填料塔说明书

1、原始 数据二、填 料吸 收塔 设计设计 项目计算与说明计算结果、原始数据矿石焙烧炉出来的气体中含 S02,为了防止大气污染， 采用清水洗涤工艺除去其中的 S02。焙烧炉出来的气体温度 为25C，洗涤水的温度为常温20C。试设计一座吸收塔，设 计参数如下：序号炉气流量 Nm3/h炉气SO2含量（摩尔分数）操作压力MPa操作温度要求SO2 的吸收率%530000.060. 152095采用常规逆流操作流程，气体自塔底进入，由塔顶排出,方案 的确 疋1、吸 收工 艺流 程的 确定液相相反，特点是传质推动力大，传质速率快，分离效率高, 吸收剂利用率高。吸收流程如下：尾气*风机采用常规逆 流操作流程幣填

2、r料液体再分布器T A 2填 料人ViHXht Ijl温度计>排入地寿M-r塔島取样2、填 料的 选择公称直径(d)mm实际尺寸(d H) mm个数(n )/m3比表面(a)/m3838X19X1.027200132.5空隙率()m3/m3堆积密度p/kg m 3干填料因/ m 19157.5175主要性能参数见下表:采用塑料38mm< 19m mX1.0mm塑料阶2、填料的选择作为吸收过程，一般要求具有操作液气比大等特点，因 而更适合选用填料塔。填料塔阻力小，效率高，有利于过程 节能。与板式塔相比，具有生产能力大、分离效率高、压降小、 操作弹性大、塔内持液量小等突出优点。对于水吸

3、收二氧化硫的过程，操作温度及操作压力较低, 二氧化硫吸收产物具有腐蚀性，而塑料材料的耐酸腐蚀性比 较好，故工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能较好，故选 用38mM 19mM 1.0mm聚丙烯阶梯环填料。三、基础物性数据三、基1、液相物性数据础性据1、相性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。20°C时水的有关物性数据如下：密度：l998.2kg/m3粘度：L103Pa s 3.6kg/(mh)表面张力：L940896 kg/h2SO2在水中的扩散系数：Dl 1.47 10 5m2/s 5.29 106m2/h2、气相物性数据 混合

4、气体的平均摩尔质量：2、气 相物 性数 据M VmyiMi0.06 64 0.94 29 31.1kg/mol 混合气体的平均密度:VmPMVmRT15031.18.3142981.883 kg/m20 C时空气的 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度, 粘度如下：5v 1.81 10 Pa s 0.065kg/(m h) 查手册得，SO2在空气中的扩散系数:DV 0.039m2/h3、气液相平衡数据3、气 液相 平衡 数据查手册得，20C时SO2在水中的亨利系数:3E 3.55 10 kPa相平衡常数:E 3.55 103m 26.67P 150溶解度系数:EMs998.233.55 1018

5、.020.0526四、物料衡算四、物料衡进塔气相摩尔比:0.061 0.060.0638 出塔气相摩尔比:so )0.0638(1 0.94)0.00383 进塔惰性气相流量：2168273V(1 0.06)83.35kmol/h22.4298该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按 LY筠 计算，又因为对于纯溶剂吸收过V min 七 /m X2程，进塔液相组成X2为0，则（V）minYi Y2Y1 /m X20.0638 0.0038320.780.0683/23.670 取操作液气比为1.4,则:LV1.4 20.7829.092L 29.092 83.352424.818

6、2kmol/h 物料衡算:V(Y 丫2) L(X1 X2)X183.352424.8182(0.0683 0.00383)0.00213五、填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算填塔工尺的算塔计 応料的艺寸计仁径算采用Eckert通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量：Wv 2168 1.883 4082.344kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL 2424.8182 18.0243695.2240 kg/h.Eckert通用关联图的横坐标:WlT5 43695.2240(1.883)0.5 0.4649wVL4082.344998.2.查图5-21得2:2UF FV 0.2Lg l

7、0.021.查表5-11得2:【0.021g L-07F V L0.021 9.81 998.2170 1 1.883 10.2F 170mUf0.8015m/su 0.7uf 0.5610m/s由.4VS.43.124160X0 1.17m圆整塔径，取Di 1.2m .泛点率校核:2168/36000.53m/s(1.2) 2u 0.53100%66.13%50% uf 0.8015 .填料规格校核:D 120031.578d 380.08m3/m h查附录五得 、液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为（Lw ） minat 132.5m2/m332Umin (LW)minat 0.08 132

8、.5 10.6m /m h43695.2240/ 998.238.70 U min2、填 料层 高度 计算脱因系数mVL23.67 83.352424.81820.8136经以上校核可知，填料塔直径选用 Di =1200mm合理。2、填料层高度计算与液相平衡时的摩尔比Y* mX,23.67 0.0011 0.026037Y； mX20.气相总传质单元数1Y Y*Nogln(1 S) S1 S场丫2 气膜吸收系数kG 0.237( UV_)0.7(_V_)1/3严V) at v vDv RT 气体质量通量UV2725-176 2410.81kg/(m2 h)4 (12)2由中式子，得：kG0.0

9、2852kmol/(m2 h kPa) 、液膜吸收系数kL 1.0439m/h 由 kGa kGaw 1.1 查表 5-14 得2 :1.45则kGakGaw1.10. 028520. 5778132. 51. 451.13. 286kmol/(m 3 hkPa)kLag 0.41.0439 0.5778 132.51.450.492.73/ hu51.61%50%Uf1.4.kGa19.5 0.5kGaUf33.382 kmol/(mh kPa)2.2u&a 12.60.5daUfkLa 92.76/h13KGa111.013kmol/(m h kPa)kGa HkLaVV84.23

10、H OG“a怎护1.013 150 _ (1.2)24=0.491mZ Hog Nog 0.491 7.026 3.450mZ'1.3 3.454.485m所以，设计取填料高度为Z 5m查表5-16得2，对于阶梯环填料，分段高度与塔径之比8 15，允许的最大填料层咼度hmax 6mDi取8Di则h 8 12009600mm计算得填料层咼度Z =5000mm<hmax不需分段六、填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为Wl（ V）°.50.4649WvL六、填 料层 压降 计算.查表5-18得2，P 116m 1纵坐标为2UPV20.20.5311

11、6 11.883 10.2998.2g lL9.810.0063.查图5-21得2 , P/Z78.48Pa/mP 78.48 5392.4Pa七、液体分布器简要设计按Eckert建议值，Di 1200mm时，每240cm2的塔截面设一个喷淋点，即喷淋密度为 42点/ m2。因该塔液相负荷较大，设计取喷淋密度为 120点m2。七、液 体分 布器 简要 设计布液点数：n(1.2)2 120 135.6点136点。按分布4点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。结果为：进 液管内径为158mm面积为19606.68，取小孔直径为8,需布 点数为390点，布3排，每排130点，八、持液量计算I对水

12、的持液量Ltw 1.7 10 5（Gl ）0.6dp' WL43695.2240a z 2 uGl l3.86 10 kg/m hA （1.2）24八、持 液量 计算每个填料的表面积=an132.5272004.8711031当量球形填料直径dp （驾）2 0.039m453.86 10 0 6m3 /Ltw 1.7 10 5 ()0.6 0.0673m 30.039m全塔持液量998.2 0.0673 4 (2)2 5 379.9 kg除沫器设计九、塔 的附 件设 计除沫器是用来除去填料 层顶部逸出的气体中的液滴，安 装在液体分布器上方。根据需要，选用全径型丝网除沫器。丝网除沫器是一

13、种 分离效率高，阻力较小，重量较轻，所占空间不大的除沫器。 由金属或塑料丝编织成网，卷成盘状而成。1.设计气速的计算气体通过除沫器的速度是影响除沫器取得高效率的重要因 素。这里我们采用DP式丝网。2.丝网盘直径设计气速Umaxk=0.1980.1998.2 1.883 叫1.8834.55m/s6严佳0.41m丝网除沫器的操作气速Ug (0.5 0.8Umax)这里我们取UG 3m/s1m/ s Umax 3m/s金属丝网直径为610mm,取丝网厚度 H=100mm, 丝网重度为2000 N/m 3，丝网层的蓄液厚度为30mm。裙座的设计塔体常采用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况不同， 可分

14、为圆筒形和圆锥形两种。这里我们采用圆筒形裙座，因 为圆筒形裙座制造方便，经济上合理。裙座与塔底焊接采用对接接头，裙座筒体外与塔体下封 头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊。材料选用Q235-A F。十、进出口管道直径计算1、气体管道直径十、进出口管道直径计算1、气体管道直径由公式du取1020m/s选气体u为15m/s,代入得:dG4 2168/36003.14 150.2261m圆整后取标准直径：dOG 245mm6mm2、液 体管 道直径单位长度重量：52.38kg/m2、液体管道直径由公式d，对液体u取0.81.5m/s,选液体u为1m/s,代入得:dL0.124m4 43695.22

15、40/998.2 36003.14 1一、体筒封设 壳材的取 塔圆与头计仁体料曲圆整后取标准直径：dL 139.7mm 6mm单位长度重量：20.10Kg/m十一、塔体圆筒与封头设计1、壳体材料的选取该塔工作温度 25°C,设计压力为0.15MPa，塔内径为1200mm,介质为 H2O和 SQ。材料选用Q345R，腐蚀余量C2=2mm，钢板负偏差 Ci=0.3mm。采用单面焊对接接头，无损检测比例100%,焊接接头系数 0.90。当厚度为 616mm时，t 189MPa;当厚度为 1636mm 时，t 185MPa2、筒体厚度液体静压力Lgh =379.9 9.810.785 (1.

16、2)23296.9Pa <5% 计算压力所以不用考虑FC P 0.15MPa 计算厚度（假设厚度为616mm）PcDi2 tPc0.529mm0.15 12002 189 0.90 0.15 设计厚度C20.67 2 2.53mm3、封名义厚度n d C1取3mm有效厚度2.67 0.30 2.97mm对于低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚 度应不小于3mm若再加上2mm勺腐蚀裕量，名义厚度应至少 取5mm由钢材标准规格，名义厚度取6mm因为n在616mm的范围内，与假设相符，所以名义应 力取6mm合适。所以：e n (Ci C2)6 (2 0.3)3.7mm3、封头厚度由于椭

17、圆形圭寸头深度较半圆形圭寸头小得多，易于冲压成 型，是目前中，低压容器中应用较多的封头之一，故采用标准 椭圆形封头，即K=1。材料与筒体相同。封头壁厚2 t0.5Pc0.15 12002 189 0.85 0.5 0.150.56mm设计厚度C20.56 2 2.56mm名义厚度d C12.56 0.30 2.86mm 有效厚度对于低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚 度应不小于3mm若再加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度应至少 取5mm由钢材标准规格，名义厚度取6mm因为n在616mm的范围内，与假设相符，所以名义应 力取6mm合适。所以：e n (G C2)6 2.3 3.7mm4、水

18、 压试 验校 核公称直径Dgmm曲面咼度h,mm直边高度h2mm壁厚Smm内表 面积m3容积Vm3质量Gkg12003002561.650.25578.6.标准4、水压试验校核.水压试验压力FT 1.25P t 1.25 0.15 1890.1875Mpa189 .耐压试验时容器强度校核Fr(Die)0.9 ReL0.1875 (12003.7)T 30.50MPa2 3.7十二、 塔设 备质 量计0.9 ReL 0.9 0.90 345 279.45MPa t 0. 9 ReL所以，符合设计要求。十二、塔设备质量计算 .塔设备高度计算502.4 塔釜液所占空间高度h1 998.20.45m2

19、(1.2)4封头高度 0.325m上部空间高度1.248m填料层高度 5m下部空间高度 0.84m裙座总高度(包含下部封头高度 0.325m)1.571m塔附属高度h=0.19所以，塔的整体高度H :H=0.325+1.248+5+0.84+1.571+0.19=9.180m 圆筒壳、裙座壳和封头质量2 2m°1(D° Di )H 2G封头44(1.21 221.22 ) 8.66 7.85 1 032 78.61 737kg 附属件(人孔、接管、法兰等)质量讥 2 106 4 5.14 2 8.96 51.65 31.84 334kg 塔内件(塔盘、填料等)质量m0245

20、.3 14.63 224.62 285kg .保温材料质量操作温度25 r，无需保温mo3 0 kg .操作平台及扶梯质量笼式扶梯单位质量qF 40kg / m钢制平台150kg/m2平台宽度b 1mm°4 qyH(Di 2 e b)2 (D 2 e)2h'440 7.5 一 (1.312 2)2 1.3122 1 15041390 kg 操作时物料质量2m05LLtwD Z Vf L4998.2 0.089 0.785 (1.2)2 5 0.255 998.2757kg .水压试验时充水质量2mw Di h L 2Vf L424 (1.2)8.66 998.2 2 0.25

21、5 998.210286kg .塔设备正常操作时的质量（忽略偏心质量）m m°1 m°2m°4 m）5 ma m。4503kg .塔设备在水压试验时的最大质量mmax m°1 m°2 m°3 m°4 mw 讥讥 14032kg十三、 塔设 备固 有周 期计 算1、等直径 塔设 备第 一振 型固 有周 期计.塔设备在停工检修时的最小质量mmin m010.2m02 m°3 呛4 ma me 3518kg十三、塔设备固有周期计算1、等直径、等厚度塔的第一振型固有周期计算固有周期（m为单位高度的质量）弹性模量E 2.01

22、 105MPa十四、 风载荷及 弯矩 计算1、风 力计算90.33H I. m°H3 10 3 eD3cccc C"C 14503 9180“390.33 9180 5 10 3V2.01 105 4 120030.143s十四、风载荷及弯矩计算1、风力计算设笼式扶梯与塔顶管线成90。角，Dei由下列公式计算并 取其中的最大值。Dei Doi 2 si K3 K4DeiDoi2 siK4d02 pi塔设备所受的水平风力：p K1 K2i fiq0l i Dei体型系数K1 0.7风振系数K2i 1.702杭州地区基本风压q。300N/mfi 10-1 段：DeiDoi 2

23、si K3 K42 01.212 0 0.40 1.612m0.746DeiDoi2 siK4d02 pi2 01.212 0 0.245 01.457 m0.746得 Dei 1.612m代入公式，得：P 0.7 1.70 1 300 0.746 1.612429N1-2 段：DeiDoi 2 si K3 K42、风 弯矩 校核 计算1.212 0 0.401.612m0.826Dei Doi 2 si K4 do 2 pi2 01.212 00.245 01.457m0.826得 Dei 1.612m代入公式，得：P 0.7 1.70 1 300 0.826 1.612475N2- 3 段

24、：DeiDoi2 siK3K42 01.212 0 0.401.612m4.428Dei Doi 2 si K4 d0 2 pi2 01.212 0 0.245 01.457 m4.428得 Dei 1.612m代入公式，得：P 0.7 1.70 1 300 4.428 1.6122548N3- 4 段:DeiDoi2 siK3K42 1 351.212 0 0.40'2.461m3.18Dei Doi 2 si K4 d0 2 pi2 1.351.212 00.245 02.306m3.18得 Dei 2.461m代入公式，得：P 0.7 1.70 1 300 3.18 2.4612

25、794N2、风弯矩校核计算对裙座底部危险截面0-0MW0 P 丄 P2 1122274682642947574622279460002548746 82644282318023.16 107N mm对裙座底部危险截面1-1mW1 P2-2P3(l2l3) 一).2282644284752548826222794826 4428 一22.70 1 07N mm对裙座底部危险截面2-2応震荷地弯计 十地载及震矩算M W 2 卩3严卩4(3.2 2442831802548 279444282 22.25 107 N mm十五、地震载荷及地震弯矩计算 阻尼调整系数设计地震烈度为7级，查得amax 0.

26、08 取Tg 0.4 （II类场地土，近震），取阻尼比0.020.05211.320.06 1.70.050.90.9580.5 .壬0.143s0.1 T, Tg （处于平行直线段）12 max 1 .32 0.080.1056 截面0-0:.00 16JMe一 1m0gH3516一 0.1056 4503 9.81 9.1819576.25N m35截面1-1:ME1' 8 1m01g 10H3.5 14H 2.5h 4h3'5175H18 0.1056 4503 9.81 10 9.183'5 14 9.182'5 0.746175 9.181'5

27、4 0.7463'5159275.53N m截面2-2:M；2 81m叹 10H3.5 14H2.5h 4h3-5175H3 52 58 0.1056 4503 9.81 10 9.18.14 9.18 .1.572175 9.181.54 1.5723"136775.88N m偏心距弯矩计算：十六、 圆筒 应力 校核1、各 载荷 引起 的轴 向应 力M e mege 0十六、圆筒应力校核1、各载荷引起的轴向应力（1） .内压在筒体中引起的轴向拉应力,PcDi0.154 1200 一宀仆1 11.55MPa4 ei4 4（2） .操作质量引起的轴向压应力2截面0-0:m0 &

28、#176; 1737kg表示00以上塔设备的操作质量0 00 0 LCC C20m g4503 9.812.93MPaAsbDis es 3.14 1200 4令裙座厚度s 6mm ；有效厚度es 4mm ； AsbDis es截面1-111m01g 4370 9.812 2.23MPaAsm19100查参数表得 Am 19100截面2-2：2 2m2 2g m2 2g 4222 9.8122.75MPaADi e 3.14 1200 4（3） 最大弯矩引起的轴向应力3截面0-0：0 0Mma0Mma03.16107-30 026.99MPaZsb _D20.785 12002 44 D is

29、 es4其中，Mma； MW0 Me 3.16 107 0 3.16 107N mm2、筒 体的 强度 与稳 定性 校核Mma0 M E 0 0.25M W 0 Me 1.958 1070.25 3.16 107 02.748 107N mm截面1-1:1 1MmaX1.661083662.17MPa乙m2.67106其中，Mmax mW1 Me 2.7 107N mmMmaX ME1 0.25MW1 Me 1.593 108 0.25 2.7 107 0 1.66 108N mmZsm为人孔或较大管线引出孔处的断面模量查的4.869 106截面2-2：2 2 Mma； “ma；42 10*&

30、#187;3 231.4MPaZn20.785 12002 4Di e4其中，2 2 2 2 7Mmax MwMe 2.25 10 N mmMma2 ME 2 0.25M W 2 Me 1.368 108 0.25 2.25 107 081.42 10 N mm2、筒体的强度与稳定性校核(1).塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合轴向拉引力发生在正常操作时的2-2截面上。其中，t 189MPa ；0.85 ； K 1.2 ；K t1.2 189 0.85 192.78MPa；aX12 2311.55 2.75 31.4 40.2MPa2 2tmax 40.2MPa K192.7

31、8MPa满足要求(2).塔体与裙座的稳定校核截面2-2:塔体2-2截面上的最大组合轴向压应力；aX f 23 22.75 31.4 34.15MPa2 2tmax 34.15MPacr min KB, Kmin 96,226.8 96MPa满足要求其中，0.0940.094A 0.000626Ri/ e 1200/4查图 5-9 得 Q345R,25 C B 96MPa，截面1-1:塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力max 113 12.23 62.17 64.4MPamax 64.4MPacr min KB, K tmin 102,135.6 102MPa满足要求其中，A 00940.09

32、40.000627Ri/ e 1200/4查图 5-8 得 Q235 AR,25 C B 85MPa , t 113MPa，K 1.2截面0-0：十七 塔体 水压 试验 和吊 装时 的应 力校 核1.水压试 验时 各种 载荷 引起 的应 力塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力maX 2 00 02.93 6.99 9.92MPamaX 9.92MPacr min KB, K tmin 102,135.6 102MPa满足要求十七.塔体水压试验和吊装时的应力校核1、水压试验时各种载荷引起的应力(1).试验压力和液柱压力引起的环向应力(PT 液柱静压力)(Di ei)T2 ei(0.193 0.0

33、092)(1200 4)“ “一30.43Mpa2 4Pt 1.25p t1891.25 0.154 且 0.193MPa189液柱静压力H 1000 9.18 0.0092MPa.试验压力引起的轴向拉应力PTDi0.193 1200 “仆1 14.48MPa4 e4 4(3) .最大质量引起的轴向压应力2 22 2 mmaxg 14032 9.81 c 仆2 2maxJ9.13MPaDi e1200 4(4) .弯矩引起的轴向载荷2 27r 0叽Me0.3 2.25 101.49MPa_n20.785 12004Di e42、水 压试 验时 应力 校核十八、裙座 基础 环设 计1、基础环尺寸

34、取2、基础环 的应力校核2、水压试验时应力校核（1）筒体环向应力校核0.9 s 0.9 345 0.85 263.93MPaT 30.43MPa 0.9 s 263.93MPa满足要求（2）最大组合轴向拉应力校核ma212 22 22 2 6.84MPa0.9 s 0.9 345 0.85 263.93MPa2 2max 6.84MPa0.9 s 263.93MPa满足要求（3）最大组合轴向压应力校核ma2；22 2 9.13 1.49 10.62MPa10.62MPacr min 96,226.8 96MPa 满足要求十八、裙座基础环设计1、基础环尺寸取Dob Dis 300 1200 30

35、0 1500mmDib Dis 300 1200 300 900mm2、基础环的应力校核.00ccnnOOnnMmax m°g 0.3Mw Me mmaxgbmax maxZbAbZbAb其中，Ab 一 D；b D；0.78515002 90021130400mm244444ZbDob Dib3.141500 9002.88 108mm332 Dob32 1500bmax M-阴 316 1084503 9B10.149MPaZbA 2.88 1081130400bmax0.3MMemmaxg 0.3 3.16 1 07 1 4032 9.81A 2.88 10811304000.155MPa取以上两者的较大值bmax0.155MPa.选用75号混凝土，由3、