畢業(yè)設(shè)計,合成氨車間,二氧化碳吸收塔設(shè)計,過控(共22頁)

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 摘要(zhiyo)在工業(yè)合成氨的生產(chǎn)過程(guchng)中，粗原料氣經(jīng)過一氧化碳變換以后，變換氣中除氫氣外，還有二氧化碳和甲烷等成分，其中二氧化碳含量多達15%-35%。二氧化碳不僅降低氨合成催化劑的活性，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的原料，因此要想法除去。本設(shè)計的目的是根據(jù)所給技術(shù)特性參數(shù)(cnsh)，合理設(shè)計段二氧化碳吸收塔，用來脫除變換氣中的二氧化碳氣體。根據(jù)GB150-1998鋼制壓力容器 、JBT4710-2005鋼制塔式容器等標準，通過常規(guī)設(shè)計方法步驟進行設(shè)計，包括塔體的筒體和封頭壁厚計算和水壓試驗，接管、接管法蘭、人孔法蘭和塔內(nèi)件的選取，裙座的計

2、算和設(shè)計，開孔補強計算，風載荷和地震載荷的計算和校核，以及筒體和裙座的應力分析等。強度校核時，大部分情況下將受壓元件的應力限制在材料的需用應力以內(nèi)，用來確保設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞：二氧化碳合成塔；填料塔；合成氨引言(ynyn) 塔設(shè)備(shbi)又稱塔器(t q)，塔設(shè)備有許多種類型，塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。用以使氣體與液體、氣體與固體、液體與液體或液體與固體密切接觸，并促進其相互作用，以完成化學工業(yè)中熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程。 二氧化碳吸收塔，是利用碳酸鉀溶液來脫去變換氣中的二氧化碳氣體，要保證較高的脫碳效率和設(shè)備的安全性能，必須對吸收塔系統(tǒng)進行合理的設(shè)計，包

3、括吸收塔的尺寸設(shè)計，吸收塔材料的選擇以及塔部件的選取。吸收塔的主要部件有外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體、液體進出口接管等。填料塔是以塔內(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。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。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。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。

4、 當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當填料層較高時，需要進行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進料和出料等復雜精餾不太適合等。 塔內(nèi)件

5、是填料塔的組成部分，它與填料及塔體共同構(gòu)成一個完整的填料塔。塔內(nèi)件的作用是使氣液在塔內(nèi)更好地接觸，以便發(fā)揮填料塔的最大效率和最大生產(chǎn)能力，因此塔內(nèi)件設(shè)計的好壞直接影響填料性能的發(fā)揮和整個填料塔的性能。另外，填料塔的“放大效應”除填料本身因素外，塔內(nèi)件對它的影響也很大。填料塔的內(nèi)件主要有：填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置。合理地選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。 本設(shè)計的目的及意義(yy)旨在培養(yǎng)我們(w men)理論聯(lián)系實際的能力，把本科所學的專業(yè)知識綜合(zngh)地應用到本設(shè)計中去，為我們今后參加相關(guān)的設(shè)計工作打好基礎(chǔ)。 符號(f

6、ho)說明 計算(j sun)厚度，； 設(shè)計(shj)厚度，；名義厚度，； 有筋板時基礎(chǔ)環(huán)的厚度，；有效厚度，；第計算段容器的有效壁厚，； 筋板厚度，； 有筋板時基礎(chǔ)環(huán)的厚度，；接管名義厚度，；接管計算厚度，；補強圈厚度，；接管有效厚度，；裙座的厚度，； 試驗溫度下材料的許用應力，；材料在設(shè)計溫度下的許用應力，；水壓試驗時的許用應力，；材料的屈服強度，；內(nèi)壓計算壓力在筒體內(nèi)引起的軸向壓力，；操作物料時質(zhì)量載荷在筒體內(nèi)引起的軸向力，；最大彎矩在筒體內(nèi)引起的軸向力，；最大組合軸向壓應力，；裙座材料在設(shè)計溫度(wnd)下的許用應力，； 重力(zhngl)加速度，； 焊接(hnji)接頭系數(shù)；開孔削弱

7、所需的補強面積，2； 多余金屬面積，2；接管多余金屬面積，2；接管處焊縫面積，2； 所需另行補強面積，2 裙座底部截面積，2；有效補強面積，2；裙座開孔設(shè)人孔處的截面積，2；基礎(chǔ)環(huán)的面積，2； 厚度附加強，； 鋼板負偏差，； 腐蝕裕量，； 材料的彈性模量；公稱直徑,； 開孔直徑,；墊板上地腳螺栓孔直徑,； 人孔直徑mm； 筒體的內(nèi)徑，； 塔設(shè)備第段迎風面的有效直徑，； 設(shè)備各計算段的外徑，； 基礎(chǔ)環(huán)的外徑，；基礎(chǔ)(jch)環(huán)的內(nèi)徑，； 設(shè)計(shj)壓力，； 液柱靜壓力(yl)，；計算壓力，；水壓試驗壓力， ；第i段風載荷N；塔體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量，；塔內(nèi)件如塔盤或填料的質(zhì)量，；保溫材料的質(zhì)

8、量，；扶梯與平臺的質(zhì)量，；操作時物料的質(zhì)量，；水壓試驗時充水的質(zhì)量，； 偏心載荷，；設(shè)備在正常操作時的最大質(zhì)量，； 塔設(shè)備在水壓試驗時的最大質(zhì)量，；塔設(shè)備在停工檢修時的最小質(zhì)量，；距地面高度處的集中質(zhì)量，； 設(shè)備的當量質(zhì)量，；風壓高度變化系數(shù)； 各地區(qū)的基本風壓，；載荷組合系數(shù)；塔的體型系數(shù)；塔設(shè)備各計算(j sun)段的風振系數(shù)；籠式扶梯(ft)的當量寬度，； 操作平臺的當量(dngling)寬度，； 脈動增大系數(shù)； 第段的脈動影響系數(shù)； 第段的體型系數(shù)； 塔頂管線外徑； 塔的自震周期，； 各類產(chǎn)地的自震周期，； 地震影響系數(shù)； 第一振型的地震影響系數(shù)；綜合影響系數(shù)； 基本陣型參與系數(shù)； 地

9、震影響系數(shù)的最大值； 計算截面距地面的距離,；在截面i-i處的基本振型水平地震力，； 塔任意質(zhì)點處得垂直地震力，； 垂直地震影響系數(shù)的最大值； 裙座半錐角；截面i-i處地震彎矩，；設(shè)備任意截面I-I的風彎矩，；偏心彎矩，；設(shè)備最大彎矩，；容器(rngq)任意截面I-I最大彎矩，； 裙座底部截面(jimin)的截面系數(shù)，； 裙座開孔設(shè)人孔處得截面(jimin)系數(shù)，；基礎(chǔ)環(huán)的截面系數(shù)，；混凝土基礎(chǔ)的許用應力，；一地腳螺栓個數(shù)；地腳螺栓螺紋根徑；強度削弱系數(shù)；外側(cè)有效高度，；內(nèi)側(cè)有效高度，； 第一章 填料(tinlio)塔的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1 設(shè)計(shj)目的設(shè)計二氧化碳吸收塔，用來脫除變換器

10、氣中的二氧化碳氣體(qt)，得到合成氨的原料氣體氮氣和氫氣。1.2 設(shè)備技術(shù)特性 表1-1 封頭結(jié)構(gòu)尺寸工作壓力工作溫度主要介質(zhì)填料體積設(shè)計風壓地震設(shè)防強度 1.8 120碳酸鉀溶液 94 500 8級1.3 填料塔的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計1.31 筒體和封頭的選型本設(shè)計采用標準橢圓形封頭，易于沖壓和成型，是目前中、低壓力容器中應用較多的封頭之一。常見設(shè)備筒體大都是圓柱形結(jié)構(gòu)，所以采用單層式圓柱形筒體，結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，易于氣體的吸收和內(nèi)部部件的布置。 圖1-1 封頭結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖 查壓力容器設(shè)計手冊(shuc)表，封頭各參數(shù)如下：表1-2 封頭結(jié)構(gòu)(jigu)尺寸公稱直徑DN總高度H直邊高

11、度h內(nèi)表面積容積 質(zhì)量 Kg2200590405.521.55683.21.3.2 裙座的選型因為、且，采用圓筒形裙座就可以滿足較少地腳螺栓的合理布置，因采用圓筒形裙座。查閱塔設(shè)備表8-9，裙座筒體上端至封頭切線的距離h=95mm，裙座高度為2100mm，其厚度與筒體相等=16mm。裙座筒體與塔體采用對接焊接。1.3.4 人孔的選取由化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊標準號HG2151421534-2005，及設(shè)計壓力選擇回轉(zhuǎn)蓋帶勁對焊法蘭人孔，凸面，材料為Q345R。人孔尺寸由化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊表23-1-13得所選人孔結(jié)構(gòu)表如下：表1-3 人孔結(jié)構(gòu)表密封面型式公稱壓力PN 公稱壓力DN凸面

12、RF（A）型2.55005301250673066028012844ABL螺柱數(shù)量螺母數(shù)量螺柱尺寸總質(zhì)量4648405200300302040M332170303人孔的型式(xn sh)： 圖1-2 人孔的形式(xngsh)1.3.5 接管(jigun)的選取根據(jù)介質(zhì)特性，接管材料選用號鋼, .查壓力容器設(shè)計常用標準系列表4.3.1接管尺寸如下表：表1-4 接管尺寸項目公稱直徑DN/mm從長度mm總質(zhì)量Kg內(nèi)徑mm 外徑mm 壁厚mm液面計接口管153000.3315183自動液面計借口管403001.0741.5453.5排污口80212817.8385894通氣孔80進液口20023005

13、5.102132196出液口200190059.772132196進氣口2502350122.852652738出氣口25030015.682652738引出管通道25030013.072652738卸料口5001200138.755215309人孔500檢查孔50015017.3452153091.3.6 接管(jigun)法蘭的選取查鋼制管法蘭、墊片(din pin)和緊固件HGT20595-2009表4-3，本設(shè)計采用凸面帶頸對焊法蘭，其結(jié)構(gòu)和尺寸(ch cun)如下：圖1-3帶頸對焊法蘭結(jié)構(gòu)(jigu)表1-5 接管(jigun)法蘭尺寸公稱尺寸DN鋼管外徑法蘭焊端外徑A類連接尺寸法蘭

14、外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量螺栓151895651444045150110184M1680892001601882002193603102612M242502734253703012M275005307306603620M332公稱尺寸DN法蘭質(zhì)量Kg法蘭高度法蘭厚度C法蘭頸NA類 R150.753814323.263402.374518643.675805.0358241105.612620017.480302446.316825024.488322966.3181050092.512544580112012表1-6密封面結(jié)構(gòu)(jigu)尺寸公稱尺寸DN密封面公稱尺寸d15

15、464084801322002842503405006151.3.7 選擇(xunz)管法蘭墊片根據(jù)(gnj)HG/T20635-2009表3.0.2選用墊片形式表1-7 墊片型式選用表墊片型式公稱壓力PN公稱尺寸DN最高使用溫度密封面型式密封面的表面粗糙度法蘭型式非石棉纖維橡膠板290凹面/凸面帶頸對焊法蘭 由HG/T 20606-2009表4.0.2-3得墊片尺寸: 表1-8 墊片尺寸 mm公稱尺寸DN墊片內(nèi)徑墊片外徑墊片厚度T包邊寬度b1522511.53404992808914220022028425027334050053062431.3.7 管法蘭緊固件選取(xunq)表1-9 螺

16、母和螺栓(lushun)（螺柱）參數(shù)螺母類型DN規(guī)格螺栓螺柱類型數(shù)量 質(zhì)量/1000件螺栓 螺母I型六角螺母（GB6170）15六角頭螺栓A級（GB5782）47049.911.9340M164851112980810013129200M24雙頭螺柱B級（GB901）1212536988.8250M2712135515132.4六角螺母（HG20613）500M332雙頭螺柱B級（HG20613）20165947242.81.4 填料(tinlio)的選擇參考由塔設(shè)備本設(shè)計選用陶塑料鮑爾環(huán)和塑料矩鞍環(huán)，塑料材質(zhì)質(zhì)量輕，鮑爾環(huán)為較為普通的填料形式，價格便宜，矩鞍環(huán)為最高效的填料之一，不易迭合，處

17、置效率高，但價格較高，所以只用少部分放在填料的最底層，可避免鮑爾環(huán)的阻塞，兩者都采用亂堆排列。查化工原理見面設(shè)計手冊填料各參數(shù)如下表： 表1-9 填料(tinlio)參數(shù)填料種類公稱尺寸外徑高堆積個數(shù)個堆積密度比表面積空隙率干填料因子濕填料因子塑料拉西環(huán)50481.8700087.5106.40.90146120塑料矩鞍環(huán)764523700104.42000.88528996 1.5 除沫器的選擇(xunz) 當空塔氣體流動(lidng)速度過大時，塔頂濺液嚴重，避免出塔氣體出現(xiàn)夾霧現(xiàn)象，所以設(shè)置除沫器，保證氣體的純度和設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。查閱塔設(shè)備可知，猶豫鮑爾環(huán)和矩鞍環(huán)調(diào)料的霧滴粒度為1m以上

18、，所以選擇絲網(wǎng)除沫器，其分離大于1m的霧滴的效率可達99.5%以上，對于的霧滴也能很好的除去。參閱塔設(shè)備表8-6上裝式絲網(wǎng)除沫器的基本參數(shù)如下： 表1-10 除沫器基本參數(shù)公稱直徑/mm 主要尺寸有效直徑/mm質(zhì)量/mm 22001003602100208 圖 1-4 絲網(wǎng)除沫器結(jié)構(gòu)圖 1.5 填料支撐(zh chng)裝置 填料支承裝置對填料塔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用，對其要求：有足夠的機械(jxi)強度來支撐填料的重量；能夠提供足夠大的自由載面積，減小了氣液兩相的流動阻力。本設(shè)計采用梁式氣體噴射式支撐板，其對氣體和液體分別單獨提供通道(tngdo)，氣體流動阻力小，液體易于排出，查閱塔設(shè)備其

19、結(jié)構(gòu)圖和尺寸如下： 圖 1-5 支撐板結(jié)構(gòu)示意圖 表1-11支承板結(jié)構(gòu)尺寸塔徑支承板外徑支承板分塊數(shù)支承圈寬度支承圈厚度2200216075014表1-12 支承板形式尺寸塔徑波形波形尺寸300表1-13支承(zh chn)板的特性塔徑DN自由截面%支承板允許載荷，N碳鋼不銹鋼2100102890901075601.6 填料(tinlio)壓板為了限制填料(tinlio)的移動、撞擊，以免損壞填料，需在填料上方增設(shè)壓板，對于塑料填料采用床層限制版，其重量輕，對填料起限制作用。查塔設(shè)備其結(jié)構(gòu)如下：圖1-6 床層限制(xinzh)板床層限制板與壓板結(jié)構(gòu)(jigu)類似，但重量較輕，一般為左右。床層限制板必須固