文）
1 绪 论 1.1 课题来源、目的、意义
枝江化肥厂技术改造年生产20万吨的合成氨生产中CO2解吸塔，特此考察该设备相关企业使用情况，调研查阅文献，收集相关资料进行设计。
课题来源
中国石油化工股份有限公司湖北化肥分公司（以下简称湖北化肥分公司）位于长江中上游结合部、江汉平原西缘――湖北省枝江市。东临古城荆州，西接宜昌三峡，近临三峡国际机场，南濒万里长江，北靠宜黄高速公路。铁路专用线与全国铁路联网，产品可通过水路、铁路、公路、航空运往全国各地。区域内资源富集，中国石化川气东送和中国石油西气东输管线直达厂区，有丰富的磷矿资源、卤水资源以及水电资源，可为企业持续发展提供丰富的资源。
湖北化肥分公司是中国石化在湖北省内的唯一一家大型化肥生产企业，也是中南地区规模较大的化肥生产企业之一。建厂30多年来，累计生产优质尿素1300多万吨，为农业增效、农民增收作出了较大的贡献，付出了巨大的努力。现有固定资产总值28.7亿元，经过“气代油”、“煤代油”改造，现具备以天然气和煤为原料的两套造气系统，提高了原料路线的适应性，为持续发展打下了坚实的基础，大大提高了企业的抗风险能力和竞争能力；经过扩能改造，上游装置具备年产120万吨合成氨的供气能力，下游装置具备年产33万吨合成氨、56万吨尿素
的能力。公用工程配套完善，现有三台总蒸发量700吨/小时的高压煤锅炉和两台25兆瓦的发电机组，为主装置生产提供动力供应。除主导产品合成氨、尿素外，还有氮气、氧气、氩气、硫磺、硫胺等附产品。
湖北化肥分公司以“从严、求实、团结、文明、进取”的企业精神，不断创新企业管理，积极推行内控制度、ERP信息化管理、HSE管理体系、全面质量管理等现代化管理手段，同时，坚持“三基”等传统的管理方式。先后荣获“全国五一劳动奖状”、“全国设备管理优秀单位”、“湖北省守合同重信用企业”等300多项省部级以上荣誉。企业通过ISO9001：2008国际质量管理体系认证， “长江牌”尿素先后荣获国家质量银奖、湖北省名牌产品、国家质量免检产品称号及中国产品质量协会授予的“三A”质量等级认证，“长江牌”复合肥连续多年获得“湖北省名牌产品”称号。产品在传统市场具有较强的市场竞争力。每年的安全环保指标达到了中国石化的考核标准，做到了生产与环保同步。
为实现企业的科学发展，新一届领导班子提出了“努力建成具有较强市场竞争力的产品多元化化工企业”的战略目标，制定出“三步走”的发展思路。落实科学发展观，改进安全、环保、健康的生产环境，努力实现经济效益和社会效益的同步提升；努力加快企业发展步伐。展望未来，湖北化肥将成为肥化并举，产品多元，结构合理，具有较强竞争力的大型化工企业。
合成氨生产源于20世纪初德国哈伯（F.Haber）等人的研究，在中国合成氨生产始于20世纪30年代，在接下来的几十年里发展迅速，70年代以后，随着工业发展，相继从国外引进了大型合成氨装置，我国现已形成了大中小合成氨厂相结合的工业布局。
氨是一种重要的含氮化合物，也是一种重要的工业原料，在国民经济中占重
要地位。大气中存在大量的氮，在空气中氮占78%（体积分数）以上。但是，如此丰富的氮，通常情况下是以游离状态存在，需要固定下来。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接用氮和氢合成氨，再进一步用于其它工业。
合成氨过程所用的原料有很大的不同，但从原料到成品所经历的过程大致相同。基本上分三个步骤：首先，造气，将天然气或其他燃料先制成含氢和含氮的粗原料气；其次， 净化，对粗原料气进行净化处理，除掉氮和氢以外的有害物质，包括灰尘、硫化物、一氧化碳和二氧化碳等；最后，压缩、合成，将符合要求的氮气和氢气压缩到所需的压力，然后进入高压设备合成塔中，在催化剂的作用下合成为氨。在合成氨生产装置中，二氧化碳解吸塔是整个装置中重要的二氧化碳吸收母液再生蒸馏分离设备，也是合成氨生产工业中的不可缺少的设备之一，其性能的好坏影响到整个合成氨生产的效率。
课题的目的
本设计主要研究合成氨生产过程，并着重于其中的二氧化碳再生工艺、二氧化碳解析塔机械设计、设备防腐措施设计等方面的内容。同时编制该设备的制造工艺流程，塔设备检验、安装、使用、维护。设计结果以设计说明书、设备装配图、制造工艺说明的形式体现。
课题的意义
本设计需要我综合运用大学四年所学的专业知识，通过对塔的设计计算，熟悉和掌握塔设备设计，把理论知识运用到实际中去，并且为我能熟练操作和应用AutoCAD提供了一个很好的机会。在设计过程中，我们同组的同学充分利用资源，资料共享，培养了我的团队精神，为将来打好基础。
1.2 国内外研究现状
我国合成氨厂解析技术一直都在发展、进步。这种进步表现在两个方面：其一是解析方法的进步。从60年代的高压水洗到现在的碳丙法、MDEA法、苯菲尔法、NHD法等，解析技术一步步地进步，而能耗也在逐渐降低，解析成本也在降低；其二是解析设备的进步。主要就是改进解析设备――脱碳塔和再生塔的结构，即从开始的纯散堆填料――老式板管式分布器的填料结构改进成新型填料并使用新式分布器的新式填料塔，这样改造以后塔效率会提高很多。据改造经验看，针对不同的解析方法，改造后增产的幅度是不一样的。其中MDEA法改造后比改造前能提高产量122％，碳丙法可提高1 12％ 注：这里讲的提高的计算基础是原设计院的设计能力 。这样一来解析设备的操作强度就大幅度提高了。
合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。
从技术上讲，我国合成氨工业已迈进了世界前列，在生产中能量损耗低、产量高，生产操作高度自动化，生产规模大型化，热能综合利用合理，技术经济指标先进。在原料方面，已从单一煤炭发展到煤粉、天然气、轻油、重油、渣油等多种原料。我国自行研究和制造的各种催化剂，已具备良好的性能。随着工业发展，合成氨工业还将会有更大的发展。
根据合成氨技术发展的情况分析,估计未来合成氨的基本生产原理将不会出
现原则性的改变,其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期,改善经济性”的基本目标,进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发。
1.3 合成氨与解吸过程 合成氨简介
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，它的任务是固定大气中游离状态的氮，使之变为氮的化合物――氨。游离态氮变为化合态氮后，使用价值大大增加了。
液氨、氨水和用氨生产的尿素及各种铵盐都可用作氮肥。氨氧化制得的硝酸可以用来制造硝酸铵，还可以用来分解磷矿制造复合肥料。氮肥对农作物增产的重要作用是众所周知的，在合理施肥的情况下，每斤纯氮能够增产稻谷20斤左右，一座年产6万吨氨厂提供化肥所增产的粮食约可满足250万城市居民全年用粮的需要。因此，发展合成氨工业对提高单位面积收获量促进农业现代化具有十分重大的意义。
氨和氨加工产品还是重要的化工原料，不仅基本化学工业中硝酸、纯碱和无机盐等生产要消耗氨，有机化学工业中各种染料中间体、锦纶和腈纶等合成纤维、丁腈橡胶、氨基树脂和塑料、医药、农药及食品冷冻等工业部门同样要消耗氨，采矿和国防工业所需各种类型的炸药以及发射导弹、火箭用的联氨和四氧化二氮等原料也离不开氨。
合成氨的工艺流程如图1所示 图1 合成氨工艺流程图 二氧化碳的再生原理
使溶解于液相中的气体释放出来的操作成为解吸（或脱吸）。脱吸是吸收的逆过程，其操作方法是使溶液与惰性气体或蒸汽逆流接触。溶液自塔顶引入，在其下流过程中与自塔底上升的惰性气体或蒸汽相遇，气体溶质逐渐从液相释出，于塔底收取叫纯净的溶剂，而塔顶则得到所释出的溶质组分与惰性气体或蒸汽的混合物。一般来说，应用惰性气体的解吸过程适用与溶剂的回收，不能直接得到纯净的溶质组分；应用蒸汽的脱吸过程，若原溶质组分不溶于水，则可用将塔顶所得混合气体冷凝并有凝液中分离出水层的办法，得到纯净的原溶质组分。
适用与吸收操作的设备、吸收理论与计算方法同样适用与解吸操作。 尿素合成中碳铵液贮槽来的碳铵液，由解吸泵经自调阀由流量计计量后，进入解吸换热器与从解吸塔底来的解吸废液（温度约）换热后，进入解吸塔上部喷淋至填料层和从解吸塔底部上升的气体传质、传热进行解吸，气体进入解吸冷凝器，用一吸冷却器来的脱盐水冷却，控制解吸冷气相出口温度≤112，冷却下来的液体进入解吸塔顶部作顶部回流，控制解吸塔顶部温度≤120，解吸冷却器的气相通过自调阀控制其压力在0.3左右后送入二循一冷气相进口，出解吸冷凝器的脱盐水经电导仪，由自调阀调节其流量后送至锅炉房，解吸废液经解吸换热器换热后外送，解吸塔液位由LC701控制。解吸塔热量由解吸塔底部加入1.3（绝）蒸汽直接加热，蒸汽加入量根据解吸塔工艺状况由TIC701控制，保证解吸废液≤0.07。
本设计主要研究联碱过程中合成氨部分的净化系统，该系统以前常常用热碳酸钾溶液法 即热钾碱溶液法 脱碳,脱碳的反应式为: 为了使脱碳液重复循环使用,需对脱碳后的溶液用蒸汽进行汽提处理,这就是脱碳液的再生。脱碳液的再生是在再生塔内完成的,反应式为: 。
合成氨过程中的二氧化碳再生过程：由变换炉反应产生的变换气分别进入变换气煮沸器,将解吸塔底部温度为100～115 ℃的碱液煮沸,变换气被冷却到110～120 ℃,经冷凝分离,变换气进入吸收塔,与塔顶喷淋下来的碱液逆流接触,脱除二氧化碳 ,使二氧化碳含量降到016 %以下,碱洗气去合成车间。塔底富液送入再生塔减压闪蒸再生,闪蒸出的二氧化碳除用于生产尿素外,水蒸汽和部分二氧化碳接到后面联碱的制碱部分。闪蒸后的溶液在再生塔中经气提,进一步释放出二氧化碳达到工艺指标后即为贫液,贫液经泵加压后返回吸收塔循环使用。气提蒸汽来自变换气,或外供蒸汽在再生塔底部溶液煮沸器中加热碱液蒸发产生的蒸汽。
二氧化碳的再生原理如图2所示。 图2 再生工艺图 1.4 解吸塔分类 填料塔
它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。
填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH―1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。
填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简
单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0．5～1．2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3/ m2?h 以保证填料润湿，液气比控制在2～10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。
湍球塔
它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料 直径29～38mm ，吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力。提高了吸收效率。
该塔制造、安装、维修较方便，可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量较大，空塔气速1.5～6.0m/s，喷淋密度20～110m3/ m2?h ，压力损失1500～3 800Pa，而且还可处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温，小球易裂 一般0.5～1年 ，需经常更换，成本高。
板式塔
板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔 淋降板塔 、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。
1.5 再生塔的改造
对再生塔的改造主要从两方面入手。
解段
对于老式脱碳系统的设计，往往只有一个常解段，没有真解段，即富液自脱碳塔出来之后，经过闪蒸――常解――气提就变成贫液。这样当生产强度增大后，往往会造成贫液贫度不够，影响脱碳效果。为解决这个问题，我们在常解再生塔的常解段下面加一段真解段，用罗茨鼓风机继续抽负。这样处理后贫液的贫度还可以下降，对脱碳塔的增产和降低净化气中，含量都将起到很好的作用。
板改为填料结构
老式设计的常解段、真解段内结构都是淋降板式。这种结构的缺点就是淋降板的分布点少，液体自上而下降到塔底时，液体的表面积不够，而且闪蒸的时间太少，因此自液体中闪蒸出的不够多，而且操作弹性不大。当产量超过设计能力时，再生效果变坏。为解决这个问题，将常解段、真解段结构改为填料式，用规整填料或散堆填料加新式液体分布器代替淋降扳，这样效果很好。
提段
老式设计的气提段，往往只用一段填料，顶上放一个分布器。这样由于一层填料太高，容易形成壁流，影响气提效率，我们一般将其分成两段，这样可以减少壁流效应，提高再生效率。气提再生时将进风由吹入改为引出，这样可降低气提温度，同样可提高气提效率。
2 塔结构选型及选材
2.1 塔设备在化工生产中的作用和地位
塔设备是化工、石油化工厂和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的回收、气体的湿法净制和干燥以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。
在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量和量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求。
⑴ 生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。
⑵ 操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。
⑶ 流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经常操作费用。
⑷ 结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。 ⑸ 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述的所有要求，仅是在某些方面具有独到之处。人们对于高效率、大生产能力、稳定操作和低压力降的追求，推动着塔设备新结构型式的不断出现和发展。
2.2 塔设备选型
填料塔和板式塔均可以用于蒸馏、吸收、解吸等气液传质过程，所以在塔设备选型时必须综合考虑多方面的因素，如与被处理物料性质、操作条件和塔的加工、维修等方面有关的因素等。选型时没有绝对的选择标准，而只能参考各项条件。
填料塔与板式塔比较
项目 填 料 塔 板 式 塔 寸填料及规整填料，则压降较小
压降
小尺寸填料，压降较大，而大尺空塔气速 小尺寸填料气速较
塔效率 传统的填料，效
液-气
较大
小，而大尺寸填料及规整填料则气速可较大 较大
率较低，而新型乱堆及规整填料则塔效率较高 较稳定，效率较高 比 对液体量有一定要求
较难 造价
较大
较大
持液量 较小
较容易
安装、检修
材质 金属及非金属材料均可 一般用金属材料
大直径时造价较低
新型填料，投资较大
在进行填料塔和板式塔选型时，下列情况可考虑优先选用填料塔： ①在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可采用新型填料以降低塔的高度；
②对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；
③具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔可采用非金属材料，如陶
瓷、塑料等；
④容易发泡的物料，宜选用填料塔，因为填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可使泡沫破碎。
下列情况下，可考虑优先选用板式塔：
①塔内液体滞液量较大，要求塔德操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；
②液相负荷较小，因为这种情况下填料塔会由于填料表面湿润不充分而降低其分离效率；
③含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大，堵塞的危险较小；
④在操作过程中伴随有放热或需要加热的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管，需要多个进料口或多个侧线出料口，这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液量，以便与加热管或冷却管进行有效地传热。
综合考虑以上情况及设计要求，本设计选择填料塔。
填料塔的特点是结构简单、压力降小，可用各种材料的填料，特别是处理易产生泡沫的物料以及用于真空操作，具有独特的优越性。因此它是石油、化工、轻工生产中广泛使用的传质设备。近年来由于填料结构的改进，新型高效高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离能力，又保持了压力降小及性能稳定的特点，因此填料塔已被推广应用到大型气液操作中，而且，在某些场合，还代替了传统的板式塔。
2.3 填料的选择
填料为气-液两相接触进行传质和换热提供了表面，与塔的其他内件共同决定了填料塔的性能。因此，设计填料塔时，首先要适当地选择填料。
选择填料时，必须综合考虑生产能力、效率、操作弹性、成本和压力降等因素。此外，物料的腐蚀性和填料的供应情况等也应予以注意。
对填料种类的基本要求
填料时填料塔内气（汽）液介质进行两项传质的关键元件，直接关系到填料塔性能的好坏。对填料塔的基本要求是：
⑴传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料； ⑵通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料；
⑶填料层的压降要低；
⑷填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。 填料的几何特性
填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。
⑴比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。
⑵空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位为m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。
⑶填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因
子，以f表示，其单位为1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的a/e3称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，a和e 均发生相应的变化，此时的a/e 3称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。
填料的类型 一、散装填料
散装填料是指安装以乱堆为主的填料，也可以整砌。这种填料是具有一定外形结构的颗粒体，故又称可颗粒填料。根据其形状，这种填料可分为环形、鞍形及环鞍形。每一种填料按其尺寸、材质的不同又有不同规格。
工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而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。实践证明:塔径与填料外径的合适比值，有一下限值。当径比低于该值时，难以预测它们的性能。这是因为径比太小时，塔壁附近的填料层空隙率大而不均匀，通过能力虽有所提高，但因气流短路，会降低塔的效率。若作重复装填，则各次的性能差别将会很大。鲍耳环的填料尺寸为10-15，最小不低于8。
对于一定的塔径，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，因此尚需按经济因素来进行选择，降低和通过能力提高，还不能补偿效率的降低，故在大塔中最常使用的是50mm填料，最大用到80mm。反之，用较小的填料时，效率的提高将弥补其通过能力低和成本较高的缺点。然而，实践证明，在大塔中使用小于20-25mm的小填料，效率没有明显的改进。
二、规整填料
在乱推的散装填料塔内，气液两相的流动路线往往是随机的加之填料装整时难以做到各处均一，因而容易产生沟留等不良情况，从而降低塔的效率。
规整填料时一种在塔内按均匀集合图形规则、整齐堆砌的填料，这种填料人为地规定了填料层中气、液的流路，减少了沟留和壁流的现象，大大降低了压降，提高了传热、传质的效果。规整填料的种类，根据其结构可分为丝网波纹填料及板波纹填料。
工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。
填料的用材
常用填料的材料有金属、陶瓷和塑料等。
塑料填料材质包括：聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），增强聚丙烯（RPP），聚氯乙烯（PVC），氯化聚氯乙烯（CPVC）及聚偏氟乙烯（PVDF）等。它的耐腐蚀性能好、空隙大、通量大、阻力小、能耗低、操作费用低、重量轻、易装卸、可重复使用。特别适用于石油、化工、氯碱、煤气、环保等行业的中低温（60~150℃）提馏、吸收及洗涤塔中。
塑料散堆填料有鲍尔环、矩鞍环、异鞍环、阶梯环、海尔环、共轭环、扁环、花环、空心浮球、多面球、网笼球和覆盖球等。
陶瓷填料具有优异的耐酸耐热性能、能耐除氟氧酸以外的各种无机酸、有机
酸及有机溶剂的腐蚀,,适用于各种高,低温及强腐蚀性的场合,可用于化工、冶金、煤气、制氧等行业的干燥塔、吸收塔、冷却塔、洗涤塔、再生塔等。
陶瓷散堆填料包括拉西环、十字隔板环、鲍尔环、矩鞍环、异鞍环、阶梯环、共轭环、及其组合环等。
金属填料材质包括碳钢及不锈钢等。由于其加工壁薄、空隙率大、通量大、阻力小，又耐热、耐腐蚀，分离效率高等特点，特别适用于真空精馏塔，处理热敏性、易分解、易聚合、易结碳的物料，从而广泛应用于石油化工、化肥、环保等行业的填料塔中。
金属散堆填料有共轭环、八四内弧环、矩鞍环、双弧环、扁环、阶梯环和鲍尔环、英特洛克斯等。
如果操作温度允许，应尽量选用塑料制填料，其优点是重量轻、价格低及耐腐蚀。
料
1 拉西环 拉西环是高度与直径相等的圆柱体，可由陶瓷、金属、塑料等制成，其结构简单，价格便宜，使用相当广泛。
2 鲍尔环填料 是正对拉西环的一些缺点改进而得到的，同等尺寸的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高出30%；相同压降下，鲍尔环的处理能力要比拉西环增加50%
3 阶梯环填料 其结构较鲍尔环类似，但高度减小了一半，，且填料一端扩为喇叭型翻边，填料强度增加，气体通过填料阻力减小，改善了液体分别，提高了传质效率
4 金属板波纹填料 保留了金属波纹填料几何规则的结构特点，所不同的
是该用表面具有沟纹及小孔的金属板波纹片代替金属网波纹片，即每个填料盘由若干金属板相互叠合而成。压降低、通量高、持液量小、气液分布均匀、几乎无放大效应、传质效率也比较高。
填料选择
本次设计共三段填料层，选型如下：
（1）上段填料均选用6.3型的金属（不锈钢）波纹板填料，以改善每段填料层的液体分布。
（2）另外两段填料下部选用4.5型金属（不锈钢）波纹板填料，目的是提高此段的传质效果，保证贫液出塔时更低的贫度，降低水碳比，同时也可使用栅格作为支承件。
（3）其余部分均采用公称尺寸为50mm的塑料鲍尔环填料，材质主要为玻纤增强聚丙烯。
2.4 塔内件的选择
填料塔的内件是整个填料塔的重要组成部分、它与填料及塔体共同构成的一个完整的填料塔。所有的塔内件的作用是为了保证气液在塔内更好的接触，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力，因此塔内件设计的好坏直接影响到填料性能的发挥和整个填料塔的性能。另外填料塔的放大效应，除了填料本身固有的因素外，塔内件对它的影响也很大。在70年代前，由于塔内件的设计不够完善，一般在设计填料塔时往往需要留出50%的裕度。近20年来，对塔内件的研究与开发取得了很大的进展，使填料塔的设计与应用日趋完善。
填料支承装置
填料支承装置的主要作用是支承床层中填料的重量，因此它应有足够的强度
和刚度现有的填料只承装置有四种类型，即孔板型、栅板型、气液分流型、栅梁型。对于填料支承装置的基本要求是：有足够的强度和刚度以支承床层中填料的重腐蚀性量；提供足够大的自由截面，尽量减少气液两相的流动阻力；有利于液体的再分布；耐好；便于用各种材料制造；以及安装和拆卸方便等。
1、支承装置的选择：
选择使用哪一种类型的支承装置，要根据所处理物料的物理性质、过程特点而定。主要根据塔径、使用的填料种类及型号、塔体及填料的性质、气液流率、塔的能力及效率等。因为在本设计中支承装置上部均为规整填料，不用担心填料会从支承装置中掉落，可以选用空隙较大的支承装置，而规整填料推荐采用的支承装置是格栅板。
2、格栅板的尺寸和材料：
由于规整填料的固有结构特点，使用的支承装置结构简单，对于开有人孔的整体塔，支承格栅板可制成分块结构。每块宽度以从人孔能顺利装入为度。
格栅板可以制成整块式或分块式，一般直径小于500mm可制成整块的；直径大于1400mm时，分成多块，使每块宽度约在300～400mm之间，以便装卸。本设计塔径为2000mm故需要分成7块。
由以上条件取栅板、格板、边圈的厚度S 60mm，高度H 200mm。
当介质温度在250℃以下，填料密度在以下，格栅板用Q235-A或Q235-A.F钢材制造时，上述三种尺寸适合本设计的填料层高度，故该格栅板用Q235-A。
3、格栅板的强度计算：
将栅板条作为受均布载荷的简支梁来计算，略去填料对塔壁的摩擦阻力，则作用于栅板条上的均布载荷q为：
栅板条的弯曲应力为： 栅板条的抗弯许用应力为： 故所选尺寸符合要求。 布装置
填料塔操作时，在任意一截面上都要保持气液的均匀分布，这点十分重要。气液的均匀分布，主要取决与液体分布的均匀程度，故液体在塔顶的初始均匀分布是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。因为液体分布器装置于填料上端，它将回流液和液相加料均匀地分布到填料表面上，形成液体初试分布，所以液体分布器是最重要的塔内件之一。也由此从分布器的选型、设计到制造安装都要给予足够的重视。液体分布器按出液推动力可分为重力型和压力形两种，按结构形式可分为槽式、管式、喷射式、盘式等。
液体分布器的选择：为了使液体初始均匀分布，原则上增加单位面积上喷淋点数。但是，由于结构限制，不可能将喷淋点设计的很多，同时，如果喷淋点数过多，势必每股液流的流量过小，也难以保证均匀分配。此外，不同填料对液体均匀分布的要求也是有差异的，如高效填料因流体不均匀分布回效率的一向十分敏感。故应有较严格的均匀分布要求。
波纹填料其效率较高，对液体的分布要求也较高，依据波纹填料的效率高低及液量大小，按每20-50塔截面设置一个喷淋点。任何程度的壁流都会降低效率，因此在靠近塔壁的10%塔径区域内，所分布的液流量应不超过总液流量的10%。
经过比较，本次设计采用溢流槽式布液器，该设计的具体结构和尺寸可查阅文献[3]。该装置是目前广泛应用的分布器，特别使用于大型填料塔，溢流型分布器的工作原理与多孔型不同，进入布液器的液体超过堰口高度时，依靠液体的
重量通过堰口流出，并沿着溢流管壁呈膜状流下，淋洒至填料层上。
溢流槽式布液器 溢流槽式布液器的适用性较好，特别适宜于大流量操作，一般用于塔径大于1000mm的塔。溢流槽式布液器不易堵塞，可处理含固体颗粒的液体，其自由截面积大，适合性好，处理量大，操作弹性号，可用于金属、塑料或陶瓷制造。
液体分布装置的安装位置，通常需高于填料层表面150-300mm，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。
液体再分布器
一个完整的填料精馏塔至少有两段填料，两段填料间要实现上段填料下来的液体收集再分布，并把料液加入塔内。对于一个有侧线进出料的塔，每一个侧线都有上下二段填料;如果填料层过高还要分段安装填料。因此，液体收集器、液体再分布器及液体进 或出 料装置是必不可少的塔内件。
液体收集再分布器的另一个功能是将塔内不同径向位置流下来的液体加以混合，使进入下一层填料的液体有相同的组成。液体收集再分布器就是将从上层填料流下的液体完全收集并混合。另外。它还必须将上升的蒸汽均匀分布到上层填料中去，而且阻力较小。液体再分布器装置的结构设计与液体分布装置相同，但需配置有适宜的液体收集装置。在设计液体再分布装置时，应尽量减少占用塔的有效高度；再分布装置的自由截面积不能过小，约等于填料的自由截面积，否则将会使压力降增大；要求结构既简单又可靠，能承受气、液流体的冲击，便于装拆。
液体再分布器的选择：通过比较本设计选用槽盘式液体分布器，该分布器为分体式结构：气相通过升气管进入上填料段，从上层填料下来的液体则完全被收
集，进而从盘底小孔分布到下层填料中。通过再分布器的压降一般为59-118MPa，操作弹性为1:2以上，由升气管高度而定。这种再分布器适用于大塔，制成分体式，从人孔中装入塔中，它的进料或出料装置相配合，也可以作为段间再分布器用。它用塔板卡子被固定在塔体支承圈上，支承圈宽度为30-60mm，由塔径决定。升气管一般高200mm，升气管上沿与挡液板间距50mm左右，升气管直径为10-150mm，每排升气管间应设置布液孔。
该装置结构高度较低，液体的均布性能好，导流――集野的板的上、下板均能作液体导流，无论在大流量或小流量下均可确保收集全部液体，操作弹性大，适应性好，因此，该装置特别适宜在液体负荷变化较大的场合下使用。
另外，槽式液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽式液体分布器是优良的液体收集和再分布装置，本设计可选用该分布器。
填料压板及床层限制板
当气速较高或压力波动较大时，会导致填料层的松动从而造成填料层内各处的装填密度产生差异，引起气、液相的不良分布，严重时会导致散装填料的流化，造成填料的破碎、损坏、流失。为了保证填料塔的正常、稳定操作，在填料层上部应当根据不同的材质的填料安装不同的填料压紧器或填料层限位器。
一般情况下，陶瓷、石墨等脆性散装填料适用填料压紧器，而金属、塑料制散装填料及各种规整填料则使用填料层限位器。
它的作用是防止高气速、高压降或塔的操作出现较大的波动时，填料向上移动而造成填料层出现空隙，从而影响塔的传质效率。
对于金属及塑料散装填料，可采用网板结构作为填料限位器。因为这种填料具有较好的弹性，且不会破碎，故一般不会出现下沉，所以填料限位器需要固定
在塔壁上。对于小塔，可用螺钉将网板限位器的外圈顶于塔壁，而大塔，则用支耳固定。
对于本设计，可以使用比较简单限位器，使用栅条间距为100~500mm的栅板即可。
气体的入塔分布结构
设计位于塔底的进气管时，主要考虑三个原则：能防止淋下的液体进入管中；压降要小；气体分布要均匀。适宜管内气速为10-18m/s。
入塔气体的均布分布程度，主要取决于气体通过填料层的压力降与输入气体动压头之比，比值愈大，愈有利均匀分布。
对于小塔，常采用的气相入塔分布结构形式有：使进气管伸至塔截面的中心位置，管端切成45°向下倾斜的切口或做成向下的喇叭口。对于大塔，气体入口管末端可做成多孔直管式或多孔盘管式。大塔一般采用两个以上的进气口。
除沫器
在塔内操作气速较大时，会出现塔顶雾沫夹带，这不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同时还有可能造成环境的污染。为了避免这种情况，需要在塔顶设置除沫装置，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。
最常用的除沫装置有丝网除沫器、折流板除沫器及旋流板除沫器。此外，还有多孔材料除沫器及玻璃纤维除沫器。在分离要求不严格的情况下，也可以用填料层作除沫器。最简单的除沫器是在塔的出口加挡板。
本设计选用丝网除沫器。丝网除沫器由于比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便以及除沫效率高、压力降小等优点，广泛应用于填料塔的除沫操作中，
他的主要元件是针织金属或塑料丝网。由于本设计对除沫要求不高，而塔径比较大，参考各项条件选择用上装式丝网除沫器。其尺寸可由文献[8]表4-4-4查得。在除沫器中，由于丝网的阻挡作用，使气体不断改变运动方向，因而使被夹带的液滴与丝网碰撞而分离，同时由于气体运动方向的改变也造成被夹带液滴的惯性截流。由于上述的碰撞分离与惯性截流达到了除沫效果，对于平放式结构，由于上升气体的作用，被除掉的液滴首先在除沫器底部聚集，当达到一定液量后便开始下落，形成动平衡，气速越大，达到动平衡的液量越多。对于平放式结构，若气速过大时易发生二次夹带。对于蒸馏和吸收操作中，由于夹带的液滴较大，若操作气速不过高时，其除沫效率可达99.5%，对于2×106-5×10-6m的液滴也能有效的除去，当丝网厚度为100-150mm时，通过除沫网的压降为120―250MPa，为提高除沫效率，平放式除沫器可用两层不同尺寸的丝网制成，下层用大孔除沫网制成，除去较大的液滴，上层用小孔除沫网制成，除去细小的液滴，双层除沫器最大压降可为750MPa。
2.5 辅助装置及附件选择
零部件的选用或计算，需考虑物料的性质、操作温度、操作压力、所用结构与物料等因素，同时在满足生产要求的情况下，要做到操作维修方便，制造加工容易，既要安全可靠，有要经济合理。
标准法兰
在化工设备和管路中，常采用可拆结构，用得较多的可拆结构为法兰，由于法兰连接有较好的强度和密封性，适用的尺寸范围又广，在设备和管路上都能应用，各国已将法兰作为标准件，设计者根据有关参数直接选用。
法兰的种类很多，按用途可分为压力容器法兰（又称设备法兰）和管法兰；
按压力可分为低压、中压和高压法兰；还可按形状、连接方式分类。
法兰连接由法兰、垫片和螺栓三部分组成。在中低压化工设备和管路中，常用的密封面有三种形式，配合这三种密封面规定了相应的垫片尺寸标准。密封面的选择原则是：密封可靠，加工容易，装配方便，成本低廉。
本设计采用：平面型密封面的结构简单，加工方便，有时在平面上车制2-3条沟槽（又称水线）。上紧螺栓后，垫片易往两边挤，宜于压力不高，物系无毒的场合。
垫片选用普通橡胶垫片，它适用于温度小于350℃的场合。
我国采用的法兰连接标准有压力容器法兰标准和管法兰标准，在很大范围都可以直接查取，本设计的法兰数据可查标准HG5010-58。
人孔
由于工艺过程和安装、检修的需要，在容器筒体或封头上需要开孔和安装接管。内压容器开孔以后，削弱了器壁的强度，引起开孔边缘处的应力增大，在开孔附近形成应力集中。为了降低开孔边缘处的应力，需要做补强设计。圆孔的应力集中程度最低，若不可能开圆孔，也应开近似圆形的孔。
人孔是安装或检验人员进出塔器的唯一通道。人孔的实质应便于人员进入任何一层塔板。但由于设置人孔处的塔板间距要增大，且人孔设置过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求，所以对于直径大于800mm的填料塔，人孔可设在每段填料的上或下方，同时兼作填料装卸孔用。设在框架内或室内的塔，人孔的实质可按具体情况考虑。装有填料的塔，应设填料挡板，借以保护人孔并能在不卸出填料的情况下更换人孔垫片。
人孔的选择应考虑设计压力试验条件设计温度物料特性及安装环境等因素。
塔体在制造厂出厂前一般以卧置状态进行水压试验，所以塔体人孔的压力等级选择，必须考虑卧置状态试压时的试验压力。
人孔法兰的密封面形式及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同。操作温度高于350℃时，应采用对于焊法兰人孔。
人孔伸入塔内部分应与塔的内壁修平，其边缘需倒棱或磨圆。
人孔的尺寸可查标准GB582-79-3。本设计采用板式平焊法兰人孔，型号为HG2095。
裙座
塔体通常采用裙座支承，本设计也是如此。裙座形式根据载荷情况不同，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，故应用广泛。但对于受力情况比较差，塔直径小且很高的塔，为防止风载或地震载荷引起的弯矩造成塔翻倒，则需要配制较多的地脚螺栓及具有足够大承载面积的基础环。此时，圆筒形裙座的结构尺寸往往满足不了这么多地脚螺栓的合理布置，因而采用圆筒形裙座。
圆筒形裙式支座可选用较经济的普通碳素钢。但在选材时要考虑载荷、塔的操作条件以及塔底封头材料等因素，在室外操作的塔，还要考虑环境的影响。
裙座由裙座圈、基础环、螺栓座和管孔等组成。 1、裙座圈
直接焊在塔底封头上可采用对接焊，即裙座筒体外径与塔体外径相同。对接焊缝承受压缩载荷，适用与大塔。若采用搭接焊，即裙座内径大于塔体外径，便于裙座圈搭焊在封头直边的外侧上。搭接焊缝承受剪切载荷，仅用于小塔。
2、基础环
裙座圈的下端焊在基础环上，基础环是一块环形垫板，它将裙座圈传来的载荷均匀地传带基础地面上去。
3、螺栓座
螺栓座由底板和筋板组成，以便安装地脚螺栓，把塔设备固定在基础地面上。 管孔开在裙座圈上，包括塔底引出管、排气孔、排液孔、检查用的人孔或手孔等。
裙座圈的厚度可根据塔体壁厚假设后在验算。但裙座厚度不得小于塔体壁厚，常比塔体壁厚大些。
裙座的高度一般由工艺条件确定，本设计裙座高为2m。
裙座都有相应的设计计算公式和设计原则。对照后面计算结构进行相关结构尺寸设计。
吊柱
对于较高的室外无框架的整塔体，在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装和拆卸内件，是既方便又经济的一项措施。一般高度在15m以上的塔，都设置吊柱。吊柱设置方位应使吊柱中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人能站在平台上操作手柄，让经过吊钩的垂直线可以转到人孔附近，以便从人孔装入或取出塔的内件。
吊柱的起吊载荷按填料或零部件的重量决定，根据塔径决定其回转半径，然后选用原化工部标准HG5-1317-80《塔顶吊柱》，本设计选用1.5吨吊臂。
吊耳
1）吊耳的结构类型
过去塔的吊装大多采用捆扎法，即以多束钢丝绳拦腰捆扎塔体，而在钢丝绳
与塔体间碘以木排。这种捆扎法准备工作烦琐，操作又不灵活，且就位后解除钢丝赊购内须高空作业，既麻烦又不安全。所以这种落后的方法已逐渐为吊耳所代替。
吊耳操作简单可靠，且较灵活。但须在进行设计时作吊装计算，以确定吊耳的结构尺寸及相应的塔体加固措施。制造厂则根据设计将吊耳焊接在塔上，这给现场安装带来很大的方便。
2）吊耳的结构形式及选用
设备上的吊耳一般仅在设备吊装时使用一次，因此吊耳的安全可靠性应放在首位。选用吊耳结构形式时，除考虑吊耳本身的结构特点外，还应考虑到设计和安装单位的经验。
本设计选用管轴式吊耳，其结构简单，是由一段圆钢管内加十子筋或井字筋构成。这种结构的吊耳刚性好，又钢丝绳可沿吊耳轴滑移，因而可适应外力方向的变化，所以对钢丝绳的附加弯曲应力比板式吊耳要小，只是捆扎钢丝绳比较麻烦。
3）吊耳的设置
较低的塔，吊耳设在塔顶，随着塔设备的增高和大型化，塔顶吊耳就不一定有利，因为这需要很高的抱杆，且吊装卡也笨重，拆卸又困难。这时往往采用在塔体重心以上适当部位安装吊耳，对称地设置一对。吊耳具体标高的确定，还应考虑吊装机械与起吊方法。从受力角度考虑，塔的吊点越高，则起吊力就越小，卷扬机附和也越小，但塔它承受的最大弯矩将增大，对塔体不利，而且吊点高，抱杆的高度也要增高，这样抱杆承载能力降低 对同样断面的抱杆，承载能力与抱杆高度的平方成正比 。吊点低，则起吊力大，卷扬机附和大，但塔体承受的
最大弯矩降低，对塔体有利，而且抱杆高度可降低，但稳定性差，易引起倾覆。所以，吊点的具体标高应经综合考虑比较后确定。
凡规定在制造厂整体热处理后交货的高塔，塔的施工图应包括吊耳及补强板，不得在安装现场临时焊接吊耳。吊耳焊接在塔上，为避免焊缝交叉，与塔体焊缝相交处，应将塔体焊缝磨平，吊耳与塔体的焊缝也应磨平。
另外，吊耳与塔体相焊部位的材质，一般应该相同。 本设计选用SP型吊耳，SP-15 HG/T21574-94。 操作平台
1）操作平台的设置及尺寸
① 操作平台应设置在人孔、手孔、塔顶吊柱、液面计等需要经常检修和操作的地方。操作平台应布置得在检修时不需另外设置脚手架和缆索。
② 平台下的地面往往是通道，所以底层平台的净空高度不应小于2.0m。各层平台之间的最小距离也不得小于2.0m，若无特殊要求，层间距也不宜大于8.0m。
③ 操作平台的宽度应根据检修需要而定，一般为0.8~1.2m，最小不得小于0.6m。当平台设在手孔或检修人孔附近时，净宽不小于0.9m；
④ 弧形平台的包角应依据工艺配管、液面计接管及人孔等的位置确定。除塔顶外一般设置全平台。
平台的栏杆一般用DN 20mm、25mm的钢管制成，管端应予封闭，以防腐蚀气体侵入，栏杆高度一般用1.0m。
2）平台的载荷
平台的载荷应根据具体的使用情况确定，一般按最小均布载荷为
2000N/m2 、集中载荷为4000N考虑。对在操作维修中有可能长期堆置重物的平台，应作特殊考虑。栏杆的任意点应能承受任何方向作用的900N的载荷。
3）平台材料
平台全部为钢结构，材料一般用Q235-AF。当塔体的材料采用不锈钢时，塔体上衬板及平台连接板的材料应与塔体相同。
4）铺板
平台铺板一般宜采用花纹钢板。为使铺板具有足够的刚性，可在铺板下每隔1m用间断焊焊上一条25mm×3mm的扁钢。
5）操作平台的选用
此标准适用于保温或不保温的塔设备，但不适用于保冷的情况，平台内径从1.0~3.2m，平台包角可根据需要确定。此标准的其他参数为：设计载荷2000Pa；平台宽度1.0m；栏杆高度1.0m。
本设计选择笼式扶梯，且与塔顶接管成180°对称布置。由工艺条件图知本塔开设的人孔共四个，在人孔处应设置平台，n 7，每个平台呈半圆形，取平台宽度：，扶梯高度。
梯子
1）设置梯子的一般原则
① 不经常操作的平台，可采用直梯。
② 笼梯相邻护圈的间距为1.0~1.3m，不得大于1.5m，以免失去安全作用。在平台通道开口处以下的笼梯护圈，应在平台以下75~150mm。
③ 梯子至塔体、保温层外表面的距离至少为200mm。当塔体上有加强圈时，则距离还须适当放大。
④ 低温塔的梯子，其连接件与焊在塔体上的连接板之间，应垫以石棉或软木。
⑤ 当平台距地面高度大于4m或平台间距大于3m时，梯子应设置安全门。 ⑥ 梯子的最下面一级踏步应高出地面150~450mm。相邻踏步的间距一般300mm。
2）梯子的载荷
梯子的踏步应能承受1000N的短期集中载荷，整个梯子应能承受4500N的集中载荷。扶手的任意点能承受任何方向作用的900N的载荷。
3）梯子的材料
梯子所有构件一般均采用Q235-AF。当塔体为不锈钢时，与塔体相焊的连接板应采用同种材料。高温操作的塔，连接板应与塔体完全焊透，焊缝应打磨光洁。以减少热应力的影响。
4）梯子的选用
本标准梯子结构分为侧面通过型、多层平台连用型和正面通过型三种。 多层平台连用型适用于通过两层或多层平台。进入中间平台处梯子上的开口，与侧面通过型梯子上方的开口一样，都分为右侧通过、左侧通过及两侧三种。
正面通过型也称直入型，其上方开口处安全链的挂法，可根据平台具体情况选用。
在上述梯子标准中，由选用者确定的尺塔设备与其他化工设备一样，置于室外、无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也较成熟。特别是在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点，因而被广泛地采用。为此，本书主要介绍
这方面的有关内容。有些场合为了满足腐蚀性介质或低温等特殊要求，采用有色金属材料（如钛、铝、铜、银等）或非金属耐腐蚀材料，也有为了减少有色金属的耗用量而采用渗铝、镀银等措施，或采用钢壳衬砌、衬涂非金属材料的。用这类材料制成的塔设备，塔径一般都不大，当尺寸稍大时，就得在塔外用钢架结构加强。此外，这些材料在制造、运输、安装等方面都各有特点，在设计时还应参阅其他有关资料，认真加以考虑。
塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。随着化工装置的大型化，渐有采用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除满足工艺条件（如温度、压力、塔径和塔高等）下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所引起的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工等的影响。对于板式塔来说，塔体的不垂直度和弯曲度，将直接影响塔盘的水平度（这指标对板式塔效率的影响是非常明显的），为此，在塔体的设计、制造、检验、运输和吊装等各个环节中，都应严格保证达到有关要求，不是其超差。
根据承压情况，可将容器分为受内压和受外压两类。本设计中塔设备承受内压，操作压力依据生产能力查阅相关文献为属于中压容器。
一般情况下，中、低容器大都是薄壁容器。对低压和常压容器，通常采用低碳钢；对大直径的低压容器和中压容器，宜采用普通低合金钢；对腐蚀严重或产品纯度要求高的，可使用不锈钢。容器的结构尺寸和制造，在很大程度上取决于所选的材料，不同材料的化工都有不同的设计规定。本课程设计为中压钢制化工容器。
压力容器用钢可分为碳素钢、低合金钢和高合金钢。其中碳素钢的强度较低，
塑性和可焊性较好，价格低廉，故常用于常压或中、低压容器的制造。
本设计中由于设计压力不高，工作温度不高，介质腐蚀性较小，16MnR作为筒体材料；钢板使用温度为0～350℃；用于壳体时，钢板厚度不大于16mm。因此，可选择Q-235A作为封头的结构材料，不仅可以减小容器的厚度、减轻重量、节约材料，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因厚度太大所带来的各种困难，而且一定程度上满足经济上的要求。寸有：梯子总高l、连接板间距l1（不得大于3.0m）与围栏间距l2（不得大于1.5m）。
3 填料塔的强度设计和稳定校核 3.1 设计参数
1、年处理20万吨合成氨解吸塔，液相介质密度550。 2、设计压力：1.7MPa。，操作温度为70℃。 3、塔高约为32m，塔体筒体高约为29.2m。
4、塔体内径为2.2m，塔顶接管直径为DN325mm。 5、侧线出料口一般为四个，直径为160mm，采用笼式扶梯，且与塔顶接管成对称布置。
6、安装地点在湖北枝江，属于B类场地，基本风压值为300Pa，地震烈度为8级，使用年限为20年，腐蚀速率为0.15mm/年。
3.2 选择材料
塔设备与其他化工设备一样，置于室外、无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有足够的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也较成熟。特别是在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的优点，因而被广泛地采用。为此，本书主要介绍这方面的有关内容。有些场合为了满足腐蚀性介质或低温等特殊要求，采用有色金属材料（如钛、铝、铜、银等）或非金属耐腐蚀材料，也有为了减少有色金属的耗用量而采用渗铝、镀银等措施，或采用钢壳衬砌、衬涂非金属材料的。用这类材料制成的塔设备，塔径一般都不大，当尺寸稍大时，就得在塔外用钢架结构加强。此外，这些材料在制造、运输、安装等方面都各有特点，在设计时还应参阅其他有关资料，认真加以考虑。
塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形封头所组成。随着化工装置的大型化，渐有采用不等直径、不等壁
厚的塔体。塔体除满足工艺条件（如温度、压力、塔径和塔高等）下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所引起的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工等的影响。对于板式塔来说，塔体的不垂直度和弯曲度，将直接影响塔盘的水平度（这指标对板式塔效率的影响是非常明显的），为此，在塔体的设计、制造、检验、运输和吊装等各个环节中，都应严格保证达到有关要求，不是其超差。
筒体和上下封头的材料的选择
根据承压情况，可将容器分为受内压和受外压两类。本设计承受内压，操作压力为0.32MPa属于低压容器。
一般情况下，中、低容器大都是薄壁容器。对低压和常压容器，通常采用低碳钢；对大直径的低压容器和中压容器，宜采用普通低合金钢；对腐蚀严重或产品纯度要求高的，可使用不锈钢。容器的结构尺寸和制造，在很大程度上取决于所选的材料，不同材料的化工都有不同的设计规定。本课程设计为低压钢制化工容器。
压力容器用钢可分为碳素钢、低合金钢和高合金钢。其中碳素钢的强度较低，塑性和可焊性教好，价格低廉，故常用于常压或中、低压容器的制造。由于设计压力较低，工作温度不高，介质腐蚀性较小，而Q-235A的适用范围为：设计压力；钢板使用温度为0～350℃；用于壳体时，钢板厚度不大于16mm。因此，可选择Q-235A作为筒体和上下封头的结构材料，不仅可以减小容器的厚度、减轻重量、节约材料，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因厚度太大所带来的各种困难，而且一定程度上满足经济上的要求。
裙座的材料的选择
裙座不直接与塔内介质接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。常用的裙座材料为Q235-A及Q235-A.F，故选Q235-A.为本设计裙座材料。
配件材料选择 钢管：20钢； 法兰：16Mn；
3.3 塔筒体和封头壁厚的初步计算 筒体壁厚的计算 筒体厚度计算 式中：
――材料的许用应力。Q235-A在设计压力为0.32MPa，设计温度为120℃，在4.5～16mm中，许用应力
――塔体焊接接头系数。采用双面对接焊，局部无损探伤， 名义厚度 厚度附加量
――厚度负偏差。按中的B类要求负偏差取。 ――腐蚀裕量。取最大值。
对于碳素钢、低合金钢制容器，故按刚度条件，筒体厚度仅需3，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度20。
有效厚度 封头厚度的确定
选用标准椭圆形封头，封头又称端盖或顶盖，是容器的重要组成部分。常见
的形式有半球形、椭圆形、圆锥形或平板形。平板形由于受力状态不好，要求的厚度大，故一般用于直径小、压力低的容器，但制造容易也会用于高压容器。锥形封头常用做底盖，便于收集或卸除含固体的物料。承压容器以半球形或椭圆形封头最有利，半球形封头的深度较深，制造较困难。
标准椭圆形封头无论是几何形状后受力状态都比较好，制造难度有不大，是圆筒形容器较合理的封头形式。因此，在化工生产中得到广泛的应用。
标准椭圆形封头的长短轴之比位，一般用轧制钢板冲压造成，可用在表压达10Mpa的容器中。为了与筒体相配，椭圆形封头的公称直径也分为用内径和外径表示的两种。大多数椭圆形封头的壁厚与筒体壁厚相等，或比筒体稍厚。
参考文献[1]附表3查得, Q235-A在设计温度120℃,在4.5～16mm时，许用应力
参考文献[2]式 4－46 ,筒体计算厚度 标准椭圆形封头,K 1
由于封头也需要考虑各种载荷，同时还有考虑腐蚀裕度C 5mm,而且为了制造的方便，所以封头壁厚也可采用与筒体相同的壁厚即
。
筒体和裙座外径 3.4 塔的载荷计算 质量载荷计算
1、塔设备质量载荷计算 （1）筒体质量
塔圆筒总高，钢板密度。 （2）裙座质量
裙座高度则裙座质量 （3）封头质量
由参考文献[1]附表7查得，筒体公称直径，钢板厚度：时，封头质量为，封头数量为2。则封头质量
（4）塔体质量 （5）塔内件质量
塑料鲍尔环填料层高度，密度， 4.5型金属波纹填料高度密度， 6.3型金属波纹填料高度密度。 （6）保温材料质量
选择超细玻璃棉毡未保温材料，密度，厚度取，封头内表面积。 （7）操作平台及扶梯质量
塔体上共设置六个操作平台，平台各布置在四个人孔和两个卸料孔下方，，每个平台呈半圆形，取平台宽度：，扶梯高度，平台、扶梯单位重量载荷由文献[3]表A-5查得：， 则平台、扶梯总质量
（8）操作时物料质量 散装填料的堆积密度为， 规整填料的堆积密度为，
（9）人孔、接管、法兰等附件质量 （10）水压试验时冲水质量
由塔体结构尺寸，水的密度，封头容积，则操作塔内物料质量： （11）塔设备在正常操作时的质量
d
（12）塔设备在水压试验时的最大质量 （13）塔设备在停工检修时的最小质量 塔的自振周期
由参考文献[6]式 7-54 按等直径,等厚度塔计算： 式中H―塔体高度； ―塔体操作的质量； ―塔体厚度; ―塔体内径.
参考文献[7]表15查得 地震载荷计算
查得：（设计地震烈度8级）， 地震影响因素
结构综合影响系数，不考虑高震影响因素。 图3 塔计算示意图
确定危险截面，0-0截面为裙座基底截面，1-1截面为裙座人孔处截面，2-2截面为裙座与塔体焊缝处截面，如图3所示。
计算地震截面的地震弯矩： 0-0截面 1-1截面 2-2截面 风载荷计算
（1）风力计算
塔设备，如图3所示，第计算段所受的水平风力可由下式计算 式中
――塔设备中第段的水平风力，； ――塔设备中第段迎风面的有效直径，；
――风压高度变化系数，其值按文献[8]表7-5确定； ――各地区的基本风压，；
――塔设备各计算段的计算高度，； ――体型系数，；
――塔设备中第计算段的风振系数。 ①风压
风压计算时，对于高度在10以下的塔设备，按一段计算，以设备顶端的风压作为整个塔设备的均布风压；对于高度超过10的塔设备，可分段进行计算，每10分为一个计算段，余下的最后一段高度取其实际高度，如图2所示，将塔高分成三段，其中任意计算段的风压为
式中――第段的风压，。 ②风振系数
对塔高的塔设备，取。而对于塔高时，则按下式计算 式中
――脉动增大系数，其值按文献[8]表7-6确定； ――第段的脉动影响系数，其值按文献[8]表7-7确定； ――第段的振型系数，其值按文献[8]表7-8确定.
③塔设备迎风面的有效直径
塔设备迎风面的有效直径是该段所有受风构件迎风面的宽度总和。 当笼式扶梯与塔顶管线布置成时 式中
――塔设备各计算段的外径，； ――塔设备各计算段保温层的厚度，； ――塔顶管线外径，； ――管线保温层厚度，；
――笼式扶梯当量宽度，当无确定数据时，可取； ――操作平台的当量宽度，；
――第段内操作平台构件的投影面积（不计空挡的投影面积），； ――操作平台所在计算段塔的高度，。 （2）各段风载荷计算结果列表如下： 塔段 1 2 3 4 5 10000 10000~
20000 20000~ 32000
0.85
0.7 0.02
2.11
0.72
0.72
0.72 1.42
0.79
长度
0～1000
1000～2000 20000
～
0.02 0.14 0.46
1 300
1.021 1.021 1.50 1.540 2.263
1013
3.324 3.324
5.204 4.264 3.911 （3）风弯矩计算 0-0截面的风弯矩
1013 14277 19581 31671
1-1截面的风弯矩 2-2截面的风弯矩
截面序号 0-0 1-1 2-2 取值依据 风弯矩
1.205
1.204 1.203
3.5 塔体的强度和稳定性校核
根据操作压力计算塔体壁厚之后,对正常操作,停工,检修及压力试验等工况,分别计算各工况下相应压力,质量和垂直地震力,最大弯矩引起的筒体轴向应力,再确定最大拉伸应力和最大压缩应力,并进行强度和稳定性校核.如不满足要求,则须调整塔体厚度,重新进行应力校核。
各种载荷产生的轴向应力计算
1、各种载荷产生的轴向应力计算公式： （1）计算压力引起的轴向拉应力 操作质量引起的轴向压应力 0-0截面 1-1截面 2-2截面
最大弯矩引起的轴向应力
最大弯矩取下式计算值中最大者： 计算结果如下：（单位）
计算如下：
塔体危险截面强度及稳定性校核
当塔体危险截面的最大组合压应力σ超过材料许用应力时,将产生强度破坏或失稳破坏；当塔体危险截面上的最大组合拉应力σ超过材料许用应力时,只产生强度破坏。因此塔体机械设计常以校核的方式,验算它的强度和稳定性。
筒体的强度及稳定性校核 ①强度校核
筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力 轴向许用应力，式中组合系数， 因为
故满足强度条件。 ②稳定性校核
筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力 轴向许用应力 故满足稳定性条件。 裙座的强度及稳定性校核 ①强度校核
裙座危险截面0-0处的最大组合轴向拉应力 因为
故满足强度条件。
裙座危险截面1-1处的最大组合轴向拉应力 因为
故满足强度条件。 ②稳定性校核
裙座危险截面0-0处的最大组合轴向拉应力 故满足稳定性条件。
裙座危险截面1-1处的最大组合轴向拉应力 故满足稳定性条件。
筒体和裙座水压试验应力校核 筒体水压试验应力校核 1）水压试验压力
式中――耐压试验压力系数：对于钢和有色金属，液压试验时。 2）水压试验时塔体强度校核 式中 由于
满足水压试验要求。 （2）裙座水压试验应力校核
1）水压试验时，重力引起的轴向应力 由弯矩引起的轴向应力 最大组合轴向压应力校核 因为， 故满足要求。
塔体与裙座焊缝强度校核
此塔裙座与塔体采用对接焊缝，焊缝承受的组合拉应力为：
因为
故满足要求。 基础环设计
（1）基础环的内外径计算 按参考文献[3]式（A-27）选取： 外径： 内径： 混凝土强度校核
选用150号混凝土，许用压力 正常操作时： 水压试验时：
以上应力均小于混凝土的压应力许用值，因此满足强度要求。 （3）基础环厚度的计算 按有筋板时，计算基础环厚度 设地脚螺栓直径为，,则 查表得 取 基础环材料许用应力 基础环厚度 取。
地脚螺栓设计
塔设备作用在迎风面侧基础上的最小应力：
由于，设备有可能倾倒，必须采用地脚螺栓予以固定。选用地脚螺栓个数，地脚螺栓材料的许用应力为，取腐蚀裕量，则地脚螺栓的根径
根据标准地脚螺栓的尺寸选用42的地脚螺栓48个。 3.6 开孔和开孔补强设计
由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全的操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔不强的问题。
补强结构
压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构，主要有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强三种形式。
此塔工作温度不高，并且在静载、低压环境下工作，另外材料的标准抗拉强度低于540，壳体名义厚度不大于38，因此选用补强圈补强。
开孔补强设计准则
开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。目前通用的、也是最早的开孔补强设计准则是基于弹性失效设计准则的等面积补强法。此方法的优点是有长期的实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全。
允许不另行补强的最大开孔直径
根据《过程设备设计》P161表4-15 不行补强的接管最小厚度 ，允许不另行补强的最大接管外径为89。
以下对再生气出口3258和塔体人孔62010进行补强计算。 等面积补强计算
（1）再生气出口3258补强计算 1）补强判别
开孔直径 309+22 313 1100，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可使用等面积法进行开孔补强计算。
2）开孔补强所需面积 强度削弱系数，，故 接管有效厚度为8-2 6
开孔所需补强面积按参考文献[8]式（4-91）计算 3）有效补强范围
① 有效宽度B 按参考文献[8]式（4-91）确定 取较大值，故
② 有效高度 外侧有效高度按参考文献[8]式（4-95）确定 故
内侧有效高度按《过程设备设计》式（4-96）确定 故
4）有效补强面积
① 筒体多余金属面积按参考文献[8]式（4-97）计算 ② 接管多于金属面积 接管计算厚度
接管多于金属面积按参考文献[8]式（4-98）计算
5）接管区焊缝面积（脚焊取6.0） 6）有效补强面积
故开孔后不需要另行补强。 （2）塔体人孔62010补强计算 1）补强判别
开孔直径 600+22 604 1100，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可使用等面积法进行开孔补强计算。
2）开孔补强所需面积 接管有效厚度为10-2 8
开孔所需补强面积按参考文献[8]式（4-91）计算 3）有效补强范围
① 有效宽度B 按参考文献[8]式（4-91）确定 取较大值，故
② 有效高度 外侧有效高度按参考文献[8]式（4-95）确定 故
内侧有效高度按《过程设备设计》式（4-96）确定 故
4）有效补强面积
① 筒体多余金属面积按参考文献[8]式（4-97）计算 ② 接管多于金属面积 接管计算厚度
接管多于金属面积按参考文献[8]式（4-98）计算
5）接管区焊缝面积（脚焊取6.0） 6）有效补强面积
故开孔后不需要另行补强。
4 塔设备的、制造、安装及运输
塔设备的塔体由于筒节和封头组成，圆筒节和封头大都是钢板制成。大型的高塔设备，由于体积大、重量大，加上运输的限制，因此有些塔设备在装置的工作现场进行组装和检验。
4.1 塔设备防腐
本塔设备主要用于二氧化碳的再生，由变换炉反应产生的变换气分别进入变换气煮沸器,将解吸塔底部温度为100～115 ℃的碱液煮沸,变换气被冷却到110～120 ℃,经冷凝分离,变换气进入吸收塔,与塔顶喷淋下来的碱液逆流接触,脱除二氧化碳 ；塔底富液送入再生塔减压闪蒸再生,闪蒸出的二氧化碳除用于生产尿素外,水蒸汽和部分二氧化碳接到后面联碱的制碱部分。闪蒸后的溶液在再生塔中经气提,进一步释放出二氧化碳达到工艺指标后即为贫液,贫液经泵加压后返回吸收塔循环使用。气提蒸汽来自变换气,或外供蒸汽在再生塔底部溶液煮沸器中加热碱液蒸发产生的蒸汽。碱液对碳钢设备有一定的腐蚀作用，在相同情况下，富液的腐蚀性比贫液要强。一方面可以利用脱碳溶液的强氧化性在碳钢表面形成一层钝化膜，以抗拒溶液的进一步腐蚀；另一方面根据塔设备可能出现的腐蚀情况，进行分析选择：采用涂装涂料的方式防腐。
由于本设计中塔设备用于合成氨生产，即碳化工段生产，而碳化工段生产的主要特点是①腐蚀性强。生产过程中气液相介质中的二氧化碳、硫化氢、氨水等，对碳钢设备都具有很强的腐蚀性，反应中生成的碳酸氢铵结晶颗粒星悬浮状态，随着气体不断流动，对塔壁和内件会发生剧烈的机械“冲击腐蚀”作用，易使碳钢设备有效壁厚减薄，能够承受的应力降低，导致发生爆炸事故的危险。②介质易燃易爆易中毒。为了防止介质对容器的腐蚀，通常对塔内壁及塔内支架进行喷
砂，喷铝及涂环氧树脂处理，但容器内壁腐蚀仍是该设备最常见的缺陷。可进行以下措施进行防腐：
①碳化塔喷涂环氧树脂
环氧树脂在碱性介质中是耐腐蚀的，它的固着力强、强度高、耐温性能好，是一种较好的涂料。但其施工要求较高，对设备除锈和去污要求较严，涂料固化也需一定条件 特别是热固型 。在安装水箱时，难免擦伤和划破涂层，以致常有局部腐蚀和鼓泡脱落等现象，防腐蚀效果不理想。
②喷铝涂环氧树脂
因为铝氧化层呈钝态，对碳钢有保护作用，在碳钢上喷铝 0.25~0.35 mm， 再涂环氧树脂密封，在碳铵生产中耐腐蚀能力好，因防腐层较薄也不致影响传热。施工时，首先要对设备表面喷砂除锈，需要施工条件较高， 除设备制造厂外，一般小型厂较难办到，因而使用受到限制。
③阳极涂料联合保护
阳极保护我国在六十年代开始研究，并在部分厂试用成功。采用阳极涂料保护后，使碳化塔冷却水箱腐蚀率降低到 0.05Ⅻn／a 以下，还能防止晶间腐蚀、选择腐蚀、点蚀等，解决了碳化塔冷却水箱腐蚀问题.在全国碳铵厂先后推广应用较多。但该法技术要求高，对金属材质、腐蚀介质有选择性，操作维护严格，否则，造成过度钝化，激烈析氧，而使涂层严重剥落。若阴阳极面积比控制不当，还将进一步增大维钝电流，以至不能维持正常操作，无法维钝和致钝。在电流系统的设计和整流容量的大小、阴极的布置 即分散能力的好坏 、阴阳极间绝缘等一系列问题上，也难以作到恰如其分，因而常有开始正常，以后常出现故障的现象，有的甚至还出现严重电解腐蚀。由于上述原因，阳极涂料联合保护的推广应
用，也受到一定限制。
④铝及铝合金、不锈钢材的使用
铝在PH8―12的碳水氨水中的电位是很低的，但是由于氧化铝钝化膜的存在，使铝的腐蚀速度很小。因此，八十年代除碳化塔水箱、吸氨排管和氨水管线等大多数使用铝材外，氨水泵也使用铝及铝合金，如稀土铝合金和硅铝合金等，大大延长了寿命。但铝的刚性较差，作冷却水箱，铝管与管板的联接、制作、搬运和安装以及强大气流冲击摇动等，会使铝管与管板的固定或紧密程度变差，而发生泄漏或气流冲刷腐蚀紧固件， 在材料加工、设备结构等方面也有弊端。用化肥钢管代替铝管作水箱，可克服上述弊端。但钢材较铝材重，导热系数小，在高大的碳化塔上安装维修更换也较难。许多地方还采用了不锈钢 一般用1Crl8Ni9Ti ，其耐腐蚀性好，但价格昂贵，普遍使用不经济。
根据本塔设备可能出现的腐蚀情况，进行分析选择：采用涂装涂料的方式防腐。根据材料性质和经济考虑，选用含有红丹的涂料刷涂。
4.2 塔设备主要制造工艺
原材料检验――下料及切割――预弯――滚圆――立装成5段――卧装成2段――预拼接及壳体找中心线――支撑圈划线及检查――支撑圈安装及焊接――外部梯子、平台、管线、保温圈的划线、安装及焊接――开口接管的安装和焊接――分段进炉加热处理――组装，进行焊后热处理――运输至基础附近进行组对――现场焊接――热处理――安装内件――水压试验――梯子、平台、管线、保温圈的安装――油漆――基础打毛、地脚螺栓间距核实、垫铁准备――吊装及找正――安装内件――交工验收。
4.3 钢板的检验和下料
根据使用上的要求，对钢板逐张地进行外观检查。然后按拼板图进行划线切割。切割时以下料尺寸线外侧为准，保留切割线作为检查的依据。在下料时，除划出切割轮廓线外，还应划出坡口切割的起始线，利用半自动切割器刻度盘的刻度和切割起始线互相校核，就能保证坡口的角度。
切割质量是影响焊缝外形能否达到要求的关键，些个顺序为直边、外坡口、内坡口。坡口及钝边不宜过大，坡口大则浪费焊条，钝边长就不易焊透。
4.4 弯卷成型
钢板的两端经预弯合格后，置入卷板机滚压成形。当滚圆快成型时，为了避免钢板自重造成的椭圆度，在两侧和上方分别设置了支撑轮和吊轮。前者可以减轻下辊的压力，后者可以吊起上下移动以保持滚圆的圆弧形状。成型后先将对接纵缝点焊，然后找正并按焊接要求进行焊接。
4.5 塔设备组装
高塔设备大都采用分段制造后交货，到现场组装。为了保证各筒节的组对质量，对分段处的外圆周长公差应予以控制。
塔器外形尺寸允许偏差
序号 检测项目 允许偏差（mm）
1 筒体圆度 ±15
2
筒体直线度 任意3米长度的筒体直线度≤3，塔体偏差≤28。 3 上
下两封头焊缝之间的距离 ±1.3mm/m,且不超过±40 塔釜封头与塔壳连接焊缝的距离 兰面至塔体外壁距离 位置偏差 接管 3
4 基础环底面至
5 接管法
±2.5mm/m，且不超过±6
±3（人孔可为±6）
人孔
6 设备开口中心标及周向
液面计接口 ±
8
±5 ±10
7 与外部管线连接法兰的法兰面垂直度或平行度公差 ±2.5
接管中心线到塔盘面的距离 ±3
9 液面计对应接口间的距离 ±1.5
11 液面计对应接管外
10 液面计对应接口周向位置公差 ≤1.5
伸长度差 ≤1.5
12 液面计法兰面垂直度公差 法兰外径的0.5%
13 塔壳分段处端面平行度偏差 ≤2 塔体组装
为保证组装质量，本塔采用卧装法进行组装。因龙门吊的高度限制，只能2～节立装成一段。用来立装的单圈筒节，应事先做米字形加固。弯曲度用吊线法沿四条中心线测量，一般控制在4mm以内，四条中心线的高度差也应该保持在2mm以内，这样才能保证拼接口的间隙均匀。顶、底封头的组装，也采用立装法。
将立装成的5段塔段，在滚轮架上组装成2段。所有对接口的间隙、错口和弯曲度，都应利用工夹具调整适当后再做点焊。
划线
划线主要是指格栅板的划线。 （1）划中心线
在外壁进行，全部尺寸都需换算成按外径展开的周长。
四条中心线需2段塔段上，并在塔段预组装的情况下划定。即塔段预组装完成后复查中心线的准确程度。
（2）填料支承件划线
在两塔段进行预组装后，在塔体内侧进行的。全部尺寸应换算成按内径展开周长。填料支承件的划线是在卧置条件下划出的环向线，着不一定能保证塔体直立后仅有6mm的水平度误差。为此，对以下三种环向划线做了比较：a、从塔段上部到下部的吊线法；b、在塔段内找中心线的垂直线法；c、在塔中心线吊法。
实践证明，第三种方法比较方便，不需要过多的工时，准确程度也超过前两种。该方法的操作要点是：首先将线锤固定在塔体中心；然后转动塔体，每转动一定角度，即可在线锤所指的内壁上得到一个点；依此，当转完一周后可得到若干个点；连接各点，既成一封闭环线。尽管塔体安放位置不可绝对的水平，但线锤将始终是垂直地面的。由此可知，所得的环线不仅与塔体垂直。在转动过程中塔体相对移动的距离不是很大，其转动到各个方位上的倾斜度通常也是不变的，其准确程度可以通过最后一点和最初一点的重合度来衡量。
影响化纤的不利因素较多，例如塔体的椭圆度、弯曲度、局部凸凹度，以及每段的对装误差等，都有影响。
为了便于检查和核对与其相对应的开口距离，每划完一层则必须标上层次号。
（3）附件组装
填料支承件的组装是在塔体卧置于滚轮架上进行的。由于塔体自重的影响，使分段塔体截面呈椭圆形；滚轮给塔体的加紧力，使塔体变形。这两者作用的结果，导致大部分尺寸超差，使填料支承件的安装质量难以控制。
外部附件都是突出塔体外表的。在预制工场进行组对时，若附件与表面衬橡胶的滚轮相碰，而影响塔体转动时，一般可用调整滚轮架的位置来解决。但万不得以时，也可以割去碍事的附件。对于大塔，最好采用在塔体的附件安装部位，先焊一块预留板的结构。
4.6 塔体焊接
对于焊接，要求设备上所有的焊缝不但应严密牢固，能承受相当高的压力和温度载荷，而且要求能抵抗物料的腐蚀。按照工艺说明书规定，对该塔的焊接，
有以下要求。
（1）焊前不需要预热，。 （2）使用小规范，多层焊。 （3）手工打底，自动焊成型。
（4）焊接材料的烘干要求是：焊条350×1h，焊剂150℃×1h。 （5）线能量控制在：手工焊时＜45000J/cm，自动焊时＜48000J/cm。 （6）电弧气刨清理焊根。 （7）焊缝作检验。
（8）焊后消除应力的热处理温度为125℃±25℃。
（9）常用钢材焊接用焊条选择：Q235、20钢等一般结构用J422，形状复杂，刚性大，大厚度焊接用J426、J427；16MR一般情况选用J502、J506、J507,当对焊缝韧性要求很高时用J506R、J507R；
焊接后的工件，有时为了消除弯卷和焊接过程中所产生的尺寸误差、变形与应力，往往在正火状态下进行矫圆。矫圆时应严格掌握始末温度，不能过高或过低，并注意防止工件在吊运和矫圆时产生不应有的变形。
另外，因为焊缝冲击值与线能量成正比，对焊接质量有显著影响，所以必须适当控制线能量。
4.7 热处理
焊后热处理，以消除和降低焊接的残余应力，进而改善焊缝区的塑性和韧性，防止塔体在使用过程中发生脆性破坏。考虑到该塔是整个工艺装置的一个关键设备，是否进行热处理必须认真对待。
此塔的材料为碳钢，高度为28m,因热处理能力上的限制或由于运输上的限
制，要采取分段制造、现场组焊时，焊后消除应力的热处理，只能就地解决。
对于分段后的热处理的塔段，组焊后分别采用对环缝做局部热处理，可用环形组装炉和高速烧嘴，因高速烧嘴的的火焰喷射速度可达超音速（如360m/s）,且做旋转状，这样，就起到了搅拌的作用，使温度趋于均匀，从而解决了高大塔体的热处理问题。
环焊缝局部热处理时，需对两边的最小宽度为320mm的环带进行热处理。对于设备的非加热部分应予以保温以免产生过大的热应力。
4.8 塔设备的检验
塔设备制成以后，或在制造过程中，必须进行检验，以保证设备符合技术要求和质量标准。
（1）设备的检查
X射线探伤是工业上常用的检查焊接产品缺陷的方法。它能准确地检查出工件内部或表面存在的缺陷大小、位置和性质，但透视深度有限，通常适用于钢材厚度在30-50mm以下的焊缝的透视上。经过分析得到：焊后进行20％X射线探伤。
（2）设备的试验
制成的设备，质量是否合格，除了经过局部探伤检查外还必须进心进行整体试验，尤其是各焊缝的紧密性和强度是否合格，这是保证设备安全生产的一项非常重要的措施。
本设计需要采用压力为0.4MPa的水压试验。由于水压试验时塔重167169.28Kg，为了不使塔体产生残余弯曲变形，必须设置足够的数量的支点，为了保证塔壳在充满水后的稳定性，在每个支点垫上圆弧道木。
4.9 塔体的运输及要求
大型的重设备一般考虑水运，但本设计的安装地点离码头较远，水运后许用其他运输方式将塔运至安装地点确保大型设备能顺利抵达安装现场，但经过对路面的宽度、路基的密突程度、转弯及沿途障碍物等，进行了调查，并得到在距路肩的距离大于1m。沿途的桥梁进行了核算。运输的方法应依据施工机具的能力，可选用爬犁平地滑移、排子滚杠滚动法和大型拖车运输等。综合各方面考虑，选择陆地运输，用大型运输车将设备运输到火车站，到目的地后再由汽车运到安装地点。
在运输薄壁、细长的设备或构件时，应采用适当的夹具或加固措施，以防止产生永久变形。大型塔设备卸车过程中，应防止偏重而造成的事故。
4.10 塔的吊装
本塔是一个较高大、质量较大的设备，因此采用双杆整体吊装法，此方法起吊比较平稳，容易调正方位和高度，而且所需把杆的高度相对较低。
（1）塔体的找正和找平
塔体吊装就位后对准基础上地脚螺栓预留孔，进行塔的找正和找平调整。塔的基础环底面标高应以育雏上基准线为基准；塔的中心线位置应以基础上的中心划线为基准；塔的应以基础上距离最近的中心划线为基准；塔的垂直度应以塔的上下封头的切线部位的中心线为基准；塔的找正也可选几个补充测点。
（2）塔吊点高度的选择
抱杆的高度随塔的吊点的高度而定，吊点一般为塔顶1/3处，故选18m高处为吊点。
总 结
本课题是对合成氨生产中二氧化碳的吸收和再生工艺的设计研究，其主要内容包括合成氨工艺流程，二氧化碳的吸收和再生工艺，二氧化碳解吸塔机械设计，以及设备的运输、安装、使用与维护等方面的研究。二氧化碳解吸塔是整个合成氨生产装置中的重要的二氧化碳再生设备，也是合成氨生产中不可缺少的设备之一，其性能的好坏直接影响到整个合成氨生产的效率。
此次设计是我们第一次对整个工艺设备进行全面的机械设计，包括工艺参数选择、塔的选型、尺寸确定、结构及强度校核、焊接与安装，设备防腐与维护等，对我们来说是一次新的尝试。通过对课题的研究，让我们对合成氨工艺有了更深的了解，同时对塔设备，特别是填料塔的结构，填料，内件等方面有了很大的突破，对工业中普遍使用的塔型也有了一定的了解。
本次设计还有一个重要的部分，就是装配图以及零件图的绘制，AutoCAD软件是我们必须掌握的专业绘图软件，绘图的好坏直接影响到整个设计的成败。绘图时要严格按照标准来，对于粗细实线、焊缝、明细表、技术特性表等要严格按要求来绘制。虽然在整个制图过程中我们也遇到了一些问题，但通过此次设计，让我们对机械制图有了更熟练的掌握，为以后迎接更大的挑战做好了充分的准备。
通过这次设计，让我们学到了很多东西，比如文献检索的能力，如何灵活运用所学知识解决实际问题的能力，还有培养了我们协调合作的团队精神，这些对即将步入社会的我们来说是一次很好的锻炼，提高了自己的综合素质，为以后参加工作提供了宝贵的经验。
致 谢
此次设计并非大学生涯的第一次设计，但是较之以前的几次我感觉到了质的飞跃，正是由于有以前的铺垫，我才能将这毕业前的最后也是最为关键的一次战役拿下。过程是辛苦的，但是当我完成整个设计时，之前的种种辛苦只是美好的回忆。
在这三个多月的设计生活中，我最要感谢我的指导老师杨继军老师。在刚刚选定自己的课题时，我脑中一片茫然，对这个课题毫不了解，根本不知如何下手，跟不谈如何规划整个设计。是杨老师专门为我们讲解了课题的意义、目的、并指出我们需要关注的问题，让我们明确了设计的大体方向。每逢周一和周四，他都会耐心在办公室考察我们的进展情况，仔细找出我们设计中存在的问题并详细的作出指导，解决我们所遇到的问题。在此之前的毕业实习中，杨老师为了让我们能对自己的毕业设计课题有很好的了解，更是事无巨细地为我们讲解每一个工艺，每一个设备，并当场指出今后的设计中我们会遇到的一些问题，这让我们在认识上从简单的理论上升到了实践，使我们避免出现一些错误。而在设计过程中，杨老师更是细心的给我找出错误并加以指正，在此对杨老师表示衷心的感谢。
另外，我要感谢和我同组的同学们。在这段时间里，我们同组一起设计，相互学习，相互帮助，查阅资料，相互借阅，共同进步。我会永远记得这段难忘的日子，是他们帮我克服了许多困难，顺利完成了这次的毕业设计，使我的大学时光有一个完美的落幕。更重要的是为我们的将来打下了一个坚实的基础，让我有信心面对未来的一切挑战。
真心地感谢大家！
参考文献
[1] 陈学勤. 氨碱法纯碱工艺. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1989 [2] 王楚. 纯碱生产工艺与设备计算. 北京：化学工业出版社，1995 [3] Z??兰特. 索尔维法制碱. 北京：化学工业出版社,1983 [4] 赵育祥. 合成氨工艺. 北京：化学工业出版社,1985
[5] 贺匡国. 化工容器及设备简明设计手册. 北京：化学工业出版社，1989 [6] 姚玉英. 化工原理（下册 修订版）. 天津：天津科学技术出版社，2006 [7] 王树楹. 现代填料塔技术指南. 北京：中国石化出版社，1998 [8] 郑津洋等. 过程设备设计（第三版）. 北京：化学工业出版社，2010 [9] 赵惠清，蔡纪宁. 化工制图（第二版）. 北京：化学工业出版社，2008 [11] 新编机械工程技术手册（第一版）. 机械工业出版社，1994 [12] 刘鸿文. 材料力学（第三版）. 高等教育出版社，1991 [13] 孙鼎伦、陈全明. 机械工程材料学. 同济大学出版社，1992 [14] 机械工程手册（第二版）. 机械工业出版社，1997 [15] 路秀林、王者相. 塔设备. 北京：化学工业出版社，2004
[16] 杨春升. 小型合成氨厂生产操作问答. 北京：化学工业出版社，1998 [17] 孙广庭、吴玉峰. 中型合成氨厂生产工艺与操作问答. 北京：化学工业出版社，1985
[18] 天津大学等. 新型填料塔. 分离工程论文报告，1979
[19] The C Lo et al. Handbook of Solvent Extraction. New York:John Wiley & Sons, 1983
[20] M. S. Kuk, Koch Engineering Co. Inc. C. E. P. ,1997
设计说明书 26
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