化工原理课程设计

目录。第一部分：化工原理课程设计。

一．设计题目2

二．设计任务及操作条件2

三．设计方案的确定2

四．填料塔的工艺计算3

五．填料的流体力学验算7

六．填料塔内件的设计和选择8

七．塔的总高计算10

第二部分：化工机械课程设计。

八．塔设备机械设计条件10

九．按设计压力计算塔体和封头壁厚10

一十．塔体质量载荷的计算11

一十一．风载荷与风弯距的计算12

一十二． **载荷和**弯距的计算14

一十三．各种载荷引起的轴向应力的计算15

一十四．塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核17

一十五．塔体水压实验和吊装时的应力校核18

一十六．基础环设计20

一十七．地脚螺栓计算21

一十八．参考文献22

一十九．设计结果的自我总结与体会23

第一部分：化工原理课程设计：

一、设计题目：水吸收nh3的填料塔设计。

二、设计任务及操作条件。

1) 气体处理处理量1400nm3/h

2) 进塔气体含nh3：5%（摩尔比）

3) 操作压强：常压操作。

4) 吸收温度：30℃

5) nh3的**率：90%

6) 建厂地区：唐山。

三、填料吸收塔设计方案的确定。

一）流程布置：

吸收装置的流程布置是指气体和液体进出吸收塔的安排：主要有以下几种方式：

(1)逆流操作；(2)并流操作；(3)吸收剂部分再循环操作等。

逆流操作时平均推动力大，吸收利用率高，分离程度高，完成一定的分离任务所需传质面积小，优于并流操作，工业上多采用逆流操作，本设计用水吸收nh3，故采用逆流操作。

（二）吸收剂的选择：

吸收剂的选择须考虑：(1)溶解度大；(2)选择性好；(3)挥发度低；(4)操作温度下具有较低粘度，不易产生泡沫等，本设计吸收nh3选用水为吸收剂。

（三）吸收操作温度与压强：

该设计的操作温度为30℃（低温），操作压强为常压101.3kpa。

（四）塔填料的选择：

现代工业填料按形状和结构可分为规整型和乱堆型两大类。

1．颗粒形堆料（乱堆填料）

a) 拉西环：是应用最早的一种填料，其结构简单，价廉，可用陶瓷，钢材，硅，有色金属塑料等多种材料制作。

b) 鲍尔环：与拉西环相比，鲍尔环由于环壁开孔，对气流的阻力小，通量大，传质效率高，操作弹力大，可用金属，塑料，陶瓷制造，是目前应用最多的一种填料，但**较拉西环高。

c) 矩鞍填料：矩鞍填料在填料床层中相互重叠部分较弧鞍填料明显少，床层均匀，空隙率大，对气流的阻力较拉西环小，传质效率高，多用陶瓷制作。

d) 阶梯环：阶梯环填料在床层中以点接触为主，床层均匀，空隙率大，气流阻力小，传质效率高，通量较鲍尔环提高10%，压降减少约25%。

e) 金属环矩鞍：它既有类似开孔环形填料的圆形开孔和内伸舌片，又有类似矩鞍填料的侧面，使其侧壁极开放，利于气体通过，内部滞液死角极少，填料层内液体分布状况改善，壁流减少，气流阻力小，通量大，效率提高。

综合考虑以上各种填料形式与经济优势，对于水吸收nh3，选用陶瓷矩鞍环为宜。

2．填料尺寸：

颗粒填料尺寸直接影响塔的操作和设备投资。实践证明，塔径与填料外经尺寸之比（简称径比）有一个限值，各种填料的径比d/d下限为：

拉西环 20-30 （最小不低于8-10）

鲍尔环 10-15 （最小不低与8）

鞍形填料 15 （最小不低与8）

对一定塔径而言，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，需依据填料性能及经济因素定，一般推荐：当塔径≤300mm时，选用25mm的填料；300≤d≤900mm时，选用25-38mm的填料；d≥900mm时，选用50-76mm的填料。

综合以上因素，用水吸收nh3的设计时选用dg=38mm的陶瓷矩鞍填料。

四填料吸收塔的工艺设计。

一）吸收剂（）的用量。

吸收剂用量可以根据过程的物料衡算，依据最小液气比确定。

根据混合气的组成情况可知吸收塔的进出口气相组成如下：,

吸收剂为纯水，所以。

所以，nh3 进出口的摩尔分率组成为：

在30℃时，水的，

y=5%=0.05 y==0.05 p=101.3kpa p=4.8238kpa

查图可得 x=0.0351 x===0.0364 由图可知在x=0.03774时溶解度曲线在直线段内。则 m===1.375

混合气体量。

惰性气体流量。

所以：二）、塔径计算：

依据塔径，

塔底混合气体平均分子量

塔底混合气体流量

吸收液流量

进塔混合气密度。

吸收液的密度按30℃纯水计算：

吸收液粘度。

dg38mm 陶瓷矩鞍填料，查表得，填料因子ф=250m-1，比表面积at=131m2/m3

液相密度校正系数=1

关联图的横坐标值：

由关联图（教材图3-24）查得纵坐标为：

所以操作气速。

塔径，圆整塔径d为500mm

则。校核操作气速。

安全系数：

喷淋密度校核：

依morris等推荐，的环形及其他填料的最小润湿速率。

由式5-14得，最小喷淋密度。

而实际，符合要求。

三）、填料层高度计算：

1．计算传质单元数。

根据物料衡算：其中。则。所以。

所以传质单元数

2．传质单元高度计算，塔内液相及气相物性如下。

气相扩散系数：

液相扩散系数：

气相及液相的流率为：

水在30℃时表面张力。

dg38mm陶瓷矩鞍填料：所以。

所以有效比表面积。

液相及气相的吸收系数如下：

则。由则有则所以。

所以。3．理论填料层高度。

取25%的富余量，所以实际填料层高度。

五填料的流体力学验算

一）. 压降计算

填料层压降计算：

已知于是。

又知查关联图

所以：填料层总压降为。

二）. 持液量的计算

对水的持液量。

其中每个填料的表面积，则。

当量球形填料直径，则：

全塔持液量。

三）. 负荷量的计算

全塔最大负荷量为填料质量加上液泛时最大液体量，已知填料空隙率为，则。

六、填料塔内件的设计和选择。

一）填料上层附件。

1. 液体初始分布器。

1) 材料结构选择。

选用排管多孔式喷洒器，其优点在于喷洒均匀，工作温度不高时，可以采用塑料管，便宜，防腐，重量轻。

2) 布液孔数：选用塑料排管多孔式喷洒器，取布液孔数为50个/m2，则总布液孔数。

3) 液体保持接管高度：取布液孔直径为4mm，得：

其中孔流系数。=k=0.62,所以，液位高度为。

2. 除沫装置。

由于氨具有腐蚀性，则选用丝网除沫器，材料为不锈钢，这中除沫器由金丝网卷制而成，材料ocr18ni19，代号 20 ，标准号 gb/t 4204.的盘状使用。

二）填料塔底下层空间。

1. 塔底液相停留时间按5min考虑，则塔釜液所占空间高度为：

2．气体入塔分布：

设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压降要小和进气分布均匀，入塔气管采用切向进气管，适宜气速10-18m/s，有利于气体分布均匀。

3. 进气管按在最高液面上部，所以填料下层所占空间取。

三）填料支承板和支持图。

1．填料支承板和支承圈。

支承板采用栅板，对于38mm的填料可用75mm的十字环。

塔径d=400~500mm时，栅板由两块组成。栅板的材质用q-235a

对于塔径d=200~600mm的塔栅板能支承的填料层高度h=10d=6m

计算栅条的强度时，假定栅条为一承受均布载荷的两端简支的梁，略去填料对塔壁的摩擦阻力，则作用于栅条上的总载荷为：

其中—填料的重量。

—填料层的持液量。

对于颗粒填料。

h—填料层高度，m

l—栅条长度cm

填料的堆积密度，

t—栅条的间距cm 为塔径。

对于简支梁，最大弯矩为。栅条上的负荷分布是不均匀的，为安全起见，可假定。

q-235a的=375mp

取腐蚀裕量。

设。满足要求。

支承圈的尺寸。

四）填料限制装置。

为保证填料塔在工作状态下填料床层能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时，填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料流失，必须在填料层顶部设置限定装置，此设计采用填料压板。

填料压板采用栅板形填料压板，其间距为0.6-0.8倍填料直径，调料压板质量一般为1100n/m2，则压板质量。

五）手孔及接管选择。

1 手孔选择。

由于氨有腐蚀，所以由表查得应选用带颈平焊法兰手孔，公称直径为，密封面形式为凹凸面（mfm）。由表查得此手孔及法兰标准为： so 150-0.6 mfm 20r。

2 接管选择。

（1）进出气管选择：由于适宜的入塔气速为，则。

进出气管内径。

由表查得应选用公称直径，钢管外径为，壁厚的无缝钢管单位质量为，按操作要求，进气管长度为，其质量为，出气管长度为，其质量为，由表查得与进出气管处相配的连接法兰其标准为：，其质量为。

2)进出液管：液体流量一般为，取，则进出液管直径为：，由表应取公称直径外径为，厚度为的无缝钢管，钢管每米质量为，进液管长度取其质量为，出液管长度取其质量为。

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