填料塔说明书概要

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SO2,为了防止大气污染，采用清水洗涤工艺除去其中的SO2。焙烧炉出来的气体温度为25C,洗涤水的温度为常温20Co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C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,方案的确定1、吸收工艺流程的确定2、填料的选择液相相反，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：尾气仄*塔顶艰祥高心身-JIf排入地沟*清水塔底取样十2、填

2、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。采用常规逆流操作流程采用塑料38mme19mmx1.0mm塑料阶公称直径(d)mm实际尺寸(d黑H黑6)mm个数(n)/m3比表面(a)/m3838M9M.027200132.5空隙率(名)m3/m3堆积密度Pp/kgm”干填料因/m°9157.517

3、5主要性能参数见下表:在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能较好，故选用38m佛19m佛1.0mm聚丙烯阶梯环填料。础物性数据1、液相物性数据三、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。20C时水的有关物性数据如下：密度：L-998.2kg/m3粘度：=10-Pas=3.6kg/(mh)表面张力：-L=940896kg/h2SO2在水中的扩散系数：Dl=1.4710*m2/s=5.2910_6m2/h2、气相物性数据.混合气体的平均摩尔质量：2、气相物性数据MVm=xyiMi0.06640.9429=31.1kg/mol.混合气体的平均密度:PMVm

4、_15031.1RT8.314298=1.883kg/m.混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，20c时空气的粘度如下：,.5V=1.8110Pas=0.065kg/(mh).查手册得，SO2在空气中的扩散系数:2Dv=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在水中的亨禾1J系数:3_E=3.5510kPa.相平衡常数:3E3.5510m26.67P150.溶解度系数:998.2HJHEMs3.5510318.02=0.0526四、物料衡算四、物料衡算.进塔气相摩尔比:yi1-y11-0.060.060.0638.出塔气相摩尔比:Y2="1-;：

5、so2)=0.0638(1-0.94)=0.00383.进塔惰性气相流量:V=2168273(1-0.06)=83.35kmol/h22.4298min计算: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LVmin丫一、2Y1/m-X2计算，又因为对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成X2为0,则（V）minYi-工Yi/m-X20.0638-0.0038320.780.0683/23.67-0.取操作液气比为1.4,则：；=1.4（；）min=1.420.78=29.092=L=29.09283.35=2424.8182kmol/h物料衡算:V（Y1-Y2）=L（X1-X2）v83.35

6、二X1二2424.8182（0.0683-0.00383）=0.00213五、填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算五、填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计.采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质量流量：w"21681.883=4082.344kg/h.液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL=2424.818218.02-43695.2240kg/h.Eckert通用关联图的横坐标:WlWvp（,V）0.5IT4»（空）0'=0.46494082.344998.2.查图5-21得2:亚江2Vg:L一心2=0.021.查表5-11得:一if=170m-_0.021

7、g：L_0.0219.81998.2UF一:”0.2一.17011.88310.2=0.8015m/s.取由u=0.7uf=0.5610m/sDi42168/36003.140.5610=1.17m圆整塔径，取Di=1.2m.泛点率校核:2168/3600C，u0.53m/s二2(1.2)240.53uf>100%=66.13%50%0.8015.填料规格校核:Di1200一二=31.578d38、液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为（LW）min=0.08m3/mh查附录五得：at=132.5m2/m3Umin=(LW)minat=0.08132.5-10.6m3/m2h,43695.2

8、240/998.2U;：二2(1.2)24=38.70Umin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2、填料层高度计算.与液相平衡时的摩尔比*丫=mX1=23.670.0011=0.026037.脱因系数cmVS=L23.6783.352424.8182=0.8136Y2=mX2=0.气相总传质单元数Nog1-S*Y-Y>ln(1-S)YkV丫2一丫2S10.0638-0ln(1-0.8136)0.8136=7.3271-0.81360.00383-0.气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查表5-13得2:二c=33dyn/cm=427680kg/

9、h.液体质量通量Ul=43695.2240ji=38635.0605kg/(m2h)(1.2)4由中式子，得：aw=0.5778=aw=0.5578M132.5=73.9085m2/m3at.气膜吸收系数kG0.237(Uv严（：vDv)1/3(atDvRT.气体质量通量M2725.176UV二一=241Q81kg/(m2h)(1.2)4由中式子，得：kGu0.02852kmol/(m2hkPa)、液膜吸收系数kL=1.0439m/h.由kGa=kGaw旷.1查表5-14得2：=1.45则kGa=kGaw'1.1=0.028520.5778132.51.451.1=3.286kmol/

10、(m3hkPa)%a=kLaw'二04=1.04390.5778132.51.45°"=92.73/hur=51.61%50%Ufc.一rukga.kGa=1+9.5-0.593=3.382kmol/(mhkPa)，一fukLa=1+2.60.5kLa.<UF，=kLa=92.76/h13KGa1=1.013kmol/(m3hkPa)''kGaHkLa口VV84.23门OG一,.,一KYa°KGaP°1.013父150吟父(1.2)2=0.491mZ=H0GN0G=0.491父7.026=3.450m_'_Z=1.3

11、父3.45=4.485m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2=815,允许的最大填料层高度hmax工6mDi取=8Di贝1h=8父1200=9600mm丁计算得填料层图度Z=5000mm<hmax二/、需分段六、填料层压降计算10 .采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为Wl('V产=0.4649Wv：L六、填料层压降计算 .查表5-18得2,GP=116m纵坐标为u2：，P-：v,020.53211611.883加PJL:1=0.0063g%9.81998.2 .查图5-21得2,AP/Z'=78.48Pa/m

12、='P=78.485=392.4Pa七、液体分布器简要设计按Eckert建议值，Di之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2布放点数：n=乂(1.2)晨120=135.6点期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、持液量计算对水的持液量Ltw=1.7104(GH0，6dp42=3.8610kg/mhcWL43695.2240Gl(1.2)2

13、A11八、持液量计算每个填料的表面积=a=132.5.=4.87110-n2720031当量球形填料直径dp=(4.87110)2=0.039mp3.144=0.0673m3m353.86,1006=1.710上(严0.039全塔持液量-2-2=：lLtwDZ=998.20.0673：一：(1.2)5=379.9kg44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

14、响除沫器取得高效率的重要因素。这里我们采用DP式丝网。设计气速Umax=k'L二'Vk=0.198:V=0.198998.2-1.8831.883=4.55m/s216842 .丝网盘直径D1=J4Vs=13600=0.41m-二u二4.55丝网除沫器的操作气速Ug=(0.50.8Umax)这里我们取Ug=3m/s1m/s二Umax:二3m/s12金属丝网直径为610mm,取丝网厚度H=100mm,丝网重度为2000N/m3,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

15、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。进口道径气管直卜出管直13体道径十、进出口管道直径计算1、气体管道直径由公式d=,对气体u取1020m/§选气体u为15m/s,代入得:dG42168/36000.2261m3.1415圆整后取标准直径：doG=245mm=6mm3b22体道径单位长度重量：52.38kg/m2、液体管道直径由公式d=JS,对液体u取0.81.5m/s,选7体u为1m/s,代入得：443695.2240/998.236003.141=0.124m13圆整后取标准直径：d

16、L=139.7mm"=6mm一、体筒封设壳材的塔圆与头计3体料选单位长度重量：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25oC,设计压力为0.15MPa,塔内径为1200mm,介质为H2O和SO2。材料选用Q345R,腐蚀余量C2=2mm,钢板负偏差C1=0.3mm。采用单面焊对接接头，无损检测比例100%,焊接接头系数4=0.90。当厚度为616mm时，6t=189MPa；当厚度筒厚、体21为1636mm时，ot=185MPa2、筒体厚度 .计算压力液体静压力;Lgh=379.99.812=3296.9Pa<5%0.785(1.2)所以不用考虑

17、PC=P=0.15MPa .计算厚度(假设厚度为616mm)PcDi0.151200、=t=0.529mm2广-Pc21890.90-0.15 .设计厚度、d="+C2=0.672=2.53mm14 .名义厚度C.n=C.dC1：=2.670.30=2.97mm取3mm .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6mm3、封头厚度因为0n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(C1C2)=6-(20.3)=3.7mm3、封头厚度由于椭

18、圆形封头深度较半圆形封头小得多，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=10材料与筒体相同。.封头壁厚0.1512002二-0.5Pc21890.85-0.50.15=0.56mm.设计厚度d=:C2=0.562=2.56mm.名义厚度n=、dC1：=2.560.30=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6mm15因为仃n在616mm的范围内，与假设相符，所以名义应力取6mm合适。所以：C.e二n(C1C2)=62.3=3.7mm

19、4、水压试验校核公称直径Dgmm曲曲局度几mm直边高度h2mm壁厚Smm内表m3容积Vm3质量Gkg12003002561.650.25578.6.标准4、水压试验校核.水压试验压力二189PT=1.25Pt=1.250.150.1875Mpa二189.耐压试验时容器强度校核=PT(Die)<0.9ReLT2、：eeL0.1875(12003.7)二T30.50MPa23.70.9ReL0.90.90345=279.45MPa-0.9ReL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=_998.2=0.45m2一二(1.2)416封头高度0.32

20、5m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'二2一2、m01=（D0-Di）H:2G封头4:=2_2_3_=（1.212-1.2）8.667.8510278.6=1737kg .附属件（人孔、接管、法兰等）质量ma=210645.1428.9651.6531.84=334kg .塔内件（塔盘、填料等）质量m02=45.314.63224.62=285kg保温材料质量

21、操作温度25C,无需保温m（）3=0kg.操作平台及扶梯质量笼式扶梯单位质量qF=40kg/m钢制平台P=150kg/m2平台宽度b=1m“点.：.2.2'm04=qFH（Di2、eb）-（D2e）h:4_2_2=407.5-:（1.3122）2-1.31221150417=1390kg.操作时物料质量m05=:LLtw-DZVf:L2=998.20,0890.785(1.2)50.255998.2=757kg.水压试验时充水质量二2、一mw=Dih：l2Vf：l=(1.2)8,66998.220.255998.2=10286kg.塔设备正常操作时的质量（忽略偏心质量）m=m01m02

22、m03m04m05mame=4503kg.塔设备在水压试验时的最大质量mmax=m01m02m03m04mwmame=14032kg.塔设备在停工检修时的最小质量mmin=m010.2m02m03m04mame=3518kg塔设备周有周期计算十三、塔设备固有周期计算1、等直径1、等直径、等厚度塔的第一振型固有周期计算塔设备第一一振型固有周期计固有周期（m为单位高度的质量）二弹性模量E=2.01M105MPa十四、风载18荷及弯矩计算1、风力计算T1=90.33H;m0H3父10忖仙I4503M9180工=90.33父9180、53父102.01x10m4M1200=0.143s十四、风载荷及弯

23、矩计算1、风力计算设笼式扶梯与塔顶管线成90。角，Dei由下取公式计算并取其中的最大值。Dei=D0i+26si+K3+K4Dei=Doi+26si+K4+d°+26pi塔设备所受的水平风力：P体型系数K=0.7风振系数K2i=1.702杭州地区基本风压q0=300N/mfi=10-1段：Dei=Doi+26si+K3+K4,2X0=1.212+0+0.40+=1.612m0.746Dei=D0i+28+3+0+26.2父0-1.212+0+0.245+01.457m0.746得Dei=1.612m代入公式，得：P=0.7M1.70父1M300M0.746父1.612=429N1-2

24、段：Dei=Doi+2%+K3+大1920=1.21200.401.612m0.826Dei=Doi2、囚K4d02pi20.八，=1.21200.2450=1.457m0.826得Dei=1.612m代入公式，得:P=0.71.7013000.8261.612=475N2-3段:Dei=Doi2、.siK3K420=1.21200.40=1.612m4.428Dei=Doi2.siK4d。2pi20=1.21200.2450=1.457m4.428得Dei=1.612m代入公式，得:P-0.71.7013004.4281.612=2548N3-4段：Dei=Doi2、siK3K421.35W

25、.21200.40=2.461m3.18Dei=DoiZ.siK4d02.pi2、21.35=1.2120-0.2450=2.306m得Dei=2.461m代入公式，得:3.18P=0.71.7013003.182.461=2794N2、风弯矩校核计算20对裙座底部危险截面0-0L1I.=叼"21后1+7461=429父一+475父746+27942I60003r826、(一I+2548M746+826+2J<4428i2=3.16107Nmm对裙座底部危险截面1-111_12Mw-P22826二4752244283,3180、+2794父826+4428+=2.70107Nm

26、m对裙座底部危险截面2-2入震荷地弯计五十地载及震矩算mW-P3l2pg2)4428=254827942=2.25107Nmm44283180i221.阻尼调整系数设计地震烈度为7级，查得amax=0.08取Tg=0.4（II类场地土，近震），取阻尼比£=0.022=10.05-0.061.7=1.320.05-=0.9-0.9580.5.T=0.143s,0.1：二工；Tg（处于平行直线段）：1二2=max=1.320.08=0.1056截面0-0:0.016e:"1m°gH3516:>0.105645039.819.18-19576.25Nm35截面1-

27、1:ME,=8%m°g10h35_14H25h+4h3.5)175H广一一._35.一一25、_8父0.1056父4503M9.8110M9.18-149.18:<0.746175M9.181.5广4M0.7463.5,=159275.53Nm截面2-2:ME",=8"1m02g5(10h3.514H2.5h+4h3.5)175H2/35258M0.1056M4503M9.8110父9.18.-149.18.父1.572175M9.181.5、+4父1.5723.5-136775.88Nm偏心距弯矩计算:22十六、圆筒应力校核1、各载荷引起的轴向应力Me=m

28、ege=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9PcDi0.154x1200C1=11.55MPa46ei4X4(2) .操作质量引起的轴向压应力仃2截面0-0:m："=1737kg表示00以上塔设备的操作质量0HmTgm°g4503M9.81。，口仃22.93MPaAsbnDises3.14X1200X4令裙座厚度6s=6mm;后效厚度6es=4mm；Asb=nDis6es截面1-111m；g4370M9.81仃2=q=2.23MPaAsm19100查参数表得Asm=19100截面2-2:2“mgmg42229.8140y-0?

29、-2.75MPaA硝包3.141200x4(3)最大弯矩引起的轴向应力仃3截面0-0:0"m0；0m0；03.16M107仃；max-max2-6.99MPaZsb2Ld260.785叼2002M4Disves4其中，Mmax=M；q+Me=3.16乂107+0=3.16M107Nmm232、筒体的强度与稳定性校核M消=M9+0.25M；,+Me=1.958Ml07+0.25x3.16x107+0=2.748m107Nmm截面1-1:1AM篇1.66父108，=6=62.17MPaZsm2.67M106其中，Mmt=M：+Me=2.7M107NmmMmaX=M+0.25M十Me=1.

30、593父108+0.252.7107+0maxe=1.66m108NmmZsm为人孔或较大管线引出孔处的断面模量查的4.869父106截面2-2:2/mIMmax21.42M108。厂=7aL=-吧=2=31.4MPaZLD280.7851200父4Di"e4其中，_29_29._.7Mmax=Mw+Me=2.25父10N如1Mma2=ME"+0.25MW"+Me=1.368父108+0.25父2.25父107+0=1.42m108Nmm2、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。

31、其中，b】=189MPa;4=0.85；K=1.2；24Kk!4=1.2x189x0.85=192.78MPa仃濡=仃1仃尸十。尸=11.552.75+31.4=40.2MPaiiiax123优=40.2MPa<Kbt®=192.78MPa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仃2：=仃2/十仃；/=2.75+31.4=34.15MPamax23仃；aX=34.15MPac卜1=minkB,Kk】)=minfe6,226.8)=96MPa满足要求其中，0.0940.094A=-=0.000626Ri/de1200/4查图5-9得(Q

32、345R,25CB=96MPa,截面1-1:塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力1111.11.仃max=b2+仃3=2.23+62.17=64.4MPa端=64.4MPa<kCr=minKB,Kk】=min1102,135.6=102MPa满足要求其中，A=迺=3=0.000627R/6e1200/4查图5-8得(Q235-AR,25CB=85MPa,kt=113MPa,K=1.2截面0-0:25十七.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仃黑=仃尸+仃产=2.93+6.99=9.92MPa仃；2=9.92MPa<y,=

33、min(KB,Kk1=min102,135.6=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间应力(P+液柱静压力)(Di+Sei)J一23=(0.193+0.0092)(1200+4)=30.43Mpa2x4L】pT=125P一一189一一一=1.25M0.154M189=0.193MPa189液柱静压力=汨=1000M9.18=0.0092MPa(2) .试验压力引起的轴向拉应力PtDi0.19312001Vm5=14.48MPa4包4M4(3) .最大质量引起的轴向压应力2-2_.2Ammaxg14032M9

34、.81八cc仃22-9.13MPa砌色冗黑1200M4(4) .弯矩引起的轴向载荷2_2.72/0.3Mw+Me0.32.2510/仃3we-2-1.49MPa冗口2内0.7851200父4一Did4262、水压试验时应力校核十八、裙座基础环设计1、基础环尺寸取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0.9M=0.9父345M0.85=263.93MPa仃T=30.43MPa<0.9as*=263.93MPa满足要求(2)最大组合轴向拉应力校核=仃尸_仃/+仃/=6.84MPa©入0.9。9=0.9父345M0.85=263.93MPa仃篇=6.84MP

35、a<0.9Os*=263.93MPa满足要求(3)最大组合轴向压应力校核仃22=仃尸+V=9.13+1.49=10.62MPamax23仃4=10.62MPa<bL=min196,226.8=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+300=1500mmDib=Dis-300=1200-300=900mm2、基础环的应力校核仃Mm：mg0.3M：H+Me,mmaxg口bmaxmaX,IZbAbZbAb,其中，Ab=-(D12b-Dib)=0.785(15002-9002)=1130400mm24血一口1)3.1415004-9004:3Zb一一一2.88父10mm32Dob32M15