《环境工程原理课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境工程原理课程设计（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、成都信息工程学院环境工程原理课程设计题目NaOH吸收二氧化硫填料塔设计姓名：班级：环境工程111学号：指导教师：目录一：设计概述11.1 设计题目及要求11.1.1 设计题目11.2 设计条件11.2.1 操作条件1二：设计内容22.1 吸收剂的选择22.1.1 NaoH作为吸收剂吸收SO2所具有的优点： 22.2 吸收流程的选择22.4 吸收塔设备及填料的选择22.4.1 吸收塔设备的选择22.4.2 填料的选择32.5 吸收的汽液平衡关系的确定42.6 吸收剂再生方案的选择5三： 吸收塔的工艺尺寸计算（塔径、填料层高度）53.1 液相物性数据53.2 气相物性数据63.3 物料衡算63.4
2、 填料塔的工艺尺寸的计算73.4.1 塔径的计算73.4.2泛点率校核83.4.3填料规格校核:83.4.4液体喷淋密度校核83.5 填料塔填料高度计算83.5.1 传质单元高度计算83.5.2传质单元数的计算113.5.3填料层高度计算113.5 液体分布器计算123.5.1 液体分布器123.5.2喷淋器的选择133.5.3布液孔数133.5.4 液体保持管高度143.6 其他附属塔内件的选择143.6.1 填料支承板143.6.2除沫器（除雾器）143.6.3管口结构153.7 吸收塔的流体力学参数的计算153.7.1 吸收塔的压力降153.7.2吸收塔的泛点率173.7.3 气体动能因
3、子183.8 塔的辅助装置的选型183.8.1 离心泵的选择与计算183.8.2 吸收塔的主要接管尺寸的计算183.8.3 填料塔附属高度计算19（四）：对设计过程的评述和有关问题的讨论 204.1 流量和物性数据204.2 计算数据过大204.3 设计完成过程中的困难20（五）：工艺设计主要符号说明201、英文字母202、下标 213. 希腊字母22评述与讨论22结束语 23附录A24表Al24主要参考文献 25一：设计概述1.1 设计题目及要求1.1.1 设计题目NaOH溶液吸收SO2填料塔设计1.1.2 设计要求1、必须掌握填料塔设计的有关原理、步骤2、必须学会合理地选择填料3、必须校核
4、本设计是否满足填料塔设计的有关设计要求4、必须依据国家有关标准来选择塔的附件如封头、支座等1.2 设计条件燃煤锅炉送出的气体冷却到50C后，进入填料塔中，用3%的NaOH溶液吸 收，以除去其中的SO2，入塔的烟气流量为150000m3/h，其中SO2的浓度为 1200ppm，要求达到二级排放标准（年平均：0.16mg/m3;日平均：0.15mg/m3； 小时平均： 0.50mg/m3）。1.2.1 操作条件1操作压力：常压；2实际吸收液量是理论吸收液量的 1.5 倍3操作温度： 50C4标况体积： 26.51.2.2 工作日每年 300 天，每天 24 小时连续运行二：设计内容2.1 吸收剂的
5、选择2.11 NaoH作为吸收剂吸收SO2所具有的优点：一、对溶质的溶解度大所选的吸收剂多溶质的溶解度大 ,则单位量的吸收剂能够溶解较多的溶 质,在一定的处理量和分离要求下,吸收剂的用量小,可以有效地减少吸收剂循 环量,这对于减少过程功耗和再生能量消耗十分有利。二、2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O从反应看出：反应后生成的盐（Na2SO3）在水中溶解度大，而NaOH溶液中含水，所以SO2在NaOH溶解性大。三、对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性 ,即要求选用的吸收剂应对溶质有较大的溶解度 , 而对其他组分则溶解度要小或基本不溶,这样,不但可以减小惰性气体组分的 损失，而且可以提高解
6、吸后溶质气体的纯度。四、SO2酸性气体，NaOH属于强碱。不易挥发2.2 吸收流程的选择因为排放SO2的浓度为1200ppm,要求达到二级排放标准（年平均:0.16mg/m3; 日平均：0.15mg/m3；小时平均：0.50mg/m3）。但是吸收量过大，达150000m3/h 所以采用多塔，逆流吸收流程。2.4 吸收塔设备及填料的选择2.4.1 吸收塔设备的选择塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑的因素有：物 料性质、操作条件、塔设备性能、以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。1. 由于SO2属于酸性气体，NaOH又属于强碱。所以选用填料塔。2. 由于SO2气相传质阻力大，所
7、以选用填料塔为宜。3由于填料塔具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低， 易于制造、安装、操作和维修等。而且作为吸收过程 ，一般具有操作液起比大的 特点，因而更适用于填料塔.此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于 吸收过程来说，以采用填料塔居多所以选用填料塔。2.4.2 填料的选择1) 选择填料材质煤锅炉送出的气体为50C, 般情况下，可以选用塑料，金属，陶瓷等材料。 NaOH和SO2具有腐蚀性介质，应采用相应的抗腐蚀性材料，如陶瓷，塑料，玻 璃，石墨，不锈钢等。考虑本填料塔处理量和经济效益决定选取塑料材质。2) 填料类型的选择对于NaOH吸收SO2的过程、操作、
8、温度及操作压力较低，采用散装填料。 在散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用塑料鲍尔环 填料， 规格为 76X76X2.6,故 A=0.0942, K=1.75.3) 填料尺寸的选择表 2-1 填料尺寸与塔径的对应关系塔径/mm填料尺寸/mmDW30020 25300WDW90025 38D290050 80表2-2散装填料类型以及关联常数A,K值散装填料类型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属丝网波纹填料0.301.75金属鲍尔环0.11.75塑料丝网波纹填料0.4201.75塑料阶梯环0.2041.75金属网孔波纹填料0.1551.47金属阶梯环0.1061.
9、75金属孔板波纹填料0.2911.75瓷矩鞍0.1761.75塑料孔板波纹填料0.2911.563金属环矩鞍0.062251.75表2-3塑料鲍尔环填料几何特性数据名称规格直径X 咼度X 壁厚比表面 积空隙率堆重堆积个 数干填料因子塑料鲍 尔环 Pall ring2525 X 25X1.2213918548300285塑料鲍 尔环3838 X 38X1.4151918215800200塑料鲍 尔环5050 X 50X1.510092606300130塑料鲍 尔环7676 X 76X2.67292621930922.5 吸收的汽液平衡关系的确定由参考书查得，常压下50C时SO2在水中的亨利系数为
10、E = 8.71MPa = 8.71 x 103kPa相平衡常数为8.71 x 103101.325- 85.961溶解度系数为998.28.71 x 103 x 18.02-6.359 x 10-3 kmol / xPa - m 32.6 吸收剂再生方案的选择依据所用的吸收剂不同可以采用不同的再生方法，工业上常用的吸收剂再生 方法主要有减压再生，加热再生及气提再生等。（一）减压再生（闪蒸） 吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大 量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得溶如吸收剂中的溶质得以再生。该方 法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件
11、，如吸 收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那么解吸操作需在真空条件下进 行，则过程可能不够经济。（二）加热再生 加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再 生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于 解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于常温的吸收操作，否则， 若吸收温度较高，则再生温度必然更高，从而，需要消耗更高品位的能量。一般 采用水蒸汽作为加热介质，加热方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采用 缉间接蒸汽加热。（三）气提再生 气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低， 使吸收剂得以再生。常用气
12、提气体是空气和水蒸气。三： 吸收塔的工艺尺寸计算（塔径、填料3.1 液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。50C时水 的有关物性数据如下：密度为 P 二 998.2kg /m3L粘度为 卩=5.494 Pa - s =3.6 kg/(mh)L表面张力为b = 72.67dyn/cm = 941803 2kg/h2LSO 在水中的扩散系数为 D 二 1.47 X10-9m2 /s 二 5.292x 10-6m2 /h2L3.2 气相物性数据排放SO2摩尔质量：M = 64. 054 g/mol。 排放SO2的浓度为：C = 1200ppm.混合气体的平均摩尔质量：M
13、 二工 y M 二 64.054 x 0.0012 + 29 x 0.9988 二 29.042Vm i i混合气体的平均密度为：p = pMvm = 101.325 x29.042 = 1.0953 vm RT 8.314 x 323.15混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，由附录表A1查得，50C时空气的 粘度为卩=1.96 x 10-5 Pa - s = kg/ (m - h)V3.3 物料衡算进塔混合气体中的气相摩尔比为1-y10.0121 - 0.012二 0.01214 SO由于SO2二级排放标准为0.50mg/m3 (小时平均)所以出塔混合气体中 so2的气相摩尔比比为Y 二 Y
14、 (1-Q )二 0.01214 x (1 -0.9982)二 2.1 x 10-5 2 1 1进塔惰性气相流量为150000273.15(1 0012)外733 20“1IUq =xx (1 - 0.012) = 4733.207kmol / hnG 26.5273.15 + 50该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似为直线，最小吸收剂用量可按下式计算，即Y - Yq =+ a x qnL minY /m- X nG12对于纯溶剂吸收过程，进塔吸收液中SO2的溶质摩尔比为X = 02= 85.812 qnG0.01214 - 2.1x10-5q =x qnL min214/85.961 0 nG取操作液气比为1.5q 二 1.5q x q 二 1.5 x 85.812 x 4733.207 二 609251.0902nL nL min nGq (Y - Y ) = q (X - X )nG1 2 nl
