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化工原理课程设计指导教师张先龙目录TOC\o1-3\h\z\uHYPERLINK\l_Toc420432881
一、摘要2HYPERLINK\l_Toc420432882
二、合成氨工艺2HYPERLINK\l_Toc420432883
三、填料吸收塔设计资料总结3HYPERLINK\l_Toc
4204328843.
1、填料塔简介3HYPERLINK\l_Toc
4204328853.
1.
1、概念4HYPERLINK\l_Toc
4204328863.
1.
2、填料塔的结构4HYPERLINK\l_Toc
4204328873.
1.
3、填料塔的特性5HYPERLINK\l_Toc
4204328883.
1.
4、填料塔的工作原理5HYPERLINK\l_Toc
4204328893.
2、填料塔的流程操作6HYPERLINK\l_Toc
4204328903.
2.
1、逆流操作6HYPERLINK\l_Toc
4204328913.
2.
2、并流操作6HYPERLINK\l_Toc
4204328923.
2.
3、单塔或多塔串联操作7HYPERLINK\l_Toc
4204328933.
3、填料类型及特点7HYPERLINK\l_Toc
4204328943.
4、填料塔的辅助构件(塔内件)10HYPERLINK\l_Toc
4204328953.
4.
1、液体分布器10HYPERLINK\l_Toc
4204328963.
4.
2、液体再分布器12HYPERLINK\l_Toc
4204328973.
4.
3、填料支承装置12HYPERLINK\l_Toc
4204328983.
4.
4、除沫器13HYPERLINK\l_Toc
4204328993.
4.
5、填料压板与床层限制板13HYPERLINK\l_Toc
4204329003.
4.
6、气体的进出口装置与排液装置13HYPERLINK\l_Toc420432901
四、填料塔工艺尺寸的计算14HYPERLINK\l_Toc
4204329024.
1、基础物性数据14HYPERLINK\l_Toc
4204329034.
1.
1、液相物性数据14HYPERLINK\l_Toc
4204329044.
1.
2、气相物性数据14HYPERLINK\l_Toc
4204329054.
2、气液平衡曲线17HYPERLINK\l_Toc
4204329064.
3、最小液气比及吸收剂用量计算17HYPERLINK\l_Toc
4204329074.
4、塔径计算18HYPERLINK\l_Toc
4204329084.
5、填料层高度计算20HYPERLINK\l_Toc
4204329094.
5.
1、传质单元数20HYPERLINK\l_Toc
4204329104.
5.
2、传质单元高度20HYPERLINK\l_Toc
4204329114.
5.
3、液相传质系数22HYPERLINK\l_Toc420432912
五、压降23HYPERLINK\l_Toc
4204329135.
1、填料层压降23HYPERLINK\l_Toc420432914
六、辅助设备及选型24HYPERLINK\l_Toc
4204329156.
1、分布点密度计算24HYPERLINK\l_Toc
4204329166.
2、液体喷淋装置25HYPERLINK\l_Toc
4204329176.
3、液体再分布器25HYPERLINK\l_Toc
4204329186.
4、填料支承装置26HYPERLINK\l_Toc
4204329196.
5、塔顶除沫器26HYPERLINK\l_Toc
4204329206.
6、吸收塔接管尺寸计算27HYPERLINK\l_Toc
4204329216.
7、离心泵的选型28HYPERLINK\l_Toc420432922
七、材料选择及塔总高计算29HYPERLINK\l_Toc
4204329237.
1、吸收塔体选择29HYPERLINK\l_Toc
4204329247.
1.
1、吸收塔材料29HYPERLINK\l_Toc
4204329257.
1.
2、壁厚的计算29HYPERLINK\l_Toc
4204329267.
2、封头的选择30HYPERLINK\l_Toc
4204329277.
2.
1、封头的选型30HYPERLINK\l_Toc
4204329287.
2.
2、封头材料31HYPERLINK\l_Toc
4204329297.
2.
3、封头壁厚的计算31HYPERLINK\l_Toc
4204329307.
3、塔支座的选择与焊接32HYPERLINK\l_Toc
4204329317.
4、塔总高计算32HYPERLINK\l_Toc420432932
八、工艺流程及塔设备的PID图33HYPERLINK\l_Toc420432933
九、设计一览表34HYPERLINK\l_Toc420432934
十、收获、感悟及总结35HYPERLINK\l_Toc420432935
十二、参考文献37课程设计任务书
1、设计题目清水吸收变换气的填料塔装置设计
2、设计任务及条件
(1)生产能力进入系统的变换气为:1260标准状况
(2)变换气的组成(体积)组分进塔气体,(Vol%)
27.
42.
547.
822.3
(3)塔顶出口净化气体中二氧化碳<1%(体积)
(4)吸收温度为30℃,连续操作
(5)操作压力
3、设计内容
(1)流程的确定与论证;
(2)吸收塔技术指标与操作指标确定,包括塔径、填料层的高度、填料层的压力降等
(3)工艺计算、结构设计;
(4)辅助设备的选型;
4、设计成果
(1)设计说明书一份
(2)工艺流程图的
(3)填料吸收塔的装配图
一、摘要本次我们课程设计的任务是处理变换气量1260m³/h的填料吸收塔的设计首先,我们确定所设计的吸收塔在特定化工工艺中的作用,并对整个工艺进行分析总结,其次熟悉填料塔的结构和功能,填料的类型和选择,填料塔设计的方法和技术要求,并查阅了在填料塔设计中经常出现的问题,尽量在设计中避免这些问题最后,根据生产任务和操作条件,进行物料衡算,确定填料吸收塔的工艺尺寸以及一些辅助设备的选型经验算校核后,我们选择逆流吸收为操作方式,并选用塑料阶梯环做填料,填料塔工艺尺寸为,塔径
0.9米,填料层高度为
7.53米,塔高
9.41米经过设计和计算,选用的辅助设备为溢流盘式分布器、槽式再分布器、丝网除沫器等关键词变换气、清水、吸收塔、校核优化
二、合成氨工艺氨是最为重要的基础化工产品之一其产量居各种化工产品的首位,主要用于农业合成氨是氮肥工业的基础氨本身是重要的氮素肥料其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料以天然气为原料合成氨在工业上大致分为三个部分,原料气的脱碳转化、净化和合成此次我们设计就是将合成氨过程中的变换气进行净化的填料吸收塔的设计吸收变换气二氧化碳的前一工段,粗合成气由脱硫后的原料天然气中的碳氢化合物进入转化炉中的一段,在一段部分转化,接着进入二段转化炉中进一步转化转化气再进入变换系统,一氧化碳与蒸汽反应生成氢和二氧化碳,我们要做的就是将净化变换气中的二氧化碳变换气组成,一般天然气为原料为H
254.5%、CH
41.91%、CO
2.87%、CO
212.38%、H2O
28.24%、N
20.09%,还有其它如未反应完全的C2H
6、C3H
8、O2等等变换气进一步将水冷却并排掉,再进一步分离可以得到纯的H2COCO2,下一步的关联产品主要有合成氨,甲醇,氨加工产品有尿素、各种铵盐如氮肥和复合肥料、硝酸、乌洛托品、三聚氰胺等交换气中的CO2的吸收方法主要分为三类化学吸收法,物理吸收法和物理化学吸收法用清水作为吸收剂吸收交换气中的CO2属于单纯的气体溶解于液相的物理吸收法,并且在吸收过程中,近似二氧化碳在交换气中的温度升高并不显著,热效应很小,近似认为是单组分等温吸收过程填料塔结构简单,流体通过填料层的压降较小,通常用耐腐蚀的材料制作,因此,特别适用于处理量小,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底部,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
三、填料吸收塔设计资料总结
3.
1、填料塔简介
3.
1.
1、概念填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备
3.
1.
2、填料塔的结构填料分规整填料和散装填料两大类塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成,塔外壳多采用金属材料,也可用塑料制作其结构如下填料层提供气液接触的场所液体分布器均匀分布液体,以避免发生沟流现象液体再分布器避免壁流现象发生支撑板支撑填料层,使气体均匀分布除沫器防止塔顶气体出口处夹带液体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
3.
1.
3、填料塔的特性与板式塔相比,新型的填料塔性能具有如下特点生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面,使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料;对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程,多用于气体的净化该塔结构简单,易于用耐腐蚀材料制作,气液接触面积大,接触时间长,气量变化时塔的适应性强,塔阻力小,压力损失为300~700Pa,与板式塔相比处理风量小,空塔气速通常为
0.5~
1.2m/s,气速过大会形成液泛,喷淋密度6~8m3/m2,h)以保证填料润湿,液气比控制在2~10L/m3填料塔不宜处理含尘量较大的烟气,设计时应克服塔内气液分布不均的问题
3.
1.
4、填料塔的工作原理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(小直径塔一般不设气体分布装置)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
3.
2、填料塔的流程操作
3.
2.
1、逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出,液相反向流动,即为逆流操作逆流操作时平均推动力大,吸收剂利用率高,分离程度高,完成一定分离任务所需传质面积小,工业上多采用逆流操作
3.
2.
2、并流操作气液两相军从塔顶流向塔底在以下情况下可采用并流操作1易溶气体的吸收,气相中平衡曲线较平坦时,流向对吸收推动力影响不大,或处理的气体不需要吸收很完全2吸收剂用量特别大,逆流操作易引起液泛此种系统不受液流限制,可提高操作气速以提高生产能力
3.
2.
3、单塔或多塔串联操作若设计的填料层高度过大,或由于所处理物料等原因需经常清理填料,为便于维修,可把填料层分装在几个串联的塔内,每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相同,即为多塔串联系统此种系统因塔内需留较大空间,输液、喷淋、支承板等辅助装置增加,使设备投资加大若吸收过程处理的液量很大,如果用通常的流程,则液体在塔内的喷淋密度过大,操作气速势必很小(否则易引起塔的液泛),塔的生产能力很低实际生产中可采用气相作串联的液相作并联的混合流程若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时,可用液相作串联而气相作并联的混合流程总之,在实际应用中应根据生产任务和工艺特点,结合各种流程的优缺点选择适宜的流程
3.
3、填料类型及特点填料泛指被填充于其他物体中的物料在化学工程中,填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等,其作用是为气液两相提供充分的接触面,并提高流体(主要是气相)的湍流程度有利于传质填料应能使气液接触面大、传质系数高,同时通量大且阻力小填料的形状可分为环形、鞍形和波纹形环形填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环等,鞍形填料有矩鞍形和弧鞍形两种,波纹形有版形波纹和网状波纹拉西环是古老的最典型的一种填料,形状简单常用的拉西环是高与外径相等的圆筒,但其传质阻力大,传质效率差鲍尔环是在普通拉西环的壁上开一层(直径为5mm以下的环)或二层(直径为50mm以上的环)长方形小窗而成,这种结构使填料层内气液分布性能大大提高,有利于气液进入环内与拉西环相比,鲍尔环的通气能力、通气系数都有显著提高,而阻力下降了50%,因而在工业上广泛使用鞍形填料是一种像马鞍形的敞开式填料它的填料面积利用率极好,气流通过通过填料层压降亦小,加工比鲍尔环容易,是一种优良的填料阶梯环http://baike.baidu.com/view/
2003638.htm\t_blank填料的侧端增加了翻边,不但可以增加填料环的机械强度,而且由于破坏了填料结构的对称性,因而增加了填料投放时的定向几率又由于翻边的影响,使得填料在堆积时填料环隙之间的接触由此线性接触为主变为以点接触为主这样,不但增加了填料颗粒之间的空隙,减少了气体穿过填料层的阻力,而且这些接触点还可以为液体沿填料表面流动的汇聚分散点,从而促进了液膜的表面更新,有利于填料传质效率的提高填料类型填料因子,1625385076金属鲍尔环410-117160-金属环矩鞍-170150135120金属阶梯环--160140-塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环-260175127-瓷矩鞍1100550200226-瓷拉西环1300832600410-塑料阶梯环特性数据表公称直径外径×高×厚比表面积空隙率%个数堆积密度干填料因子2525×
12.5×
1.
4228908150097.83123838×19×
1132.
5912720057.51755050×25×
1.
5114.
292.
71074054.81437676×38×
39092.
9342068.
41123.
4、填料塔的辅助构件(塔内件)
3.
4.
1、液体分布器为了减少由于液体不良分布所引起的放大效应,充分发挥填料的效率,必须在填料塔中安装液体分布器,把液体均匀地分布于填料层顶部液体初始分布的质量不仅影响着填料的传质效率,而且还会对填料的操作弹性产生影响因此,液体分布器是填料塔内极为关键的内件,分布器的种类比较多,选择的依据主要有分布质量、操作弹性、处理量、气体阻力、对水平度等许多方面液体分布器的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布,用来提高传质、传热的有效表面,改善相间接触,从而提高塔的效率实验证明,在填料层内液体的流动不是均匀的注塞流,而是存在沟流、偏流、壁流现象这将造成填料塔的放大效应及端效应,合理设计选用液体初始分布器及再分布器目的的是减少和防止填料塔的放大效应,从而减少塔高和塔径,降低造价或操怍费用选型与设计要求
①液体分布要均匀
②自由界面率要大
③操作弹性大
④不宜堵塞、不易引起雾沫夹带及起泡等
⑤可用多种材料制作,且制作安装方便,容易调整水平类别特点多孔型液体分布器莲蓬式分布器制造、安装较简单,送液压头稳定时喷洒均匀;但孔易堵,适用于清洁物料、压头变化不大、直径在600mm以下的塔直管式多孔分布器用于塔径小于600~800mm,对液体的均布要求不高的场合,也可用环形管式多孔分布器排管式多孔分布器主管和支管的管径由送液推动力决定,如用液柱静压送液,中间垂直管和水平主管内的流速取为
0.2~
0.3m/s,支管流速取为
0.15~
0.2m/s;采用泵送液则流速可提高双排管式多孔分布器适用于液体负荷较大,且要求操作弹性较高的情况溢流型液体分布器溢流盘式液体分布器自由截面较小,故适用于气液负荷较小的、直径小于1200mm的塔溢流槽式分布器不宜堵塞,可处理粘度大及含固体粒子的液体其自由截面大,处理量大,适应性好,操作弹性大,适用于大直径塔以上两种排管式多孔分布器是目前应用较广的分布器,其液体的分布点多且均布性好,能对气体提供较大的通道它安装、拆卸方便,对规整填料与散装填料均适用,可用不锈钢、塑料等制作但此型不宜用于含有杂质和悬浮物的体系单排型操作弹性较小(2~
2.5),双排型弹性较大(可达9左右)常用于液体负荷不太高,要求喷淋点数多的清洁物质
3.
4.
2、液体再分布器因为壁流将导致填料层内气液分布不均使传质效率下降为减小壁流现象所以可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布器装置常见液体再分布器为两种截锥式再分布器(集液器)
3.
4.
3、填料支承装置支承板主要用途是支承塔内的填料及填料上的持液量,同时又能保证气液两相顺利通过故要求支承板应有足够的机械强度、耐腐蚀能力、均匀的开孔和大于填料孔隙率的自由截面分率若支承板上气液流动阻力太大,将影响塔的稳定操作甚至引起液泛支承装置大体分为两类,一类是气液逆流通过的平板型支承板,板上有筛孔或为栅板式;另一类是气体喷射型平板型支承板结构简单,但自由截面分率小,且因气液流同时通过板上筛孔或栅缝,故板上存在液位头气体喷射型支承板气液分道,既有利于气体的均匀分配,又避免了液体在板上聚集梁式结构强度好,装卸方便,可提供大于截面的自由截面,且允许气液负荷较大
3.
4.
4、除沫器除沫器用于分离塔中气体夹带的液滴,以保证有传质效率,降低有价值的物料损失和改善塔后压缩机的操作,降低含水量,延长压缩机的寿命,一般多在塔顶设置除沫器可有效去除3--5um的雾滴,塔盘间若设置除沫器,不仅可保证塔盘的传质效率,还可以减小板间距
3.
4.
5、填料压板与床层限制板当塔内气液负荷较大或负荷波动较大时,塔内填料将发生浮动或相互撞击,破坏塔的正常操作甚至损坏填料为此,一般在填料层顶部设压板或床层限制板
3.
4.
6、气体的进出口装置与排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌,更要有利于气体的均匀分布气体出口装置既要保证气流通畅,有要尽量除去被夹带的液沫液体排出装置既要使塔底液体顺利排出,又要能防止塔内与塔外气体串通,常压吸收塔可采用液封装置
四、填料塔工艺尺寸的计算
4.
1、基础物性数据
4.
1.
1、液相物性数据对于低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取水的物性数据查得,30℃时水的有关物性数据如下密度为;粘度为表面张力为CO2在水中的扩散系数为
4.
1.
2、气相物性数据1234组分CO2COH2N2相对分子质量
44.
0128.
012.
0228.01百分数
0.
2740.0250.
4780.223密度
0.
961.
250.
069851.2507混合气体的平均摩尔质量为:混合气体的平均密度标准状况下工况下由软件计算知30℃下此混合气体的粘度为查手册得CO2在空气中的扩散系数为:由手册查得30℃时CO2在水中的亨利系数为:相平衡常数为:溶解度系数为:
4.
2、气液平衡曲线由二氧化碳在水中的吸收符合亨利定律,因此其平衡线
4.
3、最小液气比及吸收剂用量计算
①最小液气比
②吸收剂用量取液气比为最小液气比的
1.2倍,则
③塔底吸收液的组成清水X2=
04.
4、塔径计算
①液泛气速由Eckert通用关联图横坐标代入得88819/
1123.
31259.86/
995.
70.5=
7.868则L’/V’
0.5=
7.868查通用关联图得纵坐标为
0.0013即φ——填料因子1/m
175.6——水的密度和溶液密度之比1——溶液的粘度
0.8015mPa·s代入得液泛气速m/s空塔气速
②塔径计算及圆整m³/s根据压力公称直径标准圆整得塔径
0.9m泛点率校核满足
③填料塔喷淋密度及径比校核LWmin=
0.08m3/m·hLmin=LWmin×αtLmin:最小喷淋密度m3/m·sLWmin:最小润湿速率m3/m·sαt:比表面积m2/m3Lmin=LWmin×αt=
0.08×
132.5m3/m·h=
10.6m3/m2·h操作条件下的喷淋密度:>LminD/d=
0.9/
0.038=
23.68>
104.
5、填料层高度计算
4.
5.
1、传质单元数S=
4.
5.
2、传质单元高度各关联式中的物性数据
(1)气体性质(以塔底30℃,
1.8MPa空气计)气体分子体积
14.
330.
73431.22液体性质(按30℃水)表面张力在水中的扩散系数气体与液体的质量流速3塑料阶梯环的特性参考前文总结数据比表面积形状系数表面张力有效比表面积
4.
5.
3、液相传质系数
4.
5.
4、气相传质系数计算填料层高度
五、压降
5.
1、填料层压降气体通过填料层的压力降采用Eckert关联图横坐标塑料阶梯环的平均压降填料因子1/m纵坐标为由Eckert关联图查得填料层每米的压降为200pa填料层压降
②气体进出口压降气体进出口管径为125mm,气体进出口速度为20m/s进口压降出口压降则气体的总压降为
六、辅助设备及选型
6.
1、分布点密度计算为了使液体初始分布均匀,原则上应增强单位面积上的喷淋点数但是,由于结构的限制,不可能将喷淋点设计得很多根据Eckert建议,当D=750mm时,喷淋点密度取170点/m2塔截面则全塔截面积上总布液点数为n=πD2/4×110=
108.09点≈108点布液计算由因为选用溢流盘式分布器,取式中LV-----水体积流量,m3/s;h------溢流管口以上液层高度,m;------孔流系数溢流型分布器取
0.6;b-------溢流周边长,m;g-------重力加速度,m/s
26.
2、液体喷淋装置喷淋装置的作用是为了能有效的分布液体提高填料表面的有效利用本设计考虑到填料塔的直径为900mm,则选用的是盘式分布器溢流盘式分布器是目前最广泛应用的分布器,特别适用于大型的填料塔,他的优点是操作弹性大,不易堵塞,操作可靠,由分布盘和进口管两部分组成以下是分布盘结构参考数据塔径D分布盘直径分布盘厚度缓冲管尺寸700mm560mm4~6mm108×4mm800mm640mm900mm740mm本设计取填料塔D=900mm分布盘的直径为740mm,分布盘的厚度为6mm以下分布盘边缘锯齿的结构名称齿高齿宽齿距板厚数值(mm)10~2010~2010~
20306.
3、液体再分布器实践表明,当喷淋液体沿填料层向下流动时,不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态,液体有向塔壁流动的趋势因而导致壁流增加、填料主体的流量减小,影响了流体沿塔横截面分布的均匀性,降低传质效率所以,需要设置液体再分布装置由于塔径为900mm,故选择槽形再分布器,由喷淋点数可知,分布盘上的孔数应为108个,孔径为
4.0mm为了防止上一层填料层来的液体直接流入升气管,应在升气管上设盖帽它的设计数据如下分布盘外径----800mm,升气管数量---7,孔径---
4.0mm
6.
4、填料支承装置填料支承装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用用于支承塔内的填料,同时又要保障气液两相畅通,我们采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅版作为支承板为了改善边界状况,可采用大间距的栅条,然后整砌
一、二层按正方形排列的瓷质十字环,作为过度支承,已取得较大的孔隙率由于采用的是的阶梯型填料,所以可用的十字环塔径为900mm,设计栅板由三块组成且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上支持圈采用碳钢,厚度为10mm
6.
5、塔顶除沫器除沫装置安装在液体分布器的上方,用以除去出气口气流中的液滴为防止泡沫随出气管排出,采用除沫装置,根据除沫装置类型的使用范围,该填料塔选用丝网除沫器其阻力小,重量轻,所占空间小,是一种高效除沫器可除去含有大于5μm以上的雾滴,效率可达98%~99%,压力降不超过250kPa设计计算如下
①气速u式中u----气速,m/s;K----系数,可取
0.085~
0.11这里取
0.09;ρ----密度,kg/m3;
②丝网盘的直径D式中V----气体处理量,m3/s圆整得直径
0.7m
③丝网层厚度H的确定使用金属丝网盘,在适宜气速下,当网丝直径为
0.076~
0.4mm时,丝网层的厚度可以取100~150mm这里取150mm
6.
6、吸收塔接管尺寸计算流量一般为生产任务所决定,而合理的流量则根据经济权衡决定,一般液体流速为
0.5~3m/s,气体流速为10~30m/s本次课程设计液体流速选用2m/s气体流速选用20m/s液体进口直径V体积流量u液体的流速根据实际情况选用进口管直径125mm验证故可行气体进口直径根据实际情况选用进口直径为150mm验证故可行气体进出口直径为150mm液体进出口直径为125mm
6.
7、离心泵的选型
①流量由填料塔吸收塔的任务要求知=
89.2m³/h
②输送液体所需压头(要求泵所提供的压头)根据我们液体的处理量以及此次计算的压头,并离心泵的串联规律,选用四台IS125-100-400的离心泵串联其具体型号如下型号流量m³/h扬程/m转数/r/min功率/kw效率/%必须汽蚀余量/m泵的净质量/kg轴电机IS125-100-
40010050145021.
030652.5205
七、材料选择及塔总高计算
7.
1、吸收塔体选择
7.
1.
1、吸收塔材料操作压力为
1.8Mpa,温度为303K,用清水吸收的物质是CO2,对设备腐蚀性不大我们选用Q235-B普通碳素结构刚,这种材料含碳适中,综合性能较好,强度、塑性和焊接等性能得到较好配合
7.
1.
2、壁厚的计算根据《钢制压力容器》GB150-1998厚度公式是δ=P×D÷2δt×φ-P+1P是设计压力(单位为MPa),D是直径(mm),δt是Q235B在该设备在设计温度下的许用应力113(MPa),φ为焊接系数(取
1.0)1为腐蚀裕量故选用壁厚8mm
7.
2、封头的选择
7.
2.
1、封头的选型标准的椭圆封头选型依据封头类型特点及是否选用分析球冠型封头、平板封头存在较大的边缘应力,且采用平板封头厚度较大,故不宜采用半球形封头壁厚最薄,深度大,制造较难,中、低压设备不宜采用蝶形封头深度可以通过过渡半径调节,但蝶形封头母线曲率不连续,存在局部应力,故受力不如椭圆形封头标准椭圆封头受力状况比蝶形封头好,可以考虑采用标准椭圆封头
7.
2.
2、封头材料Q235B普通碳素结构刚,这种材料含碳适中,综合性能较好,强度、塑性和焊接等性能得到较好配合
③封头高度的计算长轴/短轴=2即得到椭圆封头的高度为225mm,查JB/T4729-94得直边高度为25mm
7.
2.
3、封头壁厚的计算圆整后取壁厚为12mm具体尺寸规格如下公称直径DNmm曲面高度h1mm直边高度h0mm内表面积F㎡容积Vm³厚度mm质量Gkg
9002254009910.
12112967.
3、塔支座的选择与焊接裙式支座分为圆筒形和圆锥形两种圆筒形裙座制造方便,经济上合理,圆锥形支座可提高设备的稳定性,降低基础环支撑面上的应力因此本次设计选用圆筒形裙座,材料为Q235-B(Q235B有一定的伸长率、强度,良好的韧性和铸造性,易于冲压和焊接,广泛用于一般机械零件的制造主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件),裙座的上端与塔底的底封头焊接,下端与基础环、筋板焊接,底部开出液口,以便液体流出本次设计裙座直径为916mm厚度8mm,高度4m(工业上一般3-5m)焊接裙座体与塔体的焊接形式有塔接焊缝与对接焊缝本次我们采用对接焊缝,即裙座直径与塔体直径相等,两者对接在一起两边焊,可以承受较大的轴向载荷
7.
4、塔总高填料高度H1=9410mm(已计算)除沫器高度H2=150mm(已计算)液体分布器高度H3=6mm支持圈高度H4=10mm(采用圆环式支持圈,保证填料段的吸收效果)栅栏高度H5=10mm(选用厚度10mm栅栏式支撑板,栅栏式支撑结构较为普遍,由树立的扁钢制成,对吸收效果的维持与恒定具有重要作用)支持板高度H6=10mm(支持板支持支持圈,同时支撑填料)液体再分布装置高度H7=125mm(填料塔内当液体沿填料层下流时,往往产生壁流现象,使塔中心填料得不到良好的润湿,减少了气液接触面积,当填料过高时,应将填料分段填放,并在之间加一个液体在分布装置,是液体重新分布本次采用高度=125mm)液体喷淋装置高度H8=250mm(为了有效地分布液体,提高表面的有效利用率,液体喷淋装置应高于填料层表面150mm-300mm,本次采用250mm,提供足够的自由空间)塔底段高度H9=1200mm(塔底空间高度一般取
1.0-
1.5m,本次取
1.2m)塔顶段高度H10=1200mm封头尺寸H11=250mm(本次选用椭圆封头,填料塔直径900mm,根据经验公式d=1/4D=225mm高度取225mm)其他附属尺寸H12=1779mm塔总高H=14400mm
八、工艺流程及塔设备的PID图(见附图)
九、设计一览表清水吸收变换气填料塔处理量1260m³/h操作压力
1.8MPa操作温度30℃填料类型聚丙烯阶梯环DN38mm塔径
0.9m塔高
9.4m填料层高度
7.53m填料层压降1506MPa气体总压降4464MPa空塔气速
0.0658m/s液体流速2m/s操作液气比
120.696喷淋密度
140.29m³/m.h塔体材料Q235-B厚度8mm封头类型标准椭圆封头材料Q235-B厚度12mm裙座圆筒形对接焊缝分布器类型盘式分布点数108再分布器类型槽式分布点数108液体进出口直径125mm气体进出口直径150mm离心泵选型IS125-100-400
十、收获、感悟及总结为期两周的化工原理课程设计结束了,从一开始的期待、到拿到任务书时的迷茫、再到思路渐渐清晰完成整个设计作业,我们学习到了很多看到任务书,我们确实不知道该怎么做,上学期学习的化工原理也有些遗忘,只能赶紧拿出课本把基础知识啃了一遍即使这样,我们还是不知道该怎样确定整个设计流程、设计步骤跑去图书馆借了化工原理课程设计、化工工艺设计、合成氨原料气合成工艺、化工设计手册等书,拿回来先每个人都把整体设计看一遍,最起码要知道我们应该如何设计在看了指导书和以往的设计资料后,终于知道了应该先做什么后做什么在前两天,我们把各自收集整理的资料进行了汇总并讨论完成了课程设计的资料整理任务接下来的时间,我们首先要完成整个塔的设计计算,包括塔高、塔径、填料层高度等基础数据的计算在完成这些后,根据计算结果选择填料、塔体附属设备有些书上的设计示例内容非常简单,基本设计到塔体附属设备就截止了,所以我们本以为设计任务已经完成的差不多了,欣喜之余突然看到一个设计内容复杂的资料,计算了壁厚、封头、裙座等一系列内容在向老师询问我们需不需要设计这方面内容时,得到了肯定的答复于是我们立刻又去借了塔设备、化工机械制图等书,努力把自己的设计做的更加完善终于在所有的设计任务都完成的差不多的时候,我们的化工实训开始了在实训基地一呆一天的我们突然得到了要用CAD画图的消息,这真是一个令人崩溃的消息,赶紧给老师打电话确认,得知消息不是空穴来风后,压力顿时来了我们组的人对CAD的使用都不是很熟悉,只好一遍对着CAD使用教程,一遍对着电脑画图,慢慢的熟悉了CAD的使用界面,感觉画图也画的得心应手了其实看到设计的图出来的时候,是非常满足和自豪的,默默的欣赏了好久当然我们在设计过程中遇到了不止一个问题,比如在设计再分布器是找不到俯视图、计算液泛气速的时候计算值超出了Eckert通用关联图的查找范围、计算泵的扬程时静压头过高找不到合适的泵、对塔体设计零件掌握不牢固而难以选择使用、画PID图时图形被锁死怎么都无法修改等等这些不得不说,团队的力量是伟大的,尽管我们遇到了各种困难,可是我们小组四个人遇到问题就提出来,大家一起讨论解决,一起想办法查资料,在整个过程中,我们学会了合作和理解,这是这次的课程设计作业给我们的最大收获不仅如此,通过此次课程设计,我们更加深刻的理解了课本知识有些在课堂上没有完全理解消化的东西,在课程设计中完全弄明白了,恍然大悟的感觉是令人兴奋的最后,我们非常感谢张老师在此次设计作业中给我们的悉心指导,让我们有机会锻炼自己对专业知识的理解掌握和使用的能力短短的两周,对于毫无设计经验的我们来说想要完成一个完美的设计作业,几乎是不可能的,所以我们的设计中依然存在着种种问题,不过,就如老师在上课的时候讲的那样,如果你们连不合格的设计都拿不出来,怎么让你们去做合格的设计所以,我们非常珍惜这次设计机会,尽自己最大的努力把整个设计完善,也希望能得到老师的指正
十二、参考文献1崔鹏,魏凤玉编著.化工原理(第二版)/合肥合肥工业大学出版社,
2003.72张建伟主编.化工单元实验与设计/天津天津大学出版社,
2012.33王军,柴诚敬主编.化工原理课程设计/天津天津科学技术出版社,20094现代合成氨工艺流程及特点_腾宇欣5合成氨工艺系统的分析及节能研究_陈实6合成氨变换工艺的选择_李建华7常用化工单元设备的设计/陈英南,刘玉兰主编.上海华东理工大学出版社,
2005.4。