气液相反应器设计-喷雾塔吸收三氧化硫

气液相反应器设计——喷雾塔吸收三氧化硫页[摘要]：在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。本次课程设计的题目是某一有色金属冶炼厂熔炼炉排放的烟气中含有烟尘、SO2、SO3等污染物，已设置电除尘除去烟尘后，拟回收其中的SO2，除尘后的烟气量为Q，烟气温度为280︒C，烟气中除SO2外，还有SO3、H2O、O2、N2及少量烟尘，试设计一喷雾塔，采用30%的稀硫酸去除SO3及烟尘，同时使烟气温度降至68︒C。计算喷雾塔的物料衡算及能量衡算，并计算其各部分的尺寸；其中初步设计要求绘制喷雾塔结构图一张，设计深度为一般初步设计深度。关键词：喷淋塔、三氧化硫Inthepresent,Airpollutionhasbeenbecameaglobalproblem,includingthegreenhouseeffect,theozonedepletionandacidrain.Airpollutioneffecthumancomfortable,healthyandincludethenormallifeandphysiological.Thiscoursedesigntopicisanon-ferrousmetalsmeltingplantemissionsofausmeltsmeltingfurnacesmokecontainssoot,SO2andSO3pollutants,etc,afterthesmokehassettoremovedustremoval,toreclaimSO2,afterthesmokededustinggasforQ,fluegastemperaturefor280︒C,inadditiontotheSO2fluegas,andhaveSO3,H2O,O2,asmallamountofN2smoke,sotrytodesignaspraytower,using30%ofthethinsulfuricacidlowSO3anddustremoval,Atthesametime,fluegastemperaturedownto68︒C.Calculationofmaterialbalancespraytower,andenergybalancecalculations,andcalculationofitspartssize,Preliminarydesignrequirementofdrawingaspraytowerstructure,Designdepthisgeneralpreliminarydesigndepth.环境要素之一。然而人口的增多，人类活动的频繁，自然因素影响使大气污染严重，保护大气环境是我们刻不容缓的义务。人类赖以生存的环境由自然环境和社会环境组成。自然环境是人类生产生活所必需的自然条件和自然资源的总和，社会环境是人类物质文明和精神文明发展的标志，社会环境的质量对人类生活和工作以及对社会的进步都有极大的影响。大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气，呈现出足够浓度，达到了足够时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或而危害了环境的现象。而有色金属冶炼厂熔炼炉排放的烟气中含有烟尘、SO2、SO3等污染物，S的排放是造成酸雨的主要原因，因此烟气脱硫技术是控制酸雨危害的最为有效的手段之一。本次课程设计采用采用30%的稀硫酸去除SO3及烟尘，再将二氧化硫转变成三氧化硫，再而转变成硫酸以降低S排放。一、设计参数炉气组成列于下表：成分SO2SO3H2OO2N2体积(%)8.576.5含尘<0.2g/Nm3炉气压力：-1000Pa当地大气压：81.06kPa总硫去除率：2%近塔烟气流量：42000Nm3/h近塔烟气温度：280℃出塔烟气温度：68℃二、喷雾塔结构和特点结构包括塔体、气体分布器、雾化器、液体在分布器及自控仪表元器件等。本塔特点：1．不用填料及气液交换塔盘，系统阻力小，降低了风机功率，节约能耗；2．采用雾化器，雾化喷嘴将液体完全雾化，气液交换面积大，吸收、净化充分；3．因无填料免去了填料堵塞烦恼，省去了更换填料及维护的费用。同时也减轻了塔体的重量，使安装及基础变得简单化，节约了投资。4．在塔内增加液体再分布器,避免了塔内的“干锥体”(即塔中心空)现象，使吸收更充分。三、工作原理气液喷雾塔可作为气体吸收时需要进行除尘或吸收过程中液相内生成的场合，同时也可以降低气体温度。烟气从塔的下部进入，30%硫酸从塔顶向下喷淋，此时烟气经过硫酸喷淋，其中的三氧化硫被硫酸吸收，同时也使烟尘与气体脱离，烟气由塔顶出去，硫酸和烟尘由塔底流出。主要反映式：SO3+H2O→H2SO4四、物料衡算进气温度：280℃出气温度：68℃当地大气压：81.06KPa炉气成分：干气合计：1749.39kmol/h湿气合计：1875.02kmol/h硫平衡SO3+SO2=153.75+1.88=155.63kmol/h由于流的总去除率为2%，因此损失的硫为155.63×2%=3.11kmol/h剩余的硫量为155.63－3.11=152.52kmol/h余下的SO2的量为152.52×64=9761.28kmol/h水平衡出塔气体中的换水量出塔气体温度为68℃,100%饱和，压力损失为-0.5KPa查表得，30%蒸汽压为21.684KPa入塔炉气带水量为2261.34kmol/h反应水xy801898蒸发水蒸发水=出水－带入水＋反应水=11576.772－2261.34＋7.614=9323.046kg/h淋洒酸量设频临温度为50℃，液气比为7.5L/Nm3L/a=7.5L/Nm3Q=42000Nm3/hL/42000=7.5L=315000L=315m3查表得50℃时，30%硫酸密度为1197.8kg/m3所以L=315×1197.8=377307kg/h出塔酸量377307-9323.046+225.694=368209.648kg/h物料平衡表收入支出项目名称数量（kg/h）比例（%）项目名称数量（kg/h）比例（%）98402.269761.282.24150.40.035005100.161.175100.161.1740162.649.2440162.649.242261.340.5211576.7722.6637730786.77368209.64884.68合计434821.54100合计434810.5100五、热量衡算带入热Q入炉气温度为280℃,25~280℃热容量Cp：同理可求得：合计：Q1=14849128.8kJ/h三氧化硫转化为硫酸的生成热Q2Q2=1.88×(124892＋50158＋92110)=502260.8kJ/h喷洒硫酸带入的热量Q3查表得30%硫酸在50℃时ΔH=72.45kJ/kgQ3=mΔH=72.45×377307=27335892.15kJ/hQ入=Q1＋Q2＋Q3=14849128.8＋502260.8＋27335892.15=42687291.75kJ/h出塔气体带出热量Q出炉气带出热量Q1’出塔温度为68℃,100%饱和，设除雾率为40%查得25~68℃热容量Cp：同理可求得：30%酸雾=3.198kJ/(kg·K)M=1.88×80=150.4kJ/h8098150.4x∵除雾率为40%∴余下的酸为H2SO4=110.544kg/h换算为30%H2SO4=110.544/0.3=368.48kg/h30%酸雾=368.48×3.198×43=50671.159kJ/hQ1’=2688113.425＋＋＋＋50671.159=4921077.774kJ/h水的蒸发热Q2’68℃时水的热容为2337.625kJ/kg∴Q2’=mΔH=9323.046×2337.625=21793785.406kJ/h热损失Q3’热损失为总入热的5%Q3’=0.05Q入=0.05×42687291.6=2134364.58kJ/hQ出=Q1’＋Q2’＋Q3’=4921077.774＋21793785.406＋2134364.58=28849127.76kJ/h出塔酸带走的热量Q酸=Q入－Q出=42687291.75－28849127.76=13838163.99kJ/h出塔酸温设进塔酸温为50℃，比热4.06kJ/kg出塔酸温升出塔酸温为50＋9.26=59.26℃能量平衡表收入支出项目名称数量（kJ/h）比例（%）项目名称数量（kJ/h）比例（%）加入热量14849128.834.79带出显热4921077.77411.53三氧化硫变成硫酸生成热502260.81.18水的蒸发热21793785.40651.05喷洒硫酸带入的热27335892.1564.04热损失2134364.585.00硫酸带出的热13838163.8432.42合计42687291.75100合计42687391.6100六、塔的计算1．塔的容积气：280℃→68℃液：50℃→59.26℃Δt1=280-59.26=220.74℃=493.74KΔt2=68-50=18℃=291K取Kv值为800kJ/(m3·h·K)2.塔高、塔径取喷淋密度12m3/(m2·h)截面积=V/喷淋密度=90.05/12=7.50m2塔高H=V/S=90.05/7.50=12m3．进气口管径、出气口管径取气体流速为16m/s=1.135m24.出塔的酸管径取出塔酸流速0.4m/sQUOTE5.进塔酸管径取入塔酸量为1.2m/s设有10个喷头，进塔酸量为Q=300m3Q’=300/10=30m3S=Q’/V=30/(1.2×3600)=0.0069m2七、结论这次大气污染控制工程课程设计我们主要设计一喷雾塔吸收三氧化硫并除烟尘，这次课程设计使我们进一步消化和巩固课本中所学的内