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RTO系统中喷淋塔的设计思路(二) ——设计要点

文章出处:本站 人气:1641 发表时间:2021-03-16 16:42:26


在YIHEAC往期技术文章《RTO系统中喷淋塔的设计思路(一)》--塔型选择中,我们主要介绍了喷淋塔运行的基本原理、不同场合的分类以及YIHEAC就现有工程的应用经验给出的关于喷淋塔塔型选择的基本原则。


而本篇技术文章,YIHEAC将从喷淋塔的设计要点出发,分享一些自己的工程经验。如有疑问,欢迎大家批评指正。

首先决定喷淋塔尺寸的五个要素如下:空塔流速/停留时间、塔径及填料层高度/塔高。空塔流速影响喷淋塔的运行效率,废气风量及空塔流速决定塔径大小,填料层高度决定塔高,而塔高及空塔流速决定停留时间。关于该五个要素,YIHEAC给出以下经验值或公式:

1.空塔流速/停留时间

按常规设计来说,喷淋塔的气流速度越小对吸收效率越有利,一般空塔流速<1.5m/s,停留时间>2s即可。而针对不同工况的项目,空塔流速和停留时间须根据废气特殊性质和实际应用要求进行设计。

2.塔径

塔径由每小时废气量与气体在塔内通过速度决定。塔径计算公式如下:

其中,D为塔直径,m;

Q为每小时处理的气体量,m3/h;

v为烟气穿塔速度,m/s。

 

3.填料层高度/塔高

喷淋塔内部有两个重要区段,分别是喷淋段和脱水(除雾)段。

喷淋段:自喷淋层(最上一层喷嘴)至进气管上口,气液在此段进行接触传质,是塔的主要区段;

脱水(除雾)段:喷嘴以上部分为脱水段,作用是使大液滴依靠自重降落,其中装有除雾器,以除掉小液滴,使气液更好的分离。


喷淋塔中的填料层厚度一般最小0.6m,最  大1.8m;

塔的高度尚无统一的计算方法,一般参考塔径及填料层厚度选取,高径比(H/D)在2~4范围以内,而喷淋段占总高的1/2以上即可。

 

在确定了喷淋塔尺寸的情况下,接下来需要考虑的是喷淋塔内一些附件的选型及选材问题。YIHEAC就填料、循环水箱以及喷嘴/喷淋管等附件给出以下经验值或公式:

4.填料

(1)规格选择

喷淋塔内的填料一般选用散装填料。同类填料,尺寸越小,分离效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降低。因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定,一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于10。

(2)材质选择

填料的材质分为塑料、陶瓷和金属三大类。

①塑料填料(耐腐蚀)

塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等,一般多采用聚丙烯(PP)材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100℃以下使用。

②陶瓷填料(耐腐蚀、耐高热)

陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐高热性,陶瓷填料价格便宜,具有很好的表面润湿性能,但质脆、易碎是其最 大缺点。

③金属填料

金属填料可用多种材质制成,选择时主要考虑腐蚀问题。

碳钢填料造价低,且具有良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用;不锈钢填料耐腐蚀性强,一般能耐除Cl-以外常见物系的腐蚀,但其造价较高,且表面润湿性能较差;钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。

而一般喷淋塔填料材质无温度要求时选用聚丙烯(PP),冷却塔填料材质选用陶瓷。

(3)填料种类

常用填料种类有拉西环和鲍尔环填料。

 

 

5.循环水箱

按一般经验值,循环水箱的容量为2~3分钟之所需吸收液流量即可,并预留有吸收液之入口、溢流口及排放水口,根据现场情况拟定。

 

6.喷嘴/喷淋管

喷嘴的功能是将吸收液喷洒为细小液滴,分布合理的喷嘴能使吸收液充分雾化,增大气液接触面积。

 


 


(1)喷淋能力

喷淋能力理论计算公式如下:

其中,q为喷嘴喷淋能力,m3/s;

μ为流量系数,一般取0.2~0.3;

A为喷出口截面积,m2;

p为喷出口液体压力,Pa;

γ液为液体密度,kg/m3。

(2)喷嘴数量

而所需喷嘴数量,根据单位时间内所需吸收液量决定,计算公式如下:

式中,n为所需喷嘴个数;

G为所需吸收液流量,m3/h;

q为单个喷嘴的喷淋能力,m3/h;

φ为调整系数,根据喷嘴是否容易堵塞而定,可取0.8~0.9。

喷嘴应在断面上均匀配置,以保证断面上各点的喷淋密度相同,而无空洞或疏密不均现象。一般根据管径截面积大小来布置喷嘴数量,单个喷嘴的截面积乘以喷嘴个数小于水管截面积的2/3即可。

(3)喷嘴/喷淋管材质

喷嘴一般选用螺旋喷嘴,不易堵塞,喷洒角度大。

①喷嘴材质

PP、310s、碳化硅都可,根据使用场合的腐蚀性和温度所决定。

②喷淋管材质

PP、SS304、2507、碳钢衬四氟都可,根据使用场合的腐蚀性和温度所决定。

 

除去以上六点,当我们考虑将喷淋塔加入到RTO系统时,其压损及液气比也是喷淋塔设计的关键要素。压损影响RTO系统内风机的选型,液气比决定RTO系统内运行中循环吸收液用量的成本核算。YIHEAC就压损和液气比给出以下经验值或公式:

7.压损

填料层压损计算公式如下:

其中,ξ为气液阻力系数;

h为填料层高度,m;

ρ为标准大气密度,kg/m3;

V为塔内风速,m/s;

D为塔径,m。

按一般经验值,填料塔的压损约800~900Pa。

8.液气比

液气比是指在喷淋塔等气液接触设备中液体与气体的流量之比。液气比是与净化效率关系最密切的控制条件,其单位为L/m3。

在其他条件不变时,液气比越大,净化效率越高,净化效率随液气比增大而提高,但增大到一定程度后,再增加喷淋量已无必要,反而会使气流带水量增加。

按一般经验值,喷淋塔的液气比一般按2.0~3.0L/m3设计。

 

以上八点为喷淋塔设计的一般思路。而在RTO系统设计前后处理时,YIHEAC会根据工程设计需要收集工业有机废气理化性质等原始资料,包括废气风量、组分及浓度、温度、颗粒物浓度等,分析其工况再进行喷淋塔设计。

YIHEAC就现有工程的应用给出以上设计经验,若有不合理之处,欢迎您的指正与交流。

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