湿法净化的计算

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1．空心洗涤塔的计算

【说明】空心洗涤塔的特点是工作稳定，适应性强，操作方便，但设备庞大，投资多，除尘效率较低，不能单独用于沸腾炉炉气的除尘。

(1)空塔体积V

【公式】

❶ 平衡曲线的绘制

【说明】在一定温度下，查饱和水蒸汽表可得该温度时的饱和水蒸汽压力，取饱和度值(一般取100%)，然后根据式1－3－50和式1－3－51求得湿含量值和热焓值，由此计算在各种不同温度下的热焓值并可作出平衡曲线。

【公式】

式中 X——饱和炉气在温度t的时的湿含量(kg水／kg炉气)

P——湿炉气的总压力(kPa)

P_水——t℃时饱和水蒸汽压力(kPa)

Φ——饱和度(%)

M_水——水的摩尔质量

M_炉气——干炉气的摩尔质量

I——温度t时炉气的热焓值(kJ／kg)

C_炉气——炉气的比热［kJ／(kg·C)］

t——饱和炉气的湿球温度(℃)

C_汽——水蒸汽的比热［kJ／(kg·C)］

2941——0C时水的汽化潜热(kJ／kg)

❷ 操作曲线的绘制

【说明】按操作线方程式1－3－52，作出I－t图。操作线的斜率为，因此，操作线为一直线，只要求出塔顶状态(A点)与塔底状态(B点)就可绘出操作线AB。

【公式】

式中 G——流经洗涤塔的干炉气量(kg／h)

L——进入洗涤塔的液体量(kg／h)

t₁——液体的最初温度(C)

t₂——液体的最终温度(C)

I₁——气体的最初热焓(kJ／kg)

I₂——气体的最终热焓(kJ／kg)

C_液——液体的比热〔kJ／(kg·℃)〕

❸ 理论塔板数求算

【说明】以A点起在操作线与平衡线之间用梯级法作梯级，直至t₂为止，所得梯级数即为理论塔板数。

❹ 实际塔板数的计算

【公式】

式中 n_实——实际塔板数

n_理——理论塔板数

η——塔板平均效率(对于传热过程称为塔板的热效率)，单板泡沫塔其热效率为70～90%，当泡沫层高度较高时，热效率可达95%，热效率η可用下式计算：η=59+h。 (1－3－54)

h₀——原液层高度(计算方法见后)，当空塔气速为1．5～3．0m／s时，h。=10～35mm

(2)气体流速和塔径的确定

【说明】气体的空塔速度在1．6～2．6m／s范围内，除尘降温效果均能达到生产要求。设计中一般取2m／s。生产负荷变动20%时尚能保持良好的稳定性。

塔径需根据空塔气速来确定，但是对于有内溢流装置的塔，则应考虑塔板支架(一般占塔截面积的11%～18%左右)及溢流装置占据的面积。

(3)溢流装置的计算

【说明】一般采用内溢流式。溢流管和溢流槽的截面积按入塔的全部液体量考虑。

❶ 溢流管面积F_管

式中 L——按热量平衡计算的液体淋洒量(m³／s)

ω₁——液体在溢流管中的速度(m／s)

❷ 溢流槽截面积F槽

式中 ω₂——液体在溢流槽中的速度(m／s)

其它同上

❸ 塔截面积F

【公式】

F=F_塔+F_管+F_槽(m²) (1－3－57)

式中 F_塔——塔板面积，包括塔板支架所占面积(m²)

其它同上

❹ 圆形塔直径D

【公式】

式中符号含义及单位同上

❺ 泡沫层高度H

【说明】泡沫层高度一般取100～200mm，用于除尘时可取下限，用于其他过程时可取上限。

(4)筛孔直径d

【说明】筛孔直径须符合可能获得最大的相际接触面和小的流体阻力的要求。对除尘、除雾一般取5～7mm；对传热、吸收一般用4～6mm。筛孔直径与筛孔中心距之间有如下关系。

式中 t——筛孔中心距(mm)

d——筛孔直径(mm)

【讨论】当t／d＜2时，虽然阻力很低，但液体泄漏快，泡沫层低，传热传质均差。

(5)筛板自由截面积S₀

【说明】塔板自由截面积S0在10～18%之间比较合适，对于用作除尘的泡沫塔，S₀可取至25%。

❶ 按等腰三角形排列的筛孔S₀

【公式】

式中符号及含义同上

❷ 按等边三角形排列的筛孔S₀

【公式】

式中符号及含义均同上

(6)气体通过筛孔的速度ω_孔

【说明】塔板的自由截面积确定后，气体通过小孔的速度ω也就决定了。

对于吸收作业，ω_孔＞11m／s

对于解吸作业，ω_孔＞13m／s

对于传热过程，ω_孔=10～15m／s

对于除尘作业，ω_孔=6～13m／s

(7)塔板厚度

【说明】单纯从工艺角度要求，塔板厚度以4～6mm为最好，阻力较小，如钢制塔板可取此厚度；但其他材料由于强度及加工要求，其厚度一般可达15～20mm，或更大些。

(8)泡沫塔的流体阻力△P

【说明】在忽略泡沫塔内部摩擦阻力的情况下，气体通过泡沫塔的流体阻力为塔板阻力△P_塔，气体进口阻力△P_进及气体出口阻力△P_出三者之和。△P_塔包括干塔板阻力△P₁和泡沫层阻力△P₂。

❶ 干塔板阻力△P₁

【公式】

式中 △P₁——干塔板阻力(Pa)

γ_气——气体重度(N／m³)

ω_孔——气体通过筛孔时的速度(m／s)

g——重力加速度(9．81m／s²)

Φ——阻力系数，当板厚δ=5mm时，干塔板阻力最小，此时Φ=1 ．45，此时：

K_c——与塔板厚度δ有关的系数，见表1－3－17

表1－3－17 与塔板厚度δ有关的系数K_c

❷ 泡沫层阻力△P₂

【公式】

△P₂=325H－23ω_塔+43．5 (1－3－64)

式中 △P₂——泡沫层阻力(mmH2O)(1mmH2O=9．81Pa)

H——泡沫层高度(m)

ω塔——空塔速度(m／s)

❸ 气体进口阻力△P_进，出口阻力△P_出可用局部阻力公式计算。

5．文氏管洗涤器的计算

【说明】文氏管用于沸腾炉炉气的净化和冷却、具有结构简单、材料少、投资省、操作管理方便、效率高等优点；缺点是阻力大、生产负荷变动大时不易控制。目前，多采用二级文氏管串联。文氏管后需设置旋风除沫器，若采用带有文氏管的泡沫塔，即所谓文——泡净化流程，此时文氏管后可不设置旋风除沫器。

(1)喉管气速的确定

【说明】捕集由于升华物冷凝或高度分散的微尘或雾滴时(粒子小于1μm)，喉管气速为90～120m／s；捕集由于机械粉碎而形成的液滴和粉尘时(粒子大于3～5μm)，喉管气速为70～90m／s；进行气体冷却或从其中吸收某些蒸汽和气体的组分时，喉管气速为40～70m／s，其它用途的喉管气速如表1－3－18。

表1－3－18 文氏管洗涤器的喉管气速

(2)喉管直径d

【公式】

式中 Q——通过喉管的气体流量(m³／s)

ω——喉管气速(m／s)

(3)喉管长度L

【说明】喉管长度一般取L=0．8～1．5d(d为喉管直径)。

(4)收缩管长度L₁

式中 D——进口管直径(mm)

d——喉管直径(mm)

α——收缩管的中心角，一般在20～30°之间，常用23°，角度愈大压力降也愈大。当α=23°时：

L1=2．46(D－d) (1－3－67)

(5)扩散管长度L₂

【公式】

式中 β——扩散管的中心角，β=6～8°，小型的4～6°，一般取7°，此时：

L₂=8．17(D－d) (1－3－69)

(6)压力降

【说明】文氏管的压力降可按下述经验公式计算。

❶ 第一级文氏管的压力降△P₁

【公式】

式中 ρ₂——出口气体重度(N／m³)

u₂——喉管出口气速(m／s)

u_均——喉管平均气速(m／s)

L——喷水量(kg／min)

A——喉管截面积(m²)

△P₁——第一级文氏管压力降(Pa)

❷ 第二级文氏管压力降△P₂

【公式】

式中 L′——液气比(m³水／1000m³炉气)(操作状态)

ρ——炉气的平均重度(N／m³)

u——喉管流速(m／s)；

g——重力加速度(9．81m／s²)

(7)旋风除沫器的压力降

【说明】文氏管后的旋风除沫器的设计计算可参照旋风除尘器。

❶ 干炉气的压力降△P_干

【公式】

式中 ρ——炉气的平均重度(N／m³)

u——进口气速(m／s)，一般为20左右

❷ 湿炉气(带有液体时)压力降△P_湿

【公式】

式中 L′——液气比(m³水／1000m³炉气)(操作状态)其它同上

6．洗涤水中SO₂的损失

【说明】用水洗涤炉气的过程中，部分SO₂溶于水中而损失，提高水温有利于除去SO₂和减少SO₂的损失，洗涤水中SO₃和SO₂含量和温度的关系见表1－3－19。

表1－3－19 洗涤水中SO₂和SO₃含量与温度的关系