脱硫塔设计学毕业设计.docx

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脱硫塔设计学毕业设计

脱硫塔设计学毕业设计二二〇〇一一一一年年六六月月本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书学校代码：

学校代码：

1012810128学学号：

号：

题题目目：

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脱脱硫硫塔塔设设计计学学生生姓姓名名：

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学学院院：

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化化工工学学院院系系别别：

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过过控控系系专专业业：

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过过程程装装备备与与控控制制工工程程班班级级：

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过过控控指指导导教教师师：

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摘要脱硫塔是化工设备中的重要设备，是对工业废气进行脱硫处理的设备。

是一种脱硫效率高，压力损失较低兼能除尘的脱硫设备，脱硫塔是运用旋流技术、射流技术、压力雾化技术和文丘里管技术，以碱性液为载体，将烟气中的尘、二氧化硫、碳氢化合物等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降，最后达到净化烟气的目的。

该脱硫塔选用填料塔作为其塔型，填料塔的基本特点是结构简单，压降降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。

其内部基本结构有除沫器、液体分布器、液体再分布器、漩涡喷头、支承板及填料压板。

该脱硫塔在设计的过程中参考《GB150-1998钢制压力容器》、《化工容器及设备简明设计手册》、《JBT4710-2005钢制塔式容器》等标准。

该脱硫塔的设计包括塔内件的选取、设计方案、设计计算等内容，在过程中，通过查资料、数据的计算等一系列方法，整合设计所需资料及数据。

经过老师的不断指点与自己的不断修改完善，最终形成本次设计。

关键词：

脱硫塔填料塔AbstractDesulfurizationtowerisanimportantequipmentchemicalequipment,istheindustrialwastegasdesulfurizationprocessequipment.Isahighdesulfurizationefficiency,lowerpressurelossandtodustdesulfurizationequipment,desulfurizationtoweristheuseofhydrocyclonetechnology,jettechnology,pressureatomizationtechnologyandVenturitubetechnologytoalkalinesolutionasthecarrier,thefluegasofdust,sulfurdioxide,hydrocarbonsandotherharmfulsubstancesseparatedfromthefluegastoabsorbthesettlement,thefinalpurposeofpurifyingthefluegas.Thedesulfurizationtowerusedastowerpackingtower,packedtowerofthebasicfeaturesofsimplestructure,dropdownasmall,masstransferefficiency,easeofuseofcorrosion-resistantmaterialsandsoo.Thebasicstructureoftheinternaldemister,liquiddistributors,liquidre-distributor,thevortexnozzle,bearingplatesandfillerplate.Thedesulfurizationtowerinthedesignprocessofreference“GB150-1998steelpressurevessel“,“chemicalcontainersandequipmentConciseDesignManual“,“JBT4710-2005steeltowercontainer“andotherstandards.Thedesulfurizationtowerdesignincludestheselectionoftowerparts,design,designcalculations,etc.,intheprocess,throughtheinformationsearch,datacalculationandaseriesofmethodstointegrateinformationanddatarequiredforthedesign.Theteachersconstantlypointingwiththeirconstantlyrevisedandimproved,culminatinginthisdesign.Keywords:

desulfurizationtowerpackingtower目录图标清单图标清单11绪论绪论33符号说明符号说明44第一章第一章设计方案的确定设计方案的确定991.1设备性能91.2设备技术特性91.3填料塔的选型和结构设计91.3.1筒体的选型.91.3.2封头的选型91.3.3裙座的选型.101.3.4人孔的选取.111.3.5接管的选取.121.3.6接管法兰的选取.131.3.7填料的选择.161.3.8除沫器的选择.171.3.9填料支承装置.181.3.10填料的液体分布器191.3.11填料的液体再分布器201.3.12填料压板21第二章第二章筒体及封头的设计筒体及封头的设计23232.1选择材料.232.1.1受压元件232.1.2非受压元件232.2.设计技术参数.232.3筒体厚度的计算.242.4封头厚度的计算.252.5裙座的厚度计算.262.6水压试验及强度校核.26第三章第三章设备承受的各种载荷设备承受的各种载荷28283.1塔的质量载荷计算.283.1.1塔体圆筒、封头、裙座质量2801m3.1.2塔内件如塔盘或填料的质量2902m3.1.3保温材料的质量2903m3.1.4操作平台及扶梯的质量2904m3.1.5操作时物料的质量3005m3.1.6塔附件如人孔、接管、法兰等质量31am3.1.7水压试验时充水的质量.31wm3.1.9塔设备在正常操作时的质量310m3.1.10塔设备在水压试验时的最大质量32maxm3.1.11塔设备在停工检修时的最小质量32minm3．2风载荷的计算333.2.1水平风力的计算333.2.2风弯矩的计算363.3塔的自振周期的计算.383.4地震载荷的计算.383.4.1水平地震力的计算.383.4.2垂直地震力的计算.413.4.3地震弯矩的计算.423.5各种载荷引起的轴向力.433.5.1设计压力引起的轴向应力.4313.5.2操作质量引起的轴向压应力.4423.5.3最大弯矩引起的轴向应力.4533.6塔体与裙座的危险截面的强度校核与稳定性校核.463.6.1塔体与裙座的强度校核.463.6.2塔体与裙座的稳定性校核463.7塔体水压试验和吊装时的应力校核.493.7.1水压试验时应力校核.503.7.2吊装时应力校核.513.8基础环的设计.513.8.1基础环的结构尺寸.513.8.2基础环的应力校核.523.8.3基础环的厚度.533.9地脚螺栓的计算.543.9.1地脚螺栓的最大拉应力.543.9.2地脚螺栓根径55第四章第四章开孔不强计算开孔不强计算56564.1不需要另行补强的最大开孔直径.564.2补强型式，选用如下形式：

.564.3补强设计计算.574.3.1圆筒上人孔补强计算57500DNmm4.3.2筒体上卸料口补强计算.59250DNmm4.3.3筒体上气体进口接管补强计算.61200DNmm4.3.4封头上接管补强计算.64200DNmm4.3.5筒体上接管补强计算6670DNmm结论结论6969参考文献参考文献7070谢辞谢辞71711图标清单类型图号图示名称图1-1封头结构示意图图1-2裙座的焊接形式图1-3人孔的形式图1-4弯管结构示意图图1-5法兰结构示意图图1-6平垫圈图1-7上装式丝网除沫器图1-8支承板结构示意图图1-9水平引入管排管式喷淋器图1-10梁型式再分布器图1-11床层限制板图3-1风载荷图3-2塔各分段高度图3-3风弯矩计算简图图3-4任意高度处的集中质量khkm图3-5地震载荷附图图3-6基础环的结构尺寸表1-1封头结构尺寸表1-2人孔结构表表1-3接管尺寸表1-4弯管结构尺寸表1-5密封面结构尺寸表1-6接管法兰尺寸表1-7垫片型式选用表表1-8垫片尺寸附表表1-9螺栓/螺母的选用2表1-10螺栓长度和质量表1-11紧固件用平垫圈尺寸表1-12陶瓷拉西环填料的特性数据表1-13陶瓷矩鞍填料的特性数据表1-14上装式丝网除沫器基本参数表1-15支承板形式尺寸表1-16支承板结构尺寸表1-17支承板特性表1-18排管式喷淋器的设计参考数据表1-19梁型再分布器设计参数表1-20填料塔附属结构表3-1平台扶梯质量表3-2塔设备质量计算结果汇总表3-3塔各段风载荷表3-4塔体各段集中质量表3-5塔体各段水平地震力表3-6塔体各段垂直地震力表3-7各危险截面强度校核与稳定性校核表4-1不另行补强接管最小厚度附表表4-2补强形式3绪论毕业设计是我们在校期间的一个重要课程，它既是对我们大学四年所学知识的一次全面应用。

又对我们毕业后的工作打下了良好基础。

通过毕业设计，我们初步把我们所学的理论知识应用到实践中。

过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛。

是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，一些高新技术领域，如航空航天技术、先进能源技术、先进防御技术等也离不开过程设备。

20世纪80年代初以来，随着我国经济持续迅速发展，城市化进程加快，人口不断增加，煤炭消耗量逐年以3～9%的递增率大幅度增加，我国大气环境受到了严重污染，其中以SO2和烟尘污染最为严重，成为世界上大气环境污染最严重的国家。

通过对大气环境中污染物来源分析表明，我国大气污染属于煤烟型污染，其中SO2和烟尘等污染物主要是由煤炭燃烧产生的。

煤炭燃烧排放的SO2和烟尘，分别占SO2总排放量的90%和烟尘总排放量的70%，煤炭燃烧排放的CO2，占CO2总排入量的85%，而燃煤工业锅炉排放的CO2，占煤炭燃烧排放量的30%。

可见，控制煤炭燃烧SO2和烟尘的排放量，对控制我国大气污染具有重要的意义。

脱硫塔主要是吸收SO2,其工作原理是含烟尘及硫氧化物的烟气通过进口烟道进入筒体，含有离子的碱性吸收液分别从滤泡除尘脱硫塔上中下部由螺旋喷嘴喷出，形成与烟气成逆向的多排高速雾化水幕。

增加了烟尘硫氧化物与水的碰撞概率，并充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度。

以保证除尘器的除尘和脱硫效果，同时气体经过筛板上的液层产生鼓泡作用，增加了气液传质的表面积和湍动状态。

提高了传质效率，二氧化硫与碱液发生气液传质，从而进一步提高了脱循环硫除尘器的效果。

脱硫生成物随水流到脱硫塔底部。

从溢流孔排走，在筒体底部设有水槽以防止烟气从底部泄漏。

脱硫塔废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和再生使用，净化后的气体通过筒体上部经除沫器除雾后排出，从而达到除尘脱硫目的。

4符号说明——计算厚度，；mm——设计厚度，；dmm——名义厚度，；nmm——有筋板时基础环的厚度，；bmm——有效厚度，；emm——第计算段容器的有效壁厚，；eiimm——筋板厚度，；gmm——有筋板时基础环的厚度，；bmm——接管名义厚度，；ntmm——接管计算厚度，；tmm——补强圈厚度，；mm——接管有效厚度，；etmm——裙座的厚度，；smm——重力加速度，；gkgN/——焊接接头系数；——厚度附加强，；Cmm——钢板负偏差，；1Cmm——腐蚀裕量，；2Cmm——材料的弹性模量；E5——公称直径,；DNmm——开孔直径,；dmm——垫板上地脚螺栓孔直径,；2dmm——人孔直径mm；id——筒体的内径，；iDmm——塔设备第段迎风面的有效直径，；eiDimm——设备各计算段的外径，；oiDmm——基础环的外径，；obDmm——基础环的内径，；ibDmm——设计压力，；PMPa——液柱静压力，；LPMPa——计算压力，；CPMPa——水压试验压力，；TPMPa——第i段风载荷N；iP——塔体圆筒、封头、裙座质量，；01mkg——塔内件如塔盘或填料的质量，；02mkg——保温材料的质量，；03mkg——扶梯与平台的质量，；04mkg——操作时物料的质量，；05mkg——水压试验时充水的质量，；wmkg——偏心载荷，；emkg——设备在正常操作时的最大质量，；0mkg6——塔设备在水压试验时的最大质量，；maxmkg——塔设备在停工检修时的最小质量，；minmkg——距地面高度处的集中质量，；kmkhkg——设备的当量质量，；eqmkg——风压高度变化系数；if——各地区的基本风压，；0qPa—载荷组合系数；K——塔的体型系数；1K——塔设备各计算段的风振系数；ziK——笼式扶梯的当量宽度，；3Km——操作平台的当量宽度，；4Km——脉动增大系数；——第段的脉动影响系数；ii——第段的体型系数；zii——塔顶管线外径；0d——塔的自震周期，；1Ts——各类产地的自震周期，；gTs——地震影响系数；——第一振型的地震影响系数；1——综合影响系数；zC——基本阵型参与系数；1k——地震影响系数的最大值；max7——计算截面距地面的距离,；ihiimm——在截面i-i处的基本振型水平地震力，；iFN——塔任意质点处得垂直地震力，；iivFiN——垂直地震影响系数的最大值；maxv——裙座半锥角；——截面i-i处地震弯矩，；IIEIMNmm——设备任意截面I-I的风弯矩，；IIWMNmm——偏心弯矩，；eMNmm——设备最大弯矩，；maxMNmm——容器任意截面I-I最大弯矩，；11maxMNmm——裙座底部截面的截面系数，；sbZ3mm——裙座底部截面积，2；sbAmm——裙座开孔设人孔处得截面系数，；smZ3mm——裙座开孔设人孔处的截面积，2；smAmm——试验温度下材料的许用应力，；MPa——材料在设计温度下的许用应力，；tMPa——水压试验时的许用应力，；tMPa——材料的屈服强度，；sMPa——内压计算压力在筒体内引起的轴向压力，；1MPa——操作物料时质量载荷在筒体内引起的轴向力，；2iiMPa——最大弯矩在筒体内引起的轴向力，；3iiMPa——最大组合轴向压应力，；maxiiMPa8——裙座材料在设计温度下的许用应力，；stMPa——基础环的截面系数，；bZ3mm——基础环的面积，2；bAmm——混凝土基础的许用应力，；aRMPa—一地脚螺栓个数；n——地脚螺栓螺纹根径；1dmm——强度削弱系数；rf——开孔削弱所需的补强面积，2；Amm——外侧有效高度，；1hmm——内侧有效高度，；2hmm——多余金属面积，2；1Amm——接管多余金属面积，2；2Amm——接管处焊缝面积，2；3Amm——有效补强面积，2；eAmm——所需另行补强面积，2；4Amm9第一章设计方案的确定1.1设备性能将烟气中的二氧化硫等有害物质从烟气中分离出来，吸收沉降最后达到净化烟气的目的。

1.2设备技术特性工作压力：

2.9、工作介质：

水煤气ADA溶液、工作温度：

、MPaC45喷淋量：

180、设计风压：

、地震烈度：

8级Pa5001.3填料塔的选型和结构设计1.3.1筒体的选型选择圆柱形筒体，圆柱形是最常见的一种压力容器结构形式。

具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点。

而是目前制造和使用最多的一种筒体形式，它采用钢板在大型卷板机上卷成圆筒，经焊接纵焊缝成为筒节，然后与封头或端部法兰组装焊接成容器。

所以选择单层式卷焊式结构。

1.3.2封头的选型根据所给条件选择标准椭圆形封头，由此可知：

由《化工容22/iihD器及设备简明设计手册》表13-5知：

。

结构如下图所示：

1k10图1-1封头结构示意图由JB/T4737-95知：

表1-1封头结构尺寸：

公称直径DN曲面高度ih直边高度2h内表面积2/mFi容积3/mV2100525405.031.361.3.3裙座的选型塔体常采用裙座支承，裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类。

圆筒形裙座制造方便、经济上合理，故广泛应用。

又因为、但，所以不需要设置较多的地脚螺栓及足够大承载面积1DNm/30HDN的基础环。

此时，圆筒形裙座的结构尺寸可以满足地脚螺栓的合理布置。

因采用圆筒形裙座。

结构：

圆筒形裙座由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道等组成。

其中筒体与裙座的焊接形式选如取下结构：

11图1-2裙座的焊接形式1.3.4人孔的选取根据已知条件，由《化工容器及设备简明设计手册》及公称2151495HG压力选择回转盖带劲对焊法兰人孔，人孔选用Q345R。

人孔尺寸由《化工容器及设备简明设计手册》表23-1-13得所选人孔结构表如下：

表1-2人孔结构表密封面型式公称压力PN公称压力DNwdsdD1D1H2Hb凹凸面MFM型4.050053014495755670290135621b2bABL0d螺柱数量螺母数量螺柱直径长度总质量kg556043022530030204039225M413人孔的型式：

12图1-3人孔的形式1.3.51.3.5接管的选取接管的选取根据工艺条件，选取接管材料为号钢,20号钢20.查《HG20553-1993化工配管用无缝及焊接钢管尺寸》147（16）tMPamm系列表4.1.1得：

Ia本设备的接管尺寸按其公称尺寸的不同列表如下表1-3接管尺寸壁厚和理论重量公称直径DN40schAB外径mmmm/kgm151/221.32.91.3280388.95.611.502008219.18.041.6525010273.08.857.33根据《GB150钢制压力容器》中相关规定：

13（）2ttieDe而接管都符合规定所以满足要求其中各类接管中的弯管选择如下：

图1-4弯管结构示意图根据GBT12459—2005钢制对焊无缝管件知：

表1-4弯管结构尺寸公称尺寸mm中心面至端面Amm801142003051.3.6接管法兰的选取

（1）法兰及密封面的选取：

由《HGT2059220635-2009钢制管法兰、垫片和紧固件》表3-2-2及该设:

备公称压力选取（WN），密封面型式选取突面（RF）。

其带颈对焊法兰结构尺寸按图8.2.3和表8.2.3-4规定：

图1-5法兰结构示意图根据HG/T20592—2009选择密封面尺寸如下：

14表1-5密封面结构尺寸d公称尺寸DN密封面公称尺寸151288025820031225040本设备的接管法兰尺寸按其公称尺寸的不同列表如下表1-6接管法兰尺寸连接尺寸公称尺寸DN钢管外径法兰焊端外径1AA类法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th1521.3956514412M8088.920016018816M200219.1375320301227M2502734503853312302M续上表续上表法兰颈公称尺寸DN法兰厚度CNA类S1HR法兰高度H1516322.0643880241053.212858200342446.3161088250383067.11812105

（2）选择管法兰垫片15由《HG/T20641-2009》表3.0.2选用垫片形式表1-7垫片型式选用表垫片型式公称压力PN公称尺寸DN最高使用温度密封面型式密封面的表面粗糙度aRm法兰型式非石棉纤维橡胶板40102000:

290凹面/凸面3.212.5:

带颈对焊法兰由HG/T20606-2009表4.0.2-3得凹凸面垫片尺寸表1-8垫片尺寸mm公称尺寸DN垫片内径1D垫片外径2D垫片厚度T15223980891202002202592502733121.5（3）管法兰紧固件选取由[HG/T20641-2009]表3.0.3-1查螺栓/螺母的选用表1-9螺栓/螺母的选用螺栓/螺母型式标准规格材料紧固件强度公称压力等级使用温度oC全螺纹螺柱Ⅱ型六角螺母（粗牙、细牙）HG/T20613M10M33:

0r18i19CN低160PN196800:

16由[HG/T20613-2009]表5.0.7-1选凹面/凸面时螺柱长度代号ZRL由[H