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1、word目录第一章前言2塔设备设计简介2填料塔结构简介2 第二章设计方案确实定3装置流程确实定3 吸收剂的选择3 填料的选择3材料选择3第三章工艺参数4第四章机械设计5塔体厚度计算5封头厚度计算5填料塔的载荷分析与强度校核5 塔体的水压试验6水压试验时各种载荷引起的应力 6水压试验时应力校核7第五章零部件选型8人孔8法兰8除雾沫器8填料支撑板8第六章总结9参考文献10# / 9第一章前言1.1塔设备设计简介塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设 备。塔设备的设计主要包括填料的选择、塔径的计算、填料层总高度的计算、压 力降的计算、结构设计、机械设计等方面。其中塔设
2、备的机械设计为本设计的主 要局部，包括设计计算塔体壁厚，考虑操作压力、内件与物料重力、荷载等条件, 进展塔体应力校核，水压试验等。本设计选用填料塔为设计对象，在操作压力为 101.3kpa，温度为20摄氏度时，完成填料塔的机械设计。1.2填料塔结构简介填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从 塔顶经液体分布器喷淋到填料上， 并沿填料外表流下。气体从塔底送入，经气体 分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙， 在填料外表上，气液两 相密切接触进展传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成
3、沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相口图1-1填料塔结构图填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造， 所以它特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料与要求压降小的场合。 液体自塔顶 经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的外表呈膜状流下，气体从塔底的气体 口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进展传质。 因气液两相组 成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。第二章设计方案确实定气体该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔 顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进展吸收。经吸收后的混合气体由塔顶 排
4、除，吸收了氨气的水 由填料塔的下端流出。2.1装置流程确实定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，别气体离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。逆流操作2.2吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的根本要求。 且氨气不作 为产品，故采用纯溶剂。2.3填料的选择231m /m ，空隙率：0.927,干填料因子：143-1m2.4材
5、料选择本设计我们选用 Q-235作为填料塔的设计材料。Q235的机械性能：抗拉强度ob/MPa： 375-500伸长率S 5/% := 26 a= 16mm= 25 a16-40mm=24 a40-60mm= 23 a60-100mm= 22 a100-150mm三21 a150mm丨其中a为钢材厚度或直径。第三章工艺参数(1)选用50mm聚丙烯阶梯环填料塔，填料层高度为1500mm塔径为800mm,(3)设计操作温度为20 C，设计操作压力为101.3kpa. 材料选用 Q235,其 t=170MPa,=170 MPa, s=235 MPa,塔体与群座对接焊接，塔体焊接接头系数1.00。其他
6、工艺参数依据下表确定填料吸收塔设计一览表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气处理量：4500m3/h名称工艺参数物料名称清水混合气体操作压力，kPa操作温度，C2020流体密度，kg/m3黏度，kg/(m*h)接收尺寸直径塔径，mm800填料层咼度，mm1500压降，KPa4.1塔体厚度计算Pc Di t2Pc第四章机械设计1.1 8002 170 11.111.04 (mm)考虑厚度附加量C=2mm,经圆整，取n14mm。4.2封头厚度计算Pc Di1.1 8002 t 0.5pc 2 170 1 0.5 1.1 考虑厚度附加量C=2mm，经圆整，取n11.02mm14mm，但由于DN3
7、400mm的椭圆形封头厚度没有14mm，最低只有20mm，所以选择20mm4.3填料塔的载荷分析与强度校核由于塔体受到压力、弯矩和轴向载荷的作用，因此必须计算塔设备在各种状 态下的轴向组合应力，并确保塔体的组合轴向拉应力满足强度条件，组合轴向压 应力满足稳定的条件。（1）塔底危险截面（n - n）的轴向应力计算:pD 0.22 3400 c124.11MPa由内压引起的轴向应力：4te4 7.3操作时重力与垂直地震力引起的轴向应力：mg136919 9.81Dj te 3.14 3400 7.717.36 MPa3 4Mma 2 24 佃严 20.5弯矩引起的轴向应力：Di2te3.14 34
8、002 7.7MPa22塔底危险截面（n - n）抗压强度与轴向稳定性验算 该截面上的最大轴向压缩应力发生在空塔时tKmax23KBtt式中为设计温度下塔壁材料的许用应力,在20E时，塔壁材料Q235C的为125MPa组合系数K=1.2，B可根据GB 150M钢制压力容器计算：e/Ri1.2 113 135.6max由于23 20.5 17361.2 53.7 64.44因此塔底U-U截面满足抗压强度与轴向稳定条件3塔底U - U截面抗拉强度校核maxmax2324.11 17.3220.5113 1.2 1135.6MPa该截面满足抗拉强度要求。综合以上各项计算，在各种不同危险工况下塔体壁厚
9、取 20mm可以满足 整个塔体的强度、刚度和稳定性要求。4.4塔体的水压试验4.4.1水压试验时各种载荷引起的应力(1)试验压力和液柱静压力引起的环向应力PT液柱静压力 Di ei2 ei1.37 0.3 3400 1224237.41(MPa)pr 1.25pr 1.25 1.11.37( MPa )液柱静压力=H 1000 300.3(MPa)试验压力引起的轴向拉应力Pt Di1.37 34004897.04(MPa)3最大质量引起的轴向压应力2 222 2mm；g433734 9.8133.21(MPa)Di e 3.14 3400 12(4)弯矩引起的轴向应力2 20.3Mw Me4D
10、 e8 80.3 19.8 100.785 100.785 34002 126.17(MPa)4.4.2水压试验时应力校核1筒体环向应力校核0.9 s 0.9 345 1310.5(MPa)t 237.41MPa0.9 s 310.5MPa满足要求。2最大组合轴向拉应力校核2 2max97.04 33.216.1770(MPa )0.90.9 1 345310.5(MPa )2 2max70 MPa 0.9310.5MPa满足要求(3)最大组合轴向压应力校核2 2max33.216.1739.38(MPa )2 2max39.38MPacr min KB，.9 smin 121,310.512
11、1(MPa)；满足要求第五章零部件选型5.1人孔对于大直径塔可以设置人孔作为填料卸料孔，对于小直径塔可以设置手孔作 为填料卸料孔。填料卸料孔内部应该设置挡板，否如此，在每次更换法兰垫片是， 必须要把填料全部卸出，换完以后在重新填料，这样就非常麻烦，小到增加费用， 大到影响生产，耽误工期。为方便进展检修、清洗和更换零部件，吸收塔共设置3个人孔，人孔直径 D=500mmMP公称直径：500mm5.2 法兰法兰结构是一个组合件，一般是由联接件，被联接件，密封元件组成。法兰密封结构由法兰被联接件、垫片密封元件、螺栓、螺母、联接件组成 冷凝器采用螺纹法兰连接。螺纹法兰的特点是法兰与管壁通过螺纹进展联接，
12、 者既有一定的联接，又不完全形成一个整体。方便拆卸、清洗、维修。本次设计 选用DN250PN0.6Mp的管法兰。5.3除雾沫器为捕集除填料层气流中夹带的也低和雾沫，保证别离质量，在塔顶部液体入 塔初始分布器的上方设置一定形式的除雾沫器。此塔采用丝网式除雾沫器，由金 属丝网作除雾元件，固定在两块栅格板间，丝网层厚度取为 150mm5.4填料支撑板填料支承板的作用是支承填料床层。该塔选用梁式元件组合的多梁支撑板， 其每条支撑梁的宽度为 290mm，高为300mm ;各梁底面间用定距凸台保持 10mm的间隙向下排液体。梁上所开供气体喷出的条孔尺寸以不应使20mm填料下漏为宜。第六章总结本次设计主要是
13、对水吸收氨过程填料塔的机械设计。填料塔是以塔内装有大 量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易 用耐腐蚀材料制造等优点。通过这次的课程设计，我学到了很多机械设计的知识。课程设计是我们化工 学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们将来的毕业设计打 下坚实的根底，提高自己的绘画技术与设计能力，更特别是对塔设备各方面的了 解和设计。此外，通过这次对填料吸收塔的设计，培养了我们各方面的能力，首 先培养了我们查阅资料，选用公式和数据的能力，其次还可以从技术上的可行性 与经济上的合理性两方面树立正确的设计思想，分析和解决工程实际问题的能力， 学会对设计的塔设备进
14、展应力校核，压力试验等，最后将设计的塔设备以手绘图 的形式展现，借用图以与用简洁文字，图表表达设计思想的能力。不仅让我将所 学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在我们整个团队 四人的努力下完成了设计任务，虽然复杂，过程也很辛苦，但提高了合作精神。 此次设计不仅让我学到很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的 灵活运用能力。参考文献:1 匡国柱，史启才，化工单元过程与设备课程设计M.化学工业：197-2342 路秀林，王者相,塔设备M.化学工业3 喻健良，化工设备机械根底，某某理工大学4 涂伟萍，陈佩珍，程达芳，等化工过程与设备设计M.第1版化学工业2000 :79-114 陈英南，X玉兰.常用化工单元设备的设计M.第1版.华南理工大学，2005 : 66-94
