合成氨脱碳工段工艺设计

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545 kg/hr 由图表可知：A=B+C F+B=D+G G=H+I 因此物料守恒

1090.11335 1205.37441 3000 3558.13224 879.083677 19639.6646 12393.4957 354397.8 377330.459 61219.2335

2.2热量衡算 物质 A B 50.892522 C 75.438109 D 2.7740238 G 491.03088 H 539.14933 I 96.994725 Enthalpy 125.84459MMkcal/hr 由图表可知：A=B+C F+B=D+G G=H+I 因此热量守恒

三．吸收塔和解吸塔的结构设计

3.1确定吸收塔塔径及相关参数 3.1.1求取泛点气速和操作气速

已知量：入塔气： V1=213900 Nm3/h=192968kg/h，ρG1=22.45kg/m3 ， M1=20.208，30℃

3

出塔气： V2=151700 Nm/h=74427 kg/h， ρG2=11.99 kg/m3，M2=10.99，30℃

出塔液： L1=4459560+117552+1476=4578590kg/h，ρL1=1187kg/m3 ， Pt1=2.80MPa

入塔液： L2=4459560+1476=4461040kg/h，ρL2=1192 kg/m3 ， 30℃，Pt2=2.80MPa

黏度：由公式logμ=-0.822+185.5/（T-153.1）mPa.s 得：μL1=2.368mPa·s=8.525kg/（m·h） μL2=2.596 mPa·s=9.3445kg/（m·h） 选择d=50mm塑料鲍尔环（米字筋），其填料因子φ=120m-1，ε=0.90，比表面积at=106.4m2/ m3，Bain-Hougen关联式常数A=0.0942，K=1.75。

泛点气速uF可由Eckert通用关联图或Bain-Hougen关联式求取，现按Bain-Hougen关联式计算泛点率关联式求解uF。

PM101.3?103?20.208?10?3??22.45kg/m3 混合气体的密度: ?G?RT8.315?303.152at?G0.2?G1uFL14lg[?3???L]=A-K()?()8 g??LV?L2?uF2?106.4??22.45?at?G0.2uF0.2?lg[?3???L]?lg?2.368?????3g??L?9.81?0.9??1187???0.0942?1.75?(457859022.45)?()19296811871418

得uF=0.279m/s

取u?0.75uF?0.2m/s

0.10131530.Vs=213900（）（）=8588.5 m3/h=2.386 m3/s

2.815273.4?2.386D==3.8m。

3.14?0.20将入塔流量Vs=2.386 m3/s分为两股，分别进入两个塔内，则每个塔的入塔流量为Vs=0.795m3/s。此时每个塔的塔径1.715m，圆整后取塔径为1.8m.

4VsVs2.386 u====0.31m/s

?Di2?6.92

（鲍尔环的径比要求）。 Di/d?2200/50?44＞（10?15）3取最小润湿速率为： （LW）min?0.08m/（m?h） at?106.4m2/m3

所以L喷，min=（MWR）at=0.05×106.4=8.512 m3/（m2/h）

2289295/119232

L喷 =2289295kg/h=?277.5＞8.512 m/（m/h）

6.92经以上校核可知，填料塔直径选用D=1.8m合理。 3.2填料层高度的计算

选用填料层高度的计算公式

Gdyy2H=? ?y1K（a1?（yy?y））y采用近似简化的计算方法，即

y2GdyH=? ?y1Ka（1?（yy?y））y≈

Gdy11?y2 ?lnKya（1?y）m?（y?y*）21?y1 由于其他气体的溶解度很小，故将其他气体看做是惰性气体并视为恒定不变，那么，惰性气体

的摩尔流率G′

106950(1?0.28)2G′=s） /(3600?6.92)=0.2662kmol/（m·

22.4又溶剂的蒸汽压很低，忽略溶剂的蒸发与夹带损失，并视作为恒定不变，那么有 L′=2229780/（102.09×3600×6.92）=0.8768kmol/（m2·s）

0.2/22.4y2=0.005，x2=?0.000764

0.2/22.4?1192/102.09吸收塔物量衡算的操作线方程为

yxyxG′(?2)=L′（?2） 1?y1?y21?x1?x2将上述已知数据带入操作线方程，整理得

y0.1574（?0.005025）?0.0007651?yx=

y1.000765?0.1574（?0.005025）1?y吸收塔内相平衡方程

将相平衡关系中的气相分压p和液相中的浓度X转化为气也两相均以摩尔分率表示的对应关系，即：y=f(x)，其转化过程如下：

lgXco2=lg0.1402+x=

Xco21?Xco2644.25-4.112

308.15 y=PCO2/Pt

因塔内的压力分布和温度分布未知，现假定总压降与气相浓度差成正比，将气相浓度变化范围十等份成10个小区间，可求得各分点处的压强。温度分布可利用各区间的热量衡算求出。

忽略气体因温升引起的焓变、溶剂挥发带走的热量及塔的热损失，则气体溶解所释放的热量完全被吸收液所吸收，对第n个小区间作热量衡算有：

LCPL=(tn-tn-1)=L（xn-xn-1）△HS 得： tn＝tn-1+（xn-xn-1）△HS/CPL 式中：L液相摩尔流率，

△HS：第n区间内溶解气的平均微分摩尔熔解热； △ HS=14654kJ/kmol；

CPL第n区间液体平均定压比热容，其表达式为： CPL= [1.39+0.0018(t-10)]×102.09kJ/（kmol·℃）； t= tn-1+100.32（xn-xn-1）。

依据上述数据作出传质推动力及其倒数的计算结果如表1.1。

表4.1 传质推动力及其倒数计算结果 项目 y×102 x×102 y*×102 Ti，K

f?1y?y? 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.5 3.25 6.00 8.75 11.50 14.25 17.00 19.75 22.50 25.25 28.00 0.076 0.523 0.992 7.484 2.002 2.547 3.121 3.7268 4.368 5.046 5.766 0.265 1.8295 3.505 5.303 7.236 9.321 11.575 14.020 16.680 19.582 22.761 303.15 303.60 304.07 304.56 305.05 305.63 306.20 306.81 307.45 308.14 308.86 42.84 70.40 40.08 29.01 23.45 20.29 18.23 17.45 17.18 17.64 19.09 在y2至y1之间做偶数等分，对每个y值算出对应的f（y）=公式（8-87）的Simpson法求积：

1，然后按《化工原理》[13]中1?ye?yny0?f(y)dy=（f0+4f1+2f2+4f3+2f4+…+2fn-2+4fn-1+fn）

3式中的步长： ??yny n?y0 ny1?y2dy= ?y0（y?y*）3n[f0+ f10+ (2 f2+ f4+ f6+ f8) +4(f1+ f3+ f5+ f7+ f9)] 0.28?0.005=[（424.84+19.09）+2×99.14+4×154.79]

3?10 =8.563

11?y211?0.005=0.162 ln?ln21?y121?0.28NOG=8.563+0.162=8.725

3.2.4.1 PC吸CO2传质系数的计算

采用PC吸CO2的专用公式对CO2传质系数进行计算[14]：

?dpV?气相：kG=1.195 ????G(1-?)?0.5-0.36??? ?G??PGDG?-0.5-2/3?VM?2

h·atm） ??kmol/（m·

10P?BM?0.4?L??????g?液相：kL=0.015?G??L??L?atdp

PPDa??tL??LL??L?3.2.4.2 CO2在两相中的扩散系数

（1）CO2在气相中的扩散系数DG

首先计算CO2在各组分中的扩散系数，然后再计算混合气体中的扩散系数。计算公式如下：

???11?1.013?10?5T1.75???MAMB??DCO2 -i=

1/31/32?Pt???VA????VB?????1-yco2DG=

（y/D）?ico2?i1/2（Pt的单位。kPa）

查各组分的摩尔质量Mi和分子扩散体积?Vi，计算参数为塔底：温度30℃，压力为2.8MPa；塔顶：温度30℃，压力2.75 MPa。将CO2在各组分中扩散系数按上式计算，结果见表4.2。

项目

摩尔质量

扩散体积?Vi 26.9

表4.2 CO2在各组分中的扩散系数 CO2 CO H2 44 28 2

18.9

7.70

N2

28 17.9

塔顶DCO2?i,1 塔底DCO2?i,2 平均DCO2?i

0.6013×10-6 2.3842×10-6 0.6116×10-6 0.1622×10-6 2.4275×10-6 0.6227×10-6 0.6067×10-6 2.4057×10-6 0.6171×10-6

DG1?1.1917?10?6m-2/s?0.0043m2/h

D?1.2223?10m/s?0.0044m/h G1?6-22平均DCO2?i为平均温度30℃及平均压力2.775MPa下的数值。

（2）CO2在液相中的扩散系数DL

关于CO2在液相中的扩散系数，有下面的经验公式：

DCO2?PC=9.0123069×10-8T/ ?Lcm2 /s （?L的单位为MPa?s）

DCO2?PC=7.78×10-8T/ ?Lcm2 /s （?L的单位为MPa?s）

为使得结果准确，取二者的算术平均值，即

。所以 DCO2?PC=8.396×10-8 T/ ?L，塔底、塔顶温度分别为35℃和30℃

DL1?8.396×10-8（308.15/2.368）

=1.0926×10-5 cm2/s =3.933×10-6m2/h

DL1?8.396×10-8（303.15/2.596）

=0.9804×10-5 cm2/s =3.530×10-6m2/h

式中，2.368MPa?s和2.596MPa?s为PC在35℃和30℃时的黏度。 3.2.4.3气液两相的黏度

（1）气相的黏度μG

yi?Gi(Mi)0.5? μG=（气体混合物的黏度） 0.5?yi(Mi)?T??Gi??G0??（纯组分的黏度） i?273.15?m?G为0℃、常压下纯气体组分的黏度，MPa?s。

i0其中m为关联指数见表4.3。

组分 CO2 CO H2 N2

表4.3 常压下气体纯组分的黏度

?0mP?s

Gim 0.935 0.758 0.771 0.756

1.34×10-2 1.66×10-2 0.84×10-2 1.66×10-2

在常压及操作温度下，气流中纯组分的黏度计算结果见表4.4。

表4.4 气流中纯组分的黏度计算结果

CO2 CO H2 N2 部 位

-2-2-210 1.7964×10 0.9103×10 1.7961×10-2 塔顶 1.4771×

10-2 1.7964×10-2 0.9103×10-2 1.7961×10-2 塔底 1.4771×

?=1.4876×10-5 MPa·s =0.05355

G1kg（/m?h）?G1=1.4928×10-5 MPa·s =0.05374kg（ /m?h）（2）液相的黏度 根据log?L=-0.0822+

185.5 MPa·s得

T?153.1?L1=2.368 MPa·s =8.525kg/（m·h）

?L2=2.596 MPa·s =9.344kg/（m·h）

3.2.4.4吸收液与填料的表面张力

吸收液：?=43.617-0.114t mN/m 则?1=39.627 mN/m=513565kg/h2

?2=40.197 mN/m=520953 kg/h2 填料：?c=33 mN/m=427680 kg/h2 3.2.4.5惰性气体的对数平均分压

塔底压力Pt1?2.8MPa

塔顶压力：取塔内压降为0.5kgf/cm2，（合49044Pa） Pt2=2800000-49044=2750956 Pa≈2.75 MPa PB1= Pt1(1-yCO2,1)=2.8(1-0.28)=2.016 MPa PB2= Pt2(1-yCO2,2)=2.75(1-0.005)=2.736 MPa。

3.2.4.6气体的摩尔流率

106950=415.1786kmol/（m2·h） VM1?22.4?11.5759842

=296.4488 kmol/（m·h） VM2?22.4?11.53.2.4.7填料的当量直径

dp=4?at=4×0.90.9106.4=0.03383m 3.2.4.8气体的质量流率

V11069502

VG1=h） ?M1??20.208?8389.93kg/（m·

22.4??22.4?6.92V2758502

VG2=h） ?M2??10.99?3257.97kg/（m·

22.4??22.4?6.923.2.4.9气相传质系数

?dpV?kG?1.195???1?????G????0.36??G?????GDG??0.36?2/3?VM??10PBM?? ??2/3?0.03383?8389.93?kG1?1.195??0.053551?0.90???????0.6199kmol/（m2?h?atm）

?0.05355?????22.45?0.0043??415.1786???? ?10?2.3577??1.195?0.0192?1.47896?17.6095

kG2?0.03383?3257.97??1.195??0.053741?0.90???????0.36?0.05374?????11.99?0.0044??2/3?296.4488?????10?2.3577?

?1.195?0.0280?0.9875?12.5736

?0.4155kmol/（m2?h?atm） 4.2.4.10液相传质系数

喷淋密度的计算（物料衡算中已经给出入塔液流量）

L2289295LG1?1??199069.1kg/(m2?h)

?6.92L22230520LG2???193958.3kg/(m2?h)

?6.92?L????kL?0.015?G??L??at?L???LDL?0.50.5?0.5??Lg?????L?1/3?atdp?

0.4?0.583525?199069.1???kL1?0.015?????106.4?8.525??1187?0.000003933??0.015?14.8144?0.02340?96.9801?2.0340

?1.0257

?8.525?1.27?108???1187??1/3?106.4?0.083?0.4

0.5?0.5?193958.3?kL1?0.015???106.4?9.3445?83525???1192?0.000003933????9.344?1.27?108????1187?0.00000353?1/3?106.4?0.083?0.4?0.015?13.9671?0.02122?99.8530?2.0340?0.90294.2.4.11总传质系数

111?? KGkGHkL

溶解度系数H在吸收后的溶液为稀溶液，故满足亨利定律。 H?ctE??SMSE，E?1.6204t?39.594atm

1187H1?

102.09??1.6204?30?39.594??0.1207kmol/?m3?atm?

H1?1192

102.09??1.6204?30?39.594??0.1324kmol/?m3?atm?

111?? KG10.58120.1207?0.9754?1.7206?8.4940

得：

KG1?0.0979kmol/(m3?atm) 111?? KG20.38830.1324?0.8586?1.7206?8.4940 =2.5753?8.7967

得KG2?0.0879kmol/(m3?atm) 根据Ky1?ptKG有：

1?0.1032?2.8525kmol/(m?h) 1.10131Ky2?2.75??0.0982?2.5192kmol/(m?h)

1.10134.2.4.12有效传质比表面积

按《化工原理》下册式10－44的恩田等人提出的关联式计算，公式如下：

0.10.2?0.050.752??LG2??aw??c??LG??LGat????1?exp??1.45?????2???? at????at?L???Lg???L?at?????-0.050.20.750.122??????aw133199069.1199069.1?106.4199069.1???????1-exp?-1.45???? ????28?at39.627106.4?8.5251187?1.27?101187?513565?106.4????????????=1?exp??1.45?0.8718?1.7145?1.2061?0.9062??0.9064

Ky1?2.8?aw1?0.9064?106.4?96.4410m2/m3

?0.050.20.750.12????aw2193958.32???33??193958.3??193958.3?106.4??1?exp??1.45????????28?at?40.197??106.4?9.3445??1192?1.27?10??1192?520953?106.4????? =1?exp??1.45?0.8625?1.6775?1.222?0.8582??0.8892

aw1?0.8892?106.4?94.6109m2/m3 4.2.4.13体积传质系数

?Ka??Ka?yy12?2.8525?96.4410?275.098kmol/(m3?h) ?2.5192?94.6109?238.34kmol/(m3?h)

4.2.4.14气相总传质单元高度

(1?y2)?(1?y1) ?1?y?m?

ln[(1?y2)/(1?y1)](1?0.005)?(1?0.28)?0.85 =

ln[(1?0.005)/(1?0.28)]G1415.17865?塔底：HOG1??2.1989m

Kya1(1?y)m233.83塔顶：HOG2?G2294.4488??1.4534m

Kya2(1-y)m202.591全塔：HOG?(HOG1?HOG2)?1.8262m=1.8262m

2填料层的有效传质高度： H= NOG HOG=1.8262×8.725=15.9335m，设计取填料层高度为16m 。

液体沿填料层下流时，有逐渐向塔壁方向集中的趋势，形成壁流效应。壁流效应造成填料层气液分布不均匀，使传质效率降低。因此，设计中每隔一定的填料高度，需要设置液体再分布装置，即将填料层分段。根据塑料鲍尔环填料的分段要求，可将填料层分为2段设置，每段分8m，两段之间再设置一个液体再分布器。

塔上部空间高度可取1.4m（1.2-1.5m），液体再分布器的空间高度1.0m（1-1.5m），塔底液停留时间按2min考虑，则塔釜也所占的空间高度H1为：

L222305202?602?603600??L2V3600?1192?3.4239m H1=?＝

11.5??底部空间高度可取3.5m，

所以塔的附属总高度H为：H0?1.5?1.0?3.5?6.0m 4.2.6.1气体进出口压力降

取气体进口接管管径为400mm，出口管径为374mm，经校核在允许气体流速范围之内。由公式

Vu?得

13600?G?D24V196484u入???18.0984m/s

11223600?G1?D13600?22.45??3.14?0.444V274427u出???15.6973m/s

11223600?G2?D23600?11.99??3.14?0.37444则气体进塔口压力将为：

112?P??u??22.45?18.08942?3673.12Pa 1G1入22入塔口压力降为：

11?P2?0.5??G2u出2?0.5??11.99?15.69732?738.60Pa

224.2.6.2填料层压力降

气体通过填料层的压力降采用Eckert通用关联图计算[15]。

??223052022.450.5?()?0.0235 横坐标为：L(G1)0.5??G?L2964841192

查表得：?P?120m-1

u2?P??G0.22.2122?120?1.19422.45???L???2.5960.2?0.0686 纵坐标为：g?L9.811192?P查图得，?451.26pa/m

Z填料层压降为：?P?451.26?13pa?5860Pa 4.2.6.3其它塔内件的压力降

其它塔内件的压力降

??P比较小，在此可以忽略。

于是得吸收塔的总压力降为： ?Pf??P1?P2?P3?3673.12?738.60?5860?10271.72Pa

液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。 4.2.7.1液体分布器的选型

选用管式液体分布器。管式液体分布器是由一个主管和若干个分管组成，结构见图。在主槽及分槽的底部分别开一些孔径不同的小孔。当分布器工作时，液体从主槽底部的小孔分流到各分槽，最后通过各分槽底部的小孔均匀地分布在填料上。 （1）计算喷淋点数

按Eckert建议值[16]，鲍尔环直径在50mm时，最小喷淋点密度为35点/m2。参照上述文献及该塔液相负荷较大、气相负荷较小等特点，最终设计取喷淋点密度SP=200点/m2 。则总布液点数为N=0.785×2.752×200=2344.14≈2344点。

按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。将2374个点对称地分为30排各管的孔数分配见表4.5。

表4.5 布液管管数及孔数

管数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15 164 30

孔数 144 144 152 152 156 156 158 158 162 162 162 162 164 164 管数

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

水平和垂直主管内径计算：

水平和垂直主管内径为入塔液管的内径，d?dL1?0.575m?575mm 直列排管直径d1的计算：

按液体流速为1.5m/s，共设计布置30排，得

d1?2230520?4?0.086m?86mm

3600?1192?3.14?1.5?30?2（2）确定孔间距

设定分布器与塔内径距离为20mm，则

2800?20?2??30?85?t??9mm

30每根直列排管下部排2排布液孔，孔径为5mm。

直列排管式液体分布器的安装位置高于填料层表面150mm。 4.2.7.1液体再分布器

实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。可选用多孔盘式再分布器。 2.8.1设计气速选取：

?L-?G1187?22.45??7.202m/s ?G22.45根据气体流速和流量选取丝网除沫器的规格：

液泛气速：uf?K

H?150mm，H1?410mm，D?2000，G?242kg

釜液从塔底出口管流出时在出口管中心形成一个向下的漩涡流，使塔釜液面不稳定，且带出气体，再有泵的情况下，气体进入泵内，影响泵的正常运转，故需在釜液出口应安装涡流挡板。根据出塔液管径为400mm，选取挡板宽度A=800mm，支架高度B=400mm，宽度t=4mm，重M1=21.3kg。

填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。

（1）栅板外径=DT?D-(10-40mm)，当塔内径较大时，DT应D减大值。

故DT?D-40?2750-40?2710mm。由于本塔的直径大于800mm，所以采用分块式栅板。由于

每块栅板宽度应小于400mm（便于通过450mm的人孔），设计栅板由6块组成，每块宽度为2170?361mm，且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上。 6（2）栅板间距t为填料环外径的0.6-0.8倍，t=0.8t?0.8?50?40mm。 栅板条宽度S一般取10mm，高度取4mm。

查《化工设备设计手册》[17]，选用梁形气体喷射式限制器（HG/T21512-1995），公称直径DN800-4000mm的限制器，采用卡子K10B(K14B)(JB1119-1981)。采用金属床层限制器。

设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均匀。本设计由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布；同时，本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置。由于为了对碳丙液的合理回收利用，所以对排放的净化气体中的液相夹带要求较严格。可采用塑料丝编结而成的丝网除沫器除液沫装置。

裙座的组成包括裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、排液孔、引出管通道、保温支撑圈等。本设计采用圆筒形裙座。

表4.6 填料吸收塔计算一览表 吸收塔类型：塑料鲍尔环吸收填料塔 混合气处理量：213900Nm3/h 工艺参数

物料名称 碳酸丙烯酯（PC） 合成氨变换气

2800 2800 操作压力，kPa

35 35 操作温度，℃

2230520 96484 流量，kg/h

塔径，mm 两个塔，每个塔塔径2100

16 填料层高度，m

5.86 填料层压降，KPa

56.94 操作气液比 4.3确定解吸塔塔径及相关参数

解吸塔的设计条件：

碳酸丙烯酯液（富液）处理量为吸收塔出塔液量L1=4578590kg/h，?L1?1187kg/m3，35℃，Pt1?2.80MPa

出塔液为吸收塔入塔液量L2?4461040kg/h，?L2?1192kg/m3

已知条件：

入塔液为吸收塔处塔液量：L1?574578590kg/h， 由PC密度公式??1223.3?1.032t得在25℃时?L1?1197kg/m3， CO2在解析塔出口浓度为y1，CO2的解析率为98%。

y由???98%得

1?yy?0.4950

解析塔出塔液为吸收塔入塔液量，L2?4461040kg/h，密度在35℃为ρL2=1192kg/m3 设出塔气G2，入塔气量G1，则由塔内CO2物量守恒得： L1-L2?G1y1-G2y2

4578590?4461040?G20.495

得G2?237474kg/h

入塔气：G1?237474-(4578590-4461040)?119920kg/h

选择d=50mm塑料鲍尔环（米字筋），其填料因子φ=120m-1，ε=0.90，比表面积at=106.4m2/ m3，Bain-Hougen关联式常数A=0.0942，K=1.75。

泛点气速u2F=可由Eckert通用关联图或Bain-Hougen关联式求取，现选用Bain-Hougen关联式求解uF。

查化工原理得温度为100℃，压力位101.3KPa时饱和水蒸气的密度?1?0.5970kg/m3。

18?44出塔液平均摩尔质量MB2??31kg/mol

231出塔气密度?2??1.3839kg/m3

22.4入塔液平均摩尔质量MB2?18kg/mol

2at?G0.2?G1uFL14lg[?3???L]=A-K()?()8 g??LV?L?uF2?106.4??0.597??4461040??0.5929?0.2?lg??2.596?0.0942-1.75?????????3?119920??1192? ?9.81?0.9??1192???lguF2?0.009?-1.56271418uF2?0.009?0.027 则uF=1.7m/s

取u?0.6uF?1.04m/s

Vs=119920m3/h=2.7724 m3/s

4?2.7240=3.76m 3.14?1.04将入塔流量Vs=2.7724 m3/s分为两股，分别进入两个塔内，则每个塔的入塔流量为Vs=1.387m3/s。

4?1.387?2.36m，圆整后取塔径为2.4m。每个塔的截面积：此时每个塔的塔径Di?3.14?0.2D=S?0.785Di2?4.906m2?5.0m2

u=

4VsVs17.724?1.77m/s ==2S5.0?2 DD/d=2500/50=50＞（10-15）（鲍尔环的径比要求）

取最小润湿速率为：(LW)min?0.08m3/(m2?h)

at?106.4m2/m3

所以L喷，min=（MWR）at=0.05×106.4=8.512 m3/（m2/h）

2230520/1187L喷 =4578590kg/h=?375.82＞8.512 m3/（m2/h）

5.0经以上校核可知，填料塔直径选用D?3.0m合理。 4.4填料层高度的计算

选用填料层高度的计算公式

Gdyy2H=? ?y1Ka（1?（yy?y））y采用近似简化的计算方法，即

y2GdyH=? ?y1Ka（1?（yy?y））yGdy11?y2

?ln?Kya（1?y）m（y?y*）21?y1 由于其他气体的溶解度很小，故将其他气体看做是惰性气体并视为恒定不变，那么，入塔气体的摩尔流率G′

≈

2230520 /(3600?5.0)?5.5333kmol/（m2?s）22.4又溶剂的蒸汽压很低，忽略溶剂的蒸发与夹带损失，并视作为恒定不变，那么有 L′=2289295102.9?3600?5.0?1.2360kmol/（m2?s）?

0.2/22.4y2=0.4595，x2=?0.000764

0.2/22.4?1192/102.09吸收塔物量衡算的操作线方程为

yxyxG′(?2)=L′（(?2） 1?y1?y21?x1?x2G′=

将上述已知数据带入操作线方程，整理得

y0.1574(?0.005025)?0.0007651?yx=

y1.000765?0.1574(?0.005025)1?y吸收塔内相平衡方程

将相平衡关系中的气相分压p和液相中的浓度X转化为气也两相均以摩尔分率表示的对应关系，即：y=f(x)，其转化过程如下：

lgXco2=lg0.1402+x=

Xco21?Xco2644.25-4.112

308.15 y=PCO2/Pt

因塔内的压力分布和温度分布未知，现假定总压降与气相浓度差成正比（实际上与填料层高度成正比，因填料层高度待求），将气相浓度变化范围十等份成10个小区间，可求得各分点处的压强。温度分布可利用各区间的热量衡算求出。

忽略气体因温升引起的焓变、溶剂挥发带走的热量及塔的热损失，则气体溶解所释放的热量完全被吸收液所吸收，对第n个小区间作热量衡算有：

LCPL=(tn-tn-1)=L（xn-xn-1）△HS 得： tn=tn-1+（xn-xn-1）△HS/CPL 式中：L 液相摩尔流率，

△HS：第n区间内溶解气的平均微分摩尔熔解热， △ HS=14654kJ/kmol；

CPL第n区间液体平均定压比热容，其表达式为： CPL= [1.39+0.0018(t-10)]×102.09kJ/（kmol·℃）； t= tn-1+100.32（xn-xn-1）

依据上述数据作出传质推动力及其倒数的计算结果如表4.7。

项目 y×102 x×102 y*×102 Ti，K

表4.7 传质推动力及其倒数的计算结果

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.5 3.25 6.00 8.75 11.5 14.2 17.0 19.75 22.5 25.2 28.0 0.07 0.52 0.99 1.48 2.00 2.54 3.12 3.72 4.36 5.04 5.76 0.26 1.83 3.50 5.30 7.23 9.32 11.5 14.02 16.6 19.5 22.7 303.1 303.6 304.0 304.5 305.0 305.6 306.2 306.8 307.4 308.1 308.8

f?1（y?y?） 44.84 70.40 40.08 29.01 23.45 20.29 18.23 17.45 17.18 17.64 19.09 在y2至y1之间做偶数等分，对每个y值算出对应的f（y）=

1，然后按Simpson法求积：1?ye?f(y)dy=

?（f0+4f1+2f2+4f3+2f4+…+2fn-2+4fn-1+fn） 3y n?y0 n

式中的步长 ?＝

f1?f3?f5?f7?f9?61.30?21.42?15.54?14.48?102.44

f2?f4?f6?f8?30.18?13.54?8.44?7.64?59.8 yny1?y2dy= ?y0（y?y*）3n[f0+ f10+ 2 (f2+ f4+ f6+ f8) +4(f1+ f3+ f5+ f7+ f9)] 0.4959?0=[（135.67+9.09）+2×99.14+4×154.79]

3?10 =9.8562m 11?y211?0ln?ln=0.3466m 21?y121?0.4959NOG=9.8562+0.3466=10.2028 4.4. 4.1PC吸CO2传质系数的计算

采用PC吸CO2的专用公式对CO2传质系数进行计算

?dpV?气相：kG=1.195 ????G(1-?)?0.5-0.36??? ?G??PGDG?-0.5-2/3?VM??10PBM?2

h·atm） ?kmol/（m·

?0.4?L??????g?液相：kL=0.015?G??L??L??atdp? kmol/（m2·h·atm）

PPDa??tL??LL??L?

4.4.4.2 CO2在气液两相中的扩散系数

（1）CO2在气相中的扩散系数

塔顶：DG1?1.1917?10?6m-2/s?0.0043m2/h 塔顶：DG1?1.1917?10?6m-2/s?0.0044m2/h （2）CO2在液相中的扩散系数DL

关于CO2在液相PC中的扩散系数，有下面的经验公式： DCO2?PC=9.0123069×10-8T/ ?Lcm2 /s （?L的单位为MPa?s） DCO2?PC=7.78×10-8T/ ?Lcm2 /s （?L的单位为MPa?s）

为提高结果的准确性，现取二者的算术平均值，得： DCO2?PC=8.396×10-8 T/ ?L，塔底、塔顶温度分别为25℃和30℃。所以 DL1?8.396×10-8（298.15/2.368） =1.0926×10-5 cm2/s =3.530×10-6m2/h =0.9804×10-5 cm2/s =3.830×10-6m2/h

式中， 2..568MPa?s和2.396MPa?s为PC在25℃和30℃时的黏度。 4.4.4.3气液两相的黏度

185.5根据log?L=-0.0822+MP·a·s得

T?153.1?L1=2.368MPa?s=8.525kg/（m?h） ?L2=2.596MPa?s=9.344kg/（m?h） 4.4.4.4解析液与填料的表面张力 解析液：?=43.617-0.114t mN/m

2

则?1=32.217 mN/m=417532kg/h ?2=40.767 mN/m=528340 kg/h2

填料：?c=33 mN/m=427680 kg/h2（聚乙烯填料） 4.4.4.5气体对数平均分压

塔底压力Pt1=0.1013MPa

塔顶压力：取塔内压降为0.5kgf/cm2，（合49044Pa）

DL1?8.396×10-8（303.15/2.596）

Pt2=101310-49044=52266Pa≈0.05226 MPa。

4.4.4.6气体的摩尔流率

59962VM1= ?457.78kmol/（m2?h）22.4?5.0118737VM2= ?150.57kmol/（m2?h）22.4?5.04.4.4.7填料的当量直径 4.4.4.8气相传质系数

PB1= Pt1 (1-yCO2,1)=0.1013(1-0)=0.1013 MPa PB2= Pt2 (1-yCO2,2)=2.75(1-0.05)=2.736 MPa

dp=4?at?4?0.9/106.4?0.03383m

?dpV?kG?1.195???1??????G???0.36??G?????GDG??0.36?2/3?VM??? 10P?BM??2/3?0.03383?452.39?kG1?1.195??0.2838?1?0.90???????0.6521kmol/（m2?h?atm）

0.2838??????0.5970?0.0052??757.78???? 10?2.3577???1.195?0.1039?0.0508?10.33

kG2?0.03383?2076.64??1.195???0.1575??1?0.90?????0.360.1575??????1.3839?0.0053??2/3?1500.57?????10?2.3577?

?1.195?0.0486?0.1297?63.6455

?0.4794kmol（/m2?h?atm） 4.4.4.9液相传质系数

喷淋密度的计算（物料衡算中已经给出入塔液流量）

L2230520LG1?1??631428.2kg/(m2?h)

S5.0L2289295LG2?2??648066.5kg/(m2?h)

S5.0?L??μ?由kL=0.015?G??L??atμL??ρLDL?得

?631428.2?kL1?0.015???106.4?9.344?81/30.50.5-0.5?μLg????ρL?1/3?atdp?

0.4-0.59.344???1192?0.000003933????9.344?1.27?10?0.4???106.4?0.03383?1192???0.015?25.20?0.0224?99.85?2.0340

?1.7187m/h?648066.5?kL1?0.015???106.4?8.525?0.5

8.525???1187?0.000003933????0.5?8.525?1.27?108???1187??1/3?106.4?0.03383?0.4

?0.015?26.73?0.0234?384.56?2.034?7.3387m/h4.4.4.10总传质系数

111?? KGkGHkL溶解度系数H在吸收后的溶液为稀溶液，故满足亨利定律：

H?ctE??SMSE，E?1.6204t?39.594atm

H1?1197

102.09??1.6204?30?39.594??0.1446kmol/?m3?atm?

H2?1192

102.09??1.6204?25?39.594??0.0237kmol/?m3?atm?

111??KG10.58120.1207?0.9754 ?0.1024?0.0783?0.4808得KG1?2.0799kmol/(m3?atm) 111??KG20.47940.2307?7.3387?0.4765?0.0021

?0.4786得：KG2?2.0893kmol/(m3?atm)

在常压下有：Ky?KG有：

Ky1?KG12.0799?2.8525kmol/(m3?h) Ky2?KG2?2.0893kmol/(m3?h)

4.4.4.11有效传质比表面积

?0.050.20.10.7522?????aw????c??LG??LGat??LG????1?exp??1.45???? 2??????at?a???a?g???tL??L??Lt?????0.750.1?aw1??33??631428??1?exp??1.45???? at??40.767??106.4?9.344????? ??=1?exp??1.45?0.8534?1.9067?0.9581??0.9661 ?1.4974aw1?0.9661?106.4?102.79m2/m3

2?631428?106.4???11972?1.27?108????2??631428???1197?417532?106.4???0.750.1?aw23???33??648066.5?1?exp??1.45???? at40.767106.4?8.525???????0.050.2??? ????0.8972 =1?exp??1.45?0.8534?1.9293?1.0718?0.0994aw2?0.8972?106.4?95.4621m2/m3

2?648066.5?106.4???11872?1.27?108????2??648066.5??1187?528340?106.4?????0.050.24.4.4.12体积传质系数

?Ka?yy1?2.0799?102.79?213.79kmol/(m3?h)

?2.0893?95.4621?199.45kmol/(m3?h)

?Ka?2

4.4.4.13气相总传质单元高度

(1?y2)?(1?y1)

ln[(1?y2)/(1?y1)](1?0.4959)?(1?0)0.5??0.9214m =

1ln[(1?0.4959)/(1?0)]ln0.5 ?1?y?m?塔顶、塔底的气相质量流率：

V1119924??336.81kg/（m2?h）S?22.47.065?22.4

V2237474G2??258.78kg/（m2?h）S?22.422.4?7.065G1?塔底： HOG1?塔顶：

G1336.81??1.7098m

（Kya）213.79?0.92141(1?y)mG2258.78HOG2???1.4081m

（Kya）(1?y)199.45?0.92142m1全塔： HOG=(HOG1?HOG2)?1.559m

2填料层的有效传质高度H?NOG?HOG?1.559?10.2028?15.3142m

设计取填料层高度为16m。

塔上部空间高度可取1.4m（1.2-1.5m），液体再分布器的空间高度1.4m（1-1.5m），塔底液停留时间按2min考虑，则塔釜也所占的空间高度H1为：

H1=

V??2?60L23600??L22?60＝

?22305203600?1192?5.4239m 5.0底部空间高度可取5.5m，

所以塔的附属高度H为H?1.5?1.4?5.5?8.4m 4.4.6.1气体进出口压力降

取气体进口接管管径为400mm，出口管径为374mm，经校核在允许气体流速范围之内。 由公式

u?V13600?G?D24V196484u入???18.0984m/s

1123600?G1πD13600?22.45??3.14?0.4244V274427u出???15.6973m/s

1123600?G2πD23600?11.99??3.14?0.37424411?G1u入2??22.45?18.08942?3673.12Pa 22得

则气体进塔口压力将为：

?P1?入塔口压力降为：

?P2?0.5?11?G2u出2?0.5??11.99?15.69732?738.60Pa 224.4.6.2填料层压力降

气体通过填料层的压力降采用Eckert通用关联图计算

?L?G10.5223052022.450.5()??()?0.0235 ?G?L2964841192查表得：?P?120m?1

u2?P??G0.22.2122?120?1.19422.450.2纵坐标为：???L???2.596?0.0686

g?L9.811192横坐标为：

?P?451.26pa/m Z填料层压降为：?P?451.26?13pa?5860Pa

查图得，

4.4.6.3其它塔内件的压力降

其它塔内件的压力降??P比较小，在此可以忽略。于是得吸收塔的总压力降为：

?Pf??P1??P2??P3?3673.12?738.60?5860?10271.72Pa。

4.4.7.1液体分布器的选型

一个主管和若干个分管组成。在主管及分管的底部分别开一些孔径不同的管式液体分布器。当分布器工作时，液体从主管底部的小孔分流到各分管，最后通过各分管底部的小孔均匀地分布在填料上。

（1）计算喷淋点数N

参照上述两种文献及该塔液相负荷较大、气相负荷较小等特点，最终设计取喷淋点密度SP=200点/m2 。则总布液点数为N=0.785×2.752×200=2344.14≈2344点。

按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。 将2374个点对称地分为30排各管的孔数分配见下表4.2。

4.8 液体分布器管数和孔数分配

管数 孔数 管数

1 144 16

2 144 17

3 152 18

4 152 19

5 156 20

6 156 21

7 158 22

8 158 23

9 162 24

10 162 25

11 162 26

12 162 27

13 164 28

14 164 29

15 164 30

（2）水平和垂直主管内径计算：

水平和垂直主管内径为入塔液管的内径， d=dL1=0.575m=575mm （3）直列排管直径d1的计算：

按液体流速为1.5m/s，共设计布置30排，得

d1?2230520?4?0.086m?86mm

3600?1192?3.14?1.5?30?2（4）确定孔间距t

设定分布器与塔内径距离为20mm，则 t?2800?20?2??30?85??9mm

30每根直列排管下部排2排布液孔，孔径为5mm。

直列排管式液体分布器的安装位置高于填料层表面150mm。 4.4.7.2液体再分布器

实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。可选用多孔盘式再分布器。 4.4.7.3防涡流挡板的选取

釜液从塔底出口管流出时在出口管中心形成一个向下的漩涡流，使塔釜液面不稳定，且带出气体，再有泵的情况下，气体进入泵内，影响泵的正常运转，故需在釜液出口应安装涡流挡板。根据出塔液管径为400mm，选取挡板宽度A=800mm，支架高度B=400mm，宽度t=10mm，重M1=21.3kg。 4.4.7.4填料支撑装置

填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。

（1）栅板外径=DT?D-(10-40mm)，当塔内径较大时，DT应D减大值。 故DT?D-40?2750-40?2710mm。由于本塔的直径大于800mm，所以采用分块式栅板。由于每块栅板宽度应小于400mm（便于通过450mm的人孔），设计栅板由6块组成，每块宽度为

2170?361mm，且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上。 6（2）栅板间距t为填料环外径的0.6-0.8倍，t=0.8t?0.8?50?40mm。

栅板条厚度S一般取4mm，高度根据

设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均匀。本设计由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布；同时，本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置。由于为了对碳丙液的合理回收利用，所以对排放的净化气体中的液相夹带要求较严格，故可采用塑料丝编结而成的丝网除沫器除液沫装置。

根据出塔气的流速和管径选取丝网除沫器的规格： H=150mm，H1=410mm，D=2000mm，G=242kg。

4.9填料解吸塔计算一览表 解吸塔类型：塑料鲍尔环解析填料塔

物料名称 操作压力，KPa 操作温度，℃ 液体密度，kg/m3 流量，kg/h 塔径，mm 填料层高度，mm 填料层压降，KPa 黏度，kg/m·h

富液（碳酸丙烯酯） 解吸气（水蒸汽）

101.3 25 1192 2230520

101.3 100 0.5970 96484

（分为两个塔，每个塔塔径2400）

22000 5.86 9.3445

5 塔内件机械强度设计及校核

5.1吸收塔机械强度设计及校核

[18]

选用16MnR钢板，查《化工设备机械基础》表9-4得：[?]t?170MPa焊接采用双面焊100% 无损探伤检查，焊接接头系数??1.00，则由筒体的计算厚度为：

??pcDiD 2.8?2100??9.96mm

2???t??pc2?170?1?2.8查《化工设备机械基础》表9-10。得C1?0.8mm，取腐蚀裕量C2?2mm，则 设计厚度?d???C2?9.96?2?11.96mm 圆整后取名义厚度?n??d?C1?V?12mm 5.1.2.1塔壳和裙座的质量

圆筒质量

塔体圆筒总高度H0?25m

m1??D?422-Di2?H0?

???21124?21002??25?7.85?103?7702.8kg

5.1.2.2封头质量

查文献[19]得：DN2100，壁厚12mm的椭圆形封头的质量为251kg，则 m2?251?2?502kg

5.1.2.3 裙座质量

裙座尺寸：Dis?2100mm，Dos?2112mm。

m3???D42os-Dis2?Hs?

π?（2.1122?2.12）?5?7.85?103?2370kg 4m01?m1?m2?m3?7702.8?502?2370?10574.8kg

5.1.2.4塔内构件质量

查文献[17]得聚丙烯鲍尔环填料的堆积密度为76kg/m，则填料层重量

3m02?0.785?2.12?16?76?4209.6kg

5.1.2.5人孔、法兰、接管与附属物质量

ma?0.25m01?0.25?10574.8?2643.7kg

5.1.2.6保温材料质量

?为封头保温层质量 m03m03????2? ?D0?2?s??D02?H0?2?2m034??π?2??2.116?2?0.1??2.1162??25?300?2??0.587?0.398??300?4558.4kg

?4?π?122D0+2δs+2B?-?D0+2δs??×nqP+qFHF ??24?5.1.2.7平台、扶梯质量

m04?π?122??2.116?2?0.1?2?0.9???2.116?2?0.1???2?2?150?40?36?2 4??3471.3kg?式中：

HF—扶梯高度，为36m；qF—笼式扶梯的单位质量，为40kg/m；n—平台数量。

5.1.2.8操作时塔内物料质量

m05?4578590?4461040?58775kg

2（1）全塔操作质量

m0?m01?m02?m03?m04?m05?ma ?10574.8?4209.6?4558.4?3471.3?58775?2643.7

?84232.8kg（2）塔设备最小质量mmin

mmin?m01?0.2m02?m03?m04?ma

?10574.8?0.2?4209.6?4558.4?3471.3?2643.7

?22090.12kg（3）塔自振周期计算

T1?90.33Hm0H?3 ?103ESeDi84232.8?31000?1.1s 531.9?10?10?2100由《塔设备》[19]中查得：amax?0.45（设计地震烈度8级）。 由文献[19]查得：Tg?0.3（2类场地土，近震）。 图

?90.33?315-1 塔体和裙座机械计算简图

?Tg??0.3?地震影响系数?1????max????0.45?0.14

T1.1???1?结构综合影响系数 CZ?0.5。

31000H/Di??14.76，接近于15，且塔高大于20m，所以必须考虑高振型影响。确定危险

2100界面。

0-0截面为裙座基底截面，1-1截面为裙座人孔出截面，2-2截面为裙座与塔体焊缝处截面。 0-0截面：

0.90.916CZa1m0gH 3516??0.5?0.14?84232.8?9.81?31000 35

?1.602?108N?mm0-0?0-0?1.25?1.602?108?2.003?108N?mm ME?1.25ME?0-0?ME1-1截面：

8CZa1m0g3.52.53.510H-14Hh?4h ??2.5175H8?0.5?0.14?84232.8?9.813.5??10?31000?310002.5?1000?4?10003.52.5 175?31000?1.747?108N?mm1-1?1-1?1.25?1.747?108?2.184?108N?mm ME?1.25ME?1-1?ME??2-2截面：

?2-2?ME8CZa1m0g3.52.53.510H-14Hh?4h ??2.5175H8?0.5?0.14?84232.8?9.813.5??10?31000?310002.5?4000?4?40003.52.5 175?31000?0.916?108N?mm2-2?2-2?1.25?0.916?108?1.145?108N?mm ME?1.25ME??5.1.4.1风力计算

（1）风振系数

各计算塔段的风振系数由式K2i?1?

?Vi?Zifi1 1

计算。计算结果列于表5.1。

表5.1 各塔段的风振系数

塔段号

计算截面距地面高度hit/m 脉动增大系数?（B类） 脉动影响系数vi（B类） 振型系数?zi 风压高度变化系数

0.72

0.72 2 5

3 8.5 2.74 0.72

0.79

0.82 0.691 1.39

0.85 1.00 1.52

4 16

5 23.5

6 30

0.006 0.0375 0.126 0.35

f（B类） 0.64 0.80 1.0 1.23

?V?

K2i?1?iZi1.018 1.089 1.249 1.815 2.117 2.532

fi

（2）有效直径Dei

设笼式扶梯与塔顶管线成90°角，取平台构建的投影面积A?0.5m2，则Dei取下使计算值中的较大者。

Dei?Doi?2?si?K3?K4

? Dei=Do???? i2siK?4d?02式中，塔和管线的保温层厚度?si??ps?100mm，塔顶管线外径

d0?337mm，K3?400mm，K4?各塔段Dei计算结果列于表5.2。

塔段号 塔段长度li

2?Ali。

表5.2 各塔段有效直径Dei

1 2 3 4

5 6

1000 4000 3500 7500 7500 7500

400

0

0

200

111

111

111

K3

K4=2?Ali

Dei

2556 2256 2393 2304 2304 2304

（3）水平风力计算

?6由下使计算各塔段的水平风力 Pi?K1K2iq0filiDei?10N 各段有关参数及计算结果列于表5.3。

表5.3 各塔段水平风力计算结果

塔段号

1

2

3

4 0.7

1.081 1.092

1.249

1.616

2.117

2.532

5

6

K1 K2i

q0（/N/m2）400

0.64 1000 2556

0.8 4000 2256

1.0 3500 2393

1.23 7500 2304

1.39 7500 2304

1.52 7500 2304

fi

li

/mm

Dei/mm Pi/N 466.3 2207.3 4184.4 11540.6 17085.1 22345.5

5.1.4.2风弯矩计算： 风弯矩由下式计算：

1-1Mw?Pilil?l?l?????Pi+1?li?i+1??Pi+2?li?li+1?i+2??????Pn?li?li+1?li+2?????n? 22?2?2????0-0截面：

0-0Mw?P1l?l?l1l?????P2?l1?2??P3?l1?l2?3??????P6?l1?l2?l3?l4?l5?6? 22?2?2????10004000???466.3??2207.3??1000???4184.4?22??3500??1000?4000????11540.6?2??7500??1000?4000?3500????17085.1?=?2?7500??1000?4000?3500?7500????22345.5?2??7500??1000?4000?3500?7500?7500???2???1.1228?109N?mm1-1截面：

-1M1w?P2

l?l?l2l?????P3?l2?3??P4?l1?l2?l3?4??????P6?l1?l2?l3?l4?l5?6? 22?2?2????40003500???220.3??4184.4??4000???11540.6?22??7500?7500???4000?3500??17085.1?4000?3500?7500??????22345.5?

22????7500??4000?3500?7500?7500???2???1.1757?109N?mm2-2截面：

l3l?l?l?????P4?l3?4??P5?l1?l2?l3?l4?5??P6?l1?l2?l3?l4?l5?6? 22?2?2????35007500???4184.4??11540.6??3500???17085.1?22??2-2Mw?P37500?7500???3500?7500??22345.5?3500?7500?7500?????

2?2????1.0507?109N?mm

5.1.5.1计算压力引起的轴向应力

?1?PcDi2.8?2100??12.5MPa 4Se4?120?020?00?0m0gm0g84232.8?9.81?????????8.87MPa

Asb?DisSes3.14?2416?125.1.5.2操作质量引起的轴向压应力

0-0截面：?1-1截面：

?1?121?184232.8?584.4??9.81?m1-1m0g0g????????9.34MPa

AsmAsm36280式中：Asm—裙座人孔处截面的即积，由式得Asm?36280mm2。 2-2截面：

2?22?2?84232.8?584.4?10574.8??9.81??9.25MPa m0gm0g???????Asm?DiSe3.14?2100?12?5.1.5.3最大弯矩引起的轴向应力3

2?22最大弯矩Mi-imax取下式计算值中最大值：

i-ii-i??Mmax?Mw ?i-ii-ii-i??Mmax?ME?0.25Mw计算结果如表5.4。

表5.4 最大弯矩引起的轴向应力

截面

0-0 1-1

2-2

999i-i 1.289?10 1.266?10 1.0405?10Mmax/（N?mm）

各危险截面的?3计算如下：

0-0Mmax1.289?1091.289?109?????????69.78MPa 2?Zsb0.785?2416?122?DisSes41-1Mmax1.266?1091-1?3??????77.04MPa

Zsm166059880?03式中：Zsm—裙座人孔处截面的抗弯截面系数，由式得Zsm?16605988mm3。

?2?232-22-2MmaxMmax1.0405?109????????111.78MPa 2?Z0.785?2100?12?Di2Se45.1.6.1筒体的强度与稳定性校核

筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力?max组拉：

2-22?22?2??max??????12.5?9.25?111.78?115.03MPa 123拉t轴向许用应力：K?????1.2?132?0.85?134.64MPa

t2-2因为?max拉＜K????，故满足强度条件。

2-25.1.6.2稳定性校核

筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力?max组压：

2-22?22?2?max??????9.25?111.78??121.03MPa 23组压2-2

许用轴向压应力：???cr??KB??t取其中较小值 ??K???按GB150《钢制压力容器》组合的规定，由

0.0940.094??0.00162 RiSe700/12查文献[19]材料图得B?112MPa ??KB?1.2?112?134.4MPa则?取???cr?134.4MPa t??K????1.2?132?158.4MPa2-2因为?max???cr，故满足稳定性条件。 组压＜A?5.1.6.3裙座的稳定性校核

裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力

0-00?00?0?max??3??8.87?69.78??78.65MPa ??2??????9.34?77.04??86.38MPa0.0940.094由A???0.00141

Ris/Ses800/12查相应的材料图得： B?101MPa ??KB?1.2?101?121.2MPa则?取???cr?121.2MPa t??K????1.2?113?135.6MPa0-0?max??cr组压＜?因为

?1-1max 1?121?13

?1-1max组压＜???cr 故满足稳定性条件。

5.1.7.1筒体水压试验应力校核

（1）由试验压力引起的环向应力?

试验压力pT?1.25P2Sei2?120.9?s??0.9?245?0.85?187.5MPa 因为?＜0.9?s? 故满足要求。

（2）由试验压力引起的轴向应力?1

???????1.25?2.8?133?0.176MPa

132???tp??Di?Sei??0.063?0.3146???2100?12??T??33.23MPa

?1?PTDi0.176?2100??4.6MPa水 Sei4?122-2mmaxg76631.7?9.81??????26.27MPa

?DiSe3.14?2100?12（3）水压试验时，重力引起的轴向应力?2

?2?225.1.7.2由弯矩引起的轴向应力

?2?230.3?1.0405?109??????29.43MPa 2?20.785?2100?12DiSei42-20.3Mw最大组合轴向拉应力校核

2-22?22?2?max???????4.6?26.27?29.43?7.76MPa 123组拉

许用应力： 0.9K?s??0.?91.?2最大组应力校核

2?450.?85 4222-2因为?max0.9K?s? 故满足要求。 组拉＜2-22?22?2?max??3??26.27?29.43??57.7MPa组压??2

轴向许用压应力

??cr????0.9K?s取其中最小值

?KB2-2因为?max???cr 故满足要求。 组压＜?0.9K?s?0.9?1.2?245?2646MPa取???cr?135.6MPa ?KB?1.2?113?135.6MPa?5.1.7.3裙座水压试验应力校核

5.1.7.4水压试验时，重力引起的轴向应力?2

?0?020-0mmaxg76631.7?9.81??????6.8MPa

?DisSes3.14?2100?12?1?12m1-1g76031.7?9.81??max????8.51MPa

Asm351805.1.7.5由弯矩引起的轴向应力

0?030-00.3Mw?3

0.3?1.289?109???????22.35MPa2?20.785?2100?12DisSes4

1-10.3Mw0.3?1.266?1091?1?3??????25.87MPaZsm166059885.1.7.6最大组合轴向压应力校核

0?00?00?0?max??3??6.8?22.35??29.15MPa组压??2?1?1max组压??1?12??1?13??8.51?25.87??34.38MPa

轴向许用压应力

??cr????0.9K?s取其中最小值

?KB?0.9K?s?0.9?1.2?235?253.8MPa取???cr?121.2MPa ??KB?1.2?101?121.2MPa因为

0-0?max??cr组压＜??1-1max组压＜???cr 故满足要求。

主要符号说明

符号

意义和单位

比热容 KJ/kg?℃℃ 纯气体组分的黏度， MPa·s 关联指数 表面张力，kg/h2

液相传质系数， kmol/（m3·h·atm）

符号 DL VM1 VG LG H0

意义和单位

CO2在液相中的扩散系数T/ 气体的摩尔流率kmol/m2·h 气体质量流率，kg/（m2·h） 液体质量流率，kg/（m2·h） 塔附属高度，m

CPV1 ?Lcm2 /s

?Gi0

m

?1

KG

Ky H

体积传质系数， kmol/（m3·h） 塔高，m

气体出口压力降，Pa 塔的总压力降，Pa 栅板外径，m 栅板间距，mm

入塔气体的摩尔流率，kmol/（m2·s） 筒体名义厚度，mm 裙座内尺寸，mm

鲍尔环填料的堆积密度，kg/m3 平台、扶梯质量，kg 笼式扶梯的单位质量，kg/m 全塔操作质量，kg 塔自振周期，s 脉动增大系数， 各塔段的水平风力，N

操作质量引起的轴向压应力，MPa 筒体各危险截面最大轴向拉应力，MPa 基础环外尺寸，mm 基础环厚度，mm

地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa 物料在储罐中的停留时间，min

H1 附属塔高，m

?P2 气体入口压力降，Pa

?P1 ?Pf

DT

uf

S

液泛气速，m/s 栅板条宽度，mm 操作气速，m/s 腐蚀裕量，mm 封头的质量，kg 裙座外尺寸，mm 封头保温层质量，kg 扶梯高度，m 平台数量，个 塔设备最小质量，kg

u

C2 m2 Dos m03 HF n mmin

T

G′

?n

Dis γp m04 qF m0 T1

? 塔自振载荷，N·MEmm f

风压高度变化系数

计算压力引起的轴向应力， MPa 弯矩引起的轴向应力， MPa 轴向许用压应力，MPa 基础环内尺寸，mm 基础材料的许用应力，MPa 地脚螺栓直径 ，mm 填充系数

流体摩擦阻力扬程损失，m

?Pi

?1

?3

??cr?

?2

i-i?max Dob

Dib ???b

d1 f Hf

Sb

?B ?

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5sz7.html