脱硫塔的设计计算

脱硫塔的设计计算 . 5. 设备计算及选型 选塔体材料为Q235-B 5.1 脱硫塔的设计计算 脱硫吸收塔采用填料塔，填料为50×30×1.5聚丙烯鲍尔环，公称直径为 , 2350cm，空隙率为ε=0.927，比表面积为α=114.m/m,采用乱堆的方式。 5.1.1 塔径计算 泛点气速法 泛点气速是填料塔操作气速上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。 对于散装填料，其泛点率的经验值为 u/u=0.5 ~ 0.85 F 霍根关联式计算: 填料的泛点气速可由贝恩 — 2,,11uaLggF0.284,AK lg，，，,,()()3g,G,,LL 式中 u—— 泛点气速，m/s ; F 2 g —— 重力加速度，9.81m/s; 23 —— 填料总比表面积，m/m; a 33 ε —— 填料层空隙率，m/m ; 3 ρ 、ρ—— 气相、液相密度，kg/m ; gL μ —— 液体粘度，mPa?S ;μ=0.837 mPa?S L、G —— 液相、气相的质量流量，kg/h ; A、K —— 关联常数，与填料的形状及材料有关。查下表得出A=0.204，K=1.75。 表3.2.1不同类型填料的A、K值 散装填料类型 A K 规整填料类型 A K 塑料鲍尔环 0.0942 1.75 金属阶梯环 0.106 1.75 金属鲍尔环 0.1 1.75 瓷矩鞍 0.176 1.75 塑料阶梯环 0.204 1.75 金属环矩鞍 0.06225 1.75 . . ,1111L711.7，1044.030.869g 8484其中，,0.204,1.75，()，()AK,()()0.869，911261044.03G,L ,,1.0583 3,,1.10583g,10，g，， ,aL因此， u,F0.2 u 30.9271044.031.10583,10，9.81，，1140.869所以 u,,2.575msF0.20.873取泛点率为0.5，则 u,0.68u,1.751msF 根据操作态的每小时气体处理量算出塔径D，m D,4V/ u,s 式中:D——吸收塔直径，m; 3 V——气体的体积流量，m/s S 4，91126,4.2902mD= 3600，π，1.751 圆整后D取4.3m 壁厚的计算 t, Q235-B当在3-4mm的范围内时，操作压力,,,,113MPa 3P,,gh,990.2kg/，9.8N/kg，12m,117.388kpa，设计压力为:cm p,1.1p,129.126kpa,0.1293Kpa， 选取双面焊无损检测的比例为全部，所以c ,,1 pD0.12934300，,CCCC,，，,，，计算壁厚: ，取1212dt211310.1293，，,,,2,,p, ,1,0.2， CC21 ,,4mm,,2.46，0.2，1,`3.66mm所以圆整后取. nd . . 5.4强度校核 求水压试验时的应力。因为Q235-B的屈服极限，所以,,235MPas ,,(，)pD,,'TepP,1.25,， ， ， ,0.9,,,0.9，1，235,211.5MPaTtts2,,,,e ,,,,C,4,(1，0.2),2.8en 0.1293，(4300，2.8) ,,,99.35MPaT2，2.8 ,,,,0.9Ts 水压试验满足要求。 4.6封头的设计 封头又称端盖，按其形状可分为凸形封头、锥形封头和平板型封头3类。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。锥形封头分为无折边与折边两种。平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构。 4.6.1封头的选择 从工艺操作 考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头形状。但由定性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可知:半球形封头受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用;碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头;标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。 4.6.2封头材料的选择 封头材料的选择:Q235-B 4.6.3 封头的高 DD,2h,,1075mm 因为长轴:短轴=2 即: 所以 ih42i D 其中 ——吸收塔的内径 h ——封头的高 i 直边高度为: (查JB/T4337-95可知) h,50mm2 . . 4.6.4封头的壁厚 计算壁厚:对于标准椭圆封头，K=1取封头是由整块钢板冲压而成，所,,1 pD0.1293，4300,,，C，C,，1，0.2,3.66以圆整后取12dt2，113,0.5，0.1293,,,,2,0.5p ,,4mmn 4.6.5 强度校核 pD，,，，Tie0.9,,,, 校核筒体与封头水压试验强度，根据式 式中 Ts2,e ,,,,C,4,(1，0.2),2.8 en ,(，)pDTe, , t2,e ,,,'pP,1.25Tt,,, 0.1293，(4300，2.8),,,99.35MPa ， ,,235MPaTs2，2.8 ,0.9, 满足条件 ,,Ts 且 ,,,,C,4,(1，0.2),2.8en ,,0.9,D,，0.15%,4300，0.15%，0.9,5.805mm Ts ,，0.15% 所以满足条件。 ,Ds 5.1.2 填料高度计算 (a)吸收过程传质系数K计算 G 1.30.1-0.01K=AWNaB G 2式中:K——传质系数，Kg /(m?h?atm); A——经验数，取A=20; G + W——吸收塔操作气速，m/s; Na——溶液中Na含量，g/L; 3 B——吸收过程液气比，L/m。 46，523，50.66471.30.1,0.012K,20，1.820，(，)，(),60.4072kgm.h.atm G1068491126(b)计算吸收过程平均推动力ΔPM, atm . . **,,,(PP)(PP)1122,, PM*，，,(PP)11ln*,,,PP22，， 式中:P——吸收塔入口气相HS分压，atm; 12 P——吸收塔出口气相HS分压，atm; 22 -4 P =(64.79/34)/(91126/18.1)×1.25=4.7312×10 atm 1 -7P =(0.137/34)/(91126/18.1)×1.25=1.0004×10atm 2 P*，P*——吸收塔入、出口HS分压，atm，溶液中HS含量很低，1222 可以忽略， P* = P* =0。 12 ,4,64.7312，10,1.0004，10,5 ,PM,,7.6656，10,4，，4.7312，10ln,,,61.0004，10，， 2(c)计算传质面积FP，m G1 FP, K，,PMG 式中:G—— HS脱除量，Kg/h; 12 2 K——传质系数，Kg /(m?h?atm); G ΔPM——吸收过程平均推动力，atm。 64.6532FP,,13962.199m ,560.4072，7.6656，10 (d) 根据以上数据计算出填料高度 FPHP, 20.785D，a 式中 a——填料比表面面积 13962.199HP,,8.4381m 20.785，4.3，114 约为8.5m ,分两段填料。上段4m ，下段4.5m 。 5.1.3 液体分布器 采用莲蓬头式喷淋器。选此装置的目的是能使填料表面很好的湿润，结构简单， 制造与维修方便，喷晒比较均匀，安装简单。 (1)小孔个数n的确定: ,流量系数取0.82~0.85，本次设去0.84，推动力液柱高度H取0.06m。 . . 则小孔液体流速 w,,2gh,0.84，2，9.81，0.06,0.9113m/s L711.73t小孔输液能力 Q,,,0.1977m/s36003600 由 得， Q,,fw Q0.19773小孔的总面积为 f,,,0.2583m,w0.84，0.9113 fw0.2583，0.9113所以，小孔个数，即为2998个孔。 n,,,2997.063ππ22d，0.0144 式中，d——小孔直径，一般取4~10mm,视介质污洁而异，本次设计取10mm。 (2)喷晒器离球面中心到填料表面距离计算 h,0.5D莲蓬头安装离填料表面的距离一般为(0.5~1)D，本次设计去, h,0.5D,0.5，4.3,2.15m则， 11Dd~D (3)莲蓬头直径范围为，取=0.86m 莲55 (4)喷夹弯曲半径R的确定 取R=0.3D 则R=0.3D=0.34.3=1.92m ， 5.1.4 液体再分布器 液体在乱堆填料层内向下流动时，有偏向塔壁流动现象，偏流往往造成塔中心的填料不被润湿。为将流动塔壁处的液体重新汇集饼引向塔中央区域，可在填料层内每隔一定高度设置液体再分配器。在液体再分配器中，分配锥最简单。本设计采用分配锥分配器。 ’’(1) 截锥小头直径一般为D(0.7,0.8)D，取D=0.75D=3.225m (2) 液体再分配器高度h (D,D')(4.3,3.225),,,0.6406h ,2tan2，tan40: 5.1.5填料支撑板的选择 本次设计选用分块式开孔波形板。 这种支撑板的波形结构承载能力好，空隙率大。在波形内增设加强板，可提. . 高支撑板的刚度。 表5-1 支撑架尺寸(采用不锈钢) 塔径/(mm) 圈外径/(mm) 圈内径/(mm) 厚度/(mm) 4300 4295 4255 6 5.1.6 塔底设计 溶液在釜内停留15min，装料系统取0.5 塔底高(h):塔径(d)=2:1 塔底料液量 33 L=L=711.7m/h=0.1977 m/s WT 塔底体积 V,L/0.5,0.1977/0.5,0.3954WW 2因为 V=πdh/4， h=2d W 3所以 V=0.5πd W 1/3 20.3954，1/3,,d,,,0.6315 2/，， V,,,W 3.14,, h=2×0.6315=1.227m 5.1.7 塔顶空间高度 塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.2,1.5m，本设计取1.2m。 . . 5.1.8 全塔高度计算 表5-2 填料塔各部分高度列表 单位:mm 封头高度 塔顶 喷头弯曲半径 喷淋高度 填料层高度 1100 1200 1920 2150 8500 再分配器高度 塔釜 支座 640 1227 600 H=1100+1200+1920+2150+8500+640+1227+600=17337mm 5.2喷射再生槽的计算 5.2.1 槽体计算 (a)再生槽直径计算 再生槽直径计算可用下式计算: GAD, 10.75Ai 3232 式中: A——吹风强度，m/(h?m)，取A =70 m/(h?m); ii D——槽体直径，m; 1 3 G——空气量，m/h。 A 而空气量用下式计算: G,L，C,711.7，2.4,1708.08 ATi 3333 式中: C——喷射器抽吸系数，m/ m;取C=2.4 m/ m ii G1708.08AD,,,5.7m 所以有: 10.75A0.75，70i (b)计算再生槽扩大部分直径D，m 2 D=0.4+D21 D=0.4+5.7=6.1m 2 (c)计算再生槽高度HT，m HT= H + H + H123 H ——再生槽有效高度，m; 1 . . H ——喷射器出口到槽底距离，取H =0.5m; 22 H ——扩大部分高度，取H=1.5m; 33 再生槽有效高度H下式计算: 1 L，,TH, 120.785D，601 式中: τ——溶液在再生槽内停留时间，min，一般取τ=13min; 3 L——溶液循环量，m / h; T D——槽体直径，m 1 0.785——/4 , 711.7，13再生槽有效高度H,,6.05m 120.785，5.7，60 再生槽高度HT= 6.05+ 0.5 +1.5=8.05m 5.2.2 喷射器计算 (a)喷嘴计算 喷嘴个数(n)确定: LT,n Li 33 式中:L——每个喷射器溶液量，m/h，取L =40m / h; ii 3 L——溶液循环量，m / h。 T n= 711.7/ 40=17.79 取n=18 喷嘴孔径(d)，m j Li d, j0.785，3600，wj 式中 w——喷嘴处溶液流速，m/s，取w =20 m/s。 jj 40d,,0.027m j0.785，3600，20 (2)喷洒器球面中心到填料表面距离计算 2gr,h,rcot， 222Wsin, Dr,,(75~100)式中r——喷洒圆半径， 2 . . 4300 r,,100,2.05m2 α——喷洒角，即小孔中心线与垂直轴线间的夹角，α?40?，取α=40? W——小孔中液体流速， 4L4，40i W,,,19.42ms223600πd3600，π，0.027j 29.8，2.05 h,2.05cot40:，,2.58m222，19.42sin40: (3) 莲蓬头直径范围为 d,1/5D，取1/5D=0.86m 莲 5.2.3 接管的计算与选择 (a)喷嘴管计算 喷嘴孔径(d)，m j Li d,j0.785，3600，wj 式中 w——喷嘴处溶液流速，m/s，取w =20 m/s。 jj 40d,,0.027m j0.785，3600，20 溶液入口管直径d，m L d =3d Lj d =3×0.027=0.081m=81mm 取Φ89×4热轧无缝钢管; L 喷嘴入口收缩段长度L，m 5 d,dLjL, 5,12tan2 式中 α——喷嘴入口收缩角，通常取α=14? 11 0.081,0.027 L,,0.033m514:2tan2 . . 喷嘴喉管长度L，m 0 通常喷嘴喉管长度取L=3mm。 0 喷嘴总长度L，m L=L+ L 05 L=0.003+ 0.033=0.036m (b)混合管计算 混合管直径(d): m 2 d,1.13，0.785，d，Mmj 式中:M—喷射器形状系数，通常取M=8.5 2d,1.13，0.785，0.027，8.5,0.079m 取Φ89×4热轧无缝钢管 m 混合管长度(L): 3 L= 25d3 m L= 25×0.079=1.957m 3 (c)吸气室计算 空气入口管直径d，mm a G A 18.8d,aw，n2 式中 w——管内空气流速，m/s，取=3.5m/s; 2 3 GA——空气流量，m/h; n——喷嘴个数 1708.08d,18.8，,97.89mm 取Φ108×4热轧无缝钢管 a3.5，18 吸气室直径(d): M 2 d,3.1，d Ma 式中 d——空气入口管直径，mm a 2 取Φ159×4.5热轧无缝钢管 d,3.1，79.89,140.66mmM 吸气室高度L，mm;取L=330mm 11 吸气室收缩管长度L，mm 2 d,dMmL, 2,22tan2 式中 α——吸气室收缩角，通常取30?; 2 . . d，d——分别是吸气室直径和混合管直径。 Mm 159,80 L,,147.42mm230:2tan2 d (d)尾管直径计算() , Li d,18.8ewe 3 式中 L——每个喷射器溶液量，m/h; i w——尾管中流体速度，m/s，通常取we =1m/s e 40d,18.8,118.9mm 取Φ133×4热轧无缝钢管 e1 (e)扩散管长度计算L，mm 4 d,demL, 4,32tan2 式中 α——扩散角，取α=7?; 33 d， d——分别是尾管直径和混合管直径 em 119,80 L,,318.8mm47:2tan2 表5.1 设备计算一览表 脱硫塔的塔径 4.3m 喷嘴孔径 0.027m 2传质面积 13962.199 m 混合管规格 Φ89×4 填料层高度 8.5m 混合管长度 1.975m 再生槽直径 5.7m 空气入口管规格 Φ108×4 再生槽扩大部分直径 6.1m 吸气室规格 Φ159×4.5 再生槽高度 8.05m 尾管规格 Φ133×4 喷嘴个数 18 扩散管长度 0.318m .. . . 附录 7.1清单 表3-5材料清单综合布线系统设备配置清单及报价 . . 7.2平面布置图 .