脱硫塔的设计计算

5. 设备计算及选型

选塔体材料为Q235-B 5.1 脱硫塔的设计计算

脱硫吸收塔采用填料塔，填料为50×30×1.5聚丙烯鲍尔环，公称直径为

50cm，空隙率为ε=0.927，比表面积为α=114.m2/m3,采用乱堆的方式。 5.1.1 塔径计算

泛点气速法

泛点气速是填料塔操作气速上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。

对于散装填料，其泛点率的经验值为 u/uF=0.5 ~ 0.85 填料的泛点气速可由贝恩 — 霍根关联式计算：

uFagL14g180.2lgAK()() g3LGL2式中 uF—— 泛点气速，m/s ； g —— 重力加速度，9.81m/s2 ； a —— 填料总比表面积，m2/m3 ； ε —— 填料层空隙率，m3/m3 ； ρg 、ρL —— 气相、液相密度，kg/m3 ；

μ —— 液体粘度，mPa·S ；μ=0.837 mPa·S

L、G —— 液相、气相的质量流量，kg/h ；

A、K —— 关联常数，与填料的形状及材料有关。查下表得出A=0.204，K=1.75。

表3.2.1不同类型填料的A、K值 散装填料类型 塑料鲍尔环 金属鲍尔环 塑料阶梯环 A 0.0942 0.1 0.204 K 1.75 1.75 1.75 规整填料类型 金属阶梯环 瓷矩鞍 金属环矩鞍 A 0.106 0.176 0.06225 K 1.75 1.75 1.75

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其中，AK(711.71044.03140.86918 L14g18

)())()0.2041.75(0.869911261044.03GL

1.0583

10因此， uF101.105831.10583ggaL3u0.2

所以uF0.92731044.039.811140.8692.575ms 0.20.873取泛点率为0.5，则u0.68uF1.751ms

根据操作态的每小时气体处理量算出塔径D，m D4Vs/ u

式中：D——吸收塔直径，m； VS——气体的体积流量，m3/s

D=

4911264.2902m

3600π1.751圆整后D取4.3m

壁厚的计算 Q235-B

当在

3-4mm

3的范围内时113MPa，操作压力

tPcgh990.2kg/m9.8N/kg12m117.388kpa，设计压力为：

p1.1pc129.126kpa0.1293Kpa， 选取双面焊无损检测的比例为全部，所以

1

计算壁厚： dpD2ptC1C20.12934300C1C2211310.1293，取

C0.2，C121

所以d2.460.21`3.66mm圆整后取n4mm.

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5.4强度校核

求水压试验时的应力。因为Q235-B的屈服极限s235MPa，所以

0.9s0.91235211.5MPa， tpT(De)2e'p ， ， T1.25PtenC4(10.2)2.8 T

0.1293(43002.8)99.35MPa

22.8T0.9s 水压试验满足要求。

4.6封头的设计

封头又称端盖，按其形状可分为凸形封头、锥形封头和平板型封头3类。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。锥形封头分为无折边与折边两种。平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构。

4.6.1封头的选择

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。 4.6.2封头材料的选择

封头材料的选择：Q235-B 4.6.3 封头的高 DD2所以 hi1075mm 因为长轴：短轴=2 即： 42hi

其中 D ——吸收塔的内径

hi——封头的高

直边高度为：h （查JB/T4337-95可知） 0mm25.

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4.6.4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1，所以dpD0.12934300CC10.23.66圆整后取12t21130.50.129320.5pn4mm

4.6.5 强度校核

pTDie0.9s 校核筒体与封头水压试验强度，根据式 式中 T2e enC4(10.2)2.8 tpT(De)

2ep'T

1.25Pt

0.1293(43002.8)99.35MPa

22.8 s235MPa，T

T0.9s 满足条件

且enC4(10.2)2.8

T0.9Ds0.15%43000.15%0.95.805mm 所以sD0.15%满足条件。 5.1.2 填料高度计算

（a）吸收过程传质系数KG计算

KG=AW1.3Na0.1B-0.01

式中：KG——传质系数，Kg /（m2·h·atm）； A——经验数，取A=20； W——吸收塔操作气速，m/s； Na——溶液中Na+含量，g/L； B——吸收过程液气比，L/m3。

4652350.60.16470.01KG201.8201.3()()60.4072kgm2.h.atm

1068491126（b）计算吸收过程平均推动力ΔPM, atm

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(P1P1*)(P2P2*) PM *(PP)ln11P2P2* 式中：P1——吸收塔入口气相H2S分压，atm； P2——吸收塔出口气相H2S分压，atm；

P1 =（64.79/34）/（91126/18.1）×1.25=4.7312×10-4 atm

P2 =（0.137/34）/（91126/18.1）×1.25=1.0004×10-7atm

P1*，P2*——吸收塔入、出口H2S分压，atm，溶液中H2S含量很低，

可以忽略， P1* = P2* =0。

4.73121041.00041065PM7.665610 44.731210ln61.000410（c）计算传质面积FP，m2 FPG1

KGPM 式中：G1—— H2S脱除量，Kg/h； KG——传质系数，Kg /（m2·h·atm）; ΔPM——吸收过程平均推动力，atm。

64.6532 FP13962.199m560.40727.665610（d） 根据以上数据计算出填料高度

FP HP 20.785Da 式中 a——填料比表面面积

13962.199HP8.4381m 20.7854.3114 约为8.5m ,分两段填料。上段4m ，下段4.5m 。

5.1.3 液体分布器

采用莲蓬头式喷淋器。选此装置的目的是能使填料表面很好的湿润，结构简单，制造与维修方便，喷晒比较均匀，安装简单。

（1）小孔个数n的确定：

流量系数取0.82~0.85，本次设去0.84，推动力液柱高度H取0.06m。

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则小孔液体流速w2gh0.8429.810.060.9113m/s 小孔输液能力 Q由Qfw 得， 小孔的总面积为f所以，小孔个数nQ0.19770.2583m3 w0.840.9113Lt711.70.1977m3/s 36003600fw0.25830.91132997.063，即为2998个孔。 π2πd0.01244式中，d——小孔直径，一般取4~10mm,视介质污洁而异，本次设计取10mm。 （2）喷晒器离球面中心到填料表面距离计算

莲蓬头安装离填料表面的距离一般为（0.5~1）D，本次设计去h0.5D, 则，h0.5D0.54.32.15m

(3)莲蓬头直径范围为d莲~1D，取1D=0.86m

55(4)喷夹弯曲半径R的确定 取R=0.3D

则R=0.3D=0.34.3=1.92m

5.1.4 液体再分布器

液体在乱堆填料层内向下流动时，有偏向塔壁流动现象，偏流往往造成塔中心的填料不被润湿。为将流动塔壁处的液体重新汇集饼引向塔中央区域，可在填料层内每隔一定高度设置液体再分配器。在液体再分配器中，分配锥最简单。本设计采用分配锥分配器。

（1） 截锥小头直径一般为D’（0.7～0.8）D，取D’=0.75D=3.225m （2） 液体再分配器高度h

(DD')(4.33.225)0.6406 h2tan2tan405.1.5填料支撑板的选择

本次设计选用分块式开孔波形板。

这种支撑板的波形结构承载能力好，空隙率大。在波形内增设加强板，可提

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高支撑板的刚度。

表5-1 支撑架尺寸（采用不锈钢）

塔径/（mm） 圈外径/（mm） 圈内径/（mm） 厚度/（mm） 4300 4295 4255 6

5.1.6 塔底设计

溶液在釜内停留15min，装料系统取0.5 塔底高（h）：塔径（d）=2:1 塔底料液量

LW=LT=711.7m3/h=0.1977 m3/s 塔底体积

VWLW/0.50.1977/0.50.3954 因为 VW=πd2h/4， h=2d 所以 VW=0.5πd3 d1/32VW/1/320.39543.140.6315

h=2×0.6315=1.227m

5.1.7 塔顶空间高度

塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.2～1.5m，本设计取1.2m。

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5.1.8 全塔高度计算

表5-2 填料塔各部分高度列表 单位：mm 封头高度 塔顶 喷头弯曲半径 喷淋高度 填料层高度 1100 1200 1920 2150 8500 再分配器高度 塔釜 支座 640 1227 600

H=1100+1200+1920+2150+8500+640+1227+600=17337mm

5.2喷射再生槽的计算 5.2.1 槽体计算

（a）再生槽直径计算

再生槽直径计算可用下式计算：

D1GA

0.75Ai 式中: Ai——吹风强度，m3/（h·m2），取Ai =70 m3/（h·m2）； D1——槽体直径，m； GA——空气量，m3/h。 而空气量用下式计算：

GALTCi711.72.41708.08

式中: Ci——喷射器抽吸系数，m3/ m3；取Ci=2.4 m3/ m3 所以有： D1GA1708.085.7m

0.75Ai0.7570（b）计算再生槽扩大部分直径D2，m D2=0.4+D1

D2=0.4+5.7=6.1m （c）计算再生槽高度HT，m HT= H1 + H2 + H3

H1 ——再生槽有效高度，m；

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H2 ——喷射器出口到槽底距离，取H2 =0.5m; H3 ——扩大部分高度，取H3=1.5m; 再生槽有效高度H1下式计算: H1LT0.785D1602

式中: τ——溶液在再生槽内停留时间，min，一般取τ=13min； LT——溶液循环量，m3 / h； D1——槽体直径，m 0.785——/4

711.7136.05m 20.7855.760再生槽高度HT= 6.05+ 0.5 +1.5=8.05m

再生槽有效高度H15.2.2 喷射器计算

（a）喷嘴计算

喷嘴个数（n）确定： nLTLi

式中：Li——每个喷射器溶液量，m3/h，取Li =40m3 / h; LT——溶液循环量，m3 / h。 n= 711.7/ 40=17.79

取n=18

喷嘴孔径（dj），m djLi0.7853600wj

式中 wj——喷嘴处溶液流速，m/s，取wj =20 m/s。

dj400.027m

0.785360020（2）喷洒器球面中心到填料表面距离计算

gr2 hrcot

2W2sin2式中r——喷洒圆半径，r.

D(75~100) 2.

43001002.05m 2α——喷洒角，即小孔中心线与垂直轴线间的夹角，α≦40°，取α=40°

rW——小孔中液体流速，

W4Li44019.42ms 223600πdj3600π0.0279.82.052h2.05cot402.58m

219.422sin240 (3) 莲蓬头直径范围为

d莲～1/5D，取1/5D=0.86m

5.2.3 接管的计算与选择

（a）喷嘴管计算 喷嘴孔径（dj），m djLi0.7853600wj

式中 wj——喷嘴处溶液流速，m/s，取wj =20 m/s。

dj400.027m

0.785360020溶液入口管直径dL，m dL =3dj

dL =3×0.027=0.081m=81mm 取Φ89×4热轧无缝钢管；

喷嘴入口收缩段长度L5，m L5dLdj2tan12

式中 α1——喷嘴入口收缩角，通常取α1=14° 0.0810.027L50.033m

142tan2

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喷嘴喉管长度L0，m

通常喷嘴喉管长度取L0=3mm。

喷嘴总长度L，m L=L0+ L5

L=0.003+ 0.033=0.036m

（b）混合管计算 混合管直径（dm）：

dm1.130.785djM2

式中:M—喷射器形状系数，通常取M=8.5

dm1.130.7850.02728.50.079m取Φ89×4热轧无缝钢管

混合管长度（L3）： L3 = 25dm

L3 = 25×0.079=1.957m （c）吸气室计算

空气入口管直径da，mm da18.8GAw2n

式中 w2——管内空气流速，m/s，取=3.5m/s; GA——空气流量，m3/h； n——喷嘴个数 da18.81708.0897.89mm 取Φ108×4热轧无缝钢管

3.518 吸气室直径（dM）： dM3.1da2

式中 da——空气入口管直径，mm

4.5热轧无缝钢管 dM3.179.892140.66mm 取Φ159×

吸气室高度L1，mm；取L1=330mm 吸气室收缩管长度L2，mm L2dMdm2tan22

式中 α2——吸气室收缩角，通常取30°；

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dM，dm——分别是吸气室直径和混合管直径。

15980L2147.42mm

302tan2 （d）尾管直径计算（d） de18.8Li we 式中 Li——每个喷射器溶液量，m3/h；

we——尾管中流体速度，m/s，通常取we =1m/s de18.840118.9mm 取Φ133×4热轧无缝钢管 1（e）扩散管长度计算L4，mm L4dedm2tan32

式中 α3——扩散角，取α3=7°；

de， dm——分别是尾管直径和混合管直径

11980L4318.8mm

72tan2

表5.1 设备计算一览表

脱硫塔的塔径

传质面积 填料层高度 再生槽直径 再生槽扩大部分直径

再生槽高度 喷嘴个数

..

4.3m 13962.199 m2

8.5m 5.7m 6.1m 8.05m 18

喷嘴孔径 混合管规格 混合管长度 空气入口管规格 吸气室规格 尾管规格 扩散管长度

0.027m Φ89×4 1.975m Φ108×4 Φ159×4.5 Φ133×4 0.318m

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附录

7.1清单

表3-5材料清单综合布线系统设备配置清单及报价

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7.2平面布置图

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