柠檬酸钠法二氧化硫气体吸收工艺设计
摘要
在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中的溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。在化学工业中，经常将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，同时进一步加工处理；或除去工业排放尾气中的有害物，以免污染大气。 板式塔和填料塔都可用于吸收过程，此次设计用填料塔作为吸收的主设备。
此论文研究设计主要包括设计方案的确定、填料选择、工艺计算等内容，其中整个工艺计算过程包括确定气液平衡关系、确定吸收剂用量及操作线方程、填料的选择、确定塔径及塔的流体力学性能计算、填料层高度计算、附属装置的选型以及管路及辅助设备的计算，在设计计算中采用物料衡算、亨利定律以及一些经验公式，该设计的成果有设计说明书和填料吸收塔、解吸塔的工艺条件图、装配图及其高程图、平面布置图等。
关键词：吸收，填料塔，物料平衡，填料高度，填料层压降
1绪论
1.1 引言
随着人们环保意识的增强及越来越严格的环保法律的出台，烟道气SO2的脱除越来越引起人们的重视，然而目前多项烟道气脱硫工艺主要是针对高浓度SO2的脱除，对于低浓度SO2的脱除仍是一个富有挑战性的课题。烟气脱硫（FGD）是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和SO2污染的最为有效的和主要的技术手段。目前工业化脱硫技术有化学法、吸附法、等离子法等。化学吸收法是常用的烟道气脱硫技术，也是国内外科技工业者研究最多的一种FGD方法，而等离子法和炭基材料吸附法是较新颖的技术。研究出适合中国国情的脱硫技术是当前科技工作者的重要目标。
二氧化硫是一种有毒气体,患有心脏病和呼吸道疾病的人对这种气体最为敏感,就是正常人在二氧化硫浓度过高的地方呆得太久也会生病。二氧化硫是一种无色、有刺激气味的气体。空气中二氧化硫的浓度只有1ppm时,我们就会感到胸部有一种被压迫的不适感；当浓度达到8ppm时,人就会感到呼吸困难；当浓度达到10ppm时,咽喉纤毛就会排出粘液。1ppm是多少呢?1ppm是一百万分之一,是一个相当微小的比例,它相当于100千克水里的一滴酒精,5000千克盐中的一匙糖。二氧化硫的危害还在于它常常跟大气中的飘尘结合在一起,进入人和其它动物的肺部,或在高空中与水蒸匙糖。二氧化硫的危害还在于它常常跟大气中的飘尘结合在一起,进入人和其它动物的肺部,或在高空中与水蒸气结合成酸性降水,对人和其它动植物造成危害。目前,我国的能源结构主要以煤为主,因此,我们的大气污染是以烟尘和二氧化硫为代表的典型的煤烟型污染》。1989年,科学研究人员对北京的两个居民区作了大气污染与死亡率的相关值研究。研究结果表明,大气中二氧化硫的浓度每增加1倍,总死亡率增加1l％；总悬浮颗粒物浓度每增加1倍,总死亡率增加4％。所以我们要时刻警惕城市二氧化硫污染。
1.2 文献综述
1.2.1脱硫技术现状及发展
随着人们环保意识的增强及越来越严格的环保法律的出台，烟道气SO2的脱除越来越引起人们的重视，然而目前多项烟道气脱硫工艺主要是针对高浓度SO2的脱除，对于低浓度SO2的脱除仍是一个富有挑战性的课题。烟气脱硫（FGD）是世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨和SO2污染的最为有效的和主要的技术手段。目前工业化脱硫技术有化学法、吸附法、等离子法等。化学吸收法是常用的烟道气脱硫技术，也是国内外科技工业者研究最多的一种FGD方法，而等离子 法和炭基材料吸附法是较新颖的技术。研究出适合中国国情的脱硫技术是当前科技工作者的重要目标。
目前，脱除烟道气中SO2的方法主要有干法、湿法及各种新型方法。
据统计，我国目前二氧化硫年排放量约为2000万吨，其中燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的90％以上。《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》 要求：到2005年，全国二氧化硫排放量在2000年基础上削减10％，“两控区”削减20％。国务院批复的《国家环境保护“十五”计划》中也明确要求：2005年，全国二氧化硫排放量将控制在1800万吨,其中工业排放的二氧化硫控制在1450万吨
为实现《国民经济和社会 发展第十个五年计划纲要》和《国家环境保护“十五”计划》中关于二氧化硫减排的任务和要求，遏制我国酸沉降污染恶化的趋势，改善城市环境空气质 量，2002年1月30日，国家环保总局、国家经贸委、科技部联合发布了《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》,自发布之日起实施。该技术政策为我国在未来一定时期内控制燃煤造成的二氧化硫排放污染提供了技术导向和技术支持。
火力发电厂是最主要的烟气排放源，而燃煤火力发电在中国发电领域中也相应地占主导地位，多年来煤电发电量一直占总发电量的75％以上。
电力工业是国家的基础工业，随着国民经济的发展，电力工业必将迅速发展。另一方面，火电工业是我国燃煤最多的行业，随着燃煤电厂的大量建设，它所面临的环境保护形势将更为严峻。面临这样的形势，人们迫切需要对火电工业SO2排放的环境影响做出科学评估，正确认识和评估我国现行的环境经济政策，同时研究和借鉴国外的经验，提出电力工业可持续发展的SO2控制对策和环境经济政策建议。
我国是以燃煤为主的国家，耗煤大户主要是火电厂，有数据显示1995—2010年间其SO2排放量占全国的35%～60%，燃煤产生的SO2是大气中SO2的主要来源。随着经济发展，煤炭消耗日益增加，SO2排放量也日益增多，使我国成为SO2污染最严重的国家之一[1]。
SO2控制方法多种多样，世界各国研究开发的SO2控制技术达200多种，其中有的已投入使用，有的仍处在研究阶段。目前，控制燃煤SO2污染技术可分为4类：煤燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、煤转化过程中脱硫以及燃烧后烟气脱硫。煤燃烧前脱硫目前仅能除去煤炭中的部分无机硫，而其中的有机硫尚无经济可行的去除技术；燃烧中脱硫主要包括型煤固硫技术和循环流化床燃烧脱硫技术；煤转化过程中脱硫主要包括煤气化技术、煤液化技术及水煤浆技术，但这两类脱硫技术单机容量都不大，国内目前尚处于引进技术和示范试验阶段，有的投资大、技术要求高，难以短时间内在国内大面积推广使用[2]。相比较而言燃烧后的烟气脱硫被认为是控制SO2最行之有效的途径。
我国从20世纪80年代起就开始从国外引进或自主研发烟气脱硫技术，建成了几个大型的示范工程，取得了较好的社会、环境效益。但是，目前我国大规模使用烟气脱硫设施中仍存在一些问题［３]。
在实现烟气脱硫国产化存在的主要问题有：研发费用高昂，不确定风险大；国产化依托工程难以实现；火电厂引进的烟气脱硫项目大多重硬件、轻软件，忽视消化和创新，并存在技术重复引进的现象；国内的工程总承包能力差，缺少火电厂烟气脱硫国产化相配套的优惠政策。
1.法规配套性不够，定量要求不明显，可操作性差；脱硫工程长周期稳定性运行性能差、可利用率低；脱硫技术重复、盲目引进，管理不到位，脱硫市场无序竞争、低价竞争，存在质量隐患；脱硫技术的消化吸收、创新方面严重不足，造成脱硫技术的关键部分还只能依靠国外公司，既不利于国内脱硫公司的持续发展，影响了企业的经济效益，又给工程质量和可靠运行带来了隐患［４］。
2.脱硫的技术经济问题，火电厂脱硫不仅要考虑技术上可行，同时还要考虑国家和企业及社会经济承受能力。
3.其他问题脱硫项目的选择还要充分考虑以下问题：一般火电厂脱硫所处理的烟气量较大，需要的脱硫吸收剂数量十分可观，应确保脱硫剂能够长期稳定供应；实现脱硫副产品的价值，寻求合作，加强销售；脱硫装置的布置空间是脱硫装置选择的一个重要条件；选择烟气脱硫系统时，还应考虑到多项污染物的影响。
4.由于在脱硫工程实施过程中,面临: ①脱硫工程建设要求现役机组停车,而全国电力供应持续紧张,脱硫工程建设与电力正常生产间有矛盾; ②多数现役电厂均未预留脱硫建设场地,施工场地条件受限制,导致实施困难、新增工作量较大; ③申请办进口脱硫设备的免税和退税手续很麻烦,导致工程进度滞后。
1.2.2烟气脱硫工艺分类
烟气脱硫技术主要利用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫，然后将其转化为较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫目的。
燃煤中硫的脱除可以从燃烧前、燃烧中（炉内脱硫）以及燃烧后三个阶段进行处理。
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 文献综述 1
1.2.1 脱硫技术现状及发展 1
1.2.2烟气脱硫工艺分类……………………………………………………………………………………...6
1.3 设计方案 8
1.3.1 设计题目 8
1.3.2 吸收剂的选择 8
1.3.3 吸收流程的选择 10
1.3.4 吸收剂再生方法选择 11
1.3.5 塔设备的选择 11
1.3.6 操作参数选择 12
2 吸收塔的工艺计算 15
2.1 基础物性数据的确定 15
2.1.1 气相物性数据 15
2.1.2 液相物性数据 16
2.1.3 气液相平衡数据 16
2.1.4 填料物性数据 16
2.2 物料衡算 16
2.3 填料塔的工艺尺寸计算 17
2.3.1 塔径计算 17
2.3.2 泛点率和填料规格校核 17
2.3.3 液体喷淋密度校核 18
2.3.4 填料层高度计算 18
2.3.5 填料的类型和选择 20
2.3.6 填料塔附属高度的计算 25
2.4 液体分布器简要设计 25
2.4.1 液体分布器介绍 25
2.4.2 液体分布器设计的基本要求 26
2.4.3 液体分布器布液能力的计算 27
2.5 附属设备的计算与选择 28
2.5.1 吸收塔主要接管的尺寸计算 28
2.5.2 离心泵的计算与选择 29
2.5.3 风机的选择 30
2.5.4 其它附属塔内件 30
2.6 流体力学参数计算 31
2.6.1 填料塔压降计算 31
2.6.2 泛点率 32
2.6.3 气体动能因子 32
3 解吸塔的工艺计算 33
3.1 基础数据的确定 33
3.1.1 最小液气比的计算 33
3.1.2 吸收剂用量的计算 33
3.2 塔径的计算 33
3.2.1 塔径计算 33
3.2.2 泛点率和填料规格校核 34
3.2.3 液体喷淋密度校核 34
3.3 填料层高度的计算 35
3.3.1 传质单元高度的计算 35
3.3.2 传质单元数的计算 36
3.3.3 总高度的计算 37
3.4 流体力学参数计算 37
3.4.1 解析塔的压力降 37
3.4.2 气体动能因子 37
3.4.3 解吸因子 38
3.5 主体设备的设计 38
3.6 辅助设备的选型与计算 38
3.6.1 液体初始分布器 38
3.6.2 其它附属塔内件 38
4 吸收塔与解析塔设计一览表 39
参考文献 41
致谢 43
参考文献
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