填料塔設計機械設計

1、目錄第一章前言1.1塔設備設計簡介 1.2填料塔結構簡介 第二章設計方案的確定 裝置流程的確定 吸收劑的選擇.填料的選擇. 材料選擇2.12.22.32.4第三章工藝參數第四章機械設計4.14.24.34.4塔體厚度計算 封頭厚度計算 填料塔的載荷分析及強度校核 塔體的水壓試驗 4.4.1水壓試驗時各種載荷引起的應力222333334555564.4.2水壓試驗時應力校核第五章零部件選型5.15.25.35.4人孔 法蘭 除霧沫器. 填料支撐板第六章總結參考文獻.888889.101.1塔設備設計簡介第一章前言塔設備是化工、石油化工、生物化工、制藥等生產過程中廣泛采用的氣液傳質設備。塔設備的設

2、計主要包括填料的選擇、 塔徑的計算、填料層總高度的計算、壓力降的計算、結構設計、機械設計等方面。其中塔設備的機械設計為本設計的主要部分，包括設計計算塔體壁厚，考慮操作壓力、內件及物料重力、荷載等條件，進行塔體應力校核，水壓試驗等。本設計選用填料塔為設計對象，在操作壓力為101.3kpa,溫度為20攝氏度時，完成填料塔的機械設計。1.2填料塔結構簡介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。液體從塔頂經液體分布器噴淋到填料上， 并沿填料表面流下。氣體從塔底送入,經氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層

3、的空隙， 在填料表面上,氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，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。液體填料壓板塔殼填料填料支承板液體再分布器填料壓板填料支承板氣體液體廠I b捕沬器圖1-1填料塔結構圖易于用耐腐蝕材料制造,填料塔不但結構簡單，且流體通過填料層的壓降較小，所以它特別適用于處理量肖，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。 液體自塔頂 經液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體 口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進行傳質。 因氣液兩相組 成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質設

4、備。第二章設計方案的確定該填料塔中，氨氣和空氣混合后，經由填料塔的下側進入填料塔中，與從填料塔 頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經吸收后的混合氣體由塔頂 排除，吸收了氨氣的水 由填料塔的下端流出。 ，氣體液體2.1裝置流程的確定本次設計采用逆流操作：氣相自塔低進入由塔頂排出， 相自塔頂進入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點是：傳質平均推動力大，傳質速率快，： 離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產中多采用逆流操作。、亠液液體氣體逆流操作 吸收劑對溶質的組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收,2.2吸收劑的選擇且揮發(fā)度要低。所以本設計選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收質

5、。水廉價易得,物理化學性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。 且氨氣不作為產品，故采用純溶劑。2.3填料的選擇本課設選擇散裝階梯環(huán)填料。塑料填料具有輕質、廉價、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能較差，在某些特殊應用場合，需要對其表面進行處理，以提高表面潤濕性能。本次課設選用聚丙烯填料。該過程處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用50mm聚丙烯階梯環(huán)塔填料。綜上所述選用50mm聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性2 ,3能參數查表2.1得：比表面積a： 114.2m /m ，空隙率：0.927,干填料因子143.1m 12.4材料選

6、擇本設計我們選用 Q-235作為填料塔的設計材料。Q235的機械性能：抗拉強度(db/MPa) : 375-500伸長率(S 5/% : 三 26 (a 三 16mm ) 三 25 ( a>16-40mm )三 24 (a>40-60mm ) 三 23 (a>60-100mm ) 三 22 (a>100-150mm )三21 (a>150mm)其中a為鋼材厚度或直徑。第三章工藝參數(1)選用50mn聚丙烯階梯環(huán)填料塔,填料層高度為1500mm塔徑為800mm,(3)設計操作溫度為20 C，設計操作壓力為101.3kpa. 材料選用 Q235,其 t=170MPa,

7、=170 MPa, s=235 MPa,塔體與群座對接焊接，塔體焊接接頭系數1.00。其他工藝參數依據下表確定填料吸收塔設計一覽表吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：4500m3/h名稱工藝參數物料名稱清水混合氣體操作壓力，kPa101.3101.3操作溫度，C2020流體密度，kg/m3998.21.205黏度，kg/(m*h)3.60.065接管尺寸(直徑)41.63115.9塔徑，mm800填料層高度，mm1500壓降，KPa6.622第四章機械設計4.1塔體厚度計算 PcDi21.1 800tPc2 17011.04 (mm)1.1考慮厚度附加量C=2mm,經圓整，取14m

8、m04.2封頭厚度計算1.1 800PcDi2 t0.5 Pc2 170 1 0.5 1.1考慮厚度附加量C=2mm，經圓整，取n11.02mm14mm，但由于DN3400mm的橢圓形封頭厚度沒有14mm，最低只有20mm，所以選擇20mm。4.3填料塔的載荷分析及強度校核由于塔體受到壓力、彎矩和軸向載荷的作用，因此必須計算塔設備在各種狀態(tài)下的軸向組合應力，并確保塔體的組合軸向拉應力滿足強度條件，組合軸向壓 應力滿足穩(wěn)定的條件。(1)塔底危險截面(n - n)的軸向應力計算:由內壓引起的軸向應力：'4tePD O.22 遜24.11MPa7.3操作時重力及垂直地震力引起的軸向應力:mo

9、g2136919 9.81Di te 3.14 3400 7.717.36M Pa彎矩引起的軸向應力:2 24MmaxDi2te4 1.27 1093.14 34002 7.7 曲抽pa(2) 塔底危險截面(n - n)抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算該截面上的最大軸向壓縮應力發(fā)生在空塔時tKmax 23 KBtt式中為設計溫度下塔壁材料的許用應力,在20r時，塔壁材料Q235C的為125MPa組合系數K=1.2，B可根據GB 150M鋼制壓力容器計算:B=0.06Ete/Ri=53.7 MPa1.2 113 135.6max2320.517.36由于1.2 53.764.44因此塔底n-n截面滿足抗

10、壓強度及軸向穩(wěn)定條件。塔底n-n截面抗拉強度校核maxmax12324.11 17.3220.5113 1.2 1135.6M Pa該截面滿足抗拉強度要求。綜合以上各項計算，在各種不同危險工況下塔體壁厚取20mm可以滿足整個塔體的強度、剛度和穩(wěn)定性要求。4.4塔體的水壓試驗4.4.1水壓試驗時各種載荷引起的應力(1)試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應力Pt 液柱靜壓力 Di ei 1.370.3 3400T一242 ei12237.41( MPa)Pt 1.25 p T 1.25 1.11.37(MPa )液柱靜壓力=H 1000 300.3(M Pa)試驗壓力引起的軸向拉應力1 西 3400

11、97.04(M Pa)4 eE48(3)最大質量引起的軸向壓應力22 2mmax2Di 9 33433.21(MPa)(4)彎矩引起的軸向應力2 22 20.3Mw Me303 198 108 O.785 108 6.17(M Pa)4d' e0.785 34002 1224.4.2水壓試驗時應力校核(1)筒體環(huán)向應力校核0.9 s 0.9 345310.5(M Pa)T 237.41M Pa 0.9s310.5 MPa滿足要求。(2)最大組合軸向拉應力校核2 2max；297.04 33.216.1770(M Pa)0.90.91 345310.5(M Pa)2 2max70MPa

12、0.9s 310.5 MPa滿足要求。(3) 最大組合軸向壓應力校核2 22max2233.216.1739.38(M Pa)ma； 39.38M Pacrmin KB ,0.9 s min 121,310.5121(MPa)；滿足要求。第五章零部件選型5.1人孔對于大直徑塔可以設置人孔作為填料卸料孔，對于小直徑塔可以設置手孔作為填料卸料孔。填料卸料孔內部應該設置擋板，否則，在每次更換法蘭墊片是， 必須要把填料全部卸出，換完以后在重新填料，這樣就非常麻煩，小到增加費用,大到影響生產，耽誤工期。為方便進行檢修、清洗和更換零部件，吸收塔共設置3個人孔，人孔直徑 D=500mm人孔類型：回轉蓋帶頸平

13、焊法蘭人孔。公稱壓力: 0.32 MPa,公稱直徑：500mm5.2法蘭法蘭結構是一個組合件，一般是由聯接件，被聯接件，密封元件組成。法蘭密封結構由法蘭（被聯接件）、墊片（密封元件）、螺栓、螺母、（聯接件）組成。冷凝器采用螺紋法蘭連接。螺紋法蘭的特點是法蘭與管壁通過螺紋進行聯接,者既有一定的聯接，又不完全形成一個整體。方便拆卸、清洗、維修。本次設計選用DN250PN0.6Mp的管法蘭。5.3除霧沫器為捕集除填料層氣流中夾帶的也低和霧沫，保證分離質量，在塔頂部液體入 塔初始分布器的上方設置一定形式的除霧沫器。此塔采用絲網式除霧沫器，由金屬絲網作除霧元件，固定在兩塊柵格板間，絲網層厚度取為150m

14、m5.4填料支撐板填料支承板的作用是支承填料床層。該塔選用梁式元件組合的多梁支撐板,其每條支撐梁的寬度為 290mm，高為300mm ;各梁底面間用定距凸臺保持10mm的間隙向下排液體。梁上所開供氣體噴出的條孔尺寸以不應使20mn填料下漏為宜。第六章總結本次設計主要是對水吸收氨過程填料塔的機械設計。填料塔是以塔內裝有大量的填料為相接觸構件的氣液傳質設備。填料塔的結構較簡單，壓降低，填料易 用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。通過這次的課程設計，我學到了很多機械設計的知識。課程設計是我們化工學生必須經過的一個過程，通過課程設計的鍛煉,可以為我們將來的畢業(yè)設計打下堅實的基礎，提高自己的繪畫技術及設計能力,更特別是對塔設備各方面的了培養(yǎng)了我們各方面的能力，首 其次還可以從技術上的可行性解和設計。此外，通過這次對填料吸收塔的設計,先培養(yǎng)了我們查閱資料，選用公式和數據的能力, 與經濟上的合理性兩方面樹立正確的設計思想，分析和解決工程實際問題的能力, 學會對設計的塔設備進行應力校核，壓力試驗等，最后將設計的塔設備以手繪圖 的形式展現，借用圖以及用簡潔文字，圖表表達設計思想的能力。不僅讓我將所 學的知識應用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實。在我們整個團隊 四人的努力下完成了設計任務，雖然復雜，過程也很辛苦，但提高了合作精