水吸收低濃度二氧化硫填料吸收塔設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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水吸取低濃度SO2填料吸取塔設(shè)計(jì)第一部份設(shè)計(jì)任務(wù)、根據(jù)和規(guī)定設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件一、混合氣體(空氣中含SO2氣體的混合氣體)處置量為90kmol/h二、混合氣體構(gòu)成:SO2含量為%(摩爾比例),空氣為:%(mol/%)3、規(guī)定出塔凈化氣含SO2為:%(mol/%),H2O為:kmol/h4、吸取劑為水,不含SO2五、常壓,氣體入塔溫度為25°C,水入塔溫度為20設(shè)計(jì)內(nèi)容一、設(shè)計(jì)方案的必定二、填料吸取塔的塔徑、填料層高度及填料層壓強(qiáng)的計(jì)算。3、填料塔附屬構(gòu)造的選型與設(shè)計(jì)。4、填料塔工藝條件圖。H2O-SO2在常壓20°Cxyxy氣體與液體的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)氣體的物理性質(zhì):氣體粘度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?氣體擴(kuò)散系數(shù)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?氣體密度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?液體的物理性質(zhì):液體粘度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?液體擴(kuò)散系數(shù)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?液體密度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?液體表面張力SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?設(shè)計(jì)規(guī)定一、設(shè)計(jì)計(jì)算闡明書一份二、填料塔圖(2號(hào)圖)一張第二部份SO2凈化技術(shù)和設(shè)備一、SO2的來(lái)源、性質(zhì)及其危害:一、二氧化硫的來(lái)源二氧化硫的來(lái)源很普遍,幾乎全部公司都要產(chǎn)生二氧化硫,最重要途徑是含硫化石燃料的燃燒。大概一噸煤中含有5-50kg硫,一噸石油中含有5-30kg硫。這些燃料經(jīng)燃燒都產(chǎn)生并排放出二氧化硫,占全部排放總量的96%.二氧化硫的來(lái)源涉及微生物活動(dòng),火山活動(dòng),叢林火災(zāi)和海水飛沫。重要有自然來(lái)源和人為來(lái)源兩大類:自然來(lái)源主如果火山活動(dòng),噴出的火山氣體中含有大量的二氧化硫氣體,地質(zhì)深處的天然硫元素在火山噴發(fā)進(jìn)程中燃燒氧化為二氧化硫,隨火山灰一路噴射到大氣中。地球上57%的二氧化硫來(lái)自自然界,沼澤、洼地、大陸架等處所排放的硫化氫,進(jìn)入大氣,被空氣中的氧氧化為二氧化硫。自然排放大概占大氣中全數(shù)二氧化硫的二分之一,通過(guò)自然循環(huán)進(jìn)程,自然排放的硫大致上是平衡的。人為來(lái)源則指在人類進(jìn)行生產(chǎn)、生活活動(dòng)中,運(yùn)用含硫及其化合物的礦石進(jìn)行燃燒,和硫礦石的冶煉和硫酸、磷肥紙漿的生產(chǎn)等產(chǎn)生的工業(yè)廢氣,從而使其中一部份或全數(shù)的硫以二氧化硫的形式排放到大氣中,形成二氧化硫污染。這部份二氧化硫占地球上二氧化硫來(lái)源的43%。隨著化石燃料消費(fèi)量的不停增加,全世界覺(jué)得排放的二氧化硫在不停在增加,其中北半球排放的二氧化硫占人為排放總量的90%。我國(guó)的能源重要依靠煤炭和石油,而我國(guó)的煤炭、石油普通含硫量較高,因此,火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、冶煉廠、化工廠和煉油廠排放出的大量二氧化硫和二氧化碳是造成我國(guó)大氣污染的重要因素。由于我國(guó)部份地區(qū)燃用高硫煤,燃煤設(shè)備未能采用脫硫措施,致使二氧化硫排放量不停增加,造成嚴(yán)峻的環(huán)境污染。二、二氧化硫的性質(zhì)物理性質(zhì):二氧化硫又名亞硫酸酐,英文名稱:sulfurdioxide。無(wú)色氣體,有強(qiáng)烈刺激性氣味。分子量密度為m3(原則狀況下),密度比空氣大。溶解度:mL(25℃)熔點(diǎn)-℃()沸點(diǎn)-10℃(263K)蒸汽壓(2538mmHg,℃)易溶于水,在水中溶解度為%(25℃);易容于甲醇和乙醇;容于硫酸、乙酸、氯仿和乙醚等。易液化(mp:-10℃)?;瘜W(xué)性質(zhì):二氧化硫是一種酸性氧化物,它極易溶于水,其水溶液呈酸性,為亞硫酸水溶液。事實(shí)上,二氧化硫水溶液中成分為SO2·7H2O,僅含有微量的亞硫酸,可是亞硫酸鹽含有亞硫酸根離子。所謂的亞硫酸水溶液能被空氣逐步氧化成硫酸,其濃度越低氧化越快,并且一經(jīng)加熱就會(huì)有自行氧化。二氧化硫在完全燃燒干燥時(shí)幾乎不與氧氣發(fā)生反映,當(dāng)在有初生態(tài)氧的燃燒環(huán)境下,或?qū)Χ趸蚺c氧氣的混合物進(jìn)行放電,則有氧化反映發(fā)生。氧化性:SO2+2H2S=3S+2H2O;還原性:能被Cl2、Br2、I2、Fe3+、KMnO4、HNO3等強(qiáng)氧化劑氧化成高價(jià)態(tài)硫元素。SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX3、二氧化硫的危害二氧化硫?qū)θ梭w及動(dòng)物健康的危害:主如果對(duì)眼角膜和上呼吸道粘膜的強(qiáng)烈刺激作用。其濃度與反映關(guān)系以下:毫克/立方米時(shí)無(wú)不良反映;毫克/立方米時(shí),普遍感到上呼吸道及眼睛的刺激;毫克/立方米時(shí),短時(shí)刻作用即可反射性的引發(fā)器官、支氣管光滑肌收縮,使呼吸道阻力增加。普通覺(jué)得空氣中二氧化硫濃度達(dá)毫克/立方米,對(duì)人體健康即為有危害,長(zhǎng)久接觸重要引發(fā)鼻、咽、支氣管,嗅覺(jué)障礙和尿中硫酸鹽增加。吸入高濃度二氧化硫,可引發(fā)支氣管炎、肺炎,嚴(yán)峻時(shí)可發(fā)生肺水腫及呼吸中樞麻痹。二氧化硫進(jìn)入呼吸道后,因其易溶于水,故大部份被阻滯在上呼吸道,在濕潤(rùn)的粘膜上生成含有侵蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽,使刺激作用增強(qiáng)。上呼吸道的光滑肌因有末梢神經(jīng)感受器,遇刺激就會(huì)產(chǎn)生窄縮反映,使氣管和支氣管的管腔縮小,氣道阻力增加。上呼吸道對(duì)二氧化硫的這種阻留作用,在必然程度上可減輕二氧化硫?qū)Ψ尾康拇碳?。但進(jìn)入血液的二氧化硫仍可通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)肺部產(chǎn)生刺激作用。二氧化硫進(jìn)入血液可引發(fā)全身性毒作用,破壞酶的活性,影響糖及蛋白質(zhì)的代謝;對(duì)肝臟有必然損害。液態(tài)二氧化硫可使角膜蛋白質(zhì)變性引發(fā)視力障礙。二氧化硫與煙塵同時(shí)污染大氣時(shí),兩者有協(xié)同作用。因煙塵中含有多個(gè)重金屬及其氧化物,能催化二氧化硫形成毒性更強(qiáng)的硫酸霧。因加重其毒性作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,二氧化硫慢性中毒后,機(jī)體的免疫受到明顯克制。大量吸入可引發(fā)肺水腫、喉水腫、聲帶痙攣而致窒息。急性中毒:輕度中毒時(shí),發(fā)生流淚、畏光、咳嗽,咽、喉灼痛等;嚴(yán)峻中毒可在數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)生肺水腫;極高濃度吸入可引發(fā)反射性聲門痙攣而致窒息。皮膚或眼接觸發(fā)生炎癥或灼傷。慢性影響:長(zhǎng)久低濃度接觸,可有頭痛、頭昏、乏力等全身癥狀和慢性鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、嗅覺(jué)及味覺(jué)消退等。少數(shù)工人有牙齒酸蝕癥。二氧化硫濃度為10~15ppm時(shí),呼吸道纖毛運(yùn)動(dòng)和粘膜的分泌功效均能受到克制。濃度達(dá)20ppm時(shí),引發(fā)咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入濃度為100ppm8小時(shí),支氣管和肺部出現(xiàn)明顯的刺激癥狀,使肺組織受損。濃度達(dá)400ppm時(shí)可令人產(chǎn)生呼吸困難。二氧化硫與飄塵一路被吸入,飄塵氣溶膠微??砂讯趸驇У椒尾渴苟拘栽黾?~4倍。若飄塵表面吸附金屬微粒,在其催化作用下,使二氧化硫氧化為硫酸霧,其刺激作用比二氧化硫增強(qiáng)約1倍。長(zhǎng)久生活在大氣污染的環(huán)境中,由于二氧化硫和飄塵的聯(lián)合作用,可促使肺泡纖維增生。若是增生范疇涉及普遍,形成纖維性病變,進(jìn)展下去可使纖維斷裂形成肺氣腫。二氧化硫能夠增強(qiáng)致癌物苯并(α)芘的致癌作用。據(jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn),在二氧化硫和苯并(α)芘的聯(lián)合作用下,動(dòng)物肺癌的發(fā)病率高于單個(gè)因子的發(fā)病率,在短時(shí)刻內(nèi)即可誘發(fā)肺部扁平細(xì)胞癌。二氧化硫?qū)χ参锏奈:Γ捍髿庵泻趸蛱?,?duì)葉子的危害第一是對(duì)葉肉的海綿狀軟組織部份,第二是對(duì)柵欄細(xì)胞部份。侵蝕開(kāi)始時(shí),葉子出現(xiàn)水滲入現(xiàn)象,專門是介于葉邊和葉脈之間的部份損害特別嚴(yán)峻。干燥后,受影響的葉臉部份呈白色或乳白色。若是二氧化硫的濃度為()×SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?,并持續(xù)幾天后,就會(huì)對(duì)敏感性植物產(chǎn)生慢性損害。二氧化硫直接進(jìn)入氣孔,葉肉中的植物細(xì)胞使其轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽,再轉(zhuǎn)化成硫酸鹽。當(dāng)過(guò)量的二氧化硫存在時(shí),植物細(xì)胞就不能盡快地把亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化成硫酸鹽,并開(kāi)始破壞細(xì)胞構(gòu)造。菠菜,萵苣和其它葉狀蔬菜對(duì)二氧化硫最為敏感。棉花和苜蓿也都很敏感。松針也受其影響,不管葉尖或是整片針葉都會(huì)變成褐色,并且很脆弱。二氧化硫?qū)ㄖ锛捌渌奈:Γ捍髿庵械亩趸蚣捌渖傻乃犰F、酸滴等,能使金屬表面產(chǎn)生嚴(yán)峻的侵蝕,使紡織品、紙品、皮革制品等侵蝕破損,使金屬涂料變質(zhì),減少其保護(hù)效果。造成金屬侵蝕最為有害的污染物普通是二氧化硫,已觀察到都市大氣中金屬的侵蝕率約是農(nóng)村環(huán)境中侵蝕率的倍。溫度特別是相對(duì)濕度皆明顯影響著侵蝕速度。含硫物質(zhì)或硫酸會(huì)侵蝕多個(gè)建筑材料,如石灰石、大理石、花崗巖、水泥砂漿等,這些建筑材料先形成較易溶解的硫酸鹽,然后被雨水沖洗掉。尼龍織物,特別是尼龍管道等,其老化顯然是由二氧化硫或硫酸氣溶膠造成的。長(zhǎng)久的酸雨作用還將對(duì)土壤和水質(zhì)產(chǎn)生不可估計(jì)的損失,對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)峻的影響。二、SO2的凈化技術(shù):二氧化硫不僅在大氣中形成酸雨,造成空氣污染,并且嚴(yán)峻侵蝕鍋爐尾部設(shè)備,影響生產(chǎn)和安全運(yùn)行。電站鍋爐是我國(guó)二氧化硫的重要排放源,它的特點(diǎn)是煙氣量大,SO2濃度低,綜合運(yùn)用難度大。在電站煙氣脫硫的運(yùn)行費(fèi)中,脫硫劑的費(fèi)用占有很高比例。我國(guó)發(fā)電用煤的平均含硫量高達(dá)%,因此,電站煙氣脫硫?qū)ξ覈?guó)來(lái)講更為重要??刂芐O2排放的工藝按其在燃燒進(jìn)程中所處位置可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫三種。燃燒前脫硫主如果洗煤、煤的氣化和液化。洗煤可用作脫硫的輔助手腕,經(jīng)濟(jì)合用的煤氣化和液化技術(shù)在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)當(dāng)中。就燃燒中脫硫的型煤和循環(huán)流化床燃燒來(lái)講,燃用型煤比直接燃用原煤節(jié)煤又干凈,較多用于中小鍋爐上?,F(xiàn)在應(yīng)用的脫硫方式,大致可分為兩類,即干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫:該法是用粉狀、粒狀吸取劑,吸附劑或催化劑去除廢氣中的二氧化硫。干法的最大優(yōu)點(diǎn)是治理中無(wú)廢水、廢酸排出,減少了二次污染;缺點(diǎn)是脫硫效率低,設(shè)備龐大,操作規(guī)定高。濕法脫硫:該法是采用液體吸取劑如水或堿溶液洗滌含二氧化硫的煙氣,通過(guò)吸取去除其中的二氧化硫,濕法脫硫所用設(shè)備較簡(jiǎn)樸,操作容易,脫硫效率較高。但脫硫后煙氣溫度減少,于煙囪排煙擴(kuò)散不利。由于運(yùn)用不同的吸取劑可獲得不同的副產(chǎn)物而加以運(yùn)用,因此濕法是全國(guó)研究最多的方式。濕法脫硫效率較高,并且設(shè)備簡(jiǎn)樸,操作運(yùn)行方便,運(yùn)行本錢低,產(chǎn)生的副產(chǎn)物如硫酸鹽和壓硫酸鹽,可回收運(yùn)用,作為工業(yè)原料。因此在本設(shè)計(jì)當(dāng)選用濕法脫硫。三、吸取設(shè)備:板式塔與填料塔的比較普通為了強(qiáng)化吸取進(jìn)程,減少設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用,規(guī)定吸取設(shè)備應(yīng)知足下列大致規(guī)定:氣液之間應(yīng)有較大的接觸面積和必然接觸時(shí)刻;分離效率高;操作穩(wěn)固,彈性大;對(duì)氣體的阻力??;構(gòu)造簡(jiǎn)樸,制作維修方便,造價(jià)低廉;對(duì)應(yīng)的抗侵蝕能力和防堵塞能力。經(jīng)常運(yùn)用的吸取設(shè)備有噴淋塔、填料塔、板式塔、湍流塔、鼓泡塔等。這里咱們重要比較板式塔和填料塔各自的特點(diǎn):板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板(或稱塔盤),液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底,并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層;氣體則靠壓強(qiáng)差推動(dòng),由塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸,兩相的構(gòu)成沿塔高呈階梯式轉(zhuǎn)變。

填料塔內(nèi)裝有多個(gè)形式的固體填充物,即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上,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(guò)填料的間隙,由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤(rùn)濕表面上進(jìn)行接觸,其構(gòu)成沿塔高持續(xù)地變化。

現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)中,當(dāng)解決量大時(shí)多采用板式塔,而當(dāng)解決量較小時(shí)多采用填料塔。蒸餾操作的規(guī)模往往較大,所需塔徑常達(dá)一米以上,故采用板式塔較多;吸取操作的規(guī)模普通較小,故采用填料塔較多。板式塔與填料塔的比較項(xiàng)目塔型備注板式塔填料塔造價(jià)Ф600下列,安裝較困難普通填料塔Ф800下列造價(jià)普通較板式塔便宜,直徑大則昂貴由于填料塔造價(jià)隨體積幾乎正比的增大,單位體積造價(jià)減少分離效率每塊塔板的效率較穩(wěn)定,大塔效率比小塔效率有所提高工業(yè)塔等板高度與板式塔差不多,但塔徑增大效率下降,高效填料能夠達(dá)成高的分離效率,有助于塔高減少生產(chǎn)能力允許空塔速度較高,生產(chǎn)能力較大允許空塔速度較高,生產(chǎn)能力較小壓降壓降較大壓降小,特別是絲網(wǎng)填料操作彈性浮閥,泡罩等含有大的操作彈性操作彈性較小填料塔采用鮑爾環(huán)等操作彈性有了擴(kuò)大液氣比L/V的范疇液氣比的適應(yīng)范疇大小的L\V時(shí),分離效率差版式塔中,即使L小,仍能保持一定液層,填料塔中噴淋密度太小,就不能充足潤(rùn)濕清洗的方便性清洗較方便清洗費(fèi)時(shí)對(duì)腐蝕介質(zhì)的適應(yīng)性因構(gòu)造復(fù)雜,較難用防腐蝕材料制作,但無(wú)溢流柵板塔等能夠易用防腐蝕材料制作塔中持液量持液量大持液量小,特別是高效絲網(wǎng)填料有助于精密分離塔中換熱的可能性能夠?qū)崿F(xiàn)困難材料規(guī)定普通用金屬材料制作可用非金屬耐腐蝕材料安裝維修較容易較難重量較輕重按照板式塔與填料塔的特點(diǎn)比較,和按照設(shè)計(jì)的條件和規(guī)定,本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用填料塔最為適合。四、填料塔的構(gòu)造:示用意填料塔也是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。它的構(gòu)造很簡(jiǎn)樸,在塔體內(nèi)充填必然高度的填料,其下方有支承板,上方為填料壓板及液體散布裝置。液體自填料層頂部份散后沿填料表面流下而潤(rùn)濕填料表面;氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)下,通過(guò)填料間的間隙由塔的一端流向另一端。氣液兩相間的傳質(zhì)普通是在填料表面的液體與氣相間的界面上進(jìn)行的。

塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料制成,必要時(shí)可在金屬筒體內(nèi)襯以防腐材料。為確保液體在整個(gè)截面上的均勻分布,塔體應(yīng)含有良好的垂直度。

填料塔不僅構(gòu)造簡(jiǎn)樸,并且有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點(diǎn),特別對(duì)于直徑較小的塔、解決有腐蝕性的物料或規(guī)定壓強(qiáng)降小的真空蒸餾系統(tǒng),填料塔都體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。另外,對(duì)于某些液氣比甚大的蒸餾或吸取操作,若采用板式塔,則降液管將占用過(guò)多的塔截面積,此時(shí)也宜采用填料塔。重要構(gòu)造以下所示:重要構(gòu)造作用重要規(guī)定外殼操作系統(tǒng)與環(huán)境的隔離界面要含有一定的強(qiáng)度,需要時(shí)應(yīng)能耐腐蝕填料氣液兩相的接觸元件,實(shí)現(xiàn)過(guò)程操作的核心構(gòu)造含有一定的強(qiáng)度,比表面積大,空隙率大,可使氣、液的解決量大氣體壓力減少填料支承支承填料,并使氣流分布均勻自由截面積大,應(yīng)>=65%。強(qiáng)度大液體分布器使液體均勻地噴淋在填料上噴灑均勻,防堵再分布器為避免液體的壁流效應(yīng),填料層需要分段,在段間使液體集中再重新分布噴灑均勻,截面積大,拉西環(huán)分段每段不超出4m,其它填料不超出5~6m除霧器避免氣速過(guò)大,在塔頂出塔的氣體中帶出大量液體除霧效率高,壓力降小構(gòu)造示用意以下所示:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?五、工藝流程及工藝流程圖氣體從填料塔的下端由鼓風(fēng)機(jī)1鼓入,吸取液由填料塔上端進(jìn)入從塔底流出,進(jìn)行充足的接觸、吸取。送入貯液槽2中加藥、沉淀,然后被水泵打到進(jìn)水管,循環(huán)進(jìn)行吸取。在進(jìn)水管處裝有轉(zhuǎn)子流量計(jì)4,測(cè)量進(jìn)液管中吸取液的流量。SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?第三部份吸取塔的工藝計(jì)算(L、ΔP、D、H)一、吸取劑用量的計(jì)算(最小液氣比)由原始數(shù)據(jù)已知:入口氣體量y1=﹪;出口氣體量y2=﹪低濃度吸取時(shí):Y1=y1Y2=y2入口液體不含二氧化硫因此x2=0SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?由H2O─SO2在常壓20oC的平衡數(shù)據(jù),得X1SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=低濃度時(shí)有GSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?≈G=90kmol/h吸取劑的最小用量:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×G=×90=(kmol/h)L=~SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?,取L=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?吸取劑實(shí)際用量為L(zhǎng)=×=(kmol/h)逆流吸取塔操作示用意以下:YYXX1Y1X2Y2X:表達(dá)水中含有溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)Y:表達(dá)空氣中含有溶質(zhì)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)二、氣液相進(jìn)出口構(gòu)成一、氣相入口構(gòu)成構(gòu)成入口質(zhì)量流速(kg/h)質(zhì)量比例(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾比例(mol%)空氣SO2H2O∑10090100二、氣相出口構(gòu)成構(gòu)成出口質(zhì)量流速(kg/h)質(zhì)量比例(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾比例(mol%)空氣SO2H2O∑1001003、液相入口構(gòu)成組成入口質(zhì)量流量(kg/h)質(zhì)量比例(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾比例(mol%)SO2H2O100100∑1001004、液相出口構(gòu)成構(gòu)成出口質(zhì)量流速(kg/h)質(zhì)量比例(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾比例(mol%)SO2H2O∑100100三、填料的選擇填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好壞,與所選用的填料有直接關(guān)系。填料的種類諸多,可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類。前者有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、波紋填料等。塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)重要的環(huán)節(jié)之一。塔設(shè)備內(nèi)裝入填料的目的是增加兩種介質(zhì)的接觸表面積,從而增進(jìn)傳質(zhì)進(jìn)程的進(jìn)行。良好的填料,應(yīng)含有下列特性:?jiǎn)挝蝗莘e的重量要小(其數(shù)值成為容重,按照填料的堆積方式,即亂堆或整砌而不同),如此可使塔設(shè)備的自重減低,基礎(chǔ)的負(fù)荷減輕.這一特性常以符號(hào)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?(公斤力/米SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)表達(dá)之。比表面積要大(其數(shù)值也因填料的堆砌方式而不同),比表面積就是單位體積填料的總表面積,常以a(米SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/米SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)表達(dá)之.比表面積大即意味著氣液的接觸表面大,有助于傳質(zhì)的進(jìn)行;亦即操作時(shí)可允許較高的氣、液體的流速.但必需注意填料的真正氣液接觸表面,并非必然與比表面積成正比例,而決定于噴淋液所實(shí)際潤(rùn)濕的表面,且也和噴淋液在填料層中的散布有關(guān)。間隙體積要大(其數(shù)值也因填料的堆積方式而不同),間隙體積亦稱自由體積,就是單位體積填料中的總間隙量,常以V(米SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/米SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)表達(dá)之。要有較高的間隙率。單位體積填料層所含有的間隙體積稱為填料的間隙率。以ε表達(dá),其單位為m3/m3。普通說(shuō)來(lái),填料的間隙率多在~范疇之內(nèi)。當(dāng)填料的間隙率較高時(shí),氣、液通過(guò)能力大且氣流阻力小,操作彈性范疇較寬。制造容易,價(jià)錢低廉。含有化學(xué)耐蝕性。含有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,不易破裂,否則損耗變,檢修頻繁,增加操作費(fèi)用。填料的幾何特性數(shù)據(jù):填料的幾何特性數(shù)據(jù)重要涉及比表面積、間隙率、填料因子等,是評(píng)價(jià)填料性能的大致參數(shù)。填料性能的好壞普通按照效率、通量及壓降三要素衡量。在相似的操作條件下,填料的比表面積越大,氣液散布越均勻,表面的潤(rùn)濕性能越好,則傳質(zhì)效率越高;填料的間隙率越大,構(gòu)造越開(kāi)敞,則通量越大,壓降亦越低。填料名稱特性拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料,其構(gòu)造為外徑與高度相等的圓環(huán),可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。拉西環(huán)的缺點(diǎn)是構(gòu)造不敞開(kāi),有效空隙率比實(shí)際空隙率小得多,故壓力降較大;布液能力差,堆放后整個(gè)床層不易宜均勻;向壁偏流嚴(yán)重。鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改善而得。其構(gòu)造為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔,被切開(kāi)的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連,另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲,形成內(nèi)伸的舌葉,諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭,可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔,大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的運(yùn)用率,氣流阻力小,液體分布均勻。與拉西環(huán)相比,含有生產(chǎn)能力大、阻力低、效率高、操作彈性大等特點(diǎn)。在普通狀況下,同樣壓降時(shí),解決量能夠比拉西環(huán)大50%以上;同樣解決量時(shí),壓降可對(duì)應(yīng)減少;傳質(zhì)效率可提高20%左右,故鮑爾環(huán)是現(xiàn)在合用于工業(yè)大塔的一種良好填料。階梯環(huán)填料階梯環(huán)是今年來(lái)新發(fā)展的填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改善。與鮑爾環(huán)相比,階梯環(huán)高度減少了二分之一,并在一端增加了一種錐形翻邊。由于高徑比減少,使得氣體繞填料外壁的平均途徑大為縮短,減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度,并且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主,這樣不僅增加了填料間的空隙,同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的聚集分散點(diǎn),能夠增進(jìn)液膜的表面更新,有助于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán),成為現(xiàn)在所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種?;“疤盍匣“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N,其形狀猶如馬鞍,普通采用瓷質(zhì)材料制成?;“疤盍系奶攸c(diǎn)是表面全部敞開(kāi),不分內(nèi)外,液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng),表面運(yùn)用率高,流道呈弧形,流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊,致使一部分填料表面被重疊,填料表面不能得以充足運(yùn)用,在流體力學(xué)和傳值性能方面均不如弧鞍填料。弧鞍填料強(qiáng)度較差,容易破碎。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)這種填料使用較少。矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面,且兩面大小不等,即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊,液體分布較均勻;強(qiáng)度也較好。它的流體阻力小,解決物料能力大,傳質(zhì)效率高,比鮑爾環(huán)制造方便,是一種性能良好的填料。環(huán)矩鞍填料環(huán)矩鞍填料(國(guó)外稱為Intalox)是兼顧環(huán)形和鞍形構(gòu)造特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料,該填料普通以金屬材質(zhì)制成,故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體,其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán),是工業(yè)應(yīng)用最為普遍的一種金屬散裝填料。共軛環(huán)共軛環(huán)是華南理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種新型填料,是一種高效散堆填料,這種填料的特點(diǎn)是:①在塔內(nèi)堆放時(shí)不會(huì)發(fā)生沿軸向重疊。②其內(nèi)肋構(gòu)造呈共軛形狀,在塔內(nèi)堆放時(shí)很均勻,故使液體在填料表面上的分布均勻。③相鄰填料的內(nèi)肋與表面接觸的點(diǎn)多,能夠加速液體的聚散和表面更新。以上特點(diǎn)使共軛環(huán)對(duì)流體的阻力小,而提供氣、液相接觸的表面大,從而改善了填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性質(zhì)。制造共軛環(huán)填料所需金屬和塑料用量在相似傳質(zhì)單元高度及塔徑下比現(xiàn)在工業(yè)上使用的多個(gè)國(guó)產(chǎn)散堆填料用量少。填料的選擇是一種復(fù)雜的問(wèn)題:1).填料用材的選擇:設(shè)備操作溫度低,塑料能長(zhǎng)久操作無(wú)變形,體系對(duì)塑料無(wú)溶脹的情形下可考慮塑料,因其價(jià)錢低廉,性能良好,有較好的耐侵蝕性。而陶瓷填料普通用于侵蝕性介質(zhì),金屬填料普通耐高溫,但價(jià)錢昂貴。是水吸取低濃度SOSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?,介質(zhì)含有輕微侵蝕性,因此本次課程設(shè)計(jì)用陶瓷填料。2).填料類型的選擇:要在眾多的填料當(dāng)選出最適宜的塔填料,須對(duì)這些填料在規(guī)定的工藝條件下,做出全方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。由于亂堆填料較規(guī)則填料經(jīng)濟(jì),因此本次課程設(shè)計(jì)采用亂堆填料法。對(duì)于不同類型的亂堆填料,同樣的尺寸、材質(zhì)的鮑爾環(huán)在同壓降、處置量比拉西環(huán)達(dá)50%以上,效率高出30%以上。可是,本次課程設(shè)計(jì)的處置量較小,用鮑爾環(huán)浪費(fèi),因此本次課程設(shè)計(jì)選用拉西環(huán)。3).填料尺寸的選擇:普通來(lái)講,填料尺寸小,單位堆積體積的數(shù)量增加,填料層的比表面積增大而間隙減小,氣體的流動(dòng)阻力對(duì)應(yīng)增加。實(shí)踐證明,塔徑與材料外徑的適合比值有一種限值,瓷拉西環(huán)為20-30。拉西環(huán)填料是最古老、最典型的一種填料。由于它構(gòu)造簡(jiǎn)樸,制造容易,價(jià)錢低廉,性能數(shù)據(jù)較齊全和機(jī)械強(qiáng)度高,因此,長(zhǎng)久以來(lái),即使它存在嚴(yán)峻缺點(diǎn),但仍受廠家歡迎,沿用至今。綜上考慮,本次課程設(shè)計(jì)用的填料是:瓷拉西環(huán)Dg25。其:外徑d=25mm比表面積at=190(mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)間隙率SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?(mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)堆積密度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=505(kg/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)臨界表面張力σL=61(dyn/cm)=×10SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?(N/m)濕填料因子SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=400(1/m)四、吸取塔的塔徑和壓強(qiáng)的計(jì)算:一、塔徑的計(jì)算:液相的質(zhì)量流速WSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=h氣相的質(zhì)量流速WSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=h氣體的密度ρG=mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?液相的密度ρL=998.2kg/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?埃克特通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)X=WSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?WSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=查亂堆填料塔液泛速度通用關(guān)聯(lián)圖,橫坐標(biāo)X=的縱坐標(biāo)為Y=縱坐標(biāo)公式Y(jié)=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?式中:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=400mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?為液體校正系數(shù),水的密度和液體的密度之比將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式經(jīng)計(jì)算,得液泛氣速Vf==s實(shí)際氣速取泛點(diǎn)氣速的50%~80%,取65%操作氣速V=Vf·70%=×65%=s氣體處置量Qv=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=(m3/h)=(mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/s)塔徑DT=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=圓整為DT=則塔截面面積A=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=(m2)由DT=,計(jì)算實(shí)際操作的空塔氣速:V=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=0.0.506m/s安全系數(shù)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?==%范疇在50%~80%,因此符合規(guī)定計(jì)算最小噴淋密度,因填料尺寸不大于75mm,故取(LSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=0.08mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/(m﹒h)LSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=(LSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?﹒aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=×190=15.2mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/(mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?﹒h)操作條件下的噴淋密度為:L=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=24.02mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/(mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?﹒h)>15.2mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/(mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?﹒h)校核SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=48>30能夠避免避流現(xiàn)象 二、壓降的計(jì)算為求壓降,需找出設(shè)計(jì)氣速V下的縱坐標(biāo)Y現(xiàn)Y與YSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?的不同僅是氣速不同Y=YSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=查關(guān)聯(lián)圖Y=,X=,點(diǎn)處得:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=392Pa/m 五、吸取塔塔高的計(jì)算:h=HOG×NOG1、氣相總傳質(zhì)單元數(shù):NOG=由定積分的幾何意義,通過(guò)圖解法求得曲線下的面積。環(huán)節(jié):(1)先求出操作線方程;(2)在y1與y2之間任意取定y值,通過(guò)操作線方程獲得x;(3)查“H2O—SO2在常壓20℃下的平衡數(shù)據(jù)”得ye;(4)求出的值。求解進(jìn)程:(1)低濃度氣體吸取的操作線方程:y=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?x+(ySKIPIF1<0?SkipRecordIf...?-SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?xSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)代入數(shù)據(jù)得:y=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?x+SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×0)=+在y1與y2之間任意取定y值,通過(guò)操作線方程獲得xx0y0xy用坐標(biāo)紙,圖解法(以y為橫坐標(biāo),覺(jué)得縱坐標(biāo),在座標(biāo)紙上作圖)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?由定積分的幾何意義,得:NOG==SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?計(jì)量小格的數(shù)量,不滿半格不計(jì),超出半格的按一格計(jì),共4092個(gè)格,則可求出NOG=。二、氣相總傳質(zhì)單元高度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?的計(jì)算(可通過(guò)實(shí)際測(cè)量和關(guān)聯(lián)式計(jì)算等方式實(shí)現(xiàn)).(1)傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式:恩田模型及修正公式單位不換算成國(guó)標(biāo)單位。在恩田式中:填料的潤(rùn)濕表面積aw=有效比表面積aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?式中:填料的潤(rùn)濕表面積aw=_m2/m3填料的比表面積aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=190m2/m3液體的質(zhì)量流量L=kg/(m2﹒h)填料材質(zhì)的臨界表面張力σL=61dyn/cm(陶瓷)液體的表面張力σ=73dyn/cm=×10SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?kg/hSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?液體的粘度uLSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?Kg/(m﹒h)重力加速度g=*108m/h2代入數(shù)據(jù)得:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=1-exp×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=0.69aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=×190=131.1mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?(2)氣相傳質(zhì)系數(shù)公式:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?式中:氣體的質(zhì)量流量V=kg/(m2/h氣體粘度μG=kg/(m?h)氣體擴(kuò)散系數(shù)DG=s液體擴(kuò)散系數(shù)DL=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?m2/sR=(kmol*K)氣體密度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=m3溫度T=298K填料的環(huán)狀修正系數(shù)Ψ=1(拉西環(huán))代入數(shù)據(jù)計(jì)算得;kSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)×1SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=(kmol/mSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?﹒h﹒kpa)(3)液相傳質(zhì)系數(shù)公式:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?式中:液體粘度μL=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?kg/(m?h)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?)SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?×1SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=當(dāng)V≥50%Vf時(shí),須對(duì)上兩式求出的kL、kG進(jìn)行修正實(shí)際氣速V=s,則V=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?VSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=%,VSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?>50%Vf,因此需對(duì)kL、kG進(jìn)行修正:xSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=1+(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=1+SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=xSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=1+(SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=1+SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=因此:kSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?·a=xSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?kSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?·aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=××=kSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?·a=xSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?kSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?·aSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=××=按照SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?+SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?其中SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?代入數(shù)據(jù)得:SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?+SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?即得kSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?a=HSKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=×=2.590m安全系數(shù)為~,取,則實(shí)際填料高度h=×=圓整為:h=4m,不需要分層壓降△P=392kPa/m×4m=1568kPa第四部份填料塔的設(shè)計(jì)計(jì)算一、塔體的構(gòu)成:填料塔由塔底段、吸取段、塔帽三部份構(gòu)成。一、塔底段(進(jìn)氣段、貯液槽段)塔底段的重要組件有:進(jìn)氣管、貯液槽、進(jìn)液管、供水管、放空管、維修人孔、窺視鏡(一對(duì))二、吸取段吸取段的重要組件有:支承板、填料、維修人孔、氣液再散布器、填料投加口、進(jìn)液管、布水器、除霧板3、塔帽:排氣管二、塔體各部份的設(shè)計(jì)計(jì)算:一、塔底段(進(jìn)氣段、貯液槽段)H1(1)貯液槽:貯液槽的重要作用是貯存吸取液,在吸取液循環(huán)的進(jìn)程中能夠起到一種緩沖的作用,使吸取液的流量均勻。在貯液槽中能夠?qū)ξ∫哼M(jìn)行加藥,去除吸取液中的二氧化硫,使吸取液能夠循環(huán)運(yùn)用。取有效液面高度SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=700mm(500-1000mm)則貯液槽的容積為:V=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=SKIPIF1<0?SkipRecordIf...?=(2)進(jìn)氣管:進(jìn)氣管管徑的選用,影響到氣體進(jìn)入時(shí)的流速,選用較小的管徑,氣體流速大,無(wú)益于氣體在氣體散布器上的散布;選用較大管徑,氣體流速較小,有助于氣體在塔內(nèi)的均勻散布,使氣液結(jié)合充足。普通可將進(jìn)氣管做成斜切口以改善氣體散布或采用較大管徑使其流速減少,達(dá)成氣體散布均勻的目的。對(duì)于直徑米的塔,管的結(jié)尾可做成向下的喇叭行擴(kuò)大口。對(duì)于更大的塔,應(yīng)考慮盤管式散布構(gòu)造。進(jìn)氣管直徑250mm(250-300mm)進(jìn)氣管中心線距支承板下表面距離350mm進(jìn)氣管中心線距貯液槽液面高度350mm(300-350mm)進(jìn)氣管口的半徑為155mm(3)進(jìn)液管:進(jìn)液管中心線與有效液面相平。進(jìn)液管直徑:100mm(中心線與液面持平)(4)設(shè)于氣液進(jìn)出口或塔底和塔釜,通過(guò)維修人孔能夠?qū)λ?nèi)進(jìn)行維修維修人孔直徑500mm(500-600mm)外部長(zhǎng)100mm維修人孔中心線距塔底高度700mm(5)放空管:通過(guò)放空管能夠去除操作進(jìn)程中產(chǎn)生的廢渣放空管直徑150mm(100-150mm

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