化工原理課程設(shè)計(jì)-碳酸丙烯酯吸收二氧化碳填料塔設(shè)計(jì)

碳酸丙烯酯吸收二氧化碳填料塔設(shè)計(jì)0-化工原理課程設(shè)計(jì)目錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2摘要3前言4第一節(jié)概述5第二節(jié)塔填料的選擇5第三節(jié)吸收操作中的氣液平衡6一氣液平衡數(shù)據(jù)6二平衡線方程6第四節(jié)填料吸收塔的工藝計(jì)算7一物料衡算與操作線方程7㈠物料衡算7㈡操作線方程7二最小吸收劑用量與吸收劑用量7㈠最小吸收劑用量7㈡吸收劑用量8三塔徑計(jì)算8㈠泛點(diǎn)氣速uf與塔徑D的計(jì)算8㈡塔徑的圓整10㈢填料塔噴淋密度的校核10四填料層高度的計(jì)算10㈠有效比表面積αw11㈡填料層高度和塔高11第五節(jié)費(fèi)用的計(jì)算12一吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用12二吸收塔填料年折舊費(fèi)用14三離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用14四風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用19五吸收劑費(fèi)用21第六節(jié)校核23一塔直徑與塔中填料直徑之比23二液體噴淋密度23三強(qiáng)度校核23㈠筒體材料的厚度計(jì)算24㈡封頭厚度計(jì)算24㈢塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定計(jì)算24⑴填料層高度24⑵塔的高度24㈣質(zhì)量載荷計(jì)算24⑴塔體與裙座的質(zhì)量24⑵人孔、法蘭、接管等附件的質(zhì)量24⑶內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量24⑷保溫層材料的質(zhì)量24⑸扶梯、平臺(tái)的質(zhì)量25⑹操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量25⑺充水質(zhì)量25⑻塔器操作質(zhì)量25⑼塔器的最大質(zhì)量25⑽塔器的最小質(zhì)量25㈤塔體的風(fēng)載荷和風(fēng)力矩25⑴風(fēng)力矩的計(jì)算公式25⑵總彎矩的計(jì)算26⑶塔的看自振周期計(jì)算26⑷地震載荷的計(jì)算26㈥塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核27⑴塔體危險(xiǎn)截面的軸向應(yīng)力計(jì)算27⑵載體危險(xiǎn)截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性計(jì)算27㈦裙座的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算、校核28㈧水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算28⑴水壓試驗(yàn)時(shí)塔體1-1截面的強(qiáng)度校核28⑵水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定要求28㈨基礎(chǔ)環(huán)板的設(shè)計(jì)29⑴基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定29⑵基礎(chǔ)環(huán)板厚度的設(shè)計(jì)29㈩地腳螺栓的設(shè)計(jì)29小結(jié)30優(yōu)化程序與運(yùn)行結(jié)果30符號(hào)說(shuō)明36參考文獻(xiàn)39化工原理課程設(shè)計(jì)成績(jī)單40化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)07-1班學(xué)生夏劍鋒設(shè)計(jì)題目：碳酸丙烯酯(PC)脫除合成氨原料氣中CO2填料塔的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間：2010.05.10～2010.05.29指導(dǎo)老師：劉雪霆老師設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件：合成氨原料氣量55000Nm3/h。原料氣組成（摩爾分率）：CO2COH2N2CH430%3%49%15%3%出塔凈化氣中：CO2≤0.6%（摩爾分率）。再生PC中含CO2≤2×10-5（摩爾分率）。操作溫度32℃。操作壓力2.5MPa。設(shè)計(jì)成果設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（3#圖紙）1張；填料吸收塔的裝配圖（1#圖紙）1張。碳酸丙烯酯（PC）脫除合成氨原料氣中CO2填料塔的設(shè)計(jì)摘要[中文摘要]本設(shè)計(jì)中二氧化碳（CO2）氣體吸收為高濃度吸收，所用吸收劑為碳酸丙烯酯（PC），塔填料為金屬鮑爾環(huán)（DN50）。經(jīng)優(yōu)化計(jì)算后得最佳液氣比為最小液氣比的1.10倍，填料吸收塔塔高17.734m，塔徑2.8m，總傳質(zhì)單元數(shù)為10.625。關(guān)鍵詞：吸收劑填料吸收塔優(yōu)化鮑爾環(huán)[EnglishAbstract]Inthisdesign,theabsorptionofcarbondioxide(CO2)isakindofhighconcentrationabsorption,inwhichtheabsorbantispropylenecarbonate(PC)andthefillerutillizedwithinthisdesigniscalledPallringwhosenominaldiameteris50millimeters.Afteroptimizingandcalculating,wehavefiguredoutthatthebestliquid-gasrateis1.10timesoftheminimumliquid-gasrate.Wealsoworkedoutthatthepackedandabsorbingtoweris17.734metershighanditsdiameteris2.8meters.Besides,thetotalunitsofmasstransferare10.625.KeyWords:absorbentpackedandabsorbingtoweroptimizePallring前言氣體凈化是工業(yè)上重要的過(guò)程之一。隨著各工業(yè)過(guò)程的要求不同，有的需要對(duì)原料氣體進(jìn)行凈化處理，有的需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行凈化，有的需要對(duì)尾氣進(jìn)行凈化等。在合成氨生產(chǎn)中，由于制氣原料主要碳和含碳化合物，經(jīng)制氣和一氧化碳變換后，變換氣中除含有對(duì)氨合成有用的氫氣等，同時(shí)還含有二氧化碳、一氧化碳、甲烷、硫化氫等對(duì)氨合成有害的雜質(zhì)組分。在這些雜質(zhì)組分中又以二氧化碳的含量最高。如在生產(chǎn)過(guò)程中，不及時(shí)將二氧化碳從變換氣中除去，將會(huì)使后續(xù)工序無(wú)法正常進(jìn)行。脫除原料氣中大量二氧化碳的方法主要分為三大類：化學(xué)吸收法、物理化學(xué)法和物理吸收法。本次設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用物理吸收法。則以下主要介紹物理吸收法。物理吸收法是指吸收劑并不與二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一類脫碳方法。它是基于不同壓力下的二氧化碳在吸收劑中有不同的平衡溶解度這種性質(zhì)而發(fā)展起來(lái)的。這類方法中的吸收劑大多為有機(jī)溶劑，它們普遍具有溶解二氧化碳量大的特點(diǎn)，尤其是在加壓時(shí)。此外吸收劑的再生大多不必加熱，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的降壓或常溫氣提（惰性氣體吹洗）。本次課程設(shè)計(jì)中，用碳酸丙烯酯（PC）作為吸收劑來(lái)吸收合成氨原料氣里的二氧化碳，是單組分高濃度物理吸收過(guò)程。碳酸丙烯酯為環(huán)狀有機(jī)碳酸酯類化合物，在常溫下為略帶芳香味的液體，純凈時(shí)無(wú)色透明，分子式為C4H6O3，摩爾質(zhì)量為102.09㎏/kmol，密度略大與水。它對(duì)二氧化碳、硫化氫及一些有機(jī)硫具有較大的溶解能力，而對(duì)氫氣、氮?dú)狻⒁谎趸?、甲烷、氧氣等的溶解度要小得多。如以氫氣在碳酸丙烯酯中的溶解度為基?zhǔn)，則同樣溫度與壓力下二氧化碳的溶解度為氫氣的130倍左右，硫化氫為氫氣的420倍左右。由于不同氣體在同一溶劑中溶解度差別很懸殊，這就為該溶劑用于氣體混合物的分離奠定了理論基礎(chǔ)。碳酸丙烯酯的穩(wěn)定性較好，在工業(yè)上連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十余年后仍不影響其吸收效率。溶劑在吸收了二氧化碳和硫化氫等酸性氣體后，對(duì)普通碳鋼的腐蝕性仍較低，因此在工業(yè)上可用普通碳鋼作為主要設(shè)備的材質(zhì)。用碳酸丙烯酯作為吸收劑來(lái)吸收合成氨原料氣中的二氧化碳的方法與其他脫碳方法相比，在凈化度相同的情況下，也以碳酸丙烯酯法的能耗和可比操作費(fèi)最低。概述碳酸丙烯酯（PC）吸收合成氨原料氣中二氧化碳（CO2）屬高濃度吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以要，本設(shè)計(jì)選用逆流吸收流程，氣體由填料塔塔底進(jìn)，吸收劑由塔頂進(jìn)，這樣平均推動(dòng)力大，吸收劑利用率高，分離程度高，完成一定分離任務(wù)所需傳質(zhì)面積小。涉及的設(shè)備主要是填料塔、離心泵和風(fēng)機(jī)等，其中填料塔主要包括塔體、塔填料和塔內(nèi)件三大部分。本設(shè)計(jì)討論有關(guān)填料吸收塔的設(shè)計(jì)，即選定流程方案、填料類型，計(jì)算塔徑及填料層高度并對(duì)塔的輔助結(jié)構(gòu)（內(nèi)件）進(jìn)行選型與估算，同時(shí)優(yōu)化使總費(fèi)用最小。塔填料的選擇塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)之一，一般要求塔填料具有較大的通量，較低的壓降，較高的傳質(zhì)效率，嵵，操作彈性大，性能穩(wěn)定，能滿足物系的腐蝕性、污堵性、熱敏性等特殊要求。填料的強(qiáng)度要高，便于塔的拆裝、檢修，并且價(jià)格要低廉。為此，填料應(yīng)具有較大的比表面積，較高的空隙率，結(jié)構(gòu)要敞開(kāi)，死角空隙小，液體的再分布性能好，填料的類型、尺寸、材質(zhì)選擇適當(dāng)?，F(xiàn)代工業(yè)填料按形狀和結(jié)構(gòu)可分為顆粒型填料和規(guī)整填料兩大類型。對(duì)顆粒填料，尺寸直接影響塔的操作和設(shè)備投資。一般同類型填料隨尺寸減小分離效率提高，但填料層對(duì)氣流的阻力增加，通量減少，對(duì)具有一定生產(chǎn)能力的塔，填料的投資費(fèi)用將增加；而較大尺寸的填料用于小直徑塔中，將產(chǎn)生氣液分布不良、氣流短路和嚴(yán)重的液體壁流等問(wèn)題，降低塔的分離效率。本設(shè)計(jì)中我們這一組選擇用散裝金屬鮑爾環(huán)填料，規(guī)格為公稱直徑DN=50mm，外徑×高×厚（d×h×δ/mm）50×50×0.9比表面積αt(m2/m3)=103空隙率ε=0.95m3/m3個(gè)數(shù)6200m-3堆積密度ρp=355kg/m3干填料因子αtε3=120m-1濕填料因子相關(guān)規(guī)定有鮑爾環(huán)的徑比D/d的下限為10～15（最小不低于8），且當(dāng)D≥900mm時(shí)，選用50～76mm的填料。吸收操作中的氣液平衡氣液平衡數(shù)據(jù)表格1CO2在碳酸丙烯酯中溶解度數(shù)據(jù)注：數(shù)據(jù)區(qū)αCO2的單位為Nm3/m3。二、平衡線方程將表中的溶解度α換算成二氧化碳（CO2）在碳酸丙烯酯（PC）中的平衡摩爾分率xe：xe=而y=p通過(guò)以上數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)換公式可擬合出CO2在PC中的平衡線：而得到平衡線方程：y*=-0.0194x2+3.9382x+2×10-6(3-3)或x*填料吸收塔的工藝計(jì)算一、物料衡算與操作線方程物料衡算逆流吸收塔，以惰性氣體和吸收劑為基準(zhǔn)，物料衡算式為：GB式中，GB——不含溶質(zhì)的惰性氣體流量，kmol/s；LS——吸收劑流量，kmol/s；Y、X——?dú)庀嗪鸵合嗟哪柋?。X=x下標(biāo)：1——塔底；2——塔頂。操作線方程Y=L二、最小吸收劑用量與吸收劑用量最小吸收劑用量L(4-4)式中，X1*——為與Y1平衡的液相組成，摩爾比；(LS)min——最小吸收劑用量，kmol/s。代入有數(shù)據(jù)得：GYYX并且由y1、式(3-4)和式(4-2)可得X代入式(4-4)得最小液氣比為L(zhǎng)最小吸收劑用量L收劑用量吸收劑的用量直接影響吸收塔的尺寸、塔底液相組成及操作費(fèi)用，故應(yīng)從設(shè)備費(fèi)、操作費(fèi)及工藝要求權(quán)衡決定。一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)Ls=kL其中k=1.1～2.0，通過(guò)優(yōu)化得到k=1.10。三、塔徑計(jì)算填料塔直徑依混合氣體處理量及所選適宜氣速按下式計(jì)算：D=4V式中V——操作條件下混合氣體積流量，m3/s；u——適宜空塔氣速，m/s。由上式可見(jiàn)，計(jì)算塔徑的核心問(wèn)題是確定空塔氣速，主要方法為泛點(diǎn)氣速法。泛點(diǎn)氣速uf與塔徑D的計(jì)算填料塔的泛點(diǎn)氣速與氣液流量、物系性質(zhì)及填料類型、尺寸等因素有關(guān)，其計(jì)算方法有很多，本設(shè)計(jì)選擇用Bain及Hougen關(guān)聯(lián)式，對(duì)金屬鮑爾環(huán)填料有：lguf式中，L’、G’——液、氣相的質(zhì)量流率，kg/h；μL——吸收劑的粘度，mPa·s；αtε3——g——重力加速度，kg/(m2·s)；ρG——混合氣的平均密度，kg/m3；ρL——吸收劑的密度，kg/m3；32℃時(shí)，吸收劑碳酸丙烯酯（PC）的相關(guān)物性：ML=102.09kg/kmol，密度ρL=1191.1kg/m3，粘度μ進(jìn)塔氣的平均摩爾質(zhì)量

M混合氣的平均密度ρ進(jìn)塔混合氣的質(zhì)量流量G吸收劑的質(zhì)量流量L干填料因子α重力加速度g=9.81kg/(m2·s)將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(4-7)可得下述關(guān)系：lgu即uf=并取適宜的空塔氣速u=0.7uf混合氣體積流量V=∴塔徑D=4Vπu（二）塔徑的圓整由以上方法計(jì)算出的塔徑應(yīng)按壓力容器公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。一般塔徑在1m以內(nèi)時(shí)，按100mm增值計(jì)；塔徑超過(guò)1m時(shí)，按200mm增值定塔徑。通過(guò)優(yōu)化得到D=2.667m，圓整后得到D=2.8m。（三）填料塔噴淋密度的校核最小噴淋密度Umin=L式中Umin——最小噴淋密度，m3/(m2·h)，一般為5～12m3/(m2·h);LW,min——最小潤(rùn)濕速率，m3/(m·h)，對(duì)直徑≤75mm的環(huán)形填料及直徑≤50mm的柵板填料，可取為0.08m3/(m·h)；對(duì)超過(guò)上述尺寸的填料，可取為0.12m3/(m·h)；對(duì)規(guī)整填料，可以從有關(guān)的填料手冊(cè)中查到?！郩四、填料層高度的計(jì)算填料層高度的計(jì)算需聯(lián)解物料衡算、傳質(zhì)速率和相平衡三種關(guān)系。常用方法有傳質(zhì)單元數(shù)法和等板高度法，本設(shè)計(jì)采用傳質(zhì)單元數(shù)法求解填料層高度。且本設(shè)計(jì)中PC吸收CO2屬高濃度氣體的吸收。有效比表面積αWαWαt式中，αW、αt——單位體積填料層的潤(rùn)濕表面及比表面積，m2/m3；σ、σC——液體的表面張力及填料材質(zhì)的臨界表面張力，N/m2；LG——液相的質(zhì)量流率，kg/(m2·s)。本設(shè)計(jì)中σC=75mN/m2，σ=41.457mN/m2，αt=103m-1LG代入相關(guān)數(shù)據(jù)整理得αW=103-103×exp-0.85921×LG0.4填料層高度和塔高液相傳質(zhì)系數(shù)kL將有關(guān)參數(shù)值μL=0.002205Pa·s，ρL=1191.1kg/m3，g=9.81kg/(m2·s)，ψ=1.45及液相擴(kuò)散系數(shù)DL=1.16137×10-9m2/s代入上式并整理可得kL(4-17)校正后k(4-18)kx(4-19)且有kx∴總傳質(zhì)單元度HOL(4-20)總傳質(zhì)單數(shù)NOL=x2x1dxx填料層高度Z=NOL×HOL優(yōu)化后14.778m塔高h(yuǎn)0通過(guò)優(yōu)化得到NOL=10.625，h0=11.353m。第五節(jié)費(fèi)用的計(jì)算系統(tǒng)的年總費(fèi)用J=J（5-1）式中J1——吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用；J2——填料年折舊費(fèi)用；J3——離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用；J4——風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用；J5——吸收劑費(fèi)用。以上各費(fèi)用的單位均為元/a。一、吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用（5-2）式中Fm——材質(zhì)因子，無(wú)因次，其值見(jiàn)表5-1；WS——吸收塔塔體質(zhì)量，kg；D——吸收塔塔內(nèi)徑，m；Lt——吸收塔的切線長(zhǎng)度，m；取Lt=1.5h0Fc——設(shè)備年折舊率，取1/3；Me——匯率，Me=6.8273元/美元（2010年05月14日數(shù)據(jù)）WS可以按照以下公式計(jì)算WS=πDL式中TS——吸收塔的塔壁厚度，m；一般取TS≈5mm；ρ——吸收塔的材料密度，kg/m3；若為碳鋼，則ρ=7860kg/m3；該式計(jì)算范圍為：塔體質(zhì)量為1930～445000kg，直徑在0.91～6.4m，Lt為8.23～12.19m。表5-SEQ表格\*ARABIC1材質(zhì)因子Fm材料種類碳鋼不銹鋼Cr18Ni12Mo220CB-3鎳200蒙乃爾合金400Inconel600Incoloy825鈦鋼不銹鋼18-8Fm12.13.25.43.63.93.77.71.7將Fm=1，F(xiàn)c=1/3，Me=6.8273代入式（5-2）并整理得J（5-4）再將Ts=0.005m，ρ=7860kg/m3代入式（5-3）并整理得WS其中Lt=1.5J二、吸收塔填料年折舊費(fèi)用J2=π4·式中h0——吸收塔填料層高度，m；Cpa——填料單價(jià)，元/m3。取6000元/m3將有關(guān)參數(shù)值Cpa=6000，F(xiàn)c=1/3代入式（5-7）并整理得J2三、離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用J3=Fc·10式中b0、b1、b2、b3——分別為離心泵的經(jīng)驗(yàn)回歸系數(shù)，無(wú)因次；fb——離心泵的校正系數(shù)，無(wú)因次；Nb——離心泵的軸功率，kW；Cpe——電價(jià)，0.52元/(kW·h)；θ——離心泵年操作時(shí)間，h/a。取300×24=7200h/a不同離心泵回歸系數(shù)和校正系數(shù)見(jiàn)表5-2表5-SEQ表格\*ARABIC2一般離心泵的回歸系數(shù)及適用范圍序號(hào)型式回歸系數(shù)校正系數(shù)f適用范圍bbbbf1f2軸功率/kW比轉(zhuǎn)數(shù)1碳鋼單級(jí)2.577900.3737-0.039971.01.01.01.00.91.15~5005~5005~500120~270小于120大于270將Fc=1/3，b0=2.5779，b1=0，b3=0.3737，b3=-0.03997，fb=1.10，Cpe=0.52，θ=7200代入式（5-9）并整理得J3=0.36667×J離心泵的軸功率可按下式計(jì)算Nb=QHρL式中Q——吸收液的體積流量，m3/s；ηb——離心泵的效率；取0.85H——離心泵的揚(yáng)程，m；ρL——吸收液的密度，kg/m3；g——重力加速度，g=9.81kg/(m2·s)。將ρL=1191.1kg/m3，g=9.81kg/(m2·s)，ηb=0.85代入式（5-11）并整理得Nb其中Q=L離心泵揚(yáng)程可用下式計(jì)算H=?Z+λl+leuL2式中ΔZ——離心泵升揚(yáng)高度，為填料層高度h0與位高余量（由用戶估算）之和，m，取ΔZ=2h0；λ——送液管道的摩擦系數(shù)，無(wú)因次；l——送液管道的總長(zhǎng)度，等于填料層高度h0與管長(zhǎng)余量（由用戶估算）之和，m，取l=h0；Σle——送液管道的總阻力當(dāng)量長(zhǎng)度，m，按兩個(gè)閘閥兩個(gè)90°彎頭計(jì)；d——送液管道的管徑，m；取0.15muL——吸收液在輸液管內(nèi)的流速，m/s。代入相關(guān)數(shù)據(jù)并整理得H=2huL其中送液管道的摩擦系數(shù)λ可以根據(jù)下式計(jì)算λ=0.1ed+68Re式中e——管材壁面粗糙度，m，不同管材取值見(jiàn)表5-3；取0.15mmRe——雷諾數(shù)，無(wú)因次，Re=duLρRe=dλ=0.1×0.000150.15+68R表5-SEQ表格\*ARABIC3各種新管材壁面粗糙度的約值材料e/mm鋼或熟鐵0.05~0.2表5-SEQ表格\*ARABIC4管件和閥門的阻力系數(shù)及當(dāng)量長(zhǎng)度數(shù)據(jù)名稱阻力系數(shù)ζ當(dāng)量長(zhǎng)度與管徑之比le/d名稱阻力系數(shù)ζ當(dāng)量長(zhǎng)度與管徑之比le/d彎頭，45彎頭，90三通回彎頭管接頭活接頭閘閥全開(kāi)半開(kāi)0.350.7511.50.040.040.174.517355075229225標(biāo)準(zhǔn)閥全開(kāi)半開(kāi)角閥，全開(kāi)止逆閥球式搖板式水表，盤(pán)式6.09.52.070.02.07.03004751003500100350四、風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用J4=af·式中af、bf——風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)回歸系數(shù)，無(wú)因次；ff——風(fēng)機(jī)型式或材質(zhì)校正系數(shù)，無(wú)因次；fc——折舊率，取1/3；Δp——風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；Vf——?dú)怏w的體積流量，m3/h，VfNf——風(fēng)機(jī)的軸功率，kW。風(fēng)機(jī)的軸功率按下式計(jì)算Nf=Vf×?p式中，ηf——風(fēng)機(jī)的效率。取0.75。序號(hào)型式回歸系數(shù)適用范圍備注afbf風(fēng)壓×風(fēng)量轉(zhuǎn)數(shù)/（r/min）3.672×10634-62-114005708500.300.250.410.24~7.50.034~4.54.5~30290014501450防爆校正系數(shù)ff3.74.44.4風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓Δp包括氣體通過(guò)吸收塔填料層的壓降ΔpT、通過(guò)液體噴淋裝置和液體再分布器的壓降、通過(guò)填料支承板的壓降、通過(guò)除沫器的壓降以及氣體入塔、出塔的局部壓降，其中ΔpT是主要組成部分。?pT=691.908×G'фф=0.24985×ρG0.0750.5(5式中G’——?dú)怏w的質(zhì)量流量，kg/(m2·s)；ρG——?dú)怏w的密度，kg/m3。由于氣體通過(guò)其他裝置的壓降不易求得，可以近似認(rèn)為?p=φ×?pT，綜上，可得JN?(5-24)J五、吸收劑費(fèi)用J5=CpwL0式中L0——吸收劑用量，kg；L1——吸收劑損失量，kg；Cpw——吸收劑的價(jià)格，元/kg。取9.2元/kgL再求解損失量L1合成氨的轉(zhuǎn)化率為ω=29.13%，PC的損耗量L損=2kg/tNH3。原料氣中VN2=55000×15%=8250Nm3/h=8250×7200=59400000Nm3/a氮?dú)廪D(zhuǎn)化量V氨合成量mPC損耗量L∴J=8608.4873×（5-26）J綜合以上5類費(fèi)用可得總費(fèi)用，J=Ji優(yōu)化后得到J1=67575.06元J2=126834.81元J3=2696093.22元J4=22882.67元J5=1178351.26元J=4091737.02元（附：k=1.110000,L=2.731521,D=2.674688,Nol=10.222486,H=10.956693j1=66508.111133,j2=123124.828423,j3=2724503.413693,j4=22032.480960,j5=1158019.302398,,J=4094188.136607）第六節(jié)校核一、塔直徑與塔中填料直徑之比塔直徑與塔中填料直徑之比：D二、液體噴淋密度最小噴淋密度：U其中：LW,min：最小潤(rùn)濕速率，LW,min=0.12m3/(m·h)；at：填料的比表面，m2/m3；代入數(shù)據(jù)得：U實(shí)際噴淋密度：U=比較可知：三、強(qiáng)度校核㈠筒體材料的厚度計(jì)算選用低合金鋼20R查相關(guān)的數(shù)據(jù)得出：在32℃下，此鋼材的許用應(yīng)力[σ]t=133MPa。采用帶墊板的單面對(duì)接焊縫，局部無(wú)損傷，故焊縫系數(shù)5考慮到單面腐蝕，（認(rèn)為腐蝕速度為0.15mm/a），腐蝕余量C2=1.0mm，鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm。由相應(yīng)的計(jì)算公式得δ名義厚度：δn=36mmC1=0.8mm圓整值：?i=有效厚度：δ封頭厚度的計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭（a=2b），厚度：δ名義厚度：δn=36mm㈢塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定計(jì)算：（1）填料層高度：Z=17.734（2）塔的高度：h㈣質(zhì)量載荷計(jì)算：(1)、塔體與裙座的質(zhì)量：m(2)、人孔，法蘭，接管等附件的質(zhì)量：m(3)、內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量：m(4)、保溫層材料(厚度為100mm)的質(zhì)量(ρ保溫=500kg/m3)：m(5)、扶梯，平臺(tái)的質(zhì)量:m(6)、操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量:m(7)、充水質(zhì)量(32℃時(shí)ρH2O=995kg/m3):m(8)、塔器操作質(zhì)量：m(9)、塔器的最大質(zhì)量：m(10)、塔器的最小質(zhì)量：m㈤塔體的風(fēng)載荷和風(fēng)力矩：(1)、風(fēng)力矩的計(jì)算公式PK1=0.7風(fēng)振系數(shù)K2i=1.7查得合肥地區(qū)的基本風(fēng)壓值 塔段項(xiàng)目1234塔段長(zhǎng)度/m0～55～1010～1515～17.734基本風(fēng)壓/pa300高度變化系數(shù)0.801.001.141.25空氣動(dòng)力系數(shù)0.7風(fēng)振系數(shù)1.7扶梯附加寬度/mm400操作平臺(tái)附加寬度/mm350塔設(shè)備計(jì)算段有效直徑/mm3786風(fēng)載荷5406.416758.017704.134619.10、總彎矩的計(jì)算：則由圖計(jì)算每一段的總彎矩得：圖中(0-0)截面的風(fēng)彎矩：M圖中QUOTE(1-1)截面的風(fēng)彎矩M圖中QUOTE(2-2)截面的風(fēng)彎矩：M圖中（3-3）截面的風(fēng)彎矩：M(3)、塔的自振周期計(jì)算：T(4)、地震載荷計(jì)算查得：地震影響系數(shù)：α結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)，h0Di㈥塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核：(1)、塔體危險(xiǎn)截面的軸向應(yīng)力計(jì)算：最大彎矩引起的軸向應(yīng)力：取風(fēng)彎矩和地震彎矩較大來(lái)算651641.1(2)、塔體危險(xiǎn)截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性計(jì)算：該截面上的最大軸向壓縮應(yīng)力發(fā)生在空塔時(shí)：（式中：QUOTE）由于，K——組合系數(shù)；K=1.2因此，塔體危險(xiǎn)截面(1-1)滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。塔底截面(1-1)抗拉強(qiáng)度的校核：塔底截面（1-1）的最大拉應(yīng)力:由上可得，該截面滿足抗拉強(qiáng)度要求。由以上的各項(xiàng)計(jì)算可知，在各種不同危險(xiǎn)情況下，塔體壁厚?。嚎梢詽M足整個(gè)塔體的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性的要求。㈦裙座的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算、校核：裙座底部0-0截面的軸向應(yīng)力計(jì)算：抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算：K——組合系數(shù)；K=1.2因此，裙座底部0-0截面滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性條件裙座焊縫強(qiáng)度校核。㈧水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算：(1)、水壓試驗(yàn)時(shí)塔體QUOTE截面的強(qiáng)度校核：QUOTE所以，筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。(2)、水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定要求：由于QUOTE，所以，裙座底部0-0截面強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性能滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的要求。㈨基礎(chǔ)環(huán)板的設(shè)計(jì)：(1)、基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定：外徑：內(nèi)徑：(2)、基礎(chǔ)環(huán)板厚度的設(shè)計(jì)：由于該塔較高，塔底裙座采用加筋結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)板采用40個(gè)均勻分布的地腳螺栓固定，取筋板的厚度為50mm，則基礎(chǔ)環(huán)上筋板間的距離為：基礎(chǔ)環(huán)的外伸寬度：兩筋板間的基礎(chǔ)環(huán)部分的長(zhǎng)寬比：查矩形板力矩計(jì)算表，得出：基礎(chǔ)環(huán)板采用Q235—A鋼，則其厚度為：取㈩地腳螺栓的設(shè)計(jì)：計(jì)算塔設(shè)備作用在迎風(fēng)面?zhèn)然A(chǔ)上的最小應(yīng)力，根據(jù)以下式子：由于設(shè)備不會(huì)傾倒，所以不必采用地價(jià)地腳螺栓予以固定。第七節(jié)小結(jié)本次化工原理課程設(shè)計(jì)，我們小組的任務(wù)是對(duì)碳酸丙烯酯（PC）吸收合成氨原料氣中二氧化碳（CO2）的脫碳過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)。在為期三周的時(shí)間里，在老師的帶領(lǐng)和幫助、我們小組的團(tuán)隊(duì)合作下，終于圓滿地完成了任務(wù)。第一周剛開(kāi)始，主要是查找有關(guān)二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度平衡數(shù)據(jù)資料，并進(jìn)行計(jì)算和擬合，最終得到平衡曲線和平衡方程；然后根據(jù)化工原理上所學(xué)知識(shí)，得到操作線方程；再根據(jù)所查資料上的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)其他參數(shù)進(jìn)行初步計(jì)算，得到一系列單關(guān)聯(lián)式。當(dāng)然還有畫(huà)圖。第二周是進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)第一周的成果進(jìn)行整理、編程和反饋計(jì)算，并最終得到合理的優(yōu)化結(jié)果。這一周還完成了流程圖的繪制。第三周是校核驗(yàn)算，主要是對(duì)強(qiáng)度、風(fēng)載、地震等因素的校核。這一周還包括裝配圖的繪制、寫(xiě)說(shuō)明書(shū)和答辯?？偟膩?lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)主要的計(jì)算和寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，也參與資料的查找，我們組長(zhǎng)負(fù)責(zé)autoCAD畫(huà)圖，另一組員負(fù)責(zé)資料查詢和輔助計(jì)算，分工還是比較合理的。同時(shí)本次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，首先，它讓我更加深刻地認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性和必要性，因?yàn)橐粋€(gè)人的精力和能力是有限的，只有互相幫助和互相學(xué)習(xí)才有共同的提高。其次它讓我懂得了對(duì)待學(xué)習(xí)、工作應(yīng)該有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，尤其有化工行業(yè)中，注意細(xì)節(jié)，也許就是決定成敗的關(guān)鍵。最后，感謝劉雪霆老師和吳翠明老師這三個(gè)星期以來(lái)對(duì)我們給予的幫助和支持！第八節(jié)優(yōu)化程序與運(yùn)行結(jié)果優(yōu)化程序：#include"stdio.h"#include"math.h"voidmain(){doublel,Wl,d,uf,aw,kl,kxa,hol,ho,ws,lt,nb,j,j1,j2,j3,j4,j5;doubley,x,xe,k,n,X,Y,Nol,m,x1,X1; doubleul,re,xy,h,q,p1,nf;for(k=1.00;k<=2.00;k=k+0.01){n=k*5.15433;X1=0.08245/k+0.00002;x1=X1/(1+X1);Nol=0.0; for(x=0.00002;x<=x1;x=x+0.00001) { X=x/(1-x); Y=n*X-0.0001031*k+0.00604; y=Y/(1+Y); xe=(3.9382-sqrt(15.50942-0.0776*y))/0.0388; m=0.00001/(xe-x); Nol=Nol+m; } l=2.46083*k; uf=pow(10,(0.36568-1.09158*pow(k,0.25))); d=1.12175*sqrt(1/uf); Wl=129.98502*l/(d*d); aw=103-103*exp(-0.85921*pow(Wl,0.4)); kl=0.0004283*pow(Wl/aw,(2/3)); kxa=12.54659*kl*(aw); hol=1.27323955*l/(kxa*d*d); ho=1.2*hol*Nol; lt=ho*1.5; ws=123.46459*d*(lt+0.8116*d); j1=2.27577*(exp(6.488+0.21887*log(ws)+0.02297*log(ws)*log(ws))+1017*pow(d,0.7396)*pow((lt),0.206841)); j2=1570.79633*ho*d*d; ul=4.85023*l; re=81027.211*ul; xy=0.1*pow(0.001+68/re,0.23); h=2*hol+(hol+13.2)*xy*ul*ul/2.943+205.39696; q=0.08571*l; nb=13.74670*q*h; j3=0.36667*pow(10,2.5779+0.3737*log10(nb)*log10(nb)-0.03997*log10(nb)*log10(nb)*log10(nb))+3744*nb; p1=2203.74472*pow(d,-1.6)*ho; nf=0.00106*p1; j4=66.29841*pow((p1),0.41)+3744*nf; j5=8608.4873*d*d*ho+483254.2157; j=j1+j2+j3+j4+j5; printf("k=%fD=%fNol=%fH=%fJ=%f\n",k,d,Nol,ho,j);}}運(yùn)行結(jié)果：k=1.000000D=2.587296Nol=24.294574H=25.097525J=4763944.065956k=1.010000D=2.595407Nol=19.395619H=20.108579J=4438125.952703k=1.020000D=2.603483Nol=17.118723H=17.810808J=4305333.708501k=1.030000D=2.611525Nol=15.601983H=16.289413J=4227953.271015k=1.040000D=2.619534Nol=14.461316H=15.150472J=4177767.984979k=1.050000D=2.627509Nol=13.547744H=14.241567J=4143895.137127k=1.060000D=2.635451Nol=12.787150H=13.487056J=4120951.493386k=1.070000D=2.643361Nol=12.139052H=12.845806J=4106030.035636k=1.080000D=2.651239Nol=11.572430H=12.286136J=4096868.153587k=1.090000D=2.659086Nol=11.073211H=11.793967J=4092496.897264k=1.100000D=2.666902Nol=10.625291H=11.352837J=4091737.018263k=1.110000D=2.674688Nol=10.222486H=10.956693J=4094188.136607k=1.120000D=2.682444Nol=9.854908H=10.595402J=4099119.674869k=1.130000D=2.690170Nol=9.519730H=10.266304J=4106370.645812k=1.140000D=2.697867Nol=9.210179H=9.962432J=4115434.020888k=1.150000D=2.705536Nol=8.924015H=9.681639J=4126173.993611k=1.160000D=2.713176Nol=8.658375H=9.421066J=4138393.705268k=1.170000D=2.720789Nol=8.410885H=9.178347J=4151930.926096k=1.180000D=2.728374Nol=8.179557H=8.951506J=4166650.446076k=1.190000D=2.735932Nol=7.962707H=8.738870J=4182438.451319k=1.200000D=2.743463Nol=7.758078H=8.538113J=4199124.494532k=1.210000D=2.750967Nol=7.566105H=8.349847J=4216775.765184k=1.220000D=2.758446Nol=7.384101H=8.171236J=4235175.260878k=1.230000D=2.765899Nol=7.211212H=8.001440J=4254266.912285k=1.240000D=2.773327Nol=7.048098H=7.841291J=4274133.023089k=1.250000D=2.780729Nol=6.892587H=7.688470J=4294592.418776k=1.260000D=2.788107Nol=6.744758H=7.543149J=4315670.207813k=1.270000D=2.795461Nol=6.604032H=7.404757J=4337328.931543k=1.280000D=2.802790Nol=6.469264H=7.272084J=4359475.305463k=1.290000D=2.810096Nol=6.340648H=7.145411J=4382142.078934k=1.300000D=2.817378Nol=6.217168H=7.023656J=4405244.746125k=1.310000D=2.824637Nol=6.099067H=6.907147J=4428819.159191k=1.320000D=2.831873Nol=5.985996H=6.795543J=4452843.587045k=1.330000D=2.839087Nol=5.877637H=6.688538J=4477298.451616k=1.340000D=2.846278Nol=5.773165H=6.585234J=4502111.940038k=1.350000D=2.853447Nol=5.672348H=6.485411J=4527270.362851k=1.360000D=2.860595Nol=5.575496H=6.389460J=4552813.871386k=1.370000D=2.867720Nol=5.482382H=6.297161J=4578729.020016k=1.380000D=2.874825Nol=5.392303H=6.207742J=4604952.260289k=1.390000D=2.881908Nol=5.305585H=6.121610J=4631524.964911k=1.400000D=2.888971Nol=5.221570H=6.038040J=4658386.713854k=1.410000D=2.896013Nol=5.140592H=5.957444J=4685579.334380k=1.420000D=2.903034Nol=5.062034H=5.879138J=4713045.049831k=1.430000D=2.910036Nol=4.986233H=5.803536J=4740825.973705k=1.440000D=2.917018Nol=4.912608H=5.729989J=4768866.582359k=1.450000D=2.923980Nol=4.841496H=5.658914J=4797209.153537k=1.460000D=2.930922Nol=4.772348H=5.589690J=4825800.098793k=1.470000D=2.937846Nol=4.705073H=5.522232J=4854634.829070k=1.480000D=2.944750Nol=4.640011H=5.456956J=4883755.681314k=1.490000D=2.951636Nol=4.577064H=5.393771J=4913157.694226k=1.500000D=2.958503Nol=4.515732H=5.332104J=4942790.409505k=1.510000D=2.965352Nol=4.455947H=5.271891J=4972650.577753k=1.520000D=2.972182Nol=4.398044H=5.213545J=5002780.480946k=1.530000D=2.978994Nol=4.341553H=5.156524J=5033131.490017k=1.540000D=2.985789Nol=4.286415H=5.100775J=5063701.081786k=1.550000D=2.992566Nol=4.232964H=5.046705J=5094531.402103k=1.560000D=2.999326Nol=4.180753H=4.993799J=5125575.336609k=1.570000D=3.006068Nol=4.130112H=4.942461J=5156874.936868k=1.580000D=3.012793Nol=4.080609H=4.892191J=5188383.967708k=1.590000D=3.019501Nol=4.032204H=4.842948J=5220100.810999k=1.600000D=3.026193Nol=3.985219H=4.795133J=5252067.345738k=1.610000D=3.032868Nol=3.939245H=4.748263J=5284238.461403k=1.620000D=3.039527Nol=3.894246H=4.702305J=5316612.938218k=1.630000D=3.046169Nol=3.850539H=4.657653J=5349232.481460k=1.640000D=3.052795Nol=3.807733H=4.613843J=5382052.929400k=1.650000D=3.059406Nol=3.765796H=4.570846J=5415073.386786k=1.660000D=3.066000Nol=3.725042H=4.529051J=5448335.391465k=1.670000D=3.072579Nol=3.685094H=4.488009J=5481795.585755k=1.680000D=3.079143Nol=3.645925H=4.447695J=5515453.341067k=1.690000D=3.085691Nol=3.607843H=4.408493J=5549350.038575k=1.700000D=3.092224Nol=3.570485H=4.369966J=5583443.004400k=1.710000D=3.098742Nol=3.533828H=4.332093J=5617731.830800k=1.720000D=3.105245Nol=3.498175H=4.295254J=5652257.755510k=1.730000D=3.111734Nol=3.462851H=4.258626J=5686937.206916k=1.740000D=3.118207Nol=3.428485H=4.222988J=5721853.023303k=1.750000D=3.124667Nol=3.395049H=4.188314J=5757004.729453k=1.760000D=3.131112Nol=3.361889H=4.153800J=5792309.534949k=1.770000D=3.137543Nol=3.329618H=4.120213J=5827849.847439k=1.780000D=3.143959Nol=3.297902H=4.087144J=5863584.352439k=1.790000D=3.150362Nol=3.267035H=4.054960J=5899554.013851k=1.800000D=3.156751Nol=3.236381H=4.022881J=5935676.901988k=1.810000D=3.163127Nol=3.206540H=3.991655J=5972034.941455k=1.820000D=3.169488Nol=3.177189H=3.960887J=6008587.308028k=1.830000D=3.175837Nol=3.148616H=3.930939J=6045374.849048k=1.840000D=3.182172Nol=3.120204H=3.901047J=6082316.323767k=1.850000D=3.188493Nol=3.092540H=3.871947J=6119493.274469k=1.860000D=3.194802Nol=3.065311H=3.843253J=6156865.269921k=1.870000D=3.201098Nol=3.038506H=3.814954J=6194432.591246k=1.880000D=3.207381Nol=3.012404H=3.787406J=6232235.980497k=1.890000D=3.213651Nol=2.986412H=3.759866J=6270194.852660k=1.900000D=3.219908Nol=2.961098H=3.733053J=6308390.397076k=1.910000D=3.226153Nol=2.936162H=3.706593J=6346782.557113k=1.920000D=3.232386Nol=2.911877H=3.680836J=6385412.025268k=1.930000D=3.238606Nol=2.887667H=3.655054J=6424198.607525k=1.940000D=3.244814Nol=2.864088H=3.629954J=6463223.300718k=1.950000D=3.251009Nol=2.840846H=3.605170J=6502446.275057k=1.960000D=3.257193Nol=2.817935H=3.580695J=6541868.009177k=1.970000D=3.263365Nol=2.795346H=3.556521J=6581488.996867k=1.980000D=3.269525Nol=2.773346H=3.532990J=6621349.901169k=1.990000D=3.275673Nol=2.751650H=3.509744J=6661411.061374Pressanykeytocontinue符號(hào)說(shuō)明符號(hào)意義及單位ABain-Hougen公式中的常數(shù)αf風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)回歸公式中的常數(shù)αt單位體積填料層的濕潤(rùn)比表面，m2/m3αw單位體積填料層的濕潤(rùn)表面，m2/m3b0，b1，b2，b3離心泵的經(jīng)驗(yàn)回歸公式中常數(shù)bf風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)回歸公式中的常數(shù)Cpa填料單價(jià)，元/m2Cpe電價(jià)，元/（kW·h）Cpw吸收劑的價(jià)格，元/kgDLCO2在液相中的平均擴(kuò)散系數(shù)，m2/sD塔徑，md送液管道的管徑，me管材壁面粗糙度，mmFc設(shè)備年折舊率Fm材質(zhì)因子fb離心泵的校正系數(shù)ff風(fēng)機(jī)形式或材質(zhì)校正系數(shù)G’氣體的質(zhì)量流量，㎏/(m2·s)GB通過(guò)吸收塔的惰性氣體流量，kmol(B)/sg