填料塔脫硫系統(tǒng)要點(diǎn)

1、 有害氣體控制工程課程設(shè)計(jì)填料塔脫硫系統(tǒng)姓名：徐悅心專業(yè)班級(jí)：環(huán)工09K1學(xué)號(hào)：091905010122指導(dǎo)教師：呂建燚設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年6月目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 一、緒論31.1設(shè)計(jì)目的3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2設(shè)計(jì)任務(wù)3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.3設(shè)計(jì)資料3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 二、填料塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算4 H

2、YPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1填料塔的基本知識(shí)4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.2填料的基本知識(shí)4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.3填料塔的內(nèi)件& HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.4填料塔塔徑的計(jì)算52.5填料層高度的計(jì)算8 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 2.6填料層壓降的計(jì)算10 HYPERLINK l book

3、mark60 o Current Document 2.7填料塔塔輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 2.8填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖12 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 三、煙氣脫硫系統(tǒng)流程圖13 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 四、參考文獻(xiàn)13一、緒論填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。而塔填料塔內(nèi)件及工藝流程又是填料塔技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。聚丙烯材質(zhì)填料作為塔填料的重要一類，在

4、化工上應(yīng)用較為廣泛，與其他材質(zhì)的填料相比，聚丙烯填料具有質(zhì)輕、價(jià)廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但其明顯的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能。1.1設(shè)計(jì)目的通過有害氣體控制工程課程設(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)的知識(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)污染物工程設(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、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計(jì)說明書等能力。1.2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)到要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。1.3設(shè)計(jì)資料一、工藝流程

5、：采用填料塔設(shè)計(jì)二、煙氣參數(shù)：煙氣流量:2X106m3/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：1.01X105Pa氣膜傳質(zhì)分系數(shù)k=1.89X10-5kmol/m2.s.kPaG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(yīng)。吸收塔進(jìn)口液相吸收質(zhì)濃度為0。p=1000kg/m3；m=18kg/kmol(平均分子量)LL液膜傳質(zhì)分系數(shù)kL=3.54X10-4m/s四、操作參數(shù)：泛點(diǎn)率：85%液氣比L/G=4L/m3吸收反應(yīng)溫度：60C五、氣象資料：氣溫25C,1atm六、填料性能：50mm金屬環(huán)鞍

6、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=60.75m2/m3七、設(shè)計(jì)要求：要求脫硫效率99.9%，計(jì)算出填料層壓降。畫出填料塔的結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)出參數(shù)（包括填料塔高度、直徑）。二、填料塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1填料塔的基本知識(shí)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(dòng)。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(shè)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(jìn)行傳質(zhì)。

7、填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)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(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。22填料的基本知識(shí)填料是造成氣液兩相充分接觸從而實(shí)現(xiàn)相間熱、質(zhì)傳遞的主要構(gòu)件。因此，填料特性對(duì)填料塔的流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能將起重要影響。填料塔的性能優(yōu)劣，關(guān)鍵取決于填料。所以，對(duì)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(jì)、使用及可靠。

8、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(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。2.3填料塔的內(nèi)件填料塔的內(nèi)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(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。2.4填料塔塔徑的計(jì)算已知條件：液氣比L/G=4L/m3，煙氣流量為

9、2x106m3/h,:.吸收液體積流量為8x106L/h=8x103m3/h一、泛點(diǎn)氣速的計(jì)算:爐氣的質(zhì)量流量：O=2x10 x273x30.5=1.75x106kg/hv22.4273+150101.3爐氣的密度：1.75x106p二二二0.875kg/m3VV2x106S吸收液體積流量為Q=GqG丿二4x2x106二8x106Kg/LV吸收液密度：P=1000kg/m3L8x106Kg/h吸收液質(zhì)量流量為=Q-P=8x106x1000 x10-3=LLLwP有橫坐標(biāo)：（注）0-5wPVL8X106X（怦0-51.75x1061000二0.135查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得縱坐標(biāo)為0.13仕0.90

10、3mPas液體校正系數(shù)屮=水=1，填料因子0110/m，液相粘度PL3.75m/s泛占?xì)馑賣匸-3X9-81x1000f屮pu0-2110 x1x0.875x0.9030-2wPL(V)0.5wPVL填料層的泛點(diǎn)和壓強(qiáng)降的通用關(guān)聯(lián)圖(ECKERT圖)二、空塔氣速的計(jì)算U二-85UF二3-19m/S二14.89m:4x2x106kx3.19x36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(rùn)濕速率(L)取.8m3/(m-h)；Wmin又已知比表面積b=75m3/m3。/.最小噴淋密度U=(L)b=0.08x75=6m3/(m2-h)minWmin8x10

11、3x4操作條件下的噴淋密度U=45.27m3/(m2/h)兀x152UU，符合要求。min2.5填料層高度的計(jì)算、液體的總分子濃度CT：1000IF=55.56kmol/m3nmpVpV-mv-mv-MLLL二、塔頂組分B的濃度:氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為5%c=x5%=x5%=1.25kmol/m3B2M40三、煙氣的摩爾流量G煙:2x106x103224273101x237+150101.3x1=5.75x107mol/h6.28x104kmol/hTOC o 1-5 h z四、二氧化硫的摩爾流量G:SO2小5000 x10-3G=x2x106=156.25kmol/hSO264五、惰性氣體的摩

12、爾流量G:惰G=G-G=6.26x104kmol/h惰煙SO2GG/(A3600)6.26x104十36000.08649kmol/(n2s)惰兀x1624六、塔頂與塔底的二氧化硫摩爾分?jǐn)?shù)和分壓156.252.72x10-3KPa5.75x104塔底:yA1PA1Py2.72x10-3x1012.74x10-1KPa總A1塔頂:yA2二y(1-n)二2.72x10-x(1-0.999)二2.72x10-6KPaA1PA2py101x2.72x10-62.74x10-4KPa總A2七、根據(jù)液氣比L/G二4L/m3可得惰性組分的液氣比纟惰W1-2.72x10-30.25m3/LL4八、由SO+2N

13、aOHNaSO+HO可得b=22232用氫氧化鈉水溶液吸收時(shí)，物料衡算方程為:G(p-p)-PAA21Lx-bCT(CB-CB2)G(pLA整理得:L-P)=-A21L(CCbCBT-C)B2代入數(shù)據(jù)得:0.25(PA-2.75x10-4)C=1.250.277PBA塔底處C1.25-0.277x0.2741.174kmol/m3B1九、計(jì)算塔頂和塔底的臨界濃度DD令擴(kuò)散系數(shù)DADB在塔頂臨界濃度:DkCbaxgxP2.94x10-5kmol/m3CKP2DkA2B2BL在塔底臨界濃度:DkC二bAXGXPKP1DkA1BL二0.029kmol/m3CB1由此可見，無(wú)論是塔頂或塔底，活性組分氫

14、氧化鈉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，因此可認(rèn)為全塔內(nèi)均有氣膜控制。傳質(zhì)速率方程為：GAGfdph=fPA1AppA2kapGA十、填料層高度h：0.0865pxInAi=5.15m101x1.89x10-5x60.75pA22.6填料層壓降的計(jì)算壓降計(jì)算可采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖。由空塔氣速u=3.19m/s可計(jì)算出縱坐標(biāo)u2屮p-U0.2vL=0.094,又橫坐標(biāo)值為0.135，所以將二者交匯于圖中的等壓線上，可g-PL從圖中讀出壓降為150X9.81x5.15=7.58KPa。2.7填料塔塔輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)一、由上可知，填料塔填料層高度為5.15m，塔徑為15m。二、設(shè)填料塔噴

15、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(nèi)液體的重量，同時(shí)保證氣液兩相順利通過。支承若設(shè)計(jì)不當(dāng)，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(duì)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(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對(duì)塔內(nèi)氣液的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響，因此作為填料支承裝置，除

16、考慮其對(duì)流體流動(dòng)的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求：足夠的強(qiáng)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(dòng)，機(jī)械震動(dòng)，溫度波動(dòng)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(duì)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(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛12。結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力（

17、一般阻力不大于20Pa）；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，滿足題目各項(xiàng)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(fù)荷或負(fù)荷突然變動(dòng)時(shí)填料層發(fā)生松動(dòng)，破壞填料層結(jié)構(gòu)，甚至造成填料損失，必須在填料層頂部設(shè)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(dòng)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

18、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(wù)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(shè)置于填料塔內(nèi)，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(duì)填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)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(shè)計(jì)十分重要。特別對(duì)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(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)），各布液點(diǎn)均勻性，各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定，設(shè)計(jì)液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)液體分布器的選型和設(shè)計(jì)，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(diào)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(dòng)的推動(dòng)力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動(dòng)推動(dòng)力可分為重力式和壓力式，若按結(jié)構(gòu)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(zhì)