前言氣體吸收時氣體混合物中一種或多種組分(溶質)溶解於液體(吸收劑)的一種分離操作。
由於填料塔具有結構簡單、阻力小、加工容易,可用耐腐蝕材料製作,吸收效果好,裝置靈活等優點,所以在化工、環保等工業吸收操作中應用較普遍。由於近年來效能優良的新型散裝和規整填料的開發,塔內件結構和裝置的改進,促使填料塔的應用更加廣泛。
填料塔的結構如圖所示,主要包括塔體、塔填料和塔內件三大部分,本設計主要是通過給定的一些塔的資料,進一步計算塔的結構尺寸,以及承受的各項指標等等,並通過計算和選擇,選出合適的塔的輔助構件,設計出乙個合適的填料
塔。 在石油、化工及輕工等行業中所設計到的均相流體分離過程,多採用吸收或徑流的方法進行。所採用的裝置稱為氣液傳質裝置,也稱塔裝置。
作為塔裝置,首先從結構上應能使氣液兩相在塔內充分接觸,以獲得較高的傳質效率。按照塔內件結構形式,塔裝置可分為兩大類——板式塔和填料塔。填料塔中裝有一定高度的填料層,液體在填料表面行程液膜向下流動,氣體自下而上與液體呈連續變化。
由於填料塔的特定結構和由之決定的氣液兩相膜式接觸傳質,使之具有以下特點。
1.生產能力大。
2.壓降低。
3.分離效率較高。
4.持液量小。
5.操作液—氣比和彈性較大。
填料塔由塔體和內件構成。塔體一般多為圓筒型,少數亦可方型。塔內件中核心組成部分是塔填料,分散堆型和規整型。
此外,為固定填料層,設有填料支撐板和填料壓板;為使液體均勻分布,在填料層頂部設有液體初始分布器,為減少液體的壁流現象,常將填料層分段放置,在兩段填料層之間這有液體收集—再分布器,在液體初始分布器上方裝有除霧沫器;對大直徑填料塔,氣體入填料層前需經氣填料是填料塔中的傳質元件,它可以有不同的分類。填料的型別有兩大類:拉西環矩鞍填料;鮑爾環;鮑爾環是在拉西環的壁面上開一層或兩層長方形小窗。
波紋填料有絲網形和孔板形兩大類。
對填料的基本要求有:傳質效率高,要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積,並要求填料表面易於被液體潤濕。
只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。生產能力大,氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。
不移引起偏流和溝流。經久耐用具有良好的耐腐蝕性,較高的機械強度和必要的耐熱性。取材容易,**便宜。
填料的種類很多,根據裝填方式的不同,可分為散裝填料和規整填料。
散裝填料是乙個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體,一般以隨機的方式堆積在塔內,又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據結構特點不同,又可分為環形填料、鞍形填料、環鞍形填料及球形填料等。現介紹幾種較為典型的散裝填料。
其中有拉西環、鮑爾環、階梯環、弧鞍環、矩鞍環、金屬環矩鞍環、球形填料等。
第1章填料塔的設計資料
塔體內徑=3400mm,塔高近似取h=
30000mm。
計算壓力=1.1mpa,設計溫度t=200℃
設定地區:基本風壓值=600n/,**設防烈度為
8度,場地土類:i類,設計**分組:第二組,設計基本
**加速度為0.2g。
塔內設有四個填料層,並選取合適的填料,介
質密度為=700kg/,液體的質量流量=10000 kg/h
沿塔每個填料層開設乙個人孔,人孔數為4
個,相應在人孔處安裝半圓形平台4個,平台寬度為
b=900mm,高度為1000mm。
塔外保溫層厚度為=100mm,保溫材料密度
=300kg/。
塔體與群座間懸掛一台再沸器,其操作質量為
=4000kg,偏心距e=2000mm。
塔體與封頭材料選用16mnr,其=170 mpa,
=170 mpa, =345 mpa,e=1.9 mpa。
群座材料選用q238-b。
塔體與群座對接焊接,塔體焊接接頭係數
。塔體與封頭厚度附加量c=2mm。
第2章按計算壓力計算塔體和封頭厚度
2.1塔體厚度計算
mm) 考慮厚度附加量c=2mm,經圓整,取。
2.2 封頭厚度計算
考慮厚度附加量c=2mm,經圓整,取,但由於dn3400mm的橢圓形封頭厚度沒有14mm,最低只有20mm,所以選擇20mm。
第3章塔裝置質量載荷
3.1 筒體圓筒、封頭、群座質量
圓筒質量kg)
封頭質量kg)
群座質量kg)
kg) 注:
(1)塔體圓筒總高度為:
(2)查得dn3400mm,厚度14mm的圓筒質量為1177kg/m;
(3)查得dn3400mm,厚度20mm的橢圓形封頭質量為2080kg/m(封頭曲面深度850mm,直邊高度50mm);
(4)群座高度3060mm,(厚度按16mm計)。
3.2 塔段內件質量
填料封層高度5.0m由設計溫度可知,填料選擇金屬半環填料
=(kg)
(查得金屬半環填料密度為380kg/)
3.3 保溫層質量
= + (kg)
其中,為封頭保溫層質量,kg
3.4 平台、扶梯質量
=n=0.785
=4829(kg)
注:手冊查得平台質量: kg/;籠式扶梯質量kg/m;籠式扶梯總高: =29m;平台數量:n=4。
3.5 操作時物料質量
0.785=41398(kg)
注:物料密度=700kg/;封頭容積;填料層高度5.5m;填料塔板層數n=4;塔板上液層高度=0.1m。
3.6 附件質量
按經驗取附件質量為 =0.25=10897(kg)
3.7 充水質量
(kg)
3.8 質量彙總
第4章風載荷與風彎矩計算
4.1 以2—3段為例計算風載荷
n) 式中
-----體型係數,對圓筒形容器, =0.7
-----10m高處基本風壓值, =600n/
-----風壓高度變化係數,查表得
: =1.00
------計算段長度, =7000mm
------脈動影響係數,查得=0.72
------塔的基本自振週期,對等直徑、等
厚度圓截面塔:
=90.33h=90.33=2.01(s)
------脈動增大係數,根據自振週期,查得: =2.6
----振型係數,查得=0.16
---風振係數
=1+=1+=1.41
---塔有效直徑。設籠式扶梯與塔頂管線成,
取以下a,b式中較大者
a圖 2
b. =
=400mm,,
a. =
b. =
取=4489mm
(n)4.2各計算段風載荷彙總
第5章風彎矩計算
截面0-0
1102+2565+18687+
41360+64615(1000+2000+7000
10000+5000)
2.36
截面1-1
=2565
64615
2.23
截面2-2
=17240
1.98
第6章**彎矩計算
**彎矩計算時,為了便於分析、計算,可化簡圖。
取第一振型脈動增大係數為
則衰減指數
塔得總高度h=30m
全塔操作質量
重力加速度
**影響係數
查得(設防烈度8級)
查得計算截面距地面高度h:
0-0截面:h=0
1-1截面:h=1000mm
2-2截面:h=3000mm
**彎矩計算可用以下方法:
截面0-0
1.25
截面1-1==
截面2-2 =
=第7章偏心彎矩計算
第8章各種載荷引起的軸向應力
8.1 計算壓力引起得軸向拉應力
其中、8.2 操作質量引起的軸向壓應力
截面0-0
令群座厚度為16mm;有效厚度;
截面1-1
其中,;為人孔截面得截面積,查相關標準得道=
截面2-2
其中 ; a。
8.3 最大彎矩引起的軸向應力
其中,+截面1-1
其中,人孔截面得抗彎截面係數,查得相關標準得:
截面2-2
其中,第9章塔體和群座危險截面的強度與穩定校核
9.1塔體的最大組合軸向拉應力校核
截面2-2
塔體得最大軸向拉應力發生在正常操作時得2-2截面上。其中;
;k=1.2;。
, 滿足要求。
9.2塔體與群座的穩定校核
截面2-2
塔體2-2截面上得最大組合軸向應力
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