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噴淋塔設計計算公式

添加時間：2024-07-07 | 文章錄入：秩名 | 文章來源：原創

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
噴淋塔進口氣體的體積流量：       qv=4000m3/h
二氧化硫的摩爾分數為：     y1 =0.04
進塔氣相摩爾比為：         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
進塔惰性氣相流量：        G=PVRT (1-y1)= ×（1-0.04）=159.726kmol/h
出口液體中溶質與溶劑的摩爾比（清水）： X2=0
查表知20℃時：          E=3.55×103/kPa
X1*=Y1m ， m=E/P
故：                  X1*=Y1PE = =1.19
根據                 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算
噴淋塔塔徑D的計算
選用50×25×1.5（mm）型的塑料階梯環填料。
其主要的性能參數如下：
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 =1
吸收液粘度：μL=1.004mPa·s
氣相質量流量：G’=ρG·qv=1.264×4000=5056kg/h
液相質量流量：L’= L·M水=7972.88×18=143511.84kg/h
L'G' (ρG ρL ) ½ = × ½ =1.0104
由埃克特通用關聯圖可以查得：    uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.025
代入數值得：      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%為經驗值，故在允許范圍內)
液體噴淋密度的核算
填料表面的潤濕狀況是傳質的基礎，為保持良好的傳質性能，每種填料應維持一定的液體潤濕速率（或噴淋密度）。
最小噴淋密度： = × =0.08×114=9.12 m /（㎡·h）
最小潤濕率（L 0.08m   （直徑<75mm的環形填料）
噴淋密度：    U= = =135.73m
135.73>9.12= （符合要求）
經過以上校核可知，填料塔直徑選用D=1.2m合理
噴淋塔填料層高度的計算
傳質單元高度的計算
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
傳質單元數的計算
相關參數如下：
水的表面張力：σL=7.28×10
填料材質的臨界表面張力：σc=33×10 N/m
二氧化硫在空氣中的擴散系數：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
氣體質量流量：Uv=G'Ω = =4472.75kg/(㎡/h)
液體質量流量：UL=L'Ω = =126956.73kg/(㎡/h)
氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算：
awat =1-exp[-1.45（σc σL ）0.75(ULatμL )0.1(UL2at ρL 2g )-0.05(UL2 ρLσLat )0.2]
代入計算得 awat =1-0.295=0.705   a =0.705×114=80.37
氣膜吸收系數：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：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
計算出填料層高度后，還應留出一定的安全系數，根據設計經驗，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: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而留取的高度，可取1.2~1.5m（包括除沫器高度），本設計取1.5m。
設塔定液相停留時間為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算
在表一查：
橫坐標： (ρG ρL ) ½ = 1.0104
縱坐標：uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.0156
查得     ΔPΔZ =392.4Pa
故全塔填料層壓降：    ΔP=392.4 P