1、有害氣體控制工程課程設計填料塔脫硫系統姓名：_ 徐悅心_專業班級：環工09K1_學號：091905010122_扌旨導教師：呂建燚_設計時間：2012年6月_目錄一、 緒論.31.1 設計目的. 31.2 設計任務. 31.3 設計資料. 3二、 填料塔的設計與計算 .42.1 填料塔的基本知識. 42.2 填料的基本知識. 42.3 填料塔的內件. 52.4 填料塔塔徑的計算. 52.5 填料層高度的計算2.6 填料層壓降的計算. 102.7 填料塔塔輔助設備的設計 . 102.8 填料塔結構簡圖. 12三、煙氣脫硫系統流程圖 .13四、 參考文獻.130。、緒論填料塔是以塔內的填料作為氣液

2、兩相間接觸構件的傳質設備，它是化工類企業中最常用的氣液傳質設備之一。而塔填料塔內件及工藝流程又是填料塔技術發展的關鍵。聚丙烯材質填料作為塔填料的重要一類，應用較為廣泛，與其他材質的填料相比，聚丙烯填料具有質輕、價廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優點，但其 明顯的缺點是表面潤濕性能。1.1 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容， 并使所學的知識系統化， 運用所學理論知識進行氣態污染物工程設計的初步能力。 通過設計， 了解氣態污染物工程設計的內容、 驟，培養學生確定氣態污染物控制系統的設計方案、設計計算、工程制圖、使用技術資料、編寫設計說明書等能 力。1.2 設計

3、任務某燃煤電廠需對產生的煙氣進行脫硫，以滿足環境保護要求，要求設計的凈化系統效果要好，操作方便，投資省，并且達到要求的排放標準。1.3 設計資料一 、工藝流程：采用填料塔設計二 、煙氣參數：煙氣流量：2X106H7h.3煙氣成分：SO濃度5000mg/m煙氣平均分子量：30.5煙氣溫度：150C5煙氣壓力：1.01X105Pa氣膜傳質分系數kG=1.89X10-5kmol/m2.s.kPa三、吸收液參數：采用5%(wt%)氫氧化鈉水溶液,并假定NaOH與SQ發生極快不可逆反應。吸收塔進口液相吸收質濃度為pL=1OOOkg/ m3；ML=18kg/kmol(平均分子量)液膜傳質分系數kL=3.5

4、4X10-4m/s四、操作參數：在化工上培養學生方法和步3泛點率：85%液氣比L/G=4L/ m吸收反應溫度：60C五、氣象資料：氣溫25C ,1atm六、填料性能：50mm金屬環鞍填料（亂堆）填料比表面積b：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、設計要求：要求脫硫效率99.9%，計算出填料層壓降。畫出填料塔的結構圖，標出參數（包括填料塔高度、 直徑）。二、填料塔的設計與計算2.1 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

5、動。液體從塔頂經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。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化，在 正常操作狀態下，氣相為連續相，液相為分散相。填料塔具有生產能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優點。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。22 填料的基本知識填料是造成氣液兩相

6、充分接觸從而實現相間熱、 質傳遞的主要構件。 因此，填料特性對填料塔 的流體力學性能和傳質性能將起重要影響。填料塔的性能優劣，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 ；經濟、使用及 可靠。填料的種類很多， 根據裝填方式的不同， 可分為散裝填料和規整填料。 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， 又稱為亂堆填料或顆粒填料。 散裝 填料根據結構特點不同，又可分為環形填料、鞍形填料、 環鞍形填料及球形填料等。規整填料是按一定的幾何構形排列，整齊堆砌的填料。 規整填料種類很多，根據其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、

7、脈沖填料等。2.3 填料塔的內件填料塔的內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 設計塔內件，對保證填料塔的正常操作及優良的傳質性能十分重要。2.4 填料塔塔徑的計算已知條件：液氣比L/G=4L/m3，煙氣流量為2 106m3/h，吸收液體積流量為8 106L/h 8 103m3/h、泛點氣速uF的計算：爐氣的質量流量:爐氣的密度：吸收液密度：L1000 kg/m3查埃克特通用關聯圖得縱坐標為0.13填料層的泛點和壓強降的通用關聯圖（ECKER 圖）、空塔氣速的計算塔徑D4 2 106V 3.19 3600吸收液體積流量為QLL QV4 2 106

8、 8 106 Kg/L吸收液質量流量為LQLL8 1061000 1038 106Kg /h有橫坐標:V、0.58 1061.75 106（0.875）0.5（1000）0.135液體校正系數1,填料因子110/m，液相粘度uL0.903mPa s泛點氣速UF0.13gL0.2VUL0.13 9.81 1000j- 110 1 0.875 0.903.3.75m/swLL14.89m攔液現象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛12。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(LW)min取0.08m3/(m h)；又已知比表面積75m3/m3。3

9、2最小噴淋密度Umin(Lw)min0.08 75 6m /(m h)3操作條件下的噴淋密度U8 102445.27m3/(m2/h)152U Umin，符合要求。2.5 填料層高度的計算、液體的總分子濃度CT:、塔頂組分B的濃度：氫氧化鈉的質量濃度為5%、煙氣的摩爾流量G煙：四、二氧化硫的摩爾流量Gso2：五、惰性氣體的摩爾流量G惰:3七、根據液氣比L/G 4L/m用氫氧化鈉水溶液吸收時，物料衡算方程為:塔底：yA1156.2542.72 103KPa5.75 10六、塔頂與塔底的二氧化硫摩爾分數和分壓:塔頂：yA2yA1(1整理得:bCTCB2)2.72 103(1 0.999)2.72

10、106KPa可得惰性組分的液氣比32.72 100.25m3/ L八、由SO22NaOHNa2SO3H2O可得b=2攔液現象。增加壓強降，降低效率，甚至形成液泛12。101代入數據得：0.25(PA2.75 104)-(CB1.25)2 56塔底處CB11.25 0.277 0.2741.174kmol/m3九、計算塔頂和塔底的臨界濃度令擴散系數DADB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，化學反應僅發生在界面上，因此可認為全塔內均有氣膜控制。傳質速率方程為：十、填料層高度h：2.6 填料層壓降的計算2 0.2壓降計算可采用埃克特通

11、用關聯圖。由空塔氣速u=3.19m/s可計算出縱坐標Uv_ 0.094，gL又橫坐標值為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150 9.81 5.15=7.58KPa。2.7 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5.15m，塔徑為15m二、 設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

12、體通過的自由截面積為填料面的50%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，在操作中會產生攔液現象。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氣液的流動狀態也會產生影響，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，以及可能加于系統的壓力波動，機械震動，溫度波動等因素。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生液泛；為使氣體能順利通過，對于普通填

13、料塔，支承件上的流體通過的自由截面積為填料面的50%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，在操作中會產生結構上應有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產生較大的阻力（一般阻力不大于結構簡單，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下填料床能夠穩定，防止高氣相負荷或負荷突然變動時填料層發生松動，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

14、，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而造成的流體分布不均勻的現象。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，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填料塔效率影響很大，分布器的設計不當，液體預分布不均，填料層的有效濕面積 減小而偏流現象和溝流現象增加，即使填

15、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計十分重要。特別對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密度（即單位面積上的布液點數），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設計液體分布器主要是決定這些參數的結構尺寸。對液體分布器的選型和設計，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， 一般多以液體流動的推動力或按結構形式分。若按流動推動力可分為重力式和壓力式，若按結構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。根據本吸收的要求和物系的性質可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數應應依所用填料所需的質量分布要求決定，噴淋點密度應遵循填料的效率越所需的噴淋點密度越大這一規律。2.8 填料塔結構簡圖（其中支撐柵板、液體再分布器、填料壓網以及液體分布裝置在此忽略不計。20Pa);【6】化工過程及設備設計涂偉萍陳佩