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100万方/小时脱硝废气脱硫项目 设备选型文档2017年“ 东华科技 东华科技 -陕鼓 杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛大唐渭河发电厂100万方/小时脱硝废气脱硫项目设备选型文档设计团队：TYB团队团队成员：王驰元 张鹏 高世先 刘天昌 于颖指导老师：李青彬 王莉 韩永军 褚松茂平顶山学院（华中）TYB团队2017年8月目 录第一章 塔设备设计计算说明书11.1塔设备选择设计规范11.2塔设备选择要求11.3塔型选择一般原则21.3.1与物性有关的因素21.3.2与操作条件有关的因素31.3.3下列情况可优先选用板式塔31.3.4下列情况可优先选用填料塔31.4散装填料的分类41.5 T0203脱硫吸收塔设计51.5.1使用软件列表51.5.2塔径的计算61.5.3流体力学性能评价71.5.4填料塔填料高度计算91.6软件核算131.7体分布器计算151.7.1液体分布器151.7.2 液体再分布器-槽式液体再分布器181.7.3其他附属塔内件的选择181.8吸收塔的流体力学参数的计算201.8.1吸收塔的压力降201.9塔设备计算说明书211.9.1塔体和封头选材211.9.2校核结果22第二章换热器设计计算说明书362.1概述362.2换热器设备选择设计规范362.3换热器的选型372.3.1换热器类型与特性372.3.2物流流程的选择382.3.3换热管规格选择382.4 EO507换热器设计计算402.4.1使用软件列表402.4.2设计条件的确定402.4.3确定物性数据412.4.4计算总传热系数412.4.5工艺结构尺寸432.5软件校核452.5.1AspenExchangeDesign&Rating辅助设计452.5.2换热器的强度校核47第三章反应器设计计算说明书613.1概述613.2亚硫酸铵氧化反应器设计613.2.1反应方程式613.2.2动力学方程613.2.3设计过程62第四章压缩机设计计算说明书664.1概述664.2选用要求664.3压缩机选型674.4选型结果68第五章泵设备计算说明书695.1概述695.2选用要求705.3选型依据735.4泵的选型735.5选型结果76第六章储罐设备计算说明书776.1概述776.2分类776.3设计依据776.4材料的选择786.5储罐容积的选择786.6设计示例79第七章气液分离器807.1设计依据807.2气液分离器类型807.3蒸发浓缩气液分离罐V0503设计过程807.4气液分离器强度校核837.5设计结果9495第一章 塔设备设计计算说明书1.1塔设备选择设计规范表1-1 设计标准与依据设计标准设计依据石油化工设计手册固定式压力容器GB150-2011设备及管道保温设计导则GB8175-2008压力容器封头GB/T25198-2010塔器设计技术规定HG20652-1998钢制化工容器结构设计规定HG/T20583-2011工艺系统工程设计技术规范HG/T20570-1995塔顶吊柱HG/T21639-2005不锈钢人、手孔HG21594-2014钢制人孔和手孔的类型与技术条件HG/T21514-2014钢制塔器容器JB/T4710-20051.2塔设备选择要求（1）生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、液泛等破坏正常操作的现象。（2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应能保证长期连续操作。（3）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。（4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修1.3塔型选择一般原则选择时应考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能及塔的制造、安装、运转、维修等。优先适用情况如下：表1-2填料塔与板式塔的比较填料塔板式塔在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度塔内液体滞液量较大，操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，操作易于稳定对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔液相负荷较小具有腐蚀性的物料，可选用填料塔。因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大的塔板，堵塞的危险较小容易发泡的物料，宜选用填料塔在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液以便与加热或冷却管进行有效地传热在较高压力下操作的蒸馏塔仍多采用板式塔具体来讲，应着重考虑以下几个方面：1.3.1与物性有关的因素（1）易气泡的物系，如处理量不大时，宜选用填料塔为宜。因为填料塔能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛；（2）具有腐蚀性的介质，可以选用填料塔；（3）具有热敏性的物料必须减压操作，以防止过热引起分解或聚合，故选用压力降较小的塔型；（4）粘性较大的物系，可选用大尺寸填料。板式塔的传质效率较差；（5）含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜；（6）操作过程中有热效应的系统，选用板式塔为宜。因塔盘上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。1.3.2与操作条件有关的因素（1）若气相传质阻力大，宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡；（2）大的液体负荷可选用填料塔，若要用板式塔则采用板上液层阻力小的塔型（如筛板和浮阀）；（3）低的液体负荷一般不宜选用填料塔；（4）液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜选用板式塔。1.3.3下列情况可优先选用板式塔（1）塔内液体滞液量较大，要求塔的操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；（2）液相负荷较小，因为这种情况下，填料塔会由于填料便面湿润不充分而降低其分离效率；（3）含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大，赌赛的危险较小；（4）在操作过程中伴随有放热或需要加热的无聊，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出口，这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液量，以便与加热或冷却管进行有效地传热。1.3.4下列情况可优先选用填料塔（1）在分离程度要求搞的情况下，因某些新型填料具有很搞的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；（2）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；（3）具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷、塑料等；（4）容易发泡的物料，宜选用填料塔，因为在填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可以使泡沫破碎。（5）本塔的分离物主要是海水和二氧化硫，原料洁净、腐蚀性大、粘度小且无悬浮物，整套装置产量大且气液相负荷大。综合考虑上述因素，本项目优先选择填料塔。1.4散装填料的分类填料塔具有结构简单、压力降小、且可用各种材料制造等优点。近年来随着填料结构的改进，新型的高效、高负荷填料的开发，既提高了塔的通透能力和分离能力，又保持了压力降小及性能稳定的特点，因此填料塔已被推广到所有大型气液操作中。综合考虑材质要求、安装维修及造价等因素，确定选择分散填料。不同散装填料的类型和特性参数见下表：表1-3 散装填料与特性参数填料类型简图特性拉西环（Rashing Ring）目前已被淘汰鞍形填料(Intalox Saddle)属于乱堆敞开式填料鲍尔环（Pull Ring）即在拉西环的壁面上开一层或两层长方形小窗金属环矩鞍（Intalox Metal Tower Packing IMTP）结合了鲍尔环的孔隙大和矩鞍填料流体均布性好的优点，是目前应用最广的一种散装填料，可用金属、陶瓷制成纳特环（Nulter）是环和鞍组合成的填料阶梯环（Cascade Wini Ring）类似于鲍尔环，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错45的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边综合考虑，本塔选择聚丙烯塑料乱堆鲍尔环，尺寸为38381.44mm。1.5 T0203脱硫吸收塔设计1.5.1使用软件列表表1-4使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V9.0分离性能设计Aspen Tech公司CUP-Tower流体力学设计中国石油大学（华东）SW6-2011塔体强度结构设计全国化工设备设计技术中心站AutoCAD2007吸收塔平面布置图绘制Autodesk公司由Aspen plus吸收塔上的物性参数，以T203吸收塔为例进行手工计算和校核，然后再用CUP-Tower进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。吸收塔进出物料物性参数如下表表1-5 吸收塔进出物料物性参数烟气进口烟气出口脱硫液出口脱硫液进口温度C52.5069451.8937152.0777352.51817压力bar1111相态气气液液体积流量cum/hr614158614304.31257.2431207.312摩尔流量kmol/hr22712.8622761.6465487.5363060.74质量流量kg/hr654595.2653816.912365511190527与吸收塔有关物性参数数据如下：表1-6 吸收塔有关物性参数数据物性数据气体密度v=1.0658 kg/m3液体密度l=987.067 kg/m3气体黏度v=0.0659 kg/(mh)液体黏度l=1.949 kg/(mh)填料比表面积a=129气相质量流量Wv=8338.78 kg/(m2h)液相质量流量Wl=15743.92 kg/(m2h)1.5.2塔径的计算泛点气速吸收塔的气液流动参数，查如下的Eckert通用关联图：图1-1 Eckert通用关联图可得纵坐标值uf2VL0.2gL为0.18。已知L为0.5011mPas；液体密度校正系数=H2OL，填料因子=184m-1故泛点气速： uf=(9.8198720.189981841.0640.50110.2)0.5=3.18 (m/s)空塔气速操作条件下的空塔气速u=(0.50.8)uf，取u=0.7uf则：u =2.23m/s塔径计算可计算得到吸收塔塔径为10.39m。按面积等效法计算后得到吸收塔的塔径圆整值为10m。1.5.3流体力学性能评价填料塔的流体力学性能主要包括压力降、持液量和液体喷淋密度。泛点气速与压力降在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压力降。填料层压降与液体喷淋量以及气速相关，在一定气速下，液体喷淋量越大，压力降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压力降也越大。泛点气速是填料塔设计的一个重要参数，填料塔只有在泛点气速以下，才可以稳定地操作，但如果气速太低又会造成设备投资的浪费和汽液两相分布的不均匀。应用通用压降关联（GPDC）既可以进行泛点气速的计算，又可以进行填料层压力降的计算。液体喷淋密度填料塔中汽液两相的相间传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度以及填料材质的表面润湿性能。液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，单位是m3/（m2h）。为了保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值被称作最小喷淋密度，Umin以表示，最小喷淋密度通常采用下式计算：Umin=Lw，mina其中，a表示填料的比表面积，Lw，min表示最小润湿速率。最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量，对于直径不超过75mm的鲍尔环，可取Lw，min=0.08m3/(mh)，故最小喷淋密度为：Umin=0.08129=10.32m3/(m2h)求得液体喷淋密度为：= 填料表面的润湿性能与填料的材质有关。就常用的三种材质而言，陶瓷填料的润湿性能最好，金属次之，塑料最差。实际操作时，采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。若喷淋密度过小，可用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体流量，以保证填料表面的充分润湿；也可采用减小塔径予以补偿；对于金属、塑料材质的提那聊，可采用表面处理方法，改善其表面的润湿性能。下图为喷淋层结构图，图1-2 喷淋层结构图1.5.4填料塔填料高度计算传质单元高度计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：气相质量通量为液相质量通量为填料润湿表面积为查设计手册得： 气相传质系数由下式计算： 液相传质系数由下式计算：传质过程的体积传质系数 得 传质单元数的计算气液相平衡数据由手册查得，常压下50时SO2在水中的亨利系数为 E=8710kPa相平衡常数为 m=E/P=8710 /101.3=85.98223溶解度系数为吸收剂用量的确定进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比比为最小液气比，其中 取操作液气比为传质单元数的计算填料层高度计算填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.2m,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1.1m,所以塔的附属高度可以取2.3m.最终计算得填料塔高度为34m。图1-3全塔示意图1.6软件核算Cup-Tower 在塔盘工艺结构计算的运用根据Aspen Plus塔板设计结果及Cup Tower 校核结果，得到塔径为10m，选定填料为鲍尔环塑料填料，泛点率选用70%， 将其水力学数据输入Cup-Tower中，其操作界面如下所示。（1）填料性质输入图1-4 Cup-Tower填料性质输入图（2）工艺条件输入图1-5 Cup-Tower工艺条件输入图（3）填料吸收塔校核结果图1-6 Cup-Tower填料吸收塔校核结果图针对上述选取的流体力学数据，使用CUP-Tower进行塔的主体结构设计，计算结果以及计算说明书如下：表1-7 cup_tower校核结果基本信息1项目名称2客户名称7塔板名称鲍尔环3项目号8计算人4装置名称9校核人张鹏5塔的名称10日期5/20/2020 3:49 上午6塔段号1112说明工艺设计条件液相气相1质量流量kg/h10041934质量流量kg/h6521372密度kg/m39875密度kg/m31.06393粘度cp0.50116体系性质不起泡体系1塔的结构参数1填料种类/鲍尔环8塔径m10.2692材料/塑料9床层高度m43尺寸mm38104厚度mm1.411比表面积m2/m31305填料因子m-113112空隙率%916干填料因子m-1172.513堆积个数#/m3136007堆积密度kg/m37614每米理论板数/1.5工艺计算参数1液泛分率%707填料层总压降Pa1568.0002空塔气速m/s2.0578单位填料层压降Pa392.03泛点气速m/s2.9389持液量m3/m36.0994气体动能因子Pa0.52.12210喷淋密度m3/(m2.h)12.29065气体负荷因子m/s0.06811最低喷淋密度m3/(m2.h)0.001346流动参数/0.05112理论级数/6.00操作负荷性能图1操作点横坐标0.05062操作点纵坐标0.05373操作上限百分比110%4操作下限百分比90%备注：1.7体分布器计算1.7.1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。表1-8 液体分布装置装置名称装置图片使用范围盘式分布器适用于直径800mm以上的塔，盘上开有310mm的小孔或直径不小于15mm的溢流管，分布盘的直径为塔径的0.60.8槽式分布器适用于塔径较大的场合综合考虑，本设备选择槽式分布器液体分布器设计的基本要求（1）液体分布均匀 评价液体分布的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流动的均匀性。分布点密度 液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。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1-8列出了散装填料塔的分布点密度推荐值。表1-8 散装填料塔的分布点密度塔径mm分布点密度，个/平方米D=400330D=750170120042（2）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。（3）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。（4）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。按Eckert建议值，D1200mm时，喷淋点密度为42点m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为100点m2。布液孔数1液体分布器的选型根据该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低的物系性质可选用槽式液体分布器。2分布点密度计算按Eckert建议值，D1200时，喷淋点密度为42点/m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为100点/m2 。总布液孔数为 （个） 分布点采用三角形排列图1-7槽式液体分布器二级槽的布液点示意图液体保持管高度液体保持管高度：取布液孔直径为14mm，则液位保持管中的液位高度可得（为孔流系数） 1.7.2 液体再分布器-槽式液体再分布器在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心处填料的不到好的润湿，形成所谓的“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。因此每隔一定的距离设置液体再分布装置，以克服此现象。液体收集再分布器的种类有很多，大体可以分为两类，一是液体收集器与液体再分布器各自独立，分别承担液体收集和再分布任务，对于这种结构，原则上，前述的各种液体分布器，都可以与液体收集器组合成液体收集再分布装置。另一类是集液体收集和再分布功能于一体而制成的液体收集再分布器。这种液体收集再分布器结构紧凑，安装空间高度低，常用于塔内空间高度收到限制的场合。百叶窗式液体收集器百叶窗式液体收集器主要收集器筒体、集液板和集液槽组成。集液板由下端带导液槽的倾斜放置的一组挡板组成，其作用在于收集液体，并通过其下的导液槽汇集于集液槽中，集液槽是位于导液槽下面的横槽或沿塔周边设置的环形槽，液体在集液槽混合后，沿集液槽的中心管进入液体再分布器，进行液相的充分混合和再分布。与百叶窗式集液器配合使用的液体再分布器可以是管式或槽式，可按需要选择。为使液体的初始分布均匀，需要设置液体分布装置。液体分布装置的种类多样，工业上应用较多的有管式、槽式和盘式等。槽式分布器是近年来开发的新型液体分布器该分布器兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，操作弹性高达10:1。气液分布均匀，阻力较小，特别适用于易发生夹带、堵塞的场合。综合考虑，选择槽式液体再分布器1.7.3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.填料支承板填料支承板既要具备一定的机械强度以承受填料层及其所持液的重量，又要立出足够的空隙面积供气、液流通，气体通过支承板的空隙的线速度不能大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，已在支承板处发生液泛，一般要求支承板的自由截面积与塔截面积之比大于填料层的孔隙率。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（亦有特制的陶瓷开孔板以适应耐腐蚀要求）。格栅的间隙或孔板的孔径如果过大，容易使填料落下，此时可用支承装置上先铺一层尺寸较大的同类填料。除沫器（除雾器）若由塔设备出来的气相没有大量雾沫夹带，则不需要考虑除雾问题，但在有些情况下，例如塔顶液体喷淋装置产生的测液现象较严重，操作中得空塔气速过大，或者工艺过程不允许出来的气相中夹带雾滴，此时则需要考虑加装除雾装置，常用的除雾装置介绍如下：折板除雾器这是一种最为简单有效的结构。除雾板由50mm *50mm*3mm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丝网除雾器这是一种效率较高的除雾器，可除去大于5m的液滴，效率可达98%99%，但压强降较折流板式除雾器为大，约为0.245kpa，且不适用于气液中含有粘结物或固体物质（例如碱液或碳酸氢铵溶液等），因为液体蒸发后留下固体物质容易堵塞丝网孔，影响塔的正常操作。丝网盘高H一般取100150mm丝网可用金属或塑料为材料制成。支承丝网的栅板应具有大于90%的自由截面积。 此外，填料塔常用的除雾器装置还有干填料除雾器（在液体喷淋装置与气体出口管制见状一段干填料），这种除雾方法用得较多，效果与折板除雾器相仿。综合考虑，最终选择丝网除雾器1.8吸收塔的流体力学参数的计算1.8.1吸收塔的压力降填料塔的压力降为：(1) 气体进出口压降:取气体进出口流速为u=25m/s，则进口压降为：则出口压降为：(2) 填料层压降:气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,其中横坐标为纵坐标为查参考书得填料层压力降(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1.9塔设备计算说明书1.9.1塔体和封头选材吸收塔内操作压力为0.1MPa，最低操作温度为50，最高操作温度120，选取Q345R做为塔体和封头的材料。这里采用SW6-2011进行塔体的强度计算，封头采用标准椭圆封头，输入参数如下图所示：图1-8筒体数据输入图1-9上封头数据输入图1-10填料数据输入1.9.2校核结果塔设备校核计算单位平顶山学院TYB计算依据：NB/T 47041-2014计 算 条 件塔型填料容器分段数（不包括裙座）1压力试验类型液压封头上 封 头材料名称Q345R名义厚度(mm)33腐蚀裕量(mm)2焊接接头系数0.85封头形状椭圆形圆筒设计压力(Mpa)设计温度()长度(mm)名义厚度(mm)内径/外径(mm)材料名称(即钢号)10.195340001210000Q345R圆筒腐蚀裕量(mm)纵向焊接接头系数环向焊接接头系数外压计算长度(mm)试验压力(立) (Mpa)试验压力(卧)(Mpa)120.850.8500.130.483651表1-9校核结果内件及偏心载荷介质密度kg/m30塔釜液面离焊接接头的高度Mm0塔板分段数12345塔板型式塔板层数每层塔板上积液厚度mm最高一层塔板高度mm最低一层塔板高度mm填料分段数12345填料顶部高度mm19000230002700031000填料底部高度mm15000190002300030000填料密度kg/m3365365365365集中载荷数12345集中载荷kg集中载荷高度mm集中载荷中心至容器中心线距离mm塔器附件及基础塔器附件质量计算系数1.2基本风压N/m2500基础高度mm2000塔器保温层厚度mm0保温层密度kg/m30裙座防火层厚度mm0防火层密度kg/m30管线保温层厚度mm0最大管线外径mm0笼式扶梯与最大管线的相对位置90场地土类型III场地土粗糙度类别B地震设防烈度低于7度设计地震分组第一组地震影响系数最大值amax3.28545e-66阻尼比0.01塔器上平台总个数0平台宽度mm0塔器上最高平台高度mm0塔器上最低平台高度mm0裙座裙座结构形式圆筒形裙座底部截面内径mm10000裙座与壳体连接形式对接裙座高度mm2000裙座材料名称Q345R裙座设计温度85裙座腐蚀裕量mm2裙座名义厚度mm24裙座材料许用应力MPa189裙座与筒体连接段的材料裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力MPa裙座与筒体连接段长度mm裙座上同一高度处较大孔个数0裙座较大孔中心高度mm10000裙座上较大孔引出管内径（或宽度）mm0裙座上较大孔引出管厚度mm0裙座上较大孔引出管长度mm0地脚螺栓及地脚螺栓座地脚螺栓材料名称Q345地脚螺栓材料许用应力MPa170地脚螺栓个数36地脚螺栓公称直径mm56全部筋板块数16相邻筋板最大外侧间距mm894.765筋板内侧间距Mm110筋板厚度Mm22筋板宽度mm160盖板类型整块盖板上地脚螺栓孔直径mm75盖板厚度Mm30盖板宽度mm0垫板有垫板上地脚螺栓孔直径mm59垫板厚度mm22垫板宽度mm110基础环板外径mm10250基础环板内径mm9770基础环板名义厚度mm20风载及地震载荷00AA裙座与筒体连接段11(筒体)11(下封头)2233操作质量569329524964524964最小质量196657152293152293压力试验时质量3.0843e+06152293152293风弯矩8.034e+097.285e+097.285e+09Mca(I)Mca(II)顺风向弯矩(I)顺风向弯矩(II)组合风弯矩8.034e+097.285e+097.285e+09地震弯矩注:计及高振型时,此项按B.24计算000偏心弯矩000最大弯矩需横风向计算时8.034e+097.285e+097.285e+09垂直地震力000应力计算25.008.148.1916.395.344.719.283.024.761.5532.5010.5944.384.761.551.412.780.91st189.00189.00189.00B52.9124.2474.52组合应力校核(内压),(外压)17.885.82许用值192.78192.78(内压),(外压)12.9114.034.57许用值63.4929.0889.4230.539.94许用值310.50292.5045.807.542.46许用值54.1125.3091.89242.0778.85许用值310.50292.50校核结果合格合格合格注1:sij中i和j的意义如下i=1操作工况j=1设计压力或试验压力下引起的轴向应（拉）i=2检修工况j=2重力及垂直地震力引起的轴向应力（压）i=3液压试验工况j=3弯矩引起的轴向应力（拉或压）st设计温度下材料许用应力B设计温度下轴向稳定的应力许用值注2:sA1:轴向最大组合拉应力sA2:轴向最大组合压应力sA3:液压试验时轴向最大组合拉应力sA4:液压试验时轴向最大组合压应力s:试验压力引起的周向应力注3:单位如下质量:kg力:N弯矩:Nmm应力:MPa表1-10计算结果地脚螺栓及地脚螺栓座基础环板抗弯断面模数mm31.84556e+10基础环板面积mm27.54736e+06基础环板计算力矩Nmm21059.3基础环板需要厚度mm27.26基础环板厚度厚度校核结果合格混凝土地基上最大压应力MPa4.14受风载时基础环板与基础表面间虚拟的最大拉应力MPa0.18受地震载荷时基础环板与基础表面间虚拟的最大拉应力MPa-0.63地脚螺栓剪应力MPa地脚螺栓需要的螺纹小径mm19.7977地脚螺栓实际的螺纹小径mm50.046地脚螺栓校核结果合格筋板压应力MPa38.15筋板许用应力MPa95.24筋板校核结果合格盖板最大应力MPa30.72盖板许用应力MPa170盖板校核结果合格裙座与壳体的焊接接头校核焊接接头截面上的塔器操作质量kg524964焊接接头截面上的最大弯矩Nmm7.28457e+09对接接头校核对接接头横截面mm2681725对接接头抗弯断面模数mm31.70431e+09对接焊接接头在操作工况下最大拉应力MPa-3.28对接焊接接头拉应力许可值MPa136.08对接接头拉应力校核结果合格搭接接头校核搭接接头横截面mm2搭接接头抗剪断面模数mm3搭接焊接接头在操作工况下最大剪应力MPa搭接焊接接头在操作工况下的剪应力许可值MPa搭接焊接接头在试验工况下最大剪应力MPa搭接焊接接头在试验工况下的剪应力许可值MPa搭接接头拉应力校核结果主要尺寸设计及总体参数计算结果裙座设计名义厚度mm24容器总容积mm32.88764e+12直立容器总高mm38083壳体和裙座质量kg162681附件质量kg32536.3内件质量kg0保温层质量kg0平台及扶梯质量kg1440操作时物料质量kg372671液压试验时液体质量kg2.88764e+06吊装时空塔质量kg195217直立容器的操作质量kg569329直立容器的最小质量kg196657直立容器的最大质量kg3.0843e+06空塔重心至基础环板底截面距离mm18225.8直立容器自振周期s61.93第二振型自振周期s第三振型自振周期s临界风速(第一振型)临界风速(第二振型)雷诺系数设计风速风载对直立容器总的横推力N358797地震载荷对直立容器总的横推力N0操作工况下容器顶部最大挠度mm1.23626容器许用外压MPa注：内件质量指塔板质量；填料质量计入物料质量；偏心质量计入直立容器的操作质量、最小质量、最大质量中。封头壁厚计算表1-11上封头数据输入内压椭圆封头校核计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力pc0.23MPa设计温度t95.00C内径Di10000.00mm曲面深度hi2000.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力st185.00MPa试验温度许用应力s185.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值pT=1.25p=0.1300(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT0.90ss=292.50MPa试验压力下封头的应力sT=34.29MPa校核条件sTsT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K=1.3750计算厚度dh=10.06mm有效厚度deh=dnh-C1-C2=30.70mm最小厚度dmin=30.00mm名义厚度dnh=33.00mm结论满足最小厚度要求重量25037.87Kg压力计算最大允许工作压力pw=0.70141MPa结论合格筒体壁厚计算表1-12筒体数据输入内压圆筒校核计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压力pc0.10MPa设计温度t95.00C内径Di10000.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力s189.00MPa设计温度许用应力st189.00MPa试验温度下屈服点ss345.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f0.85厚度及重量计算计算厚度d=26.2mm有效厚度de=dn-C1-C2=26.8mm名义厚度dn=30.00mm重量310737.20Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值pT=1.25p=0.4837(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平sTsT0.90ss=310.50MPa试验压力下圆筒的应力sT=284.78MPa校核条件sTsT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力pw=0.32098MPa设计温度下计算应力st=50.05MPastf160.65MPa校核条件stfst结论合格第二章换热器设计计算说明书2.1概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。2.2换热器设备选择设计规范表2-1设计标准与依据内容出版日期及标准号化工设备设计全书换热器2003-5热交换器GB/T151-2014压力容器GB150-2011化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG/T20553-2011钢制管法兰、垫片和紧固件HG/T2059220635-2009容器支座JB/T4712-2007补强圈JB/T4736-20022.3换热器的选型2.3.1换热器类型与特性换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降得范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。间壁式换热器有夹套式、管式和板式换热器。管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。列管式换热器可根据其结构特点，分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。各类换热器特性如下表。表2-2换热器特性分类名称特性相对费用耗用金属kg/m管壳式换热器固定管板式使用广泛；壳程不易清洗，管壳两物料温差大于60时应设膨胀节，最大使用温差不应大于60。1.030浮头式壳程易清洗；管壳两物料温差可大于120；内垫片易渗漏。1.2246调料函式优缺点同浮头式；造价高，不宜制造大直径设备。1.28U形管式制造安装方便，造价较低；管程耐高压；结构不紧凑，管子不易更换，不易机械清洗。1.01列管换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。一般要根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。从经济角度看，只要工艺条件允许，应该优先选用固定管板式换热器。但遇到以下两种情况时，应选用浮头式换热器。（1）壳壁与管壁的温差超过70；壁温相差5070。而壳程流体压力大于0.6MPa时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。（2）壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用固定管板式换热器。2.3.2物流流程的选择对于高温物流一般走管程，从而节省保温层和减少壳体厚度，但是有时为了物料的散热，增强冷却效果，也可以使高温流体走壳程；对于压力较高的物流应该走管程；粘度较大的流体应该走壳程，在壳程可以得