80万吨尿素生产装置解吸塔设备设计.docx

学士学位论文

论文题目:80万吨/年尿素生产装置解吸塔设备设计

院(部)名 称:化学与化学工程学院
学 生 姓 名:
专 业:过程装备与控制工程
学 号:
指导教师姓名:（高级工程师）
论文提交时间:
论文答辩时间:
学位授予时间:

摘 要

本设计是80万吨/年尿素生产装置解吸塔的设计，解吸是尿素生产过程中所产生的工艺冷凝液与低压蒸汽逆流相遇，工艺冷凝液中的大部分氨气和二氧化碳被加热气提出来，通过对解吸塔的工艺计算、结构设计、强度计算以及解吸塔在尿素生产中的地位和作用等内容的研究，从而更好的掌握塔器方面的知识，解吸系统作为尿素生产过程中回收氨、二氧化碳、甲铵、尿素的重要环节，对提高回收率，降低尿素生产的能耗，具有重要意义。

关键词：尿素，解吸塔，解吸

ABSTRACT

The design of the equipment in urea production plant, the design of desorption tower, the annual output is 800000 tons. Parsing is the recovery process in urea production process. Process condensate and low-pressure steam countercurrent meet, Most ammonia and carbon dioxide in the process condensate is proposed to heating gas. Study on the process of desorption tower calculation, structure design, strength calculation and desorption tower in urea production status and role of such content, in order to better grasp the tower knowledge.An important part of desorption system as the urea production process recovering ammonia, carbon dioxide, ammonia, urea, to increase the recovery rate, reduce the energy consumption of urea production, has the vital significance.

Keyword:urea,desorption tower, desorption

目录

第1章 前言 2
第2章 尿素的性质和用途以及合成方法 2
2.1 尿素的性质 2
2.2 尿素的用途 2
2.2.1 调节花量 2
2.2.2 疏花疏果 2
2.2.3 水稻制种 2
2.2.4 防治虫害 2
2.2.5 尿素铁肥 2
2.3 合成尿素的原料与方法 2
2.4 尿素生产工艺发展 2
2.4.1 国外先进与前沿的尿素生产技术 2
2.4.2 国内先进与前沿的尿素生产技术 2
2.5 解析塔在尿素生产中的地位、作用 2
第3章 工艺计算 2
3.1 主要技术指标 2
3.2 进出物料基础数据 2
3.3 塔和塔板主要尺寸的设计 2
3.3.1 塔径的设计 2
3.3.2 理论板数与实际板数的设计 2
3.3.3 堰及降液管的设计 2
3.4 塔板布置 2
3.4.1 边缘区宽度确定 2
3.4.2 开孔区面积计算 2
3.4.3 筛孔计算及其排列 2
3.5 主要接管尺寸与结构 2
3.5.1 气体出口 2
3.5.2 解吸进料口 2
3.5.3 蒸汽进口 2
3.6 法兰的选择 2
3.7 解吸塔的附件选型 2
3.7.1 人孔的选型 2
3.7.2 除沫器的选择 2
3.7.3 吊柱 2
3.7.4 裙座的选型 2
第4章 塔的强度和稳定性设计 2
4.1 封头的类型 2
4.2 凸型封头的选型 2
4.3 封头的校核计算： 2
4.3.1 上封头的校核计算 2
4.3.2 下封头的校核计算 2
4.4 筒体的设计校核 2
4.4.1 第一段筒体计算校核： 2
4.4.2 第二段筒体的计算校核： 2
4.4.3 第三段筒体的计算校核： 2
4.5 开孔补强计算： 2
4.5.1 接管: M1,2,φ630×12 2
4.5.2 接管:N3，φ168×9 2
4.5.3 接管:N4，φ273×9 2
4.5.4 接管:N5，φ219×9 2
4.5.5 接管:N9，φ273×9 2
4.5.6 接管:N10，φ219×9 2
4.5.7 接管:N8，φ168×9 2
4.5.8 接管:M3，φ630×12 2
4.5.9 接管:M4，φ630×12 2
4.5.10 接管:N1，φ356×11 2
4.6 塔设备承受载荷和弯矩的设计计算 2
4.6.1 塔的质量 2
4.6.2 地震载荷的计算 2
4.6.3 风载荷的计算 2
4.6.4 筒体和裙座强度和稳定性校核 2
4.6.5 地脚螺栓设计 2
第5章 技术要求 2
5.1 塔设备的制造、安装及运输 2
5.2 制造要求 2
5.3 材料的收购 2
5.4 焊接工艺 2
5.5 划线、切割 2
5.6 坡口加工 2
5.7 热处理 2
5.8 封头成型 2
5.9 筒体成型 2
5.10 筒体及其与封头裙座的装配焊接 2
5.11 设备的检验 2
5.12 大型塔设备的安装 2
第6章 致谢 2
第7章 参考文献 错误！未定义书签。
第8章 外文翻译 错误！未定义书签。

IV
第1章 前 言

本次毕业设计题目为《年产80万吨尿素生产装置解吸塔设备设计》。根据指导老师提供的相关工艺数据，结合老师给出的工厂实际生产过程中的经验数据值和当今比较前沿的技术的基础上组织和编写了此次毕业设计说明书。
在毕业设计前期，我重新温习了《化工原理》、《过程设备设计》、《化工设计》、《化工单元过程及设备课程设计》和GB150中的相关规定等知识。在毕业设计期间，我和小组成员将所学的基本理论、专业知识和基本技能进行了交流、攻克了一个又一个困难。在毕业设计后期，主要进行电子排版整理和图纸设计，并得到老师的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务。
在毕业设计的两个月里，在指导老师的帮助下，经过查阅资料、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，使我加深了对规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了制图软件的基本操作技巧，以上这些内容从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。
由于自己水平有限，难免有不妥和疏漏之处，敬请各位老师批评指正。

第2章 尿素的性质和用途以及合成方法
2.1 尿素的性质
尿素学名碳酰二胺，别名：碳酰胺、脲。化学式为CO(NH2)2，相对分子质量60.06，含氮量为46.65%。尿素是碳、氢、氧元素组成的有机化合物，因尿素这种物质首先发现于人及哺乳动物的尿液中，故称之为尿素。纯净的尿素是无色、无味的白色针状或棱柱状结晶体，在常压下尿素的熔点为132.7℃，尿素水溶液的密度和黏度随浓度升高、温度降低而增大，尿素水溶液的沸点随浓度降低、压力降低而降低。固体尿素易吸湿，在运输、储存和施用时，注意防止尿素吸湿潮解，故尿素要尽量避免在夏天潮湿气候下敞开存放。当前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，使其吸湿性大大降低，尿素容易溶于水，在20℃下100毫升水中可溶解105克尿素，水溶液反应呈中性。尿素产品有两种，结晶尿素呈棱柱状晶形或白色针状，吸湿性较强。粒状尿素是粒径为1～2毫米的半透明粒子，其外观光洁，吸湿性有明显改善。20℃时临界吸湿点为相对湿度的80%，但30℃时，临界吸湿点降低至72.5%，故避免尿素在盛夏潮湿气候下敞开存放。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。
2.2 尿素的用途
尿素的最主要的用途是作肥料，世界上80%-90%的尿素都用作肥料。尿素是高效优质氮肥，既可作底肥又可根外追肥。在土壤中尿素能增进磷、钾、镁、钙等元素的有效性。施用尿素后土壤中无残留物，适量使用一般不会使土壤板结。它还可以大量作为脲醛树酯、三聚氰胺、水合肼、苯巴比妥、四环素、咖啡因、酞青蓝B、酞青蓝Bx、还原棕BR、味精等多种产品的生产原料。
2.2.1 调节花量
为了克服苹果的大小年，遇小年时，于花后5-6周(苹果花芽分化的临界期，新梢生长缓慢或停止，叶片含氮量呈下降趋势)向叶面喷施0.5％尿素水溶液，连续喷洒2次，可以提高叶片的含氮量，加快新梢生长同时抑制花芽分化，使大年的花量适宜。
2.2.2 疏花疏果
桃树的花器对尿素较为敏感但对于嘎面较为迟钝，因此，国外用尿素对桃子和油桃进行了疏花疏果试验，结果表明，桃子和油桃的疏花疏果需要较大浓度(7.4％)才能显示出良好效果，最适合的浓度为8％-12％，喷洒后1—2周内，就能达到疏花疏果的目的。但是，在不同的土地条件下，不同品种及不同时期的反应尚需进一步试验。
2.2.3 水稻制种
在杂交水稻制种技术时，为了提高父本与母本的异交率，从而增加不育系繁种量或杂交稻制种量，通常都采用赤毒素喷洒母本以减轻母本包颈程度或使之完全抽出；或喷洒父本，调节二者的生长，使其花期同步。由于赤霉素的价格较昂贵，用其制种成本高。所以人们用尿素代替赤霉素进行实验，在孕穗盛期、始穗期，使用1.5％-2％的尿素，其繁种效果与赤霉素类似且不会使株高增加。
2.2.4 防治虫害
用洗衣粉、尿素、清水1:4: 400的比例，搅拌混匀后，可防止蔬菜、果树、棉花上的红蜘蛛、蚜虫、菜青虫等许多害虫，从而使杀虫效果达90％以上。
2.2.5 尿素铁肥
尿素以络合物的形式，与Fe2+形成螯合铁，这种有机铁肥造价低，防止缺铁失绿的效果很好。此外叶面喷洒0.3％硫酸亚铁时可加入0.3％的尿素，防止失绿效果远比单喷0.3％的硫酸亚铁好。因为尿素具有优异的温和的还原性、溶解染料性能、抗氧化性和极为优异的吸湿性,所以在纺织工业上可作为优良的染料溶剂、粘胶纤维膨化剂、吸湿剂、树脂整理剂,具有广泛的用途。
2.3 合成尿素的原料与方法
工业上用二氧化碳和液氨为原料，在高压高温的条件下可直接合成尿素，化学反应如下。尿素在酸、酶、碱作用下能水解生成二氧化碳和氨，对热不稳定，加热到150~160℃时将脱氨成缩二脲，若迅速加热脱氨可三聚成六元环化合物三聚氰酸。在与乙酸酐或乙酰氯作用时可生成二乙酰脲与乙酰脲。在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲（又称巴比妥酸，因其有一定酸性）。在工业生产中，二氧化碳与氨在液相中合成尿素的反应通常认为是由两步完成的：2NH3 (l)+CO2 (l)=NH4 COONH2 (l) ；NH4 COONH2 (l)=CO(NH2 ) 2 (l)+H2 O(l)，常见尿素生产工艺有传统水溶液全循环法、荷兰StamicarbonCO2汽提法、意大利氨汽提法、日本改良C法和ACES法等，这里以CO2汽提法对尿素生产进行设计，其过程主要有：
1. 原料氨和二氧化碳的压缩
原料液氨是由合成氨车间供给，进入尿素车间后，经过氨预热器然后进入高压氨泵，为了避免液氨气化需控制液氨的温度，经过氨泵提压后的沸点降低10℃，原料气二氧化碳经过二氧化碳压缩机压缩后送入气提塔和合成塔的底部。
2. 合成与气提
从合成氨装置来的原料液氨经过预热和升压后进尿素合成塔，原料二氧化碳经脱氢反应器脱除氢气后，再经过压缩，大部分的二氧化碳送往汽提塔作为汽提介质，其余部分则送到尿素合成塔合成尿素，在达到较高的转化率后，尿素进入汽提塔，通过二氧化碳汽提，将尿素溶液中未反应的甲铵分解以及过量的氨汽提出来之后进入甲铵冷凝器，经过汽提后的尿素溶液送至提纯工序。甲铵冷凝器出来的气体则进一步进入高压吸收塔冷却器进一步回收氨气和二氧化碳，甲铵冷凝器底部出来的甲铵溶液通过高压甲铵喷射器进入尿素合成塔。
3. 中低压分解和回收工序
从合成工序来的尿素溶液进入一段分解塔，通过尿素自身热量使液相中的一部分氨气和二氧化碳被解吸出来，进而通过中压蒸汽的热量使甲铵分解成气相的氨气和二氧化碳，后再进入一段吸收塔冷却器。从一段分解塔出来的尿素溶液经二段溶液分解塔进一步使尿素溶液中的氨气和二氧化碳降至0.7%和0.5%。从二段分解塔出来的尿素溶液经过冷凝、闪蒸后送到蒸缩工序。
4. 尿液的蒸发和造粒
从提纯工序进来的尿素溶液经预压缩至百分之七十万吨左右，再进入蒸发工序，经二段工序蒸发后，送到造粒塔生产尿素颗粒产品。蒸发出来的水蒸汽，最终进入浓缩器表冷器，冷凝后送至工艺冷凝液处理工序进行处理。从蒸发器中出来的汽液混合物在分离器中进行分离，最后气相经冷凝后送至工艺冷凝液处理工序。
5. 解吸和水解
进入氨水槽的蒸发闪蒸冷凝液，含有一定量的NH3，少量CO2和少量尿素，这部分氨水分别用两台泵打出循环利用，由低压吸收塔循环泵打出的氨水分成三路，一路进入低压吸收塔作吸收剂，一路作一段蒸发器气相管线的冲洗用水，一路进入一段蒸发器作冲洗用水。由解吸塔给料泵打出的氨水也分成三路：一路去精馏塔气相，一路与解吸塔气相混合冲洗回流冷凝器，一路经解吸塔换热器，加热到117℃送到第一解吸塔上部，解吸出氨和二氧化碳，解吸塔的操作压力为0.27--0.3 MPa(绝)，出第一解吸塔的液体，经水解给料泵加压到2.0 MPa(绝)经水解塔换热器换热后，进入水解塔的上部，水解塔的下部通入2.4 MPa(绝)的蒸汽，使液体中所含的少量尿素水解成氨和二氧化碳。气相进入第一解吸塔上部，液相经水解塔换热器换热后温度为137℃，进入第二解吸塔上部，操作压力为0.3 MPa(绝)，塔下部通入0.4 MPa(绝)的蒸汽进行解吸，塔底温度为145℃，从液相中解吸出来的氨和二氧化碳及水蒸汽，直接导入第一解吸塔的下部，与第一解吸塔的液体进行质热交换出第一解吸塔的气体，含水小于40%。在回流冷凝器中冷凝，冷凝液一部分作为回流液回流到第一解吸塔的顶部，进行质热交换，以减少出塔气相的水含量，另一部分冷凝液，送到低压甲铵冷凝器，未被冷凝的气体进入常压吸收塔，进一步回收氨和二氧化碳后放空，在第二解吸塔解吸后的液体含氨小于5ppm，尿素小于5ppm，经解吸塔换热器换热和废水冷却器冷却后送出尿素界区。
2.4 尿素生产工艺发展
n 世界上第一个用合成法制的尿素的人是F.维勒他于1828年在实验室里用氨和氰酸合成了尿素：NH3+HNCO=CO(NH2)2
n 1870年，俄国人A.N.巴扎罗夫，提出在高压下加热氨基甲酸铵使之脱水，也制成了尿素：NH4COONH2=CO(NH2)2
n 一直到1922年，世界上第一套用CO2和氨直接合成尿素的工业装置，才在德国法本公司的奥堡工厂建成，从而实现了工业化，开始了合成的新纪元。之后，1932年于美国、1935年于英国又陆续建成了尿素工厂。
n 但是，使用尿素作为原料，在最初的30年之中，发展缓慢。一个原因是尿素早期的工艺加工比较复杂，设备材料、管道等，都存在腐蚀问题，使生产难以正常运行。另一个原因是人们对尿素的适应性方面还有一些怀疑，不习惯用尿素施肥；还有在生产过程中副产的过量的不纯物（如缩脲）随同尿素一起施用，对农作物的危害尚不清楚。
n 直到1953年荷兰斯太米卡邦公司提出了在CO2原料中加入少量的氧气和采用新材料制作尿素的设备和管道，严重的腐蚀问题才得到基本解决，这为尿素工业发展奠定了基础。于此，从50年代开始，尿素工业高速发展起来。
2.4.1 国外先进与前沿的尿素生产技术
不断推出先进的新工艺，生产规模向更大型化方向发展。其优点是投资合理、成本更低、自动化程度更高。目前单系列的尿素生产装置，其生产能力已超过54万吨，并有继续扩大的趋势。将尿素进行二次加工，获取新品种，提高肥料利用率等一系列产品。
2.4.2 国内先进与前沿的尿素生产技术
我国的尿素生产在新中国成立之前是一片空白，直到1958年才在南京化学工业公司氮肥厂进行了日产10吨高效半循环法生产尿素的中间试验，这是我国第一套尿素生产装置。60年代以来，尿素工艺逐渐发展，成为我国最经济的生产氮肥的方法之一。遂于1965年在衢州化工厂和吴泾化工厂分别建成了年产4万吨的生产装置。这是我国建成的第一批尿素工厂，其生产方法都是半循环法。而后我国又自行设计了第一个水溶液全循环法尿素工厂，机械设备也是自己制造的，于1967年在石家庄化肥厂投入生产。
至今，我国小型尿素装置在近年来有突破性的进展，即自行设计、自行建设的水溶液全循环小型尿素装置工业化已获成功，其产品质量与消耗以接近中型尿素装置的水平。
目前我国还有相当数量的尿素装置在兴建之中，其中不乏自主开发的。
2.5 解析塔在尿素生产中的地位、作用
在工业生产尿素中解吸系统可回收氨、CO2、甲铵、尿素，返回合成系统重新利用，以提高氨和CO2的利用率。其次经过解吸水解系统处理过的废水，经过处理可用于锅炉水，因此解吸系统在尿素生产过程中，起到节能，降耗，减少环境污染的作用。解吸是尿素生产过程中所产生的工艺冷凝液与低压蒸汽逆流相遇，工艺冷凝液中的大部分NH3和CO2被加热气提出来，解吸系统作为尿素生产过程中回收氨、CO2、甲铵、尿素的重要环节，如何提高回收率，降低尿素生产的能耗，具有重要意义。

第3章 工艺计算
3.1 主要技术指标
表3-1
操作
条件
操作温度(℃)
塔顶/塔底 116/143
设计温度(℃)
175
操作压力Mpa
0.25
设计压力Mpa(G)
0.5
其它设计参数
介质
工艺冷凝液
介质密度Kg/m3
945
介质特性
中度危害、结晶结垢、晶间腐蚀
焊接接头系数
0.85
腐蚀裕量
0
地震烈度
8度（0.24g）
基本风压Pa
700
全容积m3
79.18
裙座防火厚度mm
内外侧各50
3.2 进出物料基础数据
表3-2
第一解吸塔

CO(NH2)2
NH3
CO2
H2O
进口物料质量分数
0.9%
5.1%
2.5%
91.5%
出口物料质量分数
0.81%
0.96%
0.11%
98.12%
第二解吸塔
进口物料质量分数
0
1.32%
0.03%
98.66%
相对分子质量
60
17
44
18
进料量质量流量
54638 kg/h
3.3 塔和塔板主要尺寸的设计
3.3.1 塔径的设计
将进料组成由质量分数转化为摩尔分数

平均分子量

进料流量

塔径可根据选定的适宜空塔速度，可先利用下式作估算：
(3-1)
式中 ——估算塔径；
VS——气相的气体流量，；
——适宜的空塔气速， 。
适宜的空塔速度通常取最大允许空塔速度的0.6-0.8倍，即：

其中
式中 ——最大允许空塔速度，
——负荷因子，
——气液相密度，
负荷因子与气液流量及密度，液滴沉降空间以及液体的表面张力有关，通常可利用史密斯关联图查得。该图横坐标是无因次比值，称为液气动能参数，它反映液、气两相流量（）与密度的影响。图中参变量反映液滴沉降空间高度对负荷系数的影响，其中为板上液层高度，本设计取。利用关联图查出值后，再由下式求出：
(3-2)
式中 ——由关联图查出的物系表面张力为20mN/m的负荷系数，；
——操作物系的液体表面张力，mN/m；
操作物系的负荷因子，。
根据和 ,可以查出；
取设计气速，按照规范经过圆整取D=2000mm
塔截面积：
3.3.2 理论板数与实际板数的设计
由吉利兰法求理论板数，先求出最小理论板数，再根据吉利兰关联式求理论板数N。
(3-3)
取回流量质量流量为3316kg/h
设
由D=2000mm，得第一解吸塔实际板数为15，理论板数为10
第二解吸塔实际板数为25，理论板数为17
3.3.3 堰及降液管的设计
由于塔径2m<4m,所以应采用单溢流时弓形降液管，采用平形受液盘。
堰 长：
溢流堰高度：
式中： ---板上液层高度，m；
---堰上液层高度，m。
本设计选用平直堰，堰上液层高度对塔板的操作性能有很大的影响。堰上液层高度太大，会增大塔板压降及雾沫夹带量。一般设计时不宜大于60-70mm，超出此值时可改用双溢流形式。对于平直堰，堰上液层高度可用弗兰西斯经验公式求算：
(3-4)
式中 塔内液体流量，；
———堰长，m；
E ———液流收缩系数。近似取E=1.0
则
取板上积液厚度 ，所以
的范围为： 所以=0.025在取值范围。

图3-1
停留时间：由D=2000mm查表的弓形降液管的宽度=314和降液管面积

依据验算液体在降液管中停留的时间，即：

液体在降液管内应有足够的停留时间，使溢流中的泡沫有足够的时间在降液管中得到分离。由实践经验可知，液体在降液管中的停留时间一般不应小于3-5s,所以，降液管设计合理。
降液管底隙高度:(3-5)
根据经验，一般，取0.1
则=
故，降液管底隙高度设计合理。
对于以上的大塔，一般多选用凹形受液盘，凹形受液盘的深度一般在50mm以上，有侧线采出时宜深些，但不能超过板间距的三分之一。凹形受液盘不适用于意聚合及有悬浮固体颗粒的场合，因易造成死角而堵塞。
3.4 塔板布置
3.4.1 边缘区宽度确定
安定区：开孔区和溢流区间不开孔的区域称作安定区。溢流堰前安定区的宽度是 ，作用是为了在液体进入降液管之前能有一段不鼓泡的安定区域，防止液体大量携带气泡进入降液管中。进口堰后安定区的宽度是 。作用是在液体进口处，因为板上的液面落差，液层较厚，有段不开孔的安全地带，能减少漏液量。安定区宽度按下述范围选取：
溢流堰前安定区域宽度 =70~100mm；
进口堰后安定区域宽度 =50~100mm；
无效区：靠近塔壁的一圈边缘地方提供支持塔板边梁的作用，宽度为 ，宽度根据塔板支承的要求而定。小塔径的一般取值在30~50mm之间，大塔径的一般取值在50~70mm之间。
根据上述取
3.4.2 开孔区面积计算
开孔区面积 (3-6)
其中

所以
3.4.3 筛孔计算及其排列
筛孔直径 选取和塔的操作性能、物质的性质、塔板的厚度、加工的要求等有关系。根据设计经验，表面张力是正系统物系的，可以采用 （常选用4~5mm）的小孔直径筛板。表面张力是负系统的物系或者是容易堵塞的，可以采用 的大孔直径的筛板。近些年，由于设计水平提高与操作经验的不断积累。采用大孔直径的的筛板再逐渐增多。因为大孔直径的筛板，加工较简单、造价低廉、不易堵塞，只要设计的合理，合理的操作，一样能获得满意分离效果。但一般说来，大孔径筛板的操作弹性会小些。
筛板厚度：筛孔一般是用冲压法，故筛板厚度根据筛孔直径，考虑加工的可行性。碳钢塔板厚度 孔径不应小于板厚。不锈钢的塔板厚度 为2~2.5mm，孔径不应小于（1.5~2.0） 。因为处理的介质是工艺冷凝液，具有结晶结垢、晶间腐蚀等性质，根据上述原因，所以选用不锈钢塔板，板厚 ，取筛孔直径 。
孔中心距：相邻两筛孔中心的距离称为孔中心距，以t表示。孔中心距t一般为，t/d0过小易使气流互相干扰，过大则鼓泡不均匀，都会影响传质效率。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为：
(3-7)
筛孔数目 n 为：
(3-8)
开孔率 为：

3.5 主要接管尺寸与结构
3.5.1 气体出口
气体出口排出氨气和二氧化碳，出口中氨气的质量分数是0.96%，密度是0.771g/L，二氧化碳的质量分数是0.11%，密度是1.977g/L。取管中气速为20m/s，管径即：
(3-9)
圆整后，气体出口管内径取，查标准得
3.5.2 解吸进料口
第一解吸塔进料口含有尿素，水，氨气与二氧化碳等，但是水的含量达到91.5%，第二解吸塔进料口水的含量达到98.66%,按水来计算管径公式为：

查标准取
3.5.3 蒸汽进口
查标准取蒸汽进口，气体进口（来自C-3803）
3.6 法兰的选择
根据本设计提供的设计条件，依据标准HG/T20615-2009，压力容器法兰选用带颈对焊法兰（WN），法兰的密封面型式选用突面（RF）。其结构与尺寸如下图3-2

图3-2
设备中所有管路连接法兰根据计算尺寸，均按HG21520-97选用平焊法兰。
3.7 解吸塔的附件选型
3.7.1 人孔的选型
人孔是安装和检修设备时所必须的。人孔的尺寸一般以450-500mm为宜。当设备较小而人无法进入时，为设备检修，清洗等，应安装必要的手孔。因为塔顶/塔底温度为116/143℃，设计压力为0.5MPa，所以选用垂直吊盖带颈对焊法兰人孔（RF 600mm-2.5MPa）。对于D≥1000mm的板式塔，为了安装、检修需要，一般每隔4-6层塔板设一人孔，本解吸塔设计四个人孔，直径为600mm其伸出筒体的长度取为1200mm.人孔距地面高度分别为5200mm、18450mm、20300mm、28600mm。

图3-3 垂直吊盖带颈对焊法兰人孔参数

3.7.2 除沫器的选择
在塔内操作气速较大时，会出现塔顶雾沫夹带，这不但造成物料的损失，也使塔的效率降低，同时还可能造成环境的污染。为了避免这种情况，需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。常用的除沫器有丝网除沫器，折流板除沫器以及旋流板除沫器。丝网除沫器是最常用的除沫器，可有效的去除的雾滴。若在塔盘间设置除沫器，不仅仅可保证塔盘的传质效率，而且还可以减小板间的距离。所以丝网除沫器主要适用于气液分离。亦可用作空气过滤器，作为气体的分离。此外，除沫器丝网还可以作为工业仪表中各类仪表的缓冲器，用以防止电波干扰的电子屏蔽器作用等。当除沫器设在人孔之上选用上装式丝网除沫器；设在人孔下选用下装式丝网除沫器。

表3-3

由于塔径DN=2000mm，依据上表参数选用H=150mm的上装式丝网除沫器。
3.7.3 吊柱
安装在室外，无框架的整体塔设备，为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往往在塔顶设置吊柱。吊柱的方位和回转半径S应能使吊柱经人工推转后，经过吊钩的垂线可以转到人孔附近，还可以使吊钩垂线转到平台外，以便将塔内件从塔平台外的场地上吊到塔平台上人孔处或从塔平台上的人孔处吊到塔平台外的场地上。因此，吊柱的方位首先取决于人孔的方位。因为解吸塔安装在室外，参考标准HG/T21639-2005 ，取W=1000 S=1300 吊柱的结构及在塔体上的安装如下图3-4其中吊柱管通常采用20无缝钢管，其他部件可采用Q235-A和Q235-A·F。吊柱与塔连接的衬板应与塔体材料相同。

表3-4塔顶吊柱标准系列尺寸

图3-4 吊柱结构图

查标准HB/T21574-2008，吊耳有顶部板式吊耳（TP型、TPP型）、卧式容器板式吊耳（HP型）、侧壁板式吊耳（SP型）、轴式吊耳（AXA型、AXB型、AXC型）、尾部吊耳（AP型）等。本解吸塔选择侧壁板式吊耳（SP型），在塔顶对称设置两个。结构如下图所示：

图3-5

3.7.4 裙座的选型
塔体通常采用裙座来支承，裙座根据承受的载荷不同分为圆筒形和圆锥形裙座两类。圆筒形裙座因为制造容易，成本较低，所以应用广泛。但对于受力情况差的，塔径与塔高比值（例如：DN<1m,H/DN>25或DN>1m,H/DN>30）较小的，为了防止风载荷和地震载荷而引起弯矩，造成塔翻倒。需要配置具有足够大载荷面积的基础环及较多的地脚螺栓。此时圆筒形裙座已不满足要求，应采用圆锥形裙座。圆锥形裙座的半锥顶角α不宜超过15°。裙座的名义厚度不应小于6mm。本解吸塔选用圆锥形裙座。材料为Q345R 。 与塔体的焊接采用对接接头（如3-6示），焊缝采用全熔透连续焊。裙座高度取：4500mm，厚度为14mm。

图3-6

排气孔和排气管：为减小腐蚀及避免可燃，有毒气体的积累，保证检修人员的安全，应在裙座上都设置排气孔或排气管。该设计的解吸塔裙座不设保温层，其上部应开设排气孔，见图3-7气孔的数量和规格见表3-5
表3-5

图3-7无保温层排气孔

裙座应开设检查孔，检查孔有圆形和长圆形两种。本设计采用圆形检查孔，其结构，尺寸，数量分别见下图3-8和表3-6，所以裙座检查孔直径取500mm,壁厚为14mm。

图3-8

第56页，共55页

第4章 塔的强度和稳定性设计

4.1 封头的类型
压力容器的封头有很多种，一般可以分为锥壳、凸形、平盖、变径段及紧缩口等。其中凸形封头了包括椭圆形、半球形、球冠形和蝶形封头。采用什么样的封头，需要根据工艺条件的要求、制造的难易程度与材料的消耗等多种情况来定夺。
设计封头时，应该优先选用，封头标准中推荐的形式和参数。 然后再根据受压情况，进行强度或稳定性的计算，确定合理的厚度。
4.2 凸型封头的选型
半球形封头：在均匀的内压作用下，薄壁球形容器的薄膜应力，是拥有相同直径圆筒的一半。所以从受力分析上来看，球形封头应该是最理想的结构封头。但它的缺点是，深度大、直径小时，整体的冲压很困难；大直径采用的分瓣冲压，它的拼焊工作量也很大。半球形封头大多用在高压容器制造中。
椭圆形封头：是由半个椭球面与短圆筒组成的。因为封头的椭球部分，经线曲率变化平滑且连续，所以应力分布也比较均匀，况且椭圆封头的深度，与半球形封头相比要小得多，易于加工冲压成型。椭圆封头是目前中与低压容器中应用最广泛的封头之一。
碟形封头：带折边的球面封头。该封头的边缘弯曲应力和薄膜应力相叠加，使此部位的应力，远远大于其他部位，所以它的受力状况不好。但它的优点是，因为过渡环壳的存在，降低封头的深度。易于成型和加工。而且压制碟形封头的钢模，也加工简单，从而使碟形封头的应用范围也较为广泛。
球冠型封头：部分球面和圆筒直接连接而成，应力分布不合理。它的结构很简单、制造业方便，常被用作容器之中，两个独立的受压室中间的封头，也可以被用作端盖。
通过上述，因为制造的是0.5MPa的解吸塔，从各方面考虑，选用椭圆形封头。
4.3 封头的校核计算：
4.3.1 上封头的校核计算
上封头校核计算

计算所依据的标准
GB 150.3-2011
计算条件
椭圆封头简图
计算压力Pc
0.50
MPa

设计温度 t
175.00
℃
内径Di
2000.00
mm
曲面深度hi
500.00
mm
材料
S30403 (板材)
设计温度许用应力[s]t
114.00
MPa
试验温度许用应力[s]
120.00
MPa
钢板负偏差C1
0.00
mm
腐蚀裕量C2
0.00
mm
焊接接头系数f
1.00

形状系数：
计算厚度：
有效厚度：
最小厚度：
最小成形厚度（注）：
满足最小厚度要求

压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值
PT = 1.25Pc= 0.92
MPa
压力试验允许通过的应力[s]t
[s]T£ 0.90 ss =162.00
MPa
试验压力下封头的应力
sT = = 141.77
MPa
校核条件
sT£[s]T
校核结果
合格
最大允许工作压力
[Pw]= = 0.73980
MPa
结论
合格
4.3.2 下封头的校核计算
下封头校核计算

计算所依据的标准
GB 150.3-2011
计算条件
椭圆封头简图
计算压力Pc
0.50
MPa

设计温度 t
175.00
℃
内径Di
2000.00
mm
曲面深度hi
500.00
mm
材料
S30403 (板材)
设计温度许用应力[s]t
114.00
MPa
试验温度许用应力[s]
120.00
MPa
钢板负偏差C1
0.00
mm
腐蚀裕量C2
0.00
mm
焊接接头系数f
1.00
形状系数：
计算厚度：
有效厚度：
最小厚度：
最小成形厚度（注）：
满足最小厚度要求

压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值
PT = 1.25Pc= 0.92
MPa
压力试验允许通过的应力[s]t
[s]T£ 0.90 ss =162.00
MPa
试验压力下封头的应力
sT = = 90.96
MPa
校核条件
sT£[s]T
校核结果
合格
最大允许工作压力
[Pw]= = 1.15304
MPa
结论
合格

4.4 筒体的设计校核
4.4.1 第一段筒体计算校核：
计算所依据的标准
GB 150.3-2011
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
0.50
MPa

设计温度 t
175.00
℃
内径Di
2000.00
mm
材料
S30403 ( 板材)
试验温度许用应力[s]
120.00
MPa
设计温度许用应力[s]t
114.00
MPa
试验温度下屈服点ss
180.00
MPa
钢板负偏差C1
0.30
mm
腐蚀裕量C2
0.00
mm
焊接接头系数f
0.85

计算厚度 d ：

有效厚度 ：
de== 11.70mm
名义厚度 dn：
dn = 12.00mm
重 量:1175.93 Kg
试验压力值：

压力试验允许通过的应力水平[s]T：

试验压力下圆筒的应力sT：

因为sT£[s]T，所以校核的结果合格。
最大允许工作压力：

设计温度下计算应力：

[s]tf = 96.90MPa
因为 ，所以设计合格。
4.4.2 第二段筒体的计算校核：
计算所依据的标准
GB 150.3-2011
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
0.50
MPa

设计温度 t
175.00
℃
内径Di
2000.00
mm
材料
S30403 ( 板材)
试验温度许用应力[s]
120.00
MPa
设计温度许用应力[s]t
114.00
MPa
试验温度下屈服点ss
180.00
MPa
钢板负偏差C1
0.30
mm
腐蚀裕量C2
0.00
mm
焊接接头系数f
0.85

计算厚度 d ：

有效厚度 ：
de= = 9.70mm
名义厚度 dn：
dn = 10.00mm
重 量:6493.44 Kg
试验压力值