填料塔设计机械设计.docx

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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。

气体

捕沫器

液体

填料压板

塔壳

填料

填料支承板

液体再分布器

填料压板

填料支承板

气体

液体

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

逆 流 操 作

图

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 ：114.2m 2

/ m 3

，空隙率 ：0.927，干填料因子 ：

143.1m

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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 20 C

，设计操作压力为 101.3kpa.

(4) 材料选用Q235，其t=170MPa，=170 MPa,s =235MPa，塔体与群

座对接焊接，塔体焊接接头系数 1.00。

其他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， kPa101.3101.3

操作温度，℃2020

流体密度， kg/m3998.2 1.205

黏度， kg/(m*h) 3.60.065

接管尺寸（直径）41.63115.9

塔径， mm800

填料层高度， mm1500

压降， KPa 6.622