吸收塔基础设计计算书.
吸收解吸塔的详细设计计算(做CO2吸收塔和解吸塔的同学不用愁了)
课程设计任务书
学生姓名： 指导教师：
一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件
专业班级： 工作部门：
1．煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； 2．生产能力：每小时处理含苯煤气 2000m³，连续操作； 3．吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数） ； 4．吸收回收率≥95%； 5．吸收剂为洗油：分子量 260，相对密度 0.8； 6．吸收操作条件为：1atm、27℃；解吸操作条件为：1atm、120℃； 7．冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 8．吸收塔汽-液平衡 y* = 0.125x； 解吸塔汽-液平衡为 y* = 3.16x； 9．解吸气流为过热水蒸气，经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新 鲜吸收剂过程中热效应忽略不计； 10.年工作日及填料类型：自选。
3 吸收塔的工艺计算
工艺计算包括塔径的计算，填料层高度的计算，总高度的计算和流体力学参 数计算。
3.1 塔径计算
取 P=101.325Kpa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ρ
G
=
PM 101.325 × 10 3 × 20.18 = = 0.8198kg / m 3 RT 8.314 × (27 + 273)
液相密度可以近似取为： ρ L = ρ 洗油 = 0.8 × 10 3 kg / m 3 液体黏度为： η L = 1.2 × 10 −3 pa ⋅ s = 1.2mpa ⋅ s
教研室主任签名： 年 月 日
-1-
目
吸收塔的相关设计计算
吸收塔的相关设计计算(总25页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型（2） 喷淋塔吸收区高度设计（二）对于喷淋塔，液气比范围在8L/m 3-25 L/m 3之间[5]，根据相关文献资料可知液气比选择 L/m 3是最佳的数值。
逆流式吸收塔的烟气速度一般在-5ms 范围内[5][6]，本设计方案选择烟气速度为s 。
湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，在脱硫效率为90%以上时（本设计反案尾5%），钠硫比(Na/S)一般略微大于1，本次选择的钠硫比(Na/S)为。
（3）喷淋塔吸收区高度的计算含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以ζ表示。
首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量ζ＝hC K V Q η0= (3) 其中 C 为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m 3η为给定的二氧化硫吸收率,％;本设计方案为95％ h 为吸收塔内吸收区高度，mK 0为常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃) ;K 0=3600u ×273/(273+t) 按照排放标准，要求脱硫效率至少95%。
二氧化硫质量浓度应该低于580mg/m 3（标状态）ζ的单位换算成kg/( 2,可以写成 ζ=3600×h y u t /*273273*4.22641η+ (7) 在喷淋塔操作温度10050752C ︒+=下、烟气流速为 u=s 、脱硫效率η= 前面已经求得原来烟气二氧化硫SO 2质量浓度为a (mg/3m )且 a=×103mg/m 3而原来烟气的流量（200C ︒时）为标况20×103(m 3/h) (设为V a )换算成工况25360m3/h 时已经求得 V a =2×103 m 3/h= m 3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为2SO m =×650mg/m 3=3640mg=V 2SO = 3.6422.4 L/mol 64/g g mol ⨯=s= m 3/s 则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等 故 y 1=0.0013100%0.023%5.6⨯= 又 烟气流速u=s, y 1=%,C t ︒==75,95.0η总结已经有的经验，容积吸收率范围在 Kg （m 3﹒s ）之间[7]，取ζ=6 kg/（m 3﹒s ）代入（7）式可得 6=64273(3600 3.50.000230.95)/22.427375h ⨯⨯⨯⨯⨯+ 故吸收区高度h=6≈（4）喷淋塔除雾区高度（h 3）设计（含除雾器的计算和选型）吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m 3 [9] 。
吸收塔计算说明
吸收塔计算说明一．操作条件：操作温度 20℃操作压力 101.325KPa二．填料选型：选用DN50塑料鲍尔环三．物料衡算：混合气体的体积流量 Vs=10000m 3/h硫酸雾质量流量 W H2SO4=42Kg/h ×38%=15.96Kg/h硫酸雾摩尔流量V H2SO4=kmolKg h Kg /98/96.15 =0.1629kmol/h 混合气体摩尔流量V MV =kmolm h m /4.22/1000033 =446.43 kmol/h H 2SO 4气相摩尔分数 y=hkmol h kmol /43.446/1629.0 =0.00036 因酸雾浓度过大，故采用双塔串联逆流吸收。
设吸收率为η 硫酸雾排放限值为45mg/ m 3硫酸雾进塔浓度C 硫酸=hm h Kg /10000/96.153 =1596 mg/ m 31596mg/ m 3×（1-η）2≤45mg/ m 3 η≥0.84取η=0.9 Y 1=yy -1=00036.0100036.0-=0.00036 Y 2=Y 1×(1-η)=0.00036×(1-0.9)=0.000036G B =446.43 kmol/h此过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：m i n ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =2121/X m Y Y Y --m 取值：该体系可近似看作是理想体系，想平衡常数可按下式计算： m=P P i 0三氧化硫的饱和蒸气压依据安托因方程：CT B A P +-=0ln 安托因常数查表有：A=9.05085 B=1735.31 C=236.5计算得 P 0=6.3×105Pam=6.3对于纯溶剂吸收，进塔液相组成X 2=0 min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =3.6/00036.0000036.000036.0- =5.67 取操作液气比 BS G L =1.5 min ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =1.5×5.67=8.51 L S = G B ×8.51=446.43 kmol/h ×8.51=3799.12 kmol/hG B （Y 1-Y 2）= L S （X 1-X 2)X 1=0.000038四．塔径计算：混合气体的密度取20℃时空气的密度，查表ρV =1.205 Kg/ m 3W v =ρV ×Vs=1.205 Kg/ m 3×10000m 3/h=12050 Kg/h吸收液体的质量流量：W L =18 Kg/kmol ×3799.12 kmol/h=68384.16 Kg/h 计算 L V V LW W ρρ=33/1000/205.1/12050/16.68384m Kg m Kg h Kg h Kg =0.197 查压降与泛点气速关联图: LV L Bg G ρρψϕμ2.02=0.11取μL =1Pa.s 查表 φ=140m -1 u f =133140/205.1/100081.911.0-⨯⨯⨯m m Kg m Kg =2.529m/s u=0.6 u f =0.6×2.529 m/s=1.52 m/sD=u V S π4=sm h m /52.1360014.3/1000043⨯⨯⨯=1.526m 圆整取1.6m(1).泛点率校核：u=23)8.0(14.33600/10000m h m ⨯÷=1.18m/s f u u =sm s m /529.2/18.1=0.46 (在允许范围内) （2）填料规格核算：d D =mmmm 501600=32＞15 （3）液体喷淋密度校核：液体喷淋密度是指单位时间，单位塔截面积上的喷淋量，计算式为：u=2785.0D L h 。
54吸收塔的计算
5
操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿 水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀 开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小， 气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏 液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使 气速不致过大。
a F1型
b V-4型
c T型
优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹 性大，塔板效率较高。 缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与 塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或 卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。
说明：(1)操作线上的两个端点 之一的B点代表塔底气液组成，浓端 另一端点A代表塔顶气液组成，稀端 (2)操作线上任意一点， 代表吸收塔内与之相对应的 某一截面上的气液两相的组成。 M(XA,YA)操作点
或
⇒ YA =
q n ,C q n ,B
X A + ( Y A ,1 −
q n ,C q n ,B
5.4.1吸收塔的物料衡算和操作线方程 A全塔物料衡算
定常的连续吸收操作，吸收剂和惰性组分的量均无改变 采用比摩尔分率表示气液相浓度 逆流操作的吸收塔，以单位时间为衡算基准 下标1：塔底 下标2：塔顶
流入系统时A组 － 分的摩尔流率
流出系统时A组 分的摩尔流率
＝ 系统内A组分 累积速率
q n , A = q n （ Y A ,1 − Y A , 2）= q n , C ( X A ,1 − X A , 2 ) ,B
XA1
XA
XA2
XA
5.4.2吸收剂用量的确定 吸收操作中，气体处理量qn,B，气体进出塔组成 YA1，YA2和吸收剂进塔组成XA2一般都由生产任 务和工艺要求确定。 ∴操作线的一个端点A已确定，另一端点B的位置随 操作线斜率qn,C/qn,B而变化 最小液气比的确定
◆◆吸收塔基础设计计算书20081225
吸收塔基础设计计算书1.荷载计算1）风荷载计算计算公式：w k=βzμsμz w0（荷载规范7.1.1－1）其中βz＝1由壳体高度H＝37.6m查得风载高度系数μz=1.53吸收塔直径d=13.1m，w0=0.40 KN/m2（B类）由μz w0d2=105.025和H/d=2.870查荷载规范表7.3.1得风载体型系数μs=0.5故风荷载标准值w k=βzμsμz w0＝0.306 KN/m2所以作用于壳顶的风荷载为P＝w k Hd=0.306×37.6×13.1=150.723KN2）地震荷载的计算a.吸收塔竖向荷载G=33000KN;进口补偿器推力分解垂直作用力F=54KNｂ.计算水平地震影响系数α1由地质资料，地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为T1=0.35s。
查表得αmax=0.08，Ⅱ类场地第一组地震分组T g=0.35s因0.1s＜T1=T g=0.35s≤T g，故α1=αmax=0.08ｃ. 用底部剪力法计算水平地震力和塔底弯矩计算公式：F Ek＝α1(G+F)M1＝F Ek h w(19.2.7)故结构总的水平地震作用标准值F EK=α1(G+F) =0.08×(33000+54) =2644.32KN 总水平地震作用标准值对罐壁底部产生的弯矩M1＝2644.32×18.8＝49713.216KN·m3)吸收塔进口冲击力产生的弯矩：M2＝202×17.22＝3478.44KN·m4)吸收塔出口冲击力产生的弯矩：M3＝120×34.95＝4194KN·m2.荷载组合作用于基顶荷载的基本组合设计值S为：a.恒载+活载N＝33000+54＝33054KNV＝202+120=322KNM＝3478.44+4194=7672.44KN·m (恒载和活载无水平力)b. 恒载+活载+风载+地震荷载N＝33000+54=33054KNV＝202+120+150.72+2644.32=3117.04KNM＝150.72×37.6+49713.216+3478.44+4194＝63052.73KN.m经比较a、b二种结果，选用最不利组合类型为b。
化工原理吸收塔的计算
填料层高度＝传质单元高度×传质单元数
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
Y1 Y2 (Y Y *)m
气相组成变化 平均传质推动力
• 传质单元数的意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
当所要求的(Y1-Y2)为一定值时，平均吸收推动力(YY*)m越大，NOG就越小，所需的填料层高度就越小。
（2）传质单元高度
•定义：
H OG
G Kya
气相总传质单元高度，m。
•传质单元高度的意义:
完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，
反映了吸收设备效能的高低。
•传质单元高度影响因素：
填料性能、流动状况
四、吸收塔的操作计算 1.吸收过程的强化
Y1
Y*1
Y2
T △Y2
Y*2
O X2
B △Y1
X1
吸收推动力 NA 吸收阻力
目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。
从L、G、m、X2、Y1、Y2着手。
其它因素： 1）降低吸收剂入口温度； 2）提高吸收的压力； 3）提高流体流动的湍动程度； 4）改善填料的性能。
Y1 dY Y2 Y
NOG
Y1 Y1
Y2 Y2
ln
Y1 Y2
X1
NOG
Y1 Y2 Ym
Ym （Y1 Y2）/ ln Y1 / Y2
注意： •平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流 吸收皆可。 •平衡线与操作线平行时，
Ym Y1 Y2 X m X1 X 2
吸收塔的相关设计计算
烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型（2） 喷淋塔吸收区高度设计（二）对于喷淋塔，液气比范围在8L/m 3-25 L/m 3之间[5]，根据相关文献资料可知液气比选择12.2 L/m 3是最佳的数值。
逆流式吸收塔的烟气速度一般在2.5-5m/s 范围内[5][6]，本设计方案选择烟气速度为3.5m/s 。
湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，在脱硫效率为90%以上时（本设计反案尾5%），钠硫比(Na/S)一般略微大于1，本次选择的钠硫比(Na/S)为1.02。
（3）喷淋塔吸收区高度的计算含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以ζ表示。
首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量ζ＝hC K V Q η0= (3) 其中 C 为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m 3η为给定的二氧化硫吸收率,％;本设计方案为95％ h 为吸收塔内吸收区高度，mK 0为常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃) ;K 0=3600u ×273/(273+t) 按照排放标准，要求脱硫效率至少95%。
二氧化硫质量浓度应该低于580mg/m 3（标状态）ζ的单位换算成kg/( m 2.s),可以写成 ζ=3600×h y u t /*273273*4.22641η+ (7) 在喷淋塔操作温度10050752C ︒+=下、烟气流速为 u=3.5m/s 、脱硫效率η=0.95 前面已经求得原来烟气二氧化硫SO 2质量浓度为 a (mg/3m )且 a=0.650×103mg/m 3而原来烟气的流量（200C ︒时）为标况20×103(m 3/h) (设为V a )换算成工况25360m3/h 时已经求得 V a =2×103 m 3/h=5.6 m 3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为2SO m =5.6×650mg/m 3=3640mg=3.64gV 2SO = 3.6422.4 L/mol 64/g g mol ⨯=1.3L/s=0.0013 m 3/s 则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等 故 y 1=0.0013100%0.023%5.6⨯= 又 烟气流速u=3.5m/s, y 1=0.023%,C t ︒==75,95.0η总结已经有的经验，容积吸收率范围在5.5-6.5 Kg/（m 3﹒s ）之间[7]，取ζ=6 kg/（m 3﹒s ）代入（7）式可得 6=64273(3600 3.50.000230.95)/22.427375h ⨯⨯⨯⨯⨯+ 故吸收区高度h=6.17/6≈1.03m（4）喷淋塔除雾区高度（h 3）设计（含除雾器的计算和选型）吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m 3 [9] 。
第九章 吸收塔设计计算
G dY dh
K ya Y Ye
dh G dX K xa X X e
h G Y1 dY
K ya Y2 Y Ye
.
h G X 1 dX K xa X2 X X e
h G Y1 dY Kya Y2 YYe
填料层高度h为 G
K ya
和
Y1
Y2
Y
dY
Y
e
两个量的乘积
总传质单元高度HOG 总传质单元数NOG hHOGNOG
消耗的纯吸收剂的量
.
2、操作线方程式的作用
1）说明塔内气液浓度变化情况， 2）通过与平衡线的对比，确定吸收推 动力,进行吸收速率计算 3）确定吸收剂的最小用量,从而确定吸 收剂的操作用量。
3、操作线与平衡线间的关系，要掌握以下
三个方面：
(1)在Y—X图上，吸收操作线必须处于平衡线之上 吸收是溶质由气相进入液相的过程。吸收能够进行必须要
►若吸收要求的气相浓度变化大，推动力有很 小，则气相总传质单元数就大，在填料塔中 要求的发生传质的单元个数就越多，填充塔 高度就越大
.
①当平衡线为直线时
► 对于低浓度气体的吸收，操作线为直线，在操作线范围内， 若平衡关系符合亨利定律，则平衡线也为直线
Y1 Y1 Ye1 Y2 Y2 Ye2
全塔的平均推动力=塔底和塔顶推动力
1）根据操作条件计算出关联图中横坐标
1
L G
G L
2
2）根据给定的填料查出对应的纵坐标值
v2f
g
G L
e0.2
3）将已知的φ Φ ρG ρL μe等值代入求出泛点速度值
4）选择实际操作流速v, v0.5~0.8vf
图中各符号的含义:
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吸收塔基础设计计算书
1.设计基本参数：1吸收塔高度H=34.852吸收塔直径D=163基本风压：Wo=0.54恒总重量
4.1石灰石浆液重量mL26000004.2吸收塔壳体重量3730004.3内部件重量
4.3.1除雾器(包含在塔体内)
重量
4.3.2喷淋层(包含在塔体内）
重量
mmkn/㎡KGKG(提资）(提资）
风速2/1600(地勘资料）(提资）(提资）
恒总重量=3184008Kg5吸收塔周圈活荷载
(容重）350kg/㎡16.000（长度）
5m（圈）
重量87920Kg6吸收塔顶雪荷载
(容重）65kg/㎡
重量13062.4Kg2.荷载力计算2.1风荷载计算
计算公式：Wk=βzμsμz Wo(考虑B类场地)
Wo=0.5kn/㎡基本风压：
将吸收塔沿高度方向分成6份，各段高度分别为(m)：
5.811.617.423.22934.85
由壳体每段高度查表（荷载规范7.2.1）得风荷载高度系数Uz分别为：（内插法）
11.041.191.31.41.4920.718由UzWod=115.2和H/d=2.1,查规范7.3.1得风荷载体型系数Us=
βz计算：计算公式：βz＝
ξνϕ
1+
μz
z
荷载规范7.4.2
取结构基本自振周期根据荷载规范附录：E 1.2.1
75.91≤700H2/D0=
T1=0.410.35+0.85x10-3*H2/D0=
1.83（荷载规范表7.4.3）
脉动影响系数V=0.5（荷载规范表7.4.4-3）
ϕz查表F1.3振形系数分别为：
0.0460.170.3380.5460.8131βz分别为：
1.041.151.261.381.531.61
Fi=D*5.8*βz*μs*μz *Wo各段作用于壳顶各段的风荷载P分别为(KN)：
34.7239.8349.9559.9571.4280.12∑=336.00
注:基础高度1.8(基础高1.5+0.3)]
[h=19.23
6459.54M=kN.m
2.2地震荷载计算
计算水平地震影响系数α12.2.1
由地质资料，地震基本烈度为6度；设计基本地震加速度值为0.082g，设计地震第一组特征周期Tg(s)=0.45查表得αmax=0.082(地勘资料）取α1=αmax=0.082
底部剪力法计算水平地震力和罐底弯矩2.2.2
(抗规5.2.1-1)计算公式FEK=α1Geq
计算公式M=FEKhw
故结构总的水平地震作用标准值FEK=2682.98kN
注:基础高度1.8(基础高1.5+0.3)][h=11.00
29512.79056M=kN.m
2.3烟气产生内压推力
(提资）进烟道F=279kN
基础高度1.8(基础高1.h=16.05m
M=4478.0kN.m
(提资）出烟道F=110kN
基础高度1.8(基础高1.h=33.05m
M=3635.5kN.m
2.4浆液管产生内力
C1(循环泵入口)F=540kN
基础高度1.8(基础高1.h=3.60m
M=1944.0kN.m
C2(喷淋层)F=26kN
基础高度1.8(基础高1.h=19.4,21.2,23m
M=1794.0kN.m
2.5基础参数
9074.6G(自重)=17m1.6m=
A(面积)=226.87
3
W=0.0982d=482.4566
=362.984V(体积)=
3.各种工况下最不利桩作用23桩
有浆液竖向荷载(N+G)/n=1817kN空塔竖向荷载(N+G)/n=687kN风荷载作用
M*y/(yi^2)=140kN水平地震作用M*y/(yi^2)=459KN烟道烟气推力作用
M*y/(yi^2)=127kN
浆液管作用M*y/(yi^2)=58kN4.各种工况下基底应力
4.1地震组合:=
==4.2风荷载组合:
=====
246118171173214218171492954687
kNkN/m2kN/m2kNkN/m2
kN/mkNkN/m2
最大偏心压力最大轴心压力最小轴心压力最大偏心压力最大轴心压力最小轴心压力最大偏心压力最大轴心压力
<>><>><>
33752812.5无拉应力27002250无拉应力
27002250
4.3空塔+风载:
=
4.4水平力:
=
4201343.0
kN/m2kN
最小轴心压力><
无拉应力
3680
2250160
kNkN
地勘报告，单桩竖向承载力特征值水平承载力
5.承台冲切演算
5.1
桩对承台的冲切
冲切验算公式：Fl≤（0.7βhft+0.15σ其中βh＝0.93
ft＝1.43×10KN/mσpc,m =0
η=0.4+1.2/βs=0.4+1.2/2=1
μm=6.40m （冲切破坏锥体周长）h0=1.4m
故（0.7βhft+0.15σpc,m）ημmh0＝
2
RaRh
==
pc,m）ημmh0 (混凝土规范7.7.1-1)
(0.7×0.93×1.43×103 ) ×1×6.4×1.4=8341KN≥1811KN 可以。
6. 基础受弯配筋计算储灌内液体对承台的弯矩：
22
计算简图：
6.1．荷载工况一 (恒载)
6.2．荷载工况二(活载)
内力图：
-1756.46 kN*m最大弯矩：负弯矩
4117.9mm2计算配筋
4909mm2 25@100实配面积
（内插法）KN
组
础高1.5+0.3)础高1.5+0.3)础高1.5+0.3)础高1.5+0.3) kNm2
m3
满足满足满足满足满足满足
满足
1)
为7.85米。