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河北四明環(huán)保設(shè)備有限公司地址：河北省泊頭市四營(yíng)工業(yè)園
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噴淋塔設(shè)計(jì)計(jì)算公式
添加時(shí)間：2024-07-07 | 文章錄入：秩名 | 文章來(lái)源：原創(chuàng)
噴淋塔處理的混合氣體的組成：空氣（96%） SO （4%）
M=29×96%+64×4%=30.4kg/kmol
噴淋塔進(jìn)口氣體的體積流量： qv=4000m3/h
二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù)為： y1 =0.04
進(jìn)塔氣相摩爾比為： Y1=y11-y1 = =0.0417
回收率: 95%
出塔氣相摩爾比 ： Y2=Y1(1-η)=0.0417×（1-0.96）=0.002085
進(jìn)塔惰性氣相流量： G=PVRT (1-y1)= ×（1-0.04）=159.726kmol/h
出口液體中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比（清水） ： X2=0
查表知20℃時(shí)： E=3.55×103/kPa
X1*=Y1m ， m=E/P
故： X1*=Y1PE = =1.19
根據(jù) G(Y1-Y2)=L(X1-X2)
可求得最小液-氣比： （LG ）min= Y1-Y2X1*-X2 = =33.277
適宜液-氣比取最小液-氣比的1.5倍
故 LG =1.5（LG ）min =1.5×33.277=49.916
L=49.916G=49.916×159.726=7972.88kmol/h
填料塔的工藝尺寸計(jì)算
噴淋塔塔徑D的計(jì)算
選用50×25×1.5（mm）型的塑料階梯環(huán)填料。
其主要的性能參數(shù)如下：
比表面積：at =114m2/m3
填料因子
吸收液密度： =998.2kg/m3
液體密度校正系數(shù) =1
吸收液粘度：μL=1.004mPa·s
氣相質(zhì)量流量：G’=ρG·qv=1.264×4000=5056kg/h
液相質(zhì)量流量：L’= L·M水=7972.88×18=143511.84kg/h
L'G' (ρG ρL ) ½ = × ½ =1.0104
由埃克特通用關(guān)聯(lián)圖可以查得： uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.025
代入數(shù)值得： uf =0.025gρL φΨρGμL0.2 = = 1.234m/s
取空塔氣速： u’=0.85uf =0.85×1.234=1.049m/s
塔徑： D= = =1.1616m
故取塔徑 D=1.2m
u= = =1.049m/s
uuf = =0.847 (50%～85%為經(jīng)驗(yàn)值，故在允許范圍內(nèi))
液體噴淋密度的核算
填料表面的潤(rùn)濕狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持一定的液體潤(rùn)濕速率（或噴淋密度）。
最小噴淋密度： = × =0.08×114=9.12 m /（㎡·h）
最小潤(rùn)濕率（L 0.08m （直徑<75mm的環(huán)形填料）
噴淋密度： U= = =135.73m
135.73>9.12= （符合要求）
經(jīng)過(guò)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1.2m合理
噴淋塔填料層高度的計(jì)算
傳質(zhì)單元高度的計(jì)算
NOG= ln[（1- ）(Y1-mX2Y2-mX2 )+ ]
m=E/P=3.55×103/101.325=35.04
故 = =0.702
NOG= ln[（1-0.702） +0.702]=6.364m
傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算
相關(guān)參數(shù)如下：
水的表面張力：σL=7.28×10
填料材質(zhì)的臨界表面張力：σc=33×10 N/m
二氧化硫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：Dv=0.108cm2/s=0.039m2/h
混合氣體的粘度：μv=1.81×10-5Pa·s
水的粘度：μL=1.004×10 Pa·s
氣體質(zhì)量流量：Uv=G'Ω = =4472.75kg/(㎡/h)
液體質(zhì)量流量：UL=L'Ω = =126956.73kg/(㎡/h)
氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：
awat =1-exp[-1.45（σc σL ）0.75(ULatμL )0.1(UL2at ρL 2g )-0.05(UL2 ρLσLat )0.2]
代入計(jì)算得 awat =1-0.295=0.705 a =0.705×114=80.37
氣膜吸收系數(shù)：kG =0.237(Uvatμv )0.7(μv ρv Dv )1/3(atDvRT )
代入得：kG =0.237（ )0.7( )1/3( )
=7.25 m/s
液膜吸收系數(shù)：kL= 0.0095（ULawμL ）2/3（μL ρLDL )-0.5(μLg ρL )1/3
代入得：
kL=(1.47) 0.0095（ ）2/3（ )-0.5( )1/3
=0.089m/s
kGa= kGaw =7.25×10 =5.827 kmol/(㎡·s·kPa)
kLa= kLaw=0.089 =7.15 m/s
K K
H=
→ 由z= HOG NOG =0.668×6.364=4.25m
計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)留出一定的安全系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層高度一般為
Z=（1.2～1.5）z
故填料層有效高度取：Z=1.4z=1.4×4.25=5.95m
取整數(shù):Z=6m
故填料需分成兩段,每段填料層高度為3m。
噴淋塔塔附屬高度的計(jì)算
塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。
塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來(lái)而留取的高度，可取1.2~1.5m（包括除沫器高度），本設(shè)計(jì)取1.5m。
設(shè)塔定液相停留時(shí)間為60s，則液封所占空間高度為：
60×L’/ρL π4 D 2 = =2.12m
底部空間高度取 1m
故吸收塔的附屬高度為1.5+2.12+1=4.62m
吸收塔的總高度： H=6+4.62=10.62m
噴淋塔填料層壓降的計(jì)算
在表一查：
橫坐標(biāo)： (ρG ρL ) ½ = 1.0104
縱坐標(biāo)：uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.0156
查得 ΔPΔZ =392.4Pa
故全塔填料層壓降： ΔP=392.4 P
M=29×96%+64×4%=30.4kg/kmol
噴淋塔進(jìn)口氣體的體積流量： qv=4000m3/h
二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù)為： y1 =0.04
進(jìn)塔氣相摩爾比為： Y1=y11-y1 = =0.0417
回收率: 95%
出塔氣相摩爾比 ： Y2=Y1(1-η)=0.0417×（1-0.96）=0.002085
進(jìn)塔惰性氣相流量： G=PVRT (1-y1)= ×（1-0.04）=159.726kmol/h
出口液體中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比（清水） ： X2=0
查表知20℃時(shí)： E=3.55×103/kPa
X1*=Y1m ， m=E/P
故： X1*=Y1PE = =1.19
根據(jù) G(Y1-Y2)=L(X1-X2)
可求得最小液-氣比： （LG ）min= Y1-Y2X1*-X2 = =33.277
適宜液-氣比取最小液-氣比的1.5倍
故 LG =1.5（LG ）min =1.5×33.277=49.916
L=49.916G=49.916×159.726=7972.88kmol/h
填料塔的工藝尺寸計(jì)算
噴淋塔塔徑D的計(jì)算
選用50×25×1.5（mm）型的塑料階梯環(huán)填料。
其主要的性能參數(shù)如下：
比表面積：at =114m2/m3
填料因子
吸收液密度： =998.2kg/m3
液體密度校正系數(shù) =1
吸收液粘度：μL=1.004mPa·s
氣相質(zhì)量流量：G’=ρG·qv=1.264×4000=5056kg/h
液相質(zhì)量流量：L’= L·M水=7972.88×18=143511.84kg/h
L'G' (ρG ρL ) ½ = × ½ =1.0104
由埃克特通用關(guān)聯(lián)圖可以查得： uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.025
代入數(shù)值得： uf =0.025gρL φΨρGμL0.2 = = 1.234m/s
取空塔氣速： u’=0.85uf =0.85×1.234=1.049m/s
塔徑： D= = =1.1616m
故取塔徑 D=1.2m
u= = =1.049m/s
uuf = =0.847 (50%～85%為經(jīng)驗(yàn)值，故在允許范圍內(nèi))
液體噴淋密度的核算
填料表面的潤(rùn)濕狀況是傳質(zhì)的基礎(chǔ)，為保持良好的傳質(zhì)性能，每種填料應(yīng)維持一定的液體潤(rùn)濕速率（或噴淋密度）。
最小噴淋密度： = × =0.08×114=9.12 m /（㎡·h）
最小潤(rùn)濕率（L 0.08m （直徑<75mm的環(huán)形填料）
噴淋密度： U= = =135.73m
135.73>9.12= （符合要求）
經(jīng)過(guò)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1.2m合理
噴淋塔填料層高度的計(jì)算
傳質(zhì)單元高度的計(jì)算
NOG= ln[（1- ）(Y1-mX2Y2-mX2 )+ ]
m=E/P=3.55×103/101.325=35.04
故 = =0.702
NOG= ln[（1-0.702） +0.702]=6.364m
傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算
相關(guān)參數(shù)如下：
水的表面張力：σL=7.28×10
填料材質(zhì)的臨界表面張力：σc=33×10 N/m
二氧化硫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：Dv=0.108cm2/s=0.039m2/h
混合氣體的粘度：μv=1.81×10-5Pa·s
水的粘度：μL=1.004×10 Pa·s
氣體質(zhì)量流量：Uv=G'Ω = =4472.75kg/(㎡/h)
液體質(zhì)量流量：UL=L'Ω = =126956.73kg/(㎡/h)
氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：
awat =1-exp[-1.45（σc σL ）0.75(ULatμL )0.1(UL2at ρL 2g )-0.05(UL2 ρLσLat )0.2]
代入計(jì)算得 awat =1-0.295=0.705 a =0.705×114=80.37
氣膜吸收系數(shù)：kG =0.237(Uvatμv )0.7(μv ρv Dv )1/3(atDvRT )
代入得：kG =0.237（ )0.7( )1/3( )
=7.25 m/s
液膜吸收系數(shù)：kL= 0.0095（ULawμL ）2/3（μL ρLDL )-0.5(μLg ρL )1/3
代入得：
kL=(1.47) 0.0095（ ）2/3（ )-0.5( )1/3
=0.089m/s
kGa= kGaw =7.25×10 =5.827 kmol/(㎡·s·kPa)
kLa= kLaw=0.089 =7.15 m/s
K K
H=
→ 由z= HOG NOG =0.668×6.364=4.25m
計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)留出一定的安全系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層高度一般為
Z=（1.2～1.5）z
故填料層有效高度取：Z=1.4z=1.4×4.25=5.95m
取整數(shù):Z=6m
故填料需分成兩段,每段填料層高度為3m。
噴淋塔塔附屬高度的計(jì)算
塔的附屬高度主要包括塔的上部空間高度，安裝液體分布器所需的空間高度，塔的底部空間高度等。
塔的上部空間高度是為使隨氣流攜帶的液滴能夠從氣相中分離出來(lái)而留取的高度，可取1.2~1.5m（包括除沫器高度），本設(shè)計(jì)取1.5m。
設(shè)塔定液相停留時(shí)間為60s，則液封所占空間高度為：
60×L’/ρL π4 D 2 = =2.12m
底部空間高度取 1m
故吸收塔的附屬高度為1.5+2.12+1=4.62m
吸收塔的總高度： H=6+4.62=10.62m
噴淋塔填料層壓降的計(jì)算
在表一查：
橫坐標(biāo)： (ρG ρL ) ½ = 1.0104
縱坐標(biāo)：uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.0156
查得 ΔPΔZ =392.4Pa
故全塔填料層壓降： ΔP=392.4 P
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