合成氨原料气中CO2吸收塔的设计肖永鹏教材

1、安徽大学江淮学院化工原理课程设计设计题目： 合成氨原料气中 CO2 吸收塔的设计 专业班级： 11 化学工程与工艺 学生姓名：吴雪锋学 号： JP114017 指导教师：郑争志起止日期： 1 引言1.1 合成氨原料气中 CO2 的脱除工艺发展及现状气体净化是工业上重要的过程之一。 随着各工业过程的要求不同， 有的需要 对原料气体进行净化处理， 有的需要对生产过程中产生的气体进行净化， 有的需 要对尾气进行净化等。在合成氨生产中，由于制气原料主要碳和含碳化合物，经制气和一氧化碳变换 后，变换气中除含有对氨合成有用的氢气等，同时还含有二氧化碳、一氧化碳、 甲烷、硫化氢等对氨合成有害的杂质组分。 在

2、这些杂质组分中又以二氧化碳的含 量最高。如在生产过程中， 不及时将二氧化碳从变换气中除去， 将会使后续工序 无法正常进行。脱除原料气中大量二氧化碳的方法主要分为三大类： 化学吸收法、 物理化学 法和物理吸收法。本次设计中主要运用物理吸收法。 则以下主要介绍物理吸收法。物理吸收法是指吸收剂并不与二氧化碳发生化学反应的一类脱碳方法。 它是 基于不同压力下的二氧化碳在吸收剂中有不同的平衡溶解度这种性质而发展起 来的。这类方法中的吸收剂大多为有机溶剂， 它们普遍具有溶解二氧化碳量大的 特点，尤其是在加压时。 此外吸收剂的再生大多不必加热， 仅通过简单的降压或 常温气提（惰性气体吹洗） 。碳酸丙烯酯脱除

3、 CO2 到五十年代才有较系统的报导 , 它具有许多有趣的性质 , 而且原料易得 , 目前已广泛应用在石油化学工业中。 六十年代开始 , 有专利刊出 , 把碳酸丙烯酯用在合成氨工业中的脱除原料气中二氧化碳。 从变换气中脱出二氧 化碳在合成氨工业中占有重要的位置 , 过去我国较多采用水洗的方法 , 由于二 氧化碳在水中的溶解度很小 , 大量循环水耗费巨大的动力 , 水洗法所耗电能约 为 200 瓦/ （吨氨）。若用乙醇胺的水溶液脱除 , 溶液再生需耗热 , 在燃料紧张 地区，也不可取。为此希望寻找一种有机溶剂 , 既能溶解大量 CO2, 而且可减压 再生, 减少燃气消耗。 过种观点已成为许多工程

4、技术工作者的共同愿望。 六十年 代以来 , 新溶剂的选用已成为酸性气体净化的基本方向。 在报导中选用的溶剂有 碳酸丙烯酯（ PC）、甘油三醋酸酯、甲氧基三甘醇醋酸酯、丁氧基二甘醇三酸酯 等, 从合成的角度和物性的要求出发 , 又以 PC较为优越。在常压下 , CO2在 PC 中的溶解度是其在水中的四倍 , 随着压力的增加 , CO2在 PC中的溶解度增加尤为 明显。目前不但已进行了较多的 PC一 CO2体系的基础数据研究 , 而且到 1975 年 为止，国外已有十个工厂用 PC来脱除 CO2，其中有七小工厂是处理天然气的， 二 个厂是生产氢， 一个厂是合成氨原料气的净化。碳酸丙烯酯为环状有机碳

5、酸酯类化合物， 在常温下为略带芳香味的液体， 纯 净时无色透明，分子式为 C4H6O3，相对分子质量为 102.9 /kmol ，密度略大与水。 它对二氧化碳、硫化氢及一些有机硫具有较大的溶解能力，而对氢气、氮气、一 氧化碳、甲烷、 氧气等的溶解度要小得多。 如以氢气在碳酸丙烯酯中的溶解度为 基准，则同样温度与压力下二氧化碳的溶解度为氢气的 130 倍左右，硫化氢为氢 气的 420 倍左右。由于不同气体在同一溶剂中溶解度差别很悬殊， 这就为该溶剂 用于气体混合物的分离奠定了理论基础。碳酸丙烯酯的稳定性较好，在工业上连续运转十余年后仍不影响其吸收效 率。溶剂在吸收了二氧化碳和硫化氢等酸性气体后，

6、 对普通碳钢的腐蚀性仍较低， 因此在工业上可用普通碳钢作为主要设备的材质。用碳酸丙烯酯作为吸收剂来吸收合成氨原料气中的二氧化碳的方法与其他脱碳方法相比， 在净化度相同的情况下， 也以碳酸丙烯酯法的能耗和可比操作费 最低目录一 概述1.1 设计依据 1.2 技术来源 1.2 设计任务及要求 二 计算过程2.1 基础数据计算 2.1.1 吸收塔的物料衡算 2.1.2 吸收剂组成和吸收剂用量 2.1.3 操作线方程 2.1.4 塔径的计算 2.1.5 填料层压降的计算 2.1.6 填料塔喷淋密度的校核 2.2 填料层高度的计算 2.2.1 传质单元数的计算 2.2.2 传质单元高度的计算 2.2.3

7、 填料层高度及塔高的计算 2.3 填料塔强度设计 筒体 2.3.2 椭圆形封头 2.3.3 壁厚 2.4 塔体各项载荷计算 塔重 2.4.2 塔体风载荷和风力矩计算 2.4.3 群座的强度及稳定性验算 2.4.4 水压试验时塔的强度和稳定性验算 2.4.5 群座基础环设计 2.4.6 地脚螺栓强度计算设计 2.5 吸收塔附件选型 三 附录四 符号说明五 小结概述1.1 设计依据 合成氨原料气中含有很多 CO、CH4 等有害气体，特别是 CO2含量最多，在进入反 应炉前必须脱除。综合吸收效果和经济效益，工业上通常用碳酸丙烯酯对吸收 CO2，该过程在较低的温度和较高的压力下进行，属于物理过程。 P

8、C 溶剂是循环 使用的，需要对其进行解吸操作，得到再生 PC和高浓度的 CO2。此次设计任务主 要是设计以碳酸丙烯酯（ PC）脱除合成氨原料气中 CO2 的填料塔的设计 , 进气口 的流量为 8000 Nm3/h。其中，填料塔以金属鲍尔环为填料；经设计优化后的最 优气液比为最小液汽比的 1.45 倍，计算在 30和 1.6MPa 的操作条件下，用 PC 吸收固定流量原料气中的 CO2 时，所需的吸收剂流量、吸收塔工艺尺寸、以及对 各零部件和所用填料的选择， 并且对主要工艺参数进行校核。 由此，作出工艺流 程图和装配图。1.2 技术来源1.PC 脱除 CO2 的基本工艺流程简介 本次课程设计的课

9、题是碳酸丙烯酯 （PC）脱除合成氨原料气中 CO2 填料塔的设计， 原料气流量选定为 8000Nm3/h, 在操作压力 1.6MPa 下进入吸收塔底部，与塔顶喷 淋而下的 PC溶剂逆流接触， 将 CO2吸收。，其中 CO2的含量为 30%（摩尔分率 ） ，工 艺流程中还包含了 PC的再生等。为确保吸收 CO2 的吸收率以及出塔净化气体中 CO20.6%（摩尔分率），应采用气 - 液逆流的吸收过程，在较低温度和较高压力 下，选取适合的填料， 使原料气经压缩机压缩后从塔底进入吸收塔， 与从塔顶喷 淋而下的 PC溶剂逆流接触，将 CO2吸收。出塔净化气体经分离器除掉的 PC雾滴 后入压缩机，而吸收了

10、 CO2的 PC溶液（富液）经减压阀先进行减压，而后进入 闪蒸槽，将 N2、H2及少量的 CO2 解吸出来，经气液分离，再将此解吸气体送至压 缩机进行回收，闪蒸液体借助压力进入常压解吸塔，主要将大量CO2 解吸出来，获得纯度较高的 CO2 。常压解吸后， PC溶液中尚含有一定的 CO2，将 PC液体借 助液位差流到下部的气提解吸塔， 在此与从塔底鼓入的空气逆流接触， 以将其中 残存的进一步解吸出来，使 PC液体得到较完全的再生，供吸收用。设计中再生 PC中CO2的含量 2×10-5（摩尔分率）。1.3 设计任务及要求1. 合成氨原料气流量 8000M3/h2. 合成氨原料气组成组分C

11、O 2H 2CON 2CH 4摩尔分率0.3040.49590.021750.15660.021753. 吸收剂 碳酸丙烯酯4. 主要吸收设备 填料塔5. 设计要求出塔原料气中 CO2 摩尔分率为 0.005 操作温度： 30最小液气比系数： 1.45操作压力： 1.6MPa工艺流程的确定二. 计算过程吸收塔的物料衡算气、液相流量y1 0.304y2 0. 0 05x2 0Y10.437 1 2 0.9891 y1Y2 0. 0 05 X2 0 回收率：Y1qn , v G(1 y1 ) 357. 14 0. 696 K2m4 o8.l 57h/G=8000/22.4=357.14Kmol /

12、h12.1.2 吸收剂组成和吸收剂用量查表得 30 C时 亨利系数 E= 87.65 101.3 -1 kpa = 8.88Mpa 又已知操作压力为m E 5.221.6Mpa(表压 )所以绝压 P=1.7Mpa 可求相平衡常数 Pqn, LY1 Y2Y1 Y20.437 0.0055.1603qn,V min Xe1 X2Y1 / m X20.437 / 5.22一般的实际液气比与最小液气比有如下关系：qn,L /qn,V 1.1 2.0 qn,L /qn,V min经程序优化后取得 b=0.69 所以 1/b=1.45 即qn,L/ qn,V 1.45 5.1603 7.482吸收剂的用量

13、为 qn,L 1859.801Kmol /h2.1.3 操作线方程：Y2qn,L X 2 Y1 X1 qn,L根据式qn, Vqn,V 可求 X1 =0.05774Yqn, LXY1 qqn,L X17.482X 0.00499qn,Vqn,V故操作线方程为塔径的计算：组分CO2H2CON2CH4摩尔分率0.3040.49590.021750.15660.02175经计算混合气体的分子质量为 M混合 19.710kg /kmolV/ 8000 19.710/ 22.4 7039.286kg / hL/ LS LCO2 1859.801 102.090 8000/ 22.4 0.304 0.98

14、9 44 194591.641kg /hpM混RT1.6 106 19.7108.314 273 3012.519kg / m3纯 PC体积： V m/ Ls/ 189867.084/1193.3 159.111m3 /h1.223 103 kg / m3L L 194591.64 /159.111LV查通用压降关联图L/1/2横坐标： V L194591.641 12.51937039.286 1.223 1031/22.797U 2FG纵坐标：由图得 gL0.2 0.0060 L 2.5mpags查化工原理附录：T 30C 水 9 9 5.k7g m3/水 995. 7/1215.3 0.

15、 819液得泛点气速 U F 0.10m / s塔径 D1 273 30 3VS 8000 /3600 0.1542 m3 / sS 16 273 鲍尔环填料安全系数： 60%85% 注：选择较小的空塔气速，则压降小，动力消耗小，操作弹性大，但塔径大，设备投资高而 生产能力低。低气速也不利于气液充分接触， 使传质效率低。 然而若选用较大气速，则压降 大，动力消耗大，且操作不稳定，难于控制，但塔径小，设备投资少，故应做多方案比较。 经程序优化后取安全系数为 0.83。U 0.83U F 0.083m / s 求得 塔径 D=1.50m.2.1.5 填料层压降的计算：纵坐标：由图得U 2 GGLL

16、0.2 0.004123L/ 横坐标： V1/2194591.641.628 12.5197039.2861.223 1031/22.797查通用压降关联图，由上述横、纵坐标可计算填料层压降。P 50 9.81 490.5Pa / m填料填料的特性数据公称直径高*厚2 mm比表面积空隙率dp(mm)at (m2 /m3)(m2 /m3)5048 1.8106.40.90个数堆密度干填料因子填料因子n(m3)p(kg/m3)at / (m 1)(m 1)700089.21461202.1.6 填料塔喷淋密度的校核： 液体的喷淋密度：单位时间内每平方米塔截面上的吸收剂用量m3 /(m2h)或 kg

17、 /(m2h) 。为使填料表面充分湿润，应保证喷淋密度高于最小喷淋密度。 液体湿润速率( Lw )=液体喷淋密度( L)/填料比表面积( at )=填料体积流量 /填料横截面上周长( m2s ) 湿润速率是指在塔的横截面上填料周边单位长度上液体的体积流量。对直径不 超过 75mm 的拉西环及其他填料可取最小湿润速率 (LW)min =0.08 m3 /( mh) ，为 保证填料湿润均匀，还应注意使塔径与填料直径之比值 D/d>10,比值过大则液体沿 填料流下时常出现趋向塔壁的倾向，即壁流现象。我们所选的填料为 50mm的鲍尔环，取 (LW)min =0.08 m3 /( mh)(L )m

18、in=(LW)min at =0.08 m3 /( mh) 106.4( m2 / m3 )=8.512 m3 /(m2 / h) 操作条件下的喷淋密度为 L= 4L/ / D2 L= 96.465 m3 / mh Lmin D /d 1500/ 50 30 10 所以可避免壁流现象。2.2 填料层高度的计算：Z HOLNOL填料层高度：2.2.1 传质单元数的计算：传质单元数：NOLxx12 dxx1 x26.61932 xe xxmxm = x1x20.008249x1ln x2qn,Lx1 dxKXat (1 x)mx2 xe x传质单元高度的计算：查不同填料的临界表面张力 C 值：材质

19、聚乙烯聚氯乙烯陶瓷聚丙稀*C(dyn/cm)33406154我们选择聚乙烯材料，所以 C =33dyn / cm ，已知 PC 表面张力 =40.28dyn / cm33/ 40.28 0.8193由恩田公式（填料表面积关联式） ：aw0.1 0.05 0.2 C 0.751 exp 1.45(Re) (Fr) (We) ( )at2 qn, L )0.1( qn , L at at L ) (L2g )20.05( qn,L )0.2( C )0.75( L at ) ( )=0.846123aW =0.8461 106.4=90.02m4 2 /m3gmyi gi (Mi)1/2yi(Mi

20、)1/2giogi( T )mgiogi 273.15ogi 为 0 C 时常压气体的粘度，其值见后附录。计算后的气体 gi 如下：CO2： gi =1.477 10 2mpa sH2： gi =0.9103 10 2mpasN2： gi =1.796 10 2mpa sCO： gi =1.796 10 2mpa s气体m值CO20.935H20.771N20.756CO0.758CH40.8gi 计算式的m 值CH4： gi =1.304 10 2mpa s此时可求 gmyi gi(Mi1/)12/2 =1.4472 102mpasyi (M i )1/ 2CO2在i 气体中的扩散系数：1/

21、20.001T1.75 1 1 M CO2 M iDCO2 i1/3 2P V CO2V i1/3DCO2 i CO2 i气体中扩散系数 cm2/s ； M CO2 .M i CO2 ，i气体分子的摩尔质量T 气体温度，K ； V 原子扩散体积； P 气体压力，大气压，16atmV CO ， V i CO2气体，i 气体的分子扩散体积。查得各组分气体的分子扩散体积如下表：CO2COH2N2CH4V26.918.97.0717.924.22求得CO2在 i气体中扩散系数如下：22DCO CO =0.01038 cm2 / sDCO H =0.04115 cm2 /s22DCO N =0.0105

22、6 cm2 / sDCO CH =0.01158 cm2 / sCO2在几个组分混合气体中的扩散系数：1 yCO 2 2DGn CO20.02256cm2 /s 0.00812m2 /hG n yii1 DCO2 iCO2在碳酸丙稀酯中的扩散系数DL ：查表在温度为30 C时 DL =3.96 10 6m2/h气相传质系数kG ：0.71/3kG 0.237at GGDGatDG1.9193 10 6kmol / m2 s kpaRT液相传质系数kL ：kL 0.00591/2 Lg1/3aW LLDL2.9842 10 4m/s1.1 4kGa kGaW 1.1 1.7065 10 4kLa

23、 kLaW 0.4 2.6742 10 2H1K La kGa kLaKLa 0.01572KXa C KLa 11.62 0.01572 0.1826PBi P 1 PCO2iHOL K Xa 1 x mKXa PBm K Xa PB2 PB1P 1.80mln PB2PB12.2.3 填料层高度Z1及塔高的计算 ：Z1NOL HOL =7.775 1.80=13.99m取安全系数0.6 裙座取3 米，塔内件（包括封头，分布器等）取3米 故塔高 Z=13.99/0.6+3+3=29.3米2。吸收剂循环泵功率计算和泵的选择d1193.3 3600Vs 1963.748 102.09 m3/s

24、0.0466714Vs 0.2438mu 1m/s 时，则 d 内按无缝钢管标准选择：Dg 250 =273 8则 u 0.8994a 管路总长度估计取 le 250m,l直 600m则总长为 850mH z 2g g据初步的立面布置，取b. 输送吸收剂管路所需压头的估算 列出由解吸塔贫液出口到吸收塔贫液入口两截面的机械能衡算方程，求出 H u2 PHfz 20m 液柱由操作条件P 1.6 106 101325 1498675Pau2 0H fle l uf d 2g 一般在湍流时取 0.02-0.03 ，这里取 =0.025 则2850 0.89942H f 0.025 3.4125m 液柱

25、 f 0.257 2 9.8P则 H 20 0 P 3.4125 151.57m 液柱1193.3 9.8c. 泵功率的计算Ne HQ g 151.57 0.04733 1193.3 9.81 83.9786kw取 =0.65 （泵的 一般为 50%-70%之间）83.9786则 N 轴=129.2kw0.65 d 泵型号的选择 为防止吸收剂泄漏和爆炸，根据 Q 0.04733 3600m3 /h 170.388m3 /hH 151.57m液柱 选 DFLPH型屏蔽泵，型号为 150-80（I），3 台，其中 2台正常使用，备用 1台 e 吸收塔各接管口径计算入塔气体流量 G 8000m3 /

26、h出塔气体流量 G/ G1（1 y1） 8000 0.696 5584m3 /h3入塔液体流量 qn,L 170.4m3 /h出塔液体流量 qn,L 170.4m / h变换气入口管：取 500 12.5u 11m/s净化器出口管：取 450 40 ，u 9.61m / s 。贫液入塔管：取 273 8 ，u 0.899m / s富液出塔管：取 273 8 ，u 0.9m/s 。2.3 填料塔强度设计2.3.1 筒体筒体有钢板卷制焊成和取自大口径无缝钢管两种。 该设计中， Di 1500mm 属于直径较大筒体，一般由钢板卷制，其内径必须符合公称直径的数值，且均 为整数。筒体的容积、面积及重量（

27、钢制）公称直径Dg/mm一米高的容积V1/m3一米高的内表面 积F1/ m3一米高筒节钢板重量 ,kg厚度,mm15001.7674.7156810121862232973724462.3.2 椭圆形封头以内径为公称直径， 其曲面高度 h1=Dg/4, 直边高度 h2需据公称直径和厚度同 时决定 , 为 40mm。由于 n 为 11mm，则选择公称直径为 1500mm，厚度为 11mm的 椭圆形封头。标记为： Dg1500×11,JB1154-73公称直径曲面高度直边高度内表面积容积质量Dg/mmh1/mmh2/mmFh/m2Vm/m3G/Kg1500375402.620.51320

28、92.3.3 壁厚内压容器： Pi=1.6MPa t=30 （ 一 ） 设计压力：由于操作条件较为稳定，则做大工作压力 pw pi ，加之无安全泄放装 置，则设计压力 P=（1.0-1.10）Pw, 取 P=1.1Pw=1.65MPa由, 于 P>1.6 MPa, 以 0.1 MPa 为单位，将其圆整到 1.7 MPa。（二）设计温度：30 ， 303K（三）许用应力：塔体选 16MnR钢制压力容器中使用的钢板许用应力钢号钢板标准使用状态厚度常温强度标准 30MPabMPas MPa16MnRGB6654热轧或正火6-16490345170（ 四） 焊缝系数 :筒体或其他受压元件的纵向

29、, 环向焊缝 , 包括筒体与封头连接的环向焊缝都应尽可能采用双面对接焊 . 采用局部无损探伤 ,故取 =0.85（ 五 ） 厚度厚度附加量 C=C1+ C2=0.8+1.0=1.8mmC1 钢板厚度负偏差 取 C1 =0.8C2 腐蚀裕量 （ 设计寿命为 20 年,由于碳酸丙烯酯的腐蚀性不大 , 取小 于或等于 0.05mm/年, 单面腐蚀,则 腐蚀裕量 C2 =0.05 mm/年 20 年 =1 mm）（ 六 ） 厚度计算低合金钢：2Di 2 1500Di 3800mm min =3mm1000 1000计算厚度：PDi1.7 106 1.5= tt 62 t p 2 t 0.85 1.7

30、106若 6,16 ，则 t 170MPa, 0.008875m 8.875mm若 17,25 ，则 t 163MPa, 0.009259m 9.259 mm （不合理）设计厚度 d ： d c 8.9 1.8 10.7 mm名义厚度 n ： n 11mm有效厚度 e ： e n c 11 1.8 9.2 mm实际厚度 ： n c1 11 0.8 10.2mm七）液压试验校验Pt 1.25P t 1.25P 1.25 1.7 2.125MPa ttPT Di e 2.125 1.5 0.0092T i e 205.1MPa 0.9 s 310.5MPa T 2 e 2 0.0092 0.85

31、s则： n mm2.4 塔体各项载荷计算2.4.1 塔重：塔体重量:a.Q1（22.01 3） 409 7811.9Kgb.填料重量 :Q2c.裙座重量 :22D 21.52h 16.1 89.2 2536.55KgQ3D 2 2 D2 h D 3 78603.14 0.014 1.5 0.014 3 7860 1569.377kgd. 封头重量 :Q4 2 209 418Kge. 塔内液重 :L 243731.5Q5h 19.1 15579.9 Kg5 u 3600 0.083f. 塔内附件重量 : （ 填料塔分 6层,每层 133Kg ,包括塔盘等内件 ）Q6 6 133 799Kgg.

32、充水重量 :h.Q71.52 19 103 33558.75Kg （ 塔体除去裙座 ,封头等,约 19米）h. 操作平台和笼式扶梯 :20Q8 6 500 125 3500Kg （6 个平台,每层500 Kg ,扶梯20米,125 Kg /5 5米）塔体操作时总重量 :Q1 1 Q1 Q2 Q5 Q6 Q77811.9 2536.55 15579.9 799 3500 30227.35Kg 裙座操作时重量 :Q0 0 Q1 1 Q3 30227.35 1569.377 31796.727Kg 全塔最大重量 :Qm0ax0 Q0 0 Q8 31796.727 33558.75 65355.477

33、Kg 全塔最小重量 :Qmin Q1 Q3 Q7 7811.9 3500 1569.377 12881.277Kg塔体风载荷和风力矩计算：（1）风载荷计算：塔高为 22.1 m ，将塔高如下分段， 0 3 m ，310 m，1020m ,20 22.1 m. 各段风力计算如下：K1 空气动力系数，圆筒形直立设备 K1 0.7, 体型系数。K2i 风振系数，对常见塔取 K 2 =1.5-1.8 中同一值。在此，由于我们所设 计的塔高为 22.1m，则取 K 2 =1.7 。Dei 塔设备各段的有效直径（ mm）Dei D0 K3 K4 d0 2 p 2 siDoDo 塔体外径，（ mm ）K3笼

34、式扶梯挡风的当量宽度，mm） K3 400mmK 4 操作平台挡风的当量宽度，mm）K4 2 A4LiA ，计算塔段的平台构件迎风的投影面积， （mm2）Li ，计算的塔段高度（ mm）。d0计算塔径内平行于塔体的附属管线外径， （ mm）pi 管线保温层厚度， （ mm）pi由于无保温层，且将笼式扶梯 设置成与 管线布置呈 900 ，则Dei D0 K3 K4 ， 计 算 塔 段 10m 中 有 3 层 平 台 ， 每 层 平 均 迎 风 面 积 为 0.5m2 ，6K42 31000.050 10 300mm ，为简化计算且从安全角度考虑，各段均取Dei1522 400 300 2222m

35、m高度变化系数距地面高 度m小于或等 于510152030fi0.781.01.151.251.417.5l17m, f1 0.22 0.78 0.8681 1 5l210m, f2 1.15l32.1m, f3 1.283-10米， P1 K 1 K 21q0 f1l1De1 0.7 1.7 300 0.868 7 1000 2222 4719.816 N10 20米， P2 K1K22q0 f2l2De2 0.7 1.7 300 1.15 10 1000 2222 9122.42 N20 22.1米， P3 K1K23q0 f3l3De3 0.7 1.7 300 1.28 2.1 1000

36、 2222 2132.27N2）风力矩计算：A塔体底部（ 1 1 截面）弯矩：MW11P1 l1p2(l1l2)p3(l1l2l3)W1 2 2 123 122其中， l1 塔体 1 1 截面到标高 10m处的距离， l1 =7mp1 对应于 l1 的风力。1 1 7MW1 1 4719.816 9122.42(7 5) 2132.27(7 10 1.05)2164475.8695 N m 164.48 106 N mmB裙座底部( 00 截面)弯矩：MW0 0 P1 l12 p2(l1 l22) p3(l1 l2 l23)其中， l1 裙座底部到标高 10m处的距离， l1 10mp1 对应

37、于 l1 的风力。p1 K1K2q0f1l1 De1 0.7 1.7 0.0003 0.78 10000 2222 6187.38NMW0 06187.38 5000 9122.42(5 5) 1000 2132.27(5 10 1.05) 1000212.66 106 N mmC塔体强度及轴向稳定性校验：a塔体危险截面（ 1 1）的各项轴向应力计算：pDi 1.6 1.5 103 65.22MPa4 e 4 9.2Q1 1g 9.8 30227.356.836MPa4 e 1500 9.21121644758629.510.122MPa0.785Di2 e 0.785 1500 2 9.2b

38、塔底 11 截面抗压强度及轴向稳定性校验：max 2 3 16.958MPa查化工设备机械基础 P36， Et 2.0 105MPat 170MPat 0.06E e 0.06 2.0 105 9. crRi147.2MPM1w1显然，16.958MPa 170MPa16.958MPa 147.2MPa因此，塔底 11 截面满足截面抗压强度及轴向稳定性条件。 c塔底 11 截面抗拉强度校核：max其中，焊接形式为双面对接焊缝，采用局部无损探伤。 0.85t 170 0.85 144.5MPamax 65.22 6.836 10.122 68.506MPa t 则满足抗拉强度条件。综上，上述各项

39、校核表明，塔体厚度 n 11mm可以满足整个塔体的强度， 刚度及稳定性要求。2.4. 裙座的强度及稳定性验算：设 ns 14mm, 厚度附加量 c 1mm, 则裙座有效壁厚 es 14 1 13mm 。A裙座底部截面的轴向应力计算：操作时全塔重量引起的压应力：Q0 0g 31796.727 9.8Di e 3.14 1500 21 3.15MPa风载荷引起的截面弯曲应力：MW0 0212.66 1060.785Di2 e 0.785 (1500)2 21 5.733MPaB裙座底部截面的强度及轴向稳定性校核：max 2 3cr ts cr s裙座钢材用 16Mn钢 ， t 20 170MPa

40、， p 335MPat 0.06E es 0.06 2.0 105 cr sRi3 3M6 P a p 3 3M5 P a 即裙座出现失稳之前，材料已达弹性极限，因此强度是主要制约因素。 由于 max 2 3 3.15 5.733 8.88MPa t cr ts ，因此该裙座满 足强度及稳定性要求。C焊缝系数： 此塔裙座与塔体采用对接焊，焊缝承受的组合拉应力为：1 1 11M m1 a1xQ1 1g20.785Di2 eDis es6164.48 1060.785 15002 2130227.35 9.83.14 1500 213.701MPa查化工设备机械基础 ，表 14-3，焊缝材料在操作

41、温度下的许用 应力为 tw 170MPa ， 3.701 0.6 170 102MPa 2.4. 水压试验时塔的强度和稳定性验算：A 水压试验时塔体 1 1 截面的强度条件：PT P Die2e0.9 s其中P为液柱静压力，因塔高约 19m，故取P 0.19 MPa ，且 s 345MPa0.9 s 0.9 345 0.85 263.93MPa由于，PT 1.25P1.25 1.7 1 2.125MPa ，2.125 0.19 1500 9.2 223.3886MPa 0.9 s2 9.2 0.85因此满足水压试验强度要求。B 水压试验时裙座底部 0 0 截面的强度及轴向稳定条件Ts0 0 0

42、 0 Qmaxg0.3M wDis es0.785 Dis0.8 scr s式中 0.8 s 0.8 345 276MPacr s 336 MPap 335MPa由于 Ts65355.477 9.8 0.3 212.66 10623.14 1500 21 0.785 15002 218.196MPa 0.8 s因此，满足强度与轴向稳定性要求2.4.5 裙座基础环设计。A 基础环内外径得确定 :外径： Dob mm Di 200 400内径： Dib mm Di 200 400Dob1500 22 2 300 1844mmDib1500 22 2200 1344mmB 混凝土基础强度校核： 正常

43、操作时，bmaxQ00g0.785 Dob2 Dib 2M W0 044DobDib32Dob31796.727 9.8212.66 1060.785 18442 1344218444 1344432 18440.2496 0.4815 0.731MPa RaQ0 0g水压试验时， bmax 0.785 Dob2 Dib 20.3M W0 0 Dob4 Dib432Dob212.66 106 0.30.785 18442 1344218444 1344466355.477 9.832 18440.519 0.2193 0.7383MPa Ra其中 Ra 为标号为 100的混凝土的许用应力， 查

44、化工设备机械基础 表17-4， Ra 4MPa ，因此混凝土基础满足强度要求。C 基础环厚度设计计算基础环上最大压应力值 bmax , 作为工程上的近似计算 , 可以认为选作bmax基础环的底面上的载荷均匀分布 , 基础环上无筋扳。b 1.73bbmaxbbmax00 M max m0g0Z0bAb取两者中的较大值0.3MW0 0 Me mmax gZbAb其中bmax 混凝土上的最大压应力 MPa ；2 2 2 2 2Ab 基础环面积（ mm2 ）， AbDo2b D2ib841 2314 51902 244b 基础板材料的许用应力， （ MPa ）；对于低碳钢 A3 钢；2mm140MPa

45、 。bZb基础环截面系数（ mm3 ）Zb44 DobDib32Dob443.14 18444 134443441638869.8 mm3 32 1844Me 偏心弯矩。bmax212.66 106441638869.80.3 212.66 106441638869.830227.35 9.812512900.718365355.477 9.81251290取较大值0.6563bmax =0.7183 且 b 1844 1500 44 300mmb 1.73 300 0.7183 37.17mmb 140圆整为 38 mm2.4.6 地脚螺栓强度计算设计塔设备在迎风侧作用在基础环上的最小应力为

46、00M w Qmin gBBDo4b Di4b 0.785 Do2b Dib232Dob0.3806MPa212.66 10612881.277 9.83.14 18444 13444 0.785 18442 1344232 18442.5 吸收塔附件选型 吸收塔的辅助构件包括：液体分布器、液体再分布器、填料支承扳、填料压 板或床层限制扳、气体进出口装置与排液装置等。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前决条件 , 也是使填料塔达到预期分离效果的保证 . 我们结合液体分布器选型与设计的 一般要求 ,为保证液体分布均匀 ,自由截面率大 ,操作弹性大 ,不易堵塞,不

47、易 引起雾沫夹带及起泡 , 可用多种材料制作 , 且制造安装方便 , 容易调整水平等。2为保证液体在塔截面上均布，散装填料的喷淋点数为 4080 个/m2, 又由 于我们所选填料为鲍尔环，自分布性能较差，应取较高值。散堆填料的喷淋密度指标塔径喷淋点密度 （点/ m 2塔截面）D 1200mm42选择溢流槽式分布器，其工作原理是：当液面超过堰口高度时，依靠液 体自重通过堰口流出，沿着溢流管壁呈膜状流下，淋洒于填料层上。 溢流槽式布液器的设计参考数据塔径喷淋槽分配槽液体负荷范围外径数量中心 距数量中心距分配槽数量15001700D2043001单槽式双槽式26008.5175421602 液体再分

48、布器：参考化工设备设计手册 ，选择“梁型”再分布器，适用于 D>1200mm的大塔，操作弹性为，梁型再分布器与梁型气体喷射式支承扳配套使用。3 填料支承扳：填料支承板用于支承塔填料及其所持有的气体、 液体的质量， 同时起着气液 流道及气体均布作用。选择多梁型支撑板（气体喷射式支承板） 。4 填料压板与床层限制扳： 当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时，塔内填料将发生浮动或相互撞击，破坏填料塔的正常操作甚至损坏填料。在此，我们选择栅条式填料压板。5 气体进出口装置与排液装置： 气体进口：管的末端可制成下弯的锥形扩大器， 或采用其他均布气流的装置。 气体出口：在气体出口处装一除沫挡板（折板） ，或填料式、丝网式除雾器。 液体出口：保证塔底液体顺利排出，防止塔内外气体串通。三、附录1碳酸丙稀酯（ PC）的物理化学常数（1）碳酸丙稀酯的化学式分子式 C4H 6O3 ；摩尔质量 102.69 kg / kmol 。（2）密度值tC015254055,kg/m3122412091198118411693）粘度值t