填料塔脫硫系統(tǒng)要點.doc

有害氣體控制工程課程設計填料塔脫硫系統(tǒng)姓名： 徐悅心 專業(yè)班級： 環(huán)工09K1 學號： 091905010122 指導教師： 呂建燚 設計時間： 2012年6月 目錄一、緒論31.1設計目的31.2設計任務31.3設計資料3二、填料塔的設計與計算42.1填料塔的基本知識42.2填料的基本知識42.3填料塔的內件52.4填料塔塔徑的計算52.5填料層高度的計算82.6填料層壓降的計算102.7填料塔塔輔助設備的設計102.8填料塔結構簡圖12三、煙氣脫硫系統(tǒng)流程圖13四、參考文獻13一、緒論填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質設備之一。而塔填料塔內件及工藝流程又是填料塔技術發(fā)展的關鍵。聚丙烯材質填料作為塔填料的重要一類，在化工上應用較為廣泛，與其他材質的填料相比，聚丙烯填料具有質輕、價廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優(yōu)點，但其明顯的缺點是表面潤濕性能。1.1設計目的通過有害氣體控制工程課程設計，進一步消化和鞏固本門課程所學內容，并使所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)學生運用所學理論知識進行氣態(tài)污染物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、使用技術資料、編寫設計說明書等能力。1.2設計任務某燃煤電廠需對產生的煙氣進行脫硫，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，并且達到要求的排放標準。1.3設計資料一 、工藝流程：采用填料塔設計二 、煙氣參數(shù)：煙氣流量: 2106m3/h.煙氣成分：SO2濃度5000mg/m3煙氣平均分子量：30.5煙氣溫度：150C煙氣壓力：1.01105Pa氣膜傳質分系數(shù)kG=1.8910-5 kmol/m2.s.kPa三、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濃度為0。L=1000kg/ m3；=18kg/kmol（平均分子量）液膜傳質分系數(shù)kL=3.5410-4m/s四、操作參數(shù)：泛點率：85%液氣比 L/G=4L/ m3吸收反應溫度：60C五、氣象資料：氣溫 25C ,1atm六、填料性能：50mm金屬環(huán)鞍填料（亂堆）填料比表面積：75m2/ 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/ m3七、 設計要求：要求脫硫效率99.9%，計算出填料層壓降。畫出填料塔的結構圖，標出參數(shù)（包括填料塔高度、直徑）。二、填料塔的設計與計算2.1填料塔的基本知識填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。填料塔具有生產能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太適合等。22填料的基本知識填料是造成氣液兩相充分接觸從而實現(xiàn)相間熱、質傳遞的主要構件。因此，填料特性對填料塔的流體力學性能和傳質性能將起重要影響。填料塔的性能優(yōu)劣，關鍵取決于填料。所以，對填料的基本要求有：要有較大的比表面積；要求有較高的空隙率；經(jīng)濟、使用及可靠。填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。規(guī)整填料是按一定的幾何構形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。2.3填料塔的內件填料塔的內件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選擇和設計塔內件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質性能十分重要。2.4填料塔塔徑的計算已知條件：液氣比L/G=4L/，煙氣流量為， 吸收液體積流量為一、泛點氣速爐氣的質量流量：爐氣的密度：吸收液體積流量為吸收液密度： 吸收液質量流量為 有橫坐標：查?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖得縱坐標為0.13 液體校正系數(shù)，填料因子，液相粘度 泛點氣速填料層的泛點和壓強降的通用關聯(lián)圖（ECKERT圖）二、空塔氣速的計算塔徑圓整，取直徑為15m。三、核算液體噴淋密度因填料尺寸小于75mm（50mm），所以最小潤濕速率?。挥忠阎缺砻娣e。 最小噴淋密度 操作條件下的噴淋密度 ，符合要求。2.5填料層高度的計算一、液體的總分子濃度：二、塔頂組分B的濃度:氫氧化鈉的質量濃度為5%三、煙氣的摩爾流量：四、二氧化硫的摩爾流量：五、惰性氣體的摩爾流量：六、塔頂與塔底的二氧化硫摩爾分數(shù)和分壓：塔底：塔頂： 七、根據(jù)液氣比可得惰性組分的液氣比八、由 可得 b=2 用氫氧化鈉水溶液吸收時，物料衡算方程為：整理得：代入數(shù)據(jù)得： 塔底處九、計算塔頂和塔底的臨界濃度令擴散系數(shù)在塔頂臨界濃度：在塔底臨界濃度：由此可見，無論是塔頂或塔底，活性組分氫氧化鈉的濃度都超過了臨界濃度，化學反應僅發(fā)生在界面上，因此可認為全塔內均有氣膜控制。傳質速率方程為： 十、填料層高度h：2.6填料層壓降的計算壓降計算可采用埃克特通用關聯(lián)圖。由空塔氣速u=3.19m/s可計算出縱坐標0.094，又橫坐標值為0.135，所以將二者交匯于圖中的等壓線上，可從圖中讀出壓降為1509.815.15=7.58KPa。2.7填料塔塔輔助設備的設計一、由上可知，填料塔填料層高度為5.15m，塔徑為15m。二、設填料塔噴淋層高度為1.2m，液體再分布層為2.4m，塔頂和塔底超高各0.5m。故，填料塔總高位9.75m。三、填料支承裝置的選擇：填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內液體的重量，同時保證氣液兩相順利通過。支承若設計不當，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。為使氣體能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應大于填料的空隙率。此外，應考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設計時應取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對塔內氣液的流動狀態(tài)也會產生影響，因此作為填料支承裝置，除考慮其對流體流動的影響外，一般情況下填料支承裝置應滿足如下要求：足夠的強度和剛度，以支持填料及所持液體的重量（持液量），并考慮填料空隙中的持液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動，機械震動，溫度波動等因素。足夠的開孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%以上，且應大于填料的空隙率。此外，應考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設計時應取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產生攔液現(xiàn)象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛12。結構上應有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產生較大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；結構簡單，便于加工制造安裝和維修。要有一定的耐腐蝕性。因柵板支承板結構簡單，制造方便，滿足題目各項要求，故選用柵板支承板。四、填料壓緊裝置：為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床能夠穩(wěn)定，防止高氣相負荷或負荷突然變動時填料層發(fā)生松動，破壞填料層結構，甚至造成填料損失，必須在填料層頂部設置填料限定裝置。填料限定可分為類：一類是將放置于填料上端，僅靠自身重力將填料壓緊的填料限定裝置，稱為填料壓板；一類是將填料限定在塔壁上，稱為床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料發(fā)生移動撞擊，造成填料破碎。床層限定板多用于金屬和塑料填料，以防止由于填料層膨脹，改變其開始堆積狀態(tài)而造成的流體分布不均勻的現(xiàn)象。一般要求壓板和限制板自由截面分率大于70%。本任務由于使用塑料填料，故選用床層限定板。五、液體再分布器：液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設置于填料塔內，用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對填料塔效率影響很大，分布器的設計不當，液體預分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也很難得到滿意的分離效果。因而液體分布器的設計十分重要。特別對于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性能良好的液體分布器。液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設計液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結構尺寸。對液體分布器的選型和設計，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調整水平。液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一般多以液體流動的推動力或按結構形式分。若按流動推動力可分為重力式和壓力式，若按結構形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。溢流型液體分布器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。根據(jù)本吸收的要求和物系的性質可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應應依所用填料所需的質量分布要求決定，噴淋點密度應遵循填料的效率越所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律。2.8填料塔結構簡圖（其中支撐柵板、液體再分布器、填料壓網(wǎng)以及液體分布裝置在此忽略不計。1.2m0.5m9.75m10 9 20.5m2.5m5.15m4.72m 1345678填料塔結構簡圖其中：1氣體入口；2液體入口；3支撐柵板；4液體再分布器；5塔殼；6填料；7填料壓網(wǎng)；8液體分布裝置；9液體入口；10氣