填料塔脫硫系統(tǒng)要點(diǎn).doc

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 目錄一、緒論31.1設(shè)計(jì)目的31.2設(shè)計(jì)任務(wù)31.3設(shè)計(jì)資料3二、填料塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算42.1填料塔的基本知識(shí)42.2填料的基本知識(shí)42.3填料塔的內(nèi)件52.4填料塔塔徑的計(jì)算52.5填料層高度的計(jì)算82.6填料層壓降的計(jì)算102.7填料塔塔輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)102.8填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖12三、煙氣脫硫系統(tǒng)流程圖13四、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：采用填料塔設(shè)計(jì)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(zhì)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(yīng)。吸收塔進(jìn)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=3.5410-4m/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(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)。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。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/，煙氣流量為， 吸收液體積流量為一、泛點(diǎn)氣速爐氣的質(zhì)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(zhì)量流量為 有橫坐標(biāo)：查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得縱坐標(biāo)為0.13 液體校正系數(shù)，填料因子，液相粘度 泛點(diǎn)氣速填料層的泛點(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(jì)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(zhì)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?jǐn)?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(shí)，物料衡算方程為：整理得：代入數(shù)據(jù)得： 塔底處九、計(jì)算塔頂和塔底的臨界濃度令擴(kuò)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(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： 十、填料層高度h：2.6填料層壓降的計(jì)算壓降計(jì)算可采用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖。由空塔氣速u=3.19m/s可計(jì)算出縱坐標(biāo)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，可從圖中讀出壓降為1509.815.15=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（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)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應(yīng)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。2.8填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)。1.2m0.5m9.75m10 9 20.5m2.5m5.15m4.72m 1345678填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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