填料塔设计—机械设计资料

目录

第一章前言 (2)

1.1 塔设备设计简介 (2)

1.2 填料塔结构简介 (2)

第二章设计方案的确定 (3)

2.1 装置流程的确定 (3)

2.2 吸收剂的选择 (3)

2.3 填料的选择 (3)

2.4 材料选择 (3)

第三章工艺参数 (4)

第四章机械设计 (5)

4.1 塔体厚度计算 (5)

4.2 封头厚度计算 (5)

4.3 填料塔的载荷分析及强度校核 (5)

4.4 塔体的水压试验 (6)

4.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (6)

4.4.2 水压试验时应力校核 (7)

第五章零部件选型 (8)

5.1 人孔 (8)

5.2 法兰 (8)

5.3 除雾沫器 (8)

5.4 填料支撑板 (8)

第六章总结 (9)

参考文献 (10)

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。其中塔设备的机械设计为本设计的主要部分，包括设计计算塔体壁厚，考虑操作压力、内件及物料重力、荷载等条件，进行塔体应力校核，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，并沿填料表面流下。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，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

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，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，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行传质。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 设计方案的确定

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，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水 由填料塔的下端流出。 2.1 装置流程的确定

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，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。 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基本要求。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。 2.3 填料的选择

本课设选择散装阶梯环填料。塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。本次课设选用聚丙烯填料。该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用50mm 聚丙烯阶梯环塔填料。综上所述选用50mm 聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性

能参数查表2.1得：比表面积a ：114.23

2/m m ，空隙率ε：0.927，干填料因子Φ：

11.143-m

2.4 材料选择

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（σb/MPa ）：375-500

伸长率（δ5/%）： ≧26（

a ≦16mm ） ≧25（a>16-40mm

） ≧24（a>40-60mm ） ≧23（a>60-100mm ） ≧22（a>100-150mm ） ≧21（a>150mm ）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，

(2)填料层高度为1500mm，塔径为800mm,

(3)设计操作温度为20C ，设计操作压力为101.3kpa.

(4)材料选用Q235，其[]tσ=170MPa，[]σ=170 MPa,sσ=235 MPa，塔体与群

φ。

座对接焊接，塔体焊接接头系数00

.1

=

其他工艺参数依据下表确定

填料吸收塔设计一览表

第四章 机械设计

4.1 塔体厚度计算

[]=

-=

c

t

i

C p

D p φσδ204.111

.111702800

1.1=-???(mm)

考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 14=δ。

4.2 封头厚度计算

[]mm p D p c

t

i

c 02.111.15.011702800

1.15.02=?-???=

-=

φσδ 考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 14=δ，但由于DN3400mm 的椭圆形

封头厚度没有14mm ，最低只有20mm ，所以选择20mm 。 4.3 填料塔的载荷分析及强度校核

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(Ⅱ-Ⅱ)的轴向应力计算：

由内压引起的轴向应力：

MPa t pD e 11.243.743400

22.041??==

σ

操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力：

MPa

t D g

m e

i o 36.177.7340014.381

.91369192=???=

πσ

弯矩引起的轴向应力：5.207.7340014.31027.1442

9

22

2max 3=????==-e t Di M πσMPa （2）塔底危险截面(Ⅱ-Ⅱ)抗压强度及轴向稳定性验算 该截面上的最大轴向压缩应力发生在空塔时

[]t

KB K ??

?≤+=σσσσ32max

式中[]t σ为设计温度下塔壁材料的许用应力,在20℃时，塔壁材料Q235C 的[]t σ为

125MPa 。组合系数K=1.2，B 可根据GB 150M 《钢制压力容器》计算：

B=0.06Et e /R i =53.7MPa

由于

??

?=?=?≤+=+=44.647.532.16

.1351132.136.175.2032max

σσσ

因此塔底Ⅱ-Ⅱ截面满足抗压强度及轴向稳定条件。 （3）塔底Ⅱ-Ⅱ截面抗拉强度校核

[]φσσσσσt K ≤+-=321max

MPa 6.13512.11135.2032.1711.24321max =??≤+-≤+-=σσσσ

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

()()()())(41.23724

1234003.037.12MPa D p ei

ei i T T =++=++=

δδσ液柱静压力

[][])(37.11.125.125.1MPa p

p t

T =?==σσ 液柱静压力=)(3.0301000MPa H =?≈γ

(2)试验压力引起的轴向拉应力 )(04.9748

3400

37.141MPa D p e i T =?==

δσ （3）最大质量引起的轴向压应力

)(21.3312

340014.381.943373422max 222

MPa D g m e i =???==--δπσ

（4） 弯矩引起的轴向应力

)(17.612

3400785.010785.0108.193.04

3.02

8822

22

23

MPa D M M e

i e

w =???+??=+=

--δπ

σ

4.4.2 水压试验时应力校核

（1）筒体环向应力校核

)(5.31013459.09.0MPa s =??=φσ

M P a

M P a s T 5.3109.041.237=<=φσσ 满足要求。

（2）最大组合轴向拉应力校核

)(7017.621.3304.9722322222122max MPa =+-=+-=----σσσσ

)(5.31034519.09.0MPa s =??=φσ

M P a

M P a s 5.3109.07022max =<=-φσσ 满足要求。

(3)最大组合轴向压应力校核

)(38.3917.621.332

2322222max MPa =+=+=---σσσ

[]{}{})(1215.310121m i n 9.0m i n 38.3922max MPa KB MPa s cr ===<=-，，σσσ；

满足要求。