co2化學吸收工藝的設計及相關問題研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 除沫器。本次設計采用絲網除沫器。這里采用高效型網固定式絲網除沫器。如下圖所示：圖210 高效型絲網固定式絲網除沫器分上裝式絲網除沫器和下裝式絲網除沫器，根據塔徑是4000mm可知，設計應選用上裝式絲網除沫器。 填料壓板填料壓板主要有兩種形式，一種是柵條形壓板，另一種是絲網壓板。絲網壓板是用金屬絲編織的大孔金屬網焊接于金屬支撐圈上，壓板可制成分塊結構，入塔后用螺栓連接。因為本設計中塔徑大于1200mm，需要附加壓鐵才能達到所需壓強。壓板的外徑比塔的內徑小25~38mm。 進出料接管，設計選擇用于大塔的進氣管；，設計采用設置在塔頂封頭上的出氣管。 裙座由于裙座于介質不直接接觸，也不承受容器內的介質壓力，因此可不受壓力容器用材所限制，可以選用較經濟的非受壓元件碳素鋼材料，但由于裙座對整個塔器而言是個至關重要的元件，支撐整個塔器，如他破壞將直接影響塔器的正常使用。并且裙座所耗費材料對整個他而言不多，提高他的用材要求，在經濟上不會造成太多的費用。裙座的選材除滿足載荷要求外，還要考慮到塔的操作工況、塔釜頭的材料等因素。對于在室外操作的塔，還要考慮環境溫度。常用的裙座材料為Q235B和16MnR。當裙座設計溫度低于0℃時，材料的選擇及檢驗要求按照GB150《鋼制壓力容器》，至材料應具有在相應溫度下的沖擊韌性要求。這里選用16MnR。裙座的結構形式有圓筒形和圓錐形兩種，圓筒形裙座制造方便。圓錐形裙座可提高設備的穩定性，降低基礎環支承面上的應力，在此設計中采用圓錐形裙座，如下圖所示：圖211 圓錐形裙座裙座與塔體的連接采用焊接。焊接接頭采用對接型式。如下圖所示：圖212 對接型式（4）裙座筒體上端面至塔釜橢園封頭切線距離h根據塔徑是4000mm，查表可得：裙座筒體上端面至塔釜橢園封頭切線距離為100mm。 地腳螺栓座地腳螺栓座的結構有多種型式：外螺栓座結構型式為常用型式，這種結構對地腳螺栓預埋或不預埋均適用。設計采用外螺栓座結構，地腳螺栓個數為24個。 開孔壓力容器開設手孔和人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。人孔設置一般在氣液進出口等需經常維修清理的部位，應設人孔人孔的選擇應考慮設計壓力，實驗條件，設計溫度，物料特性及安裝環境等因素。人孔應采用HG21514標準。 人孔補強由于本設計中，人孔直徑較大，所以，應設計人孔補強。本設計中所選用的人孔筒節內徑為2000mm，壁厚10mm，故補強圈尺寸為：補強圈內徑2030mm，外徑為3000mm，補強圈的厚度按下式估算：（223）取補強圈厚度為17mm。 封頭根據吸收塔的公稱直徑查得適合的封頭尺寸，如下表：表25 橢圓形封頭的尺寸、內表面積和容積（JB/T433795）公稱直徑DN(mm)曲面高度 h1(mm)直邊高度 h2(mm)內表面積 Fh（mm2）容積Vh(mm3)4000100040 塔高上下封頭高度各為1m；；；由于分兩個填料層，因此噴淋器、填料層、布水器、支承、再分布器各兩個，；塔底空間取2m；裙座高度為5m。整個塔高為： 第三章 吸收塔的強度校核 選擇材料 筒體與封頭材料選用16MnR，裙座材料選用Q235A[17]。查表可得：表31所選塔體材料規格參數：鋼號鋼板標準使用狀態厚度（mm）σt（MPa）σs（MPa）20oC下的許用應力16MnRGB 6654熱軋，正火6～16510345170Q235AGB 912熱軋，正火3～4113235113 按計算壓力計算筒體和封頭的壁厚（31） 筒體 式中：pc——壓力，MPa； Di——塔體內徑，mm； ——為設計溫度t下筒體材料的許用應力，MPa； ——為焊接接頭系數； C——為壁厚附加量，mm取鋼板厚度為10mm，在鋼板厚度范圍內，符合要求。 封頭封頭采用標準橢圓性封頭：（32）加上壁厚附加量C=2mm，并圓整，還應考慮剛度，穩定性及多種載荷等因素，取筒體、封頭和裙座的名義厚度Sn均為12mm。 塔的質量載荷計算（33） 圓筒和裙座質量 人孔、法蘭、接管和附屬物質量（34） 保溫材料質量（35） 平臺、扶梯質量（36）式中：qp——平臺單位質量，取150kg/m2；HF——扶梯高度，取40m； qF——籠式扶梯單位質量，取50kg/m2； n——平臺數量。 操作時塔內物料質量（37） 充水質量（38） 全塔操作質量（39） 全塔最小質量（310） 全塔最大質量（311） 塔的自振周期計算（312）式中：T1—— 塔的基本自振周期，s； H —— 塔的總高度，mm； E —— 塔殼體材料在設計溫度下的彈性模量，MPa； Se —— 塔殼有效壁厚，mm； Di —— 塔殼內徑，mm。結果取2s 地震載荷計算由表32查得：（設計地震烈度8級）。由表33查得：（Ⅱ類場地土，近震）。表32 地震影響系數α的最大值設計地震烈度789Αmax表33 場地土的特征周期Tg/s場地土近震遠振場地土近震遠振ⅠⅢⅡⅣ地震影響系數：（313）（314）結構綜合影響系數：不用考慮高振型影響。 風載荷計算 風力計算 安裝在室外的支撐式塔設備，可視為支撐在地基上的懸臂梁。塔設備在風力作用下，一方面產生順風向的彎矩，即風彎矩，它在迎風面塔壁和裙座體壁上產生拉應力，背風面一側產生壓應力。另一方面是氣流在塔的背后引起周期性旋渦，產生垂直于風向的誘發振動彎矩。誘發振動彎矩只在塔的H/D較大、風速較大時比較明顯，一般可忽略不計。需要考慮時，可將誘發共振彎矩與彎矩按矢量相加。（313）當塔高大于20m，按下式計算：式中：ξ——脈動增大系數， νi——脈動影響系數， Φzi——振型系數，表34 脈動增大系數ξ塔體自振周期T(s) 1 2 3 4 ≥5 動力系數ξ 1 2 3 表35 脈動影響系數νi距地面高度m10203040脈動影響系數表36 振型系數Φzi相對高度hit/H振型系數表37 風壓高度變化系數距地面高度Hit m51015203040風壓高度變化系數危險截面取為： ① 00截面為裙座底截面； ② 11截面為裙座人孔處截面； ③ 22截面為裙座與塔釜封頭焊接縫面。 各塔段高度為： 圖31 塔體及裙座機械計算簡圖第一段h1=；第二段h2=；第三段h3=2m；第四段h4=；第五段h5=；第六段h6=。各塔段的風振系數計算如下：表38 各塔段的風振系數塔段號123456計算截面距地面高度hit/m68脈動增大系數（B類）脈動影響系數（B類）振型系數0..01風壓高度變化系數fi（B類）（314）設籠式扶梯與塔頂管線成90176。角，取平臺構件的投影面積Σ=，則Dei取下式計算值中的較大者。式中，Doi——塔設備各計算段的外徑。塔和管線的保溫層厚度：塔頂管線外徑：d0=225mm；；。式中：K3——籠式扶梯當量寬度，mm； K4——操作平臺當量寬度，mm。各塔段Dei計算結果列于表39.表39 各塔段的有效直徑/mm塔段號123456塔段長度li16004400200012250122502300K3400K4625227500Dei527048745145（315）由下式計算各塔段的水平風力：式中：K1 ——體型系數，； K2i ——塔設備各計算段的風振系數； q0 ——基本風壓值，N/m2； fi ——風壓高度變化系數。各段有關參數及計算結果列于下表：表310 各塔段水平風力計算結果塔段號123456K1K2iq0/(N/m2)350fili/mm16004400200012250122502300Dei/mm527048745145Pi/N 風彎矩計算根據下式計算風彎矩：（316）式中：Pi——塔第i段的水平風力，N。00截面：11截面：22截面： 地腳螺栓計算 地腳螺栓承受的最大拉應力（316）式中：Zb——基礎環的抗彎截面系數，mm3；Ab——基礎環的面積，mm2（317）（318）式中：Dob——基礎環外直徑，mm；Dib——基礎環內直徑，mm。將已知數據帶入公式得： 地腳螺栓直徑因為σB0，故此塔設備必須安裝地腳螺栓。 取地腳螺栓個數n=24，地腳螺栓材料的許用應力（319）表311 螺栓根徑與公稱尺寸對照表螺栓公稱尺寸M24M27M30M36M42M48M56螺栓根徑d1/mm查表311，取地腳螺栓為M24。以上各項計算均滿足強度條件及穩定性條件。第四章 解吸塔的設計計算解吸塔操作溫度：120oC 操作壓力：1 atm以下計算假定加熱到120oC的MEA溶液的濃度仍為15% 平衡線%MEA溶液、120oC時CO2的溶解度數據。表41 不同壓力下CO2氣相、液相摩爾分數的變化p，mmHg1510305070100200YX，100oC時X，120oC時————— 解吸所需蒸汽量，式中：y1——進口氣相溶質的摩爾分數； y2——出口氣相溶質的摩爾分數；x1——出口液相溶質的摩爾分數；x2——進口液相溶質的摩爾分數。液氣比：（4