課程設(shè)計(jì)---碳酸丙烯酯脫去合成二氧化碳的吸收塔

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)?</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要-----------------------------------------------------------3</p><p>　　前言---------------------------

2、--------------------------------4</p><p>　　一 填料吸收塔工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算-------------------------------5</p><p>　　1.1 工藝流程及設(shè)計(jì)指標(biāo)--------------------------------------5</p><p>　　1.1.1 工藝流程-------

3、-----------------------------------5</p><p>　　1.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)，指標(biāo)------------------------------------5</p><p>　　1.2 物性參數(shù)的計(jì)算-----------------------------------------5</p><p>　　1.2.1 原料氣物性

4、參數(shù)------------------------------------5</p><p>　　1.2.2 吸收液物性參數(shù)------------------------------------6</p><p>　　1.2.3 填料物性參數(shù)--------------------------------------7</p><p>　　1.3 吸收塔的物料

5、衡算---------------------------------------7</p><p>　　1.4 塔體的計(jì)算---------------------------------------------8</p><p>　　1.4.1 塔徑的計(jì)算----------------------------------------8</p><p>　?。?/p>

6、1）液泛氣速----------------------------------------8</p><p>　　（2）塔徑--------------------------------------------9</p><p>　　1.4.2 填料層高度的計(jì)算----------------------------------9</p><p>　?。?）傳質(zhì)

7、單元數(shù)--------------------------------------9</p><p>　?。?）傳質(zhì)單元高度-----------------------------------10</p><p>　　二 吸收塔優(yōu)化設(shè)計(jì)--------------------------------------------13</p><p>　　2.1 系統(tǒng)

8、的年總費(fèi)用----------------------------------------13</p><p>　　2.2 吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用------------------13</p><p>　　2.3 填料年折舊費(fèi)用----------------------------------------13</p><p>　　2.4 離心

9、泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用----------------------13</p><p>　　2.5 風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用--------------------------15</p><p>　　2.6 吸收劑費(fèi)用--------------------------------------------15</p><p>　　三 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-

10、---------------------------------------------16</p><p>　　3.1 液體分布裝置------------------------------------------16</p><p>　　3.2 填料支撐裝置------------------------------------------16</p><p

11、>　　3.3 液體分布裝置------------------------------------------16</p><p>　　3.4 除沫器------------------------------------------------16</p><p>　　四 設(shè)計(jì)校核------------------------------------------------

12、--17</p><p>　　4.1 主要工藝參數(shù)校核--------------------------------------17</p><p>　　4.1.1 塔直徑與塔中填料直徑之比--------------------------17</p><p>　　4.1.2 液體噴淋密度------------------------------------

13、--17</p><p>　　4.1.3 實(shí)際氣速與液泛氣速比------------------------------17</p><p>　　4.2 強(qiáng)度校核---------------------------------------------17</p><p>　　4.2.1 筒體材料的選用與計(jì)算---------------------------

14、--17</p><p>　　4.2.2 封頭厚度的計(jì)算-----------------------------------18</p><p>　　4.2.3 塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定計(jì)算-----------------------------18</p><p>　　4.2.4 質(zhì)量載荷計(jì)算-------------------------------------1

15、8</p><p>　　4.2.5 塔體的風(fēng)載荷和風(fēng)力矩-----------------------------19</p><p>　　(1)、風(fēng)力矩的計(jì)算公式-------------------------------19</p><p>　　(2)、總彎矩的計(jì)算-----------------------------------19</p>

16、<p>　　(3)、塔的自振周期計(jì)算-------------------------------20</p><p>　　(4)、地震載荷計(jì)算-----------------------------------20 </p><p>　　4.2.6 塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核-----------------------------21</p>&

17、lt;p>　　(1)、塔體危險(xiǎn)截面(1-1)的軸向應(yīng)力計(jì)算----------------21</p><p>　　(2)、塔體危險(xiǎn)截面(1-1)抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性計(jì)算------21</p><p>　　4.2.7 裙座的強(qiáng)和穩(wěn)定計(jì)算、校核-------------------------22</p><p>　　4.2.8 水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算

18、-------------------22</p><p>　　(1)、水壓試驗(yàn)時(shí)塔體 (1-1)截面的強(qiáng)度校核--------------22</p><p>　　(2)、水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部(0-0)截面強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定要求--23</p><p>　　4.2.9 基礎(chǔ)環(huán)板的設(shè)計(jì)-----------------------------------23</p&

19、gt;<p>　　(1)、基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定---------------------------23</p><p>　　(2)、基礎(chǔ)環(huán)板厚度的設(shè)計(jì)-----------------------------23</p><p>　　4.2.10 地腳螺栓的設(shè)計(jì)----------------------------------24</p><p>

20、　　4.2.11 混凝土的強(qiáng)度校核--------------------------------24</p><p>　　五 主要符號(hào)說(shuō)明---------------------------------------------25</p><p>　　六 優(yōu)化程序及其運(yùn)行結(jié)果-------------------------------------29</p><

21、;p>　　6.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算程序及運(yùn)算結(jié)果-----------------------29</p><p>　　6.2 液氣比優(yōu)化程序及運(yùn)算結(jié)果-----------------------------31</p><p>　　小結(jié)---------------------------------------------------------35</p>

22、<p>　　參考文獻(xiàn)-----------------------------------------------------36</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　[中文摘要] PC作為工業(yè)化脫二氧化碳的吸收劑，有著很大的優(yōu)勢(shì)。PC溶劑對(duì)二氧化碳的吸收為物理過(guò)程，因此選擇較低的操作溫度和較高的操作壓力有利于吸收的進(jìn)行。整個(gè)設(shè)計(jì)

23、包括總費(fèi)用的優(yōu)化設(shè)計(jì)和全塔的裝備設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。根據(jù)優(yōu)化出的吸收劑流量，計(jì)算出塔的各種參數(shù)，最后進(jìn)行構(gòu)件選型和必要的機(jī)械校核。設(shè)計(jì)出的塔必須是最經(jīng)濟(jì)的和最安全的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PC 吸收劑 優(yōu)化 校核</p><p>　　[English Abstract] Propylene Carbonate (PC) has a great advantage in the i

24、ndustry of taking off carbon dioxide. It is a physics process for PC solvent to absorb carbon dioxide. Thus it is beneficial to select the common operation temperature and the high operation pressure for the absorption

25、. The optimization of the whole expenditure and the design of the equipments were included in the assignment. According to the optimized flow of the sorbent , the various parameter of the absorbtion were c</p><

26、;p>　　Key Word: PC absorbent optimization check</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　氣體凈化是工業(yè)上重要的過(guò)程之一。隨著各工業(yè)過(guò)程的要求不同，有的需要對(duì)原料氣體進(jìn)行凈化處理，有的需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行凈化，有的需要對(duì)尾氣進(jìn)行凈化等。</p><p>　

27、　在合成氨生產(chǎn)中，由于制氣原料主要碳和含碳化合物，經(jīng)制氣和一氧化碳變換后，變換氣中除含有對(duì)氨合成有用的氫氣等，同時(shí)還含有二氧化碳、一氧化碳、甲烷、硫化氫等對(duì)氨合成有害的雜質(zhì)組分。在這些雜質(zhì)組分中又以二氧化碳的含量最高。如在生產(chǎn)過(guò)程中，不及時(shí)將二氧化碳從變換氣中除去，將會(huì)使后續(xù)工序無(wú)法正常進(jìn)行。</p><p>　　脫除原料氣中大量二氧化碳的方法主要分為三大類：化學(xué)吸收法、物理化學(xué)法和物理吸收法。本次設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用

28、物理吸收法。則以下主要介紹物理吸收法。</p><p>　　物理吸收法是指吸收劑并不與二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一類脫碳方法。它是基于不同壓力下的二氧化碳在吸收劑中有不同的平衡溶解度這種性質(zhì)而發(fā)展起來(lái)的。這類方法中的吸收劑大多為有機(jī)溶劑，它們普遍具有溶解二氧化碳量大的特點(diǎn)，尤其是在加壓時(shí)。此外吸收劑的再生大多不必加熱，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的降壓或常溫氣提（惰性氣體吹洗）。</p><p>　　本次課程設(shè)

29、計(jì)中，用碳酸丙烯酯（PC）作為吸收劑來(lái)吸收合成氨原料氣里的二氧化碳，可認(rèn)為是單組分等溫物理吸收過(guò)程。</p><p>　　碳酸丙烯酯為環(huán)狀有機(jī)碳酸酯類化合物，在常溫下為略帶芳香味的液體，純凈時(shí)無(wú)色透明，分子式為C4H6O3，相對(duì)分子質(zhì)量為102.9㎏/kmol，密度略大與水。它對(duì)二氧化碳、硫化氫及一些有機(jī)硫具有較大的溶解能力，而對(duì)氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、甲烷、氧氣等的溶解度要小得多。如以氫氣在碳酸丙烯酯中的溶解度?/p>

30、基準(zhǔn)，則同樣溫度與壓力下二氧化碳的溶解度為氫氣的130倍左右，硫化氫為氫氣的420倍左右。由于不同氣體在同一溶劑中溶解度差別很懸殊，這就為該溶劑用于氣體混合物的分離奠定了理論基礎(chǔ)。</p><p>　　碳酸丙烯酯的穩(wěn)定性較好，在工業(yè)上連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十余年后仍不影響其吸收效率。溶劑在吸收了二氧化碳和硫化氫等酸性氣體后，對(duì)普通碳鋼的腐蝕性仍較低，因此在工業(yè)上可用普通碳鋼作為主要設(shè)備的材質(zhì)。</p><p

31、>　　用碳酸丙烯酯作為吸收劑來(lái)吸收合成氨原料氣中的二氧化碳的方法與其他脫碳方法相比，在凈化度相同的情況下，也以碳酸丙烯酯法的能耗和可比操作費(fèi)最低。</p><p>　　一 填料吸收塔工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1.1 工藝流程及設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　1.1.1 工藝流程</p><p>　　工業(yè)化脫CO2過(guò)程的吸收

32、劑（PC）一定要循環(huán)使用，因此必須設(shè)計(jì)吸收，解吸聯(lián)合操作的吸收裝置，PC溶劑吸收CO2為物理過(guò)程，因此選擇高的操作壓力，較低操作溫度利于吸收。為確保CO2的回收率和出塔凈化氣中的CO2 <0.6%，宜采用氣—液逆流的吸收過(guò)程。為使PC溶劑循環(huán)使用，并充分回收解吸氣中H2，N2，CO2等氣體，將解吸過(guò)程分成三步，構(gòu)成三級(jí)解吸流程。第一級(jí)減壓閃蒸的目的是回收H2，N2；第二級(jí)常壓解吸，回收CO2；第三級(jí)空氣氣提解吸，保證PC溶劑的再生

33、質(zhì)量。此外，設(shè)置換熱器，分離罐，儲(chǔ)槽，機(jī)泵等以構(gòu)成完整的吸收裝置。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)參數(shù)中氣體流量為20000Nm3/h，變換氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的壓縮后，進(jìn)入分離設(shè)備。在操作壓力2.5MPa下進(jìn)入吸收塔底部，與塔頂噴淋而下的PC溶劑逆流接觸，將CO2吸收。出塔凈化氣體含CO2<0.006,經(jīng)泡沫分離器除掉了PC霧滴后入壓縮機(jī)。吸收了CO2的吸收液（富液）經(jīng)減壓閥先進(jìn)行減壓，而后進(jìn)入閃蒸槽，將N2、H

34、2及少量的CO2解吸出來(lái)，經(jīng)氣液分離，再將此解吸氣體送至壓縮機(jī)進(jìn)行回收，閃蒸液體借助壓力進(jìn)入常壓解吸塔，主要將大量CO2解吸出來(lái)，獲得純度較高的CO2。常壓解吸后，PC溶液中尚含有一定的CO2，將PC液體借助液位差流到下部的氣提解吸塔。在此與他底鼓入的空氣逆流接觸，以將其中殘存的進(jìn)一步解吸出來(lái)，使PC液體得到較完全的再生，供吸收用。</p><p>　　1.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)，指標(biāo)</p><p

35、>　　（1）、合成氨原料氣量：20000Nm3/h。</p><p>　?。?）、原料氣中CO2的含量：30.2%（摩爾分率）。</p><p>　?。?）、出塔凈化氣中CO2的含量：0.6%（摩爾分率）。</p><p>　?。?）、操作溫度：32。C。</p><p>　?。?）、操作壓力：2.5MPa。</p>&l

36、t;p>　?。?）、進(jìn)塔碳酸丙烯酯液體中CO2的含量約為0。</p><p>　　（7）、進(jìn)塔原料氣組成：CO2：30.2%，N2：18.86%，H2：50.94%。</p><p>　　1.2 物性參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　1.2.1 原料氣物性參數(shù)</p><p>　　原料氣中按照H2：N2 =2.7：1；</p>

37、;<p>　　塔頂原料氣組成：CO2：0.6%，N2：26.865%，H2：72.535%；</p><p>　　y=0.15截面處原料氣組成：CO2：15%，N2：22.97%，H2：62.03%；</p><p>　　塔底原料氣組成：CO2：30.2%，N2：18.86%，H2：50.94%。</p><p>　　M CO2 = 44.01 kg/

38、kmol，M N2 = 28.02 kg/kmol，MH2 = 2.016 kg/kmol。</p><p>　　yi：i組分在原料氣中的組成（摩爾分率）；</p><p>　　Mi：i組分的相對(duì)分子質(zhì)量，kg/kmol。</p><p>　　P：操作壓力，2.5 MPa； </p><p>　　M：相對(duì)分子質(zhì)量，kg/kmol；

39、 </p><p>　　R：摩爾氣體常數(shù)，8.3145 J/(mol·K)； </p><p>　　T：絕對(duì)溫度，305K。</p><p>　　GB：通過(guò)吸收塔的惰性氣體流量，kmol(B)/s；</p><p>　　yco2：原料氣中co2的組成。</p><p>　　表1.1 氣體物性參數(shù)表&

40、lt;/p><p>　　1.2.2 吸收液物性參數(shù)</p><p>　　ρ液 = 1191.1 kg/m3；μ = 2.205×10-3 Pa*s；g = 9.81 m/s2；</p><p>　　碳酸丙烯酯的相對(duì)分子質(zhì)量：M = 102.09 kg/m3；</p><p>　　吸收液的相對(duì)分子質(zhì)量：M液 = 100.6624 kg/m

41、3；</p><p>　　吸收液的摩爾濃度：C0 = = 11.8326 kmol/m3。</p><p>　　CO2在液相中的擴(kuò)散系數(shù)：</p><p>　　a、Dco2-pc = 9.0123069×10-8 T/μL cm2/s；</p><p>　　b、Dco2-pc = 7.78×10-8 T/μL

42、 cm2/s；</p><p>　　其中μL為液體粘度，mPa*s；</p><p>　　計(jì)算：a、Dco2-pc = 1.2466×10-9 m2/s;</p><p>　　b、Dco2-pc = 1.0761×10-9 m2/s;</p><p>　　D均 = = 1.1614×10-9 m2/s;&

43、lt;/p><p>　　1.2.3 填料物性參數(shù)</p><p>　　選取的填料為聚氯乙烯塑料鮑爾環(huán)（亂堆）</p><p>　　聚氯乙烯熟料鮑爾環(huán)（亂堆）的物性參數(shù)：</p><p>　　直徑×高度×壁厚：50×48×1.8 mm；</p><p>　　比表面積：at = 106.

44、4 m2/m3；</p><p>　　空隙率：ε= 0.90 m3/m3；</p><p>　　堆積密度：ρp = 87.5 kg/m3；</p><p>　　個(gè)數(shù)：n = 7000 1/m3;</p><p>　　填料因子：φ= 120 1/m；</p><p>　　干填料因子： 1/m；</p>&l

45、t;p>　　常數(shù)：A = 0.0942；K = 1.75；</p><p>　　填料的形狀系數(shù)（開孔環(huán)）：ψ = 1.45；</p><p>　　液體的表面張力：σ= 41.457 mN/m；</p><p>　　液體的臨界表面張力：σc = 40 mN/m；</p><p>　　1.3 吸收塔的物料衡算</p><

46、;p>　　y1 = 0.302 Y1 = =0.4327；</p><p>　　y2 = 0.006 Y2 = =0.0060；</p><p>　　G1 = 20000/22.4 = 892.857 kmol/h；</p><p>　　GB = 892.857×0.698 = 623.214 kmol/h；</

47、p><p>　　查文獻(xiàn)擬合的CO2在PC中的相平衡方程為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　由y1=0.302可得xe1=0.076406,則Xe1=0.0827268;</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　通過(guò)優(yōu)化可得最佳液氣

48、比：</p><p><b>　　；</b></p><p>　　Ls = 5.415837× 623.214 =0.937563kmol/s；</p><p><b>　　kmol/s；</b></p><p>　　由的X1=0.078787，則x1=0.073033；</p>

49、;<p><b>　　操作線方程為：</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)可得：</b></p><p>　　1.4 塔體的計(jì)算</p><p>　　1.4.1 塔徑的計(jì)算</p><p><b>　?。?）液泛氣速計(jì)算</b></p>

50、<p>　　采用貝恩-霍根公式的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算泛點(diǎn)氣速</p><p>　　其中uF：液泛氣速，m/s；</p><p>　　g：重力加速度，m2/s；</p><p>　　at：比表面積，106.4 m2/m3；</p><p>　　ε：空隙率， 0.90 m3/m3；</p><p>　　ρv：氣相密

51、度，kg/m3；</p><p>　　ρL：液相密度，kg/m3；</p><p>　　μL：液相粘度，mPa·s；</p><p>　　常數(shù)：A=0.0942，K=1.75;</p><p>　　ωL：液相質(zhì)量流率，kg/s；</p><p>　　ωV：氣相質(zhì)量流率，kg/s；</p><

52、;p>　　而 kg/s；</p><p>　　ωV=G×MV=751.009×14.3815/3600=3.0002 kg/s；</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算的：</b></p><p>　　uF = 0.153512 m/s；</p><p><b>　　（2）塔徑

53、計(jì)算：</b></p><p><b>　　操作條件下的流量：</b></p><p><b>　　m3/h；</b></p><p><b>　　塔直徑： m；</b></p><p>　　1.4.2 填料層高度的計(jì)算</p><p>&l

54、t;b>　?。?）傳質(zhì)單元數(shù)</b></p><p>　　本示例PC液吸收變換氣中的的吸收屬于高濃度氣體吸收，具體吸收過(guò)程又以液膜傳質(zhì)過(guò)程控制，為此選擇下敘公式計(jì)算填料層高度，即</p><p><b>　　其中：， </b></p><p><b>　　傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算：</b></p>

55、<p>　　通過(guò)圖解法由優(yōu)化程序計(jì)算而得。</p><p>　　相平衡方程： </p><p>　　操作線方程： </p><p>　　通過(guò)上述兩個(gè)方程依次算出：</p><p>　　y x xe xe-x 1-x 1-xe (1-x)m </

56、p><p>　　0.006000,0.000007, 0.001518, 0.001511, 0.999993, 0.998482, 0.999237, 661.176283</p><p>　　0.010000,0.000757, 0.002530, 0.001773, 0.999243, 0.997470, 0.998356, 563.404636</p><p>

57、　　0.020000,0.002653, 0.005060, 0.002407, 0.997347, 0.994940, 0.996143, 415.007907</p><p>　　0.030000,0.004582, 0.007590, 0.003008, 0.995418, 0.992410, 0.993913, 331.908442</p><p>　　0.040000,0.006

58、543, 0.010120, 0.003577, 0.993457, 0.989880, 0.991668, 279.023854</p><p>　　0.050000,0.008537, 0.012650, 0.004113, 0.991463, 0.987350, 0.989405, 242.610205</p><p>　　0.060000,0.010565, 0.015180, 0

59、.004615, 0.989435, 0.984820, 0.987126, 216.182988</p><p>　　0.070000,0.012629, 0.017710, 0.005081, 0.987371, 0.982290, 0.984829, 196.286306</p><p>　　0.080000,0.014728, 0.020240, 0.005512, 0.98527

60、2, 0.979760, 0.982513, 180.912622</p><p>　　0.090000,0.016864, 0.022770, 0.005906, 0.983136, 0.977230, 0.980180, 168.819039</p><p>　　0.100000,0.019039, 0.025300, 0.006261, 0.980961, 0.974700, 0.9

61、77827, 159.198126</p><p>　　0.110000,0.021252, 0.027830, 0.006578, 0.978748, 0.972170, 0.975455, 151.506009</p><p>　　0.120000,0.023505, 0.030360, 0.006855, 0.976495, 0.969640, 0.973063, 145.36674

62、4</p><p>　　0.130000,0.025799, 0.032890, 0.007091, 0.974201, 0.967110, 0.970651, 140.516414</p><p>　　0.140000,0.028136, 0.035420, 0.007284, 0.971864, 0.964580, 0.968218, 136.769245</p><

63、;p>　　0.150000,0.030516, 0.037950, 0.007434, 0.969484, 0.962050, 0.965762, 133.996584</p><p>　　0.160000,0.032940, 0.040480, 0.007540, 0.967060, 0.959520, 0.963285, 132.113865</p><p>　　0.170000

64、,0.035411, 0.043010, 0.007599, 0.964589, 0.956990, 0.960785, 131.072836</p><p>　　0.180000,0.037928, 0.045540, 0.007612, 0.962072, 0.954460, 0.958261, 130.857634</p><p>　　0.190000,0.040495, 0.048

65、070, 0.007575, 0.959505, 0.951930, 0.955713, 131.484011</p><p>　　0.200000,0.043111, 0.050600, 0.007489, 0.956889, 0.949400, 0.953140, 133.001674</p><p>　　0.210000,0.045778, 0.053130, 0.007352, 0

66、.954222, 0.946870, 0.950541, 135.500225</p><p>　　0.220000,0.048499, 0.055660, 0.007161, 0.951501, 0.944340, 0.947916, 139.119999</p><p>　　0.230000,0.051274, 0.058190, 0.006916, 0.948726, 0.94181

67、0, 0.945264, 144.070269</p><p>　　0.240000,0.054106, 0.060720, 0.006614, 0.945894, 0.939280, 0.942583, 150.659490</p><p>　　0.250000,0.056995, 0.063250, 0.006255, 0.943005, 0.936750, 0.939874, 159

68、.346498</p><p>　　0.260000,0.059944, 0.065780, 0.005836, 0.940056, 0.934220, 0.937135, 170.830531</p><p>　　0.270000,0.062955, 0.068310, 0.005355, 0.937045, 0.931690, 0.934365, 186.218185</p>

69、;<p>　　0.280000,0.066030, 0.070840, 0.004810, 0.933970, 0.929160, 0.931563, 207.355606</p><p>　　0.290000,0.069170, 0.073370, 0.004200, 0.930830, 0.926630, 0.928728, 237.553160</p><p>　　0.

70、300000,0.072378, 0.075900, 0.003522, 0.927622, 0.924100, 0.925860, 283.374853</p><p>　　0.302000,0.073028, 0.076406, 0.003378, 0.926972, 0.923594, 0.925282, 295.468226</p><p>　　通過(guò)程序優(yōu)化計(jì)算出：</p&g

71、t;<p>　　Nol =13.846768 </p><p><b>　　（2）傳質(zhì)單元高度</b></p><p>　　傳質(zhì)單元高度的計(jì)算：</p><p><b>　　有效表面積的計(jì)算：</b></p><p>　　其中：aw：?jiǎn)挝惑w積填料層的濕潤(rùn)表面，m2/m3；</p&

72、gt;<p>　　at：?jiǎn)挝惑w積填料層的濕潤(rùn)比表面，m2/m3；</p><p>　　σ：液體的表面張力，N/m；</p><p>　　σc：液體的臨界表面張力，40×10-3 N/m；</p><p>　　μL：液體的粘度，Pa·s；</p><p>　　LG：液相的質(zhì)量流率，㎏/(m2·s)；&

73、lt;/p><p><b>　　㎏/(m2·s)；</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)：</b></p><p><b>　　m2/m3；</b></p><p><b>　　液相傳質(zhì)系數(shù)：</b></p><p>

74、　　其中：LG：液相的質(zhì)量流率，㎏/(m2·s)；</p><p>　　aw：?jiǎn)挝惑w積填料層的濕潤(rùn)表面，m2/m3；</p><p>　　μL：液體的粘度，Pa·s；</p><p>　　ρL：液相密度，kg/m3；</p><p>　　DL：溶質(zhì)在液相中的傳質(zhì)系數(shù)，m2/s：</p><p>　　

75、Ψ：填料的形狀系數(shù)（開孔環(huán)），1.45；</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)的：</b></p><p>　　kL = 0.000261 m2/s；</p><p>　　液相傳質(zhì)系數(shù)的修正式：</p><p>　　kL' ：修正了的液相傳質(zhì)系數(shù)，m2/s；</p><p>　　u：空塔氣

76、速，m2/s；</p><p>　　uF：液泛氣速，m2/s；</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)的：</b></p><p>　　kL' = 0.00027145 m2/s；</p><p>　　kL'×a = kL'×aw；</p><p>　　

77、PC液吸收變換氣中的的吸收屬于高濃度氣體吸收，具體吸收過(guò)程又以液膜傳質(zhì)過(guò)程控制，則：</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)的：</b></p><p>　　Kx·a = 0.312425 kmol/(m2·s)；</p><p>　　傳質(zhì)單元高度： </p><p>　　L：液相摩爾流率，kmol

78、/s；</p><p>　?。核暮饨孛娣e，=2.122729 m2；</p><p>　　代入數(shù)據(jù)的：Hol = 1.470913 m ；</p><p><b>　　填料層高度：</b></p><p>　　計(jì)算高度： H計(jì) = Hol×Nol = 20.367388 m ；</p>

79、<p>　　實(shí)際高度： H=1.2×H計(jì)=24.440866 m 。</p><p><b>　　1.2 數(shù)據(jù)匯總表</b></p><p>　　二 吸收塔優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的年總費(fèi)用</p><p>　　系統(tǒng)的年總費(fèi)用J（元/a）：</p>&l

80、t;p>　　J=J1+J2+J3+J4+J5</p><p>　　J1：吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用；</p><p>　　J2：填料年折舊費(fèi)用；</p><p>　　J3：離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用；</p><p>　　J4：風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用；</p><p><b>　　

81、J5：吸收劑費(fèi)用。</b></p><p>　　2.2 吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用</p><p>　　吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用J1</p><p>　　其中：Fm：材質(zhì)因子，無(wú)因次，F(xiàn)m=1；</p><p>　　Ws：吸收塔塔體質(zhì)量，㎏；</p><p><b>　　W

82、s的計(jì)算公式： </b></p><p>　　其中：Ts：吸收塔的塔壁厚度，Ts=0.015m；</p><p>　　ρ：吸收塔的材料密度，ρ=7860㎏/m；</p><p>　　D：吸收塔塔內(nèi)徑，m；</p><p>　　Lt：吸收塔的切線長(zhǎng)度，Lt=2H，單位：m；</p><p>　　Fc：設(shè)備年折

83、舊率，F(xiàn)c=0.2；</p><p>　　Me：匯率，Me=6.8193元/美元；</p><p>　　2.3 填料年折舊費(fèi)用</p><p>　　吸收塔填料年折舊費(fèi)用J2</p><p>　　其中：H：吸收塔填料層高度，m；</p><p>　　Cpa：填料單價(jià)，Cpa=2000元/m2；</p>&

84、lt;p>　　2.4 離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用</p><p>　　離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用J3</p><p>　　其中：b0，b1，b2，b3：分別為離心泵的經(jīng)驗(yàn)回歸公式，無(wú)因次；</p><p>　　fb：離心泵的校正系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　Nb：離心泵的軸功率，kW；</p><

85、p>　　Cpe：電價(jià)，元/（kW·h）；</p><p>　　θ：離心泵年操作時(shí)間，h/a。</p><p>　　選取離心泵為碳鋼多級(jí)，則</p><p>　　b0 = 2.8963，b1 = 0.1179，b2 = 0.172，b3 = -0.0023，fb = 1.0；</p><p><b>　　離心泵的軸功率

86、Nb</b></p><p>　　其中：Q：吸收液的體積流量，m3/s；</p><p>　　ηb：離心泵的效率，ηb=0.9；</p><p>　　H：離心泵的揚(yáng)程，m；</p><p>　　ρL：吸收液的密度，㎏/m3；</p><p>　　g：重力加速度，g = 9.81m/s2。</p>

87、<p><b>　　離心泵揚(yáng)程H</b></p><p>　　其中：：離心泵升揚(yáng)高度，m；</p><p>　　λ：送液管道的摩擦系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　l：送液管道的總長(zhǎng)度，m；</p><p>　?。核鸵汗艿赖目傋枇Ξ?dāng)量長(zhǎng)度，m；</p><p>　　d；送液管道的管

88、徑，d=0.16m；</p><p>　　uL：吸收液的流速，m/s。</p><p>　　送液管道的摩擦系數(shù)λ</p><p>　　其中：e：管材壁面粗糙度，e=0.15mm；</p><p>　　Re：雷諾數(shù)，無(wú)因次，。</p><p>　　2.5 風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用</p><p&

89、gt;　　風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操作費(fèi)用J4</p><p>　　其中：af，bf：風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)回歸公式，無(wú)因次；</p><p>　　ff：風(fēng)機(jī)形式或材質(zhì)校正系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　選取風(fēng)機(jī)型號(hào)為4－62－11：</p><p>　　af=750，bf=0.27，ff=4.8；</p><p><b&g

90、t;　?。猴L(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；</b></p><p>　　Vf：氣體的體積流量，㎡/h；</p><p>　　Nf：風(fēng)機(jī)軸功率，kW。</p><p><b>　　風(fēng)機(jī)的軸功率Nf</b></p><p>　　其中：ηf：風(fēng)機(jī)的效率，ηf=0.75；</p><p>　　=（1.1～1.

91、2）。</p><p>　　氣體通過(guò)吸收塔填料層的壓降</p><p>　　其中：G'：氣體的質(zhì)量流量，㎏/(m2·s)；</p><p>　　ρG：氣體的密度，㎏/m3。</p><p>　　2.6 吸收劑費(fèi)用</p><p><b>　　吸收劑費(fèi)用J5</b></p&

92、gt;<p>　　其中：L's：吸收劑的質(zhì)量流量，㎏/h；</p><p>　　Cpw：吸收劑的價(jià)格，Cpw=12.5元/kg。</p><p><b>　　三 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 液體分布裝置</p><p>　　填料塔操作時(shí)，在任一截面上，保證氣液的均勻分布都是十

93、分重要的。對(duì)于任一裝填完畢的填料塔，氣速的分布是否均勻，主要取決于液體分布的均勻程度。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。</p><p>　　液體分布裝置的安裝位置，通常必須高于填料層表面150到300mm，以提供足夠的自由空間，讓上升氣體不受約束的穿過(guò)分布器。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)，我們選用可拆型槽盤氣液分布器（HG/T21585.1

94、-1998）</p><p>　　3.2 填料支撐裝置</p><p>　　選用梁式氣體噴射支撐板。</p><p>　　3.3 液體分布裝置</p><p>　　液體分布器選用盤式分布器。</p><p><b>　　3.4 除沫器</b></p><p>　　選擇離心式

95、泡沫分離器。</p><p><b>　　四 設(shè)計(jì)校核</b></p><p>　　4.1 主要工藝參數(shù)校核</p><p>　　4.1.1 塔直徑與塔中填料直徑之比</p><p>　　塔直徑與塔中填料直徑之比：</p><p>　　4.1.2 液體噴淋密度</p><p

96、><b>　　最小噴淋密度：</b></p><p>　　其中：LW,min：最小潤(rùn)濕速率，LW,min=0.12m3/(m·h)；</p><p>　　at：填料的比表面，m2/m3；</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　實(shí)際噴淋

97、密度：</b></p><p><b>　　比較可知：</b></p><p>　　4.1.3 實(shí)際氣速與液泛氣速比</p><p>　　實(shí)際氣速與液泛氣速比：</p><p><b>　　4.2 強(qiáng)度校核</b></p><p>　　4.2.1 筒體材料的選用

98、與計(jì)算</p><p>　　選用低合金鋼20R查相關(guān)的數(shù)據(jù)得出：在31℃下，此鋼材的許用應(yīng)力。采用帶墊板的單面對(duì)接焊縫，局部無(wú)損傷，故焊縫系數(shù)考慮到單面腐蝕，（認(rèn)為腐蝕速度為0.15mm/a），腐蝕余量C2=2.0mm，鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm。</p><p><b>　　由相應(yīng)的計(jì)算公式得</b></p><p>　　4.2.2 封頭

99、厚度的計(jì)算：選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（a=2b）</p><p><b>　　厚度： mm</b></p><p><b>　　名義厚度： </b></p><p>　　4.2.3 塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定計(jì)算：</p><p>　　(1)、填料層高度： </p><p>　　(2)、塔的

100、高度 ： </p><p>　　4.2.4 質(zhì)量載荷計(jì)算：</p><p>　　(1)、塔體與裙座的質(zhì)量： </p><p>　　(2)、人孔，法蘭，接管等附件的質(zhì)量：</p><p><b>　　、內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量：</b></p>

101、<p>　　(4)、保溫層材料的質(zhì)量： </p><p>　　(5)、扶梯，平臺(tái)的質(zhì)量:</p><p>　　、操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量：</p><p><b>　　、充水質(zhì)量：</b></p><p><b>　　、塔器操作質(zhì)量</b></p><p><b

102、>　　kg </b></p><p><b>　　、塔器的最大質(zhì)量：</b></p><p><b>　　kg </b></p><p><b>　　塔器的最小質(zhì)量：</b></p><p>　　4.2.5 塔體的風(fēng)載荷和風(fēng)力矩：</p><

103、;p>　　(1)、風(fēng)力矩的計(jì)算公式：</p><p><b>　　K1=0.7</b></p><p>　　風(fēng)振系數(shù)： K2=1.6</p><p>　　查得合肥地區(qū)的基本風(fēng)壓值 </p><p><b>　　、總彎矩的計(jì)算：</b></p><p>　　則由圖計(jì)算每一

104、段的總彎矩得：</p><p>　　圖中(0-0)截面的風(fēng)彎矩：</p><p>　　圖中 (1-1)截面的風(fēng)彎矩：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　(3)、塔的自振周期計(jì)算：</p><p>　　(4)、地震載荷計(jì)算</p><p><b

105、>　　查得：</b></p><p>　　地震影響系數(shù)： </p><p>　　結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)， ，必須考慮高震型影響。</p><p>　　確定危險(xiǎn)截面，截面為裙座基底截面，為裙座與塔體焊縫處截面。</p><p>　　計(jì)算危險(xiǎn)截面的地震彎矩</p><p><b>　　(0

106、-0)截面：</b></p><p><b>　　(1-1)截面：</b></p><p>　　4.2.6 塔體的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核：</p><p>　　(1)、塔體危險(xiǎn)截面(1-1)的軸向應(yīng)力計(jì)算：</p><p>　　最大彎矩引起的軸向應(yīng)力：</p><p>　　取風(fēng)彎矩和地震彎矩較

107、大來(lái)算</p><p>　　(2)、塔體危險(xiǎn)截面（1-1）抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性計(jì)算：</p><p>　　該截面上的最大軸向壓縮應(yīng)力發(fā)生在空塔時(shí)：</p><p><b>　　（式中： ）</b></p><p>　　K——組合系數(shù)；K=1.2</p><p><b>　　由于</

108、b></p><p>　　因此，塔體危險(xiǎn)截面(1-1)滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。</p><p>　　塔底截面(1-1)抗拉強(qiáng)度的校核：</p><p>　　塔底截面（1-1）的最大拉應(yīng)力:</p><p>　　由上可得，該截面滿足抗拉強(qiáng)度要求。</p><p>　　由以上的各項(xiàng)計(jì)算可知，在各種不同危險(xiǎn)情況下，

109、塔體壁厚?。?lt;/p><p>　　可以滿足整個(gè)塔體的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性的要求。</p><p>　　4.2.7 裙座的強(qiáng)和穩(wěn)定計(jì)算、校核： </p><p>　　(1)、裙座底部0-0截面的軸向應(yīng)力計(jì)算： </p><p>　　抗壓強(qiáng)

110、度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算：</p><p>　　K——組合系數(shù)；K=1.2</p><p>　　因此，裙座底部0-0截面滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性條件裙座焊縫強(qiáng)度校核。</p><p>　　此塔裙座與塔體采用對(duì)接焊，焊縫承受的組合拉應(yīng)力為：</p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p&g

111、t;　　所以，裙座焊縫強(qiáng)度符合要求。</p><p>　　4.2.8 水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算：</p><p>　　(1)、水壓試驗(yàn)時(shí)塔體 截面的強(qiáng)度校核：</p><p>　　所以，筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。</p><p>　　(2)、水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定要求：</p><p>

112、<b>　　=</b></p><p>　　由于 ，所以，裙座底部0-0截面強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性能滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的要求。 </p><p>　　4.2.9 基礎(chǔ)環(huán)板的設(shè)計(jì)：</p><p>　　(1)、基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定：</p><p>　　外徑： ,外徑等于1644+300=1944mm</p>&l

113、t;p><b>　　內(nèi)徑：</b></p><p>　　(2)、基礎(chǔ)環(huán)板厚度的設(shè)計(jì)：</p><p>　　由于該塔較高，塔底裙座采用加筋結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)板采用40個(gè)均勻分布的地腳螺栓固定，取筋板的厚度為50mm，則基礎(chǔ)環(huán)上筋板間的距離為：</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)的外伸寬度：</b></p>&l

114、t;p>　　兩筋板間的基礎(chǔ)環(huán)部分的長(zhǎng)寬比：</p><p>　　查矩形板力矩計(jì)算表，得出：</p><p><b>　　=3.02MPa</b></p><p>　　基礎(chǔ)環(huán)板采用Q235—啊鋼，則其厚度為：</p><p>　　考慮到腐蝕裕度，取C2=3mm，再圓整到鋼板系列尺寸，故取基礎(chǔ)環(huán)厚度為：17mm。<

115、;/p><p>　　4.2.10 地腳螺栓的設(shè)計(jì)：</p><p>　　計(jì)算塔設(shè)備作用在迎風(fēng)面?zhèn)然A(chǔ)上的最小應(yīng)力，根據(jù)以下式子：</p><p>　　由于設(shè)備不會(huì)傾倒，所以不必采用地價(jià)地腳螺栓予以固定 。 </p><p>　　4.2.11 混凝土的強(qiáng)度校核：</p><p><b>　　正常操作時(shí)：<

116、;/b></p><p><b>　　水壓試驗(yàn)時(shí)：</b></p><p>　　由以上的計(jì)算可以得出：不管是在正常情況下還是在試驗(yàn)條件下，各種標(biāo)號(hào)的混凝土的壓應(yīng)力均小于許用值10MPa。所以所選用的材料及案符合要求。</p><p><b>　　五 主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　

117、符號(hào) 意義及單位</p><p>　　A Bain-Hougen公式中的常數(shù)</p><p>　　af 風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)回歸公式中的常數(shù)</p><p>　　at 單位體積填料層的濕潤(rùn)比表面，m2/m3</p><p>　　aw 單位體積填

118、料層的濕潤(rùn)表面，m2/m3</p><p>　　b0，b1，b2，b3 離心泵的經(jīng)驗(yàn)回歸公式中常數(shù)</p><p>　　bf 風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)回歸公式中的常數(shù)</p><p>　　C0 吸收液的摩爾濃度，kmol/m3</p><p>　　Cpa 填料單價(jià)，元/m2</p>

119、<p>　　Cpe 電價(jià)，元/（kW·h）</p><p>　　Cpw 吸收劑的價(jià)格，元/kg</p><p>　　Dco2-pc CO2在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，㎡/s</p><p>　　D均 CO2在液相中的平均擴(kuò)散系數(shù)，m2/s</p><p

120、>　　D 塔徑，m</p><p>　　d 送液管道的管徑，m</p><p>　　e 管材壁面粗糙度，mm</p><p>　　Fc 設(shè)備年折舊率</p><p>　　Fm 材質(zhì)因子</p><p>　　fb

121、 離心泵的校正系數(shù)</p><p>　　ff 風(fēng)機(jī)形式或材質(zhì)校正系數(shù)</p><p>　　G' 氣體的質(zhì)量流量，㎏/(m2·s)</p><p>　　GB 通過(guò)吸收塔的惰性氣體流量，kmol(B)/s</p><p>　　g 重力加速度，m

122、2/s</p><p>　　H 吸收塔填料層實(shí)際高度，m</p><p><b>　　離心泵的揚(yáng)程，m</b></p><p>　　H計(jì) 填料層計(jì)算高度，m</p><p>　　Hol 傳質(zhì)單元高度，m</p><p>　　J

123、 系統(tǒng)的年總費(fèi)用，元/a</p><p>　　J1 吸收塔塔體和平臺(tái)扶梯年折舊及維修費(fèi)用，元/a</p><p>　　J2 填料年折舊費(fèi)用，元/a</p><p>　　J3 離心泵年折舊和維修費(fèi)用及操作費(fèi)用，元/a </p><p>　　J4 風(fēng)機(jī)年折舊和維修費(fèi)及操