合成氨液氨脱硫工艺设计.

1、郑州大学化工与能源学院专业化学工程与工艺班级4班姓名 张晓丹学号20110380429题目 年产 14万吨合成氨脱硫工艺设计指导老师 万亚珍职称卫授李亦帆职称博士系主任 侯翠红职称 教授2015年1月24 日目录1. 设计任务书 2.1.1 设计要求 21.2 设计依据 22. 工艺设计条件 3.3. 工艺流程叙述 4.3.1 概述 43.2 生产流程简述 43.2.1 原理 43.2.2 工艺流程简图 64. 主要工艺指标 6.4.1 设计方案的确定 64.2 物料衡算 74.2.1 吸收塔的物料衡算 74.2.2 各流股的物料衡算 84.3 热量衡算 95. 工艺设计 9.5.1 基础物性

2、数据 95.2 吸收塔的设计 105.2.1 塔径计算 105.2.2 塔径校核 125.2.3 填料层高度及分段 125.2.4 填料塔压降的计算 165.2.5 填料支撑板 175.3 喷射氧化再生槽的计算 185.3.1 槽体的计算 185.3.2 扩大部分直径 185.3.3 再生槽高度 185.3.4 喷射器计算 195.4 冷却塔的设计 225.4.1冷却塔的计算 225.4.2冷却塔校核 245.4.3 分布器的设计 345.4.4 丝网除沫器的设计 375.4.4 冷却塔的选管 395.4.5 塔底防涡器的设计 406. 设计感悟 4.1.1. 设计任务书1.1 设计要求设计年

3、产 14万吨合成氨脱硫工艺， 半水煤气含硫 4.8g/Nm3, 脱硫方法用氨水液相催化法， 填料塔脱硫；富液再生采用喷射氧化再生槽。1.2 设计依据1) 化工工艺设计手册(第四版) (上、下册)2) 小合成氨厂工艺技术与设计手册 (上、下册)3) 陈声宗等主编，化学工业出版社出版的化工设计第三版教材4) 填料手册(第二版) 5) 化工设备设计全书(塔设备分册) 6) 塔填料产品及技术手册7) 小合成氨厂工艺技术与设计手册 (上、下册)8) 给水排水设计手册9) 化工设备设计手册 (上、下卷)10) 化学化工物性数据手册(无机卷、有机卷) 11) 现代塔器技术(第二版)12) 小氮肥厂工艺设计手

4、册13) 李登松. 脱硫填料吸收塔的工艺设计研究 J. 化工装备技术 ,2013,34(6):41-45.14) 徐组根.冷却塔设计 J. 河南化工， 1999,8:31-34.15) 曾国安. 冷却塔的设计计算 J. 机电产品开发与创新 ,2009,22(4):76-78.16) 董谊仁，过健 .填料塔排管式液体分布器的研究和设计 J. 化学工程， 1990,18(3)： 28-35.17) 董谊仁，裘俊红，陈国标等.填料塔液体分布器的设计 J. 化工生产与技术， 1998,18 ：1-6.佝 张硕德.防涡流器的设计J.化工设备设计，1983,18 （23）: 42-43.19）白二川.半水

5、煤气直冷塔的计算与设计J.化肥设计，2010,48 （2）: 11-15.20）杨怀林.水冷却塔的设计J.特钢技术，2009,15（ 58）: 53-54.2. 工艺设计条件设计能力：14万吨合成氨/年半水煤气中硫含量：4.8g/Nm3年工作日：310天半水煤气消耗定额：3200 Nm5/吨氨半水煤气组成（干基）：表1半水煤气组成表组成14COCOQCH合计体积（%421926110.71.3100半水煤气压力：压缩机出口压力 4800 mmHO柱气体温度：36 E贫液组成：总氨含量：1.0M硫容：0.17kg/Nm 脱硫后半水煤气含硫: 富液组成：总氨含量：1.0M3比重：1034kg/m溶

6、液温度：32 E碳化度R=C/A=0.63 总硫化氢：20.0g/m3 比重：1034kg/m330.1 g/Nm碳化度R=C/A=0.65 总硫化氢：240.0g/m3再生过程：采用喷射氧化再生槽喷射器入口压力：4atm（表压）液温：30 E吹风强度： 100m3/ m 33. 工艺流程叙述3.1 概述由于生产合成氨的各种燃料中含有一定量的硫，因此所制备出的合成氨原料气中，都含有硫化物。其中大部分是无机硫化物硫化氢（HS）,其次还有少量的有机硫化物，如硫氧化 碳（COS、二硫化碳（CS）、硫醇（RSH、噻吩（GHS）等。原料气中的硫化物，对合成氨 生产危害很大，不仅腐蚀设备和管道，而且能使合

7、成氨生产过程所用催化剂中毒。脱硫方法有很多，按脱硫剂物理形态可分为干法和湿法两大类，前者所用的脱硫剂为固 体，后者为溶液。当含硫气体通过这些脱硫剂时，硫化物被固体脱硫剂所吸附，或被脱硫溶 液所吸收而除去。3.2 生产流程简述3.2.1 原理脱硫反应 氨水对苯二酚氧化法也称为氨水液相催化法，是用含有少量对苯二酚（载氧体）的稀氨水溶液，脱除原料气中的硫化氢。氨溶于水，大部分与水结合为一水合氨 并部分电离成Nhf和OH，所以氨水显弱碱性。氨水与含硫化氢的原料气接触时，发生如下中 和反应：+-NH4 +OH +H2S NH4HS+H2O+Q该反应为放热反应，但因气体中硫化氢含量较少，放热量不大，溶液吸

8、收硫化氢后温升 很小。当溶液pH值小于12时，被吸收的硫化氢主要以HS形式存在，S2-可忽略不计，因此用 稀氨水脱硫时，只生成 NH4HS。当原料气中含有二氧化碳及氰化氢时，也被氨水吸收，其反应如下：NH4+OH-+CO2NH4HCO32NH4+2OH-+CO2（NH4）2CO3+H2O+ NH4 +0H +HCN NH4CN+H2O虽然稀氨水能同时吸收硫化氢和二氧化碳，但在气液两相接触面积很大、接触时间很短的条件下，氨水吸收硫化氢的速度比吸收二氧化碳的速度大80倍左右，具有良好的选择性根据这一特点，在脱硫过程中增大气液接触面积，缩短接触时间，既能有效的脱除硫化氢， 又能减少气体中二氧化碳的损

9、失。再生反应再生塔内，对苯二酚在碱性溶液中被空气氧化为苯醌：0H0H+ H2015脱硫过程生成的硫氢化铵，在苯醌的作用下氧化为单质硫:NH4HS+00+ H2O=NH4+OH-+S+OHOH再生过程的总反应可用下式表示： 对苯二酚NH4HS+I/2O2NH4+OH-+S生成的单质硫，呈泡沫状态浮于液面，使溶液获得再生。同时，有如下副反应发生：2NH4HS+2O = (NH4)2S2O3+H2。2NH4+2OH+S+Q= (NH4)2S2O3+H2ONH4CN+= nh4cns322工艺流程简图F1D4图1脱硫工段工艺流程简图HS被脱硫液吸原料气从吸收塔下部进入，与塔顶喷淋的脱硫液逆流接触，半水

10、煤气中 收后从塔顶引出，经气液分离器分离出夹带的液滴后送往下段工序吸收了硫化氢的富液从吸收塔底排出，经液封、富液槽、富液泵通过溶液加热器加热 （夏 季则为冷却）后送往喷射器；从喷射器尾部出来的两相液体由再生槽下部上升，完成与再生塔 相同的浮选过程，再生槽上部溢流出的硫泡沫经硫泡沫分离槽放入熔融釜熔硫。硫磺放入硫 磺铸模冷却后即成硫锭。由再生槽贫液出口处引出的贫液经液位调节器、贫液泵送回脱硫塔 循环使用4. 主要工艺指标4.1设计方案的确定吸收塔的工艺设计方案主要包括吸收剂、吸收流程、解吸方法、设备类型和操作参 数的选择等内容。对于吸收操作，选择适宜的吸收剂，具有十分重要的意义。吸收剂的好坏对吸

11、收操 作的经济性有着十分重要的影响。一般情况下，选择吸收剂要着重考虑如下问题：1）对溶质的溶解度大;2）对溶质有较高的选择性;3）不易挥发；4）再生性能好；4.2物料衡算氨水液相中和法脱硫为化学吸收过程，低浓度吸收，近似满足恒摩尔流假定，即假定在 吸收过程中，液相流量L和气相流量G不变，液相中的氨含量为常量，且吸收过程是等温的, 传质系数为常量，物料衡算过程如下：4.2.1吸收塔的物料衡算(1) 水煤气进(出)塔流量 Vo, Nm3 /h43V o=14X 10 X 3200/ (310X 24) = 60215.05Nm/h(2) H2S脱除量，G，kg/hG=60215.05 X( 4.8

12、-0.1 ) /1000=283.01kg/h(3) 溶液循环量Lt，m/hLt 二 Gi/S33式中 S 溶液硫容量，kg/m ,S 取(0.24-0.02)=0.22kg(H2S)/mLT=283.01/0.22=1286.41m 3/h(4) 理论所需空气量氧化1kgH2S所需空气量V 1=1/43 X 0.5 X 22.4 X 1/0.21= 1.57Nm3/h理论所需空气量V 2=283.01/1.57=180.26Nm3/ ( h 吊)设计条件所给吹风强度为100Nm (mh )，计算所需最小吹风轻度为180.26 Nm3/ (m h),故应使用两台设备。(5) 理论硫回收量，G,

13、 kg/hG=60215.05X (4.8-0.1)/1000 X 32/34=266.36kg/h（6）理论硫回收率 = (4.8-0.1 ) /4.8 X 100%=97.9%(7) 硫泡沫生产量，G, mVhG=G/So式中So 硫泡沫中硫含量，kg/m3,此处取So=3Okg/m3G 3=266.36/30=8.88m3/h表2物料衡算表（以小时计）入（出）脱硫塔气体流量60215.05Nm再生理论所需空气量180.26 Nm3H2S脱除量283.01Kg硫磺理论产量266.36Kg脱硫液循环量1286.41m3硫泡沫生成量8.88 m3422各流股的物料衡算在吸收塔内，原料气中的H2

14、S和CO2与氨水发生中和反应，被吸收，因此净化气中含量 相对减少。液相中对苯二酚为氧化再生时催化剂，假定整个过程中含量不变。进、出吸收塔 的各流股组分、含量如下：表3原料气气体NC0OCOCHH2S体积分数%41.8718.9425.920.7010.961.300.31表4净化气气体H2C0OCOCHH2S体积分数%42.4219.1926.260.7010.141.310表5贫液组分总氮含量碳化度总H2S含量对苯二酚含量1mol/L0.6320g/m30.25g/L表6富液组分总氮含量碳化度总S含量对苯二酚含量1mol/L0.65240g/m30.25g/L4.3热量衡算(1) 冷却塔热负

15、荷Q, KJ/h (忽略冷却过程中水汽的焓变)Qi=GoX GX (t i-t 2)式中，G。一入冷却塔半水煤气含量，Kmol/hCp半水煤气的平均等压比热容，KJ/(Kmol K)计算结果 Cp=30.44 KJ/(Kmol K)t1, t2为进、出冷却塔半水煤气温度，取 t1=80C, t2=36CQ1=60215.05/22.4X 30.4555554X( 80-36) =3.6X 106KJ/h(2) 冷却水消耗量，W，Kg/hW=Q/(C px A t)式中，A t 冷却水温升，C,此处取 A t=6CCp 水的比热容，取 Cp=4.178KJ/(Kg K)63W=3.6 X 10/

16、(4.178X 6)=143.6 X 10 Kg/h5. 工艺设计5.1基础物性数据(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，32 C时溶液的有关物性数据如下：密度为 p l=1034 kg/m3黏度为 卩 L=0.6828mPa.s=2.46 kg/(m.h) =93/1034=0.96表面张力为(T l=69.94 X0-3N/m由手册查得，15C时H2S在水中的扩散系数Do=1.77 X0-9 m2/s,黏度卩o=1.2 mPa.s故可得32 C时H2S在水中的扩散系数-9Dl=DoXT/ToXu 0/ 卩 l=1.77 X09X (32+2

17、73.15) / (15+273.15) X (1.2/0.6828)-9 2-5 2=3.3X10-9m2/s=1.188 1X0-5m2/h液相质量流量：Ls=Lt Xl=1286.41 X034=1330148kg/h( 2)气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mv=XyiMi=(28 X 19%)+(44 X 11%)+(28X 26%)+(2 X 42%)+(32X 0.7%)+ (16X 1.3%) =18.71kg/kmol混合气体的平均密度为33 p=PMv/(TR)=15.13/10.33X 101.325X 103X 18.71/(273.15+36)X 8.314=1.0

18、8kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的黏度，查手册36 C空气的黏度为卩 G=0.0186mPa.s=0.06696 kg/(m.h)由手册查得，10.33mmH2O、0C时H2S在空气中的扩散系D=0.198 10-4 m2/s,故可得32C时 H2S 在水中的扩散系数1.81-41.81Dg=D0 X(T/T0) . XP0/P=0.198 10- X(36+273.15)/273.15 . X( 10.33/15.13)-5 2 2=1.69 10 m /s=0.061m/h气相质量流量：G =V0X T/T0X P0/PX pG=60215.05X (36+273.15)/273.

19、15X 10.33/15.13X 1.08=50252.6kg/h5.2 吸收塔的设计5.2.1 塔径计算采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速，塔底混合气相质量流量为：V=50252.6kg/h，液相质量流量 Ls=1330148kg/h0.50.5Xf=(Ls/V) X ( p/p) . =(1330148/50252.6) X (1.08/1034) . =0.8554查塔填料产品及技术手册，阶梯环填料气相流动阻力小，生产能力高，故选用50 X25X 15乱堆聚丙烯阶梯环填料。查得泛点填料因子 f=127 m-1，比表面积a t=114.2m2/m30-B0.QMmntMi O/(s

20、 城料a.oof1/3L图2填料塔液泛、压力降通用关联图从上图查得:Xf=0.8554垂线与散堆填料液泛总线相交可读出丫 f=0.0250.5橫坐标:纵坐标:u2 - g l. 2g 1各物理量的意义如下:V、L气体与液体的质量流速kg/h；卩g、卩l气体与液体的密度kg/m3; 填料因子mYfu20.2G Lgr=0.025泛点气速UFYf9 1门;H，g叮.2=2.03 m/ s1270.961.080.6828实际泛点气速 u=(0.50.8)uf,此处取 U = 0.6Uf 二 0.62.03 二 1.22 m/ S由此可得塔径二 L17D=447567/ 36 = 3.71m3.14

21、1.22圆整塔径，取D=3.8m5.2.2塔径校核(1)泛点率校核:u 47567/ 36000.7853.821.16m/ s116 x 100% =uF2.0357.1%（在允许的范围内）(2)填料规格校核:D 3.8厂丽8(3)液体喷淋密度校核:0.7853.8113.5取最小润湿速率为3(Lw)min =0.08m /m h查填料手册得二 114.2 m2 / m3Umin =(LXin4 - 0.08114.2 = 9.136m3 / m2 h1286.41经以上校核可知，填料塔直径选用D=3800m合理5.2.3填料层高度及分段传质单元高度的计算气相总传质单元高度采用

22、修正的恩田关联式计算:二 1 -exp -1.45:t、0.75 cc0.12 a-0.05 zUNt _ .PLg )、Pl吓t丿查表得2(T L=940896kg/h22(T G=427680kg/h2液体质量通量为25UL1286.4110340.7853.8二 117.3103kg / (m2 h)jw:t1 _exp_1.450.7522768。！,940896，z 117.3 如05 1任临28丿(117.3如C2 如14.2妙51034 如.27 如。(117.3 105)20.2严 940896 1142丿二 0.747气体质量通量为U50252.64433kg /( m2 h

23、)0.7853.8 20.237空(114.2 x 0.06696 /二 0.0456 kmol / ( m2 h kPa)kG0.06696(1.08 汉 0.061 y1/3114.2 x 0.061(8.314 疋(273.15 + 36) 液膜吸收系数由下式计算:=0.0095117.3 如03J14.2 x 0.747 x 2.46 2.46J034 x 1.188 x 10/22.46 x 1.27 x 108 丫1034二 3.057 m/ h由kG k/wi ,查表得九45则 kGa 二 kGO；1= 0.0456114.20.7471.451.1 = 5.854 kmol /

24、 m3 h kPakLa 二 kLaw 0.4 = 3.057114.20.7471.450.4 = 302.6hU 二 57.1%50%UFkGa由=L +9.5 -0.5-4 kGa,-kLa= 1 + 2.6y.2 _kLa丿，得koa = p + 9.5(0.571kLa = p +2.6(0.5711.40.51 - 5.854 = 7.225 kmol / ( m h kPa)2.20.5) 1302.6 二 305.0 h 3对H2S-氨水体系，溶解度系数为 H=0.0670kmol/(KPa m )1LkGakLaI = 5.337 kmol / ( m3 . h . kPa)

25、 1(112 / 760)101.3257.225305.0Hog =VKoaPj50252.6 / 18.715.337_(15.13 / 10.33)_101.325_0.785_= 0.22m传质单元数的计算传质单元数的计算采用对数平均推动力法，假定全塔操作压力不变，为15.13mH2O,计算如下：气相进口 H2S摩尔分数y14.8/34y 13.16；11 00 0 / 2 2.410气相进口 H2S分压，P1，Pa15 13P1 = Py1101.3253.16 二 469Pa10.33气相出口 H2S摩尔分数y2y234=5.591501000/ 22.4气相出口 H

26、2S分压，P2, Pa15 13p2 二吋 101325 65910978Pa在低浓度化学吸收过程中，经试差衡算H2S的相平衡方程可近似采用P(H2S)=H X C(H2S)，其中 H=14.93KPa/(mol/L)出口富液H2S摩尔浓度，C1，mol/Lc1 二21034 7.O59 窃ol1000进口贫液H2S摩尔浓度，C2, mol/L20 / 343c20.588210J mol / L2 1000塔底H2S平衡分压，Pl*, Pa= H C1 = 14.937.059 = 105.4Pa塔底H2S平衡分压，P2*, Pa戌二 H C2 二 14.930.5882 二 8.780Pa

27、（匕 一 P；） 一（卩2 一 P；）压强对数平均推动力， Pm, Pa二 61.5 Pa(469 - 105.4) -(9.78- 8.78)ln 469 一 10549.78 - 8.78传质单元数，NogNogP 2Pm469 一 978 = 7.47.3填料层高度的计算及分段理论计算高度，Z，mZ 二 HogNog 二 0.29927.47 二 2.235m填料层设计高度一般为Z*=（ 1.21.5）乙因此，取填料层设计高度 Z*=1.5ZZ* = 1.5Z = 1.52.235 = 3.36m表7散装填料分段高度推荐值填料类型拉西环矩鞍鲍尔环阶梯环环矩鞍h/D2.5

28、58510815815hmax/mwwwW6对于阶梯环填料，-=8 L 15, hmax乞6m8,取D贝U分段高度h=8 X3800=30400mm计算得填料层高度为3360m m,故不需分段5.2.4填料塔压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为.51133014850252.61034 丿二 0.8554纵坐标为（ p=89）Yf1.16 2890.9619.81 l.20.6828 0.2 二 0.01131034图2埃克特通用关联图图中，VL 分别为气液相流率，kg/h29：G、:?L 分别为气液相密度，kg/m3叽一液相粘度，mPa.S液相密度校正系数，；：=：?

29、水 2液实验测取的填料因子，对聚丙烯阶梯环，=143m-1g重力加速度，m/s2，g=9.81 m/s2由（Xf,Yf）可查的对应的 P/Z=250Pa/m填料层压降为 P=250X3.36=840Pa5.2.5填料支撑板栅板是应用比较普遍的一种散堆填料支撑件，它结构简单，自由截面积大，造价比梁形 气体喷射式填料支撑板低。参照化工设备设计手册（塔设备）关于支撑板的选择，对于塔径 D4 800mm的填料 塔，栅板为分块式，如下：图3分块式栅板I分块栅板I和U的宽度11、丨均应小于等于400mm栅板条与边圈、连接板采用焊接, 焊后必须保证栅板的平整度。栅板选用 Q235-A材质。5.3喷射氧化再生

30、槽的计算531槽体的计算从前面可以看出，需要用两个喷射氧化再生槽并联，故Ga=1286.41/2=643.2 m3/h再生槽体直径Di, mDi=匡1”0.785 A3232式中，Ai吹风强度，m/(h m )，一般取值为60120 m/(h m ),本设计取值为 Ai=100 m3/(h m2)；D1槽体直径，m ；Ga空气量，m3/h;式中，Lt溶液循环量，m3/h,根据装置实际情况而定，本设计中为1286.41m3/h;Ci喷射器抽吸气液比，故，m3/m3, 般取值范围为2.63.3,本设计取值为2.8;二 4.79 m1286.41 / 22.8、0.785100圆整槽体直径D1=4.

31、8m5.3.2扩大部分直径取扩大部分直径 D2=0.9+D1=0.7+4.8=5.5m5.3.3再生槽高度(1)再生槽有效高度，H1, mH,LT t21 0. 7 85D260式中，t溶液在再生槽内的停留时间，s,工程上一般取为810min,本设计取为t=8min=4.7 m1286.41 / 280.7854.8 260（2） 喷射器出口至槽底距离，H2, m 根据实际设计经验，H2取值为1m;（3）扩大部分高度，H3，m 根据经验，H3取值为3.8m；（4）再生槽总高度，Ht，mHT=Hi+H2+H3=4.7+1+3.8=9.5m喷射氧化再生槽结构示意图如下，图4喷射再生槽1喷液出口；

32、2 富液出口； 3硫泡沫出口； 4 放空口5.3.4喷射器计算喷嘴计算（1）喷嘴个数，n个n=Lt/Li式中，Li 每个喷射器溶液量，m3/h，设计取为40m3/h;n=1286.41/2/40=16 取 n=16 个（2）喷嘴孔径，di，m式中，Wi喷嘴处溶液流速，m/s, 般情况下wi=1825m/s,此处取Wi=20m/sdi40:0.785360020=0.027 m33(3) 溶液入口管直径，dL, mdL=3di=3X 0.027=0.080m取 89X 4 管(4) 喷嘴入口收缩段长度，L5, mdL di式中，a i 喷嘴入口收缩角，取a i = 14L50.08

33、1 - 0.0272g142=0.033 m(5) 喷嘴喉管长度，Le，m取 L6=3mm(6) 喷嘴总长度，L7, mL7=L5+L6=0.033+0.003=0.036m混合管计算(1) 混合管直径，dm, mdm = 1.13 m 0.785di 2式中，m喷射器形状系数，取 m=8.5取 89 X 4管dm 二 1.13 .8.50.7850.027 2 二 0.079 m(2) 混合管长度，L3, mL3=25dm=25X 0.079=1.957m取 3.2m吸气室计算(1) 空气入口管直径，d0, mmd。二 18.8 . Ga / (w。n)式中，Wo

34、管内空气流速，m/s,取Wo=3.5m/s；d0 = 1 8.0 1 2 86.4 1/ 2 2 . 8疋/ ( 3 =5 1r6n 取06I.36X 6 管(2) 吸气室直径，dM , mmdM 二.3.1d02 二. 二 210mm 取 219X 4 管(3) 吸气室高度，L1, m取 L1=330mm(4) 吸气室收缩管长度，L2，mmd M _ d mR r2tg专式中，a 2吸气室收缩角，取a 2=300.211 - 0.0812tg302二 242mm尾管直径计算尾管直径，de，mmde = 188 丄 / We式中，We尾管中流体速度，m/s，取We=1m/sde

35、二 18.8 .40 / 1 二 119mm取 133X 4 管扩散管长度计算扩散管长度，L4，mm2g式中，a 3扩散角，取a 3=7133 - 89二 280mm(2)塔径的计算352tg喷射再生器结构示意图如下,图5喷射器6尾管1喷嘴；2吸气室；3收缩管；4混合管；5扩散管;5.4冷却塔的设计5.4.1冷却塔的计算(1) 已知条件：塔处理气量：G=60215.05NriVh气体进入温度：=80C气体出口温度：T2=36C进塔水温度：T3=28C出塔水温度：T4=34C气体在工况条件下的体积流量:G=60215.05X( 273.15+36) /273.15X 10.33心0

36、.33+4.8)=47567m3/h塔径G 0.785 w 3600I 475670.7852360043圆整，取3000mm(3) 塔高的计算喷淋密度：. W143.6 cccc 32亠、L22 = 20.32 m / (m h)0.785 x D 0.785 x 3参照生产厂的实际运行数据，如下空塔气速：w=1.35m/s喷淋密度：L0=17.6m3/(m2 h)对数平均温度： tm=162C冷却塔的容积传质系数为 K=2500KJ/(m3 h C )因喷淋密度变化的修正K值：K W 乞丄二 2500 232 二 2886KJ / 卅山 K) 0.785 汉 D2Lo17.6对数平均温度：

37、(80 - 34)- (30-28)ln(80 - 3430 - 28=14 C塔高计算二 12.6 mK 0.785D2t63.6 火 102886 0.7853214542 冷却塔校核设计的依据设计压力：PC=0.1474MPa工作温度：80 r塔内径：D=3000mm塔高：H=12.6m542.2材料的选用根据容器的受力及结构特点，参照相关的标准，确定筒体、封头、加强板等主要受力元 件材料选用16MnR其它非受力件材质选用Q235A法兰、人孔盖等受力件选用16MnF锻件 ()塔体的设计(1)塔体壁厚计算170MPar 根据所选材质16MnR查得查得在0C 10

38、0C范围内许用应力 匸焊缝采用双面对接焊，局部无损探伤，接头系数取=0.85计算厚度PD2 匕 h -p300050mm2 170 0.85-0.1474不包括腐蚀裕量的最小壁厚益2D i 2 汉 3000min6mm1000 1000由于S min S，故计算厚度s =6mm若腐蚀裕度取C2=4mm钢材轧制的负偏差G=0.8mm设计壁厚勺 Y+C +C=6+0.才4=10.8mmS n=15mm考虑到此塔的高径比较大，风载荷较大，故应适当增加壁厚，取塔体名义厚度塔体有效厚度啓=岳-Ci C2 =1&0.84=10.2mm542.4封头的设计根据所选材质以及相关标准要求，选用标准椭圆封头，应力

39、增强系数k=1，采用整块钢板冲压而成，焊接接头系数=1封头厚度：、一TP.1474 3000.30mm2二-0.5pc 2 仃0 1 -0.5 0.1474为便于焊接，取封头与塔体等厚，即设计厚度 S n=15mm有效厚度S e=10.2mm查化工设备设计基础容器及圭寸头标准，根据以上计算所选标准椭圆圭寸头的基本参数如下:表7标准椭圆封头参数表公称直径曲面咼度直边高度厚度内表面积容积质量DN/mmhi/mmh2/mmS/mmF/m2V/m3G/kg3000750401610.13.821280考虑封头直边高度，裙座等其它塔附件的高度，取塔高H=1500mm542.5质量载荷塔体质量，按假定壁厚

40、及各自高度计算得:塔内圆筒部分长12.6m,每个封头的容积为3.82m3,封头的曲面高度及直边高度分别为750mm和 40mm 封头质量 02 1280kg液压试验时，塔内充水质量为：1000 = 96659kg塔设备的最小质量由下式计算:mnin =+ m2 + mW = 14046+ 1280+ 96659 = 11198fkg考虑到操作平台、扶梯、塔盘、分布器、人孔、接管、法兰等附件质量，塔体质量取m=112000kg风载荷的计算两相邻计算截面间的水平压力为Pi HkhiqofiLiDei 10式中 Pi 水平风力，Nq0 10m处基本基本风压值，查表郑州取 350N/mL

41、i 第i段计算长度，mmfi 风压高度变化系数k1 体型系数。引一塔设备各计算段的有效直径，mmk2i 风振系数查化工设备基础，取k1=0.7，l o=8OOmm,1=7OOmm由表17-3风压高度变化系数，查得，f0=f 1=0.80由式（17-15）计算该塔的自振周期为:T = 9033 沃 15000 一03 = 0.24s0.72, = 0.831,20 10102 3000查表17-4脉动增大系数，得Z=2.56 ;由表17-5脉动影响系数，得0由表仃-6振型系数，得z0 = 0.04,匕1 = 1.0风振系数K2i： & 二1zfi 求得，K20= 1.10,k 21 = 2.50

42、为简化计算且偏安全计，取 Deo=D1=35OOmm将上述结果代入式此呜 P 2（li1 导）.N mm塔体各段风力计算如下:0800mn段R = K1K20q0 f0l0De0 10-0.7 1.10 350 0.80 800 3500 10 -603.7N8001500mn段P = K 1K 21q0 f1l1D e110= 0.72.50 3500.80700350010 上=1200.5 N可分别计算出底部0-0）截面，裙座与塔体连接（1-1 ）截面的风弯矩，计算结果如 下：0 _010h8007006 I IMw =P0 寸 +R（10 + 寸）=603.7+1200.5X（800

43、+匚-）=1.6220 NJmmM = 1 = 1200.70 = 0.4106mmW 1 2 塔体的强度及轴向稳定性验算（1）圆筒轴向应力计算介质压力引起的轴向应力按下式计算:Pc Di4Z 300=7.35MPa4 10.2操作时重力引起的轴向应力计算得:m g:Di 、111985 9.81二 3000 10.2= 11.43MPa11345弯矩引起的轴向应力计算得:-3 =max4 1.622 106二 30002 10.2-0.0225MPa(2) 圆筒轴向稳定性校核计算系数A :A 0.094 z-ei_ R0.094 10.2 23000= 6.392 10J由图

44、 11-5 查得 B=88MPa已知 b =113MPa所以丘= KB = 1公88 = 105.6MPa按下式校核：6 + S =11.43+0.0225=11.45MPavk cr(3) 圆筒拉应力校核对内压情况校核：6 - 66 =11.43-7.35 0.0225 = 4.10MPa而 K 卞 f =1.2 0.85 113 =115.3MPa ，故丐t2 +b3v K B f(4) 塔体液压试验时的应力校核由试验压力引起的环向应力，按下式计算式中，FT为试验压力，按6卩产皿莽=1.25 X 0.1 X133=0.147MPa取液柱静压力为错误！未找到引用源。，代入数据，计算得:=65

45、36MPa(0.147 + 0.3)X (3000 + 10.2)a =2 X 10.2由试验压力引起的轴向应力，按下式计算:0.147 X 300065则:由液压试验时重力引起的轴向应力，按下式计算，这里近似取错误！未找到引用源mpo 112000X9.81 內=HA3MPa2 jtD 心 344 X 3000 X102I SL由弯矩引起的轴向应力，按下式计算：二 1748MPa_ 4(0.3Mj；1 + AfJ _ 4 X(0.3 X 0.42 X 10s+ 0)ttD 殂3.14 X 30002X 10.2查附表U- 1压力容器零件附表知，16MnF材料的错误！未找到引用源。.按下式确定

46、:jcr = 0.9Kffs = 0.9 X 1.2 X 345 = 372.6MPa取其中较小值。因错误！未找到引用源。， 故取错误！未找到引用源。 将以上计算各应力代入得，a = 65.96MPa 09甲乙=0.9 X 0.85 X 345 = 264MPa错误！未找到引用源。逅 + 血=11.43 + 17.48 = 2&91MPa ncr = 372,6MPa5.428裙座的设计及验算(1)座体塔底部截面(正常操作时：0-0截面)的应力按式下式校核：错误！未找到引用源。MPa水压试验时:错误！未找到引用源。MPa式中 错误！未找到引用源。一锥形筒体的半顶角，圆柱形筒体的 错误！未找到引

47、用源错误！未找到引用源。一圆柱形或圆锥形座体底部截面的截面系数，错误！未找到引用源。，mmDis 座体底部截面的内直径，mm2错误！未找到引用源。一圆柱形或圆锥形底部的截面积，Ab=n Ds S es，mm错误！未找到引用源。一设计温度下座体材料的需用应力，MPa错误！未找到引用源。一底部截面0-0的最大弯矩，NmmK载荷组合系数，取K=1.2式中，错误！未找到引用源。；zfib = -D6ea = - X 30002 X 10.2= 72.06 X 106mm3Aflh = irDa8 = 3.14X 3000 X 102 = 98.08 X 103mm2错误！未找到引用源。；0.9Kafl

48、 = 0.9 X 1.2 X 345 = 372.6MPas1.622 X 1O&72.06 X 10s111985 X 9.81 = 11.22MPaKB=105.6MPa计算出来的结果进行比较0.3MTp + Me |112000 X 93198.08 X 103mg _ 0,3 X 1,622 X 10s + 0仏7Z06 X 10s裙座上人孔处截面1-1的应力按下式进行计算校核：正常操作时：错误！未找到引用源。水压试验时：错误！未找到引用源。式中 错误！未找到引用源。一人孔或较大管线引出孔处的最大弯矩， Nmm错误！未找到引用源。一人孔或较大管线引出孔处的风弯矩， Nmmkg;错误!未

49、找到引用源。人孔或较大管线引出孔截面以上塔设备的操作质量,错误!未找到引用源。人孔或较大管线引出孔截面以上塔设备在液压试验时的质量，kg错误!未找到引用源。人孔或较大管线引出孔处的截面积近似取错误！未找到引用源，错误！未找到引用源。，则有2 X 102 X 250 X()z - ()2 = 756 X 10mm2 2Em3.149=X 3000 X 10.2- 2X4=73.41 X 106mm310.2AX 3000 X 7.56 XA趣=iraSM - 2(bra6ni - 21raSm)=3.14 X 3000X 102-2X(450 X 122 - 2 X 250 X 12.2)= 97.30 X 103mmz则:ABra 73.41 X 1O697.80 X 1O3七_ 0.3 X 0.42 X诃*半叫=诽叱=KB73.41 X 1O697.30 X 1O3可见座体满足强度和稳定性要求。(2)基础环取基础环内、外径分别为 Db=2700mm D=3300mm则b=300mm混凝土基础上的最大压应力为:b max0 -0M max “. m 0 gZbAbM e + 0.3 M W十 mmax gZbAbMPa式中，Z