填料塔脱硫系统

填料塔脱硫系统

LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

《有害气体控制工程》

课程设计

填料塔脱硫系统

姓名： 徐悦心 专业班级： 环工09K1 学号：

指导教师： 吕建燚 设计时间： 2012年6月

目录

一、绪论··································3

设计目的·································3 设计任务·································3 设计资料·································3

二、填料塔的设计与计算···························4

填料塔的基本知识·····························4 填料的基本知识·····························4 填料塔的内件·······························5 填料塔塔径的计算·····························5 填料层高度的计算·····························8 填料层压降的计算·······························10 填料塔塔辅助设备的设计·························10 填料塔结构简图·····························12

三、烟气脱硫系统流程图························13 四、参考文献·································13

一、绪论

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能。

设计目的

通过有害气体控制工程课程设计，进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行气态污染物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、使用技术资料、编写设计说明书等能力。

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，并且达到要求的排放标准。

设计资料

一 、工艺流程：采用填料塔设计 二 、烟气参数：

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烟气流量: 2×10m/h.

3

烟气成分：SO2浓度5000mg/m 烟气平均分子量： 烟气温度：150°C

5

烟气压力：×10Pa

-5

气膜传质分系数kG=×10 kmol/三、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/ m；ML=18kg/kmol（平均分子量）

液膜传质分系数kL=×10m/s 四、操作参数： 泛点率：85%

3

液气比 L/G=4L/ m 吸收反应温度：60°C

五、气象资料：气温 25°C ,1atm 六、填料性能：

50mm金属环鞍填料（乱堆）

23

填料比表面积σ：75m/ m 填料因子：110/m

23

单位体积填料层所提供的有效接触面积a=60.75 m/ m

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

-4

3

二、填料塔的设计与计算

填料塔的基本知识

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。

2．2填料的基本知识

填料是造成气液两相充分接触从而实现相间热、质传递的主要构件。因此，填料特性对填料塔的流体力学性能和传质性能将起重要影响。填料塔的性能优劣，关键取决于填料。

所以，对填料的基本要求有：要有较大的比表面积；要求有较高的空隙率；经济、使用及可靠。

填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。 填料塔的内件

填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

填料塔塔径的计算

363已知条件：液气比L/G=4L/m，烟气流量为210m/h，

 吸收液体积流量为8106L/h8103m3/h

一、泛点气速uF的计算:

炉气的质量流量： 炉气的密度：

吸收液体积流量为QLL66QV4210810Kg/L G3吸收液密度：L1000kg/m

 吸收液质量流量为LQLL810610001038106Kg/h

wLV0.581060.8750.5有横坐标：()()0.135

wVL10001.75106查埃克特通用关联图得纵坐标为 液体校正系数水1，填料因子110/m，液相粘度uL0.903mPas L0.13gL  泛点气速uFVuL0.20.139.8110003.75m/s0.211010.8750.903

填料层的泛点和压强降的通用关联图（ECKERT图）

二、空塔气速的计算

4VS42106塔径D14.89mu3.193600

圆整，取直径为15m。三、核算液体喷淋密度

因填料尺寸小于75mm（50mm），所以最小润湿速率(LW)min取0.08m/(mh)； 又已知比表面积75m3/m3。

3 最小喷淋密度Umin(LW)min0.08756m3/(m2h)

810343245.27m/(m/h) 操作条件下的喷淋密度U215 UUmin，符合要求。

填料层高度的计算

一、液体的总分子浓度CT：

二、塔顶组分B的浓度:

氢氧化钠的质量浓度为5%

三、烟气的摩尔流量G烟： 四、二氧化硫的摩尔流量GSO2： 五、惰性气体的摩尔流量G惰：

六、塔顶与塔底的二氧化硫摩尔分数和分压： 塔底：yA1156.2532.7210KPa45.7510

3塔顶：yA2yA1(1)2.72103L/G4L/m七、根据液气比

(10.999)2.72106KPa

1yA112.721030.25m3/L 可得惰性组分的液气比L44八、由SO22NaOHNa2SO3H2O 可得 b=2

G惰 用氢氧化钠水溶液吸收时，物料衡算方程为：

GPAPA21LCBCB2 LbCT整理得：

代入数据得：0.25(PA2.75104)101(CB1.25) 2563塔底处CB11.250.2770.2741.174kmol/m 九、计算塔顶和塔底的临界浓度 令扩散系数DADB

在塔顶临界浓度： 在塔底临界浓度：

由此可见，无论是塔顶或塔底，活性组分氢氧化钠的浓度都超过了临界浓度，化学反应仅发生在界面上，因此可认为全塔内均有气膜控制。传质速率方程为： 十、填料层高度h：

填料层压降的计算

u2vL压降计算可采用埃克特通用关联图。由空塔气速u=s可计算出纵坐标

gL又横坐标值为，所以将二者交汇于图中的等压线上，可从图中读出压降为。

0.2，

填料塔塔辅助设备的设计

一、由上可知，填料塔填料层高度为，塔径为15m。

二、设填料塔喷淋层高度为，液体再分布层为，塔顶和塔底超高各。故，填料塔总高位。 三、填料支承装置的选择：

填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，同时保证气液两相顺利通过。支承若设计不当，填料塔的液泛可能首先发生在支承板上。为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求：

足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量），并考虑填料空隙中的持液量，以及可能加于系统的压力波动，机械震动，温度波动等因素。

足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；为使气体能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面积为填料面的50%以上，且应大于填料的空隙率。此外，应考虑到装上填料后要将支承板上的截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中会产生拦液现象。增加压强降，降低效率，甚至形成液泛[12]。

结构上应有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）； 结构简单，便于加工制造安装和维修。要有一定的耐腐蚀性。

因栅板支承板结构简单，制造方便，满足题目各项要求，故选用栅板支承板。 四、填料压紧装置：

为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%。

本任务由于使用塑料填料，故选用床层限定板。 五、液体再分布器：

液体分布器可分为初始分布器和再分布器，初始分布器设置于填料塔内，用于将塔顶液体均匀的分布在填料表面上，初始分布器的好坏对填料塔效率影响很大，分布器的设计不当，液体预分布不均，填料层的有效湿面积减小而偏流现象和沟流现象增加，即使填料性能再好也很难得到满意的分离效果。因而液体分布器的设计十分重要。特别对于大直径低填料层的填料塔，特别需要性能良好的液体分布器。

液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。对液

体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。

液体分布器的种类较多，有多种不同的分类方法，一般多以液体流动的推动力或按结构形式分。若按流动推动力可分为重力式和压力式，若按结构形式可分为多孔型和溢流型。其中，多孔型液体分布器又可分为：莲蓬式喷洒器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和双排管式多孔型分布器等。溢流型液体分布器又可分为：溢流盘式液体分布器和溢流槽式液体分布器。

根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应应依所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越所需的喷淋点密度越大这一规律。

填料塔结构简图

（其中支撑栅板、液体再分布器、填料压网以及液体分布装置在此忽略不计。

10 9 8 7 6 5 4 1 3 填料塔结构简图

其中：1—气体入口；2—液体入口；3—支撑栅板；4—液体再分布器；5—塔壳；

2 6—填料；7—填料压网；8—液体分布装置；9—液体入口；10—气体出口。

三、烟气脱硫系统流程图 四、参考文献

【1】《有害气体控制工程》 赵毅 李守信 主编 化学工业出版社 2001

【2】《化工原理》 第三版 王志魁 编 化学工业出版社 2004

【3】《化工原理课程设计》 申迎华 郝晓刚 主编 化学工业出版社2009 【4】《化工原理课程设计指导》 任晓光 主编 化学工业出版社2009 【5】《化工原理课程设计》 付家新 王为国 主编 化学工业出版社2010 【6】《化工过程及设备设计》 涂伟萍 陈佩珍 编 化学工业出版社2000