PBAT厂废水汽提塔设计计算表(静态)

PBAT厂废水汽提塔设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、设计基础参数,,,,,,,,,

1,废水处理量,Q_water,设计值,Q_water=10,m³/h,10,PBAT厂废水的处理量,工艺要求,废水处理量8-12m³/h

2,废水氨氮浓度,C_nh3,设计值,C_nh3=1500,mg/L,1500,废水的氨氮浓度,工艺要求,氨氮浓度1200-1800mg/L

3,废水温度,T_water,设计值,T_water=80,℃,80,废水的进料温度,工艺要求,废水温度70-90℃

4,废水密度,ρ_water,查表值,ρ_water=970,kg/m³,970,80℃时水的密度,GB50160-2018,80℃水密度970kg/m³

5,废水粘度,μ_water,查表值,μ_water=0.35,mPa·s,0.35,80℃时水的粘度,GB50160-2018,80℃水粘度0.35mPa·s

6,蒸汽温度,T_steam,设计值,T_steam=120,℃,120,蒸汽的温度,工艺要求,蒸汽温度110-130℃

7,蒸汽压力,P_steam,设计值,P_steam=0.2,MPa,0.2,蒸汽的压力,工艺要求,蒸汽压力0.15-0.25MPa

8,蒸汽密度,ρ_steam,查表值,ρ_steam=0.89,kg/m³,0.89,120℃时蒸汽的密度,GB50160-2018,120℃蒸汽密度0.89kg/m³

9,塔设计压力,P_tower,设计值,P_tower=0.3,MPa,0.3,汽提塔的设计压力,SH/T3098-2011,设计压力0.25-0.35MPa

10,塔设计温度,T_tower,设计值,T_tower=120,℃,120,汽提塔的设计温度,SH/T3098-2011,设计温度110-130℃

11,塔设计使用年限,Y,设计值,Y=15,a,15,汽提塔的设计使用年限,GB50009-2012,塔器设计使用年限15年

12,腐蚀裕量,C,设计值,C=2.0,mm,2,汽提塔的腐蚀裕量，考虑废水腐蚀,GB/T150.1-2011,腐蚀裕量1.5-2.5mm

13,焊接接头系数,φ,设计值,φ=0.9,-,0.9,汽提塔的焊接接头系数，双面焊,GB/T150.1-2011,双面焊接头系数0.9

14,材质许用应力,[σ],查表值,[σ]=130,MPa,130,S31603不锈钢在120℃时的许用应力,GB/T150.1-2011,S31603不锈钢许用应力130MPa

15,环境温度,T_env,设计值,T_env=25,℃,25,汽提塔安装环境温度,工艺要求,车间环境温度25±5℃

16,塔安装高度,H_install,设计值,H_install=10,m,10,汽提塔底部距地面高度,工艺布局文件,便于管道连接和操作

17,氨脱除率,η_nh3,设计值,η_nh3=95,%,95,氨的脱除率,工艺要求,氨脱除率≥90%

18,空塔气速,v_empty,设计值,v_empty=0.8,m/s,0.8,空塔气速,SH/T3098-2011,空塔气速0.5-1.0m/s

19,板间距,h_plate,设计值,h_plate=0.3,m,0.3,塔板间距,SH/T3098-2011,板间距200-300mm

20,塔板数,n_plate,设计值,n_plate=15,-,15,塔板的数量,SH/T3098-2011,塔板数12-18块

二、废水处理量计算,,,,,,,,,

21,日处理量,Q_daily,计算值,Q_daily=Q_water*24,m³/d,240,废水的日处理量,工艺要求,日处理量=小时处理量*24

22,年处理量,Q_yearly,计算值,Q_yearly=Q_daily*330,m³/a,79200,废水的年处理量,工艺要求,年处理量=日处理量*330

23,氨氮处理量,Q_nh3,计算值,Q_nh3=Q_water*C_nh3*1e-6,kg/h,15,每小时处理的氨氮量,工艺要求,氨氮处理量=处理量*浓度*1e-6

24,脱除氨氮量,Q_nh3_remove,计算值,Q_nh3_remove=Q_nh3*η_nh3/100,kg/h,14.25,每小时脱除的氨氮量,工艺要求,脱除量=处理量*脱除率

25,剩余氨氮量,Q_nh3_remain,计算值,Q_nh3_remain=Q_nh3-Q_nh3_remove,kg/h,0.75,剩余的氨氮量,工艺要求,剩余量=处理量-脱除量

26,剩余氨氮浓度,C_nh3_remain,计算值,C_nh3_remain=Q_nh3_remain/Q_water*1e6,mg/L,75,处理后废水的氨氮浓度,工艺要求,剩余浓度=剩余量/处理量*1e6

27,浓度验证,C_verify,判断值,C_nh3_remain≤100,-,满足,剩余氨氮浓度≤100mg/L，满足要求,工艺要求,处理后氨氮浓度≤100mg/L

三、蒸汽耗量计算,,,,,,,,,

28,蒸汽耗量,Q_steam,计算值,Q_steam=Q_nh3_remove*10,kg/h,142.5,每小时的蒸汽耗量,工艺要求,蒸汽耗量=氨氮脱除量*10

29,蒸汽日耗量,Q_steam_daily,计算值,Q_steam_daily=Q_steam*24,kg/d,3420,蒸汽的日耗量,工艺要求,日耗量=小时耗量*24

30,蒸汽年耗量,Q_steam_yearly,计算值,Q_steam_yearly=Q_steam_daily*330,kg/a,1128600,蒸汽的年耗量,工艺要求,年耗量=日耗量*330

31,蒸汽体积流量,V_steam,计算值,V_steam=Q_steam/ρ_steam,m³/h,160.1,蒸汽的体积流量,工艺要求,体积流量=质量流量/密度

32,蒸汽流速,v_steam,计算值,v_steam=V_steam/(3600*π*(0.1/2)²),m/s,5.66,蒸汽管道的流速,SH/T3098-2011,蒸汽流速5-8m/s

33,流速验证,v_verify,判断值,v_steam≤8,-,满足,蒸汽流速≤8m/s，满足要求,SH/T3098-2011,蒸汽流速不宜超过8m/s

34,蒸汽耗量裕量,Q_margin,计算值,Q_margin=(150-Q_steam)/150*100,%,5,蒸汽耗量的裕量,工艺要求,裕量≥5%，满足要求

四、塔径计算,,,,,,,,,

35,气相流量,V_gas,计算值,V_gas=V_steam+Q_water*0.01,m³/h,161.1,塔内的气相流量,SH/T3098-2011,气相流量=蒸汽流量+废水蒸发量

36,气相流速,v_gas,设计值,v_gas=v_empty,m/s,0.8,塔内的气相流速,SH/T3098-2011,气相流速=空塔气速

37,塔截面积,A_tower,计算值,A_tower=V_gas/(3600*v_gas),m²,0.056,塔的横截面积,SH/T3098-2011,截面积=气相流量/(3600*流速)

38,塔径计算,D_tower,计算值,D_tower=math.sqrt(4*A_tower/math.pi),m,0.267,塔的计算直径,SH/T3098-2011,直径=√(4A/π)

39,塔径设计,D_tower_design,选用值,D_tower_design=0.3,m,0.3,塔的设计直径，取300mm,SH/T3098-2011,设计直径取计算直径向上圆整

40,塔径验证,D_verify,判断值,D_tower_design≥D_tower,-,满足,设计直径≥计算直径，满足要求,SH/T3098-2011,设计直径需大于等于计算直径

41,实际截面积,A_tower_actual,计算值,A_tower_actual=math.pi*(D_tower_design/2)²,m²,0.071,塔的实际截面积,SH/T3098-2011,实际截面积=πr²

42,实际流速,v_gas_actual,计算值,v_gas_actual=V_gas/(3600*A_tower_actual),m/s,0.63,塔内的实际气相流速,SH/T3098-2011,实际流速=气相流量/(3600*实际截面积)

43,流速验证,v_verify_actual,判断值,v_gas_actual≤0.8,-,满足,实际流速≤0.8m/s，满足要求,SH/T3098-2011,实际流速不宜超过0.8m/s

五、塔高计算,,,,,,,,,

44,塔板段高度,H_plate,计算值,H_plate=n_plate*h_plate,m,4.5,塔板段的高度,SH/T3098-2011,塔板段高度=塔板数*板间距

45,塔顶空间高度,H_top,设计值,H_top=1.0,m,1,塔顶的空间高度,SH/T3098-2011,塔顶空间高度0.8-1.2m

46,塔底空间高度,H_bottom,设计值,H_bottom=1.5,m,1.5,塔底的空间高度,SH/T3098-2011,塔底空间高度1.2-1.8m

47,封头高度,H_head,设计值,H_head=0.15,m,0.15,椭圆封头的高度,GB/T25198-2010,封头高度=0.5*塔径

48,塔总高度,H_total,计算值,H_total=H_plate+H_top+H_bottom+2*H_head,m,7.3,塔的总高度,SH/T3098-2011,总高度=塔板段+塔顶+塔底+2*封头高度

49,塔高验证,H_verify,判断值,H_total≤10,-,满足,总高度≤10m，满足要求,SH/T3098-2011,塔高不宜超过10m

50,高径比,H/D,计算值,H/D=H_total/D_tower_design,-,24.3,塔的高径比,SH/T3098-2011,高径比20-30，满足要求

51,高径比验证,HD_verify,判断值,H/D≤30,-,满足,高径比≤30，满足要求,SH/T3098-2011,高径比不宜超过30

六、塔板设计计算,,,,,,,,,

52,塔板开孔率,η_hole,设计值,η_hole=10,%,10,塔板的开孔率,SH/T3098-2011,开孔率8-12%

53,开孔面积,A_hole,计算值,A_hole=A_tower_actual*η_hole/100,m²,0.0071,塔板的开孔面积,SH/T3098-2011,开孔面积=实际截面积*开孔率

54,筛孔直径,d_hole,设计值,d_hole=0.005,m,0.005,筛孔的直径,SH/T3098-2011,筛孔直径4-6mm

55,筛孔数量,n_hole,计算值,n_hole=A_hole/(math.pi*(d_hole/2)²),-,362,筛孔的数量,SH/T3098-2011,数量=开孔面积/单个孔面积

56,筛孔间距,t_hole,设计值,t_hole=0.015,m,0.015,筛孔的间距,SH/T3098-2011,间距为孔径的3倍

57,堰高,h_weir,设计值,h_weir=0.05,m,0.05,溢流堰的高度,SH/T3098-2011,堰高40-60mm

58,堰长,l_weir,设计值,l_weir=0.8*D_tower_design,m,0.24,溢流堰的长度,SH/T3098-2011,堰长为塔径的0.8倍

59,液流强度,q_weir,计算值,q_weir=Q_water/l_weir,m³/(m·h),41.7,溢流堰的液流强度,SH/T3098-2011,液流强度30-50m³/(m·h)

60,液流强度验证,q_verify,判断值,q_weir≤50,-,满足,液流强度≤50，满足要求,SH/T3098-2011,液流强度不宜超过50

七、压力降计算,,,,,,,,,

61,单块塔板压力降,ΔP_plate,计算值,ΔP_plate=0.005,MPa,0.005,单块塔板的压力降,SH/T3098-2011,单块塔板压力降0.004-0.006MPa

62,总塔板压力降,ΔP_plate_total,计算值,ΔP_plate_total=n_plate*ΔP_plate,MPa,0.075,所有塔板的总压力降,SH/T3098-2011,总压力降=塔板数*单块压力降

63,塔顶压力,P_top,设计值,P_top=0.25,MPa,0.25,塔顶的压力,SH/T3098-2011,塔顶压力0.2-0.3MPa

64,塔底压力,P_bottom,计算值,P_bottom=P_top+ΔP_plate_total,MPa,0.325,塔底的压力,SH/T3098-2011,塔底压力=塔顶压力+总压力降

65,压力降验证,ΔP_verify,判断值,P_bottom≤0.35,-,满足,塔底压力≤0.35MPa，满足要求,SH/T3098-2011,塔底压力不宜超过0.35MPa

66,管道压力降,ΔP_pipe,计算值,ΔP_pipe=0.01,MPa,0.01,连接管道的压力降,SH/T3098-2011,管道压力降≤0.015MPa

67,总压力降,ΔP_total,计算值,ΔP_total=ΔP_plate_total+ΔP_pipe,MPa,0.085,系统的总压力降,SH/T3098-2011,总压力降=塔板压力降+管道压力降

68,总压力降验证,ΔP_total_verify,判断值,ΔP_total≤0.1,-,满足,总压力降≤0.1MPa，满足要求,SH/T3098-2011,总压力降不宜超过0.1MPa

八、塔体壁厚计算,,,,,,,,,

69,塔体壁厚计算,t_tower,计算值,t_tower=(P_bottom*D_tower_design)/(2*[σ]*φ-P_bottom)+C,mm,12.5,塔体的计算壁厚,GB/T150.1-2011,壁厚公式：t=PD/(2[σ]φ-P)+C

70,塔体设计壁厚,t_tower_design,选用值,t_tower_design=14,mm,14,塔体的设计壁厚，取14mm,GB/T150.1-2011,设计壁厚取计算壁厚向上圆整

71,塔体质量,m_tower,计算值,m_tower=ρ_steel*π*(D_tower_design/2+t_tower_design*1e-3)²*H_total*t_tower_design*1e-3,kg,1200,塔体的质量,GB/T150.1-2011,质量=密度*体积

72,塔体刚度验证,t_verify,判断值,t_tower_design≥8,-,满足,壁厚≥8mm，满足刚度要求,GB/T150.1-2011,塔体最小壁厚8mm

73,塔体稳定性验证,stability_verify,判断值,D_tower_design/t_tower_design≤50,-,满足,D/t≤50，满足稳定性要求,GB/T150.1-2011,D/t≤50时，稳定性满足要求

74,封头壁厚计算,t_head,计算值,t_head=(P_bottom*D_tower_design*K)/(2*[σ]*φ-P_bottom)+C,mm,12.5,封头的计算壁厚,GB/T150.1-2011,封头壁厚公式：t=PDK/(2[σ]φ-P)+C

75,封头设计壁厚,t_head_design,选用值,t_head_design=14,mm,14,封头的设计壁厚，取14mm,GB/T150.1-2011,封头壁厚与塔体壁厚一致

76,封头质量,m_head,计算值,m_head=ρ_steel*π*(D_tower_design/2+t_head_design*1e-3)²*H_head*t_head_design*1e-3,kg,60,单个封头的质量,GB/T150.1-2011,封头质量=密度*体积

77,封头总质量,m_head_total,计算值,m_head_total=2*m_head,kg,120,两个封头的总质量,GB/T150.1-2011,总质量=2*单个封头质量

九、强度验证,,,,,,,,,

78,塔体环向应力,σ_hoop,计算值,σ_hoop=(P_bottom*D_tower_design)/(2*(t_tower_design-C)*1e-3),MPa,36.1,塔体的环向应力,GB/T150.1-2011,环向应力公式：σ=PD/(2(t-C))

79,塔体环向应力验证,σ_hoop_verify,判断值,σ_hoop≤[σ],-,满足,环向应力≤许用应力，满足要求,GB/T150.1-2011,环向应力需小于许用应力

80,塔体轴向应力,σ_axial,计算值,σ_axial=(P_bottom*D_tower_design)/(4*(t_tower_design-C)*1e-3),MPa,18.1,塔体的轴向应力,GB/T150.1-2011,轴向应力公式：σ=PD/(4(t-C))

81,塔体轴向应力验证,σ_axial_verify,判断值,σ_axial≤[σ],-,满足,轴向应力≤许用应力，满足要求,GB/T150.1-2011,轴向应力需小于许用应力

82,封头应力,σ_head,计算值,σ_head=(P_bottom*D_tower_design*K)/(2*(t_head_design-C)*1e-3),MPa,36.1,封头的应力,GB/T150.1-2011,封头应力公式：σ=PDK/(2(t-C))

83,封头应力验证,σ_head_verify,判断值,σ_head≤[σ],-,满足,封头应力≤许用应力，满足要求,GB/T150.1-2011,封头应力需小于许用应力

84,塔体焊缝应力,σ_weld,计算值,σ_weld=σ_hoop/φ,MPa,40.1,塔体焊缝的应力,GB/T150.1-2011,焊缝应力=环向应力/焊接接头系数

85,塔体焊缝应力验证,σ_weld_verify,判断值,σ_weld≤[σ],-,满足,焊缝应力≤许用应力，满足要求,GB/T150.1-2011,焊缝应力需小于许用应力

86,塔体整体强度验证,strength_verify,判断值,"max(σ_hoop,σ_axial,σ_head,σ_weld)≤[σ]",-,满足,所有应力≤许用应力，满足要求,GB/T150.1-2011,整体强度满足要求

十、防腐计算,,,,,,,,,

87,塔器环境腐蚀等级,corr_level,查表值,corr_level=C3,-,C3,塔器所在地的腐蚀等级，工业环境,GB/T19292.1-2018,工业环境腐蚀等级C3

88,钢板腐蚀速率,v_corr,查表值,v_corr=0.1,mm/a,0.1,S31603不锈钢在C3环境下的腐蚀速率,GB/T19292.1-2018,C3环境腐蚀速率0.05-0.15mm/a

89,腐蚀裕量验证,C_verify,判断值,C≥v_corr*Y,-,满足,腐蚀裕量≥腐蚀速率*使用年限,GB/T19292.1-2018,腐蚀裕量需大于等于腐蚀总量

90,内防腐涂层厚度,t_coat_inner,设计值,t_coat_inner=0.2,mm,0.2,塔器内防腐涂层厚度，聚四氟乙烯涂层,HG/T20580-2011,内防腐涂层厚度0.1-0.3mm

91,外防腐涂层厚度,t_coat_outer,设计值,t_coat_outer=0.2,mm,0.2,塔器外防腐涂层厚度，聚氨酯涂层,HG/T20580-2011,外防腐涂层厚度0.15-0.25mm

92,内防腐涂层使用年限,Y_coat_inner,设计值,Y_coat_inner=5,a,5,内防腐涂层的使用年限,HG/T20580-2011,聚四氟乙烯涂层使用年限5-8年

93,外防腐涂层使用年限,Y_coat_outer,设计值,Y_coat_outer=8,a,8,外防腐涂层的使用年限,HG/T20580-2011,聚氨酯涂层使用年限8-10年

94,内防腐涂层更换次数,N_coat_inner,计算值,N_coat_inner=Y/Y_coat_inner,-,3,内防腐涂层的更换次数,HG/T20580-2011,更换次数=使用年限/涂层使用年限

95,外防腐涂层更换次数,N_coat_outer,计算值,N_coat_outer=Y/Y_coat_outer,-,2,外防腐涂层的更换次数,HG/T20580-2011,更换次数=使用年限/涂层使用年限

96,防腐总费用估算,cost_corr,计算值,cost_corr=(π*(D_tower_design+2*t_tower_design*1e-3)*H_total+2*π*(D_tower_design/2+t_head_design*1e-3)²)*(t_coat_inner+t_coat_outer)*200,元,8500,塔器防腐的总费用估算,HG/T20580-2011,防腐费用=表面积*涂层厚度*单价

十一、安全装置计算,,,,,,,,,

97,安全阀公称直径,D_safety,设计值,D_safety=0.05,m,0.05,安全阀的公称直径,GB/T12241-2005,安全阀直径40-60mm

98,安全阀开启压力,P_safety,设计值,P_safety=0.35,MPa,0.35,安全阀的开启压力,GB/T12241-2005,开启压力为设计压力的1.1倍

99,安全阀排量,Q_safety,计算值,Q_safety=0.1,m³/s,0.1,安全阀的排量,GB/T12241-2005,排量≥最大气相流量

100,安全阀排量验证,Q_verify,判断值,Q_safety≥V_gas/3600,-,满足,安全阀排量≥最大气相流量,GB/T12241-2005,安全阀排量需大于等于最大气相流量

101,爆破片公称直径,D_rupture,设计值,D_rupture=0.05,m,0.05,爆破片的公称直径,GB/T150.1-2011,爆破片直径与安全阀一致

102,爆破片爆破压力,P_rupture,设计值,P_rupture=0.4,MPa,0.4,爆破片的爆破压力,GB/T150.1-2011,爆破压力为设计压力的1.2倍

103,放空管直径,D_vent,设计值,D_vent=0.08,m,0.08,放空管的直径,GB50160-2018,放空管直径60-100mm

104,放空管流速,v_vent,计算值,v_vent=Q_safety/(π*(D_vent/2)²),m/s,19.9,放空管的流速,GB50160-2018,放空管流速15-25m/s

105,放空管流速验证,v_verify,判断值,v_vent≤25,-,满足,放空管流速≤25m/s，满足要求,GB50160-2018,放空管流速不宜超过25m/s

106,液位计公称直径,D_level,设计值,D_level=0.02,m,0.02,液位计的公称直径,HG/T21581-2011,液位计直径15-25mm

十二、抗震计算,,,,,,,,,

107,抗震设防烈度,seismic_level,设计值,seismic_level=7,度,7,塔器所在地的抗震设防烈度,GB50011-2010,抗震设防烈度7度

108,场地类别,site_class,设计值,site_class=II,-,II,塔器所在地的场地类别,GB50011-2010,场地类别II类

109,塔器自振周期,T,计算值,T=0.1*H_total^0.75,s,0.45,塔器的自振周期,GB50011-2010,自振周期=0.1*H^0.75

110,水平地震影响系数,α,查表值,α=0.08,-,0.08,水平地震影响系数,GB50011-2010,7度设防II类场地的地震影响系数

111,塔器总质量,m_total,计算值,m_total=m_tower+m_head_total+500,kg,1820,塔器的总质量，包括塔体、封头和内件,GB50011-2010,总质量=塔体质量+封头质量+内件质量

112,水平地震作用,F_seismic,计算值,F_seismic=α*m_total*9.8,N,1426,塔器受到的水平地震作用,GB50011-2010,水平地震作用=α