化工機(jī)械基礎(chǔ)填料塔設(shè)計(jì)

1、前 言氣體吸收時(shí)氣體混合物中一種或多種組分（溶質(zhì)）溶解于液體（吸收劑）的一種分離操作。 由于填料塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、加工容易，可用耐腐蝕材料制作，吸收效果好，裝置靈活等優(yōu)點(diǎn)，所以在化工、環(huán)保等工業(yè)吸收操作中應(yīng)用較普遍。由于近年來(lái)性能優(yōu)良的新型散裝和規(guī)整填料的開(kāi)發(fā)，塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)和設(shè)備的改進(jìn)，促使填料塔的應(yīng)用更加廣泛。填料塔的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要包括塔體、塔填料和塔內(nèi)件三大部分，本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)給定的一些塔的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步計(jì)算塔的結(jié)構(gòu)尺寸，以及承受的各項(xiàng)指標(biāo)等等，并通過(guò)計(jì)算和選擇，選出合適的塔的輔助構(gòu)件，設(shè)計(jì)出一個(gè)合適的填料塔。 在石油、化工及輕工等行業(yè)中所設(shè)計(jì)到的均相流體分離過(guò)程，多采用吸收或徑流

2、的方法進(jìn)行。所采用的設(shè)備稱(chēng)為氣液傳質(zhì)設(shè)備，也稱(chēng)塔設(shè)備。作為塔設(shè)備，首先從結(jié)構(gòu)上應(yīng)能使氣液兩相在塔內(nèi)充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。按照塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)形式，塔設(shè)備可分為兩大類(lèi)板式塔和填料塔。填料塔中裝有一定高度的填料層，液體在填料表面行程液膜向下流動(dòng)，氣體自下而上與液體呈連續(xù)變化。由于填料塔的特定結(jié)構(gòu)和由之決定的氣液兩相膜式接觸傳質(zhì)，使之具有以下特點(diǎn)。1.生產(chǎn)能力大。2.壓降低。3.分離效率較高。4.持液量小。5.操作液氣比和彈性較大。填料塔由塔體和內(nèi)件構(gòu)成。塔體一般多為圓筒型，少數(shù)亦可方型。塔內(nèi)件中核心組成部分是塔填料，分散堆型和規(guī)整型。此外，為固定填料層，設(shè)有填料支撐板和填料壓板；為使液體均勻分

3、布，在填料層頂部設(shè)有液體初始分布器，為減少液體的壁流現(xiàn)象，常將填料層分段放置，在兩段填料層之間這有液體收集再分布器，在液體初始分布器上方裝有除霧沫器；對(duì)大直徑填料塔，氣體入填料層前需經(jīng)氣 填料是填料塔中的傳質(zhì)元件，它可以有不同的分類(lèi)。填料的類(lèi)型有兩大類(lèi)：拉西環(huán)矩鞍填料；鮑爾環(huán)；鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的壁面上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形小窗。波紋填料有絲網(wǎng)形和孔板形兩大類(lèi)。 對(duì)填料的基本要求有：傳質(zhì)效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤(rùn)濕。只有潤(rùn)濕的表面才是氣液接觸表面。生產(chǎn)能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經(jīng)久耐用具有良好的耐

4、腐蝕性，較高的機(jī)械強(qiáng)度和必要的耐熱性。取材容易，價(jià)格便宜。填料的種類(lèi)很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。 散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱(chēng)為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料。其中有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍環(huán)、矩鞍環(huán)、金屬環(huán)矩鞍環(huán)、球形填料等。 第1章 填料塔的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)塔體內(nèi)徑=3400mm，塔高近似取H=30000mm。計(jì)算壓力=1.1MPa，設(shè)計(jì)溫度t=200設(shè)置地區(qū):基本風(fēng)壓值=600N/，地震設(shè)防烈度為 8度，場(chǎng)地土類(lèi)：I類(lèi)，設(shè)

5、計(jì)地震分組：第二組，設(shè)計(jì)基本 地震加速度為0.2g。塔內(nèi)設(shè)有四個(gè)填料層，并選取合適的填料，介 質(zhì)密度為=700kg/,液體的質(zhì)量流量=10000 Kg/h沿塔每個(gè)填料層開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔，人孔數(shù)為4 個(gè)，相應(yīng)在人孔處安裝半圓形平臺(tái)4個(gè)，平臺(tái)寬度為 B=900mm，高度為1000mm。塔外保溫層厚度為=100mm，保溫材料密度 =300kg/。塔體與群座間懸掛一臺(tái)再沸器，其操作質(zhì)量為 =4000kg，偏心距e=2000mm。塔體與封頭材料選用16MnR，其=170 MPa， =170 MPa,=345 MPa,E=1.9 MPa。群座材料選用Q238-B。塔體與群座對(duì)接焊接，塔體焊接接頭系數(shù) 。塔體與

6、封頭厚度附加量C=2mm。第2章 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度2.1塔體厚度計(jì)算 (mm) 考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整，取。 2.2 封頭厚度計(jì)算 考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整，取，但由于DN3400mm的橢圓形封頭厚度沒(méi)有14mm，最低只有20mm，所以選擇20mm。第3章 塔設(shè)備質(zhì)量載荷 3.1 筒體圓筒、封頭、群座質(zhì)量 圓筒質(zhì)量： （kg） 封頭質(zhì)量： （kg） 群座質(zhì)量： （kg） (kg) 注：（1）塔體圓筒總高度為： （2）查得DN3400mm，厚度14mm的圓筒質(zhì)量為1177kg/m； （3）查得DN3400mm，厚度20mm的橢圓形封頭質(zhì)量為2080kg/m（封頭曲面

7、深度850mm，直邊高度50mm）； （4）群座高度3060mm，（厚度按16mm計(jì)）。 3.2 塔段內(nèi)件質(zhì)量 填料封層高度5.0m由設(shè)計(jì)溫度可知，填料選擇金屬半環(huán)填料=（kg）（查得金屬半環(huán)填料密度為380kg/）3.3 保溫層質(zhì)量= = +(kg) 其中，為封頭保溫層質(zhì)量，kg 3.4 平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 =n =0.785 =4829(kg) 注：手冊(cè)查得平臺(tái)質(zhì)量：kg/；籠式扶梯質(zhì)量kg/m；籠式扶梯總高：=29m；平臺(tái)數(shù)量：n=4。3.5 操作時(shí)物料質(zhì)量 =0.785=41398(kg) 注：物料密度=700kg/；封頭容積；填料層高度5.5m；填料塔板層數(shù)N=4；塔板上液層高度=0.1

8、m。 3.6 附件質(zhì)量 按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為 =0.25=10897(kg) 3.7 充水質(zhì)量 (kg) 3.8 質(zhì)量匯總?cè)僮髻|(zhì)量/kg全塔最小質(zhì)量/kg水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量/kg第4章 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算4.1 以23段為例計(jì)算風(fēng)載荷 = （N） 式中 -體型系數(shù)，對(duì)圓筒形容器，=0.7 -10m高處基本風(fēng)壓值， =600N/-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表得：=1.00 -計(jì)算段長(zhǎng)度，=7000mm -脈動(dòng)影響系數(shù)，查得=0.72 -塔的基本自振周期，對(duì)等直徑、等厚度圓截面塔：=90.33H=90.33=2.01(s) -脈動(dòng)增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，查得：=2.6 -振型系數(shù)，查得=0.16 -風(fēng)

9、振系數(shù)=1+=1+=1.41 -塔有效直徑。設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成，取以下a，b式中較大者 a. = 圖 2 b. = =400mm， a. = b. = 取=4489mm(N)4.2各計(jì)算段風(fēng)載荷匯總計(jì)算段平臺(tái)數(shù)110006000.70.720.0062.61.0170.6410040321102220006000.70.720.022.61.0520.723004032256537000600 0.70.720.162.61.4161.001012574489186874100006000.70.790.462.61.7551.252012574489413605100006000.70.

10、831.002.62.5191.42302360430164615第5章 風(fēng)彎矩計(jì)算截面0-0 =1102+2565+18687+ 41360+64615（1000+2000+7000 +10000+5000） = 2.36截面1-1 = =2565 +64615 =2.23截面2-2 =17240 =1.98第6章 地震彎矩計(jì)算地震彎矩計(jì)算時(shí)，為了便于分析、計(jì)算，可化簡(jiǎn)圖。圖 3取第一振型脈動(dòng)增大系數(shù)為則衰減指數(shù)塔得總高度H=30m全塔操作質(zhì)量重力加速度地震影響系數(shù)查得（設(shè)防烈度8級(jí)）查得計(jì)算截面距地面高度h：0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm地震彎矩

11、計(jì)算可用以下方法：截面0-0 = =1.25截面1-1=截面2-2= 第7章 偏心彎矩計(jì)算 第8章 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 8.1 計(jì)算壓力引起得軸向拉應(yīng)力 其中、 8.2 操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力 截面0-0 令群座厚度為16mm；有效厚度； 截面1-1 其中，；為人孔截面得截面積，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得道=截面2-2其中 ； A。8.3 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力其中，+截面1-1其中， 人孔截面得抗彎截面系數(shù)，查得相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：截面2-2 其中， 第9章 塔體和群座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核9.1塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核截面2-2塔體得最大軸向拉應(yīng)力發(fā)生在正常操作時(shí)得2-2截面上。其中； ；K=1.2

12、；。 ， 滿足要求。9.2塔體與群座的穩(wěn)定校核截面2-2塔體2-2截面上得最大組合軸向應(yīng)力滿足要求。其中，查得（16，200）B=100MPa，K=1.2。截面1-1塔體1-1截面上得最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求。其中， A=查得Q235-B，400 B=96，K=1.2截面0-0塔體0-0截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求。其中，B=96MPa，；K=1.29.3 各危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總項(xiàng)目計(jì)算危險(xiǎn)截面0-01-12-2塔體與群座有效厚度141414截面以上得操作質(zhì)量 191704193747181847計(jì)算截面面積 A=149464計(jì)算截面得抗彎截面系數(shù)Z=127最大彎矩 最大允許軸向

13、拉應(yīng)力204最大允許軸向壓應(yīng)力/MPa115.2115.2111135.6135.6204計(jì)算壓力引起得軸向拉應(yīng)力/MPa0078操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力12.5816.1411.70最大彎矩引起的軸向應(yīng)力17.1735.2418.29最大組合軸向拉應(yīng)力85.29最大組合軸向壓應(yīng)力29.7551.3885.29強(qiáng)度校核滿足要求穩(wěn)定性校核滿足要求滿足要求mi滿足要求第10章 塔體的水壓試驗(yàn)10.1水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力 1.試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 液柱靜壓力=2.試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力3. 最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力4. 彎矩引起的軸向應(yīng)力10.2 水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核1. 筒體

14、環(huán)向應(yīng)力校核滿足要求。2. 最大組合軸向拉應(yīng)力校核 滿足要求。3. 最大組合軸向壓應(yīng)力校核 ；滿足要求。 第11章 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)11.1 基礎(chǔ)環(huán)尺寸 取11.2基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核其中， +取以上較大者。選用75號(hào)混凝土，由表查得其許用應(yīng)力：。，滿足要求。11.3基礎(chǔ)環(huán)的厚度假設(shè)螺栓直徑為M42，由表查得l=160mm，當(dāng)b/l=138/160=0.86時(shí)，由表查得取其中較大值，故按有筋板時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)厚度：圓整后取第12章 地腳螺栓計(jì)算12.1地腳螺栓的最大拉應(yīng)力注： =1.48() =0.54取以上最大值，2.2地腳螺栓根徑，選取地腳螺栓個(gè)數(shù)n=36；= 147MPa；。注： 由表查得M42得根徑

15、，故選用36個(gè)M42得地腳螺栓，滿足要求。第13章 填料塔輔助構(gòu)件填料塔在傳質(zhì)形式上是一種連續(xù)氣液式傳質(zhì)設(shè)備。輔助構(gòu)件由噴淋裝置、填料、分布器、再分布器、支撐板、填料壓板等部件組成。13.1 噴淋裝置噴琳裝置一般有噴灑型、溢流型、沖擊型等。本設(shè)計(jì)采用的是沖擊型。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的塔直徑為3400mm，不適宜采用噴灑和溢流型。 沖擊型：反射板式噴灑型是利用液流沖擊反射板得反射飛散作用而分布液體（如圖所示）。反射板中央鉆有小孔以噴淋填料的中央部分。13.2 填料的選擇填料的選擇應(yīng)具有較大的比表面積，較高的空隙率，結(jié)構(gòu)要敞開(kāi)，死角空隙小，液體的再分布性能好，填料的類(lèi)型、尺寸、材質(zhì)選擇適當(dāng)。本設(shè)計(jì)采用的是顆粒

16、型填料鮑爾環(huán)填料。因?yàn)樗捷^大，填料的尺寸選在50mm，材質(zhì)為塑料，個(gè)數(shù)， 比表面積，空隙率，堆積密度干填料因子，填料因子13.3 液體分布器 1.液體分布器的選擇 液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內(nèi)氣液均勻分布得先決條件。也是填料塔達(dá)到分離效果的保證。本設(shè)計(jì)考慮到是大直徑塔，故采用管式液體分布器。如圖所示。它是由進(jìn)液管，液位管，和液體分布管組成。 2.分布器的送液能力計(jì)算：溢流型液體分布器的送液能力用下式計(jì)算 注：液體流量，； n孔數(shù)； H孔口或溢流管口以上，堰口下緣以上液層高度，m； 孔流系數(shù)。=0.6； b溢流周邊長(zhǎng)或堰口寬度，m； g重力加速度，。13.4 液體再分布器當(dāng)液體流經(jīng)填

17、料層時(shí)，液體有流向器壁造成“壁流”的傾向，使液體分布不均勻，降低填料塔的效率。采用液體再分布器，以便在整個(gè)高度內(nèi)的填料都得到均勻噴淋。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮：（1）再分布器的自由面積不能過(guò)小，約等于填料的自由截面積，否則將會(huì)過(guò)大地增加阻力。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，能承受氣、液流體得沖擊。（3）方便拆裝。 本設(shè)計(jì)采用的是壁流收集再分布器。這樣可以使將沿塔壁留下的液體用再分配堆導(dǎo)出至塔的中心，圓錐小端直徑通常為塔徑的倍。13.5 支撐板 填料塔中，最常用的支撐板是柵板。如下圖所示。對(duì)于大直徑塔，可將柵板分成多塊，注意使每塊柵板能夠從人空處放進(jìn)或放出13.6 填料壓板當(dāng)塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，塔內(nèi)填料

18、將發(fā)生浮動(dòng)或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損毀填料，一般在填料層頂設(shè)壓板或者床層限制板。13.7 氣體的進(jìn)出口裝置與排液裝置填料塔的氣體出口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均與分布?？稍跉怏w出口處安裝一除沫擋板,或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管速可取10-20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管速可?。ū匾獣r(shí)可加大）。管徑依所選氣速?zèng)Q定后，按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整，規(guī)定其厚度。結(jié) 束 語(yǔ)本設(shè)計(jì)主要是在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)查找相關(guān)資料和文獻(xiàn)，結(jié)合已經(jīng)學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)任務(wù)。填料塔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在計(jì)算中需要細(xì)心的推導(dǎo)和計(jì)算，因?yàn)槭窃O(shè)備，要注意設(shè)計(jì)的條件，不同的地點(diǎn)，不同的條件設(shè)計(jì)的也不一樣。在相關(guān)文獻(xiàn)資料中對(duì)參數(shù)的選擇尤為明顯，要注重塔的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)過(guò)程中要按已有的條件計(jì)算壓力、載荷、軸向應(yīng)力、彎矩等等。在計(jì)算完后要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)可靠性，和國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相參照，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)過(guò)程中，都根據(jù)實(shí)際情況作出且體的分析。致 謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力下，大學(xué)