1、前 言氣體吸收時氣體混合物中一種或多種組分（溶質）溶解于液體（吸收劑）的一種分離操作。 由于填料塔具有結構簡單、阻力小、加工容易，可用耐腐蝕材料制作，吸收效果好，裝置靈活等優點，所以在化工、環保等工業吸收操作中應用較普遍。由于近年來性能優良的新型散裝和規整填料的開發，塔內件結構和設備的改進，促使填料塔的應用更加廣泛。填料塔的結構如圖所示，主要包括塔體、塔填料和塔內件三大部分，本設計主要是通過給定的一些塔的數據，進一步計算塔的結構尺寸，以及承受的各項指標等等，并通過計算和選擇，選出合適的塔的輔助構件，設計出一個合適的填料塔。 在石油、化工及輕工等行業中所設計到的均相流體分離過程，多采用吸收或徑流

2、的方法進行。所采用的設備稱為氣液傳質設備，也稱塔設備。作為塔設備，首先從結構上應能使氣液兩相在塔內充分接觸，以獲得較高的傳質效率。按照塔內件結構形式，塔設備可分為兩大類板式塔和填料塔。填料塔中裝有一定高度的填料層，液體在填料表面行程液膜向下流動，氣體自下而上與液體呈連續變化。由于填料塔的特定結構和由之決定的氣液兩相膜式接觸傳質，使之具有以下特點。1.生產能力大。2.壓降低。3.分離效率較高。4.持液量小。5.操作液氣比和彈性較大。填料塔由塔體和內件構成。塔體一般多為圓筒型，少數亦可方型。塔內件中核心組成部分是塔填料，分散堆型和規整型。此外，為固定填料層，設有填料支撐板和填料壓板；為使液體均勻分

3、布，在填料層頂部設有液體初始分布器，為減少液體的壁流現象，常將填料層分段放置，在兩段填料層之間這有液體收集再分布器，在液體初始分布器上方裝有除霧沫器；對大直徑填料塔，氣體入填料層前需經氣 填料是填料塔中的傳質元件，它可以有不同的分類。填料的類型有兩大類：拉西環矩鞍填料；鮑爾環；鮑爾環是在拉西環的壁面上開一層或兩層長方形小窗。波紋填料有絲網形和孔板形兩大類。 對填料的基本要求有：傳質效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤濕。只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。生產能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經久耐用具有良好的耐

4、腐蝕性，較高的機械強度和必要的耐熱性。取材容易，價格便宜。填料的種類很多，根據裝填方式的不同，可分為散裝填料和規整填料。 散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據結構特點不同，又可分為環形填料、鞍形填料、環鞍形填料及球形填料等。現介紹幾種較為典型的散裝填料。其中有拉西環、鮑爾環、階梯環、弧鞍環、矩鞍環、金屬環矩鞍環、球形填料等。 第1章 填料塔的設計數據塔體內徑=3400mm，塔高近似取H=30000mm。計算壓力=1.1MPa，設計溫度t=200設置地區:基本風壓值=600N/，地震設防烈度為 8度，場地土類：I類，設

5、計地震分組：第二組，設計基本 地震加速度為0.2g。塔內設有四個填料層，并選取合適的填料，介 質密度為=700kg/,液體的質量流量=10000 Kg/h沿塔每個填料層開設一個人孔，人孔數為4 個，相應在人孔處安裝半圓形平臺4個，平臺寬度為 B=900mm，高度為1000mm。塔外保溫層厚度為=100mm，保溫材料密度 =300kg/。塔體與群座間懸掛一臺再沸器，其操作質量為 =4000kg，偏心距e=2000mm。塔體與封頭材料選用16MnR，其=170 MPa， =170 MPa,=345 MPa,E=1.9 MPa。群座材料選用Q238-B。塔體與群座對接焊接，塔體焊接接頭系數 。塔體與

6、封頭厚度附加量C=2mm。第2章 按計算壓力計算塔體和封頭厚度2.1塔體厚度計算 (mm) 考慮厚度附加量C=2mm，經圓整，取。 2.2 封頭厚度計算 考慮厚度附加量C=2mm，經圓整，取，但由于DN3400mm的橢圓形封頭厚度沒有14mm，最低只有20mm，所以選擇20mm。第3章 塔設備質量載荷 3.1 筒體圓筒、封頭、群座質量 圓筒質量： （kg） 封頭質量： （kg） 群座質量： （kg） (kg) 注：（1）塔體圓筒總高度為： （2）查得DN3400mm，厚度14mm的圓筒質量為1177kg/m； （3）查得DN3400mm，厚度20mm的橢圓形封頭質量為2080kg/m（封頭曲面

7、深度850mm，直邊高度50mm）； （4）群座高度3060mm，（厚度按16mm計）。 3.2 塔段內件質量 填料封層高度5.0m由設計溫度可知，填料選擇金屬半環填料=（kg）（查得金屬半環填料密度為380kg/）3.3 保溫層質量= = +(kg) 其中，為封頭保溫層質量，kg 3.4 平臺、扶梯質量 =n =0.785 =4829(kg) 注：手冊查得平臺質量：kg/；籠式扶梯質量kg/m；籠式扶梯總高：=29m；平臺數量：n=4。3.5 操作時物料質量 =0.785=41398(kg) 注：物料密度=700kg/；封頭容積；填料層高度5.5m；填料塔板層數N=4；塔板上液層高度=0.1

8、m。 3.6 附件質量 按經驗取附件質量為 =0.25=10897(kg) 3.7 充水質量 (kg) 3.8 質量匯總全塔操作質量/kg全塔最小質量/kg水壓試驗時最大質量/kg第4章 風載荷與風彎矩計算4.1 以23段為例計算風載荷 = （N） 式中 -體型系數，對圓筒形容器，=0.7 -10m高處基本風壓值， =600N/-風壓高度變化系數，查表得：=1.00 -計算段長度，=7000mm -脈動影響系數，查得=0.72 -塔的基本自振周期，對等直徑、等厚度圓截面塔：=90.33H=90.33=2.01(s) -脈動增大系數，根據自振周期，查得：=2.6 -振型系數，查得=0.16 -風

9、振系數=1+=1+=1.41 -塔有效直徑。設籠式扶梯與塔頂管線成，取以下a，b式中較大者 a. = 圖 2 b. = =400mm， a. = b. = 取=4489mm(N)4.2各計算段風載荷匯總計算段平臺數110006000.70.720.0062.61.0170.6410040321102220006000.70.720.022.61.0520.723004032256537000600 0.70.720.162.61.4161.001012574489186874100006000.70.790.462.61.7551.252012574489413605100006000.70.

10、831.002.62.5191.42302360430164615第5章 風彎矩計算截面0-0 =1102+2565+18687+ 41360+64615（1000+2000+7000 +10000+5000） = 2.36截面1-1 = =2565 +64615 =2.23截面2-2 =17240 =1.98第6章 地震彎矩計算地震彎矩計算時，為了便于分析、計算，可化簡圖。圖 3取第一振型脈動增大系數為則衰減指數塔得總高度H=30m全塔操作質量重力加速度地震影響系數查得（設防烈度8級）查得計算截面距地面高度h：0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm地震彎矩

11、計算可用以下方法：截面0-0 = =1.25截面1-1=截面2-2= 第7章 偏心彎矩計算 第8章 各種載荷引起的軸向應力 8.1 計算壓力引起得軸向拉應力 其中、 8.2 操作質量引起的軸向壓應力 截面0-0 令群座厚度為16mm；有效厚度； 截面1-1 其中，；為人孔截面得截面積，查相關標準得道=截面2-2其中 ； A。8.3 最大彎矩引起的軸向應力其中，+截面1-1其中， 人孔截面得抗彎截面系數，查得相關標準得：截面2-2 其中， 第9章 塔體和群座危險截面的強度與穩定校核9.1塔體的最大組合軸向拉應力校核截面2-2塔體得最大軸向拉應力發生在正常操作時得2-2截面上。其中； ；K=1.2

12、；。 ， 滿足要求。9.2塔體與群座的穩定校核截面2-2塔體2-2截面上得最大組合軸向應力滿足要求。其中，查得（16，200）B=100MPa，K=1.2。截面1-1塔體1-1截面上得最大組合軸向壓應力滿足要求。其中， A=查得Q235-B，400 B=96，K=1.2截面0-0塔體0-0截面上的最大組合軸向壓應力滿足要求。其中，B=96MPa，；K=1.29.3 各危險截面強度與穩定校核匯總項目計算危險截面0-01-12-2塔體與群座有效厚度141414截面以上得操作質量 191704193747181847計算截面面積 A=149464計算截面得抗彎截面系數Z=127最大彎矩 最大允許軸向

13、拉應力204最大允許軸向壓應力/MPa115.2115.2111135.6135.6204計算壓力引起得軸向拉應力/MPa0078操作質量引起的軸向壓應力12.5816.1411.70最大彎矩引起的軸向應力17.1735.2418.29最大組合軸向拉應力85.29最大組合軸向壓應力29.7551.3885.29強度校核滿足要求穩定性校核滿足要求滿足要求mi滿足要求第10章 塔體的水壓試驗10.1水壓試驗時各種載荷引起的應力 1.試驗壓力和液柱靜壓力引起的環向應力 液柱靜壓力=2.試驗壓力引起的軸向拉應力3. 最大質量引起的軸向壓應力4. 彎矩引起的軸向應力10.2 水壓試驗時應力校核1. 筒體

14、環向應力校核滿足要求。2. 最大組合軸向拉應力校核 滿足要求。3. 最大組合軸向壓應力校核 ；滿足要求。 第11章 基礎環設計11.1 基礎環尺寸 取11.2基礎環的應力校核其中， +取以上較大者。選用75號混凝土，由表查得其許用應力：。，滿足要求。11.3基礎環的厚度假設螺栓直徑為M42，由表查得l=160mm，當b/l=138/160=0.86時，由表查得取其中較大值，故按有筋板時計算基礎環厚度：圓整后取第12章 地腳螺栓計算12.1地腳螺栓的最大拉應力注： =1.48() =0.54取以上最大值，2.2地腳螺栓根徑，選取地腳螺栓個數n=36；= 147MPa；。注： 由表查得M42得根徑

15、，故選用36個M42得地腳螺栓，滿足要求。第13章 填料塔輔助構件填料塔在傳質形式上是一種連續氣液式傳質設備。輔助構件由噴淋裝置、填料、分布器、再分布器、支撐板、填料壓板等部件組成。13.1 噴淋裝置噴琳裝置一般有噴灑型、溢流型、沖擊型等。本設計采用的是沖擊型。因為設計的塔直徑為3400mm，不適宜采用噴灑和溢流型。 沖擊型：反射板式噴灑型是利用液流沖擊反射板得反射飛散作用而分布液體（如圖所示）。反射板中央鉆有小孔以噴淋填料的中央部分。13.2 填料的選擇填料的選擇應具有較大的比表面積，較高的空隙率，結構要敞開，死角空隙小，液體的再分布性能好，填料的類型、尺寸、材質選擇適當。本設計采用的是顆粒

16、型填料鮑爾環填料。因為塔徑較大，填料的尺寸選在50mm，材質為塑料，個數， 比表面積，空隙率，堆積密度干填料因子，填料因子13.3 液體分布器 1.液體分布器的選擇 液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內氣液均勻分布得先決條件。也是填料塔達到分離效果的保證。本設計考慮到是大直徑塔，故采用管式液體分布器。如圖所示。它是由進液管，液位管，和液體分布管組成。 2.分布器的送液能力計算：溢流型液體分布器的送液能力用下式計算 注：液體流量，； n孔數； H孔口或溢流管口以上，堰口下緣以上液層高度，m； 孔流系數。=0.6； b溢流周邊長或堰口寬度，m； g重力加速度，。13.4 液體再分布器當液體流經填

17、料層時，液體有流向器壁造成“壁流”的傾向，使液體分布不均勻，降低填料塔的效率。采用液體再分布器，以便在整個高度內的填料都得到均勻噴淋。在設計時要考慮：（1）再分布器的自由面積不能過小，約等于填料的自由截面積，否則將會過大地增加阻力。（2）結構簡單牢固，能承受氣、液流體得沖擊。（3）方便拆裝。 本設計采用的是壁流收集再分布器。這樣可以使將沿塔壁留下的液體用再分配堆導出至塔的中心，圓錐小端直徑通常為塔徑的倍。13.5 支撐板 填料塔中，最常用的支撐板是柵板。如下圖所示。對于大直徑塔，可將柵板分成多塊，注意使每塊柵板能夠從人空處放進或放出13.6 填料壓板當塔內氣液負荷較大或負荷波動較大時，塔內填料

18、將發生浮動或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損毀填料，一般在填料層頂設壓板或者床層限制板。13.7 氣體的進出口裝置與排液裝置填料塔的氣體出口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均與分布?？稍跉怏w出口處安裝一除沫擋板,或填料式、絲網式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管速可取10-20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口管速可取（必要時可加大）。管徑依所選氣速決定后，按標準管規格進行圓整，規定其厚度。結 束 語本設計主要是在已有數據的基礎上，通過查找相關資料和文獻，結合已經學過的專業知識，在老師的指導下完成設計任務。填料塔的結構復雜，在計算中需要細心的推導和計算，因為是設備，要注意設計的條件，不同的地點，不同的條件設計的也不一樣。在相關文獻資料中對參數的選擇尤為明顯，要注重塔的穩定性，設計過程中要按已有的條件計算壓力、載荷、軸向應力、彎矩等等。在計算完后要通過試驗來檢驗可靠性，和國家相關標準相參照，保證設計的準確性。設計過程中，都根據實際情況作出且體的分析。致 謝經過幾個月的努力下，大學