填料塔脫硫系統(tǒng)課程設計

1、一、設計目的通過有害氣體工程設計，進一步消化和鞏固本門課程所學內(nèi)容，并使所學知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)學生運用所學理論知識進行氣態(tài)污染工程設計的初步能力。通過設計，了解氣態(tài)污染物工程設計的內(nèi)容、方法和步驟，培養(yǎng)學生確定氣態(tài)污染物控制系統(tǒng)的設計方案、設計計算、工程制圖、實用技術資料、編寫設計說明書等能力。二、設計任務： 某燃煤電廠需對產(chǎn)生的煙氣進行脫硫，以滿足環(huán)境保護要求，要求設計的凈化系統(tǒng)效果要好，操作方便，投資省，并且達到要求之排放標準。三、設計資料 ：1 工藝流程：采用填料塔設計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。吸收塔進口液相吸收質(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)：泛點率：85% 液氣比 L/G=4L/ m3 吸收反應溫度：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 設計要求：要求脫硫效率99.9%，計算出填料塔壓降。畫出填料塔的結構圖，標出參數(shù)（包括填料塔的高度、直徑）。設計說明書：一、填料塔1.1 填料塔的概念及特點：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，氣相則在壓強差推動下穿過填料的間隙，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行的。填料塔不僅結構簡單，而且有阻力小和便于使用耐磨材料制造等優(yōu)點，尤其對直徑較小的塔處理有腐蝕性的物料時，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、實用及可靠；2、 填料塔的附屬結構填料塔的附屬結構主要有支承板、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，它應該有足夠的強度，允許氣體和液體能自由的通過。支承板的自由截面不應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)的壁流效應的，每隔一定高度的填料層設置一個在分布器。（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，同時還能防止液體流入進氣管。（6） 排液裝置為了克服液體流過填料層時向塔壁匯集的傾向，以使液體亦能充分潤濕塔中心的填料，當填料層高度較大時，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，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、 設計計算2.1 煙氣的設計計算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 進入吸收塔煙氣的總摩爾流量：計算得：V=57439.28kmol/h煙氣質(zhì)量流量：=1751898.04kg/h煙氣密度：的質(zhì)量流量：進入吸收塔煙氣的摩爾流量：2.2 吸收液的設計計算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 泛點氣速的計算采用?？颂仃P聯(lián)圖計算泛點氣速通用關聯(lián)圖的橫坐標為，縱坐標通用關聯(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)及亂堆填料的泛點線，與泛點線相對應的縱坐標中空塔氣速u應為泛點氣速。若已知氣液兩相流量比及各自的密度，則可算出圖中橫坐標的值，由此點作垂線與泛點線相交，再由交點做平行線至縱坐標，從而求得泛點氣速。橫坐標=由設計要求可知，采用亂堆填料查埃克特通用關

8、聯(lián)圖得：=0.14泛點氣速：=3.81m/s則空塔氣速：u=3.24m/s2.3.3 塔徑的計算塔徑為： 圓整塔徑，取15m泛點率校核： 空塔氣速：泛點率：(<85%在允許范圍內(nèi)）由設計資料可知：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櫇袼俾省Ｋ^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。（對于直徑不超過75mm的拉西環(huán)及其他填料，可??；對于直徑大于75mm的環(huán)形填料，應取。）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： 計算可知：U>所以，塔徑選15m合理

9、2.3.5 填料層高度的計算已知：進入吸收塔煙氣的總摩爾流量：V=57439.28kmol/h 氣象壓強：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)進入吸收塔總煙氣中的摩爾分數(shù)：煙氣進口分壓：煙氣出口分壓：液相總濃度：塔頂處：由設計資料可以知道，NaOH與發(fā)生極快不可逆反應。吸收塔進口液相吸收質(zhì)濃度所以，進行即快速不可逆化學吸收，化學反應式為：由化學反應可知：b=2用高濃度活性組分NaOH吸收時，物料衡算方程式為： 代入已知數(shù)據(jù)得： 用此關系可求出塔底處： 計算一下塔底和塔頂?shù)呐R界濃度：令則在塔頂： 計算得： 在塔底： 計算得

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，化學反應僅發(fā)生在界面上，因此可以認為全塔內(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反應，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 填料層壓降的計算：采用埃克特關聯(lián)圖計算填料層壓降，根據(jù)已知數(shù)據(jù)，分別求出縱坐標和橫坐標的值，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?？账馑伲簎=3.14m/s橫坐標為：縱坐標：由埃克特關聯(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填料塔實際

11、高度的計算及設計圖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，應取大一點，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)畫填料塔的設計圖如下： 三、總結經(jīng)過一個星期的時間，終于完成了對填料塔的設計，在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了許許多多在日常學習過程中沒有發(fā)現(xiàn)的問題，對許多的概念有了深度的認識，一些參數(shù)的大小會對填料塔的脫硫效率或者會導致“范液現(xiàn)象”、“液封”等現(xiàn)象

12、的發(fā)生。對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，氣體通過填料時的阻力較小。為了克服液體流過填料層時向塔壁匯集的傾向，以使液體亦能充分潤濕塔中心的填料，當填料層高度較大時，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，塔徑與填料尺寸比值至少在8以上，每段填料層的高度應為塔徑的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）。但在本次的課程設計中，煙氣的流量非常的大，還要保證脫硫效率在99.9%。所以，所設計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計，能夠進一步消化和鞏固本門課程所學內(nèi)容，也使所學知識系統(tǒng)化，達到學以致用的目的。培養(yǎng)我們運用所學理論知識進行氣態(tài)污染工程設計的初步能力。通過設計，了解氣態(tài)污染物工程設計的內(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)的設計方案、設計計算、工程制圖、實用技術資料、編寫設計說明書等能力。當