填料塔说明书
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设计项目计算与说明计算结果一、原始数据二、填料吸收塔设计一、原始数据矿石焙烧炉出来的气体中含SO2,为了防止大气污染,采用清水洗涤工艺除去其中的SO2。
焙烧炉出来的气体温度为25℃,洗涤水的温度为常温20℃。
试设计一座吸收塔,设计参数如下:采用常规逆流操作流程,气体自塔底进入,由塔顶排出,序号炉气流量Nm3/h炉气SO2含量(摩尔分数)操作压力MPa操作温度℃要求SO2的吸收率%5 3000 0.06 0. 15 20 95方案的确定1、吸收工艺流程的确定2、填料的选择液相相反,特点是传质推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。
吸收流程如下:2、填料的选择作为吸收过程,一般要求具有操作液气比大等特点,因而更适合选用填料塔。
填料塔阻力小,效率高,有利于过程节能。
与板式塔相比,具有生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大、塔内持液量小等突出优点。
对于水吸收二氧化硫的过程,操作温度及操作压力较低,二氧化硫吸收产物具有腐蚀性,而塑料材料的耐酸腐蚀性比较好,故工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中,塑料阶梯环的综合性能较好,故选用38mm×19mm×1.0mm聚丙烯阶梯环填料。
主要性能参数见下表:公称直径(d)mm实际尺寸(δ⨯⨯Hd)mm个数(n)/m3比表面(a)/m38 38×19×1.027200 132.5空隙率(ε)m3/m3堆积密度3p/-⋅mkgρ干填料因1/-Φm91 57.5 175采用常规逆流操作流程采用塑料38mm×19mm×1.0mm塑料阶三、基础物性数据1、液相物性数据2、气相物性数据三、基础物性数据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。
20℃时水的有关物性数据如下:密度:3Lm/kg2.998=ρ粘度:h)kg/(m6.3sPa103L⋅=⋅=-μ表面张力:2Lkg/h940896=σSO2在水中的扩散系数:/hm1029.5/sm1047.12625L--⨯=⨯=D2、气相物性数据①.混合气体的平均摩尔质量:kg/m ol1.312994.06406.0iiVm=⨯+⨯=∑=MyM②.混合气体的平均密度:3VmVmkg/m883.1298314.81.31150=⨯⨯==RTPMρ③.混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,20℃时空气的粘度如下:h)kg/(m065.0sPa1081.15V⋅=⋅⨯=-μ④.查手册得,SO2在空气中的扩散系数:/hm039.02V=D3、气液相平衡数据3、气液相平衡数据四、物料衡算①.查手册得,20℃时SO2在水中的亨利系数:kPa1055.33⨯=E②.相平衡常数:67.261501055.33=⨯==PEm③.溶解度系数:0526.002.181055.32.9983sL=⨯⨯==EMHρ四、物料衡算①.进塔气相摩尔比:0638.006.0106.01111=-=-=yyY②.出塔气相摩尔比:00383.0)94.01(0638.0)1(212=-=-=soYYϕ③.进塔惰性气相流量:kmol/h35.83)06.01(2982734.222168=-⨯⨯=V④.min)(VL计算:该吸收过程属于低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按12min12/Y YLV Y m X-⎛⎫=⎪-⎝⎭计算,又因为对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成2X为0,则五、填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算78.2067.23/0683.000383.00638.0/)(2121min=--=--=XmYYYVL⑤.取操作液气比为1.4,则:092.2978.204.1)(4.1min=⨯==VLVLkmol/h8182.242435.83092.29=⨯=⇒L⑥.物料衡算:1212()()V Y Y L X X-=-00213.0)00383.00683.0(8182.242435.831=-⨯=⇒X五、填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算①.采用Eckert通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量:kg/h344.4082883.12168=⨯=vw②.液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即kg/h2240.4369502.188182.2424L=⨯=w③.Eckert通用关联图的横坐标:4649.0)2.998883.1(344.40822240.43695)(5.05.0LVVL==ρρww④.查图5-21得[2]:021.00.2LLVF2F=ψΦμρρgu⑤.查表5-11得[2]: 1F 170-=m φ2.00.2L V F L F 1883.111702.99881.9021.0021.0⨯⨯⨯⨯⨯=ψΦ=μρρg um/s8015.0=⑥.取 m /s 5610.07.0F ==u u 由 m 17.15610.014.33600/216844si =⨯⨯==uV D π圆整塔径,取m 2.1i =D⑦.泛点率校核:m/s 53.0)2.1(43600/21682=⨯=πu%50%13.66%1008015.053.0F >=⨯=u u⑧.填料规格校核:857.31381200i >==d D⑨、液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为h /m m 08.0)(3min W ⋅=L查附录五得[2]:32t /m m 5.132=ah m m a L U ⋅=⨯==23t min W min /6.105.13208.0)(min270.38)2.1(42.998/2240.43695U U >=⨯=π2、填料层高度计算经以上校核可知,填料塔直径选用iD=1200mm合理。
2、填料层高度计算①.与液相平衡时的摩尔比026037.00011.067.231*1=⨯==mXY*22Y mX==②.脱因系数8136.08182.242435.8367.23=⨯==LmVS③.气相总传质单元数])1ln[(11*22*21OGSYYYYSSN+----=327.7]8136.000383.00638.0)8136.01ln[(8136.011=+----=④.气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算查表5-13得[2]:2kg/h427680dyn/cm33c==σ⑤.液体质量通量h)kg/(m0605.38635)2.1(42240.4369522L⋅=⨯=πU由④中式子,得:5778.0tw=aa32w/mm9085.735.1325578.0=⨯=⇒a⑥.气膜吸收系数)()()(237.0Vt 3/1V V V 7.0V t V G RTD a D a U k ρμμ=⑦.气体质量通量h)kg/(m 81.2410)2.1(4176.272522V ⋅=⨯=πU由⑥中式子,得:kPa)h kmol/(m 02852.02G ⋅⋅=k⑧、液膜吸收系数m/h0439.1L =k⑨.由1.1w G G ψa k a k =,查表5-14得[2] : 1.45ψ=则 1.1w G G ψa k a k =kPa)h kmol/(m 286.345.15.1325778.002852.031.1⋅⋅=⨯⨯⨯=4.0w L L ψa k a k =h /73.9245.15.1325778.00439.14.0=⨯⨯⨯=%50%61.51F >=u u⑩. 1.4'19.50.5G G F u k a k au ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦kPa)h km ol/(m 382.33⋅⋅=2.2'1 2.60.5L L F u k a k au ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦/h 76.92'L =⇒a kkPa)h 3kmol/(m 01.11113''G ⋅⋅=+=aHk a k a K L G2G OG )2.1(4150013.123.84⨯⨯⨯=Ω=Ω=πaP K V a K V H Y =0.491mm 450.3026.7491.0OG OG =⨯==N H Z m 485.445.33.1'=⨯=Z所以,设计取填料高度为 m 5'=Z①①.查表5-16得[2],对于阶梯环填料,分段高度与塔径之 比15~8i=D h,允许的最大填料层高度m 6max ≤h 取8i=D h则 mm 960012008=⨯=h计算得填料层高度'Z =5000mm<max h∴ 不需分段六、填料层压降计算六、填料层压降计算七、液体分布器简要设计①.采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为4649.0)(5.0LVVL=ρρww②.查表5-18得[2],1Pm116-=Φ纵坐标为2.0LLVP2μρρψguΦ0063.012.998883.181.9111653.02.02=⨯⨯⨯⨯=③.查图5-21得[2],Pa/m48.78/'=∆ZPPa4.392548.78=⨯=∆⇒P七、液体分布器简要设计按Eckert建议值,m m1200i≥D时,每2402cm的塔截面设一个喷淋点,即喷淋密度为42点/2m。
因该塔液相负荷较大,设计取喷淋密度为120点2m。
布液点数:点点1366.135120)2.1(42≈=⨯⨯=πn。
按分布点几何均匀与流量均匀的原则,进行布点设计。
结果为:进液管内径为158mm,面积为19606.68,取小孔直径为8,需布点数为390点,布3排,每排130点,八、持液量计算对水的持液量6.0p'L5tw)(107.1dGL-⨯=hkg/m1086.3)2.1(42240.43695242L'L⋅⨯=⨯==πAWG八、持液量计算九、塔的附件设计每个填料的表面积=310871.4272005.132-⨯==na当量球形填料直径m039.0)14.310871.4(213p=⨯=-d336.045tw mm0673.0)039.01086.3(107.1=⨯⨯⨯=-L全塔持液量=9.3795)2.1(40673.02.998422twL=⨯⨯⨯⨯=ππρZDL kg除沫器设计除沫器是用来除去填料层顶部逸出的气体中的液滴,安装在液体分布器上方。
根据需要,选用全径型丝网除沫器。
丝网除沫器是一种分离效率高,阻力较小,重量较轻,所占空间不大的除沫器。
由金属或塑料丝编织成网,卷成盘状而成。
1.设计气速的计算气体通过除沫器的速度是影响除沫器取得高效率的重要因素。
这里我们采用DP式丝网。
设计气速VVLmaxρρρ-=ku k=0.198m/s55.4883.1883.12.998198.0=-=2.丝网盘直径m41.055.43600216844s1=⨯⨯==ππuVD丝网除沫器的操作气速)8.0~5.0(maxUUG=这里我们取smUG/3=smusm/3/1max<<十、进出口管道直径计算1、气体管道直径2、液体管道直径∴金属丝网直径为610mm,取丝网厚度H=100mm,丝网重度为20003N/m,丝网层的蓄液厚度为30mm。