L=1.005mPaS =0.001PaS=3.6Kg（ mh）表面张力： L =72.6dyn cm=940 896Kg h2欢迎下载精品学习资源氨气在水中地扩散系数：DL=

11、1.8010-9 m2/s=1.80 10-9 3600 m2/h=6.48010-6m2/h2.1.2 气相物性地数据混合气体平均摩尔质量：MVM= yiMi=0.070 17+0.930 29=28.16混合气体地平均密度：PM VN欢迎下载精品学习资源 vm=RT=100 28.16 8.314293=1.166Kg m3欢迎下载精品学习资源混合气体地粘度可近似取为空气地粘度，查手册地20空气地粘度： V=1.81 105Pas=0.065Kg （ mh）查手册得氨气在 20空气中扩散系数：Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/s2.1.3 气液相平稳数据欢迎下载精品学习资源

12、20C 下氨在水中地溶解度系数：H0.725kmol /m3 kpa,常压下 20时亨利系欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源数： ELHM S=998.2 0.72518.02=76.40Kpa欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源相平稳常数：mELPHM SP0.725998.218.021000.756欢迎下载精品学习资源2.1.4 物料衡算欢迎下载精品学习资源进塔气相摩尔比：Y1=y11 y1=0.070 （ 1 0.070） =0.075欢迎下载精品学习资源出塔气相摩尔比：Y2=Y1 （ 1） =0.075 （ 10.998） =0.00015进塔惰性气相流量：V=2600 2

13、2.4 273（ 273+20） （1 0.070） =100.6Kmol h该吸取过程属低浓度吸取，平稳关系为直线，最小液气比可按下式运算，即：欢迎下载精品学习资源（ L ） min=Y1 Y 2欢迎下载精品学习资源VY1m X 2对纯溶剂吸取过程，进塔液相组成为X2=0 ，就（ L ） min= （ 0.0750.00015 ） 0.075 0.756 0=0.762V取操作液气比为最小液气比1.8 倍，就欢迎下载精品学习资源L=1.8 0.762=1.354， 因此L=1.372V100.6=138.02Kmol h欢迎下载精品学习资源由全塔物料衡算得：V（ Y1 Y2 ）=L （ X1

14、 X2 ）， 得 X1=100.6 0.075 0.00015 138.02=0.054562.2 填料塔地工艺尺寸地运算2.2.1 塔径地运算欢迎下载精品学习资源混合气体地密度：PMVRT1001038.31528.410 32931.166 Kg/ m3欢迎下载精品学习资源塔径气相质量流量为：V =2600 1.166=3032Kg h液相质量流量可近似按纯水地流量运算，即:L =138.02 18.02=2512 /h塑料阶梯环特性数据据如下用贝恩 霍根关联式运算泛点气速：欢迎下载精品学习资源u2lgFtg2v0.2LL= A KLV1418v L欢迎下载精品学习资源查表得比表面积：at

15、 =114.2m2/m3 ,A=0.204,K=1.75 ， =0.927 ，得：欢迎下载精品学习资源A K14L18v=0.610uF atV u 0.20.245欢迎下载精品学习资源2LVLgL欢迎下载精品学习资源因此运算得：u F = 3.93m/s取 u =uF=1 4.23m/s =3.93m/s欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源由 D=4VSu= （ 42600 3600）（ 3.14 3.93） 0.5=0.484m欢迎下载精品学习资源圆整塔径，取D=0.5m （常用地标准塔径为400、 500、 600、 700、 800、 1000、 1200 、1400、1600、2

16、000 、2200）8泛点率校核 : u=2600 36000.785 0.52=3.68m su3.68 3.93 100 =93.60 （在答应范畴内）u F填料规格校核：D d=500 50=108液体喷淋密度校核：因填料为50mm 25mm 1.5mm, 塔径与填料尺寸之比大于8 ，固取最小润湿速度为（Lw ） min=0.08 m3/m h，查常用散装填料地特性参数表，得at=114.2m2/m3Umin= （ LW ） min at =0.08114.2=9.136m3 m2hU=136.2218.02 998.2（ 0.785 0.52） =12.53Umin经以上校核可知，填料

17、塔直径选用D= 500mm 是合理地 .2.2.2 填料层高度运算欢迎下载精品学习资源查表知， 0C， 100 kpa 下，NH 3 在空气中地扩散系数：Do0.17cm2 / s欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源由 DGD Po T 2， 就 293 k ， 100 kpa 下 ，NH 3 在 空 气 中 地 扩 散 系 数 ：欢迎下载精品学习资源o3PTo欢迎下载精品学习资源DGD03101.3 293 20.191cm2 / s欢迎下载精品学习资源100液相扩散系数：273D L1.8010 9 m2 / s欢迎下载精品学习资源Y1*=mX1=0.756 0.05528=0.042

18、 ，Y2*=mX2=0脱吸因数： S=mV L=0.764 100.6138.02=0.5642气相总传质单元数：欢迎下载精品学习资源NOG1ln 1 S1 SY Y*2212Y Y*S110.5642Ln10.56420.0750 0.00015012.35欢迎下载精品学习资源气相总传单元高度采纳修正地思田关联式运算：欢迎下载精品学习资源aw1exp1.45 c 0.75U L0. 1U Lt 22Ug20.05L0.2 欢迎下载精品学习资源aatLatLLLL at欢迎下载精品学习资源液体质量通量为 UL=138.0218.02 0.785 0.52=12673.2Kg m2h气体质量通量

19、为 Uv=2600 1.166 0.785 0.52=15447.6Kg m2h222气相总传质单元高度采纳修正地恩田关联式运算：欢迎下载精品学习资源aw1exp1.45 c 0 .75U L 0. 1U L at 0.05U L0. 2欢迎下载精品学习资源atL材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡地表面表 面张力 ，75613340567320不同材质地 c值见下表atLLgLL at欢迎下载精品学习资源N/m103查表知，c33dyn / cm222427680kg / h 2欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源aw1exp1.45 c 0 .75U L 0. 1U L at 0.05

20、U L0. 2欢迎下载精品学习资源atLatLLgLL at欢迎下载精品学习资源气膜吸取系数由下式运算：UVkG0.237 0.7 1V3 at DV 0.1497欢迎下载精品学习资源atVV DVRT欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源液膜吸取系数由下式运算：U LkL0.0095awL2 3 1L 2 L DLLg L0.4596欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源查下表得：1.45 ,各类填料地势状系数欢迎下载精品学习资源填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45欢迎下载精品学习资源uu FGa1L9.5 uu F2.6 uuF0.51.4 Ga3.68 4

21、.23 100 =93.60 50 ， 由得a10.52.2 La由由 Z=HOGNOG=0.275812.19=3.36m ， Z=1.4 3.36=4.704m设计取填料层高度：Z=5m，查表，对于阶梯环填料，hD8 15, hmax6m设计填料层高度： h1557.58m .2.2.3 填料层压降运算采纳 Eckert 通用关联图运算填料层压降，横坐标为：LVV 0.5L138.0226001.16618.021.166 0.5998.20.0280已知：1P89m纵坐标为u2pV3.68891 1.166g0.2L0.21.0050.1437L9.81 998.2欢迎下载精品学习资源通

22、用压降关联图查图上图得： P Z=1009.81=981.00Pa m填料层压降为： P=981.005=4.905KPa=4905Pa2.2.4 液体分布器简要设计液体分布器地选型：该吸取塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低.应选用槽式分布器.分布点密度运算：按Eckert 建议值， D=400 时，喷淋点地密度为330 点 m2，D=750 时，喷淋点地密度为 170 点 m2，设计取喷淋密度为280 点 m2.就总布液孔数为： n=0.785 0.52 280=55 ， 实际总布液孔数：54 点，布液运算：欢迎下载精品学习资源由 LSd 2no42g H LS136.22360018.02

23、998.230.0006831m / s欢迎下载精品学习资源取0.60 ，d4 Ls0H160mm ，40.00068310.00302m欢迎下载精品学习资源n2 g H3.14540.629.810.16欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就 d00.00302m ， 因此可知填料塔设计条件如下：填料塔类型聚丙烯阶梯环吸取填料塔欢迎下载精品学习资源混合气体处理量（ m3/h）2600塔径 D （ m）0.5填料层高度 Z（ m）5气相总传质单元高度（m）0.2578气相总传质单元数12.35泛点气速（ m/s）3.68压降（ kpa）4.905操作压力（ kpa）100操作温度（）20填

24、料直径（ mm）25孔隙率 0.90填料比表面积 a/m3223二、工艺运算第 1 章 填料塔地设计数据1 塔体内径 Di =500mm ，塔高近似取H=8000mm.2 运算压力 pc =0.1MPa ，设计温度 t=20 欢迎下载精品学习资源23 设置地区 :基本风压值 q0 =400N/m ，地震设防烈度为欢迎下载精品学习资源8 度，场地土类： I 类，设计地震分组：其次组，设计基本地震加速度为 0.2g.4 填料层开设一个手孔，手孔地公称直径有DN=150mm 和 DN=250mm 两种，安装手孔 DN=250mm5 塔外保温层厚度为s =100mm ，保温材料密度32 =300kg/

25、 m .6 塔体与封头材料选用16MnR ，其t =170 MPa ，欢迎下载精品学习资源=170 MPa,s =345 MPa,E=1.9105MPa.欢迎下载精品学习资源7 群座材料选用Q235-B.8 塔体与群座对接焊接，塔体焊接接头系数1.00 .9 塔体与封头厚度附加量C=2mm.第 2 章 运算塔体和封头厚度欢迎下载精品学习资源2.1 塔体厚度运算pC Di0.15000.13 mm欢迎下载精品学习资源t2pc217010.1欢迎下载精品学习资源由于工程上最小厚度为3mm, 故取3mm欢迎下载精品学习资源考虑厚度附加量 C=2mm ，负偏差 0.8mm，因此d320.85.8mm欢

26、迎下载精品学习资源经圆整，取n6mm .欢迎下载精品学习资源2.2 封头厚度运算欢迎下载精品学习资源封头取标准椭圆形封头d6mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第 3 章 塔设备质量载荷3.1 筒体圆筒、封头、群座质量m01欢迎下载精品学习资源圆筒质量： 封头质量： 群座质量：m175m22m375815.11.5600 （ kg）30.2 （ kg）112.5 （ kg）欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源m01m1m2m360030.2112.5742.7 kg欢迎下载精品学习资源注：（ 1）塔体圆筒总高度为H=8m（ 2）查得 DN500mm ，厚度 6mm 地圆筒质量为75

27、kg/m ；（ 3 ）查得 DN500mm ，厚度6mm 地椭圆形封头质量为15.1kg/m （封头曲面深度850125mm ，直边高度 50mm）；（ 4）群座高度 1500mm，（厚度按 6mm 计） .欢迎下载精品学习资源3.2 塔段内件质量m02欢迎下载精品学习资源填料封层高度 5.0m 由设计温度可知，填料挑选金属半环填料欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2m02 =D i497.85.050.50.50.7850.525.0597.896 （ kg）欢迎下载精品学习资源（查得金属半环填料密度为97.8kg/ m3 ）欢迎下载精品学习资源3.3 保温层质量m03欢迎下载精品学习

28、资源欢迎下载精品学习资源m03 =Di22422 n22Di2 nH22m03欢迎下载精品学习资源= 0.7850.520.00620.030.520.00630300欢迎下载精品学习资源+20.3300302.5 kg欢迎下载精品学习资源其中，m03 为封头保温层质量， kg欢迎下载精品学习资源3.4 平台、扶梯质量m04欢迎下载精品学习资源m04 =Di422 n2BDi22 1nn q0qFH F222欢迎下载精品学习资源=0.7850.520.00620.90.520.0060.51 150408欢迎下载精品学习资源=619.3kg欢迎下载精品学习资源注：手册查得平台质量：q150 k

29、g/ m2 ；笼式扶梯质量q40 kg/m ；笼式扶梯总欢迎下载精品学习资源0F高： H F=8m；平台数量： n=1.欢迎下载精品学习资源3.5 操作时物料质量mD2 h N h欢迎下载精品学习资源05iw401f1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源=0 0.7850.520.1 15998.20.016998.21015kg欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源注：物料密度1 =998.2kg/m3 ；封头容积 V0.016m3；填料层高度 h05m ；填料塔欢迎下载精品学习资源f板层数 N=1 ；塔板上液层高度hw =0.1m.欢迎下载精品学习资源3.6 附件质量 ma欢迎下载精

30、品学习资源按体会取附件质量为ma =0.25 m01 =10897kg欢迎下载精品学习资源3.7 充水质量 mw欢迎下载精品学习资源2mwDi Hw42V fw0.7850.528100020.01610001602kg欢迎下载精品学习资源3.8 质量汇总全塔操作质量 /kgm0m01m02m03m04m05mame2961.2欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源全塔最小质量 /kgmminm010.2m02m03m04mame1869.4欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源水压试验时最大质量/kgmmaxm01m02m03m04m05mamwme4563.2欢迎下载精品学习资源第 4

31、 章 风载荷与风弯矩运算64.1 以 1 2 段为例运算风载荷P2欢迎下载精品学习资源P2 = K1K 12 q0f 2l2 De210（ N）欢迎下载精品学习资源式中K 1 - 体型系数，对圆筒形容器，K 1 =0.72q 0 -10m 高处基本风压值，q0 =400N/ mf 2风压高度变化系数，查表得欢迎下载精品学习资源： f 2 =1.00l 2运算段长度，l 2 =4500mm欢迎下载精品学习资源2 - 脉动影响系数，查得2 =0.72T1塔地基本自振周期，对等直径、等厚度圆截面塔：欢迎下载精品学习资源3T1 =90.33Hm0 H310=欢迎下载精品学习资源E90.33e Di80

32、002961.2530000310 30.29s欢迎下载精品学习资源=0.29s1.9106500欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源- 脉 动 增 大 系 数 ， 根 据 自 振 周 期=1.35T1 ， 查 得 ：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源z 2振型系数，查得K12风振系数z3 =0.69欢迎下载精品学习资源K12 =1+v2 12f 2=1+3.60.721.000.16=1.41欢迎下载精品学习资源De2 - 塔有效直径 .设笼式扶梯与塔顶管线成90 ， 取以下 a， b 式中较大者欢迎下载精品学习资源a. De2 = Doi2e2K 3K 4图 2b. De2 =

33、Doi2e3doK 42psK 3 =400mm ， do400mm ，e 2p 2100mmK 42Al3a. De2 = 512b. De3 = 5122190045002 * 1001000400mm4004001512 mm2004004002001712 mm取 De3 =1712mmP20.71.74001.0045001712 10 63667.1mm N4.2 各运算段风载荷汇总运算段l immq0N / m 2K1viziK2ifiH im平台数K4DeimmPiN115004000.70.720.051.351.71.01.50011127940245004000.70.7

34、20.691.351.71.0614001712366.1330004000.70.721.001.351.71.08.5140017122444.7欢迎下载精品学习资源第 5 章 风弯矩运算截面 0-0欢迎下载精品学习资源00l1M wP12l 2P2 l 12P5 l1l5l 2l 3l 42欢迎下载精品学习资源794=150023667.115004500 22444.7150045003000 2欢迎下载精品学习资源截面 1-13.27107 N / mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源M2w1 1 = P l 22l3P3 l 22P5 l 2l 5l 3l 42欢迎下载精品学习资源=3667.1+64615450022444.7450030002欢迎下载精品学习资源=2.29截面 2-2107 N / mm欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2M2l 3wP32P4 l 3l 4l5P5l 3l 4223000欢迎下载精品学习资源=3.67=2444.72106 N / mm欢迎下载精品学习资源第 6 章 地震弯矩运算地震弯矩运算时，为了便于分析、运算