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1、有害气体控制工程课程设计填料塔脱硫系统姓名： 徐悦心 专业班级： 环工09K1 学号： 091905010122 指导教师： 吕建燚 设计时间： 2012年6月 目录一、绪论31.1设计目的31.2设计任务31.3设计资料3二、填料塔的设计与计算42.1填料塔的基本知识42.2填料的基本知识42.3填料塔的内件52.4填料塔塔径的计算52.5填料层高度的计算82.6填料层压降的计算102.7填料塔塔辅助设备的设计102.8填料塔结构简图12三、烟气脱硫系统流程图13四、参考文献13一、绪论填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔
2、内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能。1.1设计目的通过有害气体控制工程课程设计，进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行气态污染物工程设计的初步能力。通过设计，了解气态污染物工程设计的内容、方法和步骤，培养学生确定气态污染物控制系统的设计方案、设计计算、工程制图、使用技术资料、编写设计说明书等能力。1.2设计任务某燃煤电厂需对产生的烟气进行脱硫，以满足环境保护要求，要求设计的净化系
3、统效果要好，操作方便，投资省，并且达到要求的排放标准。1.3设计资料一 、工艺流程：采用填料塔设计二 、烟气参数：烟气流量: 2106m3/h.烟气成分：SO2浓度5000mg/m3烟气平均分子量：30.5烟气温度：150C烟气压力：1.01105Pa气膜传质分系数kG=1.8910-5 kmol/m2.s.kPa三、吸收液参数：采用5%(wt%)氢氧化钠水溶液,并假定NaOH与SO2发生极快不可逆反应。吸收塔进口液相吸收质浓度为0。L=1000kg/ m3；=18kg/kmol（平均分子量）液膜传质分系数kL=3.5410-4m/s四、操作参数：泛点率：85%液气比 L/G=4L/ m3吸收
4、反应温度：60C五、气象资料：气温 25C ,1atm六、填料性能：50mm金属环鞍填料（乱堆）填料比表面积：75m2/ m3填料因子：110/m单位体积填料层所提供的有效接触面积a=60.75 m2/ m3七、 设计要求：要求脱硫效率99.9%，计算出填料层压降。画出填料塔的结构图，标出参数（包括填料塔高度、直径）。二、填料塔的设计与计算2.1填料塔的基本知识填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体
5、分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。22填料的基本知识填料是造成气液两相充分接触从而实现相间热、质传递的主要构件。因此，填料特性对填料塔的流体力学性能和传质性能将起重要影响。填料塔的性能优劣，关键取决
6、于填料。所以，对填料的基本要求有：要有较大的比表面积；要求有较高的空隙率；经济、使用及可靠。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。2.3填料塔的内件填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及
7、优良的传质性能十分重要。2.4填料塔塔径的计算已知条件：液气比L/G=4L/，烟气流量为， 吸收液体积流量为一、泛点气速炉气的质量流量：炉气的密度：吸收液体积流量为吸收液密度： 吸收液质量流量为 有横坐标：查埃克特通用关联图得纵坐标为0.13 液体校正系数，填料因子，液相粘度 泛点气速填料层的泛点和压强降的通用关联图（ECKERT图）二、空塔气速的计算塔径圆整，取直径为15m。三、核算液体喷淋密度因填料尺寸小于75mm（50mm），所以最小润湿速率取；又已知比表面积。 最小喷淋密度 操作条件下的喷淋密度 ，符合要求。2.5填料层高度的计算一、液体的总分子浓度：二、塔顶组分B的浓度:氢氧化钠的质
8、量浓度为5%三、烟气的摩尔流量：四、二氧化硫的摩尔流量：五、惰性气体的摩尔流量：六、塔顶与塔底的二氧化硫摩尔分数和分压：塔底：塔顶： 七、根据液气比可得惰性组分的液气比八、由 可得 b=2 用氢氧化钠水溶液吸收时，物料衡算方程为：整理得：代入数据得： 塔底处九、计算塔顶和塔底的临界浓度令扩散系数在塔顶临界浓度：在塔底临界浓度：由此可见，无论是塔顶或塔底，活性组分氢氧化钠的浓度都超过了临界浓度，化学反应仅发生在界面上，因此可认为全塔内均有气膜控制。传质速率方程为： 十、填料层高度h：2.6填料层压降的计算压降计算可采用埃克特通用关联图。由空塔气速u=3.19m/s可计算出纵坐标0.094，又横坐
9、标值为0.135，所以将二者交汇于图中的等压线上，可从图中读出压降为1509.815.15=7.58KPa。2.7填料塔塔辅助设备的设计一、由上可知，填料塔填料层高度为5.15m，塔径为15m。二、设填料塔喷淋层高度为1.2m，液体再分布层为2.4m，塔顶和塔底超高各0.5m。故，填料塔总高位9.75m。三、填料支承装置的选择：填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两相顺利通过。支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支
10、承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求：足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料空隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到
11、装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛12。结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；结构简单，便于加工制造安装和维修。要有一定的耐腐蚀性。因栅板支承板结构简单，制造方便，满足题目各项要求，故选用栅板支承板。四、填料压紧装置：为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限
12、定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%。本任务由于使用塑料填料，故选用床层限定板。五、液体再分布器：液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体均匀的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料性能再好也很难得到满意的分离效果。因
13、而液体分布器的设计十分重要。特别对于大直径低填料层的填料塔，特别需要性能良好的液体分布器。液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流动的推动力或按结构形式分。若按流动推动力可分为重力式和压力式，若按结构形式可分为多孔型和溢流型。其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢流槽式液体分布器。根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。2.8填料塔结构简图（其中支撑栅板、液体再分布器、填料压网以及液体分布装置在此忽略不计。1.2m0.5m9.75m10
