化工原理填料塔课程设计.doc

化工原理课程设计

设计题目：清水吸收氨气的填料塔装置设计
专 业：应用化学
学生姓名：
学生学号：
院 级 班：
指导老师：

前言：
课程设计是比较综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。
经过学习,我知道，填料塔吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。这次课程设计我把聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。

目录
第一章 绪论 5
第二章 填料塔的设计内容和设计条件 6
2.1填料塔的主体结构与特点……………………………………………………6
2.3填料塔的设计任务……………………………………………………………6
2.3填料塔的设计条件……………………………………………………………6
第三章 填料塔的设计方案…………………………………………………..………………7
3.1吸收剂的选择………………………………………………………………7
3.2装置流程图的确定及流程说明……………………………………………7
3.3填料的类型与选择…………………………………………………………8
3.3.1填料种类的选择………………………………………………………8
3.3.2填料规格的选择………………………………………………………8
3.3.3填料材质的选择………………………………………………………9
3.3.4填料尺寸的选择………………………………………………………9
3.4基础物性数据………………………………………………………………9
3.4.1液相物性数据…………………………………………………………9
3.4.2气相物性数据…………………………………………………………10
3.4.3气液平衡数据…………………………………………………………10
第四章 填料塔的工艺计算………………………………………………………….………10
4.1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成…………………………11
4.2塔径的计算…………………………………………………………………12
4.3填料层高度的计算…………………………………………………………14
4.4填料层压降的计算…………………………………………………………16
第五章 填料塔内件的类型及设计……………………………………………...…………17
5.1塔内件类型…………………………………………………………………17
5.2塔内件的设计………………………………………………………………17
5.2.1填料支撑件的设计……………………………………………………17
5.2.2填料床层压板和限制器的设计………………………………………17
5.2.3液体分布器的设计……………………………………………………18
5.2.4液体收集再分布器的设计……………………………………………19
第六章 吸收塔塔体材料的选择……………………………………………………………19
6.1吸收塔塔体材料……………………………………………………………19
6.2吸收塔的内径………………………………………………………………19
6.3壁厚的计算…………………………………………………………………19
6.4强度校核……………………………………………………………………20
第七章 封头的选型依据，材料及尺寸规格…………………………….………………20
7.1封头的选型：标准的椭圆封头……………………………………………20
7.2封头材料的选择……………………………………………………………20
7.3封头的高……………………………………………………………………20
7.4封头的壁厚…………………………………………………………………21
第八章 液体的喷淋装置…………………………………………………………..…………21
第九章 除沫装置…………………………………………………...…………………………22
9.1设计气速的计算……………………………………………………………22
9.2丝网盘的直径………………………………………………………………22
9.3丝网层厚度H的确定………………………………………………………22
第十章 管结构……………………………………..………………………..…………………23
10.1气体和液体的进出的装置………………………………………………23
10.2填料卸出口………………………………………………………………23
10.3塔体各开孔补强设计……………………………………………………23
第十一章 填料塔高度的确定（除去支座）………….……………..…………………24
11.1吸收高度…………………………………………………………………25
11.2支持圈高度………………………………………………………………25
11.3栅板高度…………………………………………………………………25
11.4支持板高度………………………………………………………………25
11.5液体再分布装置高度……………………………………………………25
11.6液体喷淋装置高度………………………………………………………25
11.7塔底除雾沫器高度………………………………………………………25
11.8塔底段高度………………………………………………………………25
11.9封头高度…………………………………………………………………26
第十二章 塔体总设备总质量………………………………………………………26
12.1塔体的质量………………………………………………………………26
12.2封头的质量………………………………………………………………26
12.3填料质量…………………………………………………………………26
12.4内部结构及其它附件总质量……………………………………………27
12.5水压试验的质量…………………………………………………………27
第十三章 容器的支座与焊接………………………………………………………27
第十四章 设计一览表………………………………………………………………27
第十五章 主要符号说明……………………………………………………………28
第十六章 总结………………………………………………………………………29
第十七章 参考文献…………………………………………………………………30

第一章 绪论
填料塔属于化工单元操作中蒸馏（精馏）、吸收等的过程设备。物料在填料塔中的传质、分离主要是分散在填料表面进行。
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。
　　当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。
填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。
填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
规整填料塔的分离性能取决于内件，即填料、分布器、收集器等。同时也取决于许多参数，如气体负荷、液体负荷、物料性质、操作压力、填料湿润性能和液体分布不均匀等等。至今不能由填料的几何形状来精确计算塔的分离性能，需要通过填料塔的理论和不同条件下通过试验塔来测定准确数据。可根据资料以一级近似程度确定塔的尺寸和需要的填料高度。
1、规整填料
2、支撑栅板
3、液体收集器
4、集液环
5、多级槽式液体分布器
6、填料压圈
7、支撑栅板
8、蒸汽入口管
9、塔底
10、至再沸器循环管
11、裙座
12、底座环
第二章 填 料 塔 的 设 计 内 容和 设 计 条 件
2.1填料塔的主体结构与特点
结构：

图1-1 填料塔结构图
填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以她特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。
2.2填料塔的设计任务
设计任务：
完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。
2.3填料塔的设计条件
设计条件：
1、气体混合物成分：空气和氨；
2、氨的含量： 4.5％（体积）；
3、混合气体流量： 4000m3/h；
4、操作温度：293K；
5、混合气体压力：101.3KPa；
6、回收率： 99.8％。
第三章 填料塔的设计方案
填料塔具有结构简单、容易加工、生产能力大、压降小、吸收效果好、操作弹性大等优点，所以在工业吸收操作中被广泛应用。在这次课程设计中，有很多操作条件，所以我们需要准确的设计好填料塔的每一部分。
3.1吸收剂的选择：
因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。
如下工业常用吸收剂
溶质
溶剂
溶质
溶剂
氨
水、硫酸
丙酮蒸汽
水
氯化氢
水
二氧化碳
水、碱液
二氧化硫
水
硫化氢
碱液、有机溶剂
苯蒸汽
煤油、洗油
一氧化碳
铜氨液
3.2装置流程图的确定及流程说明
装置流程图的确定：
本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。
逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。
流程说明：
该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气 体由塔顶排除，吸收了氨气的水 由填料塔的下端流出。（如下图所示）

3.3填料的类型与选择
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。填料的选择主要根据以下几个方面来考虑：
1.比表面积要大，有较高的传质效率。
2.有较大的通量。
3.填料层的压降小。
4.填料的操作性能好。
5.液体的再分布性能要好。
6.要有足够的机械强度。
7.价格低廉。
填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。
3.3.1 填料种类的选择
颗粒填料包括拉稀环、鲍尔环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。本次课程设计采用散装填料。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。
3.3.2 填料规格的选择
工业塔常用的散装填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76等几种规格。同类料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。如下表：
填料种类
D/d的推荐值
拉西环
D/d20~30
鞍环
D/d15
鲍尔环
D/d10~15
阶梯环
D/d>8
环矩鞍
D/d>8
3.3.3 填料材质的选择
工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。塑料材质主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，其特点是耐腐蚀性能好，质量轻，价格适中，但耐温性及湿润性较差。金属材质有碳钢、铝钢和铝合金等，多用于操作温度较高而无显著腐蚀性的操作。陶瓷材质的材料耐腐蚀性较好，耐湿性强，价格便宜，但易破损。由于聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，所以本次课程设计我们选耐低温性能良好的聚氯丙烯填料。
综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料 Dn50
3.3.4填料尺寸的选择
径比D/d有一个下限值（一般为10），若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料层孔隙率大而不均匀，气流易走短路、液体壁流加剧。
综上，由于该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用38mm聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：
比表面积a：132.5
空隙率：0.91
填料因子：
3.4 基础物性数据
3.4.1 液相物性数据
对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得 20 ℃水的有关物性数据如下：
1. =998.2Kg/
2. 粘度： =0.001Pa.s=3.6Kg/m.h
3. =72.6dyn/cm=940896Kg/
4. 20℃: H=0.725Kmol/.kpa
5. 20℃：=7.34×/h
6. 20℃：=0.225c/s=/h
3.4.2 气相物性数据
1. 混合气体的平均摩尔质量为

2. 混合气体的平均密度
由
得：R=8.314
3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气的黏度

注： 1Pa.s=1kg/m.s
3.4.3 气液相平衡数据
由手册查得，常压下，20时，NH在水中的亨利系数为 E=76.3kpa
在水中的溶解度:H=0.725kmol/m
相平衡常数：
溶解度系数：
第四章 填料塔的工艺计算
概述：
整个工艺计算过程包括以下几点：
1. 确定气液平衡关系（若为非等温吸收，各物性参数随组成变化而变化，求取时应取平均值，计算时应注意这一点）。
2. 确定吸收剂用量及操作线方程。
3. 填料的选择。
4. 确定塔径及塔的流体力学性能计算。
5. 填料层高度的计算。
6. 管路及辅助设备的计算。
对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。空气和水的物性常数如下：
空气：
水：
4.1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成
查表知，20下氨在水中的溶解度系数
亨利系数：
相平衡常数：
进塔气相摩尔比为：
出塔气相摩尔比为：
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：(清水)
混合气体的平均摩尔质量为：

混合气体流量：

惰性气体流量：

最小液气比：

取实际液气比为最小液气比的1.5倍，则可得吸收剂用量为：

液气比：
4.2塔径的计算
混合气体的密度：

采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：

取泛点率为0.6，即

圆整后取
泛点率校核：

（在允许的范围内）
填料规格校核：
液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为：

所以

经以上校核可知，填料塔直径选用合理。
4.3填料层高度的计算
填料层高度计算涉及物料横算、传质速率和相平衡关系。对于整个吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率在变化。所以要在全塔范围应用吸收速率关系式，就要采用微分方法，然后积分得到填料层的总高度。
选取传质单元数法求解填料层高度。原料气组成中氨气含4.5%，属于低浓度吸收。
查表知， 0，101.3 下
在空气中的扩散系数
由 ，则293，101.3下，在空气中的扩散系数为
液相扩散系数 ：
液体质量通量为：
气体质量通量为：

脱吸因数为：
气相总传质单元数为：

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

查表知，
所以：

气膜吸收系数可由下式计算：

液膜吸收系数由下式计算：

查表得：
则

由 得，

则
由
由

设计取填料层高度为 ：
查表：对于阶梯环填料，
将填料层分为两段设置，每段6m，两段间设置一个液体再分布器。
4.4填料层压力降的计算
采用Eckert通用关联图计算填料层压降
横坐标为：
查表得：
纵坐标为：

查图得，
填料层压降为：
至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。
第五章 填料塔内件的类型及设计
5.1塔内件类型
填料塔的内件主要包括填料、填料支撑件（支撑板、支撑栅等）、填料层压环、填料层限位器、液体（气体）分布器、液体收集再分布器、破旋涡器等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。
5.2塔内件的设计
5.2.1填料支撑件的设计
填料支撑器对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。其作用是用于支撑塔填料及所特有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用：大体可分为两类：（1）平板形支撑板 （2）气体喷射型。填料支撑器采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支撑，以取得较大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字环。
塔径，设计栅板由两块组成。且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上。分块式栅板，每块宽度为400mm，每块重量不超过600N，以便从人孔进行装入、取出。
5.2.2填料床层压板和限制器的设计
填料床层压板和限制器的作用是使填料塔在操作中保持填料床层为一恒定的固定床，从而使塔横截面上填料层的自由截面（空隙率）始终保持均匀一致，保证塔的稳定操作。
由于塔径D=800mm ，填料床层压板可以采用分块式栅板，每块宽度为400mm，每块重量不超过600N，以便于从人孔中装入、取出。
由于塔径D=800mm，填料床层限制器可选用梁形气体喷射式限制器，采用卡子K10B（K14B）（JB 1119-1981）。
5.2.3液体分布器的设计
液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料塔达到预期分离效果的保证。
选型与设计要求：1.液体分布要均匀。
2.自由截面率要大。
3.操作弹性大。
4.不易堵塞 引起雾沫夹带及起泡等。
5.可用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平。
液体分布器的选型：
液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。
液体分布器的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系性质，可选用目前应用较为广泛的多孔型布液器中的排管式喷淋器。多孔型布液器能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。
液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。
由于液体的最大负荷低于，按照设计参考数据可提供良好的液体分布：主管直径---50mm,支管排数---5,排管外缘直径---760mm，最大体积流量---12.5
排管式喷淋器采用塑料制造。
分布点密度计算：
为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。根据Eckert建议，当时，每塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为：

布液计算：
由
得
取，
则
5.2.4液体收集再分布器的设计
实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。可选用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为3.6mm。为了防止上一填料层来的液体直接流入升气管，应在升气管上设帽盖。它的设计数据如下：分布盘外径---785mm，升气管数量---6
第六章 吸收塔塔体材料的选择
6.1吸收塔塔体材料：Q235-B
依据：我们的操作压力是101.3kpa，最大的操作温度为293k，并且所要分离的物质是氨和空气，对材料的腐蚀性不大，在满足条件的材料中Q235-B的价格相对便宜，所以选择Q235-B。
6.2吸收塔的内径
D=800mm
6.3壁厚的计算
Q235-B当在3-4mm的范围内时，操作压力，设计压力为：， 选取双面焊无损检测的比例为全部，所以
计算壁厚：
，取=0.2，=1
所以圆整后取（因为Q235-B材料的设备最少壁厚为3mm，即）
6.4强度校核
求水压试验时的应力。因为Q235-B的屈服极限，所以，，，，
，水压试验满足要求。
第七章 封头的选型依据，材料及尺寸规格
7.1封头的选型：标准的椭圆封头
选型依据：
从工艺操作 考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头形状。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。
7.2封头材料的选择
封头材料的选择：Q235-B
7.3封头的高
因为长轴：短轴=2 即：所以
其中 ： ——吸收塔的内径
——封头的高
直边高度为：（查JB/T4337-95可知）
7.4封头的壁厚
计算壁厚：
对于标准椭圆封头，K=1取封头是由整块钢板冲压而成，所以
圆整后取
强度校核：
校核筒体与封头水压试验强度，根据式式中

，
满足条件
且

所以>满足条件。
第八章 液体的喷淋装置
喷淋装置的作用是为了能有效的分布液体提高填料表面的有效利用。本设计考虑到填料塔的直径为800mm，则选用的是盘式分布器。
溢流盘式分布器是目前最广泛应用的分布器，特别适用于大型的填料塔，他的优点是操作弹性大，不易堵塞，操作可靠，由分布盘和进口管两部分组成.
以下是分布盘结构参考数据：
塔径D
分布盘直径D2
分布盘厚度
缓冲管尺寸
700mm
560mm

4~6

108×4mm
800mm
640mm
900mm
740mm
本设计取填料塔D=800mm分布盘的直径为640mm,分布盘的厚度为5mm
以下分布盘边缘锯齿的结构
名称
齿高
齿宽
齿距
板厚
数值
10~20
10~20
10~20
>30
第九章 除沫装置
除沫装置安装在液体再分布器上方，用以除去出气口气流中的液滴。由于氨气溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。本设计采用丝网除雾器，丝网除雾器是一种分离效率较高阻力较小，重量较轻，所占空间不大的除雾器，可除去含有大于5um的雾滴，效率可达到98%~99%，压力降不超过250Pa。
丝网除雾器的设计计算如下：
9.1设计气速的计算
气体通过除雾器的速度是影响除雾器取得高效率的重要因素，设计气速可通过下式求取：

式中：u—气速，m/s
K—系数，可去0.08-0.11；
—密度,kg/m3
9.2丝网盘的直径
丝网盘的直径取决于气体的处理量，可按下式计算：

式中： —气体处理量， 圆整到0.8m
9.3丝网层厚度H的确定
对于金属丝网，当丝网直径为0.076-0.4mm时，在适宜气速下，丝网层的厚度取为100-150mm时，就能把气体中的绝大部分雾滴分离下来，当合成纤维丝网直径为0.005-0.03mm时，丝网厚度一般取H=150mm,则H1=226mm.
第十章 管结构
10.1气体和液体的进出的装置
流体的进出口结构设计，首先要确定的是管道口径，根据管口所输气体或液体的流量大小，由下式计算管口的直径：

①气体进出口装置
气体进口装置的设计，应能防止淋下的液体进入管内，同时要使气体分散均匀。因此，不宜使气体直接由接管口或水平管冲入塔内，而应使气体的出口朝向下方，使气流折转向上。
工业上，一般气体进料流速为10-20m/s
,厚度为8mm，所以取外径为0.325m。

②液体进出口装置
工业上，一般液体进料流速为0.5-1.5m/s
，厚度为4mm,所以取外径45mm。
液体出口装置的设计应便于塔内液体的排放，防止破碎的环塞住出口，并且要保证塔内有一定的液封高度，防止气体断路。本设计选用的是弯管式液体的出口装置。
10.2填料卸出口
根据填料塔的特点，需要有填料卸出口，以便于检修时将填料卸出，填料卸出口的结构与人孔或手孔类似。
10.3塔体各开孔补强设计
（1） 开孔补强设计方法
a、适用的开孔范围
圆筒当内径时，开孔最大直径且。凸形封头的开孔最大直径
b、内压容器开孔所需补强的面积
内压容器的圆筒、椭圆形封头开孔够所需的补强面积为：

式中 :
——开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍壁厚附加量，mm
——壳体开孔处的计算厚度，
——接管有效厚度
——强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，当该比值大于1.0时，取
c、壳体开孔所需补强面积
壳体开孔处的计算壁厚按以下公式计算
圆筒：
椭圆形封头：
（2）开孔补强结构
(a)补强形式
采用外加强接管
依据：
外加强接管结构简单，加工方便，又能满足补强要求，特别适用于中低压容器的开孔补强。
(b) 补强结构
采用整段件补强
依据：
这种结构是将接管与壳体连同加强部分作成整体锻件，然后与壳体焊在一起。其优点是补强金属集中于开孔应力最大部分，应力集中现象得到大大缓和。
第十一章 填料塔高度的确定（除去支座）
首先对塔体的尺寸的设计，塔体总有效高度（不包括裙座）由下列关系计算：塔高（H）=吸收段高度 ()+ 支持圈高度() + 栅板高度() + 支持板高度() +液体再分布装置高度()+ 液体喷淋装置高度() + 塔底除雾沫器高度() + 塔底段高度()+封头尺寸()+其他附属高度()
11.1吸收高度
通过化工原理相应知识的运用计算得，吸收段的高度为=12m,同时将填料吸收段划分为三段。
11.2支持圈高度
支持圈采用圆环式支持圈，支持圈厚度应当考虑在塔高之中，以保证填料段的吸收效果。本设计中选用厚度为10mm的支持圈。
11.3栅板高度
本设计选用栅板式支撑板，栅板式的支撑结构较为常用，由竖立的扁钢制成。栅板可以制成整块式或分块式的。针对于本设计中塔径为700mm，所以将栅板设定为整块。栅板的运用起到了对吸收过程中，吸收效果的恒定和维持的重要作用，本设计中选用厚度为10mm的栅板。
11.4支持板高度
支持板对于支撑支持圈，同时为支撑填料起着至关重要的作用。本设计中选用支持板上段高度为10mm的支持板。
11.5液体再分布装置高度
填料塔内当液体沿填料层下流时，往往会产生壁流现象，使塔中心填料得不到良好的润湿，减少了气液接触的有效面积。为了克服这种现象，当填料层过高时，应将填料层分段装填，并在塔内每两段填料之间安装液体再分布装置，是液体重新分布。本次设计使用分配锥形再分布器，高度为80mm。
11.6液体喷淋装置高度
液体喷淋装置的作用是为了能有效地分布液体，提高填料表面的有效利用率。液体喷淋装置的安装位置，通常需高于填料层表面150-300mm，本设计取250mm,，提高足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过喷淋器。
11.7塔底除雾沫器高度
对于金属丝网，当丝网直径为0.076-0.4mm时，在适宜气速下，丝网层的厚度取为100-150mm时，就能把气体中的绝大部分雾滴分离下来，当合成纤维丝网直径为0.005-0.03mm时，丝网厚度一般取H=150mm,则H1=226mm。
11.8塔底段高度
塔底空间高度具有中间贮槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有5-8分钟的储量，以保证塔底料液不致排完。本设计选用8分钟的储存时间则高度为

塔底空间高度一般取1.0~1.5m，本设计去1.2m，加之塔底液体的储备高度，则塔底段高度取2.544m。
11.9封头高度
本设计中选用椭圆封头，根据填料塔的筒体尺寸为800m，则椭圆的深度取为200mm，直边高度25mm。
其他附属高度：3.77m
综上所述的介绍，则填料的总高度取为19.83m。
第十二章 塔体总设备总质量
塔设备的总质量：
式中： M代表塔设备得总质量，kg；
代表塔体的质量，kg；
代表封头的质量，kg；
代表填料的质量，kg；
代表内部结构及其它附件总质量；
12.1塔体的质量
DN=800mm, ，直边高度 的椭圆形封头，其每米质量为79kg，则
12.2封头的质量
因为填料塔的DN=800mm， ，直边高度为25mm，其质量为
则
12.3填料质量
填料堆积密度 ，填料高度为h=12m,
则
12.4内部结构及其它附件总质量
m5=600kg
12.5水压试验的质量

则塔的大体质量约为：

第十三章 容器的支座与焊接
本设计选用裙式支座，也称裙座。裙座设计主要包括裙座圈、基础环厚度的确定、地脚螺栓个数，公称直径的确定及螺栓座几何尺寸的确定等。
1、 裙座常用材料为Q235-B的圆筒形裙座和圆锥形裙座，本次设计采用圆筒形。群座的上端与塔体的底封头焊接，下端与基础环、筋板焊接，距地面一定高度处出料孔。裙座体上放开直径为50mm的排气孔，在底部开设排液孔，以便液体随时排出液体。由于本次设计的裙座直径为800mm,所以无需开人孔，只需开两个手孔。
工业上裙座的高度一般取3-5m,本次设计选用4m的裙座，材料为Q235-B，DN=800mm，厚度为8mm的裙座。
本次设计地脚螺栓选择螺栓圆直径为60寸，螺栓数为12个。
2、裙座体与塔体的焊接形式有搭接焊缝与对接焊缝。本次设计采用对接焊缝，要求裙座与塔体直径相等，两者对接在一起，两边焊，可承受较大的轴向载荷。
3、封头与塔体的焊接形式为对接焊
4、手孔与塔体的连接方式为角焊缝连接
第十四章 设计一览表
填料吸收塔设计一览表
吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔
混合气处理量：4000m3/h
工艺参数
名称

物料名称
清水
氨气
操作压力，kPa
101．3
101.3
操作温度，℃
20
20
流速，m/s
————

液体密度，kg/m3
998.2
0.991
流量，kg/h

塔径，mm
800
填料层高度，mm
12000
压降，KPa
5.86
操作液气比
0.682
分布点数
84
黏度，kg/(m*h)
3.6
0.065
表面张力，kg/h
940896
————
第十五章 主要符号说明
a——填料的有效比表面积，㎡/m3 at——填料的总比表面积，㎡/m3
aw——填料的润湿比表面积，㎡/m3 d ——填料直径，m
d0——筛孔直径，m D——塔径，m
DL——液体扩散系数，m2/s DV——气体扩散系数，m2/s
E——亨利系数，kPa h——填料层分段高度，m
H——开孔上方的液位高度，m H——溶解度系数，kmol/（m3·kPa）
HOG——气相总传质单元高度，m NOG——气相总传质单元数
kG——气膜吸收系数，kmol/（m2·h·kPa）kL——液膜吸收系数，m/h
K——稳定系数，无因次 Mave——混合气体的平均摩尔质量，kmol/kg
Lh——液体体积流量，m3/h Ls——液体体积流量，m2/h
Lw——润湿速率，m3/（m·h） m——相平衡常数，无因次
n——筛孔数目（分布点数目） P——操作压力，Pa
Ｐ ——标准状况下的压力，Pa P——压力降，Pa
u——空塔气速，m/s uF——泛点气速，m/s
U——液体喷淋密度，m3/（m2·h） UL——液体质量通量，㎏/（m2·h）
Umin——最小液体喷淋密度，m3/（m2·h） Uv——气体质量通量，㎏/（m2·h）
Vh——气体体积流量，m3/h wL——液体质量流量，㎏/h
wV——气体质量流量，㎏/h X——液相摩尔比
y——气相摩尔分数 Y——气体摩尔比
Z——填料层高度 ，m V——惰性气相流量，kmol/h
S——吸脱因数 R——通用气体常数，8.314（m3kPa）/（kmol·K）
T——温度，K T ——标准状况下温度，K
Ω——塔的截面积，m2 ΦP——压降填料因子，m-1
L——液体的粘度，kg/（m·h） V——混合气体的粘度，kg/（m·h）
ave——混合气体的平均密度，kg/m3 L——液体的密度，kg/m3
L——液体的表面张力 c——填料材质的临界表面张力，㎏/h2（1d