DN1500二氧化硫填料塔设计-吸收塔吸收尾气中的二氧化硫含开题及7张CAD图
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DN1500二氧化硫填料塔设计-吸收塔吸收尾气中的二氧化硫含开题及7张CAD图,DN1500,二氧化硫,填料,设计,吸收塔,吸收,尾气,中的,开题,CAD
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DN1500二氧化硫填料塔设计摘 要吸收塔主要是石油化工,炼油化工过程中实现气体吸收自动化操作的重要设备。其中填料塔吸收便是众多填料吸收塔中的其中一种,它由气体和填料、外壳、液体的再分布器、填料支承、气体和填料液体分布器进出口的连接管、中间填料支承和再分布器等主要部件共同组成,塔的填料外壳大多可以采用耐腐蚀的金属材料,但也有部分可以直接使用橡胶或者塑料制造。填料吸收塔主要是适用于快速和瞬间反应的气体吸收和净化过程,常用于对气体的净化。该吸收塔比较易于用耐腐蚀的金属材料来设计和制作,结构简单,气液的接触流动面积大,气量的变化较大时塔的气体适应性较强,接触的时间长,塔的阻力小,但是填料吸收塔不适宜于处理空气中含尘量较大的污染物和烟气。本次设计目的为设计一个通过水为净化液来吸收二氧化硫的填料塔。全说明书从简述塔设备作用及塔设备在当今化工产业的地位及发展出发，进而引出填料塔的介绍和本次设计的任务，要求和原则；然后通过确定结构参数以及对于填料种类，要求，尺寸和材质四部分来选择方案；再而介绍填料塔其他结构装置；然后通过计算塔径，填料层，筒体载荷，地震弯矩以及对于裙座强度的计算和校验来确定填料塔的设计参数；最后以填料塔的制造要求，安装要求和运输方式作为结尾。对于本次设计采用水为吸收液，在填料方面选用50mm的聚丙烯阶梯环形填料，是考虑到本次吸收气体为二氧化硫，即吸收液呈弱酸性，吸收速率要求较高，选用聚乙烯填料也是在价格成本上需要较为低廉。通过本次设计，让我第一次了解化工机械，知晓了平时无法接触的知识，了解气速，风载以及地震弯矩对于大型化工设备的重要性，是一次让我大开眼界同时也收获颇多的经历。关键词：填料塔；吸收；二氧化硫；结构；强度ABSTRACTAbsorption tower is an important equipment for automatic operation of gas absorption in petrochemical and food manufacturing industries. Among them, packed tower absorption is one of many packed absorption towers. It is composed of main components such as gas and packing, shell, liquid redistributor, packing support, connecting pipe at the inlet and outlet of gas and packing liquid distributor, intermediate packing support and redistributor. Most packing shells of the tower can be made of corrosion-resistant metal materials, But some can be made directly from rubber or plastic. Packed absorption tower is mainly suitable for the gas absorption and purification process of fast and instantaneous reaction, which is often used for gas purification. The absorber is easy to be designed and manufactured with corrosion-resistant metal materials, with simple structure, large gas-liquid contact flow area, strong gas adaptability when the gas volume changes greatly, long contact time and small resistance of the tower, but the packed absorber is not suitable for dealing with pollutants and flue gas with large dustThe purpose of this design is to design a packed tower which can absorb sulfur dioxide through water as purification liquid. Starting from the brief introduction of the role of tower equipment and the status and development of tower equipment in todays chemical industry, the whole specification leads to the introduction of packed tower and the tasks, requirements and principles of this design; then, the scheme is selected by determining the structural parameters and the four parts of packing type, requirements, size and material; then, the other structural devices of packed tower are introduced; then, the tower diameter is calculated, The design parameters of packing tower are determined by calculation and verification of packing layer, cylinder load, seismic bending moment and skirt strength. Finally, the manufacturing requirements, installation requirements and transportation methods of packing tower are taken as the end.For this design, water is used as the absorption liquid, and 50mm polyethylene step ring packing is used in the packing, considering that the absorption gas is sulfur dioxide, that is, the absorption liquid is weak acid, and the absorption rate is high, so the price and cost of polyethylene packing are relatively low. Through this design, let me understand the chemical machinery for the first time, know the knowledge that cant be contacted at ordinary times, and understand the importance of gas velocity, wind load and seismic bending moment for large-scale chemical equipment, which is an eye opening experience and benefits me a lot.Key words: packed tower; sulfur; dioxide absorption; structure; strength目录1 绪论11.1塔设备的概论11.1.1塔设备的作用及概念11.1.2塔设备的社会地位11.1.3塔设备的分类及一般构造21.1.4对塔设备的要求41.2填料塔41.3塔设备的设计任务，要求及原则41.3.1塔设备的设计任务及要求41.3.2塔设备的设计原则41.4二氧化硫吸收的必要性52 填料塔方案选择62.1确定结构参数62.2填料62.2.1填料的种类62.2.2填料的要求72.2.3填料的尺寸72.2.4填料的材质72.3基础物理数据82.3.1液相物性数据82.3.2气相物性数据83 其他装置93.1填料支承板93.2填料床层限位器103.3裙座103.3.1裙座和塔体的连接123.4液体再分配器133.5检查孔133.6筒体143.7封头153.8人孔，手孔163.8.1人孔163.8.2手孔163.9法兰163.10进气管和出气管173.10.1进气管173.10.2出气管184 填料塔的工艺尺寸计算184.1径的计算194.1.1空塔气速的确定194.1.2根据填料规格校核194.1.3液体喷淋密度194.2填料层的计算194.2.1传质单元数的计算204.2.2质单元数的计算204.2.3填料层的分层204.3筒体载荷计算204.4计算地震弯矩214.5裙座强度计算及其校验224.5.1裙座圈计算224.5.2对接焊缝的校验235 填料塔的制造、安装及运输245.1制造的要求245.1.1填料塔的垂直度245.1.2填料塔的椭圆度245.2填料安装前的处理245.2.1填料的除油245.2.2陶瓷填料去碎片245.3填料塔内件的安装255.4填料的安装255.4.1散装填料的安装255.4.2规整填料的安装255.5封口前的检查265.6塔的运输26总结27参考文献28致 谢29311 绪论1.1塔设备的概论1.1.1塔设备的作用及概念塔两相传质设备也是化工、炼油以及石油化工等生产中重要的机械设备之一。它的优点是可以有效地让工业气(或汽)液以及液液两相之间能够进行紧密的两相接触,从而能很好地达到两相传热及液液相际传质的单元操作目的。我们可以方便地在化工塔设备中进行和完成的常见的两相传质单元操作有:工业气的吸收、精馏、萃取和解吸等。此外,工业气体的湿法净制和干燥、气体的湿法冷却与干燥和回收、以及那些兼有工业气液两相传质和传热的气体减湿、增湿等。这些操作过程都必须是在室内有一定的温度、流量、压力等在一定的工艺条件下,在一定的液压塔设备里是可以完成的。液压塔设备应该能够有效的为气、液或液、液两相之间进行充分的接触提供一个适合的工艺条件,即充分的利用两相接触的时间、分离两相接触空间和传质传热的两相接触面积,从而能够达到相际之间的质量和热量相互交换的主要目的,实现生产工艺所要求的一个生产质量转化过程,生产出合格的液压塔产品。所以塔设备的优良性能对整个液压塔装置的产品质量、产量、消耗定额和生产能力,还有对环境保护和对三废气体的处理等各个方面都应该有着重大的意义和影响。它还有被叫做传质设备，是由于其过程中两种介质主要发生的其实是质的交换；但从它的表面上看都是使用竖直圆筒作为容器安装，且其高度较长，形似“塔”器，故称为塔设备。1.1.2塔设备的社会地位 对于国家的发展来说，化工产业的作用不用多说。化工产业中，对于塔设备的投资资金以及钢料的消耗来说只较于换热设备来说略低一筹，根据近年来的数据上看，在化工和石油化工的生产装置中，对于塔设备的投资资金在煤化和炼油的总生产装置中一共占34.85，同时也是占据全部工艺设备总投资的25.39；塔设备所需要消耗的钢材重量在所有工艺设备中所占的比例也同样是比较高的，比如在年产120万吨催化裂化装置中占48.9，在年产30万吨乙烯装置中占2528.3，年产250万吨常减压蒸馏装置中，塔设备耗用钢材重量旧占45.5。由此可见，塔设备在化工产业生产之中的重要性之大，塔设备的设计，研究，优化，使用对于化工产业的发展之重。1.1.3塔设备的分类及一般构造随着我国化工产业的进步和发展,科技的进步和创新,塔设备也是随着其用处的不同,功能的不同,慢慢地以适应现代社会多方便的特殊要求而逐渐出现了不同功能种类的填料塔设备。为了在统计时减少麻烦,认同了对其设备有了一系列的分类。从单元填料操作的方面来说需要进行划分的填料塔是有很多种的,有萃取填料塔、干燥塔、反应塔、解吸塔、吸收塔、精馏塔。如果按照填料塔操作的压力和填料方面的话可以划分为三种,有填料减压塔、加压塔和填料常压塔。当然还有很多的划分方法,不过最经典还是要按塔的形状及其内部结构而进行划分的填料塔和板式填料塔。填料塔气、液互相接触和传质的基本构件填料是塔内的各种固体和填料,液体相当于在固体填料的表面做一层薄膜状的自上而下地流动,气体则是连续相自下而上地与液体的动作递向自下而上流动,并在塔内进行气、液两相间的传热和传质。两相的温度和填料组分的浓度沿塔高连续地变化。填料塔作为一种微分流体互相接触型的气、液传质填料设备,又称填充塔,是我国化工生产中常用的一类传质填料设备，主要由一个圆柱形的填料塔体和堆放在塔内的液体和填料(各种形状的填料固体物,用于增加两相填料流体间的接触面积,增强两相间的传质)等部分组成。主要用于填料吸收、蒸馏、萃取等。板式塔传质塔器是一类主要用于液液或气液系统的分级接触传质的设备,由按一定的间距垂直或水平装置在塔内的若干块长方形塔板和若干块圆筒形的塔体连接组成。广泛应用于精馏吸收和萃取精馏,但有些特殊的类型(如筛板塔)也可以用于精馏萃取,还有些可作为主要用于精馏的气液相反应器和精馏过程的气液相反应器。板式塔操作时(以用于气液输送系统的板式塔为主要实例),液体自上而下依次地流过各层的塔板,至塔底液层排出,这是在温度和重力作用下的结果;同时排出的气体自下而上依次地穿过各层的塔板,至塔顶液层排出,这是在温度和压力差的推动下才实现。每块圆筒形塔板上的液层需要保持着一定深度的液层,气体自上而下才能通过每块塔板液层分散地输送到液层中去,从而可以进行相际的分级接触传质。塔设备的内部构造或许会有些许差别，但是它的外部构造是大致相同的。（3）塔体 塔体其实就是塔的躯干，也就是塔的外壳。一般来说，塔体都是等径等厚的空心圆柱以及塔的上下两个封头构成的。塔体在塔设备中占了很大的一部分，在某些时候为了能节省材料达到经济运转也有用不是等径等厚的塔体。但是由于塔体要承载许多东西，温度，一定压力，同时还有偏心载荷，地震风力等自然因素带来的载荷，除此之外还需要满足操作时的稳定性以及刚强度要求。因此对于塔体的设计，必须以标准来制造，不可马虎大意。（2)支座 支座简单来说就是用来支撑塔体的部分，也是基础之基础的连接部分。因此它的刚强度要求很高，毕竟是也需要承担操作下的压力和冲击力，以及地震风力等自然因素带来的载荷施加。（3）接管 接管其实就是吧塔设备和其他的设备相互连接起来的一个连接部分，根据他的用处分为进出气管和进出液管4种。（4）手孔和人孔 这两种孔是为了便于人们人工进行操作，检修等工作而设计安置的，对于不同的塔设备，它们也有不同的安置方式。（5）除沫器 除沫器如同它的名字一样就是用来除沫的，用来将气流中的那些小液滴，可以有效地回收物料，大大地减少污染，进而改善塔况。（6）吊柱 吊柱是塔设备在进行检修时用来部件运送时用的，一般情况下设置在塔体的最顶部。 （7）吊耳 为了让塔吊起来方便，人们在塔设备上焊接的。1.1.4对塔设备的要求 对于工业生产的塔设备来说，其对于生产的需要和工作的需要时需要考虑很多因素的： 1生产能力要足够大。2分离效率要高，优化塔设备的高度。3适当的操作弹性，允许一定程度的外部因素。4对于气流的阻力要小。5机械强度要足够，耐腐蚀性要强。6结构简单、便于安装设计制造且定时检修。1.2填料塔该塔的结构简单,易于用各种耐腐蚀的材料进行制作,气液的相互接触流动面积大,接触的时间也较长,气量的变化较大时塔的压力适应性强,塔承受的阻力小,压力的损失一般为300700pa,与板式塔相比俩一般来说由于处理风量小,空塔的气速通常为0.51.2m/s,气速过大的话通常会使填料形成液泛,喷淋填料的密度68m3/(m2,h)来用于保证填料润湿,液气比一般控制在210l/m3。填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，常用于气体的净化。1.3塔设备的设计任务，要求及原则1.3.1塔设备的设计任务及要求拟设计一填料塔，用于有效吸收尾气中的二氧化硫。给定设计参数如下：塔内径： 1500 mm 塔高：21 m设计压力：0.3MPa 设计温度：105 腐蚀余量：4mm 安装地区：自定要求：1塔内的气体与塔内液体之间需要保证有足够的气体接触面积和接触的时间。2气液两相需要具有强烈扰动，减少传质阻力，从而提高吸收效率。3对于操作的可变范围要宽，运行保证足够稳定。4设备内的阻力要小，耗能要低。5要具有充足的机械强度和良好的耐腐蚀的能力。6结构简单、便于设计安装制造和定时检修。1.3.2塔设备的设计原则 设计时主要保证高效低本的原则，采用国标行标，能够达到低耗，安全无污染，高质高量的要求。（1） 满足工艺和操作要求原则设计出的塔设备要有一定的灵活性和稳定性，用于对温度货流量调节下还有一定的容错率。（2） 满足经济要求原则设计的过程中要考虑很多经济问题，例如制造的成本，运输的费用，安装的经费，以及后续的消费等要在满足标准的前提下尽可能地减少费用。（3） 满足安全要求原则安全第一，必须保证有足够的承载能力能够承受操作和自然因素引起的负载。1.4二氧化硫吸收的必要性我国正处于持续高速发展的阶段，各行各业发展速度十分之快，化工产业也毫不逊色，但随着日益的发展，空气污染问题日益严重，特别是化工厂、钢铁厂以及炼油厂等重工业工厂在生产过程中产生了许多废气，二氧化硫便是其中一重，不得不说这在工业生产中是不可避免的，虽然我们并不想真正看到这样的空气污染问题。为遵循重工业可持续发展的重要科学理论和观念,我们可以通过净化减少空气污染过程中的大量废气,二氧化硫便是其中相当有用的一种。本次设计的二氧化硫填料层塔就是一种主要用来吸收和净化工业废气排放过程中的大量二氧化硫,将工业生产过程中的二氧化硫废气由下至上直接进入二氧化硫填料层的塔设备,液体在塔顶经过分布器被淋洒到填料层表面上，造成气液两相结合，从而实现吸收二氧化硫，有效回收利用和减少污染。2 填料塔方案选择2.1确定结构参数 填料塔主要由填料、填料支承液体再分布器、液体分布器等结构组成。如图3：2.2填料2.2.1填料的种类 填料的种类有很多，但根据填装方式的不同分为两大类，即散装填料和规整填料。 散装堆式颗粒散射填料一般是一个整体具有一定的颗粒尺寸和其它的几何结构形状的随机粒状颗粒体,一般在正常使用情况下以随机的散射方式均匀地分散堆积在塔内,又我们可以将其称为随机乱堆堆式颗粒散射填料或者我们所谓的随机乱堆堆式颗粒散射填料。散装环状颗粒晶体填料根据其颗粒结构和填料物理化学特点的不同,还大致以上可以再依次细分为圆型环形环状颗粒晶体填料、鞍形环状颗粒晶体填料、环形或鞍形环状颗粒晶体填料及环状球形颗粒填料等。规整矩形填料其实就是按一定的矩形几何整体构形进行排列,整齐地进行堆砌的一种矩形填料。规整成形填料的工艺种类很多,根据其的外形几何和填料结构以及形状不同可以将其细分为波纹格栅成形填料、波纹成形填料、脉冲料和波纹成形填料等。2.2.2填料的要求(1)要有较大的比表面积,也就是单位体积填料的表面积（m2/m3）;(2)液体要有较好的在分布性能;(3)填料是非金属填料的话需要较大强度；(4)价格需要较为低廉。2.2.3填料的尺寸 填料尺寸的大小会直接的影响并作用于塔底操作以及设备的投资。经查询实验可知，塔径与填料外径之比，其比值有一下限（及最小值），若径比值小于最小值的话，塔壁周围的填料会出现不均匀且较大的空隙，气流易出现短路，液体壁流现象显著出现并可能持续加剧。 对于散装填料的尺寸选择上来说，D300时，选25mm的填料；300mmD900mm，选2538mm的填料;900mmD时，选用50-70mm的填料，但一般大塔中常用50mm的填料。 对于规整填料的尺寸选择上来说就得从填料的通量要求、分离要求、物料的性质、场地使用环境条件及填料设备的投资、操作维护费用等方面综合因素进行考虑,既直接考虑到填料工艺的要求又同时兼顾考虑到了经济的合理性。2.2.4填料的材质 散装填料的材质一般分为三大类：金属，陶瓷和塑料。其中金属材质填料中，碳钢填料对于低腐蚀或无腐蚀物系应当优先考虑，不锈钢填料特殊情况下才适用；塑料填料主要包括聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯等，塑料填料耐低热性好，耐腐蚀性，但具有冷脆性；陶瓷填料具有耐腐蚀性耐热性，但易碎，不适用于高冲击工作。综上，本次设计采用水为吸收液，填料选择50mm聚丙烯阶梯环形填料。（由于吸收液呈弱酸性，吸收速率要求较高，价格成本需要较为低廉）2.3基础物理数据2.3.1液相物性数据 低浓度吸收过程，溶液物性数据可近似取纯水的物性数据。经查表，105条件下，纯水的物性数值如下：密度L=954.7(kg/m3)粘度L=2.7110-4(Pas)=0.98kg/(mh)2.3.2气相物性数据查阅文献3 ，4，得：混合气体的平均摩尔质量：M=Vm混合气体的平均密度：pV=nRT混合气体的粘度与空气的粘度的数值类似,105的空气粘度为：G=2.1910-5 (Pas) 3 其他装置3.1填料支承板 早期使用的开孔平板仅有10%25%的开孔率，气液逆流通过时，会在板上积聚一定高度的液层（如下图中a），会导致气液相互夹带，促使塔过早地在支承区发生液泛，从而进面向上延伸到整个填料层，破坏了全塔的正常操作。图4 填料支承板 填料塔支承板有一原则，即开孔率必须大于孔隙率，否则将会降低填料塔的极限承载负荷。 填料有可能从开口处漏出，所以支承板考口的尺寸必须小于填料，缺开口需要均匀分布。在支撑板上增加盖线网的方法是不可以使用的，谁有时间证明了这可能会促进液泛现象的生成，比较好的方法应该是在板上整齐堆放尺寸较大填料，在面后在堆积尺寸较小的填料，但是不可以散堆大填料，否则会导致大小混合，降低了孔除率。 支承板的材质需要认真选择，它对于结构设计和强度计算有着很大的影响。通常来说，支撑板选择的材质耐腐蚀能力要高于填料层，因为即使是局部的腐蚀可会是支承板的支撑强度降低，一旦腐蚀成空洞，填料就会从孔洞中漏出。此外，支承板需要满足材料成本低，重量尽可能轻，结构简单且能够使气液分布均匀的经济技术要求。 填料支承板必须要有以下功能：（1）确保能够承载施加在板上的负荷；（2）确保能够使气流和液流流动的畅通无阻；（3）确保填料的颗粒或者碎片不漏出。 所以，它不仅仅对机械强度的要求较高，同时对开孔率的要求也高，开孔的尺寸要适中，不得过大。支承板承受的载荷是不固定的，需要视填料层的机构和操作的工况而定。在液泛状态下对于支承板会施加其最大的作用力，在塔内操作时，产生的压力脉动也会对支承板有着冲击力，此外其他内构件也可能会有些许的额外载荷，这就需要根据工况实际分析，尽可能计算最大的载荷，进而分析结构和设计强度。3.2填料床层限位器 填料床层限位器也称填料床位限制器，适用于除脆性易碎材质填料以外的填料，例如金属、塑料制散装填料及各种规整填料。确保填料床位限位器能固定在塔壁上，为了不影响液体分布器的安装使用，如果使用连续的塔圈进行固定，那这是不行的，对于小塔可以使用螺钉将网板限位器的外圈固定在塔壁上；而大塔的话就得用支耳进行固定。床层限位器也有网状和栅格等形状，即网状床限位器和栅格型床层限位器，除了用金属材料以外，还可以使用陶瓷，塑料和合成树脂制作。 填料床层限位器的作用是为了防止高气速、高雅降或者塔的操作出现较大波动时，填料向上移动从而导致填料层出现空隙，即影响塔的传质效率。3.3裙座 塔体一般使用裙座作为支承件，作为塔设备的主要支承方式，裙座的材料选择有着成本低，选材易且不易受器内介质压力的有点。群做的结构大体可以分成两种类型，但在通常情况下选用圆柱形，也称圆筒形（图5），而圆锥形（图6）的适用场合比较特殊一般用于减小基础顶面正应力或者是用于增加筒体断面的面积惯性矩当塔径小于1000慢慢且高径之比小于25，或者当塔径大于1000mm且高径之比大于30时，选用圆锥形裙座就比较适合，但本次我设计的填料塔塔径是1500mm，塔高是21000mm所以我会选用圆柱形的裙座。图二 圆锥形裙座 图5 圆柱形裙座图6 圆锥形裙座3.3.1裙座和塔体的连接座体搭接和座体对接是裙座与顶部塔体连接的两种连接方式，当然，无论是搭接还是对接都需要焊接。本次设计我首先就想到了采用座体对接方式。在座体对接时裙座筒体与塔釜的筒体封头外壁之间应该需要圆滑的支线过渡，与塔釜的筒体封头外壁之间用全焊透的连续线对焊，筒体的外径与塔釜的筒体封头的外径应该都是完全一样的。查阅文献5，当裙座的椭圆封头的内直径和筒体的上端内直径是相等的时候，裙座的筒体上端面到塔釜的椭圆封头的切线距离h就可以用下式计算。 （1）头内曲面的高度， 椭圆封头名义上的厚度，椭圆封头的内直径， 裙座筒体的上端内直径。3.4液体再分配器图9 液体再分配器不同产品规格的分液器其容量也不同,每一种分液器规格的负荷和流量都有一个上限和一个下限,当分液器的流量超过这个上限时,分液器和分液管的容量就会使压力降过大;分液器的流量如果低于这个下限,则容易出现对压力的分配不均,因此我们在选择压力分配器时应特别仔细考虑分液器负荷的范围、通路的个数、分液器导管的长度、蒸发的温度和每一个通路。3.5检查孔 检查孔就是在检查的时候用的孔。按形状区分的话有两种，一种是长圆形，另一种是圆形。本次设计我就会选用圆形的，其数量为一个，它的直径宽为250mm，中心高H为1000mm。图10 检查孔3.6筒体 由任务书得，塔径为1500mm，塔高为21000mm通过查阅文献5，计算壁厚；计算筒体中的内压圆筒的厚度 （2） （3） （4）Sc=1.56+4.8=6.36mm式中：指设计的压力，= 指塔体的内径，= 105时16MnR的许用应力，查表得105时为 焊缝是采用的双面对接焊，所以局部无损探伤，取。 壁厚的附加量 钢板的负偏差，查表可得 腐蚀的裕度，其要求为= 3 加工的减薄量，所以，本次我选择采用10mm的钢板。3.7封头一般我们使用的封头按形状可以有很多样式（见图11）例如有球冠形（）、有椭圆形（、）、有碟形（、）以及还有折边锥形（、）。但在考虑到实际上需要节省材料和对于其加工的难难易程度，椭圆形耗材相对较少，而且较于其他形状更容易加工，是当中最好的选择。 （5）， ，皆与筒体的数据一模一样，而大于，所以在公式中取，代入公式中则为：Sc=5.76mm所以，取10mm的钢板 3.8人孔，手孔3.8.1人孔人孔是指呢种专门用来供人工进出设备进行安装、检修以及安全检测的设置孔结构。人孔主要由短管，法兰和把手构成，材料一般选择碳钢材料或者不锈钢材料。人孔的分类多种多样，按受压状况分为常压和受压；按孔的形状分为圆形，椭圆形和矩形；按安装的位置分为水平和垂直。人孔的结构尺寸大多数都是要使用标准形式，可查表得知。3.8.2手孔 手控就是指只需要人将手伸入进行操作，管理并且整修的设置孔。在一般情况下手孔我们都是选择(衬不锈钢）及标准。3.9法兰 法兰（Flange），又叫法兰凸缘盘或者叫做突缘。法兰是轴与轴两者之间相互连接的零件，用于管端之间的相互连接；也有用在管道设备进出口上的，用于两个管道设备之间的相互连接，如减速机法兰。法兰连接或者法兰接头，是指在管道中由法兰、垫片及螺栓三者之间相互连接的法兰，作为一组组合密封结构的一种可拆连接。管道法兰系是指在管道设备中的配管所使用的法兰，用在管道设备上的法兰系指管道设备的进出口法兰。法兰上有固定的孔眼和螺栓，可以使两法兰紧连。法兰间用固定的衬垫进行密封。法兰分螺纹连接（丝扣连接）法兰、焊接法兰和卡夹法兰。法兰都是可以成对连接使用的,低压管道法兰可以成对的使用丝接法兰，四公斤以上压力的管道可以使用焊接法兰。两片法兰盘之间需要加上一个密封垫，然后用法兰螺栓进行紧固。不同温度和压力的法兰厚度也不同，它们连接使用的螺栓也实然不同。水泵和阀门，在和管道设备连接的时候，这些器材设备的连接只是局部，也可以制成相对应的法兰形状，所以也可以称为法兰连接。凡是在两个法兰平面周边同时使用螺栓连接且同时封闭的连接零件，一般都可以被称为“法兰”，如通风管道的法兰连接，这一类零件可以单独称为“法兰类零件”。但是这种法兰连接仅仅是一个器材设备的局部，如法兰和水泵的法兰连接，就不好把这样的水泵叫“法兰类零件”。比较小型的器材设备如阀门等，就可以被叫做“法兰类零件”。 法兰连接就是把两个的管道、管件或施工器材，先各自的固定在一个法兰盘之上，在这两个法兰盘之间，再加上法兰垫，然后用法兰螺栓紧固在一起，实现了连接的完成。有的管件和施工器材已经自带了法兰盘，那就是直接属于法兰连接。法兰连接是管道施工操作中的一种重要连接方式。 法兰连接使用起来方便，且能够让管道承受较大的压力。 在一些工业管道中，或者在一些家庭内，管道的直径较小，而且连接的都是低压，看不见法兰连接。如果在一个工业锅炉房或者生产现场，就到处都能看到法兰连接的管道和其他的器材。 连的接方式法兰连接的种类可以详细地分为：八字盲板、带颈平焊法兰、带颈对焊法兰、板式平焊法兰、承插焊法兰、螺纹法兰、法兰盖、带颈对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、环槽面法兰及法兰盖、大直径平板法兰、大直径高颈法兰、对焊环松套法兰等。3.10进气管和出气管3.10.1进气管 进气管的作用是为了是塔内的气体能够均匀分布，且防止异物进入塔内，防止液体淹没气体通道。图12位常见的几种进气管样式。图12 气体进料管3.10.2出气管 出气管的接管需要尽量能够降低液体的损耗，能够减少夹带雾沫，出气管一般是安装在塔顶，图13（b）就是一个安装在塔顶的出气管，其中呢个锥形板就是起的除沫作用。图13 出气管4 填料塔的工艺尺寸计算表1 填料塔的设计参数塔内径/mm1500介质聚丙烯塔高H/mm21000容器类别一类设计压力/MPa0.3 安装地区衡阳市郊设计温度t/105地震烈度7级腐蚀余量/mm4场地土类别筒体材料Q235-B封头材料Q235-A裙座材料Q235-B4.1径的计算4.1.1空塔气速的确定对于散装填料，其泛点率u/uf=0.50.85根据贝恩-霍根关联式，得： （6） 其中：uF-泛点气速，m/sg 重力加速度，9.8m/s2t填料总比表面积，m2/m3L954.7kg/m3WL=5358.89572kg/h WV=7056.6kg/hA=0.0942 K=1.75 取u=0.64.1.2根据填料规格校核D/d=1500/50=30 （7）4.1.3液体喷淋密度液体喷淋密度指单位时间，单位塔截面上液体的喷淋量。 最小湿润速率是指单位长度填料的填料周边在塔的截面上的最小液体体积流量。对于其直径不超过75mm的散装填料来说，应当取最小湿润速率，即取0.08m3/mh。 （8） （9）4.2填料层的计算Y1=mX1 （10）Y2=mX2 （11）4.2.1传质单元数的计算由对数平均推动力法，得： （12） （13）4.2.2质单元数的计算 由修正的恩田关联式计算，得： （14）4.2.3填料层的分层 对于塑料填料来说，分层高度最好不超过3-4.5m 经计算，得： 填料层高度Z=Z1+Z2=HOG(I)NOG(I)+HOG(II)NOG(II) （15）4.3筒体载荷计算裙座质量和塔体质量，按其壁厚进行查表可得（16）内件质量 （17） 保温材料的质量，如保温层为60 mm,则保温材料密度是， （18） 平台、扶梯质量，平台4层，每层300kg，扶梯10m，质量30kg/m （19）操作时塔内的物料质量， （20）在液压试验时，塔内充液的质量 （21）忽略人孔、接管、法兰等附件的质量后，即，偏心质量，塔的操作质量 （22） 塔的最小质量 （23） 塔的最大质量 （24） 4.4计算地震弯矩当地震列度为7度时，=0.23类场地土时， （25） 由于H/DN=21000/1500=1415，故0-0截面地震弯矩按 （26） 由于5，需要考虑高震型影响， （27） 4.5裙座强度计算及其校验4.5.1裙座圈计算裙座与筒体我们用对接焊缝，然后Dsi=DN=1.5m。取裙座壁厚=0.01m。查得裙座材料的许用应力和筒体一样，就是、均取B=110MPa。操作时的压应力验算 （28） （29） 0.7851.520.01=0.0177m3取较大值， （30） 3.141.50.01=0.0471m2 （31） =1435096045+2177014562=1.438107=14.38MPa （32）验算水压试验时的压应力 （33） 所以裙座壁厚设计验算安全。4.5.2对接焊缝的校验 =10012144-2312675=7.70107MPa （34）所以满足焊缝要求。5 填料塔的制造、安装及运输5.1制造的要求 对于填料塔的设计制造，我们需要考虑的因素有很多，不仅仅是仅有我国的国家标准，外国的标准，我们还得考虑到塔的温度，塔的体积以及此塔的可行性。对于塔的制造难易程度取决于设计的复杂程度以及材料的性能。 5.1.1填料塔的垂直度 由于在塔节之间的连接，做题之间的连接以及塔的冷热变形等因素作用，是不能做到绝对的垂直，随意垂直度误差是无法避免的。 在填料层内，液体的流动方向在重力作用下垂直下流，所以如果塔出现倾斜，液体必定会优先流向倾斜向下的一边塔壁，即向上的一边流量小；气体则反之。由此会导致气液分布不均匀致使分离效率下降，这个情况可以从很多的工程实践中证实。 5.1.2填料塔的椭圆度 一般来说,填料塔的椭圆度并不会使得填料塔性能发生变化，只会简介影响塔内件和常规填料的安装。散装填料的安装则不受塔椭圆度影响。为了保证便于安装填料，椭圆度需予以限制，常规规整填料塔的设计误差可以通过相应的设计手册进行查询。5.2填料安装前的处理5.2.1填料的除油 新填料表层会出现一层油，可能是加工过程中使用的润滑油残留；也可能是为了防止在运输过程中或者在保存时发生被腐蚀的现象而假的防锈油。对于这层油来说，我们必须在运输迁就弄清楚其物性，否则可能出现例如在空分系统中，若存在某种酸性物系，可能导致爆炸；或者在某些水溶液酸性物系中，这层油会导致液膜的生成，对于某些碱性物系水溶液则会引起发泡现象。同时为了能容易的清楚这层油，最好使用的润滑油或者防锈油是水溶性的。5.2.2陶瓷填料去碎片 无论是新陶策填料还是重新填充的旧陶瓷填料，都需要在运输之前将碎片筛选清除掉，某些时候甚至还需要人为的手动清除。散装陶瓷填料运输过程中无法避免的会出现破碎现象，其中大块的碎片依旧可以充分利用，它们的流通量虽然会有下降的现象出现，同时压降也有不定的升高，但分离效率并不会有明显变化。5.3填料塔内件的安装 对于填料塔内件的安装，如果需要焊接，如液体收集器、气液分布器、填料支承等，最好是在填料安装之前就能通过焊接安装完成，这是为了防止在高温条件下，焊渣会调入填料中进而引起起火现，从而导致火灾。某些焊渣如果残留在塔内，还有可能直接堵塞气液分布器，严重影响效率。如果必须在安装过程中才可以进行的话，那就需要在焊接的下方铺设石棉布或者石棉板等。 安装步骤： 安装填料的支承； 安装填料； 安装填料进行固定或能够压紧的装置，同时调至水平； 安装完成并检查。5.4填料的安装5.4.1散装填料的安装 安装散装填料虽然看上去很容易，就是直接扔进塔内就行，但是，如果这样操作，轻则会让其填充密度不够均匀，重则会直接导致部分填料变形或碎裂，进而导致气液分布不够均匀。 陶瓷填料和非优质碳钢填料在条件允许的情况下，要采用湿法填充。事发填充就是安装完支撑板以后，网塔里面倒水，然后将填料慢慢从上方放下，时期轻缓下沉，水面高度要高于填料层1m以上。湿法填充不但可以减少填料损耗料，还可以加强填料的均匀，同时使用量也可以减少约5%。 如果要采用干法填充，我们就需要始终从一定的近距离将填料直接倒入，对于直径大的塔的干法填充，某些时刻需要人站在填料层上进行填充，此时要注意在填料上批设模板以防止受力不均而导致填料变形。 不管使用的是湿法还是干法填充，都要秉承着从中间向四周填充的原则，这样做事为了防止塔壁架桥导致变形。每段填料安装完后应该检查上端是否推平，如果不平，就要再次推平直至水平。5.4.2规整填料的安装（1）规整填料的外形尺寸 规整填料不得不考虑转入塔内的尺寸和形状，需要结合填料塔入塔的整体要求分别进行设计和安装。对于她内径大于800mm的来说，需要分成若干份用人工通过人孔倒入；对于塔内径小于800mm的来说，做成整圆盘从法兰孔倒入即可。（2）规整填料的防壁流圈 为了防止填料与填料间隙产生漏气液的壁流，间隙处需要假装防壁流圈。防壁流圈会让气液通过折流形式通过间隙，防止壁流，也可以让间隙起到传质作用。（3）小直径整盘规整填料的安装先将防壁流圈翻边并且摆正，然后再把两盘填料波纹片90度放入塔内，且压紧。（4）大直径规整填料的安装 大直径的规整填料不能一次性放入，要分块有人工从人孔倒入，为便于设计制造，进一步包装和装载拆卸，每块填料的长度最好不要超过1.8m。5.5封口前的检查 正式安装和工程设计不一样往往会使得许多麻烦的产生，发现错误的时机宜早不宜晚，所以安装检查应该同时进行，现场的检查一般有技术咨询服务机构的工作人员来承担，他们对于塔内流体状况有着很好的认知，从而很容易地可以发现错误，况且现场指导对于设计来说是个很好的锻炼，可以提高设计技巧，了解易错点，可以是之后的设计更加的完善。 检查之前最好可以先列出一检查表，对照着进行检查，以防出现纰漏，对于需要改造的高压塔则需要重点检查改造部分。 安装完毕后，如果现场有条件的话最好用水进行冷试，用于检查液体分布器的处理情况和液体收集器的手机情况，实验过后将残留液体清除后即可封塔。5.6塔的运输 对于塔设备来说，设备都已经完成了，怎么样运输就成为重中之重。在运输之前要先了解运输的道路是否通畅，路的宽度会不会影响运输，且在运输时会不会导致堵塞现象，且路途中的隧道或桥梁高度是否有所限制，必要情况下可以使用爬犁滑行。在运输细长且壁薄的设备室，要进行固定防止变形。随之社会的发展，运输能力也有着显著的提高，公路铁路水路的便捷程度都在提升，可承受的范围也较于从前来说便捷了许多。总结最开始看到课题的无措，经历了查阅资料，同组同学交流，指导老师的指导，到最后的顺利完成，本次毕设也算是接近了尾声。作为机械专业的学生，从此次毕设中又一次的回味了四年来所学的基础与提升，同时也首次接触了化工机械的相关内容，这种体验既新奇又意义非凡。本次设计我从塔设备对于化工产业的地位与意义近视阐述进行开篇，可以从此引出毕设课题同时也拓开视野；接着引出填料塔的重中之重-“填料”的选择，重点讲明选择填料的种类与材质，为填料塔的设计点名基调；再而对于填料塔内部的其他设备进行讲解，了解填料塔的具体内部结构，使得设计更为顺畅。接下来就是对于填料塔的工艺尺寸进行计算和检验，我主要
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