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文檔簡介

1、水吸收低濃度SO2填料吸收塔設計第一部分設計任務、依據(jù)和要求一、設計任務及操作條件1、混合氣體(空氣中含SO氣體的混合氣體)處理量為 90 kmol/h2、混合氣體組成:SO含量為7.6% (摩爾百分比),空氣為:92.4% (mol/%)3、要求出塔凈化氣含 SO為:0.145% (mol/%), HO為:1.172 kmol/h4、吸收劑為水,不含SO5、常壓,氣體入塔溫度為25 C,水入塔溫度為200 Co二、設計內(nèi)容1、設計方案的確定2、填料吸收塔的塔徑、填料層高度及填料層壓強的計算。3、填料塔附屬結構的選型與設計。4、填料塔工藝條件圖。三、H2O- SO2在常壓20 C下的平衡數(shù)據(jù)x

2、yxy0.002810.07760.0004230.007630.0019650.05130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.000660.0005640.0112第1頁共36頁四、氣體與液體的物理性質數(shù)據(jù)氣體的物理性質:氣體粘度 uG 0.0652kg/ m h2氣體擴散系數(shù)Dg 0.0393m /s氣體密度 G 1.383kg/m3液體的物理性質:液體粘度uL 3.6kg /(m h)液體擴散系數(shù)Dl 5.3 106m2/s液體密度l 998.2kg/m3液體表面張力 L 73dyn/cm

3、 92.71 104 kg/h2五、設計要求1、設計計算說明書一份2、填料塔圖(2號圖)一張第2頁共36頁第二部分SO2凈化技術和設備一、SQ的來源、性質及其危害:1、二氧化硫的來源二氧化硫的來源很廣泛,幾乎所有企業(yè)都要產(chǎn)生二氧化硫,最主要途徑是含 硫化石燃料的燃燒。大約一噸煤中含有 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,占所有排放總量的 96%.二氧化硫的來源包括微生物活動,火山活動,森林火災以及海水飛沫。主要 有自然來源和人為來源兩大類:自然來源主要是火山活動,噴出的火山氣體中含有大量的二氧化硫氣體, 地 質深處的天然硫元素在火山噴發(fā)過程中燃

4、燒氧化為二氧化硫,隨火山灰一起噴射到大氣中。地球上57%勺二氧化硫來自自然界,沼澤、洼地、大陸架等處所排放 的硫化氫,進入大氣,被空氣中的氧氧化為二氧化硫。自然排放大約占大氣中全 部二氧化硫的一半,通過自然循環(huán)過程,自然排放的硫基本上是平衡的。人為來源則指在人類進行生產(chǎn)、生活活動中,使用含硫及其化合物的礦石進 行燃燒,以及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 其中一部分或全部的硫以二氧化硫的形式排放到大氣中,形成二氧化硫污染。這部分二氧化硫占地球上二氧化硫來源的 43%隨著化石燃料消費量的不斷增加, 全世界認為排放的二氧化硫在不斷在增加, 其中北半球排放的二氧化硫占人

5、為排 放總量的90%我國的能源主要依靠煤炭和石油,而我國的煤炭、石油一般含硫 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大氣污染的主要原因。由于我國部分地區(qū)燃用高硫煤,燃煤設備未能采取脫硫措施,致使二氧化硫排放量不斷增加,造成嚴重的環(huán) 境污染。2、二氧化硫的性質(1)物理性質:二氧化硫又名亞硫酸酉千,英文名稱: sulfur dioxide 。無色氣體,有強烈 刺激性氣味。分子量64.07密度為1.4337kg/m3 (標準狀況下),密度比空氣 大。溶解度:9.4g/mL (25C) 熔點76.1 C ( 200.75K) 沸點10C (

6、 263K)第3頁共36頁蒸汽壓338.32kPa(2538mmHg 21.11 C)易溶于水,在 338.32kPa水中溶解度為8.5% (25C);易容于甲醇和乙醇;容于硫酸、乙酸、氯仿和乙醴等。易液化(mp -10C)。化學性質: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。實際上,二氧化硫水溶 液中成分為SO 7HO,僅含有微量的亞硫酸,但是亞硫 酸鹽含有亞硫酸根離子。所謂的亞硫酸水溶液能被空氣 逐漸氧化成硫酸,其濃度越低氧化越快,而且一經(jīng)加熱 就會有自行氧化。二氧化硫在完全燃燒干燥時幾乎不與氧氣發(fā)生反應,當在有初生態(tài)氧的燃燒 環(huán)境下,或者對二氧化硫與氧氣的

7、混合物進行放電, 則有氧化反應發(fā)生。氧化性: SO+2HS=3S+2HO ;還原性:能被 CI2、B2、12、Fe3+、KMnO HNOl?強氧化劑氧 化成高價態(tài)硫元素。SO2+X+2HO=HSO+2HX3、二氧化硫的危害二氧化硫對人體及動物健康的危害:主要是對眼角膜和上呼吸道粘膜的強烈刺激作用。其濃度與反應關系如下:0.4毫克/立方米時無不良反應;0.7毫克/立方米時,普遍感到上呼吸道及眼睛 的刺激;2.6毫克/立方米時,短時間作用即可反射性的引起器官、支氣管平滑 肌收縮,使呼吸道阻力增加。一般認為空氣中二氧化硫濃度達1.5毫克/立方米, 對人體健康即為有危害,長期接觸主要引起鼻、咽、支氣管

8、,嗅覺障礙和尿中硫 酸鹽增加。吸入高濃度二氧化硫,可引起支氣管炎、肺炎,嚴重時可發(fā)生肺水腫 及呼吸中樞麻痹。二氧化硫進入呼吸道后,因其易溶于水,故大部分被阻滯在上呼吸道,在濕 潤的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽,使刺激作用增強。上呼吸 道的平滑肌因有末梢神經(jīng)感受器,遇刺激就會產(chǎn)生窄縮反應,使氣管和支氣管的 管腔縮小,氣道阻力增加。上呼吸道對二氧化硫的這種阻留作用,在一定程度上 可減輕二氧化硫對肺部的刺激。但進入血液的二氧化硫仍可通過血液循環(huán)抵達肺 部產(chǎn)生刺激作用。第4頁共36頁二氧化硫進入血液可引起全身性毒作用,破壞酶的活性,影響糖及蛋白質 的代謝;對肝臟有一定損害。液態(tài)二氧化硫可

9、使角膜蛋白質變性引起視力障礙。 二氧化硫與煙塵同時污染大氣時,兩者有協(xié)同作用。因煙塵中含有多種重金屬及 其氧化物,能催化二氧化硫形成毒性更強的硫酸霧。因加劇其毒性作用。動物試驗證明,二氧化硫慢性中毒后,機體的免疫受到明顯抑制。大量吸入可引起肺水 月中、喉水月中、聲帶痙攣而致窒息。急性中毒:輕度中毒時,發(fā)生流淚、畏光、咳嗽,咽、喉灼痛等;嚴重中毒 可在數(shù)小時內(nèi)發(fā)生肺水月中;極高濃度吸入可引起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:長期低濃度接觸,可有頭痛、頭昏、乏力等全身癥狀以及慢性鼻 炎、咽喉炎、支氣管炎、嗅覺及味覺減退等。少數(shù)工人有牙齒酸蝕癥。二氧化硫濃度為1015Pp

10、m時,呼吸道纖毛運動和粘膜的分泌功能均能受到 抑制。濃度達20Ppm時,引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入濃度為100Ppm 8小時,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 400Ppm時可使 人產(chǎn)生呼吸困難。二氧化硫與飄塵一起被吸入,飄塵氣溶膠微粒可把二氧化硫帶 到肺部使毒性增加34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約1倍。長期生活在大氣污染 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。如果增生范 圍波及廣泛,形成纖維性病變,發(fā)展下去可使纖維斷裂形成肺氣月中。 二氧化硫可 以加強致癌物苯并(a)注的致癌作

11、用。據(jù)動物試驗,在二氧化硫和苯并(a) 正的聯(lián)合作用下,動物肺癌的發(fā)病率高于單個因子的發(fā)病率, 在短期內(nèi)即可誘發(fā) 肺部扁平細胞癌。二氧化硫對植物的危害:大氣中含二氧化硫過高,對葉子的危害首先是對葉肉的海綿狀軟組織部分, 其次是對柵欄細胞部分。侵蝕開始時,葉子出現(xiàn)水浸透現(xiàn)象,特別是介于葉邊和 葉脈之間的部分損害尤為嚴重。干燥后,受影響的葉面部分呈白色或乳白色。如果二氧化硫的濃度為(0.3-0.5 ) X 10 6,并持續(xù)幾天后,就會對敏感性 植物產(chǎn)生慢性損害。二氧化硫直接進入氣孔,葉肉中的植物細胞使其轉化為亞硫 酸鹽,再轉化成硫酸鹽。當過量的二氧化硫存在時,植物細胞就不能盡快地把亞第5頁共36頁

12、 硫酸鹽轉化成硫酸鹽,并開始破壞細胞結構。菠菜,茵苣和其他葉狀蔬菜對二氧 化硫最為敏感。棉花和苜蓿也都很敏感。松針也受其影響,不論葉尖或是整片針 葉都會變成褐色,并且很脆弱。二氧化硫對建筑物及其它的危害:大氣中的二氧化硫及其生成的酸霧、酸滴等,能使金屬表面產(chǎn)生嚴重的腐蝕, 使紡織品、紙品、皮革制品等腐蝕破損,使金屬涂料變質,降低其保護效果。造 成金屬腐蝕最為有害的污染物一般是二氧化硫,已觀察到城市大氣中金屬的腐蝕 率約是農(nóng)村環(huán)境中腐蝕率的1.5-5倍。溫度尤其是相對濕度皆顯著影響著腐蝕速 度。含硫物質或硫酸會侵蝕多種建筑材料,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

13、硫酸鹽,然后被雨水沖刷掉。尼龍織物, 尤其是尼龍管道等,其老化顯然是由二氧化硫或硫酸氣溶膠造成的。長期的酸雨作用還將對土壤和水質產(chǎn)生不可估量的損失,對生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生嚴重的影響。二、SQ的凈化技術:二氧化硫不僅在大氣中形成酸雨,造成空氣污染,而且嚴重腐蝕鍋爐尾部設 備,影響生產(chǎn)和安全運行。電站鍋爐是我國二氧化硫的主要排放源,它的特點是 煙氣量大,SO濃度低,綜合利用難度大。在電站煙氣脫硫的運行費中,脫硫劑 的費用占有很高比例。我國發(fā)電用煤的平均含硫量高達 1.15%,因此,電站煙氣 脫硫對我國來說更為重要??刂?SO排放的工藝按其在燃燒過程中所處位置可分 為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫三種。燃燒前

14、脫硫主要是洗煤、煤的氣化和液化。 洗煤可用作脫硫的輔助手段,經(jīng)濟適用的煤氣化和液化技術在進一步開發(fā)之中。 就燃燒中脫硫的型煤和循環(huán)流化床燃燒來說,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。當前應用的脫硫方法,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、粒狀吸收劑,吸附劑或催化劑去除廢氣中的二氧 化硫。干法的最大優(yōu)點是治理中無廢水、廢酸排出,減少了二次污染;缺點是脫 硫效率低,設備龐大,操作要求高。濕法脫硫:該法是采用液體吸收劑如水或堿溶液洗滌含二氧化硫的煙氣,通過吸收去除其中的二氧化硫,濕法脫硫所用設備較簡單,操作容易,脫硫效率較第6頁共36頁 高。但脫硫后煙

15、氣溫度降低,于煙囪排煙擴散不利。由于使用不同的吸收劑可獲 得不同的副產(chǎn)物而加以利用,因此濕法是全國研究最多的方法。濕法脫硫效率較高,而且設備簡單,操作運行方便,運行成本低,產(chǎn)生的副 產(chǎn)物如硫酸鹽和壓硫酸鹽,可回收利用,作為工業(yè)原料。所以在本設計中選取濕 法脫硫。三、吸收設備:板式塔與填料塔的比較一般為了強化吸收過程,降低設備的投資和運行費用,要求吸收設備應滿 足以下基本要求:.氣液之間應有較大的接觸面積和一定接觸時間;.分離效率高;操作穩(wěn)定,彈性大;.對氣體的阻力?。?結構簡單,制作維修方便,造價低廉;.相應的抗腐蝕能力和防堵塞能力。常用的吸收設備有噴淋塔、填料塔、板式塔、湍流塔、鼓泡塔等。這

16、里我們 主要比較板式塔和填料塔各自的特點: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的液層; 氣體則靠壓強差推動,由塔底向上依 次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。 氣、液兩相在塔內(nèi)進行逐級接觸,兩相的組 成沿塔高呈階梯式變化。填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物, 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;氣相則在壓強差推動下穿過填料的間隙, 由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤濕表面上進行接觸, 其組成沿塔高連 續(xù)地變化。目前在工業(yè)生產(chǎn)中,當處理量大時多采用板式塔,而當處理量較小時多采用 填料塔。蒸儲操作的規(guī)模

17、往往較大,所需塔徑常達一米以上,故采用板式塔較多; 吸收操作的規(guī)模一般較小,故采用填料塔較多。第7頁共36頁板式塔與填料塔的比較項目塔型備注板式塔填料塔造價600以下,安裝 較困難普通填料塔800以下造價 一般較板式塔便宜,直徑大 則昂貴由于填料塔造價隨體積幾乎正比的增大,單位體積造價降低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 提圖工業(yè)塔等板高度與板式塔 差/、多,但塔徑增大效率卜 降,高效填料可以達到高的 分離效率,有利于塔高降低生產(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,尤其是絲網(wǎng)填料操作彈性浮閥,泡罩等具有 大的操作彈性操作彈

18、性較小填料塔米用鮑爾環(huán)等 操作彈性啟r擴大液氣比L/V的范圍液氣比的適應范圍大小的LV時,分離效率差版式塔中,雖然L小, 仍能保持一定液層, 填料塔中噴淋密度太 小,就不能充分潤濕清洗的方便性清洗較方便清洗費時對腐蝕 介質的 適應性因結構復雜,較難 用防腐蝕材料制 作,但無溢流柵板塔等可以易用防腐蝕材料制作塔中持液量持液里人持液量小,尤其是高效絲網(wǎng) 填料有利于精密分離塔中換可以實現(xiàn)困難第8頁共36頁熱的可能性材料要求一般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根據(jù)板式塔與填料塔的特點比較,以及根據(jù)設計的條件和要求,本次設計應采用填料塔最為合適。四、填料塔的結構:示意圖填料

19、塔也是一種重要的氣液傳質設備。 它的結構很簡單,在塔體內(nèi)充填一定 高度的填料,其下方有支承板,上方為填料壓板及液體分布裝置。 液體自填料層 頂部分散后沿填料表面流下而潤濕填料表面; 氣體在壓強差推動下,通過填料問 的空隙由塔的一端流向另一端。氣液兩相間的傳質通常是在填料表面的液體與氣 相間的界面上進行的。塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料制成,必要時可在金屬筒體內(nèi)襯以防腐材 料。為保證液體在整個截面上的均勻分布,塔體應具有良好的垂直度。填料塔不僅結構簡單,而且有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點,尤其對 于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或要求壓強降小的真空蒸儲系統(tǒng), 填料塔 都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。

20、另外,對于某些液氣比甚大的蒸儲或吸收操作, 若采用 板式塔,則降液管將占用過多的塔截面積,此時也宜采用填料塔。主要結構如下所示:主要結構作用主要要求外殼操作系統(tǒng)與環(huán)境的隔離界囿要具有一定的強度,需要時應能耐腐蝕填料氣液兩相的接觸兀件,實現(xiàn)過程操作的關鍵結構具有一定的強度,比表面積大,空隙 率大,可使氣、液的處理量大氣體壓第9頁共36頁力降低填料支承支承填料,并使氣流分布均勻自由截回積大,應=65%強度大液體分布器使液體均勻地噴淋在填料上噴灑均勻,防堵再分布器為防止液體的壁流效應,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)分段每段不超過4nl其他填料不超過 56m除霧器

21、防止氣速過大,在塔頂出塔的氣體中帶出大量液體除霧效率高,壓力降小結構示意圖如下所示:S 10-51耍料塔的砧的手盍圖1-增殼體:”浪體奢有界: 3-填料正粗; 4 -填料手5-波年再分布裝重= A博利支承鞋第10頁共36頁五、工藝流程及工藝流程圖氣體從填料塔的下端由鼓風機 1鼓入,吸收液由填料塔上端進入從塔底流出,進行充分的接觸、吸收。送入貯液槽 2中加藥、沉淀,然后被水泵打到進水管,循環(huán)進行吸收。在進水管處裝有轉子流量計4,測量進液管中吸收液的流量。in IH-M.、鼓風機2、吸收塔3、貯液槽4、轉子流量計5、水泵第11頁共36頁第三部分吸收塔的工藝計算(L、A P、D、H)、吸收劑用量的計

22、算(最小液氣比)由原始數(shù)據(jù)已知:入口氣體量yi=7.6%;出口氣體量y2=0.145%低濃度吸收時:Yi= yiY2= y2進口液體不含二氧化硫所以X2=0水吸收S。水吸收S。平衡曲線SO在水中的摩爾分數(shù)一平衡線操作線線性(操作線)由HO-SO在常壓20oC的平衡數(shù)據(jù),得 X* =0.00276L = Y 丫2 = 0.076 0.00145=27011G min XX1 X20.00276-0.低濃度時有 Gb=G=90 kmol/h吸收劑的最小用量:Lmin= XG=27.011 X 90=2430.99 (kmol/h) G minL二(1.1 2.0) Lmin ,取 L=1.5Lmi

23、n吸收劑實際用量為 L=1.5X2430.99=3646.485 (kmol/h)第12頁共36頁逆流吸收塔操作示意圖如下:X:表示水中含有溶質的摩爾分數(shù)Y:表示空氣中含有溶質氣體的摩爾分數(shù)二、氣液相進出口組成1、氣相進口組成組成入口質量流速(kg/h )質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)空氣2411.6484.6483.1692.4SO2437.7615.366.847.6H2O2849.40100901002、氣相出口組成組成出口質量流速(kg/h )質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)空氣2411.6498.814483.16

24、98.468SO27.840.32120.12250.145H2O21.0960.86441.1721.3882440.57610084.4545100第13頁共36頁3、液相進口組成組成入口質里濡里(kg/h)質量百分比(Wt%)摩爾8M:(kmol/h)摩爾百分比(mol%)SO2一H2O65636.731003646.48510065636.731003646.4851004、液相出口組成組成出口質量流速(kg/h )質量百分比(Wt%)摩爾流量(kmol/h)摩爾百分比(mol%)SO2429.920.6516.71750.184H2O65615.63499.3493645.31399

25、.81666045.5541003652.0305100三、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系。填料的種類很多,可分為實體填料和網(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計重要的環(huán)節(jié)之一。 塔設備內(nèi)裝入 填料的目的是增加兩種介質的接觸表面積,從而促進傳質過程的進行。良好的填料,應具有下列特性:單位容積的重量要小(其數(shù)值成為容重,根據(jù)填料的堆積方法,即亂堆或整砌而不同),這樣可使塔設備的自重減低,基礎的負荷減輕.這一特性常 以符號 填(公斤力/米3)表示之。比表面積要大(其數(shù)值也因填料的堆砌方法而不同),比表面積就是

26、第14頁共36頁 單位體積填料的總表面積,常以a(米2/米3)表示之.比表面積大即意味著氣液的 接觸表面大,有利于傳質的進行;亦即操作時可容許較高的氣、液體的流速.但必 須注意填料的真正氣液接觸表面, 并不一定與比表面積成正比例,而決定于噴淋 液所實際潤濕的表面,且也和噴淋液在填料層中的分布有關??障扼w積要大(其數(shù)值也因填料的堆積方法而不同),空隙體積亦稱 自由體積,就是單位體積填料中的總空隙量,常以 V(米3/米3)表示之。要有較高的空隙率。單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率。以表示,其單位為m3/m3。一般說來,填料的空隙率多在 0.45 0.95范圍以內(nèi)。當填料的空隙率較高時

27、,氣、液通過能力大且氣流阻力小,操 作彈性范圍較寬。制造容易,價格低廉。具有化學耐蝕性。具有足夠的機械強度,不易破裂,否則損耗變,檢修頻繁,增加操作費用填料的幾何特性數(shù)據(jù):填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、 空隙率、填料因子等,是評價填料 性能的基本參數(shù)。填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、 通量及壓降三要素衡量。在相 同的操作條件下,填料的比表面積越大,氣液分布越均勻,表面的潤濕性能越好, 則傳質效率越高;填料的空隙率越大,結構越開敞,則通量越大,壓降亦越低。填料名稱特 性拉西劃、填料拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料,其結構為外徑與高度 相等的圓環(huán),可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。拉西環(huán)的缺 點是結

28、構不敞開,肩效空隙率比實際空隙率小得多,故壓力降 較大;布液能力差,堆放后整個床層/、易宜均勻;向壁偏流嚴 重。鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉四環(huán)的基礎上改進而得。其結構為在拉四環(huán) 的側壁上開出兩排長方形的窗孔,被切開的環(huán)壁的一側仍與壁 面相連,另一側向環(huán)內(nèi)彎曲,形成內(nèi)伸的舌葉,諸舌葉的側邊第15頁共36頁在環(huán)中心相搭,可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。鮑爾環(huán)由 于環(huán)壁開孔,大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率,氣流 阻力小,液體分布均勻。與拉西環(huán)相比,具有生產(chǎn)能力大、阻 力低、效率高、操作彈性大等特點。在一般情況下,同樣壓降 時,處理量可以比拉西劃、大50犯上;同樣處理量時,壓降可相 應降低;傳質效率

29、可提高20%己右,故鮑爾環(huán)是目前適用于工業(yè) 大塔的一種良好填料。階梯環(huán)填料階梯環(huán)是今年來新發(fā)展的填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進。 與鮑爾環(huán)相比,階梯環(huán)圖度減少J一半,并在一端增加了一個 錐形翻邊。由于高徑比減少,使得氣體繞填料外壁的平均路徑 大為縮短,減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加 了填料的機械強度,而且使填料之間由線接觸為主變成以點接 觸為主,這樣不但增加了填料間的空隙,同時成為液體沿填料 表面流動的匯集分散點,可以促進液膜的表面更新,有利于傳 質效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán),成為目前所使 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,其形狀如同馬鞍,

30、一般米用 瓷質材料制成?;“疤盍系奶攸c是表面全部敞開,不分內(nèi)外, 液體在表卸兩側均勺流動,表面利用率圖,流道呈弧形,流動 阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊,致使F分填料表面被重合, 填料表面不能得以充分利用,在流體力學和傳值性能方面均不 如弧鞍填料?;“疤盍蠌姸容^差,容易破碎。目前國內(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。矩鞍填料堆積時不會套疊,液體分布較均勻; 強度也較好。它的流體阻力小,處理物料能力大,傳質效率高, 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(國外稱為Intalox)是兼顧劃、形和鞍形結構特 點而設計出

31、的一種新型填料,該填料一般以金屬材質制成,故第16頁共36頁又稱為金屬環(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) 應用最為普遍的一種金屬散裝填料。共蒯環(huán)共軻環(huán)是華南理工大學開發(fā)的一種新型填料,是一種高效 散堆填料,這種填料的特點是:在塔內(nèi)堆放時不會發(fā)生沿軸 向重疊。其內(nèi)肋結構呈共腕形狀,在塔內(nèi)堆放時很均勻,故 使液體在填料表面上的分布均勻。相鄰填料的內(nèi)肋與表面接 觸的點多,可以加速液體的聚散和表面更新。以上特點使共腕 環(huán)對流體的阻力小,而提供氣、液相接觸的表面大,從而改善 了填料的流體力學和傳質性質。制造共軻環(huán)填料所需金屬和塑 料用量在

32、相同傳質單元高度及塔徑下比目前工業(yè)上使用的各種 國產(chǎn)散堆填料用量少。填料的選擇是一個復雜的問題:.填料用材的選擇:設備操作溫度低,塑料能長期操作無變形,體系對塑 料無溶脹的情況下可考慮塑料,因其價格低廉,性能良好,有較好的耐腐蝕性。 而陶瓷填料一般用于腐蝕性介質,金屬填料一般耐高溫,但價格昂貴。是水吸收 低濃度SQ,介質具有輕微腐蝕性,所以本次課程設計用陶瓷填料。.填料類型的選擇:要在眾多的填料中選出最適宜的塔填料, 須對這些填 料在規(guī)定的工藝條件下,做出全面的技術經(jīng)濟評價。因為亂堆填料較規(guī)則填料經(jīng) 濟,所以本次課程設計采用亂堆填料法。對于不同類型的亂堆填料,同樣的尺寸、 材質的鮑爾環(huán)在同壓降

33、、處理量比拉西環(huán)達50犯上,效率高出30犯上。但是, 本次課程設計的處理量較小,用鮑爾環(huán)浪費,所以本次課程設計選用拉西環(huán)。.填料尺寸的選擇:一般來說,填料尺寸小,單位堆積體積的數(shù)目增加, 填料層的比表面積增大而空隙減小,氣體的流動阻力相應增加。實踐證明,塔徑 與材料外徑的合適比值有一個限值,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。由于它結構簡單,制造容易,價 格低廉,性能數(shù)據(jù)較齊全以及機械強度高,因此,長久以來,盡管它存在嚴重缺 點,但仍受廠家歡迎,沿用至今。第17頁共36頁綜上考慮,本次課程設計用的填料是:瓷拉西環(huán)Dg25其:外徑 d=25mm比表面積 at=190(m

34、2/m3)空隙率0.78(m3/m3)堆積密度p =505(kg/m 3)臨界表面張力(TL=61(dyn/cm)=6.1 X 10 2 (N/m)濕填料因子=400 (1/m)四、吸收塔的塔徑和壓強的計算:1、塔徑的計算:液相的質量流速W液相的質量流速WL=65636.73kg/h氣相的質量流速W氣相的質量流速WG=2849.40kg/h氣體的密度p G=1.383kg/m 3液相的密度p l=998.2氣體的密度p G=1.383kg/m 3液相的密度p l=998.2 kg/m 3??颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖的橫坐標6563673 .383 =0.862849.40 ; 998.2查亂堆填料塔液泛速

35、度通用關聯(lián)圖,橫坐標 X=0.86的縱坐標為Y=0.0267縱坐標公式Y=式中:=400m2 /m3為液體校正系數(shù),水的密度和液體的密度之比將各項數(shù)據(jù)代入公式經(jīng)計算,得液泛氣速V f=0.7m/s實際氣速取泛點氣速的50%- 80%取65%操作氣速 V=Vf - 70%=0.7X 65%=0.455m/s第18頁共36頁氣體處理量 Qv= = 2849.40 =2060.30 (的h) =0.5723(m 3/s) G 1.3834QV-4 0.5723培徑 Dt= .V = =1.2658m,1 V 3.14 0.455圓整為Dr=1.2m則塔截面面積 A= Dt = 1.22=1.1304

36、 (m2) 44由D-=1.2m,計算實際操作的空塔氣速:4Qv4 0.5723V=-=0.0.506m/sDTP 3.14 1.2 1.2安全系數(shù)上=0506 =0.723=72.3%范圍在50%- 80%所以符合要求Vf 0.7計算最小噴淋密度,因填料尺寸小于75mm故取(Lw) min=0.08 m3/(m . h)Lmin=(Lw)min at =0.08 x 190=15.2m3/(m 2 . h)操作條件下的噴淋密度為:L=27155=24.02m3/(m 2 . h) 15.2m 3/(m 2 . h)1000 1.1304Dt12校核二二二4830可以避免避流現(xiàn)象 d 0.02

37、52、壓降的計算為求壓降,需找出設計氣速 V下的縱坐標Y現(xiàn)Y與YF的差別僅是氣速不同Y= YF( V) 2 =0.0267 X ( 0.506 ) 2 =0.014Vf0.7查關聯(lián)圖 Y=0.014, X=0.86,點處得:p =392 Pa/m第19頁共36頁五、吸收塔塔高的計算:h五、吸收塔塔高的計算:h二HogX N)gy211、氣相總傳質單兀數(shù):Ndg=- dyy y ey1由定積分的幾何意義,通過圖解法求得曲線下的面積。步驟:(1)先求出操作線方程;(2)在y1與y2之間任意取定y值,通過操作線方程得到x;(3)查”代冊SO4常壓20 c下的平衡數(shù)據(jù)”得ye ;.、,1 一一(4)求

38、出的值。y Ye求解過程:(1)低濃度氣體吸收的操作線方程:y=x+(y 2 - x2)代入數(shù) GG據(jù)得:3646.4853646.485 、/y=x+(0.00145 X 0)=40.5165x+0.00145(3)在y1與y2之間任意取定y值,通過操作線方程得到xx00.00005640.00014050.000281y0.001450.003740.007140.0128Ne00.000660.00180.00421 y %689.655324.675179.856116.279x0.0004230.0005640.0008450.001840y0.018590.02430.03570.

39、076ye0.007630.01120.01850.0474第20頁共36頁1 y %91.24176.33658.14034.9651(4)用坐標紙,圖解法(以y為橫坐標,以為縱坐標,在坐標紙上作圖)y ye由定積分的幾何意義,得:y21一一 ,一一Ndg=1 dy = St面下的面積 y V eNdg=y1計量小格的數(shù)目,不滿半格不計,超過半格的按一格計,共 4092個格,則可求出 Ndg=6.138 。2、氣相總傳質單元高度 H 0G的計算(可通過實際測量和關聯(lián)式計算等方法實 現(xiàn)).(1)傳質系數(shù)關聯(lián)式:恩田模型及修正公式單位不換算成國標單位。在恩田式中:填料的潤濕表面積 aw =有效比

40、表面積a第21頁共36頁0.750.11 exp 1.45L3t L2g0.050.2L2L 3t式中:填料的潤濕表面積aw =_ m2/m3填料的比表面積at0.750.11 exp 1.45L3t L2g0.050.2L2L 3t式中:填料的潤濕表面積aw =_ m2/m3填料的比表面積at=190 m2/m3液體的質量流量 L =58065.05 kg/ (nt h)填料材質的臨界表面張力o-L=61dyn/cm (陶瓷)液體的表面張力 (T =73dyn/cm =92.71 x 104 kg/h 2液體的粘度u l 3.6Kg/(m . h) 重力加速度g=1.27*10 8m/h2代

41、入數(shù)據(jù)得:awat=1-exp(-1.452v / 61、0.75 v / 58065.05、0.1 v / 58065.05190、0.05 v()()(28)73190 3.6998.21.27 10258065.052( Z Z4998.2 92.71 10)0.2 =0.69190a w =0.69a t =0.69 x 190=131.1m2 /m3(2)氣相傳質系數(shù)公式:0.7kG0.237 )一at g1g m a DggDg R1.1式中:氣體的質量流量 V=2520.70 kg/(m 2/h氣體粘度 = 0.0652 kg/(m?h) 氣體擴散系數(shù)DG = 0.0393m 2

42、1s液體擴散系數(shù)DL =5.3 106m/sR=8.314kJ/(kmol*K)氣體密度=1.383kg/m 3第22頁共36頁溫度T = 298 K填料的環(huán)狀修正系數(shù) W=1 (拉西環(huán))代入數(shù)據(jù)計算得;kG =0.237 X(kG =0.237 X(2520.70 ) 0.7190 0.0652X(00652)1/3乂( 190 0.0393)x1i.i1.383 0.03938.314 298=0.0312(kmol/m 2 . h . kpa)(3)液相傳質系數(shù)公式:=0.0312(kmol/m 2 . h . kpa)(3)液相傳質系數(shù)公式:2L 3。0.0095 aw l0.5LLD

43、Li3L g 0.4L式中:液體粘度l = 3.6kg/(m?h)L =0.0095 X (58065.05) L =0.0095 X (58065.05) 2/3131.1 3.63.6998.2 5.3 100.5 X($6 1.27 108 )1七嚴=0.694998.2當 V 50%V時,須對上兩式求出的kL、kG進行修正實際氣速 V=0.506m/s,則 V=0506 Vf =72.3%, V f 50%V,所以需對 h 0.7kG進行修正:xG=1+9.5( 0.5) 1.4 =1+9.5(0.723-0.5) 1.4=2.198 VfxL=1+2.6( -0.5) 2.2 =1+

44、2.6(0.723-0.5) 2.2 =1.096 Vf所以:kL - a=XLkL - aw =1.096X0.694 x 131.1=99.718. . _ . _ _ _ . . . _ _ _ .k Ga=xGkG - aw =2.198 x0.0312 x 131.1=8.991根據(jù)=k根據(jù)=kGa kLa1+.( kGa其中 H 46.9kPa/ m2 kmol第23頁共36頁代入數(shù)據(jù)得:46.9=+k代入數(shù)據(jù)得:46.9=+kGa 99.718 8.991即得 kGa=1.720Hog = G =8316=0.422kGaAP 1.720 1.1304 101.325h Hog

45、Nog =0.422 X6.138=2.590m安全系數(shù)為1.31.7 ,取1.5 ,則實際填料高度h=1.5 X 2.590=3.89m圓整為:h=4m不需要分層壓降 P=392kPag 4m=1568kPa第24頁共36頁第四部分 填料塔的設計計算一、塔體的組成:填料塔由塔底段、吸收段、塔帽三部分組成。1、塔底段(進氣段、貯液槽段)塔底段的主要組件有:進氣管、貯液槽、進液管、供水管、放空管、維修人 孔、窺視鏡(一對)2、吸收段吸收段的主要組件有:支承板、填料、維修人孔、氣液再分布器、填料投加 口、進液管、布水器、除霧板3、塔帽:排氣管二、塔體各部分的設計計算:1、塔底段(進氣段、貯液槽段)

46、Hi(1)貯液槽:貯液槽的主要作用是貯存吸收液,在吸收液循環(huán)的過程中可 以起到一個緩沖的作用,使吸收液的流量均勻。在貯液槽中可以對吸收液進行加 藥,去除吸收液中的二氧化硫,使吸收液可以循環(huán)利用。取有效液面高度a1=700mm (500-1000mm)則貯液槽的容積為:V= Aa, =1.1304 0.7=0,8m3(2)進氣管:進氣管管徑的選取,影響到氣體進入時的流速,選取較小的 管徑,氣體流速大,不利于氣體在氣體分布器上的分布;選取較大管徑,氣體流 速較小,有利于氣體在塔內(nèi)的均勻分布, 使氣液結合充分。一般可將進氣管做成 斜切口以改善氣體分布或采用較大管徑使其流速降低,達到氣體分布均勻的目

47、的。對于直徑1.5米的塔,管的末端可做成向下的喇叭行擴大口。 對于更大的塔, 應考慮盤管式分布結構。進氣管直徑 250mm(250-300mm)進氣管中心線距支承板下表面距離 350mm進氣管中心線距貯液槽液面高度 350mm(300-350mm)第25頁共36頁進氣管口白半徑為155mm(3)進液管:進液管中心線與有效液面相平。進液管直徑:100mm (中心線與液面持平)(4)設于氣液進出口或塔底和塔釜,通過維修人孔可以對塔內(nèi)進行維修維修人孔直徑 500mm (500-600mm)外部長100mm維修人孔中心線距塔底高度 700mm(5)放空管:通過放空管可以去除操作過程中產(chǎn)生的廢渣放空管直

48、徑 150mm (100-150mm) 長 100mm(6)窺視孔中心線與有效液面相平,且直徑 200mm 塔底段總高度為:H1=2200mm2、吸收段:H2(1)支承板:安裝在填料層底部;作用是支承填料,并使氣流分布均勻, 保證足夠的開孔率,使氣液兩相能自由通過;支承板的開孔面積要占總面積的 75%,選用塑料覆蓋的金屬柵格,增強塑性;種類有十字型,柵條型,多孔板開 氣管式。根據(jù)塔徑大小,柵板可制成整塊式或分塊式,對于直徑D0500毫米的塔,采用整塊柵板,對于直徑 D500毫米的塔,可采用分塊式柵板,每塊板寬 270-390毫米,以便通過塔的入口裝卸。D=1200時,分成三塊。當用柵板結構不能滿足要求時,可采用升氣管式支承裝置。氣體由升氣管上升,通過氣道頂部 的孔及側面的齒縫進入填料層,而液體則由支承底版上的許多小孔流下,氣、液分道而行,彼此很少干擾。本設計采用多梁式擱柵支承板。支承板厚度:100mm 支承板直徑:1200 (60-100) =1200 60=1140mm 柵條厚:

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