化工原理与化工设备课程设计-水吸收丙酮过程填料吸收塔的设计.doc

化工原理与化工设备课程设计任务书51 吸收简介51.1 吸收技术概况51.2 塔设备在化工生产中的作用和地位62 设计方案简介72.1吸收剂的选择72. 2吸收工艺流程的确定82.2.1吸收工艺流程82.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明92.3吸收塔设备及填料的选择92.3.1吸收塔的设备选择92.3.2填料的选择103 吸收塔的工艺计算113.1基础物性数据113.1.1液相物性数据113.1.2气相物性数据113.1.3气液相平衡数据123.2物料衡算123.3填料塔的工艺尺寸的计算133.3.1塔径的计算133.3.2泛点率校核143.3.3填料规格校核143.3.4液体喷淋密度校核143.4填料塔填料高度计算143.4.1传质单元高度计算143.4.2传质单元数的计算163.4.3填料层高度的计算173.5填料塔附属高度计算173.6液体分布器计算和再分布器的选择和计算173.6.1液体分布器173.6.2布液孔数183.6.3 液体保持管高度193.7其他附属塔内件的选择193.7.1液体分布器193.7.2液体再分布器203.7.3填料支承板203.7.4填料压板与床层限制板203.7.5气体进出口装置与排液装置203.8吸收塔的流体力学参数的计算213.8.1吸收塔的压力降213.8.2吸收塔的泛点率233.8.3气体动能因子233.9附属设备的计算与选择233.9.1离心泵的选择与计算233.9.2进出管工艺尺寸的计算举例24工艺设计计算结果汇总与主要符号说明25化工机械设备部分281设计条件281.1塔体与裙座的机械设计条件如下：282按计算压力计算塔体与封头厚度282.1塔体厚度计算：282.2封头厚度计算293塔设备的质量载荷计算293.1筒体圆筒、封头和裙座质量293.2塔内构件质量293.3平台、扶梯质量303.4操作时物料质量303.5附件质量303.6充水质量304 风载荷与风弯矩计算314.1风载荷计算314.2风弯矩计算325 地震弯矩计算336 各种载荷引起的轴向应力346.1计算压力引起的轴向拉应力346.2操作质量引起的轴向压应力346.3最大弯矩引起的轴向应力357 塔体与裙座危险截面的强度与稳定校核367.1塔体的最大组合轴向拉应力校核367.2塔体与裙座的稳定校核367.3各危险截面强度与稳定校核汇总378 水压试验时各种载荷引起的应力398.1试验压力和液柱静压力引起的环向应力398.1.1塔体水压试验398.1.2试验压力引起的轴向应力398.1.3最大质量引起的轴向应力398.1.4弯矩引起的轴向应力398.2水压试验时应力校核398.2.1筒体环向应力校核398.2.2最大组合轴向拉应力校核408.2.3最大组合轴向压应力校核409、基础环设计409.1基础环尺寸409.2基础环的应力校核409.3基础环的厚度4110、地脚螺栓计算4210.1地脚螺栓承受的最大拉应力4210.2地脚螺栓的螺纹小径4211、开孔及补强4311.1.开孔设计4311.2.开孔补强4312、设计结果评价及总结43附录A主要符号说明44参考文献44化工原理与化工设备课程设计说明书学 生： 指导教师： 梅 丽 班 级： 2011级励志班 专 业： 应用化学 化工原理与化工设备课程设计任务书专业 应用化学 班级 2011级 班 设计人 课程设计任务书1、设计题目：水吸收丙酮过程填料吸收塔的设计；试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的丙酮气体。生产能力：在101.3kPa、25的操作条件下，丙酮含量为5%（摩尔分数）的混合气以0.521m3/s的流量（1875.6m3/h）进入吸收塔，要求塔内的吸收率达到98%。（其他参数自行根据实际条件进行合理确定）2、工艺操作条件：（1）操作平均压力 常压（2）操作温度 t=25 （3）填料类型及规格自选。3、设计任务：设计方案简介：根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有生产现场调查或对现有资料的分析对比，选定适宜的设备附件类型。设备的工艺设计计算：包括工艺参数的选定、物料衡算、塔设备的工艺尺寸计算及结构设计。设备的机械设计计算：包括强度设计和结构设计。设备工艺条件图，包括设备的主要工艺尺寸、技术特性表和管口表。设备结构装配详图，按化工设备装配图的要求绘制完成。1 吸收简介1.1 吸收技术概况在化工生产中,经常要处理各种原料、中间产物、粗产品。这些物料几乎都是混合物,而且大部分都是均相物系,往往不能满足生产要求,需要把它们分离成较为纯净的物质。为了实现这种分离,常利用均相物系中不同组分的某种性质差异,使其中的一种组分(或几种组分),在分离设备所提供的两相物系界面上,通过充分的接触,从一相转移到另一相,其它组分仍保留在原物系中,从而实现了分离。这种分离是物质在相际间的转移过程,即物质传递过程,也是化工生产中的单元操作。吸收就是这种以物质分离为目的的单元操作。吸收是用来分离气体混合物的,是利用混合气体中各组分在吸收剂中的溶解度的差异而实现分离的操作。在吸收过程中,混合气体与合适的液体吸收剂在吸收设备中充分接触,气体中易溶解的组分被溶解,不能溶解的组分仍保留在气相中,这样混合气体就实现了分离。吸收剂将混合气体中溶质组分吸收后所得到的溶液是混合溶液,在生产中常需要使溶质从吸收后的溶液中重新释放出来,实现最终分离,而液相的吸收剂有可得以再生重新使用。这种使溶质组分从溶液中脱出的过程称为解吸,是吸收的逆过程,也是一种通过相际间传质而实现物质分离的单元操作。在化工生产中,吸收和解吸是常用的联合操作,共同构成了一个完整的工艺流程。1.2 塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。在塔设备中能进行的单元操作有:精馏、吸收、解吸、气体的增浓及冷却等。吸收设备有多种形式，但以塔式最为常见。按气、液两相接触方式的不同可将吸收设备分为级式接触和微分接触两大类。在级式接触设备中，气体与液体逐级逆流接触。气体自下而上通过板上小孔，在每一板上与溶剂接触，其中可溶组分被部分的溶解。气体每上升一块塔板，其可溶组分的浓度阶越式的降低；溶剂逐板下降，其可溶组分的浓度则阶越式的升高。但是，在级式接触过程中所进行的吸收过程仍可不随时间而变，为定态连续过程。在微分接触设备中，液体自塔顶均匀流下，气体通过填料间的空隙上升与液体做连续接触，气体中的可溶组分不断的被吸收，其浓度自下而上连续的降低；液体则相反，其中可溶组分的浓度则有上而下连续的增高。化工生产中吸收主要用于回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；还用于出去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染空气。实际过程往往同时兼有净化和回收的双重目的。2 设计方案简介吸收过程的设计方案主要包括吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容.2.1吸收剂的选择在填料吸收塔的设计中，选择合适的吸收剂，对物系的有效分离、流程的确定、溶剂的用量或循环量、设备的尺寸大小等都有至关重要的影响，也直接决定了分离操作的经济效益。对吸收剂的选择，一般遵循以下原则：(一)对溶质的溶解度大 选用溶解度大的溶剂，可大大降低溶剂用量，溶剂的循环量和再生处理量都随之减小，这意味着日常操作费用的降低。在吸收剂同样用量的情况下，完成一定的分离任务，选用溶解度大的溶剂，则可减小吸收设备的尺寸，从而降低设备费用。（二）对溶质有较高的吸收选择性对溶质有较高的选择性,即吸收剂应对溶质有较大的溶解度,而对其他组分则溶解度要小,这样不但可以减小惰性气体组分的损失,还可以提高解吸后溶质气体的纯度.(三)不易挥发吸收剂在操作条件下应具有较低的蒸气压,避免吸收过程中吸收剂的损失,提高吸收过程的经济性.(四)再生性能好由于在吸收剂再生过程中,一般要对其进行升温或气提等处理,能量消耗较大,因而,吸收剂再生性能的好坏,对吸收过程能耗的影响极大,选用具有良好再生性能的吸收剂,往往能有效地降低过程的能量消耗.以上四个方面是选择吸收剂时应考虑的主要问题,其次,还应注意所选择的吸收剂应具有良好的物理、化学性能和经济性.其良好的物理性能主要指吸收剂的粘要小,不易发泡,以保证吸收剂具有良好的流动性能和分布性能.良好的化学性能主要指其具有良好的化学稳定性和热稳定性,以防止在使用中发生变质,同时要求吸收剂尽可能无毒、无易燃易爆性,对相关设备无腐蚀性(或较小的腐蚀性).吸收剂的经济性主要指应尽可能选用廉价易得的溶剂.综上所述，选择水作为吸收剂吸收丙酮.2. 2吸收工艺流程的确定 2.2.1吸收工艺流程工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（一）一步吸收流程和两步吸收流程一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）（三）逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显著优点而 广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善踏的操作条件。 综上所述，采用单塔逆流吸收能满足分离要求.2.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明图1 吸收与解吸流程2.3吸收塔设备及填料的选择2.3.1吸收塔的设备选择按气液两相接触的方式不同可将吸收设备分为级式接触设备与微分接触设备两大类。板式吸收塔是典型的级式接触设备,气体与液体逐级逆流接触。气体自下而上通过板上小孔逐板上升,在每一板上与溶剂接触,其中可溶组分被部分地溶解。在此类设备中,气体每上升一块板,其可溶组分的浓度阶越式地降低;溶剂逐板下降, 其可溶组分的浓度阶越式地升高。但是,在级式接触过程中所进行的吸收过程仍可不随时间而变,为定态连续过程。填料吸收塔是常用的微分接触设备。液体呈膜状沿壁流下,此为壁塔或降膜塔。更常见的是在塔内充以诸如瓷环之类的填料,液体自塔顶均匀淋下并沿填料表面下流,气体通过填料间的空隙上升与液体做连续的逆流接触。在这类设备中,气体中的可溶组分不断地被吸收,其浓度自下而上连续地降低;液体则相反, 其可溶组分的浓度则由上而下连续地增高。对于吸收过程,能够完成其分离任务的塔设备有多种,如何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作.而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后,并经多方案对比方能得到较满意的结果.一般而言,吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求,即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料层阻力要小,具有良好的传质性能,具有合适的操作弹性,结构简单,造价低,易于制造、安装、操作和维修等.但作为吸收过程,一般具有操作液气比较大大的特点,因而更适用于填料塔.此外,填料塔阻力小,效率高,有利于过程节能,所以对于吸收过程来说,以采用填料塔居多.但在液体流率很低难以充分润湿填料,或塔径过大,使用填料塔不经济的情况下,以采用板式塔为宜.2.3.2填料的选择填料的选择包括确定填料的种类、尺寸及材质等.所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用较低.并且各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考虑如下几个问题：1.填料种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,还要确保有较高的传质效率.除此之外,还应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料,这样可以使通量增大,塔的处理能力也增大.填料层压降是填料的主要应用性能,填料层的压降愈低,动力消耗就愈低,操作费用愈小.填料的操作性能主要指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等.所选填料应具有较大的操作弹性,以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定.同时还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力,以适应物料的变化及塔内温度的变化.2.填料尺寸的选择实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。一般来说，填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往难以抵偿其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔经常使用50mm的填料。表22 填料尺寸与塔径的对应关系塔径/填料尺寸/D300300D900D9002025253850803.填料材质的选择选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，一般情况下，可以选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻璃，石墨，不锈钢等，对于温度较高的情况，应考虑材料的耐温性能。综合考虑以上各个因素,本设计中选用DN38聚丙烯塑料阶梯环填料,有关特性数据如下表:表2-3 聚丙烯塑料阶梯环填料特性数据公称直径DN mm外径高厚 d h ,mm 比表面积 m2/m3空隙率 %个数n m-3堆积密度 p kg/m3干填料因子 m-13838191.0132.5912720057.51753 吸收塔的工艺计算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。由手册查得，25时水的有关物性数据如下：密度为 kg/m3粘度为 =3.217 kg/(mh)表面张力为 查手册得时丙酮在水中的扩散系数为:3.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得时空气的黏度为:由手册查得， 时丙酮在空气中的扩散系数为:则时丙酮在空气中的扩散系数为:3.1.3气液相平衡数据化工单元操作设计手册(化学工业部化学工程设计技术中心站主编)表2-1查得常压下25时丙酮在水中的亨利系数为 4 相平衡常数为 溶解度系数：3.2物料衡算回收率 所以回流比取1.5倍最小回流比气体处理量 可得出吸收剂用量为 全塔物料衡算: 可得 3.3填料塔的工艺尺寸的计算3.3.1塔径的计算填料塔直径的计算采用式子计算 计算塔径关键是确定空塔气速 ,采用泛点气速法确定空塔气速. 泛点气速是填料塔操作气速的上限,填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速才能稳定操作.泛点气速的计算可以采用EcKert通用关联图查图计算,但结果不准确,且不能用于计算机连续计算,因此可采用贝恩-霍根公式计算:式中 代入以上数据解得泛点气速 取则塔径 圆整后取 3.3.2泛点率校核在50%-80%之间,所以符合要求.3.3.3填料规格校核有 即符合要求.3.3.4液体喷淋密度校核对于直径不超过75的散装填料塔,取最小润湿速率为：本设计中填料塔的喷淋密度为:最小喷淋密度: 说明填料能获得良好的润湿效果.经以上校核可知，填料塔直径选用D=600mm能较好地满足设计要求。3.4填料塔填料高度计算3.4.1传质单元高度计算传质过程的影响因素十分复杂,对于不同的物系、不同的填料及不同的流动状况与操作条件, 传质单元高度迄今为止尚无通用的计算方法和计算公式.目前,在进行设计时多选用一些准数关联式或经验公式进行计算,其中应用较普遍的是修正的恩田()公式:查得液体质量通量为气膜吸收系数有下式计算：气体质量通量为：液膜吸收系数由下式计算：由 ，查得则因为,所以必须对和进行校正,校正计算如下:由 得则气相总传质系数为:由3.4.2传质单元数的计算 解吸因数为气相总传质单元数为：3.4.3填料层高度的计算 由得设计取填料层高度为查 对于阶梯环填料， h/D=815, 取,则 计算得填料塔高度为5000mm，故不需分段3.5填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.8m, 塔底液相停留时间按5min考虑, 则塔釜所占空间高度为考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取2m,所以塔的附属高度可以取4m.所以塔高为 3.6液体分布器计算和再分布器的选择和计算3.6.1液体分布器液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值表3-1 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径，mm分布点密度，塔截面D=400330D=750170D120042分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为24，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。其他 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。3.6.2布液孔数（1）液体分布器选型 本设计中塔径较小，故此选用管式液体分布器。（2）分布点密度计算 该塔的塔径较小，且填料的比表面积较大，故应选较大的分布点密度。设计中取分布点密度为200点/m2。布液点数为 点 按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：主管直径，支管直径.采用7根支管，支管中心距为65mm，采用正方形排列，实际布点数为70.（3）布液计算 由 取，则 设计取 3.6.3 液体保持管高度取布液孔直径为5.8mm，则液位保持管中的液位高度为：设计取液位高度 3.7其他附属塔内件的选择本装置的直径较小可采用简单的进气分布装置,同时排放的净化气体中的液相夹带要求严格,应设除液沫装置,为防止填料由于气流过大而是翻,应在填料上放置一个筛网装置,防止填料上浮.3.7.1液体分布器液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：（1）、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为4080个/m2（环形填料自分布性能差应取高值），此外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁520区域内的液体流量不超过总液量的10。规整填料一般为100200个/喷淋点。（2）、喷淋孔径不宜小于2，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。液体分布器有以下几种形式:1. 多孔型液体分布器多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。2.直管式多孔分布器根据直管液量的大小，在直管下方开24排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径26，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30或45，直管安装在填料层顶部以上约300。此形分布器用于塔径600800，对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。3. 排管式多孔分布器支管上孔径一般为35，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开13排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15、22.5、30或45等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0.20.3m/s，支管流速取为0.150.2m/s；采用泵送液则流速可提高。3.7.2液体再分布器液体再分布器的作用是将流到塔壁近旁的液体重新汇集并引向中央区域。填料层较高时，应分段安装，段与段间设液体分布器。比较完善的装置可以做成像上述升气管筛板型液体分布器的样子，只是要在各升气管口之上加笠形罩，以防止从上段填料层底部落下的液体进入升气管。平盘底部各处的液层高度大体相同，于是各处筛孔所流下的液体速度大致相同。本设计中塔高为6米,不需要分段,故不需要安装液体再分布器3.7.3填料支承板填料支撑板既要具备一定的机械强度以承受填料层及其所持液体的重量，又要留出足够的空隙面积空气、液流量，气体通过支承板空隙的线速不能不等于通过填料层空隙的线速度，否则便会在填料层内尚未发生液泛之前，已在支撑板处发生液泛。一般要求支承板的自由截面积之比大于填料层的空隙率。最简单的支承装置是用扁钢条制作的格栅或 开孔的金属板。格栅的间隙或孔板的孔径如果过大，容易使填料落下，此时可于支承装置上先铺一层尺寸较大的同类填料。气体喷射支承板，适于在大直径塔中使用，从塔底上升的气体通过水平部分的孔流下。通气孔的总截面积可以做到大于塔的截面积，这种设计使得气流阻力小而通过能力大，并排除了在支承板上发生液泛的危险。3.7.4填料压板与床层限制板填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。一般要求压板或限制板自由截面分率大于70。3.7.5气体进出口装置与排液装置（1）气体进出口装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。本设计中选用折板除雾器。折板除雾器的结构简单有效，除雾板由的角钢组成，板间横向距离为25mm，垂直流过的气速可按下式计算：式中 气速，m； 液相及气相密度，； 系数，0.085-0.10；本设计中取 ，则流过的气速所需除雾板组的横断面为 由上式确定的气速范围，除雾板的阻力为49-98pa，此时能除去的最小雾滴直径约为0.05mm，即50.（2）排液装置液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。常压塔气体进出口管气速可取1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口气速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）管径依气速决定后，应按标准管规定进行圆整.3.8吸收塔的流体力学参数的计算3.8.1吸收塔的压力降填料塔的的压力降为：(1)气体进出口压降:取气体进出口接管的内径为200mm,则气体的进出口流速为则进口压强为 （突然扩大 =1）出口压强为 （突然缩小 =0.5）(2)填料层压降:气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,其中横坐标为查得纵坐标为查得填料层压力降(3)其他塔内件的压降:其他塔内件的压降较小,在此处可以忽略.所以吸收塔的总压降为（4）持液量计算 持液量计算方法较多，但大部分都是对拉西环填料的测试数据进行关联的公式。本设计采用Leva及大竹、冈田的关联式：Leva关联式： 式中 总持液量，液体填料； L液相流率，； 填料当量直径，m；大竹、冈田发表的持液量关联式： 式中 动持液量， 液体填料； 填料的公称直径，m； 液相密度，； 液相空塔线速度， m/s； 液相粘度， 重力加速度，9.81 ；上述两式的计算误差为20% ，本设计中填料的持液量为：3.8.2吸收塔的泛点率吸收塔操作气速为1.571m/s ，泛点气速为2.9369m/s 所以泛点率为对于散装填料，其泛点率的经验值为：所以符合。3.8.3气体动能因子气体动能因子简称F因子,其定义为 其中为空塔气速.本设计中气体动能因子为气能因子在常用的范围内3.9附属设备的计算与选择3.9.1离心泵的选择与计算计算过程如下所选管为热轧无缝钢管校核管内流速则雷诺数 局部阻力损失：三个标准截止阀全开 ; 三个标准90弯头 ；管路总压头损失 扬程流量 经查化工原理附表八泵与风机，P296型号IS50-32-200泵合适。3.9.2进出管工艺尺寸的计算举例本设计中填料塔有多处接管，在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。相关数据查参考书1、液体进料管进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下：所以查参考书取管径为流速校正: 在正常范围内.2、气体进料管采用直管进料。取气速设计取进料管管径所以查参考书取管径为工艺设计计算结果汇总与主要符号说明吸收塔的吸收剂用量计算总表意义及符号结果混合气体处理量G1875.6m3/h气液相平衡常数m2.088进塔气相摩尔分率y10.05出塔气相摩尔分率y20.001进塔液相摩尔分率x10.01509出塔液相摩尔分率x20最小液气比L/V1.715混合气体平均式量 30.45g/mol混合气体的密度1.2450kg/m3混合气体的粘度0.06606kg/(m.h)吸收剂用量L 338.45kmol/h塔设备计算总表意义及符号结果塔径D650mm填料层高Z5.0m气相总传质单元高度 0.496m气相总传质单元数8.2676布液孔数n70个空塔气速1.571m/s泛点气速2.9369m/s泛点率f53.5%填料计算总表意义及符号结果孔隙率%91填料比表面积a132.5m2/m3填料因子175m-1填料常数A0.2041、英文字母填料层的有效传质比表面积（m/m）; 填料层的润滑比表面积m/m；吸收因数;无因次; 填料直径，mm；填料当量直径，mm; 扩散系数，m/s； 塔径; 亨利系数，KPa; 重力加速度，kg/(m.h);溶解度系数，kmol /(m.KPa); 气相传质单元高度 ，m;液相传质单元高度，m; 气相总传质单元高度，m;液相总传质单元高度，m; 气膜吸收系数, kmol /(m.s.KPa);吸收液质量流速kg/(m.h); 液体喷淋密度;相平衡常数，无因次; 气相传质单元数，无因次;液相传质单元数，无因次; 气相总传质系数，无因次; 液相总传质系数，无因次; 总压，KPa ;分压，KPa ; 气体通用常数，kJ/(kmol.K) ;解吸因子; 温度，0C;空塔速度，m/s ; 液泛速度，m/s ; 混合气体体积流量，m3/s;液膜吸收系数 ，kmol/(m2.s.kmol/m3); 气膜吸收系数，kmol/(m2.s);气相总吸收系数kmol/(m.s); 液膜吸收系数，kmol/(m2.s);气相总吸收系数，kmol/(m2.s.kpa); 液相总吸收系数kmol/(m.s);吸收剂用量kmol/h; kmol/s; 是吸收液量 kmol/h；吸收液质量流量kg/h； 吸收液流量，m/s密度kg/ m 填料因子， m-1 ; 2、下标液相的 气相的混合气流量 kmol/s 混合气质量流量x溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次 X溶质组分在气相中的摩尔比 无因次y溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次 Y溶质组分在气相中的摩尔比 无因次Z填料层高度 m Zs填料层分段高度 m3.希腊字母粘度 Pa.s 密度 kg/m3表面张力 N/m m平均的，对数平均的min最小的 max最大的1塔底 2塔顶化工机械设备部分1设计条件1.1塔体与裙座的机械设计条件如下：1.塔体内径，塔高取H=10000mm(包括裙座高度)：圆筒：8438mm，裙座：1400mm2.计算压力，设计温度t=253.设置地区：基本风压值，地震设防烈度为8度，场地土壤：类，设计地震分组第二组，设计基本地震加速度为0.40g4.塔内装有塑料聚氯乙烯阶梯环散堆填料5.0m，填料密度为57.5kg/m35.在卸料口处和塔顶各加一个圆形平台。平台宽度：B=800mm，高度H=1000mm。6.在裙座上开一个检查孔，在填料层下端、进气管上部开两个手孔，裙座高度取1400mm，圆筒形。7.塔体与封头材料选用Q235-B，其，。8.裙座材料选用Q235-B，。9.塔体与封头对接焊接，塔体焊接接头系数=0.8510.塔体、封头与裙座壁厚附加量C=2mm。2按计算压力计算塔体与封头厚度2.1塔体厚度计算：考虑到壁厚附加量C=2mm，运输、安装等，经圆整取.2.2封头厚度计算采用标准椭圆封头：考虑到壁厚附加量C=2mm，运输、安装等，经圆整取3塔设备的质量载荷计算3.1筒体圆筒、封头和裙座质量筒质量：裙座质量：封头质量：封头法兰质量：35kg说明：（1）塔体圆筒总高度 （2）查得DN=650mm，厚度8mm的圆筒质量为130kg/m （3）查得DN=650mm，厚度8mm的封头质量为32.7kg（封头曲面深度162mm，直边高度25mm）。 （4）裙座高度1400mm，（厚度按8mm计）。3.2塔内构件质量说明：支承装置近似按筛板塔盘质量计算为65kg/m23.3平台、扶梯质量说明：由手册查得，平台质量：，笼式扶梯质量：，笼式扶梯总高，平台数量：n=2,平台宽度B=0.8m.3.4操作时物料质量说明：3.5附件质量按经验取附件质量为3.6充水质量各种质量载荷汇总（将全塔分成3段）塔段011223合计塔段长度700700843810000手孔与平台数1034填料层001191123.71216.641377.34168.98168.9828281424.514654437944122.830.93043444428352876141.8226.63427.63796各塔段最小质量141.8196.82873.63220全塔操作质量全塔最小质量水压试验时最大质量4 风载荷与风弯矩计算4.1风载荷计算查表得，设笼式扶梯与塔顶管线布置成90，取下列两式中的较大者：式中：式中：式中：取两者中的较大值，故取（1）式中的所以同理各段风载荷计算结果计算段平台数17003000.71.71.000.700106626627003000.71.71.001.4001066266384383000.71.71.0010.02379151745704.2风弯矩计算截面00截面11截面225 地震弯矩计算 取第一振型阻尼比（脉动增大系数）为则衰减指数塔的总高度H=10000mm全塔操作质量=3796.38kg重力加速度g=9.81m/s2地震影响系数10查手册得查手册得计算截面距地面高度h：00截面：h=011截面：h=700mm22截面：h=1400mm地震弯矩计算截面00截面11 截面226 各种载荷引起的轴向应力6.1计算压力引起的轴向拉应力其中，6.2操作质量引起的轴向压应力截面00截面11式中，截面22式中6.3最大弯矩引起的轴向应力截面00其中截面11其中 截面22其中7 塔体与裙座危险截面的强度与稳定校核 7.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 截面22塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的22截面上。其中满足要求。7.2塔体与裙座的稳定校核截面22塔体22截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中截面11塔体11截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中，截面00塔体00截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中,7.3各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面001122塔体与裙座有效厚度666截面以上的操作质量37963654.23427.6计算截面面积123591115912359计算截面的抗弯截面系数最大弯矩最大允许轴向拉应力115.3最大允许轴向压应力/MPa164.4164.4164135.6135.6135.6计算压力引起的轴向拉应力002.71操作质量引起的轴向压应力3.0413.212.75最大弯矩引起的轴向压应力13.0915.779.96最大组合轴向拉应力12.71最大组合轴向压应力16.1318.9812.71强度与稳定性校核强度满足要求稳定性满足要求满足要求满足要求8 水压试验时各种载荷引起的应力8.1试验压力和液柱静压力引起的环向应力8.1.1塔体水压试验 8.1.2试验压力引起的轴向应力 8.1.3最大质量引起的轴向应力 8.1.4弯矩引起的轴向应力 8.2水压试验时应力校核8.2.1筒体环向应力校核 满足要求。8.2.2最大组合轴向拉应力校核满足要求。8.2.3最大组合轴向压应力校核满足要求。9、基础环设计9.1基础环尺寸9.2基础环的应力校核取以上两者中的较大值，选用75号混凝土，其许用应力为，满足要求。9.3基础环的厚度基础环材料的许用应力为按有筋板时计算基础环厚度： 11圆整后取10、地脚螺栓计算10.1地脚螺栓承受的最大拉应力 10.2地脚螺栓的螺纹小径，选取地脚螺栓个数，一般取4的倍数，取n=12,选取Q235A时，取查得的螺栓的螺纹小径=20.752mm，故选用16个的地脚螺栓能满足要求（地脚螺栓公称直径不