水吸收低浓度SO2填料吸收塔的设计

内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第1页共26页《大气污染控制工程》课程设计说明书（环境工程C091）设计题目：水吸收低浓度SO2填料吸收塔的设计设计时间：自2011年12月25日至2012年1月6日学生姓名：学号：班级：指导教师：河北工业大学能源与环境学院环境工程系内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第2页共26页第一章设计任务依据和要求一、设计任务及操作条件：1、混合气体（空气中含SO2气体的混合气）处理量为：99Kmol/h2、混合气组成：SO2含量为7.1%（mol%）空气为：92.9%（mol%）3、要求出塔净化气含SO2为:0.149%（mol%），H2O为：1.172kmol/h4、吸收剂为水，不含SO25、常压，气体入塔温度为25℃，水入塔温度为20℃。二、设计内容：1、设计方案的确定。2、填料吸收塔的塔径、填料层高度及填料层压降的计算。3、填料塔附属结构的选型与设计。4、填料塔工艺条件图。三、H2O-SO2在常压20℃下的XYXY0.002810.07760.0004230.007630.0019560.005130.0002810.00420.0014050.03420.00014050.001580.0008450.01850.00005640.000660.0005640.0112四、气体及液体的物性数据1、气体的物性:气体粘度µG=0.0652kg/(m·h);气体扩散系数DG=0.0393m/s;内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第3页共26页密度ρG=1.383kg/m3;2、液体的物性：液体粘度µL=3.6kg/(m·h);液体扩散系数DL=5.3×10-6m2/s;密度ρL=998.2kg/m3;液体表面张力σ=73dyn/cm=92.71*104kg/h2第二章SO2净化技术和设备一、SO2的来源、性质及其危害1、SO2的来源二氧化硫的主要污染源可归纳为三个方面：(1)硫酸厂和汽车尾气中排放的二氧化硫；(2)有色金属冶炼过程排放的二氧化硫：如铜、铅、锌、钴、镍、金、银等矿物，都含硫化物，在冶炼过程中排放出大量的二氧化硫；(3)燃煤烟气中的二氧化硫：我国煤炭消费量的80％以上直接用于燃烧，燃煤是大气环境中二氧化硫最主要来源。据环境公报报道，我国2004年烟尘排放量1095万t，SO2排放量2255万t。其中燃煤产生的SO2约占总量的90％，CO占总量的7l％，CO2占总量85％，氮氧化物占总量的70％，灰尘微粒占总量的61％。煤燃烧过程中排出大量的SO2，约占燃煤排放污染物的85%，使我国成为三大酸雨区之首。二氧化硫的大量排放，造成我国南方地区大面积的酸雨，且每年以1亿m2的面积增加。酸雨区域已由西南发展到长江流域，且有向北发展的趋势，严重威胁京津地区。酸雨造成农田减产面积达9.9×1010,森林受害面积达1.28万hm2;大气中S02浓度每增加l0mg/cm3，呼吸系统病亡人数增加5%;S02对建筑物、文物内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第4页共26页的侵蚀也十分严重,据统计S02污染造成全国每年经济损失达1100多亿元。由于煤炭资源相对充足并能够稳定可靠地获得，因此，在世界范围内，煤炭是可靠的能源。世界能源研究机构预测，由于资源条件的变化，21世纪世界能源消费结构将是石油比重下降，天然气上升，煤炭持平，三者呈均势各占27％-28％。继而将出现一个以天然气为主的短暂时期，然后再转向以煤炭为主。中国化石能源资源探明的可采储量中煤炭占92.94％.中国是当今世界上最大的煤炭生产和消费国，据有关专家预测：煤炭在中国能源结构中的主导地位近50年不会改变。因此防治燃煤二氧化硫污染是当前一项重要和迫切的工作。2、SO2的性质物理性质:密度和状态：2.551g/L，气体（标准状况下）色态:常温下为无色熔点：-72.4度（200.75K）；沸点：-10度（263K）无色，有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水（约为1：40）化学性质:二氧化硫可以在硫磺燃烧的条件下生成S(s)+O2(g)===（可逆符号）SO2(g)硫化氢可以燃烧生成二氧化硫2H2S(g)+3O2(g)===2H2O(g)+2SO2(g)内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第5页共26页加热硫铁矿，闪锌矿，硫化汞，可以生成二氧化硫4FeS2(s)+11O2(g)===2Fe2O3(s)+8SO2(g)2ZnS(s)+3O2(g)===2ZnO(s)+2SO2(g)HgS(s)+O2(g)===Hg(g)+SO2(g)3、SO2的危害二氧化硫易溶于水并且会形成亚硫酸，这反应物会刺激眼和鼻粘膜，而且具有腐蚀性，所以它对人体呼吸道有很大的危害，重者呼吸功能会受损．二氧化硫在一定的条件下可被氧化成硫酸雾，并且它是形成酸雨的主要原因，而酸雨会危害居民健康；腐蚀建筑材料；破坏生态系统，对社会造成的巨大经济损失！危险性类别：三星级侵入途径：通过呼吸系统健康危害：易被湿润的粘膜表面吸收生成亚硫酸、硫酸。对眼及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严重中毒可在数小时内发生肺水肿；极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤或眼接触发生炎症或灼伤。慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症。环境危害：对大气可造成严重污染。燃爆危险：本品不自燃，有毒，具强刺激性内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第6页共26页二、净化技术燃烧后脱硫就是指烟气脱硫。这是目前世界上惟一的大规模商业化应用的脱硫方式。由于烟气脱硫的主要困难是SO2浓度和总量大、要处理的烟气体积大，因此，虽然烟气脱硫的方法多达十几种。但仍需要合理地选择烟气脱硫工艺，同时还要考虑环境、经济和社会等多方面的因素。目前烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。湿法脱硫技术较为成熟，效率高，操作简单；但脱硫产物的处理较难，烟气温度较低，不利于扩散，设备及管道防腐蚀问题较为突出。半干法、干法脱硫技术的脱硫产物为干粉状，容易处理，工艺较简单；但脱硫效率较低，脱硫剂利用率低。在此对各类脱硫技术进行简单介绍。1、湿法烟气脱硫技术湿法烟气脱硫技术按使用脱硫剂种类可分为：石灰石-石膏法、简易石灰石-石膏法、双碱法、石灰液法、钠碱法、氧化镁法、有机胺循环法、海水脱硫法等。按脱硫设备采用的技术种类不同，湿法烟气脱硫技术可分为：旋流板技术、气泡雾化技术、填料塔技术、静电脱硫技术、文丘里脱硫技术、电子束脱硫技术等。日常运行管理注意的问题：①、注意检查循环水量是否达到设计要求；如有异常需对循环水系统及喷咀进行检查。②、定期检查吸收设备及其它处理设施运行是否正常；2、半干法烟气脱硫技术半干法烟气脱硫技术采用湿态吸收剂，在吸收装置中吸收剂被烟气的内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第7页共26页热量所干燥，并在干燥过程中与SO2反应生成干粉脱硫产物。半干法工艺较简单，反应产物易于处理，无废水产生，但脱硫效率和脱硫剂的利用率低。目前常见的半干法烟气脱硫技术有：喷雾干燥脱硫技术、循环流化床烟气脱硫技术等。3、干法脱硫技术干法脱硫技术采用湿态吸收剂，反应生成干粉脱硫产物。干法工艺较简单，但脱硫效率和脱硫剂的利用率较低。目前常见的干法烟气脱硫技术有：炉内喷钙脱硫技术。目前在实际中广泛用的是湿法脱硫。因为SO2是酸性气体，几乎所有的湿法脱硫都是一种碱性溶液和泥浆与烟气中的SO2中和。根据中和所得的产物是否回收利用，湿法流程又分为抛弃法和再生法两种。综上所述，本次设计采用的是湿法，本设计中气体入塔温度为25℃，使用的吸收剂为水。用水作为吸收剂的优点在于廉价易得，流程设备简单，但其缺点是吸收效率低，设备庞大，动力消耗大。三、吸收设备：板式塔与填料塔的比较（一）、板式塔适用于：1、塔径较大；2、所需传质单元数或理论板数较多；3、热量需从塔内移除；4、适于较小液量；5、适于处理有悬浮物的液体；6、板式塔便于侧线采出。（二）、填料塔适用于：1、处理有腐蚀性的物料；2、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏；3、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏；4、适用于处理易发泡的液体。结论：由于本次处理的是SO2气体，与水反应后生成H2SO3具有腐蚀性，故选择填料塔比较合适。内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第8页共26页四、填料塔的结构：示意图五、工艺流程及工艺流程图：第三章吸收塔的工艺计算（L、△P、D、H）内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第9页共26页一、吸收剂用量的计算(最小液气比)由原始数据已知：入口气体量y1=7.6﹪；出口气体量y2=0.149﹪低浓度吸收时：Y1=y1Y2=y2，进口液体不含二氧化硫所以x2=0由H2O─SO2在常压20oC的平衡数据，得X1*=0.002775minLG=1212YYXX※=0-0.0026800147.007411.0=27.503低浓度时有GB≈G=91.971kmol/h吸收剂的最小用量：minL=minLG×G=27.503×91.971=2483.7（kmol/h）L=(1.1～2.0)minL，取L=1.8minL吸收剂实际用量为L=1.8×2483.7=4470.618（kmol/h）二、气液相进、出口组成表一组成入口出口质量流量质量百分比摩尔流量摩尔百分比质量流量质量百分比摩尔流量摩尔百分比空气2667.15985.56891.97192.92664.03298.88791.97198.595So2449.85614.437.0297.18.8960.3300.1390.149内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第10页共26页2H2o21.0960.7831.1721.256ε3117.015100991002694.02410093.282100表二组成入口出口质量流量质量百分比摩尔流量摩尔百分比质量流量质量百分比摩尔流量摩尔百分比So2440.960.5456.890.154H2o80471.1241004470.61810080450.02899.4084469.44699.846ε80471.1241004470.61810080890.9881004476.336100三、填料的选择填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好坏，与所选用的填料有直接关系。填料的种类很多，可分为实体填料和网体填料两大类。前者有拉西环、鲍尔环、鞍形、波纹填料等。塔填料的选择是填料塔设计重要的环节之一。塔设备内装入填料的目的是增加两种介质的接内容:水吸收低浓度SO2填料吸收塔设计班级:能环学院环境工程C091班姓名:吴羽葶学号:095655第11页共26页触表面积，从而促进传质过程的进行。良好的填料，应具有下列特性：(1)单位容积的重量要小(其数值成为容重，根据填料的堆积方法，即乱堆或整砌而不同)，这样可使塔设备的自重减低，基础的负荷减轻.这一特性常以符号填(公斤力/米3)表示之。(2)比表面积要大(其数值也因填料的堆砌方法而不同)，比表面积就是单位体积填料的总表面积，常