填料塔设计—机械设计
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塔设备设计说明书概述塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。
在满足工艺要求的条件下,考虑设备的固定投资费用和操作费用,进行进一步模拟计算、设计和选型。
设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。
工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计;基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计;机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等,同时对塔的机械性能做了校核。
我们完成了对全厂2 座塔设备的工艺参数设计、基本参数设计和机械设计,并选取其中最有代表性的二氧化碳吸收塔给出了详细的计算和选型说明。
详细的设备装配图见工艺设计施工图。
烟道气吸收塔设计说明书第1 部分概要烟道气吸收塔是吸收的关键设备之一,其作用是贫液吸收烟道气中的二氧化碳,从而达到使二氧化碳从烟道气中分离的目的。
塔的吸收能力直接影响到二氧化碳的回收率。
吸收塔的设计应符合一下塔设备的基本要求:1生产能力大,即气液处理量大;2分离效率高,即气液相能充分接触;3 适应能力及操作弹性大,即对各种物料性质的适应性强并且在负荷波动时能维持操作稳定,保持较高的分离效率;4流体流动阻力小,即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压降小;5 结构简单可靠,材料耗用量少,制造安装容易,以降低设备投资;设计说明书包括工艺参数设计、基本结构设计和机械工程设计三部分。
工艺参数设计对该塔的生产能力、吸收效果、物料和能量等操作参数作了设计;基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计、塔板负荷性能校核等内容的设计;机械工程设计部分设计内容为塔设备的材质壁厚、封头、开口和支座地基等,同时对塔的机械性能做了校核。
第2 部分工艺参数设计2.1 生产能力项目年产十万吨二氧化碳,根据物料横算,气体进料量为7119.88kg/h ,液体进料量为294619kg/h ,塔顶物流量为54990.8kg/h ,塔底物流量为309748Kg/h 。
现代填料塔应用指南1. 引言填料塔是化工、石油、环保等行业广泛使用的重要设备,在传质、分离、吸收、浓缩等方面发挥着关键作用。
随着技术的发展,现代填料塔在设计、材料、结构和操作方面都有了新的进步和创新。
本指南旨在为工程技术人员提供现代填料塔的应用指导。
2. 填料塔的选型2.1 填料塔类型常见的填料塔类型包括塔釜式、喷淋式、浆液循环式等。
根据工艺要求选择合适的塔型。
2.2 填料类型主要有规整填料和非规整填料两大类,规整填料有金属规整填料、塑料规整填料等。
3. 填料塔的设计3.1 流程设计确定工艺参数、物料平衡、操作条件等。
3.2 水力设计计算液气流量、压降、浸没度等。
3.3 机械设计确定填料塔尺寸、材质、附件等。
4. 填料塔的制造4.1 材料选择根据介质性质、温度、压力等条件选择合适的材料。
4.2 制造工艺采用焊接、铸造等工艺,确保填料塔质量。
5. 填料塔的安装和运行5.1 安装要求合理布置管线、设备,满足操作和维护要求。
5.2 运行管理制定操作规程,监测关键参数,优化运行效率。
6. 填料塔的检修和维护6.1 检修计划制定填料塔的检修计划和检修方法。
6.2 常见故障及处理分析常见故障原因,采取有效的维修措施。
7. 填料塔的节能与环保7.1 节能措施优化工艺流程,提高能源利用效率。
7.2 环保要求控制三废排放,减少环境污染。
8. 填料塔的发展趋势8.1 新型填料材料开发新型高效填料材料,提升传质效率。
8.2 智能化控制应用自动化控制和优化技术,提高运行稳定性。
《化工设备设计基础》课程设计计算说明书学生姓名:学号:所在学院:专业:设计题目:指导教师:2006 年月日目录一.设计任务书 (2)二.设计参数与结构简图 (4)三.设备的总体设计及结构设计 (5)四.强度计算 (7)五.设计小结 (13)六.参考文献 (14)一、设计任务书1、设计题目根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔(板式塔)设计。
各个同学按照自己的工艺参数确定设计题目:填料塔(板式塔)DNXXX设计。
设计题目:例:精馏塔(DN1800)设计2、设计任务书2.1设备的总体设计与结构设计(1)根据《化工原理》课程设计,确定塔设备的型式(填料塔、板式塔);(2)根据化工工艺计算,确定塔板数目(或填料高度);(3)根据介质的不同,拟定管口方位;(4)结构设计,确定材料。
2.2设备的机械强度设计计算(1)确定塔体、封头的强度计算。
(2)各种开孔接管结构的设计,开孔补强的验算。
(3)设备法兰的型式及尺寸选用;管法兰的选型。
(4)裙式支座的设计验算。
(5)水压试验应力校核。
2.3完成塔设备装配图(1)完成塔设备的装配图设计,包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
(2)编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3、原始资料3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。
3.2参考资料:[1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京:化学工业出版社,2003.[2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S].[3] GB150-1998.钢制压力容器[S].[4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M].北京:化学工业出版社,2002.[5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S].4、文献查阅要求设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。
5、设计成果1、提交设计说明书一份。
2、提交塔设备(填料塔、板式塔)装配图一张(A1)。
二. 设计参数与结构简图1、设计参数本课程设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得。
填料塔的设计本章符号说明英文字母a——填料的有效比表面积,m2/m3a t——填料的总比表面积,m2/m3a W——填料的润湿比表面积,m2/m3A T——塔截面积,m2;C——计算u max时的负荷系数,m/s;C s——气相负荷因子,m/s;d——填料直径,m;D——塔径,m;DL——液体扩散系数,m2/s;Dv——气体扩散系数,m2/s ;ev——液沫夹带量,kg(液)/kg(气);E——液流收缩系数,无因次;E T——总板效率,无因次;g——重力加速度,9.81 m/s2;h——填料层分段高度,m;HETP关联式常数;h max——允许的最大填料层高度,m;H B——塔底空间高度,m;H D——塔顶空间高度,m;H oG——气相总传质单元高度,m;H1——封头高度,m;H2——裙座高度,m;HETP——等板高度,m;k G——气膜吸收系数,kmol/(m2·s·kPa);k L——液膜吸收系数,m/s;K G——气相总吸收系数,kmol/(m2·s·kPa);l W——堰长,m;L b——液体体积流量,m3/h;L S——液体体积流量,m3/s;L W——润湿速率,m3/(m·s);m——相平衡常数,无因次;n——筛孔数目;N OG——气相总传质单元数;P——操作压力,Pa;△P——压力降,Pa;u——空塔气速,m/s;u F——泛点气速,m/su0.min——漏液点气速,m/s;u′0——液体通过降液管底隙的速度,m/s;U——液体喷淋密度,m3/(m2·h)U L——液体质量通量,kg/(m2·h)U min——最小液体喷淋密度,m3/(m2·h)U v——气体质量通量,kg/(m2·h)V h——气体体积流量,m3/h;V S——气体体积流量,kg/s;w L——液体质量流量,kg/s;w V——气体质量流量,kg/s;x——液相摩尔分数;X——液相摩尔比Zy——气相摩尔分数;Y——气相摩尔比;Z——板式塔的有效高度,m;填料层高度,m。
第一章绪论1.1塔设备概述塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。
在上述各工业生产过程中,常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分(称为组分)分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料,如石油的分离、粗酒精的提纯等。
这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程,有时还伴有传热和化学反应过程。
传质过程是化学工程中一个重要的基本过程,通常采用蒸馏、吸收、萃取。
以及吸附、离子交换、干燥等方法。
相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。
在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同,但从传质的必要条件看,都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触,同时为提高传质效果,必须使物料的接触尽可能的密切,接触面积尽可能大。
为此常在塔内设置各种结构形式的内件,以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。
根据塔内的内件的不同,可将塔设备分为填料塔和板式塔。
在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层,使两相密切接触,进行传质。
两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
不论是填料塔还是板式塔,从设备设计角度看,其基本结构可以概括为:(1)塔体,包括圆筒、端盖和联接法兰等;(2)内件,指塔盘或填料及其支承装置;(3)支座,一般为裙式支座;(4)附件,包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置,以及塔外的扶梯、平台、保温层等。
塔体是塔设备的外壳。
常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。
随着装置的大型化,为了节省材料,也有用不等直径、不等壁厚的塔体。
塔体除应满足工艺条件下的强度要求外,还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度,以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。
另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。
支座是塔体的支承并与基础连接的部分,一般采用裙座。
其高度视附属设备(如再沸器、泵等)及管道布置而定。
它承受各种情况下的全塔重量,以及风力、地震等载荷,因此,应有足够的强度和刚度。
化工设备之填料塔首先,选择合适的填料是非常重要的。
填料的选择应根据反应物性质、反应条件、以及产物分离要求等因素综合考虑。
填料的表面积越大,对气液间传质速度越快,因此填料材料的选择应以增大界面传质作用并提高传质速度为目标。
其次,填料塔的设计应该具备良好的传质和传热性能,保证反应的高效进行。
为了达到这一目的,填料塔通常采用多层填料结构,以增大气液接触面积,并通过设置冷却与加热设备,以保持较大的温差,提高传热效率。
另外,填料塔的操作应该严格按照操作规程进行,操作人员要经过专门的培训,熟悉填料塔的操作流程和事故处理方法,以确保生产过程的安全性。
最后,填料塔的维护和保养也是非常重要的。
定期对填料塔内部进行清洗和维护,检查填料的磨损情况,及时更换老化的填料,以确保填料塔的正常运行。
总之,填料塔的设计、选择填料、操作和维护都是非常重要的,必须严格按照相关规定和要求进行。
只有这样,才能保证填料塔的正常运行,确保生产过程的稳定和产品质量的可靠。
填料塔是化工设备的重要组成部分,主要用于进行气液或液液的接触与反应、物料分离、物质传递等工艺操作。
为了保证填料塔的正常工作,需要特别注意以下几个方面。
首先,填料选型是填料塔设计的关键环节。
填料的种类、形状、密度、比表面积等特性直接影响着填料塔的传质传热效率。
因此,在填料选型过程中,需要充分考虑填料与气体或液体的接触方式、传递速度、传质效率等因素。
另外,填料的物理和化学性质也要符合所需的反应条件,以避免对反应过程产生不利影响。
同时,在填料选型过程中还要考虑填料的耐腐蚀性和耐磨性,以确保填料的使用寿命和稳定性。
其次,填料塔的结构设计以及气液分布方式也是填料塔设计中必须重视的方面。
在设计填料塔时,需要考虑填料的密度、堆积方式、气体液体的分布方式、流态特性等多方面因素,以保证填料的均匀与充分分布,从而实现较高的传质传热效率。
特别需要关注气液入口的设计和布置,以确保气液在填料层内的均匀分布和高效接触。
南京工程学院
毕业设计开题报告
课题名称:甲醇-水分离过程填料精馏塔设计学生姓名:学号:
指导教师:
所在院(系)部:
专业名称:
年月日
说明
1.根据南京工程学院《毕业设计(论文)工作管理规定》,学生必须撰写《毕业设计(论文)开题报告》,由指导教师签署意见、教研室审查,系教学主任批准后实施。
2.开题报告是毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
学生应当在毕业设计(论文)工作前期内完成,开题报告不合格者不得参加答辩。
3.毕业设计开题报告各项内容要实事求是,逐条认真填写。
其中的文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。
第一次出现缩写词,须注出全称。
4.本报告中,由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述,应不少于2000字,没有经过整理归纳,缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。
5.开题报告检查原则上在第2~4周完成,各系完成毕业设计开题检查后,应写一份开题情况总结报告。
毕业设计(论文)开题报告。
填料塔的结构及其工作原理填料塔的作用是起到吸收作用,是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一;以下讲一下填料塔的结构特点:填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备;填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上;填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动;液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下;气体从塔底送入,经气体分布装置小直径塔一般不设气体分布装置分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质;填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相;当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流;壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降;因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置;液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上;填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点;填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等;填料的分类填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料;1.散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料;散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等;现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料1拉西环填料于1914年由拉西F. Rashching发明,为外径与高度相等的圆环;拉西环填料的气液分布较差,传质效率低,阻力大,通量小,目前工业上已较少应用;2鲍尔环填料是对拉西环的改进,在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶,诸舌叶的侧边在环中心相搭;鲍尔环由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率,气流阻力小,液体分布均匀;与拉西环相比,鲍尔环的气体通量可增加50%以上,传质效率提高30%左右;鲍尔环是一种应用较广的填料;3阶梯环填料是对鲍尔环的改进,与鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边;由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力;锥形翻边不仅增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高;阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种;4弧鞍填料属鞍形填料的一种,其形状如同马鞍,一般采用瓷质材料制成;弧鞍填料的特点是表面全部敞开,不分内外,液体在表面两侧均匀流动,表面利用率高,流道呈弧形,流动阻力小;其缺点是易发生套叠,致使一部分填料表面被重合,使传质效率降低;弧鞍填料强度较差,容破碎,工业生产中应用不多;5矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面,且两面大小不等,即成为矩鞍填料;矩鞍填料堆积时不会套叠,液体分布较均匀;矩鞍填料一般采用瓷质材料制成,其性能优于拉西环;目前,国内绝大多数应用瓷拉西环的场合,均已被瓷矩鞍填料所取代;6金属环矩鞍填料环矩鞍填料国外称为Intalox是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料,该填料一般以金属材质制成,故又称为金属环矩鞍填料;环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体,其综合性能优于鲍尔环和阶梯环,在散装填料中应用较多;7球形填料一般采用塑料注塑而成,其结构有多种;球形填料的特点是球体为空心,可以允许气体、液体从其内部通过;由于球体结构的对称性,填料装填密度均匀,不易产生空穴和架桥,所以气液分散性能好;球形填料一般只适用于某些特定的场合,工程上应用较少;除上述几种较典型的散装填料外,近年来不断有构型独特的新型填料开发出来,如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等;工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册;2.规整填料规整填料是按一定的几何构形排列,整齐堆砌的填料;规整填料种类很多,根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等;1格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的,具有多种结构形式;工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料;目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等,其中以格里奇格栅填料最具代表性;格栅填料的比表面积较低,主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合;2波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料,它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料,波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种,组装时相邻两波纹板反向靠叠;各盘填料垂直装于塔内,相邻的两盘填料间交错90°排列;波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类,其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分;金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式,它是由金属丝网制成的;金属丝网波纹填料的压降低,分离效率很高,特别适用于精密精馏及真空精馏装置,为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段;尽管其造价高,但因其性能优良仍得到了广泛的应用;金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式;该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm 左右的小孔,可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用;波纹板片上轧成细小沟纹,可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用;金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合;金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料;它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔,而是刺孔,用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4~0.5mm小刺孔;其分离能力类似于网波纹填料,但抗堵能力比网波纹填料强,并且价格便宜,应用较为广泛;波纹填料的优点是结构紧凑,阻力小,传质效率高,处理能力大,比表面积大常用的有125、150、250、350、500、700等几种;波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清理困难,造价高;3脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体,按一定方式拼装而成的一种规整填料;脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动;在缩颈段,气速最高,湍动剧烈,从而强化传质;在扩大段,气速减到最小,实现两相的分离;流道收缩、扩大的交替重复,实现了“脉冲”传质过程;脉冲填料的特点是处理量大,压降小,是真空精馏的理想填料;因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别适用于大塔径的场合;。
前言在炼油、石油化工、精细化工、食物、医药及环保等部门,塔设备属于利用量大应用面广的重要单元设备。
塔设备普遍用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。
因此塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。
在化学工业中,常常需要将气体混合物中的各个组分加以分离,其要紧目的是回收气体混合物中的有效物质,以制取产品,或除去工艺气体中的有害成份,使气体净化,以便进一步加工处置,或除去工业放空尾气中的有害成份,以避免污染空气。
吸收操作是气体混合物分离方式之一,它是依照混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
塔设备按其结构形式大体上可分为两类;板式塔和填料塔。
以前在工业生产中,当处置量大时多用板式塔,处置量小时采纳填料塔。
最近几年来由于填料塔结构的改良,新型的、高负荷填料的开发,既提高了塔的通过能力和分离效能又维持了压降小、性能稳固等特点。
因此,填料塔已经被推行到大型气、液操作中,在某些场合还代替了传统的板式塔。
现在,直径几米乃至几十米的大型填料塔在工业上已非罕有。
随着对填料塔的研究和开发,性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。
综合考察各分离吸收设备中以填料塔为代表,填料塔技术用于各类工业物系的分离,尽管设计的重点在塔体及塔内件等核心部份,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改良。
例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上能够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、提高产量的双重成效,在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两头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离,取得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术成效。
进程的优缺点:分离技术确实是指在没有化学反映的情形下分离出混合物中特定组分的操作。
这种操作包括蒸馏,吸收,解吸,萃取,结晶,吸附,过滤,蒸发,干燥,离子互换和膜分离等。
一设计任务书(一)设计题目过程填料吸收塔的设计:试设计一座填料吸收塔,用于脱除焙烧水吸收SO2炉送出的混合气体(先冷却)中的SO2,其余为惰性组分,采用清水进行吸收。
混合气体的处理量m3/h 1800含量(体积分数)5%混合气体SO2的回收率不低于97%SO2(二)操作条件(1)操作压力常压混合气体的温度23℃(2)操作温度 20℃(三)设计内容(1)吸收塔的物料衡算;(2)吸收塔的工艺尺寸计算;(3)填料层压降的计算;(4)液体分布器简要设计;(5)吸收塔接管尺寸计算;(6)绘制吸收塔设计条件图;(7)对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二设计方案简介2.1方案的确定用水吸收SO属中等溶解度的吸收过程,为提高传质效率,选用逆流吸收流2不作为产品,故采用纯溶剂。
程。
因用水作为吸收剂,且SO22.2填料的类型和选择的过程,操作温度及操作压力较低,工业上通常选用塑料散对于水吸收SO2装填料。
在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好,故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。
和鲍尔环相比,阶梯环高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形翻边。
由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。
锥形翻边不仅增加了填料的机械强度,而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主,这样不但增加了填料间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新,有利于传质效率的提高。
阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
2.3设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计(一)吸收塔的物料衡算;(二)填料塔的工艺尺寸计算;主要包括:塔径,填料层高度,填料层压降;(三)设计液体分布器及辅助设备的选型;(四)绘制有关吸收操作图纸。
三、工艺计算3.1基础物性数据3.1.1 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。
目录第一章前言 (2)1.1 塔设备设计简介 (2)1.2 填料塔结构简介 (2)第二章设计方案的确定 (3)2.1 装置流程的确定 (3)2.2 吸收剂的选择 (3)2.3 填料的选择 (3)2.4 材料选择 (3)第三章工艺参数 (4)第四章机械设计 (5)4.1 塔体厚度计算 (5)4.2 封头厚度计算 (5)4.3 填料塔的载荷分析及强度校核 (5)4.4 塔体的水压试验 (6)4.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (6)4.4.2 水压试验时应力校核 (7)第五章零部件选型 (8)5.1 人孔 (8)5.2 法兰 (8)5.3 除雾沫器 (8)5.4 填料支撑板 (8)第六章总结 (9)参考文献................................................................... (10)第一章前言1.1塔设备设计简介塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
塔设备的设计主要包括填料的选择、塔径的计算、填料层总高度的计算、压力降的计算、结构设计、机械设计等方面。
其中塔设备的机械设计为本设计的主要部分,包括设计计算塔体壁厚,考虑操作压力、内件及物料重力、荷载等条件,进行塔体应力校核,水压试验等。
本设计选用填料塔为设计对象,在操作压力为101.3kpa,温度为20摄氏度时,完成填料塔的机械设计。
1.2填料塔结构简介填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。
填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。
液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下。
气体从塔底送入,经气体分布装置分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。
填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
图1-1 填料塔结构图填料塔不但结构简单,且流体通过填料层的压降较小,易于用耐腐蚀材料制造,所以它特别适用于处理量肖,有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。
液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部,并在填料的表面呈膜状流下,气体从塔底的气体口送入,流过填料的空隙,在填料层中与液体逆流接触进行传质。
因气液两相组成沿塔高连续变化,所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。
第二章 设计方案的确定该填料塔中,氨气和空气混合后,经由填料塔的下侧进入填料塔中,与从填料塔顶流下的清水逆流接触,在填料的作用下进行吸收。
经吸收后的混合气体由塔顶排除,吸收了氨气的水 由填料塔的下端流出。
2.1 装置流程的确定本次设计采用逆流操作:气相自塔低进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排出,即逆流操作。
逆流操作的特点是:传质平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。
工业生产中多采用逆流操作。
2.2 吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力,而对混合气体中的其他组分不吸收,且挥发度要低。
所以本设计选择用清水作吸收剂,氨气为吸收质。
水廉价易得,物理化学性能稳定,选择性好,符合吸收过程对吸收剂的基本要求。
且氨气不作为产品,故采用纯溶剂。
2.3 填料的选择本课设选择散装阶梯环填料。
塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点,多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。
塑料填料的缺点是表面润湿性能较差,在某些特殊应用场合,需要对其表面进行处理,以提高表面润湿性能。
本次课设选用聚丙烯填料。
该过程处理量不大,所用的塔直径不会太大,可选用50mm 聚丙烯阶梯环塔填料。
综上所述选用50mm 聚丙烯阶梯环塔填料,其主要性能参数查表2.1得:比表面积a :114.232/m m ,空隙率ε:0.927,干填料因子Φ:11.143-m2.4 材料选择本设计我们选用Q-235作为填料塔的设计材料。
Q235的机械性能:抗拉强度(σb/MPa ):375-500 伸长率(δ5/%): ≧26(a ≦16mm ) ≧25(a>16-40mm )≧24(a>40-60mm ) ≧23(a>60-100mm ) ≧22(a>100-150mm )≧21(a>150mm )其中 a 为钢材厚度或直径。
第三章工艺参数(1)选用50mm聚丙烯阶梯环填料塔,(2)填料层高度为1500mm,塔径为800mm,(3)设计操作温度为20C ,设计操作压力为101.3kpa.(4)材料选用Q235,其[]tσ=170MPa,[]σ=170 MPa,sσ=235 MPa,塔体与群φ。
座对接焊接,塔体焊接接头系数00.1=其他工艺参数依据下表确定填料吸收塔设计一览表第四章 机械设计4.1 塔体厚度计算[]=-=c t i C p D p φσδ204.111.1117028001.1=-⨯⨯⨯(mm) 考虑厚度附加量C=2mm ,经圆整,取mm n 14=δ。
4.2 封头厚度计算 []mm p D p c t i c 02.111.15.0117028001.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ 考虑厚度附加量C=2mm ,经圆整,取mm n 14=δ,但由于DN3400mm 的椭圆形封头厚度没有14mm ,最低只有20mm ,所以选择20mm 。
4.3 填料塔的载荷分析及强度校核由于塔体受到压力、弯矩和轴向载荷的作用,因此必须计算塔设备在各种状态下的轴向组合应力,并确保塔体的组合轴向拉应力满足强度条件,组合轴向压应力满足稳定的条件。
(1)塔底危险截面(Ⅱ-Ⅱ)的轴向应力计算: 由内压引起的轴向应力:MPa t pD e 11.243.74340022.041⨯⨯==σ操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力:MPa t D g m e i o 36.177.7340014.381.91369192=⨯⨯⨯=πσ 弯矩引起的轴向应力:5.207.7340014.31027.14429222max 3=⨯⨯⨯⨯==-e t Di M πσMPa(2)塔底危险截面(Ⅱ-Ⅱ)抗压强度及轴向稳定性验算该截面上的最大轴向压缩应力发生在空塔时[]tKB K ⎩⎨⎧≤+=σσσσ32max 式中[]t σ为设计温度下塔壁材料的许用应力,在20℃时,塔壁材料Q235C 的[]t σ为125MPa 。
组合系数K=1.2,B 可根据GB 150M 《钢制压力容器》计算:B=0.06Et e /R i =53.7MPa由于⎩⎨⎧=⨯=⨯≤+=+=44.647.532.16.1351132.136.175.2032max σσσ 因此塔底Ⅱ-Ⅱ截面满足抗压强度及轴向稳定条件。
(3)塔底Ⅱ-Ⅱ截面抗拉强度校核[]φσσσσσt K ≤+-=321maxMPa 6.13512.11135.2032.1711.24321max =⨯⨯≤+-≤+-=σσσσ该截面满足抗拉强度要求。
综合以上各项计算,在各种不同危险工况下塔体壁厚取20mm ,可以满足整个塔体的强度、刚度和稳定性要求。
4.4 塔体的水压试验4.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力(1)试验压力和液柱静压力引起的环向应力()()()())(41.237241234003.037.12MPa D p ei ei i T T =++=++=δδσ液柱静压力 [][])(37.11.125.125.1MPa p p tT =⨯==σσ 液柱静压力=)(3.0301000MPa H =⨯≈γ(2)试验压力引起的轴向拉应力 )(04.9748340037.141MPa D p e i T =⨯==δσ (3)最大质量引起的轴向压应力)(21.3312340014.381.943373422max 222MPa D g m e i =⨯⨯⨯==--δπσ(4) 弯矩引起的轴向应力)(17.6123400785.010785.0108.193.043.0288222223MPa D M M e i e w =⨯⨯⨯+⨯⨯=+=--δπσ 4.4.2 水压试验时应力校核(1)筒体环向应力校核)(5.31013459.09.0MPa s =⨯⨯=φσMPa MPa s T 5.3109.041.237=<=φσσ满足要求。
(2)最大组合轴向拉应力校核)(7017.621.3304.9722322222122maxMPa =+-=+-=----σσσσ)(5.31034519.09.0MPa s =⨯⨯=φσMPa MPa s 5.3109.07022max=<=-φσσ 满足要求。
(3)最大组合轴向压应力校核)(38.3917.621.3322322222maxMPa =+=+=---σσσ[]{}{})(1215.310121m in 9.0m in 38.3922maxMPa KB MPa s cr ===<=-,,σσσ; 满足要求。
第五章零部件选型5.1人孔对于大直径塔可以设置人孔作为填料卸料孔,对于小直径塔可以设置手孔作为填料卸料孔。
填料卸料孔内部应该设置挡板,否则,在每次更换法兰垫片是,必须要把填料全部卸出,换完以后在重新填料,这样就非常麻烦,小到增加费用,大到影响生产,耽误工期。
为方便进行检修、清洗和更换零部件,吸收塔共设置3个人孔,人孔直径D=500mm。
人孔类型:回转盖带颈平焊法兰人孔。
公称压力:0.32MPa,公称直径:500mm。
5.2法兰法兰结构是一个组合件,一般是由联接件,被联接件,密封元件组成。
法兰密封结构由法兰(被联接件)、垫片(密封元件)、螺栓、螺母、(联接件)组成。
冷凝器采用螺纹法兰连接。
螺纹法兰的特点是法兰与管壁通过螺纹进行联接,二者既有一定的联接,又不完全形成一个整体。
方便拆卸、清洗、维修。
本次设计选用DN250PN0.6Mpa的管法兰。
5.3除雾沫器为捕集除填料层气流中夹带的也低和雾沫,保证分离质量,在塔顶部液体入塔初始分布器的上方设置一定形式的除雾沫器。
此塔采用丝网式除雾沫器,由金属丝网作除雾元件,固定在两块栅格板间,丝网层厚度取为150mm。
5.4填料支撑板填料支承板的作用是支承填料床层。
该塔选用梁式元件组合的多梁支撑板,其每条支撑梁的宽度为290mm,高为300mm;各梁底面间用定距凸台保持10mm的间隙向下排液体。
梁上所开供气体喷出的条孔尺寸以不应使20mm填料下漏为宜。
第六章总结本次设计主要是对水吸收氨过程填料塔的机械设计。
填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。
填料塔的结构较简单,压降低,填料易用耐腐蚀材料制造等优点。
通过这次的课程设计,我学到了很多机械设计的知识。
课程设计是我们化工学生必须经过的一个过程,通过课程设计的锻炼,可以为我们将来的毕业设计打下坚实的基础,提高自己的绘画技术及设计能力,更特别是对塔设备各方面的了解和设计。