二氧化硫填料塔阶梯环课程设计.doc

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目录

1设计任务书 1

1.1设计目的 1

1.2设计任务及条件 1

1.3填料塔出口参数 2

2方案的确定 2

2.1吸收剂的确定 2

2.2吸收塔中填料的选择 3

2..3气液流动方向选择 3

3基础数据 3

3.1液相数据 3

3.2气相数据 4

3.3气液相平衡数据 4

3.4物料衡算 4

4填料塔的工程尺寸计算 5

4.1塔径的计算 6

4.2校核 7

4.3填料层的计算 9

5填料塔内件的设计 10

5.1塔身厚度的设计 10

5.2封头的设计 10

5.3除雾器的设计 10

5.4液体进出管的设计 11

5.5喷淋装置的设计 11

5.6填料板压板的设计 11

5.7填料支撑装置的设计 11

5.8液体再分器的设计 12

5.9气体进出管的设计 12

5.10填料塔的压力降 13

5.10.1气体进出口压降 13

5.10.2填料层压降 13

5.11塔釜高度 13

6数据汇总 14

7.课程设计后感言 15

8.参考文献 15

1.设计任务书

1.1设计目的

本设计的主要目的是使我们得到一次关于气体污染控制吸收设备设计的综合训练，特别是：

1.工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用；

2.基本计算方法和绘图能力的训练；

3.综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题；

4.熟悉、贯彻国家环境保护法规及其有关政策。

1.2设计任务及条件

矿石焙烧炉送出的气体冷却至20℃，通入填料塔用清水洗涤去除SO2.炉气流量1000m3/h，炉气平均分子量为32.16g/mol，洗涤水用量2.26x104kg/h。

采用25mmx25mmx2.5mm的陶瓷拉西环以乱堆方式充填（或者自选填料的种类及规格）。

取空塔气速为泛点气速的73%（或者根据设计手册自选）。

1.3填料塔出口参数

根据我国烟气排放标准GB13271-2001，二氧化硫排放浓度：

2.方案的确定

2.1吸收剂的选择

吸收剂对溶质的组分要有良好的吸收能力，而对混合气体其他成分不吸收，而且挥发度要低。

而且吸收剂最好价廉易得，综合分析，用清水作为吸收剂比较好，SO2作为吸手吸收质，而且此吸收过程符合对吸收剂的基本要求。

2.2吸收塔中填料的选择

按照设计要求，该系统不属于难分离系统，采用乱推方式充填，考虑到吸收对象为so2,故采用的塑料材质。

在此使用塑料阶梯环，其规格为38mm*19mm*0.8mm.该填料因子及比表面积如下：

比表面积：

a=131m2/m3,

空隙率：

=0.91

泛点填料因子：

f=175.6m-1

压降填料因子：

p=130m-1

2.3吸收过程中的气液流动方向

吸收过程还可以按气流流动的方向分为并流和逆流操作，在相同的进出口组成条件下，逆流吸收过程具有较大的平均传质推动动力，可以实现多个理论级操作，气体净化的程度较高，工业上运用较多，而并流吸收流程只有一个理论级操作，气体净化程度不是很高，但可以避免塔的液泛现象，一般用于快速的化学反应吸收操作。

而在此处我所设计的是水吸收SO2，属于低等溶解度的吸收过程，所以为了提高传质效率选用逆流吸收过程。

3.基础数据的计算

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。

由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：

密度为ρL=998.2kg/m3

粘度为μL=3.6kg/（m·h）

表面张力为σL=71.97dyn/cm=932731kg/h2

SO2在水中的扩散系数为DL=5.3×10-6m2/h

3.2气相物性数据

设进塔混合气体温度为20℃，

混合气体的平均摩尔质量为

M=32.16g/mol

混合气体的平均密度为

ρG=PM/RT=101.3×32.16/（8.314×293.15）=1.337kg/m3

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为

μG=1.83×10-5Pa•s=0.066kg/（m•h）

查手册得SO2在空气中的扩散系数为

DG=0.0393m2/s

3.3气液相平衡数据

由手册查得，常压下20℃时SO2在水中的亨利系数为

E=3.35×103kPa

相平衡常数为

m=E/P（3-1）

=3.35×103/101.3=35.04

溶解度系数为

H=ρ/EM（3-2）

=998.2/3.35×103×32.16=0.0156kmol/kPam3

3.4物料衡算

设二氧化硫的进塔摩尔质量分数为：

x

64×X+29×（1-x）=32.16

X=0.09

根据我国烟气排放标准GB13271-2001，二氧化硫排放浓度：

惰性气体摩尔流量：

设二氧化硫的去除率为y：

进塔气相摩尔比为：

出塔气相摩尔比为：

该吸收过程属于低浓度吸收，平衡曲线可近似于直线，最小液气比可按下式计算：

（3-3）

对于纯吸收剂吸收过程，进塔液相组成为

则

取操作液比

由（3-4）

4.填料塔的工艺尺寸的计算

4.1塔径的计算

采用艾柯特泛点关联式计算泛点速度：

（4-1）

液相质量流量可进似按纯水的流量计算：

气相质量流量：

取泛点率为0.73，即

（4-2）

园整后取D=700mm

4.2校核

①泛点率校核：

（4-3）

因此在允许的范围50%——80%之间。

②填料规格校核：

（4-4）

因此在允许范围之内。

③液体喷淋密度校核：

实际操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。

若液体喷淋密度小于最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。

对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率（Lw）min=0.08m3/（m·h），对于直径大于75mm的散装填料，可取最小润湿速率（Lw）min=0.12m3/（m·h）。

取最小润湿速率为：

（Lw）min=0.08m3/（m·h）

又由于填料的比表面积为：

a=131m2/m3则：

（4-5）

且

经以上校核可知，填料塔直径选用D=700mm合理。

4.3填料层的高度计算

吸脱因数为：

（4-6）

气相总传质单元数为：

（4-7）

所以（4-8）

查表得：

所以气膜吸收系数：

（4-9）

（4-10）

液膜吸收系数为：

（4-11）

（4-12）

（4-13）

由

所以

（4-14）

（4-15）

（4-16）

取填料层高度12m

对于塑料阶梯环填料：

故需要分两段，每段填料层高度为6m.

4.3填料层压降计算：

经计算（4-17）

查表一得

填料层压降为

图一：

5.填料塔内件的设计

5.1塔身厚度的设计

在环保设备中，往往压力较低，可以按照满足刚度要求的容器最小壁厚的方法计算。

塔身选用普通低碳钢管。

而对于碳钢和低合金钢制的容器，当内径时，

最小壁厚且不小于3mm另外再加上腐蚀裕量取2mm

（5-1）

所以塔身厚度取5mm

5.2封头的设计

对封头形状无特殊要求。

球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。

理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头形状。

但由定性分析可知：

半球形封头受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。

封头的材料选择 Q325-B.

由标准椭圆形封头得（5-2）

H=DI/4=700/4=175mm，a=2b=700mm封头的厚度可与塔身一致，均取5mm，直边选择为25cm。

5.3除雾器的设计

除雾器的丝网盘高H一般取100—150mm丝网可用金属或塑料为材料制成。

支承丝网的栅板应具有大于90%的自由截面积。

取丝网盘高为120mm。

5.4液体进出管的设计

液体进料管允许液体流速为1.5—1.8m/s,高度取120—150mm

（5-3）

取u=1.6m/s,（5-4）

所以内径d=70.8mm，取d=75mm，壁厚取4mm。

5.5喷淋装置的设计

按Eckerd建议值，时，喷淋点密度为170点/m2,所以设计喷淋密度为170点/m2,

则

喷头安装位置距填料的距离

在此选用多孔盘管式喷淋器。

其直接液体进料管相连接。

在管底部钻2~4排直径3~6mm的小孔，孔的总截面积大致与进液管截面积相等。

5.6填料板压板的设计

对防止填料层在气体压力差和符合波动引起的冲击作用下发生的攒动和膨胀，对任何填料塔都必须安装填料压板或床层限制板。

填料压板：

使用与固定陶瓷填料层，凭自身的重量限制填料松动，无需固定于塔壁，其形式分为栅条压板式和丝网压板式，我们选用栅条压板式。