4-典型設(shè)備計(jì)算說(shuō)明書(shū)

典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)天鐵軋二54萬(wàn)Nm3/h煙氣處理項(xiàng)目 典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄第一章總論61.1設(shè)計(jì)依據(jù)61.2化工中常見(jiàn)的設(shè)備71.3全廠設(shè)備概況7第二章塔設(shè)備選型及設(shè)計(jì)82.1塔設(shè)備選型設(shè)計(jì)依據(jù)82.2塔設(shè)備選型82.2.1塔設(shè)備簡(jiǎn)介82.2.2塔型選擇原則102.3塔設(shè)備設(shè)計(jì)方法132.4CO2吸收塔的設(shè)計(jì)選型132.4.1設(shè)計(jì)條件132.4.2塔徑的計(jì)算162.4.3液體噴淋密度192.4.4填料裝填高度計(jì)算202.4.5填料層的壓力降202.4.6接管202.4.7CupTower水力學(xué)校核212.5塔體強(qiáng)度校核232.5.1設(shè)計(jì)條件232.6脫硫塔噴淋吸收段342.6.1填料的初步選擇362.6.2塔徑的計(jì)算362.6.3填料塔流體力學(xué)性能的評(píng)價(jià)372.7Sulpak軟件的使用392.7.2噴淋塔除霧區(qū)高度設(shè)計(jì)432.7.3脫硫塔濃縮段472.7.4積液池高度472.7.5進(jìn)口尺寸482.8設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核48第三章反應(yīng)器設(shè)計(jì)693.1反應(yīng)器概述693.2反應(yīng)器選型693.2.1反應(yīng)原理723.2.2動(dòng)力學(xué)參數(shù)723.2.3反應(yīng)條件733.2.4催化劑床層直徑753.2.5催化劑床層高度753.2.6裝填催化劑的量753.2.7反應(yīng)器管數(shù)753.2.8反應(yīng)器殼體內(nèi)徑763.2.9折流板的設(shè)計(jì)773.2.10換熱773.2.11核算換熱面積773.2.12反應(yīng)器的床層壓降783.2.13反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算793.3反應(yīng)器機(jī)械校核843.4SCR反應(yīng)器1053.4.1基本設(shè)計(jì)參數(shù)1053.4.2脫硝入口處煙氣物性參數(shù)1063.4.3熱力計(jì)算1073.4.4SCR反應(yīng)器中的物料平衡1073.4.5SCR反應(yīng)器的能量平衡1073.4.6還原劑消耗量估算1083.4.7稀釋風(fēng)量估算1093.4.8NOx脫除效率1093.4.9SCR尺寸計(jì)算估算1103.4.10SCR反應(yīng)器工藝計(jì)算結(jié)果匯總1123.4.11SCR催化劑1123.5數(shù)值方法1293.6導(dǎo)流板的模擬過(guò)程及結(jié)果分析129第四章?lián)Q熱器選型及設(shè)計(jì)1324.1換熱器選型設(shè)計(jì)1324.1.1換熱器選型設(shè)計(jì)依據(jù)1324.1.2換熱器類(lèi)型簡(jiǎn)介1324.2換熱器選型原則1344.2.1換熱器類(lèi)型1344.2.2換熱器選型軟件1374.3選型范例1384.3.1類(lèi)型選擇1394.3.2管殼程選擇1394.3.3溫度1394.3.4壓力1404.3.5傳熱系數(shù)1404.3.6尺寸1404.3.7選型結(jié)果1414.3.8接管1434.3.9詳細(xì)尺寸1444.3.10技術(shù)特性1454.4設(shè)備校核146第五章泵選型設(shè)計(jì)1675.1工業(yè)用泵的分類(lèi)和適用范圍1675.2化工裝置對(duì)泵的要求1685.3泵的選型原則1695.4工業(yè)常用泵情況介紹1705.5泵選型過(guò)程1725.5.1工藝參數(shù)和安裝尺寸1725.5.2進(jìn)出口液體流速1735.5.3揚(yáng)程計(jì)算1735.5.4選型結(jié)果174第六章儲(chǔ)罐選型設(shè)計(jì)1756.1選型依據(jù)1756.2選型簡(jiǎn)述1756.2.1選型原則1756.3儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)1766.3.1儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的一般程序1766.3.2罐區(qū)基本情況1776.3.3罐區(qū)防護(hù)要求1776.4儲(chǔ)罐計(jì)算舉例178第七章氣液分離器設(shè)計(jì)1797.1設(shè)計(jì)依據(jù)1797.2設(shè)計(jì)目標(biāo)1797.3氣液分離器類(lèi)型1797.4設(shè)計(jì)過(guò)程179第八章壓縮機(jī)選型設(shè)計(jì)1828.1概述1828.2選型原則1828.3工藝參數(shù)和選型結(jié)果183第九章其他設(shè)備1839.1分子篩脫水罐1849.1.1選型依據(jù)1849.1.2分子篩脫水簡(jiǎn)介1849.1.3分子篩的選擇1849.1.4流程選擇1859.1.5再生方法選擇1869.1.6工藝參數(shù)優(yōu)選1879.2雙效蒸發(fā)器1889.2.1估計(jì)各效蒸發(fā)量和完成液濃度1889.2.2加熱蒸汽消耗量與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷1889.2.3蒸發(fā)器的傳熱面積估算1899.3電袋除塵器的設(shè)計(jì)選型1909.3.1概述1909.3.2電袋除塵器選型計(jì)算1919.3.3殼體參數(shù)199 Keep on Innovation 14天鐵軋二54萬(wàn)Nm3/h煙氣處理項(xiàng)目 典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第一章 總論1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)固定式壓力容器GB150-2011設(shè)備及管道保溫設(shè)計(jì)導(dǎo)則GB8175-1987壓力容器封頭GB/T25198-2010塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定HG20652-1998鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20583-2011工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范HG/T20570-1995塔頂?shù)踔鵋G/T21639-2005不銹鋼人、手孔HG21594-21604鋼制人孔和手孔的類(lèi)型與技術(shù)條件HG/T21514-2005鋼制塔器容器JB/T4710-2005鋼制球形儲(chǔ)罐型式與基本參數(shù) GBT 17261-1998石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范 SH/T 3007-2007鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐系列 HG 21502.1-1992鋼制臥式橢圓封頭儲(chǔ)罐系列 HG 21504.1-1992浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數(shù) JB/T 471492固定管板式換熱器型式與基本參數(shù) JB/T 471592立式熱虹吸式重沸器型式與基本參數(shù) JB/T 471692管殼式換熱器 GB 151-1999化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-球罐和大型儲(chǔ)罐 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)塔設(shè)備工業(yè)泵選用手冊(cè)化工機(jī)械手冊(cè)：流體輸送機(jī)械1.2 化工中常見(jiàn)的設(shè)備（1）反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的附加價(jià)值主要是在反應(yīng)單元。因此反應(yīng)器的設(shè)計(jì)往往會(huì)占有很重要的地位。雖然反應(yīng)單元的設(shè)備投資往往只占總設(shè)備投資的很小一部分，但卻是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)。（2）塔設(shè)備塔設(shè)備是化工及石油化工生產(chǎn)中最重要的單元設(shè)備之一?；どa(chǎn)過(guò)程概括的講是由動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞、熱量傳遞等過(guò)程組成。塔設(shè)備則是通過(guò)其內(nèi)部設(shè)備結(jié)構(gòu)使氣液兩相或液液兩相之間充分接觸，進(jìn)行質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。通過(guò)塔設(shè)備完成的單元操作有精餾、吸收、解析、萃取、洗滌、冷卻及氣體增濕等。（3）換熱器換熱器是用于物料之間進(jìn)行熱量傳遞的過(guò)程設(shè)備。通過(guò)這種設(shè)備使物料能打到指定的溫度以滿(mǎn)足工藝的要求。在目前大型化工及石油化工裝置中，采用各種換熱器的組合，就能充分合理地利用各種等級(jí)的能量，產(chǎn)品的單位的單位能耗降低，從而降低產(chǎn)品成本，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。（4）泵設(shè)備離心泵是常用的液體輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石化，化工，輕工等工業(yè)部門(mén)以及需要輸送液體的其他部門(mén)。流體輸送在生產(chǎn)過(guò)程中必不可少，因此離心泵是這些行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)必不可少的設(shè)備之一。1.3 全廠設(shè)備概況全廠主要設(shè)備包括反應(yīng)器3臺(tái)，塔設(shè)備3臺(tái)，儲(chǔ)罐緩沖罐11個(gè)，泵設(shè)備38臺(tái)，換熱器16臺(tái)，壓縮機(jī)2臺(tái)，引風(fēng)機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)10臺(tái)，氣液分離器7臺(tái)，干燥器1臺(tái)，分子篩脫水罐2臺(tái)，結(jié)晶器1臺(tái)，稠厚器1臺(tái)，離心機(jī)1臺(tái)。共計(jì)96臺(tái)設(shè)備。在此，對(duì)脫硫塔，CO2吸收塔，碳酸丙烯酯合成反應(yīng)器，液氨儲(chǔ)罐，脫硫塔噴淋泵，硫酸銨溶液冷卻換熱器和硫酸銨氣液分離器進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，編制了計(jì)算說(shuō)明書(shū)，并對(duì)全廠其它所有設(shè)備進(jìn)行了選型，詳見(jiàn)設(shè)備計(jì)算說(shuō)明書(shū)。第二章 塔設(shè)備選型及設(shè)計(jì)2.1 塔設(shè)備選型設(shè)計(jì)依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)塔設(shè)備固定式壓力容器GB150-2011設(shè)備及管道保溫設(shè)計(jì)導(dǎo)則GB8175-1987壓力容器封頭GB/T25198-2010塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定HG20652-1998鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20583-2011工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范HG/T20570-1995塔頂?shù)踔鵋G/T21639-2005不銹鋼人、手孔HG21594-21604鋼制人孔和手孔的類(lèi)型與技術(shù)條件HG/T21514-2005鋼制塔器容器JB/T4710-20052.2 塔設(shè)備選型2.2.1 塔設(shè)備簡(jiǎn)介可以從不同的角度對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)。例如：按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際接觸界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動(dòng)過(guò)程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分類(lèi)的，但是長(zhǎng)期以來(lái)最常用的分類(lèi)是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。填料塔以填料作為氣液接觸元件，氣液兩相在填料層中逆向連續(xù)接觸。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力降小、易于用耐腐蝕非金屬材料制造等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于氣體吸收、真空蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作，頗為適用。當(dāng)塔徑增大時(shí)，引起氣液分布不均、接觸不良等，造成效率下降，即稱(chēng)為放大效應(yīng)。同時(shí)，填料塔還有重量大、造價(jià)高、清理維修麻煩、填料損耗大等缺點(diǎn)，以致使填料塔在很長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)不及板式塔使用廣泛。但是隨著新型高效填料的出現(xiàn)，流體分布技術(shù)的改進(jìn)，填料塔的效率有所提高，放大效應(yīng)也在逐步得以解決。板式塔是分級(jí)式接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類(lèi)繁多。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的情況，主要的塔型是泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔、浮動(dòng)噴射塔、等等表 2.21各種板式塔的優(yōu)缺點(diǎn)及用途塔盤(pán)型式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)主要應(yīng)用范圍泡罩塔圓形泡罩復(fù)雜彈性好無(wú)泄漏費(fèi)用高板間距大壓力降比較大用于具有特定要求的場(chǎng)合S型泡罩塔板稍簡(jiǎn)單簡(jiǎn)化了泡罩的型式，因此性能相似費(fèi)用高板間距大壓力降比較大用于具有特定要求的場(chǎng)合浮浮閥塔條形浮閥簡(jiǎn)單操作彈性較好；塔板效率較高；處理能力較大沒(méi)有特別的缺點(diǎn)適用于加壓及常壓下的氣液傳質(zhì)過(guò)程重盤(pán)式浮閥有簡(jiǎn)單的和稍復(fù)雜的T型浮閥簡(jiǎn)單穿流型篩板（溢流式）簡(jiǎn)單正常負(fù)荷下的效率高；費(fèi)用最低；壓力降小穩(wěn)定操作范圍窄；要么擴(kuò)大孔徑，否則易堵物料；容易發(fā)生液體泄漏適于處理量變動(dòng)少且不析出固體物的系統(tǒng)波紋篩板簡(jiǎn)單比篩板壓力降稍高，但具有同樣的優(yōu)點(diǎn)；氣液分布好柵板簡(jiǎn)單處理能力大；壓力降小；費(fèi)用便宜適用于粗蒸餾表 2.22各種塔盤(pán)的比較塔盤(pán)型式蒸汽量液量效率操作彈性壓力降價(jià)格可靠性泡罩良優(yōu)良超差良優(yōu)篩板優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)超良浮閥優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)良優(yōu)優(yōu)穿流式優(yōu)超差差優(yōu)超可結(jié)論：浮閥塔盤(pán)在蒸汽負(fù)荷、操作彈性、效率和價(jià)格等方面都比泡罩塔盤(pán)優(yōu)越，篩板塔盤(pán)造價(jià)低、壓力降小，除操作彈性較差外，其他性能接近于浮閥塔盤(pán)2.2.2 塔型選擇原則塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。選擇時(shí)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。(一) 與物性有關(guān)的因素(1) 易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁古菽屏眩诎迨剿袆t易引起液泛。(2) 具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜的篩板塔盤(pán)、穿流式塔盤(pán)或舌形塔盤(pán)，以便及時(shí)更換。(3) 具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過(guò)熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用壓力降較小的塔型。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時(shí)，也可用篩板塔和浮閥塔。(4) 黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料，板式塔的傳質(zhì)效率較差。(5) 含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜?？蛇x用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。不宜使用填料。(6) 操作過(guò)程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔板上積有液層，可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。(二) 與操作條件有關(guān)的因素(1) 若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)。如低黏度液體的蒸餾，空氣增濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。反之，受液相控制的系統(tǒng)（如水洗CO2），宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿幸合喑释牧鳎脷庀嘣谝簩又泄呐荨?2) 大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的塔型或選用板上液流阻力較小的塔型。導(dǎo)向篩板塔盤(pán)和多降液管篩板塔盤(pán)都能承受較大的液體負(fù)荷。(3) 低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢康膰娏苊芏?，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場(chǎng)合。(4) 液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大時(shí)宜用板式塔。(三) 其他因素(1) 對(duì)于多數(shù)情況，塔徑小于800mm時(shí)，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對(duì)于大塔徑，對(duì)加壓或常壓操作過(guò)程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對(duì)減壓操作過(guò)程，宜采用新型填料。(2) 一般填料塔比板式塔重。(3) 大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計(jì)算的價(jià)格，隨塔徑增大而減小。表 2.23 塔型選用順序表考慮因素選擇順序塔徑800mm一下，填料塔大塔徑，板式塔具有腐蝕性的物料填料塔穿流式塔篩板塔噴射型塔污濁液體大孔徑篩板塔穿流式塔噴射型塔浮閥塔泡罩塔操作彈性浮閥塔泡罩塔篩板塔真空操作填料塔導(dǎo)向篩板網(wǎng)孔塔板篩板浮閥塔板大液氣比多降液管篩板塔填料塔噴射型塔浮閥塔篩板塔存在兩液相的場(chǎng)合穿流式塔填料塔塔器選型分析及結(jié)果本次流程總共需要選型設(shè)計(jì)3個(gè)塔，選取脫硫塔和CO2吸收塔作為計(jì)算示例進(jìn)行設(shè)計(jì)：(一) 與操作條件有關(guān)的特性：氣液負(fù)荷較大；(二) 其他特性：脫硫塔塔徑很大，初步估算5000mm以上；2.3 塔設(shè)備設(shè)計(jì)方法2.3.1.1 使用軟件列表表 2.31使用軟件列表名稱(chēng)用途來(lái)源Aspen Plus V8.4分離性能設(shè)計(jì)Aspen Tech公司Sulpak流體力學(xué)設(shè)計(jì)蘇爾壽化工有限公司CupTower流體力學(xué)設(shè)計(jì)中國(guó)石油大學(xué)SW6-2011塔體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站AutoCAD2014精餾塔平面布置圖繪制Autodesk公司塔設(shè)備選擇塔設(shè)備選型設(shè)計(jì)需要對(duì)本次廠區(qū)使用的3個(gè)塔進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，并且選擇脫硫塔T0101和填料塔CO2吸收塔進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。2.4 CO2吸收塔的設(shè)計(jì)選型2.4.1 設(shè)計(jì)條件對(duì)CO2吸收塔T0102進(jìn)行設(shè)計(jì)：CO2吸收塔T0102，操作壓力22bar，塔頂溫度54，塔底溫度78，理論塔板數(shù)16塊。進(jìn)塔介質(zhì)和組成詳見(jiàn)表 2.41。CO2吸收塔T0102的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程如下文所述。表 2.41進(jìn)塔介質(zhì)和組成物流編號(hào)3-73-253-27Temperature C7853.566Pressure bar2019.621.77Vapor Frac100Mole Flow kmol/hr1728.1183315.6361158.039Mass Flow kg/hr50198.8689895.131783.99Volume Flow cum/hr2509.86789.54130.767Enthalpy Gcal/hr-8.87-236.467-84.294Density gm/cc0.021.0041.033Mole FracH2O0.0240.910.897N20.78645 PPBtraceO20.145353 PPBtraceCO20.0432 PPM70 PPMSO29 PPM015 PPMCO0.001089 PPMSO300NO8 PPM00NO229 PPM00MDEA00.0890.067MDEA+0574 PPM0.019流體力學(xué)數(shù)據(jù)填料塔：塔內(nèi)裝有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)；氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動(dòng)，并進(jìn)行氣液兩相的傳質(zhì)和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿塔高連續(xù)變化。其水力學(xué)數(shù)據(jù)如下表 2.42所示。天鐵軋二54萬(wàn)Nm3/h煙氣處理項(xiàng)目 典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)表 2.42水力學(xué)數(shù)據(jù)表填料液相質(zhì)量流量氣相質(zhì)量流量液相體積流量氣相體積流量液相密度氣相密度液相粘度氣相粘度表面張力kg/hrkg/hrcum/hrcum/hrkg/cumkg/cumcPcPdyne/cm192199.3646683.4993.902313.03981.8320.180.63390.019463.1220292222.2646706.3993.932311.64981.7420.200.63360.019463.1093392226.0146710.1493.942309.86981.7120.220.63340.019463.1051492228.6546712.7993.942309.65981.6820.220.63270.019463.0941592234.2746718.4193.962315.87981.5820.170.63000.019563.0519692290.7246774.8594.032337.42981.4720.010.61850.019662.91737124707.9347316.08126.042361.39989.4220.030.58540.019662.88538124716.9447325.09126.052359.33989.3820.050.58540.019662.88169124720.2147328.36126.062357.21989.3620.070.58530.019662.879710124723.8947332.04126.062355.79989.3520.090.58500.019662.875211124732.4647340.61126.072357.38989.3520.080.58400.019662.858712124767.547375.65126.082369.85989.5119.990.57970.019762.79671312494147549.14126.082409.69990.9019.730.56460.019962.601214125569.4648177.60125.962481.80996.8819.410.52950.020262.178815126663.65649271.7644125.722555.591007.4519.270.49340.020361.645616127590.67550198.7624125.552586.961016.2419.400.47930.020361.2918 Keep on Innovation 15天鐵軋二54萬(wàn)Nm3/h煙氣處理項(xiàng)目 典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)由于本吸收塔吸收液分兩部分進(jìn)入吸收塔，由水力學(xué)數(shù)據(jù)表也可看出第二段吸收液由吸收塔的第七塊板進(jìn)入吸收塔。故分別設(shè)計(jì)和校核吸收塔的上部和下部。首先對(duì)吸收塔的上部進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4.2 塔徑的計(jì)算查閱文獻(xiàn)資料可知CO2吸收塔一般選用金屬鮑爾環(huán)散裝填料，查詢(xún)填料手冊(cè)可知，該類(lèi)型填料的特性總結(jié)如表 2.43所示：表 2.43金屬鮑爾環(huán)散裝填料的特性數(shù)據(jù)表公稱(chēng)直徑外徑高厚空隙率比表面積堆積密度干填料因子Dn/mmdh/ mmmmmm/%a/m2/m3p/Kg/m3/m-150 50500.89610519879得到水力學(xué)參數(shù)表后，從中選擇流量最大的塔板，作為設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)：目前工程設(shè)計(jì)中廣泛采用埃克特（Eckert）通用關(guān)聯(lián)圖來(lái)計(jì)算填料塔的壓力降及泛點(diǎn)氣速。此圖所關(guān)聯(lián)的參數(shù)比較全面，計(jì)算結(jié)果在一定范圍內(nèi)尚能符合實(shí)際情況。通用關(guān)聯(lián)圖如圖 2.41埃克特（Eckert）通用關(guān)聯(lián)圖 所示，橫坐標(biāo)為wLwVVL0.5，縱坐標(biāo)為u2gVLL0.2；圖 2.41埃克特（Eckert）通用關(guān)聯(lián)圖則wLwVVL0.5=92290.7246774.8620.01981.480.5=0.28式中：wL-液相質(zhì)量流量 Kgh； wL-氣相質(zhì)量流量 Kgh； V-氣相密度 Kgm3； L-液相密度 Kgm3；由圖 2.41?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖中的散裝填料泛點(diǎn)線可查出，橫坐標(biāo)為0.28時(shí)的縱坐標(biāo)值為0.07，即umax2gVLL0.2=0.07金屬鮑爾環(huán)散裝填料的特性數(shù)據(jù)表可知填料因子=79m-1；液體密度校正系數(shù)=水L=1000981.48=1.02；液體黏度L=0.62mPas。泛點(diǎn)氣速為umax=0.07gLVL0.2=0.079.81981.48791.0220.010.620.2=0.63取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的70%，即u=0.7umax=0.70.68=0.48ms則D=4Vsu=42337.433.140.48=1.43m圓整塔徑D=1.6m。再計(jì)算空塔氣速，即u=Vs4D2=42337.433600*3.141.62=0.33m/s泛點(diǎn)率uumax=0.330.63=52.4%，在0.50.8范圍內(nèi)，故泛點(diǎn)率校核合格。因填料尺寸為50mm50mm0.8mm，塔徑與填料尺寸之比大于8。為使填料獲得更好的潤(rùn)濕，還應(yīng)使塔內(nèi)液體的噴淋量不低于某一極限值，此極限值稱(chēng)為最小噴淋密度，以Umin表示，定義為單位時(shí)間內(nèi)單位塔截面積上噴淋的液體體積。最小噴淋密度能維持填料的最小潤(rùn)濕率。它們之間的關(guān)系為Umin=Lwmin式中 -填料的比表面積，m2m3； Umin-最小噴淋密度，m3m2h； Lwmin-最小潤(rùn)濕速率，m3mh；因填料尺寸小于75mm，故取Lwmin=0.08m3ms，=105m2/m3，則Umin=Lwmin=0.08105=8.4m3m2h操作條件下的噴淋密度為U=Lh4D2式中：U-液體噴淋密度，m3m2h；Lh-液體噴淋量，m3h;D-填料塔直徑，m則U=94.0341.62=46.79m3m2hUmin經(jīng)核算，選用塔徑1.6m符合要求。用同樣的方法對(duì)吸收塔下段塔徑進(jìn)行設(shè)計(jì)得：wLwVVL0.5=127590.6750198.7619.401016.240.5=0.35式中：wL-液相質(zhì)量流量 Kgh； wL-氣相質(zhì)量流量 Kgh； V-氣相密度 Kgm3； L-液相密度 Kgm3；由圖 2.41埃克特通用關(guān)聯(lián)圖中的散裝填料泛點(diǎn)線可查出，橫坐標(biāo)為0.28時(shí)的縱坐標(biāo)值為0.06，即umax2gVLL0.2=0.06金屬鮑爾環(huán)散裝填料的特性數(shù)據(jù)表可知填料因子=79m-1；液體密度校正系數(shù)=水L=10001016.24=0.98；液體黏度L=0.48mPas。泛點(diǎn)氣速為umax=0.06gLVL0.2=0.069.811016.24790.9819.400.480.2=0.71取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的70%，即u=0.7umax=0.70.71=0.50ms則D=4Vsu=42586.963.140.50=1.44m圓整塔徑D=1.6m。再計(jì)算空塔氣速，即u=Vs4D2=42586.963600*3.141.62=0.36m/s泛點(diǎn)率uumax=0.360.71=51%，在0.50.8范圍內(nèi)，故泛點(diǎn)率校核合格。2.4.3 液體噴淋密度因填料尺寸為50mm50mm0.8mm，塔徑與填料尺寸之比大于8。為使填料獲得更好的潤(rùn)濕，還應(yīng)使塔內(nèi)液體的噴淋量不低于某一極限值，此極限值稱(chēng)為最小噴淋密度，以Umin表示，定義為單位時(shí)間內(nèi)單位塔截面積上噴淋的液體體積。最小噴淋密度能維持填料的最小潤(rùn)濕率。它們之間的關(guān)系為Umin=Lwmin式中 -填料的比表面積，m2m3； Umin-最小噴淋密度，m3m2h； Lwmin-最小潤(rùn)濕速率，m3mh；因填料尺寸小于75mm，故取Lwmin=0.08m3ms，=105m2/m3，則Umin=Lwmin=0.08105=8.4m3m2h操作條件下的噴淋密度為U=Lh4D2式中：U-液體噴淋密度，m3m2h；Lh-液體噴淋量，m3h;D-填料塔直徑，m則U=125.55241.62=62.48m3m2hUmin由計(jì)算可知此吸收塔為等徑塔，塔徑為1.6m。2.4.4 填料裝填高度計(jì)算等板高度取HETP=0.91m；理論板數(shù)NT=16，則填料層高度：Z=HETP（NT-2）=12.74m填料堆積設(shè)計(jì)高度：采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)留出一定的安全系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的高度一般設(shè)計(jì)為Z=（1.21.5）Z則Z=1.3Z=19.11m由于Zhmax，故填料層分四段，半貧液進(jìn)料上部分兩段，每段4.1m，半貧液進(jìn)料下部分兩段，每段5.45m。段間設(shè)置液體再分布器。填料裝填體積：V=Z S=38.40m32.4.5 填料層的壓力降縱坐標(biāo)u2gVLL0.2=0.5120.06=0.016橫坐標(biāo)wLwVVL0.5=127590.6750198.7619.401016.240.5=0.35根據(jù)以上數(shù)值在圖1-2中確定塔的操作點(diǎn)，此點(diǎn)位于此店位于P/Z=150Pa/m與P/Z=200Pa/m兩條等壓線之間。用內(nèi)插法估值可求得每米填料層的壓力降約為190Pa/m。則P=16.56190=3146Pa，即填料層的總壓力降為3146Pa。計(jì)算結(jié)果在工業(yè)推薦數(shù)值范圍內(nèi)。2.4.6 接管吸收液進(jìn)料(第一塊塔板)體積流量：89.828m3/h，液相進(jìn)料，取流速u(mài)=1.5m/s管徑d=145.57mm圓整取公稱(chēng)直徑DN=150mm。同理，可以計(jì)算得到貧液回流管直徑為80mm、氣體進(jìn)口管直徑為250mm、吸收液出口管直徑為150mm、靜煙氣出口管直徑為120mm。2.4.7 CupTower水力學(xué)校核使用CupTower進(jìn)行水力學(xué)校核，下圖為參數(shù)輸入圖 2.42 CupTower參數(shù)輸入圖結(jié)果如下頁(yè)表中所示，塔操作條件都在填料塔全負(fù)荷的40%80%之間，氣體動(dòng)能因子在經(jīng)濟(jì)適宜的F范圍內(nèi)，噴淋密度符合范圍之內(nèi)，填料層總壓降為3661Pa，持液量10%左右。軟件計(jì)算結(jié)果與手動(dòng)計(jì)算結(jié)果相似，進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算過(guò)程與結(jié)果的正確性，設(shè)計(jì)是合理的。表 2.44 散裝填料工藝參數(shù)詳單基本信息1項(xiàng)目名稱(chēng)2客戶(hù)名稱(chēng)7塔板名稱(chēng)鮑爾環(huán)3項(xiàng)目號(hào)8計(jì)算人4裝置名稱(chēng)9校核人5塔的名稱(chēng)10日期5/23/2020 3:24 上午6塔段號(hào)1112說(shuō)明工藝設(shè)計(jì)條件液相氣相1質(zhì)量流量kg/h92002.44質(zhì)量流量kg/h46776.242密度kg/m3981.53945密度kg/m320.013053粘度cp.61997466體系性質(zhì)不起泡體系1塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)1填料種類(lèi)/鮑爾環(huán)8塔徑m1.62材料/金屬9床層高度m12.733尺寸mm50104厚度mm111比表面積m2/m31055填料因子m-18912空隙率%966干填料因子m-17913堆積個(gè)數(shù)#/m360407堆積密度Kg/m319814每米理論板數(shù)/1.1工藝計(jì)算參數(shù)1液泛分率%57.57填料層總壓降Pa2323.2252空塔氣速m/s0.3238單位填料層壓降Pa182.53泛點(diǎn)氣速m/s0.5629持液量m3/m38.8574氣體動(dòng)能因子Pa0.51.44510噴淋密度m3/(m2.h)46.64255氣體負(fù)荷因子m/s0.04711最低噴淋密度m3/(m2.h)0.000006流動(dòng)參數(shù)/0.28112理論級(jí)數(shù)/14.00操作負(fù)荷性能圖1操作點(diǎn)橫坐標(biāo)0.28092操作點(diǎn)縱坐標(biāo)0.01793操作上限百分比120%4操作下限百分比80%備注： Keep on Innovation 203天鐵軋二54萬(wàn)Nm3/h煙氣處理項(xiàng)目 典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.5 塔體強(qiáng)度校核2.5.1 設(shè)計(jì)條件T0102操作壓力19.1bar，屬于中壓容器(1.610MPa)，塔頂溫度54，塔底溫度78，屬于常溫容器，因其設(shè)備體積龐大，負(fù)荷高，因此為第二類(lèi)壓力容器。由計(jì)算和校核的結(jié)果，可取填料塔公稱(chēng)直徑DN=1600mm公稱(chēng)壓力PN=19.1bar=1.91Mpa設(shè)計(jì)壓力Pd=1.1PN=2.1Mpa運(yùn)用SW6進(jìn)行強(qiáng)度校核。表 2.51強(qiáng)度校核數(shù)據(jù) 塔 設(shè) 備 校 核計(jì) 算 單 位遼寧石油化工大學(xué)-Keep on Innovation計(jì) 算 條 件塔 型 填料容 器 分 段 數(shù)（不 包 括 裙 座） 1壓 力 試 驗(yàn) 類(lèi) 型 液壓封頭上 封 頭下 封 頭材料名稱(chēng) Q345R Q345R名義厚度(mm) 18 18腐蝕裕量(mm) 2 2焊接接頭系數(shù) 0.85 0.85封頭形狀 橢圓形 橢圓形圓筒設(shè)計(jì)壓力(Mpa)設(shè)計(jì)溫度()長(zhǎng)度(mm)名義厚度(mm)內(nèi)徑/外徑(mm)材料名稱(chēng)(即鋼號(hào))12.1862400161600Q345R2345678910圓筒腐蝕裕量(mm)縱向焊接接頭系數(shù)環(huán)向焊接接頭系數(shù)外壓計(jì)算長(zhǎng)度(mm)試驗(yàn)壓力(立) (Mpa)試驗(yàn)壓力(臥)(Mpa)121102.6252.651812345678910內(nèi) 件 及 偏 心 載 荷介 質(zhì) 密 度kg/m3 740塔 釜 液 面 離 焊 接 接 頭 的 高 度mm 2000塔 板 分 段 數(shù)12345塔 板 型 式 塔 板 層 數(shù) 每 層 塔 板 上 積 液 厚 度mm 最 高 一 層 塔 板 高 度mm 最 低 一 層 塔 板 高 度mm 填 料 分 段 數(shù)12345填 料 頂 部 高 度mm 9450 16500 22200 28000 填 料 底 部 高 度mm 4000 11050 18100 23900 填 料 密 度kg/m3 198 198 198 198 集 中 載 荷 數(shù)12345集 中 載 荷kg 集 中 載 荷 高 度mm 集 中 載 荷 中 心 至 容 器 中 心線 距 離mm 塔 器 附 件 及 基 礎(chǔ)塔 器 附 件 質(zhì) 量 計(jì) 算 系 數(shù) 1.2基 本 風(fēng) 壓N/m2 350基 礎(chǔ) 高 度mm 100塔 器 保 溫 層 厚 度mm 100保 溫 層 密 度kg/m3 350裙 座 防 火 層 厚 度mm 0防 火 層 密 度kg/m3 0管 線 保 溫 層 厚 度mm 50最 大 管 線 外 徑mm 150籠 式 扶 梯 與 最 大 管 線 的 相 對(duì) 位 置 90場(chǎng) 地 土 類(lèi) 型 II場(chǎng) 地 土 粗 糙 度 類(lèi) 別 B地 震 設(shè) 防 烈 度 7度(0.1g)設(shè) 計(jì) 地 震 分 組 第二組地震影響系數(shù)最大值 amax0.08阻 尼 比0.01塔 器 上 平 臺(tái) 總 個(gè) 數(shù) 0平 臺(tái) 寬 度mm 0塔 器 上 最 高 平 臺(tái) 高 度mm 0塔 器 上 最 低 平 臺(tái) 高 度mm 0裙 座裙 座 結(jié) 構(gòu) 形 式圓筒形裙 座 底 部 截 面 內(nèi) 徑mm 1600裙 座 與 殼 體 連 接 形 式對(duì)接裙 座 高 度mm 4000裙 座 材 料 名 稱(chēng)Q345R裙 座 設(shè) 計(jì) 溫 度 200裙 座 腐 蝕 裕 量mm2裙 座 名 義 厚 度mm 20裙 座 材 料 許 用 應(yīng) 力MPa170裙座與筒體連接段的材料裙座與筒體連接段在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力MPa 裙座與筒體連接段長(zhǎng)度mm裙 座 上 同 一 高 度 處 較 大 孔 個(gè) 數(shù)1裙 座 較 大 孔 中 心 高 度mm 1000裙 座 上 較 大 孔 引 出 管 內(nèi) 徑（或 寬 度）mm400裙 座 上 較 大 孔 引 出 管 厚 度mm 6裙座上較大孔引出管長(zhǎng)度mm250地 腳 螺 栓 及 地 腳 螺 栓 座地 腳 螺 栓 材 料 名 稱(chēng)Q345地 腳 螺 栓 材 料 許 用 應(yīng) 力MPa 170地 腳 螺 栓 個(gè) 數(shù) 16地 腳 螺 栓 公 稱(chēng) 直 徑mm 30全 部 筋 板 塊 數(shù) 32相 鄰 筋 板 最 大 外 側(cè) 間 距mm 245.541筋 板 內(nèi) 側(cè) 間 距mm 80筋 板 厚 度mm 14筋 板 寬 度mm 120蓋 板 類(lèi) 型 整塊蓋 板 上 地 腳 螺 栓 孔 直 徑mm 45蓋 板 厚 度mm 20蓋 板 寬 度mm 0墊 板 有墊 板 上 地 腳 螺 栓 孔 直 徑mm 33墊 板 厚 度mm 14墊 板 寬 度mm 70基 礎(chǔ) 環(huán) 板 外 徑mm 1800基 礎(chǔ) 環(huán) 板 內(nèi) 徑mm 1440基 礎(chǔ) 環(huán) 板 名 義 厚 度mm 16計(jì) 算 結(jié) 果容 器 殼 體 強(qiáng) 度 計(jì) 算元 件 名 稱(chēng)壓 力 設(shè) 計(jì)名 義 厚 度 (mm)直 立 容 器 校 核取 用 厚 度 (mm)許 用 內(nèi) 壓 (MPa)許 用 外 壓 (MPa)下 封 頭 18 18 2.110 第 1 段 圓 筒 16 16 3.209 第 1 段 變 徑 段 第 2 段 圓 筒 第 2 段 變 徑 段 第 3 段 圓 筒 第 3 段 變 徑 段 第 4 段 圓 筒 第 4 段 變 徑 段 第 5 段 圓 筒 第 5 段 變 徑 段 第 6 段 圓 筒 第 6 段 變 徑 段 第 7 段 圓 筒 第 7 段 變 徑 段 第 8 段 圓 筒 第 8 段 變 徑 段 第 9 段 圓 筒 第 9 段 變 徑 段 第 10 段 圓 筒上 封 頭 18 18 2.110 裙 座名 義 厚 度 (mm)取 用 厚 度 (mm) 20 20風(fēng) 載 及 地 震 載 荷00AA裙座與筒體連接段11(筒體)11(下封頭)2233操 作 質(zhì) 量 11526.710527.97095.257095.25最 小 質(zhì) 量 7252.886254.052821.42821.4壓 力