《有害气体控制工程》-课程设计-填料塔脱硫系统

1科技学院课程设计报告(2011–2012年度第2学期)名称：有害气体控制工程课程设计题目：填料塔脱硫系统院系：动力工程系班级：环工09K2学号：091905010228学生姓名：赵涵指导教师：吕建燚设计周数：1周成绩：日期：2012年6月29日2目录第一章课程设计说明书31.1设计目的31.2设计任务31.3设计资料31.4设计要求41.5填料塔结构图4第二章课程设计计算书42.1塔径的计算42.2塔高的计算52.3压降的计算7第三章总结8第四章参考文献8附录脱硫工艺流程图103第一章课程设计说明书1.1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。1.2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。1.3设计资料：1.3.1工艺流程：采用填料塔设计1.3.2烟气参数：烟气流量:2×106m3/h=555.6sm/3.烟气成分：SO2浓度5000mg/m3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=1.89×10-5kmol/m2.s.kPa1.3.3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,液相粘度µL=0.903mPa.sML=18kg/kmol（平均分子量）液膜传质分系数kL=3.54×10-4m/s1.3.4操作参数：泛点率：85%液气比L/G=4L/m3吸收反应温度：60°C1.3.5气象资料：气温25°C,1atm1.3.6填料性能：50mm金属环鞍填料（乱堆）4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=60.75m2/m31.4设计要求：要求脱硫效率99.9%，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）。要求独立完成，每人编写一份设计报告。报告内容包括封面、目录、正文、参考文献等。1.5填料塔结构图第二章课程设计计算书2.1塔径的计算吸收塔的塔径可根据圆型管道内的流量公式计算：uVDs4式中：D---塔径，m；---操作条件下混合气体的体积流量；u---空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s。式中气体体积流量由设计任务给出，即2×106m3/h;是、由上式可见，计算塔径的核心问题是先确定空塔气速u。(1)空塔气速的确定采用泛点气速法计算孔塔气速。泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。泛点率5的选择主要考虑填料塔的操作压力和物系的发泡程度两方面的因素。设计中，对于加压操作的塔，应取较高的泛点率；对于减压操作的塔，应取较低的泛点率；对易起泡沫的物系，泛点率应取低限值；而无泡沫的物系，可取较高的泛点率。泛点气速可用经验方程式计算，亦可用关联图求取。计算时，先由气液相负荷及有关物性数据求出横坐标的值，然后作垂线与相应的泛点线相交，再通过交点作水平线与纵坐标相交，求出纵坐标值。此时所对应的u即为泛点气速uF。用埃克特通用关联图计算泛点气速时，所需的填料因子为液泛时的湿填料因子，称为泛点填料因子，以ΦF表示。泛点填料因子ΦF与液体喷淋密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因于平均值。（2）用埃克特(Eckert)通用关联图计算泛点气速uF气体密度：V=5.304.22150273273=0.879kg/m3气相质量流量为：VsvVW×=2×106×0.879=1.758×106kg/h液体质量流量：WL=vW×4×1000=8×106kg/h；L=4×2×106L/hEckert通用关联图的横坐标为：查图得：纵坐标为2.02LLGfugu=0.12；填料因子1110m，水的黏度；所以：2.012.0LVLFgu3.5m/s（3）确定操作气速u:本次设计取(4)计算塔径D并圆整:6；按塔径系列标准进行圆整，得D=1600mm。2.2填料层高度的计算1、塔混合气体中各组分的量：烟气浓度=.5301058.716MWV=57704.9hkmol/2so摩尔浓度=hkmol/1561026450006惰性气体气相摩尔流量：.9kmol/h75485156-57704.9vB2、混合气进出塔组成进塔气相摩尔比：3-110.72.957704156y出塔气相摩尔比：2y999.0-1107.23-=2.76-10aAKPP273.01；aAKPP000273.023.吸收剂的用量：本设计给定的液气比为：3L4GLm；烟气流量为：hm/10236因此吸收剂的用量Ls=4×2×106L/h=8×103hm3=8×106kg/h4.液相总浓度TC：TC=33/6.55/18/1000mkmolkmolkgmkgMvvMVm=1000.8kg/m35.活性组分B(氢氧化钠)浓度2Bc：2Bc=5%TC=33kg/m50.045%1000.8kg/m3/25.14004.50mkmol6.气相摩尔流量与液相摩尔流量LG:41-1G1yLyLG总惰249.04107.214131yLG77.用活性组分B吸收时，物料衡算方程式为：121PBBTAAccCLbPPG1221PBBTAAccCLPPPPG121yBBTccCLbyPG；代入已知数据得：PacB275.025.1用此关系可求出塔底处31/175.1273.0275.025.1mKmolcB计算塔顶和塔底的临界浓度：令BADD则在塔顶：35212/109.2mKmolpkkDDbcAGEAkp在塔底：31/029.0mKmolckp由此可见，无论是塔顶还是塔底，活性组分B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由气膜控制。传质速率方程为：AGApakN所以填料层高度为：12AAppAGAapkdpPGh其中smkmolSVGB22/80.003600164.134.957548所以mLnPaapkdpPGhAAppAGA7.475.601089.11101080.0273.0000273.05122.3填料层降压计算采用Eckert通用关联图计算填料层降压：横坐标为：5.0LvVLww=0.14纵坐标为：2.02LLGugu=0.098在Eckert通用关联图中查得mpZPa/81.9150/即为单位压降。因此，填料层压降aKpP2.96.74101.891503图1埃克特通用关联图（ECKERT图）第三章总结经过了一周时间的课程设计，现在终于完成了这次的课程设计要求，有了一点的心得。《有害气体控制工程》是环境工程专业的一门重要的专业基础课，它的内容是讲述大气污染状况及其危害、净化气态污染物的方法、有害气体的吸收、吸附和催化转化的控制和治理，包括各种方法的原理、治理途径和工艺，并讲述了有关的设计计算。这次我的课程设计题目是填料脱硫塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。通过这次的课程设计，让我从中体会到很多。课程设计是我们在校大学生必须经过9的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！为此，我感觉能圆满完成这次课程设计任务，给我带来了很大的信心，让我对自己的将来充满了自信！将来一定是美好的！第四章参考文献[1]赵毅，李守信有害气体控制工程，化学工业出版社，2001.[2]王志魁.化工原理第三版，化学工业出版社，2004.[3]匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计第二版，化学工业出版社，2010[4]贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计），天津大学出版，2002