化工機(jī)械課程設(shè)計(jì)填料塔設(shè)計(jì)

1、<p>　　《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》</p><p><b>　　填料塔設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院</b></p><p>　　班級(jí)： 化工09（2）班 </p><p><b>　　填料塔設(shè)計(jì)</b></p>&l

2、t;p>　　前言: 填料吸收塔簡(jiǎn)介在化學(xué)工業(yè)中，吸收操作廣泛應(yīng)用于石油煉制，石油化工中分離氣體混合物，原料氣的精制及從廢氣回收有用組分或去除有害組分等。吸收操作中以填料吸收塔生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓力降小，操作彈性大和持液量小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)填料吸收塔設(shè)計(jì)大部分是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，該方法是在給定生產(chǎn)任務(wù)的條件下，由經(jīng)驗(yàn)確定出一個(gè)液氣比的值，然后手算出吸收塔的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。該設(shè)計(jì)手段落后，沒有考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，不符合工

3、廠實(shí)際生產(chǎn)中成本最低要求，故提出了填料吸收塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。下面簡(jiǎn)要介紹一下填料塔的有關(guān)內(nèi)容。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。填料塔以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣

4、體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。與板式塔相比，在填料塔中進(jìn)</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)方案的確定 </p><p>　　填料精餾塔設(shè)計(jì)方案的確定包括裝置流程的確定、操作壓力的確定、進(jìn)料熱狀況的選擇、加熱方式的選擇及回流比的選擇。</p><p>　　1.1.1.填料吸收塔設(shè)計(jì)方案的確

5、定 </p><p><b>　　裝置流程的確定 </b></p><p>　　吸收裝置的流程主要有以下幾種，圖4-1～4-4列出了部分流程。 ①逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是，傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分高效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。 ②并流操作 氣液兩相均從塔頂流向塔底，此

6、即并流操作。并流操作的特點(diǎn)是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸收過(guò)程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。 ③吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻后與補(bǔ)充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對(duì)于非等溫

7、吸收過(guò)程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù)m值很小的情況，通過(guò)吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應(yīng)予指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動(dòng)力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。</p><p>　　④多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)大，或由于所處理物料等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過(guò)的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)

8、操作。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。 ⑤串聯(lián)-并聯(lián)混合操作 若吸收過(guò)程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過(guò)大，操作氣速勢(shì)必很小(否則易引起塔的液泛)，塔的生產(chǎn)能力很低。實(shí)際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過(guò)程處理的液量不大而氣相流量很大時(shí)，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程。 </p><p>　　總之，在實(shí)際應(yīng)用中，

9、應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點(diǎn)選擇適宜的流程布置。</p><p>　　圖4-1 逆流吸收塔 圖4-2 串聯(lián)逆流吸收塔流程</p><p>　　圖4-4 吸收劑部分循環(huán)的吸收解吸聯(lián)合流程</p><p>　　圖4-3 吸收劑部分循環(huán)吸收塔(2）吸收劑的選擇　　吸收過(guò)程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的

10、溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面。 ①溶解度 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。 ②選擇性 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效的分離。 ③揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過(guò)程中吸收劑的揮發(fā)損失。 ④粘度 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)

11、的流動(dòng)性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。 ⑤其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。 　　一般說(shuō)來(lái)，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用時(shí)應(yīng)針對(duì)具體情況和主要矛盾，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性。。 (3)操作溫度與壓力的確定 ①操作溫度的確定 由吸收過(guò)程的氣液平衡關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)由吸

12、收系統(tǒng)的具體情況決定。例如水吸</p><p>　　1.2 填料的類型</p><p>　　塔填料(簡(jiǎn)稱為填料)是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。 (1) 散裝填料 散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆

13、積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料。環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較典型的散裝填料。</p><p>　?、倮鳝h(huán)填料 拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料，其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已很少應(yīng)用。 ②鮑爾環(huán)填料 鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)

14、的側(cè)壁上開出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，其通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。 ③階梯環(huán)填料 階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。由

15、于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前</p><p>　　1.3 填料塔工藝尺寸的計(jì)算 </p><p>　　填料塔工藝

16、尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料層高度的計(jì)算等。 </p><p>　　1.3.1塔徑的計(jì)算 </p><p>　　填料塔直徑仍采用式4-1計(jì)算，即 (4-1)式中氣體體積流量Vs由設(shè)計(jì)任務(wù)給定。由上式可見，計(jì)算塔徑的核心問(wèn)題是確定空塔氣速u。 (1) 空塔氣速的確定 ①泛點(diǎn)氣速法 泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作空塔氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱為

17、泛點(diǎn)率。 對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/uF=0.5~0.85對(duì)于規(guī)整填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/uF=0.6~0.95泛點(diǎn)率的選擇主要考慮填料塔的操作壓力和物系的發(fā)泡程度兩方面的因素。設(shè)計(jì)中，對(duì)于加壓操作的塔，應(yīng)取較高的泛點(diǎn)率；對(duì)于減壓操作的塔，應(yīng)取較低的泛點(diǎn)率；對(duì)易起泡沫的物系，泛點(diǎn)率應(yīng)取低限值；而無(wú)泡沫的物系，可取較高的泛點(diǎn)率。 泛點(diǎn)氣速可用經(jīng)驗(yàn)方程式計(jì)算，亦可用關(guān)聯(lián)圖求取。 a .貝恩(Bain)—霍根(Houg

18、en)關(guān)聯(lián)式 填料的泛點(diǎn)氣速可由貝恩—霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算，即 (4-2)式中 uF——泛點(diǎn)氣速，m/sg——重力加速度，9.81 m/s2 ； at——填料總比表面積，m2/m3； ε——填料層空隙率，m3/m3； ρV、ρL——?dú)庀唷⒁合嗝芏?，kg/m3； μL——液體</p><p>　　b.?？颂?Eckert)通用關(guān)聯(lián)圖 散裝填料的泛點(diǎn)氣速可用埃克特關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，如圖4-5所示。計(jì)算時(shí)，先由氣液相

19、負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標(biāo)的值，然后作垂線與相應(yīng)的泛點(diǎn)線相交，再通過(guò)交點(diǎn)作水平線與縱座標(biāo)相交，求出縱座標(biāo)值。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的u即為泛點(diǎn)氣速uF。 應(yīng)予指出，用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速時(shí)，所需的填料因子為液泛時(shí)的濕填料因子，稱為泛點(diǎn)填料因子，以ΦF表示。泛點(diǎn)填料因子ΦF與液體噴淋密度有關(guān)，為了工程計(jì)算的方便，常采用與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的泛點(diǎn)填料因于平均值。表4-4列出了部分散裝填料的泛點(diǎn)填料因子平均值，可供設(shè)計(jì)中參考。 </p&g

20、t;<p>　　圖4-5 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 圖中 u0——空塔氣速，m /s； φ——濕填料因子，簡(jiǎn)稱填料因子，1 /m； ψ——水的密度和液體的密度之比； g——重力加速度，m /s2； ρV、ρL——分別為氣體和液體的密度，kg /m3； wV、wL——分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s。 此圖適用于亂堆的顆粒形填料，如拉西環(huán)、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鮑爾環(huán)等，其上還繪制了整砌拉西環(huán)和弦柵

21、填料兩種規(guī)整填料的泛點(diǎn)曲線。對(duì)于其他填料，尚無(wú)可靠的填料因子數(shù)據(jù)。 </p><p>　　表4-4 散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值 </p><p>　?、跉庀鄤?dòng)能因子(F因子)法 氣相動(dòng)能因子簡(jiǎn)稱F因子，其定義為 (4-3)氣相動(dòng)能因子法多用于規(guī)整填料空塔氣速的確定。計(jì)算時(shí)，先從手冊(cè)或圖表中查出填料在操作條件下的F因子，然后依據(jù)式4-3即可計(jì)算出操作空塔氣速u。常見規(guī)整填料的適宜操作氣

22、相動(dòng)能因子可從有關(guān)圖表中查得。 應(yīng)予指出，采用氣相動(dòng)能因子法計(jì)算適宜的空塔氣速，一般用于低壓操作(壓力低于0.2 MPa)的場(chǎng)合。 ③氣相負(fù)荷因子(Cs因子)法 氣相負(fù)荷因于簡(jiǎn)稱Cs因子，其定義為 (4-4)氣相負(fù)荷因子法多用于規(guī)整填料空塔氣速的確定。計(jì)算時(shí)，先求出最大氣相負(fù)荷因子Cs,max，然后依據(jù)以下關(guān)系 Cs=0.8Cs.max (4-5) 計(jì)算出Cs，再依據(jù)式4-4求出操作空塔氣速u。 常用規(guī)整填料的Cs.ma

23、x的計(jì)算見有關(guān)填料手冊(cè)，亦可從圖4-6所示的Cs.max曲線圖查得。圖中的橫坐標(biāo)ψ稱為流動(dòng)參數(shù)，其定義為 (4-6)圖4-4曲線適用于板波紋填料。若以250Y型板波紋填料為基準(zhǔn)，對(duì)于其他類型的板波紋填料，需要乘以修正系數(shù)C，其值參見表4-5。 表4-5 其他類型的波紋填料的最大負(fù)荷修正系數(shù) </p><p>　　(2) 塔徑的計(jì)算與圓整 根據(jù)上述方法得出空塔氣速u后，即可由式4-1計(jì)算出塔徑D。應(yīng)予指出，

24、由式4-1計(jì)算出塔徑D后，還應(yīng)按塔徑系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為：400、500、600、700、800、1000、1 200、1400、1600、2000、2200mm等。圓整后，再核算操作空塔氣速u與泛點(diǎn)率。 (3) 液體噴淋密度的驗(yàn)算 填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算式為 (4-5) 式中 U——液體噴淋密度，m3/(m2·h)； Lh——液體噴淋量，m3/h； D——

25、填料塔直徑，m。 為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示。 對(duì)于散裝填料，其最小噴淋密度通常采用下式計(jì)算，即 Umin=(LW) minat (4-6)式中 Umin——最小噴淋密度，m3/(m2·h)； (LW) min——最小潤(rùn)濕速率，m3/(m·h)； at——填料的總比表面積，m2/m3。 最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料

26、周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算(見有關(guān)填</p><p>　　實(shí)際操作時(shí)采用的液體噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若液體噴淋密度小于最小噴淋密度，則需進(jìn)行調(diào)整，重新計(jì)算塔徑。</p><p>　　1.3.2 填料層高度計(jì)算</p><p>　　(1) 填料層高度計(jì)算 填料層高度的計(jì)算分為傳質(zhì)單元數(shù)法和等板高度法。在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于吸收、解吸及萃取等過(guò)程中

27、的填料塔的設(shè)計(jì)，多采用傳質(zhì)單元數(shù)法；而對(duì)于精餾過(guò)程中的填料塔的設(shè)計(jì)，則習(xí)慣用等板高度法。 ①傳質(zhì)單元數(shù)法 采用傳質(zhì)單元數(shù)法計(jì)算填料層高度的基本公式為 Z＝HOGNOG (4-7)a.傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法在《化工傳質(zhì)與分離過(guò)程》教材的吸收一章中已詳盡介紹．此處不再贅述。 b.傳質(zhì)單元高度的計(jì)算 傳質(zhì)過(guò)程的影響因素十分復(fù)雜，對(duì)于不同的物系、不同的填料以及不同的流動(dòng)狀況與操作條件，傳質(zhì)單元高度各不相同，迄今為止，尚

28、無(wú)通用的計(jì)算方法和計(jì)算公式。目前，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)多選用一些準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，其中應(yīng)用較為普遍的是修正的恩田(Onde)公式。 修正的恩田公式為 (4-8)(4-9)(4-10)(4 -11)其中 (4-12)式中 UV、UL——?dú)怏w、液體的質(zhì)量通量，kg/(m2·h)； μV、μL——?dú)怏w、液體的粘度，kg/(m·h) [1Pa·s=3600 kg/(m·h)]； ρV

29、、ρL——?dú)怏w、液體的密度，kg/m3； D</p><p>　　填料層壓降通常用單位高度填料層的壓降△P/Z表示。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)有關(guān)參數(shù)，由通用關(guān)聯(lián)圖(或壓降曲線)先求得每米填料層的壓降值，然后再乘以填料層高度，即得出填料層的壓力降。 </p><p>　　1.4.1 散裝填料的壓降計(jì)算 </p><p>　?。?）由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)式計(jì)算 散裝填料的壓降值可由埃

30、克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)值，再根據(jù)操作空塔氣速u及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值。通過(guò)作圖得出交點(diǎn)，讀出過(guò)交點(diǎn)的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。 應(yīng)予指出，用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓降時(shí)，所需的填料因子為操作狀態(tài)下的濕填料因子，稱為壓降填料因子，以φp表示。壓降填料因子φp與液體噴淋密度有關(guān)，為了工程計(jì)算的方便，常采用與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的壓降填料因子平均值。表4-10列出了部分散裝填料的壓降填

31、料因子平均值，可供設(shè)計(jì)中參考。 </p><p>　　表4-10 散裝填料壓降填料因子平均值 </p><p>　?。?）由填料壓降曲線查得 散裝填料壓降曲線的橫坐標(biāo)通常以空塔氣速u表示，縱坐標(biāo)以單位高度填料層壓降△P/Z表示，常見散裝填料的u～△P/Z曲線可從有關(guān)填料手冊(cè)中查得。 </p><p>　　1.4.2 規(guī)整填料的壓降計(jì)算 </p>&l

32、t;p>　　(1) 由填料的壓降關(guān)聯(lián)式計(jì)算 規(guī)整填料的壓降通常關(guān)聯(lián)成以下形式 　　　　　　　　　 (4-18)式中 △P/Z——每米填料層高度的壓力降，Pa/m； u——空塔氣速，m/s； ρv——?dú)怏w密度，kg/m3； α、β——關(guān)聯(lián)式常數(shù)，可從有關(guān)填料手冊(cè)中查得。 (2) 由填料壓降曲線查得 規(guī)整填料壓降曲線的橫坐標(biāo)通常以F因子表示，縱坐標(biāo)以單位高度填料層壓降△P/Z表示，常見規(guī)整填料的F～△P/Z曲線可從有關(guān)

33、填料手冊(cè)中查得。 </p><p>　　1.5 填料塔內(nèi)件的類型與設(shè)計(jì) </p><p>　　1.5.1 塔內(nèi)件的類型 </p><p>　　填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置、人孔及手孔等。合理地選擇和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。 (1) 填料支承裝置 </p><p

34、>　　填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承裝置；對(duì)于規(guī)整填料，通常選用柵板型支承裝置。設(shè)計(jì)中，為防止在填料支承裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于75%。 (2) 填料壓緊裝置 </p><p>　　為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓

35、緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同的類型。對(duì)于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對(duì)于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%。 為了便于安裝和檢修，填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式，對(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。 (3) 液體分布裝置 液體分布裝置的種類多樣

36、，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式。槽式及槽盤式為主。</p><p>　　管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成。其突出的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，供氣體流過(guò)的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，操作彈性一般較小。管式液體分布器多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔中。在減壓精餾及絲網(wǎng)波紋填料塔中，由于液體負(fù)荷較小，設(shè)計(jì)中通常用管式液體分布器。 槽式液體分布器是由分流槽(又稱主槽或一級(jí)槽)、分布槽(又稱副槽或二

37、級(jí)槽)構(gòu)成的。 一級(jí)槽通過(guò)槽底開孔將液體初分成若干流股，分別加人其下方的液體分布槽。分布槽的槽底(或槽壁)上設(shè)有孔道域?qū)Ч?，將液體均勻分布于填料層上。槽式液體分布器具有較大的操作彈性和極好的抗污堵性，特別適合于大氣液負(fù)荷及含有固體懸浮物、粘度大的液體的分離場(chǎng)合，應(yīng)用范圍非常廣泛。 槽盤式分布器是近年來(lái)開發(fā)的新型液體分布器，它兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，氣液分布均勻，阻力較小，操作彈性高達(dá)10：1，適用于各種液體噴淋量。

38、近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛，在設(shè)計(jì)中建議優(yōu)先選用。 (4) 液體收集及再分布裝置 </p><p>　　前已述及，為減小壁流現(xiàn)象，當(dāng)填料層較高時(shí)需進(jìn)行分段，故需設(shè)置液體收集及再分布裝置。 最簡(jiǎn)單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。截錐式再分布器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，但它只起到將壁流向中心匯集的作用，無(wú)液體再分布的功能，一般用于直徑小于0.6m的塔中。 在通常情況下，一般將液體收集器及液體分布器同時(shí)使用，構(gòu)成液體收集及再

39、分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進(jìn)行液體再分布。常用的液體收集器為斜板式液體收集器。 前已述及，槽盤式液體分布器兼有集液和分液的功能，故槽盤式液體分布器是優(yōu)良的液體收集及再分布裝置。 </p><p><b>　?。?）人孔及手孔</b></p><p>　　設(shè)置人孔及手孔是為了檢查設(shè)備和便于安裝于拆卸設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件。手孔的直徑

40、一般為150-250mm，標(biāo)準(zhǔn)手孔的公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是在容器上接一短管，并在其上蓋一盲板。圓形人孔的直徑一般為450mm，容器壓力不高或有特殊需要時(shí)，直徑可以大一些，標(biāo)準(zhǔn)圓形人孔的公稱直徑有DN400、DN450、DN500和DN600共4種。橢圓人孔的尺寸為400mm*250,380mm*280mm.</p><p>　　1.6塔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算</p>&l

41、t;p><b>　　符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　----- 計(jì)算壓力， ；</p><p>　　----- 圓筒或球殼內(nèi)徑，；</p><p>　　[]-----圓筒或球殼的最大允許工作壓力，；</p><p>　　----- 圓筒或球殼的計(jì)算厚度，；</p><p>　　n --

42、--- 圓筒或球殼的名義厚度，；</p><p>　　e ----- 圓筒或球殼的有效厚度，；</p><p>　　----- 圓筒或球殼材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，；</p><p>　　------ 圓筒或球殼材料在設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力，；</p><p>　　------ 焊接接頭系數(shù)；</p><p>　　C

43、 ------- 厚度附加量，；</p><p>　　1.6.1 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度</p><p>　　(1) 塔體厚度計(jì)算</p><p>　　取=4mm，考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整，取， 。</p><p>　　(2) 封頭厚度計(jì)算</p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：</p>

44、<p><b>　　，</b></p><p>　　取=4mm,考慮厚度附加量C=2mm經(jīng)圓整后，取，。</p><p>　　1.6.2 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算</p><p>　　1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量</p><p><b>　　圓筒質(zhì)量： </b></p>&

45、lt;p>　　封頭質(zhì)量： </p><p><b>　　裙座質(zhì)量： </b></p><p>　　說(shuō)明：(1）塔體圓筒的總高度為</p><p>　?。?）查得，厚度的圓筒質(zhì)量為</p><p>　　（3）查得，厚度的橢圓形封頭質(zhì)量為</p><p><b>　?。?

46、）裙座高度為</b></p><p><b>　　2、塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量</b></p><p>　　（由表8-1查得浮閥塔盤質(zhì)量為75kg/m2）</p><p><b>　　3、保溫層質(zhì)量</b></p><p>　　其中，為保溫層的質(zhì)量，kg</p><p>&l

47、t;b>　　操作時(shí)物料質(zhì)量</b></p><p>　　說(shuō)明：物料密度,塔釜圓筒部分深度h0=1.8m，塔板層數(shù)N=42.，塔板上液層高度，由表4-21查得，封頭容積。 </p><p><b>　　附件質(zhì)量</b></p><p><b>　　按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為</b></p><p

48、><b>　　沖水質(zhì)量</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　8、各種質(zhì)量載荷</b></p><p>　　1.6.3 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩</p><p><b>　　風(fēng)載荷計(jì)算示例</b></p>

49、<p>　?。?）各段塔風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果：</p><p><b>　　風(fēng)彎矩計(jì)算</b></p><p>　　1.6.4 地震彎矩計(jì)算</p><p>　　地震彎矩計(jì)算 </p><p>　　1.6.5 各種載荷引起的軸向應(yīng)力</p><p>　　計(jì)算壓力引起的軸向拉應(yīng)力

50、</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力</p><p><b>　　截面0-0</b></p><p>　　令裙座厚度，有效厚度。</p><p><b>　　截面1-1</b></p>

51、<p>　　式中，為人孔截面的截面積，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：</p><p><b>　　截面2-2</b></p><p><b>　　其中，。</b></p><p>　　最大彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><p><b>　　截面0-0</b></p><

52、;p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　截面1-1</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　為人孔截面的抗彎截面系數(shù)，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得：。</p><p><b>　　截面2-2</b></p&

53、gt;<p><b>　　其中，</b></p><p>　　1.6.6 塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核</p><p>　?。?）塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核</p><p><b>　　截面2-2</b></p><p>　　塔體的最大組合拉應(yīng)力軸向發(fā)生在正常操作的2-2截面

54、上。其中，</p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　　（2）塔體與裙座的穩(wěn)定校核</p><p><b>　　截面2-2</b></p><p>　　塔體截面2-2上的最大組合軸向壓應(yīng)力 </p><p><b>　　滿足要求</

55、b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　查圖得（℃）。</b></p><p><b>　　截面1-1</b></p><p>　　塔體1-1截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力</p><p><b>　　滿

56、足要求</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　查圖得（℃）。</b></p><p><b>　　截面0-0</b></p><p>　　塔體0-0截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力</p><p><

57、b>　　滿足要求</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　(3)各危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總</p><p>　　1.6.7 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核</p><p>　　1.6.7.1 水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力</p><p>　　1.

58、試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力</p><p>　　液柱靜壓力=0.06mpa</p><p>　　試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力</p><p>　　3.最大質(zhì)量引起的軸向拉應(yīng)力</p><p>　　4.彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><p>　　1.6.7.2水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核</p><p>　

59、　1.筒體環(huán)向應(yīng)力校核</p><p><b>　　所以滿足要求</b></p><p>　　2.最大組合軸向拉應(yīng)力校核</p><p>　　又 所以滿足要求</p><p>　　3.最大組合軸向壓應(yīng)力校核</p><p><b>　　滿足要求</b></p&g

60、t;<p>　　1.6.8塔設(shè)備結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.6.8.1基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1基礎(chǔ)環(huán)尺寸</b></p><p>　　取 </p><p><b>　　2.基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力校核</b></p><p>

61、<b>　　其中</b></p><p><b>　?。?） </b></p><p>　?。?） 取以上兩者中的較大值，選用75號(hào)混凝土。查表得 ，滿足要求</p><p><b>　　3.基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算</b></p><p>　　假設(shè)螺栓直徑為M42，由表8-11查得

62、L=160mm,當(dāng)b/l=0.88時(shí)，由表8-10查得： 取其中最大值：故</p><p>　　按有筋板時(shí)假設(shè)基礎(chǔ)環(huán)厚度：</p><p><b>　　圓整后取</b></p><p>　　1.6.8.2地腳螺栓計(jì)算</p><p>　　1.地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力</p><p><b&

63、gt;　　其中，</b></p><p><b>　?。?）.</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　取以上兩數(shù)中的較大值，</p><p>　　2.地腳螺栓的螺紋小徑</p><p>　　查表得M42螺栓的螺紋小徑</p>

64、;<p>　　，選取地腳螺栓個(gè)數(shù)。</p><p>　　查表得地腳螺栓的螺紋小徑，故選用36個(gè)的地腳螺栓，滿足要求</p><p>　　結(jié)論:此次設(shè)計(jì)我們主要的任務(wù)是對(duì)塔設(shè)備的各個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，在結(jié)構(gòu)上，我們分別對(duì)塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，塔體空間，人孔數(shù)量及位置，儀表接管選擇，工藝接管管徑計(jì)算等方面的設(shè)計(jì)，在校核方面，分別對(duì)其強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性進(jìn)行了校核，在制圖方面，我們分別繪制了

65、塔設(shè)備的裝配圖和零件圖。</p><p>　　我們的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟大致分為三部分：(1)根據(jù)GB150規(guī)定，通過(guò)已知條件，按計(jì)算壓力確定塔體圓筒及封頭的有效厚度。（2）根據(jù)地震載荷和風(fēng)壓載荷計(jì)算的需要，選取若干截面（包括所有危險(xiǎn)截面），并考慮制造的、運(yùn)輸、安裝的要求，設(shè)定各截面處的有效厚度。（3）按照規(guī)定依次對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行校核計(jì)算并滿足相應(yīng)的要求。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我們學(xué)

66、到了很多東西，讓以前在在課堂上學(xué)習(xí)到的很多理論知識(shí)得到了實(shí)踐性的操作，也讓我體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。此次塔設(shè)備的設(shè)計(jì)有我們小組負(fù)責(zé)，讓我們感受到了設(shè)計(jì)方面工作的所存在的難度。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1《塔設(shè)備》------------- 化學(xué)工業(yè)出版社 路秀林 王者相 等編著 </p><p&g

67、t;　　2《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》------------------化學(xué)工業(yè)出版社 蔡紀(jì)寧 張秋翔 編 </p><p>　　3《化工工程制圖》-----------------化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　4《化工裝置實(shí)用工業(yè)設(shè)計(jì)》-----------------化學(xué)工業(yè)出版社 路德維希 編著</p><p>　　5《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》----

68、------------大連理工大學(xué)出版社 刁玉瑋 王立業(yè) 喻健良 編著</p><p>　　6《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》----------------化學(xué)工業(yè)出版社 董大勤 編著</p><p>　　7《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》----------------華東理工大學(xué)出版社 湯善甫 朱思明 主編 第二版</p><p>　　8《化工制圖》------