1、铜氨液、再生气回流塔的设计_毕业设计说明书铜氨液、再生气回流塔的设计摘要：此次设计回流塔的介质为铜氨液、再生气，塔的设计温度为 100，设计压力为0.18MPa，塔径 1400mm，塔高 10.48m，填料塔，填料段：1。塔设备是生产过程中一种重要的单元操作设备，它广泛应用于化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门。本铜氨液、再生气回流塔的作用是利用铜氨液对再生气中所含的少量一氧化碳和二氧化碳进行脱洗。首先考虑到工艺条件等因素，塔体的材料选用了 Q345R。其次对塔进行了强度和稳定性校核，计算了质量载荷，塔的自振周期、地震载荷与地震弯矩、风载荷与风弯矩。进行了圆筒轴向应力校核和裙座轴向应力校
2、核。通过计算得出强度和稳定性都符合要求。然后通过比较不同的元件，分别对吊柱、吊耳、填料、设备接管、法兰、平台及扶梯进行了设计选择。最后利用 Fluent 软件对该回流塔进行上段液体流动分析，检验回流塔上段液体流动是否满足均匀分布要求。关键词：填料塔；铜氨液；再生气；压力容器；FluentDesign of Cuprammonia and Resurgent gases Reflux ColumnAbstract：The media of this design of cuprammonia and resurgent gases column is cuprammonia and resurg
3、ent gases, and its design temperature is 100, design pressure is 0.18MPa.The diameter of column is 1400mm,and height is 11.48m,which is packing layer and has 1 trays. Column is an important process equipment, which is widely used in petrochemical, pharmacy, food, environment protection and so on. Th
4、e cuprammonia and resurgent gases column is to use cuprammonia wash off a small amount of carbon monoxide and carbon dioxide contained in the regeneration gas. Based on process conditions,Q345R was chosen as column material. Stiffening was made at open pore region and stiffening rings was chosen. Th
5、e strength and the stability of the column were checked including calculating mass loads, self-vibrations cycles, earthquake loads, earthquake moments, wind loads, wind moments. The axial stresses in cylindrical shell and skirt support were checked. The strength and the stability of the column were
6、eligible. And by comparing different components, davits, sag, trays, tubes, flanges, flats and ladders were designed and chosen. Finally,Fluent6.3.26 which is used to analysis has been used for check the liquid.铜氨液、再生气回流塔的设计_毕业设计说明书KeyWords：Packed tower; Cuprammonia; Resurgent gass; Prseesur; fluent
7、目 录1 绪论 11.1 概述 11.2 塔设备的结构设计 11.3 塔设备的强度和稳定性设计 22 材料选择和结构设计 32.1 筒体、封头、裙座材料的确定 32.2 塔全高的确定 32.3 内压圆筒设计与计算 32.4 封头的设计与计算 42.4.1 封头类型的比较 42.4.2 封头类型的确定 52.4.3 封头参数确定 52.4.4 封头厚度计算 52.5 裙座的结构与焊接设计 62.5.1 裙座的结构设计 62.5.2 焊接形式设计 62.6 进出口设计 72.6.1 接管厚度 72.7 开孔和开孔补强 82.7.1 开孔最大直径要求 92.7.2 允许不另行补强的最大开孔直径 92
8、.7.3 液体进口补强 102.7.4 再生气进口补强 112.7.5 气体出口补强 132.7.6 人孔补强 142.8 本章总结 153 强度和稳定性计算 163.1 考核缺陷对压力容器安全性的影响 163.2 塔器质量计算 163.2.1 圆筒和裙座质量 17铜氨液、再生气回流塔的设计_毕业设计说明书3.2.2 内件质量 173.2.3 保温层质量 173.2.4 平台和梯子质量 173.2.5 操作状态下塔内物料质量 183.2.6 人孔、接管及法兰等附件质量 183.2.7 水压试验时质量 183.2.8 塔器操作质量 183.2.9 塔器最大质量 183.2.10 塔器最小质量 1
9、93.3 塔的自振周期计算 193.4 地震载荷与地震弯矩计算 193.4.1 水平地震力 193.4.2 垂直地震力 223.4.3 地震弯矩 233.5 风载荷和风弯矩计算 243.5.1 水平风力 243.5.2 风弯矩 253.6 塔体的强度和稳定性校核 273.7 裙座强度和稳定性校核 283.7.1 裙座底部 0-0 截面强度校核 283.7.2 裙座检查孔处 h-h 截面强度校核 293.7.3 裙座焊缝强度校核 303.8 本章总结 314 零部件设计和选用 324.1 地脚螺栓座和地脚螺栓计算 324.1.1 基础环厚度计算 324.1.2 地脚螺栓设计 334.1.3 筋板
10、的设计 344.1.4 盖板的设计 354.2 填料塔内件设计 364.2.1 总体结构 364.2.2 液体分布器 364.2.3 液体再分布器 364.2.4 填料支撑板 364.2.5 除沫器 36铜氨液、再生气回流塔的设计_毕业设计说明书4.3 设备接管 374.3.1 排液管 374.3.2 进气管 374.3.3 人孔 384.4 法兰连接设计 384.4.1 容器法兰的选取 384.4.2 接管及孔径 384.4.3 管法兰连接设计 394.4.4 管法兰连接面选择 394.5 本章总结 39结论 40致谢 41参考文献 42铜氨液、再生气回流塔的设计 11 绪论填料塔主要由塔体
11、、填料、塔体支座、除沫器、接管、人孔和手孔、吊耳和吊柱以及其他附件组成。塔体是塔设备的外壳，是由三段等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头及连接三段筒体的法兰组成；填料是进行传质的主要部件；塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分，他必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正常的工作；除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴；塔设备中的接管是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统；人孔和手孔一般都是为了安装检修和检查的需要而设置的；吊耳和吊柱分别是为了运输安装，及塔内件的运送。再生气从塔下部适当位置进塔，铜氨液从塔上部适当位置进塔，气、液在中段填料层进行气液传质，反应后的气体从塔顶封头流出，反应
12、后的铜液从塔底封头流出进入回流系统。1.1 概述塔设备的设计包括塔的工艺设计和塔的机械设计两部分。塔的工艺设计一般有化工工艺工程师进行，塔的机械设计由设备工程师进行。设备工程师是在工艺工程师的工艺设计基础上进行塔的机械设计。其中塔的机械设计是本课题的主要方向。塔设备的机械设计包括塔的结构设计和塔的强度及稳定性计算。根据塔器设计的原理和方法，结合课题所给予的设计条件和实际情况，依据GB150-2010 钢制压力容器与JT4710-2005 钢制塔式容器等标准，确定铜氨液、再生气回流塔设计的机械设计，将主要从两个方面进行。1.2 塔设备的结构设计塔设备的结构设计包括塔体及附件的结构设计和塔内件的结
13、构设计。（1） 塔设备的主要结构尺寸的确定由于填料塔比板式塔压降小、真空度高，所以本设计采用填料塔作为回流塔的结构。填料层的压降既与气流流动状况有关，又与填料特性有关，情况比较复杂，有关手册载有各种尺寸填料实测的压力降曲线，可供计算时应用。（2） 附属结构及设备 填料支撑结构：填料支撑结构应满足三个基本条件：使气液能顺利通过。要有足够的强度承受填料重量，并考虑填料孔隙中的持液铜氨液、再生气回流塔的设计 2重量，以及可能加于系统的压力波动、机械波动、温度波动等因素。要有一定耐腐蚀性能。 裙座：裙座的选材应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，对于在室外操作的塔，还得考虑环境温度。裙
14、座一般选用圆筒形。细高塔形的应选用圆锥形裙座，同时考虑塔体与裙座的焊接形式。 液体再分配装置液体沿填料层下流时，往往有逐渐靠塔壁方向集中的趋势。使总的传质效率大为降低。因此每隔一定距离必须设置液体再分配装置，以克服此现象。 除沫器：除沫器的作用是减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。除沫器的常用形式有：丝网除沫器，拆流板式除沫器以及旋流板除沫器。形式的选用一般是根据所分离液滴的直径、要求的捕沫效率及给定的压力降来确定。综述，塔器根据工作压力、工作温度以及介质特性，选择塔器主体、封头等的材料，材料选择力求经济合理又能满足性能要求。而后再进行初始的结构设计。具体内容包括塔器的
15、主体结构的形式确定，封头的类型，塔体外部人孔手孔等的开孔情况，包括开孔大小、数目、位置等，外部吊装装置的选择以及具体工艺接管的安排等。1.3 塔设备的强度和稳定性设计塔设备除必须按规范进行强度和稳定性计算外，还应根据具体情况进行一些在特殊工况下的强度计算，如局部应力计算等，以及一些有强度要求的零部件的计算。塔的强度计算一般应有下列内容： 在设计压力下的筒体和封头的厚度计算； 在风载荷、地震载荷及其他载荷作用下的强度和稳定性计算； 地脚螺栓、基础板、地脚螺栓座的筋板和盖板的计算； 各接管开孔补强计算； 塔的吊耳计算； 塔的吊装计算； 局部应力计算； 特殊零件计算； 塔设备的振动计算与防震；将根据
16、铜氨液、再生气回流塔设计的具体设计条件和结构，确定实际需要计算的内容。铜氨液、再生气回流塔的设计 32 材料选择和结构设计2.1 筒体、封头、裙座材料的确定已知塔径 1400mm；工作压力：0.1kg/cm 2；工作温度： ；介质：铜液量：m3/h；再生气量： mm3/h。设置于上海地区，基本风压为 550N/m2。介质特性、操作特性、材料焊接性能知满足要求的材料有 Q245R、Q345R 、Q370R等，结合容器的制造工艺以及经济上的合理性，考虑到介质铜氨液为轻微腐蚀溶液，故筒体、封头、裙座均采用 Q345R。2.2 塔全高的确定1、塔顶空间高度应该有足够的高度以使气流携带的液滴能够从气相中分离出来，减少塔顶出口气体中液体的夹带，这段高度一般取 1.21.5m，在这里 取 1.5m。2、填料选取金属矩鞍环，矩鞍环填料的尺寸与塔径之比 ，由塔径 1400，得d1m，H/DN=7750/1400=5.5430 ，因此选用圆筒形裙座。由于裙座高度一般取为 36m，本次所设计的塔高为 7.75m，所以在这里取裙座高度取为 2.5m。（2） 选择裙座材料为 Q345R，裙座不能与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。但由于裙座对整个塔器而言是个至关重要的元件，
