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喷淋塔设计计算公式

添加时间：2024-07-07 | 文章录入：秩名 | 文章来源：原创

喷淋塔处理的混合气体的组成：空气（96%） SO （4%）
M=29×96%+64×4%=30.4kg/kmol
喷淋塔进口气体的体积流量：       qv=4000m3/h
二氧化硫的摩尔分数为：     y1 =0.04
进塔气相摩尔比为：         Y1=y11-y1 = =0.0417
回收率:        95%
出塔气相摩尔比：        Y2=Y1(1-η)=0.0417×（1-0.96）=0.002085
进塔惰性气相流量：        G=PVRT (1-y1)= ×（1-0.04）=159.726kmol/h
出口液体中溶质与溶剂的摩尔比（清水）： X2=0
查表知20℃时：          E=3.55×103/kPa
X1*=Y1m ， m=E/P
故：                  X1*=Y1PE = =1.19
根据                 G(Y1-Y2)=L(X1-X2)
可求得最小液-气比：（LG ）min= Y1-Y2X1*-X2 = =33.277
适宜液-气比取最小液-气比的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
填料塔的工艺尺寸计算
喷淋塔塔径D的计算
选用50×25×1.5（mm）型的塑料阶梯环填料。
其主要的性能参数如下：
比表面积：at =114m2/m3
填料因子
吸收液密度： =998.2kg/m3
液体密度校正系数 =1
吸收液粘度：μL=1.004mPa·s
气相质量流量：G’=ρG·qv=1.264×4000=5056kg/h
液相质量流量：L’= L·M水=7972.88×18=143511.84kg/h
L'G' (ρG ρL ) ½ = × ½ =1.0104
由埃克特通用关联图可以查得：    uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.025
代入数值得：      uf =0.025gρL φΨρGμL0.2 =   = 1.234m/s
取空塔气速：      u’=0.85uf =0.85×1.234=1.049m/s
塔径：            D= = =1.1616m
故取塔径 D=1.2m
u= = =1.049m/s
uuf = =0.847 (50%～85%为经验值，故在允许范围内)
液体喷淋密度的核算
填料表面的润湿状况是传质的基础，为保持良好的传质性能，每种填料应维持一定的液体润湿速率（或喷淋密度）。
最小喷淋密度： = × =0.08×114=9.12 m /（㎡·h）
最小润湿率（L 0.08m   （直径<75mm的环形填料）
喷淋密度：    U= = =135.73m
135.73>9.12= （符合要求）
经过以上校核可知，填料塔直径选用D=1.2m合理
喷淋塔填料层高度的计算
传质单元高度的计算
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
传质单元数的计算
相关参数如下：
水的表面张力：σL=7.28×10
填料材质的临界表面张力：σc=33×10 N/m
二氧化硫在空气中的扩散系数：Dv=0.108cm2/s=0.039m2/h
混合气体的粘度：μv=1.81×10-5Pa·s
水的粘度：μL=1.004×10 Pa·s
气体质量流量：Uv=G'Ω = =4472.75kg/(㎡/h)
液体质量流量：UL=L'Ω = =126956.73kg/(㎡/h)
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
awat =1-exp[-1.45（σc σL ）0.75(ULatμL )0.1(UL2at ρL 2g )-0.05(UL2 ρLσLat )0.2]
代入计算得 awat =1-0.295=0.705   a =0.705×114=80.37
气膜吸收系数：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
液膜吸收系数：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
计算出填料层高度后，还应留出一定的安全系数，根据设计经验，填料层高度一般为
Z=（1.2～1.5）z
故填料层有效高度取：Z=1.4z=1.4×4.25=5.95m
取整数:Z=6m
故填料需分成两段,每段填料层高度为3m。
喷淋塔塔附属高度的计算
塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高度，塔的底部空间高度等。
塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取的高度，可取1.2~1.5m（包括除沫器高度），本设计取1.5m。
设塔定液相停留时间为60s，则液封所占空间高度为：
              60×L’/ρL π4 D 2 = =2.12m
底部空间高度取 1m
故吸收塔的附属高度为1.5+2.12+1=4.62m
吸收塔的总高度：        H=6+4.62=10.62m
喷淋塔填料层压降的计算
在表一查：
横坐标： (ρG ρL ) ½ = 1.0104
纵坐标：uf2φΨg (ρG ρL )μL0.2=0.0156
查得     ΔPΔZ =392.4Pa
故全塔填料层压降：    ΔP=392.4 P