填料塔脱硫系统课程设计[优秀]_填料塔课程设计

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一、设计目的通过有害气体工程设计，进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行气态污染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、实用技术资料、编写设计说明书等能力。

二、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，要求设计的净化系统效果要好，操作方便，投资省，并且达到要求之排放标准。

三、设计资料 ：工艺流程：采用填料塔设计 2 烟气参数：

烟气流量: 2×106m3/h.烟气成分：SO2浓度5000mg/m

烟气平均分子量：30.5 烟气温度：150°C 烟气压力：1.01×105Pa 气膜传质分系数kG=1.89×10 kmol/m.s.kPa 3 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。

ρL=1000kg/ m3, =18kg/kmol（平均分子量）

ML 液膜传质分系数kL=3.54×10-4m/s 4 操作参数：泛点率：85% 液气比 L/G=4L/ m

3吸收反应温度：60°C 5 气象资料：气温 25°C ,1atm 6 填料性能：

50mm金属环鞍填料（乱堆）

填料比表面积σ：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 m/ m

237 设计要求：要求脱硫效率99.9%，计算出填料塔压降。画出填料塔的结构图，标出参数（包括填料塔的高度、直径）。

设计说明书：

一、填料塔

1.1 填料塔的概念及特点：

填料塔是气液互成逆流的连续微分接触式塔型。填料塔内装有各种型式的固体填充物，即填料。液相由塔顶的喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下，气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续变化。在塔内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体分布装置。气液两相间的传质通常是在填料表面的液体和气体间的相界面上进行的。

填料塔不仅结构简单，而且有阻力小和便于使用耐磨材料制造等优点，尤其对直径较小的塔处理有腐蚀性的物料时，填料塔都表现出明显的优越感。1.2 吸收的工艺流程图

采用常规逆流操作流程，流程如下：

1.3 填料塔的组成：

1、填料

对填料的基本要求：（1）要有较大的比表面积；（2）要求有较高的孔隙率；（3）经济、实用及可靠；

2、填料塔的附属结构

填料塔的附属结构主要有支承板、液体喷淋装置、液体再分布器和除雾器等。

（1）支承板：支承填料和填料上的持液量的，它应该有足够的强度，允许气体和液体能自由的通过。支承板的自由截面不应小于填料层的孔隙率。（2）液体喷淋装置：把液体均匀分布在填料层上的装置。（常用的有：管式喷淋器、莲蓬头是喷洒器、盘式分布器）

（3）液体再分布器：用来改善液体在填料层内的壁流效应的，每隔一定高度的填料层设置一个在分布器。

（4）除雾器：出去填料层上方逸出的气体中的雾滴。

（5）气体分布装置：使气体分布均匀，同时还能防止液体流入进气管。

（6）排液装置

为了克服液体流过填料层时向塔壁汇集的倾向，以使液体亦能充分润湿塔中心的填料，当填料层高度较大时，常将填料层分成若干段。为了使填料充分润湿，以避免出现干填料的状况，一般要求液体喷淋密度在10m3hm2以上，并力求喷淋均匀。为了克服塔壁效应，塔径与填料尺寸比值至少在8以上，每段填料层的高度应为塔径的3倍左右。

填料塔的空塔气速不宜过大，一般取0.5~1.5kPa/m，液气比（L/G）为0.5~2.0kg/kg（溶解度很小的气体除外）。

二、设计计算

2.1 烟气的设计计算

2.1.1 已知：烟气流量：Q02106m3/h

SO2浓度：C05000mg/m3 烟气的平均分子量：M030.5kg/kmol

烟气温度：T0150℃ 烟气压力：P01.01106Pa

2.1.2 进入吸收塔烟气的总摩尔流量：

VQ0273P021022.4622.4273T0101.325Pa273273150101101.325

计算得：V=57439.28kmol/h 烟气质量流量：

VVM057439.2830.5=1751898.04kg/h 烟气密度：

VVQ01751898.0421060.8759kg/m

3SO2的质量流量：

vQ0C0210m/h5000mg/m10000kg/h

1633进入吸收塔SO2烟气的摩尔流量：Vso22.2 吸收液的设计计算

V1MSO210000kg/h64g/mol156.25kmol/h

2.2.1 已知：吸收液密度：L1000kg/m

平均分子量：ML18kg/kmol 液气比：L/G=4L/m

2.2.2 吸收液的体积流量：VLL03

3GQ04210810L/h

63666吸收液的质量流量：LVLL810L/h1000kg/m810kg/h

吸收液的摩尔流量：VL2.3 填料塔工艺尺寸计算 LML810186=444444.44kmol/h 2.3.1 已知：气体质量流量：V1751898.04kg/h

烟气密度：V0.8759kg/m3

液体的质量流量：L8106kg/h

液体密度：L1000kg/m3

填料因子：110/m

液体粘度：L0.903mPas

重力加速度：g=9.81m/s2 液体校正系数：水液100010001

2.3.2 泛点气速的计算

采用埃克特关联图计算泛点气速

LV通用关联图的横坐标为VL0.52uV0.2L，纵坐标gL

通用关联图在左下方的线簇为乱堆填料层的等压降线，最上方的三条分别为弦栅、整砌拉西环及乱堆填料的泛点线，与泛点线相对应的纵坐标中空塔气速u应为泛点气速uF。若已知气液两相流量比及

各自的密度，则可算出图中横坐标的值，由此点作垂线与泛点线相交，再由交点做平行线至纵坐标，从而求得泛点气速uF。

LV0.5横坐标VL0.8759=1751898.04100081060.50.135

由设计要求可知，采用乱堆填料 查埃克特通用关联图得：

2uV0.2L=0.14 gL泛点气速：

uF0.14gL0.149.81100011010.87590.9030.2V0.2L=3.81m/s 则空塔气速：u=uF85%=3.24m/s 2.3.3 塔径的计算 塔径为：

D

圆整塔径，取15m 泛点率校核：

空塔气速：uVS24VSu421063.24360014.77m

21064D43.14m/s

1536002泛点率：

uuF3.143.8182.4%(

由设计资料可知：金属环鞍填料：d=50mm 填料规格的校核：Dd502.3.4 核算液体喷淋密度 150003008(在允许范围内）

因填料尺寸小于75mm，取LWmin0.08m/mh

3LWmin：最小润湿速率。所谓最小润湿速率，即指在塔的横截面积上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。（对于直径不超过75mm的拉西环及其他填料，可取LW于直径大于75mm的环形填料，应取0.12m/mh。）

3min0.08m/mh；对5

填料的比表面积：75m2/m3

则：

最小喷淋密度：Umin0.08756m3/m2h 操作条件下的喷淋密度U：

U计算可知：U>Umin 所以，塔径选15m合理 2.3.5 填料层高度的计算

已知：进入吸收塔烟气的总摩尔流量：V=57439.28kmol/h

气象压强：P1atm 脱硫效率：99.9%

5%

L1000kg/mML18kg/kmol 单位体积填料层所提供的有效接触面积：a=60.75m2/m3

塔径：D=15m

52气膜传质分系数：kG1.8910kmol/mskPa

81010006415245.27m/mh

32液膜传质分系数kL3.54104m/s 进入吸收塔总烟气中SO2的摩尔分数：yA1VSO2V156.2557439.280.00272

烟气进口SO2分压：PAyAP00.00272101kPa0.27472kPa

11烟气出口SO2分压：

PA2PA1199.9%0.274720.0012.7472104kPa

液相总浓度：CTnVmMLVML10001855.56kmol/m

3塔顶处：CB21000LML1000ml/l5%1000kg/m18kg/kmol32.78kmol/m

3由设计资料可以知道，NaOH与SO2发生极快不可逆反应。吸收塔进口液相吸收质浓度CA0

2所以，进行即快速不可逆化学吸收，化学反应式为：

SO22NaOHNa2SO3H2O

由化学反应可知：b=2

用高浓度活性组分NaOH吸收时，物料衡算方程式为：

GPPAPA21bLCTCBCB2

代入已知数据得：

CB2.850.08PA 用此关系可求出塔底处CB：

1CB12.850.080.274722.83kmol/m 计算一下塔底和塔顶的临界浓度：令DADB 则在塔顶：

CkpkD1.8910kmol/msPa4bAGPA2212.747210kPa 4DBkL3.5410m/s55232计算得：

Ckp22.9310在塔底：

Ckpkmol/m

31kD1.8910kmol/mskPabAGPA1210.27472kPa 4DBkL3.5410m/s352计算得：

Ckp10.0293kmol/m

由此可见，无论是塔底还是塔顶，活性组分NaOH的浓度都超过了临界浓度，化学反应仅发生在界面上，因此可以认为全塔内均由气膜控制。传质速率方程为：

NAkGaPA kGa1.8910kLa3.54105460.751.151060.752.15103kmol/mskPaS132

气体摩尔流量：

GV4257439.28kmol/hD40.0903kmol/mS

215m22

所以填料层高度为：

hGP1PAAPdPAkGaPAGPkGa2lnPA1lnPA2

0.0903101.3251.15103

ln0.27472ln2.7472104

5.35m有计算可知，在纯水中加入大量的活性组分，发生极快速不可逆化学反应，使液相传质阻力下降为零，传质速率仅由气膜控制，使填料层高度大大降低。2.4 填料层压降的计算：

采用埃克特关联图计算填料层压降，根据已知数据，分别求出纵坐标和横坐标的值，将二者交汇于图中等压线上，即可从等压线上读出压降p/Z的值。空塔气速：u=3.14m/s 横坐标为：VLLV0.50.135

22uV0.23.1411100.8759L纵坐标：0.903g9.811000L20.08

由埃克特关联图可知：p/Z1209.81Pa/m 其中Z为填料层高度：5.35m 所以填料塔压降为：p1209.815.35Pa6298.02Pa 2.5填料塔实际高度的计算及设计图 2.5.1 塔上部空间高度，取h14m

塔釜液所占空间高度，取h28.65m

塔下部空间高度，取h35m

塔的实际高度：Hhh1h2h3h45.3548.6550.623.6m

填料塔直径：D=15m 填料层高度：h=5.35m 支承栅板高度：h4=0.6m 说明：为了使烟气与吸收液充分接触，塔釜液所占空间高度，应取大一点，故取8.65m；塔径是15m过大，填料层高度较小，为了克服塔壁效应故填料层不需要分层。2.5.2 根据以上参数画填料塔的设计图如下：

三、总结

经过一个星期的时间，终于完成了对填料塔的设计，在设计的过程中发现了许许多多在日常学习过程中没有发现的问题，对许多的概念有了深度的认识，一些参数的大小会对填料塔的脱硫效率或者会导致“范液现象”、“液封”等现象的发生。对于选择较好填料的填料塔，其单位面积填料所具有的表面积大，气体通过填料时的阻力较小。为了克服液体流过填料层时向塔壁汇集的倾向，以使液体亦能充分润湿塔中心的填料，当填料层高度较大时，常将填料层分成若干段。为了使填料充分润湿，以避免出现干填料的状况，一般要求液体喷淋密度在10m3hm以上，并力求喷淋

2均匀。为了克服塔壁效应，塔径与填料尺寸比值至少在8以上，每段填料层的高度应为塔径的3倍左右。填料塔的空塔气速不宜过大，一般取0.5~1.5kPa/m，液气比（L/G）为0.5~2.0kg/kg（溶解度很小的气体除外）。但在本次的课程设计中，烟气的流量非常的大，还要保证脱硫效率在99.9%。所以，所设计出的填料塔直径就非常大，原本填料层的高度是很大的，但由于塔径很大，所以填料层就不分层了。通过有害气体工程设计，能够进一步消化和巩固本门课程所学内容，也使所学知识系统化，达到学以致用的目的。培养我们运用所学理论知识进行气态污染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，培养了我们确定气态污染物控制系统的设计方案、设计计算、工程制图、实用技术资料、编写设计说明书等能力。

当然，我觉得最重要的一点是，通过动手设计，在这个过程中才能发现问题，只有发现了问题的存在，然后通过查阅资料，通读课本文献，才能进一步找到解决问题的途径和方法。整个课程设计的过程对我来说是非常受用的，人生不正是这样吗？不断的发现问题，提出问题，解决问题，只有通过这样才能更加的完善。参考文献

[1]赵毅，李守信.有害气体控制工程[M].化学工业出版社，2001年 [2]张洪流，化工原理－传质与分离技术分册[M]，2009年