【正文】 1《有害氣體控制工程》課程設計填料塔脫硫系統(tǒng)目 錄一、緒論3 設計目的3 設計任務3 設計資料3二、填料塔的設計與計算4 填料塔的基本知識4 填料的基本知識4 填料塔的內(nèi)件52 填料塔塔徑的計算5 填料層高度的計算8 填料層壓降的計算10 填料塔塔輔助設備的設計10 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133一、緒論填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質(zhì)設備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設備之一。而塔填料塔內(nèi)件及工藝流程又是填料塔技術發(fā)展的關鍵。聚丙烯材質(zhì)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(zhì)的填料相比，聚丙烯填料具有質(zhì)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。 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(nèi)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(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、使用技術資料、編寫設計說明書等能力。 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，并且達到要求的排放標準。 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：SO 2 濃度 5000mg/m3煙氣平均分子量：煙氣溫度：150176。C煙氣壓力：10 5Pa氣膜傳質(zhì)分系數(shù) kG=105 kmol/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(zhì)濃度為 0。4ρL=1000kg/ m3； =18kg/kmol（平均分子量）ML液膜傳質(zhì)分系數(shù) kL=104m/s四、操作參數(shù)：泛點率：85%液氣比 L/G=4L/ m3吸收反應溫度：60176。C五、氣象資料：氣溫 25176。C ,1atm六、填料性能：50mm 金屬環(huán)鞍填料（亂堆）填料比表面積 σ：75m 2/ 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= m2/ m3七、 設計要求：要求脫硫效率 %，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 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(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)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(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。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(zhì)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。52．2 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(zhì)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(zhì)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(nèi)，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。 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。合理地選擇和設計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。 填料塔塔徑的計算已知條件：液氣比 L/G=4L/ ，煙氣流量為 ，3mhm/10236? 吸收液體積流量為?hL/8/10836??一、 泛點氣速 :的 計 算Fu爐氣的質(zhì)量流量： hkg/ ???????爐氣的密度： 36/8.. mkgVSv???6吸收液體積流量為 LKgQGLV/1082466?????????吸收液密度： 3/10mkgL? 吸收液質(zhì)量流量為 ? hgL /108108636????? ???有橫坐標： 5.)7.()( 查埃克特通用關聯(lián)圖得縱坐標為 液體校正系數(shù) ，填料因子 ，液相粘度1L???水 m/10??smPauL??903. 泛點氣速? sugLVF /. ??7)(LVw?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 smuF/?塔徑 mVDS ???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 取 ；min)(WL)/(?8又已知比表面積 。3/75m?? 最小噴淋密度 ?)/(67508.)( 23inin hmLUW????操作條件下的噴淋密度 /.412323? ，符合要求。min? 填料層高度的計算一、液體的總分子濃度 ：TC3/ ???二、塔頂組分 B 的濃度:氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為 5%?32 /%405mkolMcB?????三、煙氣的摩爾流量 ：煙Gkmol/???????? hol煙四、二氧化硫的摩爾流量 ：2SOGhkmolG/ ????五、惰性氣體的摩爾流量 ：惰Ghkol/???煙惰9??smkol/.)360/(G24 ????????A惰六、塔頂與塔底的二氧化硫摩爾分數(shù)和分壓：塔底： . 341 ??Ay Pa1074.?????總P塔頂： K2.)9(.)( 6312 ????Ay 462??總七、根據(jù)液氣比 3/4/mLG可得惰性組分的液氣比 LmyA /3?????惰八、由 可得 b=2OHSNaOS2322 ??? 用氫氧化鈉水溶液吸收時，物料衡算方程為：?)(1)( 22BTACLbpPG????整理得：????2T2P?代入數(shù)據(jù)得： )(60)(.04A?????BC ABC2?塔底處 31 /4... mkol?九、計算塔頂和塔底的臨界濃度令擴散系數(shù) BAD?在塔頂臨界濃度： 23522 /1094. BALGBAKP CmkolPkbC??????在塔底臨界濃度：101311 / CmkolPkDbC????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(nèi)均有氣膜控制。傳質(zhì)速率方程為： AGApakN??十、填料層高度 h： mpapkdGh AAA ??????? 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=，又橫坐標值為 ，所以將二者交匯于圖中的等壓線上，??Lvgu????可從圖中讀出壓降為 150 =。? 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 ，塔徑為 15m。二、設填料塔噴淋層高度為 ，液體再分布層為 ，塔頂和塔底超高各 。故，填料塔總高位 。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(chǎn)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(nèi)氣液的流動狀態(tài)也會產(chǎn)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。11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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)，用于將塔頂