1、南华大学机械工程学院i摘要：填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。强度校核部分是本次汽提塔设计中的重点，也是难点，他分为圆筒厚度校核，封头厚度校核，圆筒
2、轴向力校核和圆筒稳定校核，塔设备压力试验时的应力校核，裙座轴向应力校核，基础环和地脚螺栓设计及校核，筋板设计及校核，盖板设计及校核。设计中个部分校核都必须合格，从而保障设计的科学合理性。关键词：填料塔、圆筒、封头、试验、校核南华大学机械工程学院iiAbstract：Tower packing tower packing is based on gas-liquid two-phase contact as a component of mass transfer equipment. The tower is a packed tower has vertical cylinder, equi
3、pped with a filler at the bottom of bearing plates, fill the entire block to huddle or placed in the way of support on the board. Fill the top of the filler plate is installed to prevent air blowing was increased. Liquid from the top of the tower by spraying liquid distributor to fill, and down alon
4、g the filler surface. Into the gas from the bottom, with gas distribution equipment (small-diameter tower generally no gas distribution device) distribution, and fluid was counter-current continuous layer through the gap filler in the filler surface, the gas-liquid two-phase mass transfer in close c
5、ontact to .Packed column is continuous-contact gas-liquid mass transfer equipment, two-phase composition changes in a row along the tower, in the normal operating mode, the gas for the continuous phase, liquid phase for the dispersed phase. Strength checking is part of the design of the stripper in
6、the focus, but also difficult, he check into the thickness of cylinder, checking the thickness of head, cylinder and cylinder axial force checking stability check, the pressure of tower equipment Check stress tests, axial stress check skirt, basic loop and anchor bolt design and verification, design
7、 and verification ribs, cover the design and verification. Parts of the design verification must be qualified in order to protect the design of scientific rationality.Key words: Packed tower cylinder head test check南华大学机械工程学院iii目录引 言 .1第一章 填料塔 .21.1、散装填料 .21.2、规整填料 .21.3、塔内件 .21.4、填料吸收塔 .31.4.1、吸收过程
8、概述 .31.4.2、填料塔内气液流动流体力学 .31.4.2.1、填料塔内流体流动状况 .31.4.2.2、填料塔泛点气速 .31.4.2.3、填料塔压降 .41.4.2.4、持液量 .41.5、填料精馏塔 .51.5.1、填料精馏塔的结构 .51.5.2、填料精馏塔结构设计原则 .51.6、填料萃取塔 .61.6.1、概述 .61.6.2、填料萃取塔的特点 .6第二章 填料塔设计指标 .62.1、填料尺寸 .72.2、填料塔直径 .82.3、填料层高度 .8第三章 填料塔的附属结构 .93.1、 填料支承板 .103.2、 液体分布器 .113.3、 液体再分布器 .123.4、 保温层
9、.123.5、除沫器 .133.6、裙座 .14南华大学机械工程学院iv3.7、扶梯、操作平台 .163.8、 其他 .16第四章 气提塔的计算及校核 .174.1、筒体厚度计算及工作压力校核 .174.1.1、根据设计压力和液柱静压力确定计算压力 .174.1.2、圆筒厚度的计算 .174.1.3、圆筒工作压力校核 .184.2、封头厚度计算及工作压力校核 .194.2.1、封头厚度的计算 .194.2.2、封头工作压力校核 .204.3、载荷分析 .214.3.1、塔设备质量载荷计算 .214.3.2、 吊柱尺寸 .254.3.3、裙座高度设计 .264.3.4、自振周期的计算 .264.
10、3.5、地震载荷与地震弯矩的计算 .274.3.5.2、地震弯矩的计算 .304.3.6、风载荷与风弯矩的计算 .314.3.6.1、风载荷的计算 .314.3.6.2、风弯矩的计算 .354.3.7、偏心弯矩 .364.3.8、最大弯矩 .364.4、强度校核 .374.4.1 圆筒轴向力校核和圆筒稳定校核 .374.4.2、塔设备水压试验时的应力校核 .404.4.3、裙座轴向应力校核 .404.4.3.1、裙座轴向应力校核 .404.4.2、基础环和地脚螺栓及筋板的设计校核 .434.4.3、盖板设计及校核 .474.4.4、裙座与塔壳的对接焊缝 .484.5、其他 .49文献翻译 .5
11、0参考文献 .60结束语 .61谢辞 .62南华大学机械工程学院v南华大学机械工程学院第 1 页，共 62 页引 言气提塔是用于气提过程的塔器。气提过程是将某一组分的蒸汽分压增大破坏了原来的蒸汽平衡分压，引发液相中的另一组分从液相中逸入气相的过程，也称蒸汽蒸馏，是一种比较简单的蒸馏方法，常用以蒸馏在常压下沸点较高或在其沸点时易于分解的物料，也常用于高沸点的物料与不挥发的杂质分离。为了实现较为理想的传质过程，往往在管子的另一侧供应热量，使气提组分化合物的分解所需热量得到补充，是一种传热传质类型的塔器。在本设计中设计的是气提塔，本塔的作用是分离重柴油、轻柴油、煤油，在能源分离方面应用广泛。气提原理
12、，就是在设备内通入蒸汽，降低油品的油气分压，将较轻的组分蒸发出去。本质是利用含溶质浓度低的气体与液体接触，由于气相溶质的分压低，使液相溶质向气相传质（拉乌尔定律） 。在设计的过程中，我们根据设计任务书，依据各种设计标准，查阅相关的参考资料、图册和标准文献，从工艺计算、结构设计、强度计算等方面综合分析，设计出结构合理的气提塔。设计包括的主要内容：塔设备的工艺设计（塔内径、塔高、封头、进出口接管及裙座）等。并对其进行强度计算及校核，绘制图纸等。技术方案及路线：首先进行物料衡算和热量衡算，然后进行塔设备的尺寸计算，最后进行强度计算和校核。本设计说明书是在邹芝芳、段小林老师的指导下，在冯晓康教授、卿德
13、藩教授、李启成教授、刘琼老师等各学科老师的精心教育下，由舒莉同学完成的。由于编者掌握的相关设计知识有限，本书内容多有不足和错误之处，恳请各位老师提出宝贵意见，以便我的补充改正，在今后的设计过程中不断进步。南华大学机械工程学院第 2 页，共 62 页第一章 填料塔1.1、散装填料散装填料又称颗粒填料，通常以乱堆形式装填在塔内，故也被称为乱堆填料。包括拉西环及其衍生填料，如勒辛环、十字隔环、三头螺旋环、双头螺旋环、单头螺旋环等。从形状来分，主要分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料、球形填料和其他类型填料。其中环形填料包括拉西环、鲍尔环等；鞍形填料包括矩鞍形填料、半环填料；环鞍形填料包括 IMTP 填
14、料、纳特环和共轭环填料；球形填料包括多面球填料、TRI 球形填料。1.2、规整填料规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布、整齐堆砌的填料，在整个塔截面上几何形状规则、对称、均匀，规定了气液流路，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小。在相同的能量和压降下，能较散装填料提供更多的比表面积，在相同容积中也可达到更高的传质、转热效果。同时，由于其结构的均匀、规则、对称性，在与散装填料具有相同的表面积时，其空隙率更大，具有更大的通量，综合处理能力比板式塔和散装填料塔大很多。通过对规整填料的深入研究以及对塔内件（如气液分布器）的精心设计、制造、安装和认真操作等，可以做到工业放大效应不明显。近几十年来，规整填
15、料在精细化工、香料工业、炼油、化肥、石油化工等领域的众多塔器内得到广泛应用。规整填料主要包括金属板波纹填料、非金属板波纹填料和网波纹填料等。1.3、塔内件塔内件是填料塔的组成部分，它与填料及塔体共同构成了一个完整的填料南华大学机械工程学院第 3 页，共 62 页塔。其功能是最大限度发挥填料塔的效率和生产能力，而不是限制填料塔的性能。故塔内件的好坏直接影响整个填料塔的性能。填料塔的所谓“放大效应” ，除填料塔本身固有因素外，塔内件也有很大影响。塔内件主要包括以下几个部分：液体分布装置；填料紧固装置；填料支撑装置；液体收集再分布、防壁流及进出料装置；气体进料及分布装置；除沫装置。1.4、填料吸收塔
16、1.4.1、吸收过程概述利用气体混合物中各种组分在液体溶剂中溶解度的差异，将气体混合物的特定组分转移到液体的过程，即为吸收，是在化工、石油化工、医药、环保等行业中广泛应用的一种化工单元操作过程，吸收中使用的液体溶剂称为吸收剂，被吸收的气体组分称为溶质。1.4.2、填料塔内气液流动流体力学1.4.2.1、填料塔内流体流动状况在应用填料塔作为传质设备的吸收、精馏等分离过程中，气液两相通常以逆流流动的方式进行气液接触。气液逆流填料塔操作时，在填料层内，液体借重力沿填料表面呈膜状流下，气体自下而上地通过填料层流动通道空隙，与填料表面下降液膜之间的交互作用是影响填料层内气液两相流体流动的关键因素，填料塔
17、内流体力学特性主要包括液降、载点、泛点和持液量等。1.4.2.2、填料塔泛点气速自载点以后，气液两相的交互作用越来越强烈。当气液量达到某一定值时，两相交互作用恶性发展的结果会导致液泛现象的出现。此时上升气流对液流的南华大学机械工程学院第 4 页，共 62 页曳力加大到足以阻止液体下流，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升。在压降曲线上，出现液泛现象的标志是压降曲线近于垂直，压降曲线明显变为垂直的转折点称之为泛点。液泛是填料塔的极限操作状态，正确地估算泛点气速对于填料塔的设计和操作十分重要，直接影响吸收塔送风机的选取和精馏塔底部温度的计算。填料塔的最大操作气速可为泛点气速的95，而经济可靠的
18、最大操作气速泛点的70左右，即在载点左右。1.4.2.3、填料塔压降反映填料层阻力的压降随填料的类型与尺寸不同而变化，通常需要对各种类型尺寸填料进行实测以得到压力降曲线。适用于乱堆颗粒型填料如拉西环、鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和格栅填料两种规则填料的泛点曲线。根据两相流动参数和填料因子或压降填料因子，将横坐标和纵坐标的值算出，即可按等线求出，但在10mmH 20*/m 时误差较大。1.4.2.4、持液量持液量指单位体积填料层载其空隙中所持有地液体量。进行填料支撑板强度计算时，填料本身重量与持液量都应考虑。一般认为持液量小的填料比较好，持液量小则阻力亦小，但要使操作平稳，一定的持
19、液量是必要的。持液量分静态持液量与动态持液量两部分。静态持液量指填料层停止接受淋洒液体并经过规定的滴液时间之后，仍然滞留载填料层中的液体量，其大小决定填料本身（类别、尺寸）及液体的性质。动态持液量指操作时流动于填料表面的量，即可以从填料上滴下的那部分，其值等于载一定的淋洒条件下持于填料层中的液体总量与静持液量之差。显然这一部分持液量不但与前述因素有关，而且还与喷淋密度有关。总持液量由填料类型、尺寸、液体性质、喷淋密度等所决定，可由经验公式或曲线图来估计 4。到了载点以后，持液量还随气流速度的上升而增加。南华大学机械工程学院第 5 页，共 62 页1.5、填料精馏塔1.5.1、填料精馏塔的结构对
20、于不同的工艺要求，填料塔应考虑不同的结构。如炼油装置中的蒸馏塔，分离精度要求不高，但其处理量大，往往进口侧线较多，填料段较多，各段填料层的功能也不一致，有的传质、有的传热、有的洗涤，或兼而有之。不少场合进料为气液混合进料，或液相进入塔内会发生闪蒸。1.5.2、填料精馏塔结构设计原则（1）塔型选择一般对热敏性物系、易起泡的物系、相对挥发度小需要很多理论分离级数的物系、有腐蚀物系等场合宜先考虑填料塔。确定塔型后，则应确定蒸馏过程，是分批蒸馏还是连续蒸馏，是否有多股进料或侧线产品，根据能耗及投资情况是否有条件采用热泵蒸馏或多效蒸馏。（2）操作压力的选择小分子量物系，如丙烯和丙烷等物系，常温常压下为气态，必须在加压下蒸馏。大分子量或热敏性物系，宜采用真空蒸馏，可降低操作温度。难分离物系在减压下蒸馏，可提高相对挥发度，从而可减少分离所需理论级数。常压蒸馏是介于加压蒸馏和真空蒸馏之间的操作，其投资设备比真空蒸馏或加压蒸馏都要低得多。（3）填料的选择规整填料与散装填料相比，其分离能力较大，单位分离能力的比面积并不比散装填料小，这说明采用规整填料比采用散装填料经济。但规整填料的单位分离能力的并不比散装填料小，这说明规整填料的微观传质性能并不比散装填料好，只是规整填料可以使用薄板材，从而合理地利用了材料，比面积比散装填料大。
