填料塔脫硫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)目的通過有害氣體工程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步消化和鞏固本門課程所學(xué)內(nèi)容，并使所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行氣態(tài)污染工程設(shè)計(jì)的初步能力。通過設(shè)計(jì)，了解氣態(tài)污染物工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生確定氣態(tài)污染物控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程制圖、實(shí)用技術(shù)資料、編寫設(shè)計(jì)說明書等能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)： 某燃煤電廠需對(duì)產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫硫，以滿足環(huán)境保護(hù)要求，要求設(shè)計(jì)的凈化系統(tǒng)效果要好，操作方便，投資省，并且達(dá)到要求之排放標(biāo)準(zhǔn)。三、設(shè)計(jì)資料 ：1 工藝流程：采用填料塔設(shè)計(jì)2 煙氣參數(shù)：煙氣流量: 2×106m3/h. 煙氣成分：SO2濃度5000mg/m3 煙氣平均分子量：30.5

2、 煙氣溫度：150°C 煙氣壓力：1.01×105Pa 氣膜傳質(zhì)分系數(shù)kG=1.89×10-5 kmol/m2.s.kPa3 吸收液參數(shù)： 采用5%(wt%)氫氧化鈉水溶液,并假定NaOH與SO2發(fā)生極快不可逆反應(yīng)。吸收塔進(jìn)口液相吸收質(zhì)濃度為0。 L=1000kg/ m3, =18kg/kmol（平均分子量） 液膜傳質(zhì)分系數(shù)kL=3.54×10-4m/s4 操作參數(shù)：泛點(diǎn)率：85% 液氣比 L/G=4L/ m3 吸收反應(yīng)溫度：60°C5 氣象資料：氣溫 25°C ,1atm6 填料性能： 50mm金屬環(huán)鞍填料（亂堆） 填料比表面積：7

3、5m2/ m3 填料因子：110/m 單位體積填料層所提供的有效接觸面積a=60.75 m2/ m37 設(shè)計(jì)要求：要求脫硫效率99.9%，計(jì)算出填料塔壓降。畫出填料塔的結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)出參數(shù)（包括填料塔的高度、直徑）。設(shè)計(jì)說明書：一、填料塔1.1 填料塔的概念及特點(diǎn)：填料塔是氣液互成逆流的連續(xù)微分接觸式塔型。填料塔內(nèi)裝有各種型式的固體填充物，即填料。液相由塔頂?shù)膰娏苎b置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下，氣相則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤濕表面上進(jìn)行接觸，其組成沿塔高連續(xù)變化。在塔內(nèi)充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方為填料壓板及液體分布裝置。氣液兩

4、相間的傳質(zhì)通常是在填料表面的液體和氣體間的相界面上進(jìn)行的。填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且有阻力小和便于使用耐磨材料制造等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)直徑較小的塔處理有腐蝕性的物料時(shí)，填料塔都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越感。1.2 吸收的工藝流程圖采用常規(guī)逆流操作流程，流程如下：1.3 填料塔的組成：1、 填料對(duì)填料的基本要求：（1） 要有較大的比表面積；（2） 要求有較高的孔隙率；（3） 經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠；2、 填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔的附屬結(jié)構(gòu)主要有支承板、液體噴淋裝置、液體再分布器和除霧器等。（1） 支承板：支承填料和填料上的持液量的，它應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度，允許氣體和液體能自由的通過。支承板的自由截面不應(yīng)小于填料層的孔隙率。（

5、2） 液體噴淋裝置：把液體均勻分布在填料層上的裝置。（常用的有：管式噴淋器、蓮蓬頭是噴灑器、盤式分布器）（3） 液體再分布器：用來改善液體在填料層內(nèi)的壁流效應(yīng)的，每隔一定高度的填料層設(shè)置一個(gè)在分布器。（4） 除霧器：出去填料層上方逸出的氣體中的霧滴。（5） 氣體分布裝置：使氣體分布均勻，同時(shí)還能防止液體流入進(jìn)氣管。（6） 排液裝置為了克服液體流過填料層時(shí)向塔壁匯集的傾向，以使液體亦能充分潤濕塔中心的填料，當(dāng)填料層高度較大時(shí)，常將填料層分成若干段。為了使填料充分潤濕，以避免出現(xiàn)干填料的狀況，一般要求液體噴淋密度在10以上，并力求噴淋均勻。為了克服塔壁效應(yīng)，塔徑與填料尺寸比值至少在8以上，每段填料

6、層的高度應(yīng)為塔徑的3倍左右。填料塔的空塔氣速不宜過大，一般取0.51.5kPa/m，液氣比（L/G）為0.52.0kg/kg（溶解度很小的氣體除外）。2、 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 煙氣的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1 已知：煙氣流量： 濃度：煙氣的平均分子量： 煙氣溫度：煙氣壓力： 2.1.2 進(jìn)入吸收塔煙氣的總摩爾流量：計(jì)算得：V=57439.28kmol/h煙氣質(zhì)量流量：=1751898.04kg/h煙氣密度：的質(zhì)量流量：進(jìn)入吸收塔煙氣的摩爾流量：2.2 吸收液的設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1 已知：吸收液密度： 平均分子量：液氣比：L/G=4L/2.2.2 吸收液的體積流量：吸收液的質(zhì)量流量：吸收液的摩爾流量：=444

7、444.44kmol/h2.3 填料塔工藝尺寸計(jì)算2.3.1 已知：氣體質(zhì)量流量： 煙氣密度： 液體的質(zhì)量流量： 液體密度：填料因子： 液體粘度： 重力加速度：g=9.81m/液體校正系數(shù)：2.3.2 泛點(diǎn)氣速的計(jì)算采用埃克特關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為，縱坐標(biāo)通用關(guān)聯(lián)圖在左下方的線簇為亂堆填料層的等壓降線，最上方的三條分別為弦柵、整砌拉西環(huán)及亂堆填料的泛點(diǎn)線，與泛點(diǎn)線相對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)中空塔氣速u應(yīng)為泛點(diǎn)氣速。若已知?dú)庖簝上嗔髁勘燃案髯缘拿芏?，則可算出圖中橫坐標(biāo)的值，由此點(diǎn)作垂線與泛點(diǎn)線相交，再由交點(diǎn)做平行線至縱坐標(biāo)，從而求得泛點(diǎn)氣速。橫坐標(biāo)=由設(shè)計(jì)要求可知，采用亂堆填料查埃克特通用關(guān)

8、聯(lián)圖得：=0.14泛點(diǎn)氣速：=3.81m/s則空塔氣速：u=3.24m/s2.3.3 塔徑的計(jì)算塔徑為： 圓整塔徑，取15m泛點(diǎn)率校核： 空塔氣速：泛點(diǎn)率：(<85%在允許范圍內(nèi)）由設(shè)計(jì)資料可知：金屬環(huán)鞍填料：d=50mm填料規(guī)格的校核：(在允許范圍內(nèi)）2.3.4 核算液體噴淋密度因填料尺寸小于75mm，?。鹤钚櫇袼俾?。所謂最小潤濕速率，即指在塔的橫截面積上，單位長度的填料周邊上液體的體積流量。（對(duì)于直徑不超過75mm的拉西環(huán)及其他填料，可??；對(duì)于直徑大于75mm的環(huán)形填料，應(yīng)取。）填料的比表面積：則： 最小噴淋密度：操作條件下的噴淋密度U： 計(jì)算可知：U>所以，塔徑選15m合理

9、2.3.5 填料層高度的計(jì)算已知：進(jìn)入吸收塔煙氣的總摩爾流量：V=57439.28kmol/h 氣象壓強(qiáng)：脫硫效率： 單位體積填料層所提供的有效接觸面積：a=60.75 塔徑：D=15m氣膜傳質(zhì)分系數(shù)：液膜傳質(zhì)分系數(shù)進(jìn)入吸收塔總煙氣中的摩爾分?jǐn)?shù)：煙氣進(jìn)口分壓：煙氣出口分壓：液相總濃度：塔頂處：由設(shè)計(jì)資料可以知道，NaOH與發(fā)生極快不可逆反應(yīng)。吸收塔進(jìn)口液相吸收質(zhì)濃度所以，進(jìn)行即快速不可逆化學(xué)吸收，化學(xué)反應(yīng)式為：由化學(xué)反應(yīng)可知：b=2用高濃度活性組分NaOH吸收時(shí)，物料衡算方程式為： 代入已知數(shù)據(jù)得： 用此關(guān)系可求出塔底處： 計(jì)算一下塔底和塔頂?shù)呐R界濃度：令則在塔頂： 計(jì)算得： 在塔底： 計(jì)算得

10、： 由此可見，無論是塔底還是塔頂，活性組分NaOH的濃度都超過了臨界濃度，化學(xué)反應(yīng)僅發(fā)生在界面上，因此可以認(rèn)為全塔內(nèi)均由氣膜控制。傳質(zhì)速率方程為： 氣體摩爾流量：所以填料層高度為： 有計(jì)算可知，在純水中加入大量的活性組分，發(fā)生極快速不可逆化學(xué)反應(yīng)，使液相傳質(zhì)阻力下降為零，傳質(zhì)速率僅由氣膜控制，使填料層高度大大降低。2.4 填料層壓降的計(jì)算：采用?？颂仃P(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降，根據(jù)已知數(shù)據(jù)，分別求出縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的值，將二者交匯于圖中等壓線上，即可從等壓線上讀出壓降的值。空塔氣速：u=3.14m/s橫坐標(biāo)為：縱坐標(biāo)：由?？颂仃P(guān)聯(lián)圖可知：其中Z為填料層高度：5.35m所以填料塔壓降為：2.5填料塔實(shí)際

11、高度的計(jì)算及設(shè)計(jì)圖2.5.1 塔上部空間高度，取 塔釜液所占空間高度，取 塔下部空間高度，取 塔的實(shí)際高度： 填料塔直徑：D=15m 填料層高度：h=5.35m 支承柵板高度：=0.6m說明：為了使煙氣與吸收液充分接觸，塔釜液所占空間高度，應(yīng)取大一點(diǎn)，故取8.65m；塔徑是15m過大，填料層高度較小，為了克服塔壁效應(yīng)故填料層不需要分層。2.5.2 根據(jù)以上參數(shù)畫填料塔的設(shè)計(jì)圖如下： 三、總結(jié)經(jīng)過一個(gè)星期的時(shí)間，終于完成了對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了許許多多在日常學(xué)習(xí)過程中沒有發(fā)現(xiàn)的問題，對(duì)許多的概念有了深度的認(rèn)識(shí)，一些參數(shù)的大小會(huì)對(duì)填料塔的脫硫效率或者會(huì)導(dǎo)致“范液現(xiàn)象”、“液封”等現(xiàn)象

12、的發(fā)生。對(duì)于選擇較好填料的填料塔，其單位面積填料所具有的表面積大，氣體通過填料時(shí)的阻力較小。為了克服液體流過填料層時(shí)向塔壁匯集的傾向，以使液體亦能充分潤濕塔中心的填料，當(dāng)填料層高度較大時(shí)，常將填料層分成若干段。為了使填料充分潤濕，以避免出現(xiàn)干填料的狀況，一般要求液體噴淋密度在10以上，并力求噴淋均勻。為了克服塔壁效應(yīng)，塔徑與填料尺寸比值至少在8以上，每段填料層的高度應(yīng)為塔徑的3倍左右。填料塔的空塔氣速不宜過大，一般取0.51.5kPa/m，液氣比（L/G）為0.52.0kg/kg（溶解度很小的氣體除外）。但在本次的課程設(shè)計(jì)中，煙氣的流量非常的大，還要保證脫硫效率在99.9%。所以，所設(shè)計(jì)出的填料塔直徑就非常大，原本填料層的高度是很大的，但由于塔徑很大，所以填料層就不分層了。通過有害氣體工程設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步消化和鞏固本門課程所學(xué)內(nèi)容，也使所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，達(dá)到學(xué)以致用的目的。培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行氣態(tài)污染工程設(shè)計(jì)的初步能力。通過設(shè)計(jì)，了解氣態(tài)污染物工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法和步驟，培養(yǎng)了我們確定氣態(tài)污染物控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程制圖、實(shí)用技術(shù)資料、編寫設(shè)計(jì)說明書等能力。當(dāng)