关 键 词：

dn2100 填料 机械设计 填料塔 外文 翻译 化工 设备 装备

资源描述：

DN2100填料塔机械设计【含9张CAD图带开题报告+外文翻译化工塔设备】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：

内容简介：

充值购买-下载设计文档后，加Q-1459919609免费领取图纸DN2100型填料塔机械设计摘 要 在化学工业、石油工业和炼油等中塔类零件是最重要的设备之一，而本设计中的填料塔目的在于根据给定条件与要求去除工业尾气中的有害物质SO2，通过查阅收集资料、分析设计条件，选择初步的设计方案。通过分析填料塔的设计条件，确定设计结构及材料。对填料塔的塔体、内件、支座及附件等部件的材料选择、壁厚的计算和强度校核。绘制符合设计要求的填料塔结构与装配图纸，并给出相关的技术要求。在设计过程中，应产考相关标准进行设计。使设备能满足生产需要的同时，使设备经济而且安全。塔设备的基本结构为：塔体：塔设备外壳，圆筒、封头联接法兰等。内件：填料及其支承装置。支座：塔体安放到基础上的链接部分，常用裙式支座。附件：包括手孔和人孔、进出料接管、液体和气体的分配装置，以及塔外的吊耳、扶梯、操作平台、保温层等。关键词 设计；填料塔；SO2ABSTRACTTower parts is one of the most important equipments in the chemical industry,petroleum industry,oil refining and so on.The purpose of the packed column in this design is to remove the harmful substances,sulfur dioxide,in the industrial exhaust according to the certain condition and requrements.The first step of designing schemes is selected by consulting and collecting data and analysing the design conditions.And the materials and design structure are determined through analysing the design condition of the packed column.Besides,drawing the packing tower blueprints agreeing with the design requirements and giving the relevant technical requirements are on the basis of material selection,wall thickness calculation and strength check of the tower,internals,bearings and accessories of the packing tower.Related standards should be referred during the design so that the equipment can meet the need of production and,at the same time,it can be economic and safe.Key words design；packed column；sulfur dioxide 目 录 1.绪 论11.1塔设备概述11.1.1塔设备在化工生产中的作用和地位11.1.2塔设备的分类与一般构造21.1.3对塔设备的要求41.2填料塔41.3设计任务和思想51.3.1设计任务51.3.2设计思想51.4硫酸生产过程产生的SO2尾气及处理52 填料塔的主体结构设计72.1填料塔的主体结构设计概述72.2筒体的结构设计82.3设计封头的型式和厚度92.4支座的结构设计92.4.2地脚螺栓座132.4.3检查孔的结构设计143填料塔内部结构设计153.1填料的类型及选择153.1.1.填料的类型153.1.2填料的选择173.2填料塔的液体分布装置173.2.1填料塔的特体分布装置设计要求173.2.2液体喷淋分布装置的类型183.3填料支承装置193.3.1支承装置的设计原则193.3.2支承装置的典型结构193.4液体再分布装置204辅助装置及附件224.1人孔及手孔224.1.1人孔的设置和选用224.1.2手孔的设置和选用224.2法兰224.3吊柱和吊耳234.4除沫器234.5进料口与出料口254.5.1进料口254.5.2出料口265强度计算与校核275.1填料塔的设计参数275.2筒体强度计算及校核275.2.1质量载荷275.2.2塔的自振周期计算285.2.3风弯矩计算285.2.4地震弯矩计算295.2.5筒体拉应力及稳定验算305.2.6筒体水压试验时的应力验算315.3裙座的强度计算及校核315.3.1裙座圈计算：计算塔底截面315.3.2地脚螺栓计算325.3.3基础环的计算335.3.4对接焊缝的校核346填料塔的制造、安装及运输346.1填料塔的垂直度346.2填料塔的椭圆度356.3塔填料的制造与安装356.3.1填料安装前的处理356.3.2填料及塔内件的安装366.3.3填料的安装366.3.4封口前的检查376.4填料塔的运输及其要求37致 谢39附 录401.绪 论1.1塔设备概述1.1.1塔设备在化工生产中的作用和地位在化工、石油化工和炼油等生产中塔设备是重要设备之一。它是使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的单元操作有：萃取、解吸、吸收和精馏等。除此之外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等。在化工厂、石油化工厂和炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响，据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例，（见表1），它所消耗的钢材重量在各类工艺设备中也属较多（见表2），因此，随着石油化工的迅速发展，塔设备的设计和研究受到化工、炼油等行业的极大重视。表1 化工生产装置中各类工艺设备所占投资的比例 装置名称工业设备类别搅拌设备反应设备换热设备塔设备合 计化工和石油化工6.15%22.91%45.55%25.39%100%炼油和煤化工2.63%13.02%49.50%34.85%100%人造纤维12.19%2.30%40.61%44.90%100%药物和制药33.61%30.60%25.92%9.87%100%油脂工业19.58%8.99%50.94%20.49%100%油漆和涂料53.66%22.03%12.91%11.40%100%橡胶15.38%12.04%57.47%15.11%100%表2 化工生产装置中塔设备所占的质量比例化工装置名称塔设备质量所占百分比/%250万吨/年常压蒸馏16.9250万吨/年常减压蒸馏45.560万吨及120万吨/年催化裂化48.911.5万吨及30万吨/年乙烯25.028.37万吨及6万吨/年芳烃抽提21.027.610万吨/年苯38.34.5万吨/年丁二烯54.08万吨/年氯乙烯33.31.1.2塔设备的分类与一般构造塔设备在长期的发展过程中，形成了形式多样的结构，以满足于不同的生产需要。人们为了方便研究从不同角度对塔进行分类。例如按单元操作来分：精馏塔、吸收塔、萃取塔等；按操作压力来分：减压塔、常压塔、增压塔等。长期以来，最常见的分类是按塔的内件结构分为板式塔（图1）和填料塔（图1）两大类。塔设备的构件，除了种类繁多的各种内件外，其余构件则是大致相同。（1）塔体：塔体是塔设备的外壳。常见的塔体石油等直径等壁厚的圆筒合作为头盖和帝盖的椭圆形封头所组成。随着化工装置的大型化，渐有采用不等径的不等壁厚的塔体。塔体满足的工艺条件（如温度，压力，塔径和塔高等）下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所引起的强度刚度问题，以及吊装，运输，检验， （2）除沫器：用于捕集夹带在气液中的液滴。使用高效的除沫器，对于回收贵重物料，提高分离效率，改造塔后设备的操作状况，以及减少对环境的污染等，都是非常必要的。（3）塔体支座：是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正常的工作。为此，它应当具有足够的强度，能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力，地震等引起的载荷。最常用的塔体支座是裙式支座（简称为裙座）。（4） 接管：塔设备的接管是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统，按接管的用途，分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表管等。（5）人孔和手孔：一般都是为了安装，检修检查和装填填料的需要而设置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。图2 1吊柱；2气体出口；3喷淋装置；4入孔；5壳体；6液体再分配器；7填料；8卸填料入孔；9支承装置；10气体入孔；11液体出口；12裙座；13检查孔图1 1吊柱；2气体出口：3回流液入口；4精馏段塔盘；5壳体；6料液进口；7入孔；8提馏段塔盘；9气体入口；10裙座；11釜液出口；12检查孔 （6）吊耳：塔设备的运输和安装，特别是在设备大型化后，往往是工厂基建工地上一项举足轻重的任务。为吊装方便，可在塔设备上焊以吊耳。 （7）吊柱：在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时，方便塔内件的运送。1.1.3对塔设备的要求 填料分散装填料和整装填料，各种填料的结构与大小不同，反应在性能上也不同。（1）比表面积（同一种填料，尺寸小，比表面积大。比表面积大的填料被液体湿润的表面积就大，气液接触面积大）（2）空隙率（气液两相均在填料的空隙中流动，空隙率时流体阻力大，流通量大）（3）堆积密度（在机械强度允许的条件下，应尽可能的减小填料的壁厚，以减小堆积密度，这样即可以增大空隙率，又可以减少材料消耗）（4）干填料因子（比表面积除以空隙率的平方）（5）填料因子对填料的基本要求有比表面积和空隙率较大，堆积密度较小，有足够的机械强度，有良好的化学稳定性及液体的湿润性，价格低廉等。1.2填料塔填料塔是塔设备中的其中一种。填料塔内填充合适高度的填料，可以增加气（或汽）液或液液两相之间的接触表面。如用于气体吸收时，液体通过填料塔的上部分布器进入，沿着填料塔填料表面下降。气体则通过填料塔的下部填料孔隙逆流上升，并与液体紧密接触而相互作用。填料塔结构简单，方便检修。故广泛应用于气体的吸收、蒸馏、萃取等操作。为提高生产效率，提高气体流动速度，使其在乳化状态下操作，这时称其乳化填料塔或乳化塔(emulsifyingtower)。填料塔具有结构简单、压力降小，还可用各种材料制造等优点。且在处理容易产生泡沫的无聊及用于真空操作时也具有独特的优越性，近年来由于填料塔结构的改进，新型高效率、高负荷材料的研发，既能提高其通过能力与分离能力，又保持了其压力降小和性能稳定的特点，因此填料塔得到了广泛的推广与应用，包括所有的大型气液操作。在石油化工、炼油、化肥、制药、精细化工、原子能等工业部门，以及在环保领域的应用已趋于成熟。1.3设计任务和思想1.3.1设计任务设计要求为设计填料塔，用于吸收尾气中的SO2。塔内径： 2100 mm 塔高：14 m设计压力：0.18Mpa 设计温度：80 腐蚀余量：5mm 安装地区：自定本设计包括主体结构设计及强度计算等。结构设计要求在于选择合理、经济的结构形式，选择材料时应考虑到经济安全，同时还需要满足制造、运输、装配和检修等要求；而强度计算的内容包括填料塔内部部件的计算，根据设计标准确定壁厚及必要结构尺寸，同时满足刚度、强度及稳定性等要求。1.3.2设计思想尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使设计生产中达到高效，经济合理的要求，符合高质、高产、安全、低耗的原则，具体要求如下：（1）满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能确保得到质量稳定的工业产品，流程和设备需要满足一定的操作弹性，可以方便地进行流量的控制与调节。（2）满足经济节省的要求，考虑到设备的能耗，设备投资与管理运行费用，设计需要全面考虑，力求总体投资尽可能低一些。（3）保证生产的安全，确保设计的塔设备具有一定的强度和刚度。设计中根据设计压力设计壁厚,再进行其他零部件的强度校核,并进行水压试验，塔体是否有足够的腐蚀裕度。（4）结构应简单、材料消耗少、制造与安装容易。这样可以减少基础基建过程中的投资费用。1.4硫酸生产过程产生的SO2尾气及处理硫酸是十大重要工业化学品之一，广泛应用于各个工业部门。硫酸的产量常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。然而，硫酸行业又属于高污染行业，主要污染物为二氧化硫和重金属。SO2是大气中最主要的有害成分之一，是造成我国酸雨的主要原因。全球每年排入大气的SO2约1亿吨，中国的SO2排放量约占世界排放量的25%。2010年，全国二氧化硫排放总量高达2549万吨，居世界第一。2012年环境统计数据表明，我国硫酸工业年SO2排放量约10万吨，占全国SO2排放总量的9.0%，是化工行业中较大的SO2排放源。有关研究表明，中国每排放一吨SO2造成的经济损失约2万元，这就意味着2012年我国硫酸工业因二氧化硫排放造成经济损失20亿元。因此对硫酸尾气中的二氧化硫进行处理是关系环境保护与经济效益的大事，也是我国SO2减排的重点。本设计的任务是为某化工厂设计一个填料吸收塔，以除去化工厂废气中的SO2。SO2对环境和人体有着很大的危害，如果不进行处理而直接排放，其很容易污染空气，与空气中的水蒸气结合形成酸雨，并且有可能造成人类的呼吸道疾病。因此，化工厂的含SO2的废气不能直接排放，而是经过吸收塔吸收后排放。本次设计采用填料塔用80的清水逆流吸收SO2。2 填料塔的主体结构设计图3 填料塔总体结构简图2.1填料塔的主体结构设计概述填料塔的主体结构包括筒体、封头、裙座等结构。塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头组成。对于特别高大的塔设备，为提高塔效率，节省材料，降低造价，可将塔体设计成不等直径和不等厚壁。塔体除满足工艺条件（如温度、压力、塔径、塔高等）下的强度和刚度外，还应考虑风力、地震、偏心、质量等载荷引起的强度和刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工等影响。填料塔的总体结构（见图3）所示，填料塔由塔体、内件、及支座等部件组成。塔体由钢板焊接。为了满足工艺要求及制造安装的需要，在塔体上设有许多的零部件及接管，如液面计、人孔、手孔、进料管、进气管、出料管、回流管、产品抽样管以及安装温度计及压力表的接管等。为了安装、检修及操作，在塔体上还装有吊柱、平台及扶梯。为了安装保温材料，在塔底上焊有一定数量的支撑圈。填料塔采用裙座支承。为了更好的分离气体中携带的液体以提高产品质量，还在塔顶设置除沫装置。进料段空间高度取决于进料介质的状态，因为为液相进料，取为与塔板间距相同。此外，在开人孔处的塔盘间距要考虑人员进入的需要，设为700mm。裙座高度由工艺配置决定。2.2筒体的结构设计筒体的主要尺寸是直径、高度和壁厚。依据已经给出的设计条件，塔径为2100mm，塔高14000m。壁厚计算：内压圆筒的计算厚度式中：设计压力，=0.18Mpa 塔体内径，=1000mm 80时16MnR的许用应力，查表得100时为170Mpa 焊缝采用双面对接焊，局部无损探伤，取=0.85。 C壁厚附加量 钢板负偏差，查表得=0.8mm 腐蚀裕度，要求为=5mm 加工减薄量，=0 所以圆筒的计算壁厚为7.11mm所以取10mm的钢板2.3设计封头的型式和厚度常见的封头形式（见图4）有椭圆形（EHA、EHB）、碟形（DHA、DHB）、折边锥形（CHA、CHB、CHC）及球冠形（PSH）。从加工难度和节省材料方面考虑，椭圆形加工难度比较容易，而且消耗材料较少，为最佳方案。式中， ，都和筒体相同，而不小于0.1，取0.8mm，将这些数据代入式中为：采用10mm厚钢板。图4 封头的结构形式2.4支座的结构设计填料塔是一种直立工设备，最常见的支座形式是裙座。塔体常用裙座支承，裙座结构有两种形式，一般为圆筒形（见图5），当需要增加裙座筒体断面积惯性矩或需要减小混凝土基础顶面的正应力时，采用圆锥形（见图6）。裙座较其他支座（如支脚）的结构性好，链接产生的局部应力也小，所以它是塔设备的主要支座形式。为了制作方便，裙座一般选用圆筒形，本设计中由于ND1M，为满足塔体的工作要求，我们采用圆筒形。采用常见的裙座材料16MnR作为裙座材料。腐蚀裕度为2mm。 图5 圆筒形裙座图6 圆锥形裙座 2.4.1裙座与塔体的连接 裙座与塔体的连接均采用焊接。焊接接头可采用对接或搭接型式（见图7）。本设计采用对接形式（见图7a）。采用对接形式时筒体外径与塔釜封头的外径相等，裙座与塔釜封头外壁的连接焊缝采用全焊透的连续焊，与塔釜封头外壁圆滑过渡（见图7a）。 图7 裙座与塔体对接 当裙座筒体上端内直径与椭圆封头内直径相等时，裙座筒体上端面至塔釜椭圆封头切线距离h可按下式计算（见图8）。图8 裙座筒体与塔釜封头连接椭圆封头内曲面高度，椭圆封头名义厚度，椭圆封头内直径，裙座筒体上端内直径。查表得h=73mm2.4.2地脚螺栓座 地脚螺栓座的型式很多，如：外螺栓座、单环板螺栓座、带短管螺栓座、中央地脚螺栓结构型式。其中外螺栓座结构型式对地脚螺栓预埋或不预埋均适用。本设计就采用外螺栓型式（见图9）。结构尺寸（见表3）图9 外螺栓座结构表3 螺栓结构尺寸 注：（1）表中盖厚度（tc）、筋板厚度（）数据是最小值，设计时应验算，以确定最终厚度。（2）基础环厚度（tc）应进行设计，但不应小于16mm。（3）当按表中确定的tc小于ts时，取tc=ts。（4）螺栓座材料的强度不应低于地脚螺栓的材料强度。 2.4.3检查孔的结构设计为方便裙座内部检修和安装接管，裙座上需开设检查孔，检查孔有圆形和长圆行两种。本设计中采用圆形检查孔（见图10），查表得检查孔数量为1个，直径450mm，M为250mm，中心高H为1000。图10 圆形检查孔2.4.4排气管的结构设计为了减小腐蚀以及塔运行中有可能有气体溢出，就会积聚在裙座与塔底封头之间的死区中，或者可能燃烧，或者是对设备有腐蚀作用，并危及到检修人员。因此裙座上部设置排气管或排气孔。当裙座不设保温或防火层时可开设排气孔，当裙座上设保温和防火层时应均匀开设排气管。本设计中按照设计要求查表得：排气孔尺寸为，数量为4，排气孔中心距裙座顶端距离H为180mm，排气孔结构（见图11）。图11 排气孔3填料塔内部结构设计3.1填料的类型及选择3.1.1.填料的类型填料塔中填料是其重要组成部分，它提供了塔内气液两相紧密接触而进行传质或传热的表面，其性能与填料塔的结构一起决定了所设计填料塔的性能。从填料塔用于工业生产以来，填料的结构型式有了很重大的改进，特别是进三十年来，发展更快，目前为止，各种规格的填料已几百种之多。填料结构的改进方向可归结为：增加填料的通过能力，以适应工业生产的需要；改善流体的分布于接触，以提高分离率，并解决放大问题。但无论其结构型式如何，大致可划分为两大类：颗粒型填料及规整型填料。（1）颗粒型填料： 颗粒型填料的结构形状及堆砌方式将影响流体在床层内的流体和分布以及气液接触状体，从而决定了塔设备通过能力的大小和效率高低，因此填料本体结构十分重要。工业型颗粒填料一般指工称尺寸为2580mm的各种填料。它可分为:环形填料、鞍形填料、鞍环形填料及其他填料(见图12）。图12 几种常见的实体填料 拉西环填料拉西环填料是最早提出来的工业填料，它的结构为外径与高度相等的圆环，可用塑料、陶瓷、金属等材料制造。拉西环填料的气液分布较差，传质效率比较低，而且阻力大，通过量小，目前工业上已经很少应用这种填料。 鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环改进而来。它的结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的小孔，被抛开的环壁的一侧仍和壁面相连，而另一侧向环内弯曲，从而形成内伸的舌叶，其舌叶的侧边在环中心相搭，可用塑料、陶瓷、金属等材料制造。鲍尔环由于其环壁开孔，较大的提高了环内表面和环内空间的利用率，气体流动阻力小，液体的分布均匀。鲍尔环与拉西环相比，其通过量可增加%以上，传质的效率可提高30%上下。其优良的结构性能，是目前应用比较广泛的填料之一。 阶梯环填料阶梯环是由鲍尔环改进而来。与鲍尔环相比较，其高度减少一半，在一端增加了一个锥形翻边。因为高径比减少了，使气体环绕填料外壁的路径大大减少，降低了气体通过填料层时的阻力。其锥形翻边不仅增加了填料本身的强度，并且使填料间从线接触为主变为点接触为主，不仅增加了填料之间的空隙，且成为液体沿着填料表面流动的汇集与分散点，这样可以促进液膜的表面更换，以便提高传质效率。其综合性能优于鲍尔环，是目前所用的环形填料中最优良的填料之一。 弧鞍填料弧鞍填料为对称的开式弧状结构，一般采用陶瓷制造。其特点是即使液体初始分布不良，经弧面分散后，仍可以以得到一定程度的改善，液体在表面两侧均匀流动，弧面无积液，表面利用率得到提高，流道是弧形，液体流动阻力减小传质效率提高。由于其形状对称，装填时易发生套叠，该部分不仅不能利用，还降低了有效间隙率，使其传质效率下降。开式结构的强度也较差，容易破碎，因此工业生产的应用较少。 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。 环矩鞍填料及环矩鞍填料这种填料是是兼顾环形填料和鞍形填料的结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材料制造，又称金属环矩鞍填料。环矩鞍填料把环形填料和鞍形填料两种填料的优点汇聚为一体，其综合结构性能优于鲍尔环与阶梯环，是工业生产中应用最普遍的金属散装填料之一。（2）规整填料：规整填料类型很多，大致分为：波纹类填料、栅格类填料和脉冲填料。规整填料可使化工生产的塔压降低，操作气速高，分离程度增加。同时，可按人为规定的路径使气液接触因而使填料在大直径时仍能保持高效率，是填料发展的趋势。但规整填料的造价相应较高。 波纹填料波纹填料由许多波纹薄板在垂直方向叠加在一起，组成盘状。分为网状和实体两大类。由于结构紧凑，具有很大的比表面积，且压降比乱堆填料小，因而空塔气速可以提高。同时，液体在填料中的流动不断重新分布，改善了填料表面润湿状况。 栅格类填料栅格类填料是最早形成的规整填料，后来经过研究改进，开发了多种新型结构。具有气体定向偏射的特点，并且液相呈膜滴结合养成，使液体分散并不断更新界面。3.1.2填料的选择对塔内填料的一般要求是：具有较大的比表面积和较高的空隙率，较低的压降，较高的传质效率；操作弹性大、性能稳定，能满足物系的腐蚀性、污堵性、热敏性等特殊要求；填料强度高，便于塔的检修，经济合理。选择填料时除了要考虑选择合适的填料类型以外，还要考虑的问题是：（1）材料用于填料的材料，常用的有塑料、陶瓷、金属（不锈钢、普通钢、有色金属等）和石墨等。如设备的操作温度较低（本设计中操作温度为80），采用塑料，这种材料在满足填料塔正常工作的同时，还具有以下特性：价格低廉，方便制造，不易腐蚀。（2）填料尺寸填料的尺寸大，则比表面积小，允许的气速大，压降低，生产能力大，但塔的效率低，此外还易产生壁流现象。故应注意所选填料必须使塔径与填料直径之比D/d在10以上，对拉西环要求D/d20，鲍尔环D/d10，鞍形环D/d15，阶梯环D/d8，环矩鞍D/d8。本设计采用鲍尔环，材料聚丙烯，尺寸(mm)，乱堆。3.2填料塔的液体分布装置3.2.1填料塔的特体分布装置设计要求液体分布装置的作用是使液体的初始分布尽可能的均匀，因此设计液体分布装置的原则应该是能均匀分布液体，通道不易堵塞，结构简单，制造及检修方便等。为了使液体分布均匀，应尽量增加单位面积的分布点，并要求流量不过小，否则将被上升气流夹带。当塔径1200mm是，每230塔截面设置一个分布点。3.2.2液体喷淋分布装置的类型（1）多孔型布液装置：多孔型布液装置是借助孔口以上液层产生的静压或者管路的泵送压力，迫使液体从小孔流出，注入塔内。多孔直管式喷淋器，多孔直管式喷淋可根据液量大小在直管的下方开3到5个小孔，孔径为mm，这种喷淋器可用于DN800mm，液体的均布要求不高的场合。多管式喷淋器，对于喷淋点数不多的小塔，可采用多管喷淋器，因为这种喷淋器结构简单，分布效果好。排管式喷淋器，是目前应用比较广泛的分布器之一，喷淋方式有两种：其一是由水平主管一侧（或者两侧）引入，经过支管上的小孔向填料层喷淋；二是由垂直的中心管引入，经过水平主管通过支管上的小孔喷淋。环管式喷淋器，环管式与排管式性能类似，仅仅结构有所不同而已。筛孔盘式喷淋器，筛孔盘式喷淋器由分布板及围环组成，板上的筛孔按正三角形或者正方形排列，孔径310mm，小孔数按喷淋点数确定。可拆型槽盘气液分布器（HG/T21585.1-1998），该标准包括可拆型槽盘气液分布器和可拆型槽盘液体分布器。其选用和尺寸标准按国家标准进行。莲蓬头喷洒器，是开有许多小孔的求面分布器，液体借助泵或者高位槽产生的静压头，经喷淋器上的小孔分股喷出，喷洒半径的大小随液体压头和喷淋器的高度不同而不同，在压头稳定的场合，可达到较为均匀的喷淋结果。（2）溢流型布液装置：溢流型布液装置是目前应用广泛的分布器，特别适用于大型填料塔。优点在于：操作弹性大、不易堵塞、操作可靠和便于分块安装等。溢流盘式布液器，溢流盘式分布器由底板、溢流升气管及围环所组成。一般应用于塔径D1200mm。溢流槽式布液器，溢流槽式布液器是适应性较好的分布器，特别适用于大流量操作，一般用于塔径D1000mm的场合。溢流型槽式布液器是由若干个喷淋槽及置于其上的分配槽组成。（3） 其他布液装置其他布液装置包括：宝塔式淋洒器、冲击式淋洒器、机械式喷嘴。本设计中塔径D为2100mm，故采用溢流槽式分布器。3.3填料支承装置3.3.1支承装置的设计原则填料支承装置对保证填料塔的操作性能具有重大的作用，纵使填料本身的通过能力很大，如果支承装置设计部当，液泛仍将提前到来，使塔的生产能力下降。因此填料支承装置设计合理的必要的。设计原则：首先要确保有足够强度能支称填料的重量；有足够大的自由截面，尽可能减小气液两相的流动阻力；有利于液体的再分布；耐腐蚀性好；方便用各种材料制造；方便安装与拆卸。3.3.2支承装置的典型结构 （1）气体喷射式支承板（见图13）：结构特点是对气体和液体提供了不同的通道，于是气体容易进入填料层内，且液体也可自由排出，既避免了液体在支承板上堆积，又有利于液体均匀再分配。 图13 气体喷射式支承板波纹板网支承板：准气体喷射式支承板，只适用于以下的小塔。分块式气体喷射支承板：用34mm厚的不锈钢板按规定尺寸冲出许多长圆孔，压制成波形后，焊接固定在扁钢圈内而成。波数和波距按塔径具体确定。梁型气体喷射式支承板：目前性能最优的大塔支承板，使用塔径最大达12M。梁型气体喷射式填料支承板（HG/T215121995）的结构形式（见图14）波形板结构尺寸（见表4）本设计中塔径D=2100，所以采用梁型气体喷射填料支撑板。图14 DN1300DN2500mm支承板结构图表4 支承板波形尺寸塔径DN波形波形尺寸（）t3001454008001929004000300注：尺寸b是塔中间支承板宽度（见表中左图），在塔边缘支承板（见表中右图）的尺寸b将随塔径不同而异，左右不对称，H为波高，t为波距。3.4液体再分布装置为减小壁流现象，当填料层较高时需进行分段，此时需设置液体收集和再分布装置。结构最为简单的液体再分布装置是截锥式再分布器。截锥式再分布器安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，没有液体再分布的功能，通常只用于直径小于的塔中。在一般情况下，通常将液体收集器和液体分布器同时使用，形成液体收集和再分布装置。液体收集器是将上层填料流下的液体进行收集，并送到液体分布器进行液体的再分布。一般的液体收集器是斜板式液体收集器。梁型再分布器适用于塔径D大于1200mm的大塔。梁型再分布器与梁型气体喷射式支承板配套使用。故本设计采用梁型再分布器。234辅助装置及附件4.1人孔及手孔4.1.1人孔的设置和选用人孔是人员安装或者检修进入塔体的唯一通道。设置人孔时应方便安装或者维修人员进入其中任何一层塔板。但如果设置人孔处的塔板间距要增大、人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲难度难以达到要求，所以直径大于800mm的填料塔人孔可以设在每段塔层的上、下方，同时兼用填料装卸用。设在框架内或者室内的塔，设置按具体情况考虑。人孔采用HG21514标准，该标准压力范围为0.66.4，公称直径是。衬不锈钢采用HG21594标准。4.1.2手孔的设置和选用手孔是手指与手提灯能伸入塔体的设备孔，用于不方便进入或没有必要进入的设备既能检查、清理、维修的场合。在每段填料层的上下方各设置一个手孔，选用HG21514及HG21594（衬不绣钢）标准。4.2法兰法兰式工业生产上适用最广泛的链接方法，各国均已将法兰做成标准件，使法兰系列化、标准化。法兰连接是可拆卸连接的一种，是由一对法兰、密封垫片、螺栓、螺母、垫圈等零部件组成的一种可拆卸链接。法兰是法兰连接的一个主要零件。塔设备用的标准法兰有两大类：分别是管法兰与压力容器法兰（又称设备法兰）。管法兰用于管道的连接，压力容器法兰用于设备筒体（或封头）的连接。标准法兰的主要参数是公称压力（PN）和公称通径（DN）。管法兰的公称通径应当与其连接的管子直径（一般是无缝钢管的公称直径，通常为外径）要一致。压力容器法兰的公称通径应与其连接的筒体（或封头）公称直径（通常为内径）要一致。 管法兰：用于管道间和化工设备上的接管与管道间的连接。管法兰按照它和管子的连接方式分又为对焊法兰、平焊法兰、承插焊法兰、整体法兰、环松套法兰、螺纹法兰、法兰盖、衬里法兰盖等。法兰的密封面型式：全平面（FF）、环连接面（RJ）、突面（代号为RF）、凹（FM）凸（M）面和榫（T）槽（G）面等。压力容器法兰：应用于设备筒体与封头的连接。其主要分为长颈对焊法兰、甲型平焊法兰和乙型平焊法兰三种。压力容器法兰密封型式有榫（T）槽（G）密封面、凹（FM）凸（M）密封面、平面密封面（RF）三种，另外有三种相应的衬环密封面（其代号是“C-”加上相应的密封面代号）。4.3吊柱和吊耳吊柱是针对室外较高的无框架塔体，在塔顶设置吊柱，对于补充和更换填料，安装与拆卸内件，既方便且经济的一项设施。通常塔高15m以上都设吊柱。吊柱的起吊载荷按填料或零部件的重量决定，选用标准HG/T21639塔顶吊柱。吊耳是针对比较低的塔设备设置的结构，其操作简单可靠，且比较灵活，但在设计时进行吊装计算，以确保吊耳的结构尺寸及相应的塔体加固措施能满足工作需要，制造厂商可根据设计将吊耳焊接在踏上，该结构给现场安装带来了极大的便利。对于DN大于1000mm时的较重设备时一般采用塔顶板式吊耳。考虑到经济与方便等两方便，本设计中塔高设计为14m、DN=2100mm 故采用板式吊耳。4.4除沫器当空塔体气速较大时，塔顶溅漏现象严重，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴等情况下，设置除沫器是必要的，以减小液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。4.1.1除沫器的类型及选用（1）拆板除沫器：结构简单，缺点在于造价高。（2）丝网除沫器：具有较大的比表面积、重量轻、空隙率大、除沫效率高、适用方便等优点。且应用广泛。网丝规格：一种是固定设备上的（GH/T21618丝网除沫器）其特性（见表5），一种是网块可以抽出清洗或更换（GH/T21586抽屉式丝网除沫器）其特性（见表6）。表5 固定式网块特性形式代号容积质量kg/比表面积/空隙率SP168529.60.9788HP128403.50.9839DP186625.50.9765HR134291.60.9832注：1.可采用其他形式的气液过滤网，如：非金属网，多股金属丝网，金属丝等，其参数及性能可向专业除沫器厂家查询。 2表中所列气液过滤网容积质量数据系按密度7930kg/得到，如采用其他材料，此数据亦应相应修改 充值购买-下载设计文档后，加Q-1459919609免费领取图纸网型细丝尺寸网宽允差mm堆积密度kg/比表面积a，/空隙率每100mm厚的网垫扁丝圆丝直径扁丝圆丝标准0.231504753300.98125层双幅丝网高效0.291826264840.97732层双幅丝网高穿透0.23983132170.987520层双幅丝网表6 高效型网特性 本设计中，为保证填料塔的高效工作，及减小液体损失，保证塔体的适用年限，采用抽屉式网块标准型除沫器。4.5进料口与出料口4.5.1进料口低温液体进料可用弯管直接加入降液管中（见图14）图14 低温液体进料管 进料口结构（见图15），本设计采用b图所示的结构。图15 进气口4.5.2出料口 （见图16）为几种常见的出料孔结构，本设计中采用图b作为结构参考，其锥形挡板有利于除沫作用。图16 出气管 5强度计算与校核5.1填料塔的设计参数表7 填料塔的设计参数如下塔内径/mm2100介质水塔高H/mm14000容器类别一类设计压力/MPa0.18安装地区衡阳市郊设计温度t/80地震烈度7级腐蚀余量/mm5场地土类别筒体材料16MnR地面粗糙度类别B封头材料16MnR裙座材料16MnR5.2筒体强度计算及校核5.2.1质量载荷塔体和裙座质量，按假定壁厚及高度查表计算得： 填料塔的内件质量为： 假设保温层厚度为50mm,保温材料的密度为，则保温材料的质量为：操作平台及扶梯质量为：操作时塔内物料质量为：塔内充水质量为：忽略法兰等附件质量，令。偏心质量。则塔设备操作时的质量为：塔设备的最大质量为：塔设备的最小质量为：5.2.2塔的自振周期计算该塔为等截面、重量均匀分布。查表得E=5.2.3风弯矩计算（1） 风振系数（2） 有效直径塔段1无支承平台，=0.4m, =0，故塔段2有一平台，=0.4m, ，（3） 风力及风弯矩计算（4） 首先按分段进行风力计算，结果列于表8中：表8 风力参数计算塔段120.80.81.351.350.781.06343343，m2.322.42311P,N1173.18314.7计算裙座底截面（0-0）风弯矩：计算塔体底部截面（-）风弯矩：5.2.4地震弯矩计算当地震列度为7度时，=0.23类场地土时，由于,且塔的质量沿塔高均匀分布，故0-0截面地震弯矩按计算：由于5，故需考虑高震型影响，5.2.5筒体拉应力及稳定验算筒体受力最大部分为其与裙座连接的截面（-截面），故需验算该截面的应力。（1） 设计压力产生的轴向拉力（2） 设备质量引起的轴向压力（3） 最大弯矩引起的轴向力取较大者,=235786，=0（4）最大组合应力组合拉应力，组合压应力，若为拉应力时，可取=0求=170MPa，B=110MPa，取较小者=110MPa所以5.2.6筒体水压试验时的应力验算（1） 强度验算（2） 稳定性验算故筒体强度验算安全。5.3裙座的强度计算及校核5.3.1裙座圈计算：计算塔底截面筒体与裙座采用对接焊缝，故。取裙座壁厚=0.01m。查得裙座材料的许用应力与筒体相同，即、均取B=110MPa。（1） 操作时的压应力验算取较大者， （2）水压试验时的压应力验算故裙座壁厚设计验算安全。5.3.2地脚螺栓计算取基础环的尺寸为：（1） 求向风侧的最大拉应力受风载荷时：同时受地震载荷时：取其中较大者=0.241MPa（2） 计算地脚螺栓直径设取地脚螺栓个数n=20，取M24的螺栓。5.3.3基础环的计算（1） 求作用于基础环上的最大压应力，操作时：水压试验时：取其中较大者=0.431MPa（2） 基础环厚度的计算基础环外缘长，在两个地脚螺栓间设两个筋板，其最大间距取、中绝对值较大者，即=1791。基础环厚度考虑腐蚀余量，可取=0.016m。5.3.4对接焊缝的校核因此对接焊缝满足强度要求。6填料塔的制造、安装及运输总的来说,填料塔的制造与安装应按设计要求进行,不能一概而论。有些设计对制造、安装的某些误差精度要求较高,而另外一些设计对制造、安装的这些误差精度要求可能并不太高,误差稍大,并不影响塔的正常操作。静压孔流式液体分布器受安装水平度的影响,若设计液位只有50mm,对水平度的要求较高,否则会导致液体分布不均,水平度偏差10mm,两点液量相差11%;若设计液位200mm,水平度稍差,对液体分布不会有大的影响,水平度偏差10mm,两点液量相差只有2.5%。制造与安装精度虽不可一概而论,某些精度也无标准可言,但仍有公认的误差精度可供参考。6.1填料塔的垂直度由于塔的基础及热变形、塔节的对接、塔节与裙座的对接等因素的作用,使得塔不可能绝对垂直,继而使塔产生垂直度上的偏差。 在塔体填料层内,液体受重力作用趋于垂直向下流动,若塔有所倾斜,液体会先流向倾斜的塔壁,而另一边塔壁液流小,而气体则相反先流向倾斜的上一边塔壁,致使填料层内的气液分布不均,分离效率降低,现已有许多研究者的实验验证了这一点。大多数实验结果表明,塔体每倾斜1其分离效率降低5%10%,规整填料因塔体倾斜而引起的分离效率下降比散装填料要小。规整填料的倾斜度要求应小于 0.20.5。填料塔的静压液体分布器水平度要求较高,应当在塔安装后现场进行安装,以免塔垂直度对静压野兔分布器等水平度的影响。塔的无规则小摇动,不会使塔效率有大的下降,较垂直塔的效率下降小于10%。塔体的无规则摇动会得使液体分布器分布性能降低,使得液体分布器产生溢流,使塔的生产效率大幅降低,使用管式分布器可避免该的事故发生。很高的塔,由于风力的作用下,塔顶摇动很大，应采用管式液体分布器。6.2填料塔的椭圆度 一般认为,填料塔的椭圆度并不影响填料塔的性能,只是影响塔内件及填料的安装。散装填料的安装并不受塔椭圆度的影响。为了便于安装,规整填料塔的塔径误差需予以限制,常规规整填料塔推荐误差见下表。6.3塔填料的制造与安装填料的开发、制造一般由填料制造厂完成,填料的性能数据也由制造厂提供,其质量也应由制造厂保证,这里不加赘述。6.3.1填料安装前的处理（1）填料的除油新填料表面有一很薄的油层,油膜层可能是该金属填料在加工的过程中采用润滑油润滑而形成的一层油膜; 也可能是为防止碳钢填料在储存及运输过程中被腐蚀而涂抹的防锈油。其中某些物系是绝对不允许油膜的存在,如空分系统里,油层洗涤下来与液氧共存,可能发生爆炸。对于水溶液物系来说,这层油膜可影响到液膜的形成,而对于某些碱性物系有可能引起溶液发泡。因此应该弄清该油的物性,在启动之前将其除掉。为方便清除油膜层,在填料加工过程中润滑剂应采用水溶性较好的润滑剂。碳钢填料不应提前除锈，应储存在干燥封闭的空间,防止锈蚀。（2）陶瓷填料去碎片重新填充和新陶瓷填料应当将其中的碎片筛去,有时还需要用手工逐个除去,散装陶瓷填料在储存与运输过程中可能有破碎,较大的碎填料仍然可利用,其通量有所降低,使其压降有所升高,但分离率不会降低。（3）塔支承圈的拆除板式塔改为填料塔,需将降液管、原塔板及支承圈拆掉。水平支承圈应当尽可能割除干净。若水平支承圈保留，其在塔内会干扰气液分布,减小塔体的有效截面,使阻力增大,减小通量,效率也会随之下降。 当塔体的支承圈面积小于塔截面积10%时,采用散装填料改造板式塔不需要拆除。在采用规整填料改造板式塔时,安装前应当把支承圈拆除掉,并打磨干净,残留量一般小于5mm,也可采用填料制造商方案改造。6.3.2填料及塔内件的安装需焊接的内件,如气液收集器、液体分布器、填料支承装置等应在填料安装前完成,以免焊渣进入填料内从而引起火灾。其中金属填料表面的油膜层在焊渣的高温作用下很容易着火,而塑料填料更易引起火灾。并且焊渣留在塔内时还会引起液体分布器的堵塞,使塔效率下降。若某些零部件必须在填料安装过程中或完成后进行安装,应在焊接下方铺垫上石棉板、石棉布等,以隔离焊渣与填料。填料及内件的安装步骤： 安装填料支承； 安装填料； 安装填料固定或压紧装置,并调水平； 安装液体分布器或再分布器,固定并调水平； 安装完毕，检查。6.3.3填料的安装填料的安装对保证塔的分离效率至关重要,要在填料制造厂技术人员的指导下完成。不良的安装会引起气液不良分布,造成分离效率和处理能力下降,压降升高。散装填料的安装看起来很简单,将填料倒入塔中即可,其实不然,这样简易安装轻者会造成填料填充密度不均,重者可造成金属填料变形,陶瓷填料破碎,从而引起气液不均匀分布,使分离效率下降。陶瓷填料和非碳钢金属填料,若条件允许,应采用湿法填充。采用湿法填