吸收塔的设计选型和计算

烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型4.1吸收塔的设计吸收塔是脱硫装置的核心，是利用石灰石和亚硫酸钙来脱去烟气中二氧化硫气体的主要设备，要保证较高的脱硫效率，必须对吸收塔系统进行详细的计算，包括吸收塔的尺寸设计，塔内喷嘴的配置，吸收塔底部搅拌装置的形式的选择、吸收塔材料的选择以及配套结构的选择（包括法兰、人孔等）。

4.1.1 吸收塔的直径和喷淋塔高度设计本脱硫工艺选用的吸收塔为喷淋塔，喷淋塔的尺寸设计包括喷淋塔的高度设计、喷淋塔的直径设计4.1.1.1 喷淋塔的高度设计 喷淋塔的高度由三大部分组成，即喷淋塔吸收区高度、喷淋塔浆液池高度和喷淋塔除雾区高度。

但是吸收区高度是最主要的，计算过程也最复杂，次部分高度设计需将许多的影响因素考虑在内。

而计算喷淋塔吸收区高度主要有两种方法：（1） 喷淋塔吸收区高度设计（一）达到一定的吸收目标需要一定的塔高。

通常烟气中的二氧化硫浓度比较低。

吸收区高度的理论计算式为h=H0×NTU (1)其中：H0为传质单元高度：H 0=G m /(k y a)（k a 为污染物气相摩尔差推动力的总传质系数，a 为塔内单位体积中有效的传质面积。

）NTU 为传质单元数，近似数值为NTU=(y 1-y 2)/ △y m ，即气相总的浓度变化除于平均推动力△y m =（△y 1-△y 2）/ln(△y 1/△y 2)(NTU 是表征吸收困难程度的量，NTU 越大，则达到吸收目标所需要的塔高随之增大。

根据（1）可知：h=H0×NTU=)ln()()(***22*11*22*112121y y y y y y y y y y a k G y y y a k G y m m y m ------=∆- a k y =a k Y =9.81×1025.07.04W G -]4[82.0W a k L ∂=]4[ (2)其中：y 1,y 2为脱硫塔内烟气进塔出塔气体中SO 2组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(B)*1y ,*2y 为与喷淋塔进塔和出塔液体平衡的气相浓度，kmol(A)/kmol(B)k y a 为气相总体积吸收系数，kmol/(m 3.h ﹒kp a )x2，x1为喷淋塔石灰石浆液进出塔时的SO2组分摩尔比，kmol(A)/kmol(B)G 气相空塔质量流速，kg/(m2﹒h)W 液相空塔质量流速，kg/(m2﹒h)y1×=mx1, y2×=mx2 (m为相平衡常数，或称分配系数，无量纲)k Y a为气体膜体积吸收系数，kg/(m2﹒h﹒kPa)k L a为液体膜体积吸收系数，kg/(m2﹒h﹒kmol/m3)式（2）中∂为常数，其数值根据表2[4]表3 温度与∂值的关系采用吸收有关知识来进行吸收区高度计算是比较传统的高度计算方法，虽然计算步骤简单明了，但是由于石灰石浆液在有喷淋塔自上而下的流动过程中由于石灰石浓度的减少和亚硫酸钙浓度的不断增加，石灰石浆液的吸收传质系数也在不断变化，如果要算出具体的瞬间数值是不可能的，因此采用这种方法计算难以得到比较精确的数值。

烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型（2） 喷淋塔吸收区高度设计（二）对于喷淋塔，液气比范围在8L/m 3-25 L/m 3之间[5]，根据相关文献资料可知液气比选择12.2 L/m 3是最佳的数值。

逆流式吸收塔的烟气速度一般在2.5-5m/s 范围内[5][6]，本设计方案选择烟气速度为3.5m/s 。

湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，在脱硫效率为90%以上时（本设计反案尾5%），钠硫比(Na/S)一般略微大于1，本次选择的钠硫比(Na/S)为1.02。

（3）喷淋塔吸收区高度的计算含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以ζ表示。

首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量ζ＝hC K V Q η0= (3) 其中 C 为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m 3η为给定的二氧化硫吸收率,％;本设计方案为95％h 为吸收塔内吸收区高度，mK 0为常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃) ;K 0=3600u ×273/(273+t) 按照排放标准，要求脱硫效率至少95%。

二氧化硫质量浓度应该低于580mg/m 3（标状态）ζ的单位换算成kg/( m 2.s),可以写成ζ=3600×h y u t /*273273*4.22641η+ (7) 在喷淋塔操作温度10050752C ︒+=下、烟气流速为 u=3.5m/s 、脱硫效率η=0.95 前面已经求得原来烟气二氧化硫SO 2质量浓度为 a (mg/3m )且 a=0.650×103mg/m 3而原来烟气的流量（200C ︒时）为标况20×103(m 3/h) (设为V a )换算成工况25360m3/h 时已经求得 V a =2×103 m 3/h=5.6 m 3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为2SO m =5.6×650mg/m 3=3640mg=3.64gV 2SO = 3.6422.4 L/mol 64/g g mol ⨯=1.3L/s=0.0013 m 3/s 则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等 故 y 1=0.0013100%0.023%5.6⨯= 又 烟气流速u=3.5m/s, y 1=0.023%,C t ︒==75,95.0η总结已经有的经验，容积吸收率范围在5.5-6.5 Kg/（m 3﹒s ）之间[7]，取ζ=6 kg/（m 3﹒s ）代入（7）式可得6=64273(3600 3.50.000230.95)/22.427375h ⨯⨯⨯⨯⨯+ 故吸收区高度h=6.17/6≈1.03m（4）喷淋塔除雾区高度（h 3）设计（含除雾器的计算和选型）吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m 3 [9] 。

吸收塔计算说明一．操作条件：操作温度 20℃操作压力 101.325KPa二．填料选型：选用DN50塑料鲍尔环三．物料衡算：混合气体的体积流量 Vs=10000m 3/h硫酸雾质量流量 W H2SO4=42Kg/h ×38%=15.96Kg/h硫酸雾摩尔流量V H2SO4=kmolKg h Kg /98/96.15 =0.1629kmol/h 混合气体摩尔流量V MV =kmolm h m /4.22/1000033 =446.43 kmol/h H 2SO 4气相摩尔分数 y=hkmol h kmol /43.446/1629.0 =0.00036 因酸雾浓度过大，故采用双塔串联逆流吸收。

设吸收率为η 硫酸雾排放限值为45mg/ m 3硫酸雾进塔浓度C 硫酸=hm h Kg /10000/96.153 =1596 mg/ m 31596mg/ m 3×（1-η）2≤45mg/ m 3 η≥0.84取η=0.9 Y 1=yy -1=00036.0100036.0-=0.00036 Y 2=Y 1×(1-η)=0.00036×(1-0.9)=0.000036G B =446.43 kmol/h此过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：m i n ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =2121/X m Y Y Y --m 取值：该体系可近似看作是理想体系，想平衡常数可按下式计算： m=P P i 0三氧化硫的饱和蒸气压依据安托因方程：CT B A P +-=0ln 安托因常数查表有：A=9.05085 B=1735.31 C=236.5计算得 P 0=6.3×105Pam=6.3对于纯溶剂吸收，进塔液相组成X 2=0 min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =3.6/00036.0000036.000036.0- =5.67 取操作液气比 BS G L =1.5 min ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =1.5×5.67=8.51 L S = G B ×8.51=446.43 kmol/h ×8.51=3799.12 kmol/hG B （Y 1-Y 2）= L S （X 1-X 2)X 1=0.000038四．塔径计算：混合气体的密度取20℃时空气的密度，查表ρV =1.205 Kg/ m 3W v =ρV ×Vs=1.205 Kg/ m 3×10000m 3/h=12050 Kg/h吸收液体的质量流量：W L =18 Kg/kmol ×3799.12 kmol/h=68384.16 Kg/h 计算 L V V LW W ρρ=33/1000/205.1/12050/16.68384m Kg m Kg h Kg h Kg =0.197 查压降与泛点气速关联图: LV L Bg G ρρψϕμ2.02=0.11取μL =1Pa.s 查表 φ=140m -1 u f =133140/205.1/100081.911.0-⨯⨯⨯m m Kg m Kg =2.529m/s u=0.6 u f =0.6×2.529 m/s=1.52 m/sD=u V S π4=sm h m /52.1360014.3/1000043⨯⨯⨯=1.526m 圆整取1.6m(1).泛点率校核：u=23)8.0(14.33600/10000m h m ⨯÷=1.18m/s f u u =sm s m /529.2/18.1=0.46 (在允许范围内) （2）填料规格核算：d D =mmmm 501600=32＞15 （3）液体喷淋密度校核：液体喷淋密度是指单位时间，单位塔截面积上的喷淋量，计算式为：u=2785.0D L h 。

关于填料吸收塔的计算
一、填料吸收塔的选择
1、填料类别选择：根据吸收塔吸收的物质种类，选择合适的填料类别，常用的填料类别有木屑填料、砂填料、树状填料、活性炭填料等。

2、填料形状选择：主要有管纹、柱状、棒状、球状、椭圆形、橄榄形、螺旋形等，选择可以有效提高填料的吸收效率。

一般来说，填料的形状应该根据应用的环境和条件进行选择，有利于吸收、湿式换汽、减少内堵塞等，可以提高吸收塔的运行效率。

3、填料尺寸选择：填料的尺寸应用于容易更换，根据场地空间的垂直面积，选择合适大小的填料，可以使吸收塔的收缩比例适宜，可以使负载分布均匀，有利于增加填料的使用寿命。

4、填料材质选择：根据填料对吸收的物质的耐腐蚀程度，选择一种耐腐蚀的材质，如不锈钢、碳钢、铝、硬质合金等，同时应考虑填料的结构强度。

一般来说，填料材质的耐腐蚀性与结构强度成反比。

1、吸收塔的结构尺寸计算：根据散热塔的工作要求，确定塔的结构形式、形状和尺寸。

一般来说，根据吸收塔的实际空间来确定，若有特殊要求，可根据塔的层数、直径和填料的尺寸，作出相应的更改。

烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型（2） 喷淋塔吸收区高度设计（二）对于喷淋塔，液气比范围在8L/m 3-25 L/m 3之间[5]，根据相关文献资料可知液气比选择12.2 L/m 3是最佳的数值。

逆流式吸收塔的烟气速度一般在-5ms 范围内[5][6]，本设计方案选择烟气速度为3.5m/s 。

湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，在脱硫效率为90%以上时（本设计反案尾5%），钠硫比(Na/S)一般略微大于1，本次选择的钠硫比(Na/S)为。

（3）喷淋塔吸收区高度的计算含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以ζ表示。

首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量ζ＝hC K V Q η0= (3) 其中 C 为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m 3η为给定的二氧化硫吸收率,％;本设计方案为95％ h 为吸收塔内吸收区高度，mK 0为常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃) ;K 0=3600u ×273/(273+t)按照排放标准，要求脱硫效率至少95%。

二氧化硫质量浓度应该低于580mg/m 3（标状态）ζ的单位换算成kg/( 2,可以写成ζ=3600×h y u t /*273273*4.22641η+ (7) 在喷淋塔操作温度10050752C ︒+=下、烟气流速为 u=3.5m/s 、脱硫效率η= 前面已经求得原来烟气二氧化硫SO 2质量浓度为a (mg/3m )且 a=×103mg/m 3 而原来烟气的流量（200C ︒时）为标况20×103(m 3/h) (设为V a )换算成工况25360m3/h 时已经求得 V a =2×103 m 3/h=5.6 m 3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为2SO m =×650mg/m 3=3640mg=3.64gV 2SO = 3.6422.4 L/mol 64/g g mol ⨯=1.3L/s=0.0013 m 3/s 则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等 故 y 1=0.0013100%0.023%5.6⨯= 又 烟气流速u=3.5m/s, y 1=%,C t ︒==75,95.0η总结已经有的经验，容积吸收率范围在-6.5 Kg （m 3﹒s ）之间[7]，取ζ=6 kg/（m 3﹒s ）代入（7）式可得 6=64273(3600 3.50.000230.95)/22.427375h ⨯⨯⨯⨯⨯+ 故吸收区高度h=6≈1.03m（4）喷淋塔除雾区高度（h 3）设计（含除雾器的计算和选型）吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m 3 [9] 。