CFB脱硫塔设计计算复习课程.xls
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1、SCRUBBER DESIGN(PACKED COLUMN)Prepared by:Column Tag No.:HCL ScrubberChecked by:Job No.:4506ADate:Client:JOLProject:SR-Plant-4,5Input DataStream:HCL Vap.Packing type=Intallox SaddlesPacking size=25 mmPacking MOC=PPGas pr.Drop/m bed=15 mmWC/m packing height=147.1(N/m2)/mTotal packing height=3.2 m(inc
2、luding all packed beds)Gas/Vapour PropertiesGas/Air flow rate=1000 kg/hOR0 m3/h=0.2778 kg/s=0 m3/sGas pressure at entry=1.0000 atmGas temperature at entry=30.00oC=303.00oKGas/Air mol weight=29Component to be scrubbedComponent Name=HCL VapComponent flow rate=70 Kg/h%comp.in air/gas=6%(v/v)(presumed)/
3、(given by client)/(by process cal.)Molecular weight of comp.=36.5Liquid/Scrubbing media PropertiesScrubbing media=20%NaOHLiquid flow rate,L=77 kg/h=0.0214 kg/sLiquid Density,L=1100 kg/m3Conversion:Liquid Viscosity,L=0.0035000 Ns/m23.5 Cp =0.00350000Ns/m2Packing factor,Fp=21 m-1Charac.Packing Factor,
4、Cf=33 Ref.Table 6.3,Characterstics of Random packingsConversion factor,J=1.0 factor for adequate liquid distribution&irrigation across the bedSheet 1 of 42 CalculationsTO CALCULATE COLUMN DIAMETERSince larger flow quantities are at the bottom for an absorber,the diameter will be chosen to accommodat
5、e the bottom conditions.To calculate Gas densityAvg.molecular weight=29.45 Kg/KmolIf gas flow rate is given in kg/hIf gas flow rate is given in m3/hGas in =0.009432183 Kmol/sGas in =(m3/s)x 273x pr.in atm x 1kmol=mass/mol wt T in kelvin1.0 atm22.4=(kmol/s)x T in kelvin x 1.0 atm x 22.4 273 pr.In atm
6、 1=0 Kmol/s=0.234499 m3/s=0 Kg/smass=mol wt x kmolSelect vol.flow rate and mass flow rate from above,Selected mass flow rate=0.277778 Kg/sSelected vol.Flow rate=0.234499 m3/sSelected molar flow rate=0.009432 Kmol/sTherefore,gas density=1.1846 Kg/m3(mass flow rate/vol.Flow rate)To find L,G and Tower
7、c/s areaAssuming essentially complete absorbtion,Component removed=0.0207 Kg/s(molar flow rate x%comp.x mol.Wt.)Liquid leaving=0.0420 Kg/s(Inlet liquid flow rate+comp.Removed)L G0.5=0.00497G LUsing 0.00497as ordinate,Refer fig.6.34 using a gas pressure drop of147.1(N/m2)/m G 2 Cf L0.1 J=0.04 (from g
8、raph)G(L-G)gcTherefore,G=0.04 G(L-G)gc0.5 Cf L0.1 J=1.6665 Kg/m2.sTower c/s area=0.1667 m2(c/s area=mass flow rate/G)Tower diameter=0.4607 m=460.7 mm=500 mmCorresponding c/s area=0.1963 m2Sheet 2 of 42 TO ESTIMATE POWER REQUIREMENTEfficiency of fan/blower=60%assumed/givenTo calculate pressure dropPr
9、essure drop for irrigated=470.72 N/m2(pressure drop per m packing x total ht.of packing)packingFor dry packing,O/L Gas flow rate,G=1.3095 Kg/m2.s(Gas inlet flow rate-Component removed)/c/s areaO/L Gas pressure=100854.3 N/m2(subtracting pressure drop across packing)Gas density,G=gas mol wt.x 273 xgas
10、 o/l pr.22.41m3/Kmol T in kelvin101330=1.1605 Kg/m3CD=96.7 Ref.Table 6.3,Characterstics of Random packingsDelta P=CD G 2 ZG =142.89 N/m2Pressure drop for packing=613.61 N/m2(irrigated packing+dry packing)Pressure drop for internals=25 mmWC(packing supports and liquid distributors)=245.17 N/m2Gas vel
11、ocity=7.5 m/sInlet expansion&outlet=1.5 x Velocity heads=1.5 x(V2/2g)contraction losses=42.19 N m/Kg=49.97 N/m2(divide by density)Total pressure drop=908.75 N/m2(packing+internals+losses)Fan power output=pressure drop,N/m2 x(gas in-component removed)Kg/sO/L gas density,Kg/m3=201.35 N.m/s=0.20 kWPowe
12、r for fan motor=0.34 kW(fan power output/motor efficiency)=0.45 hpSheet 3 of 42 COLUMN DIAMETER/HYDRAULIC CHECKLiq.-Vap.Flow factor,FLV=(L/V)x (V/L)=0.0025Design for an initial pressure drop of 15mm H2O/m packingFrom K4 v/s FLV,K4=0.85K4 at flooding=6.50Trial%flooding=(K4/K4 at flooding)x 100=36.162
13、0Gas mass flow rate,Vm=K4.V(L-V)13.1 Fp(L/L)0.1=3.7763 kg/m2.sTrial column c/s area=V/Vm(Trial As)=0.0736 m2Trial column dia.,D=0.3060 mD=(4/pi)x Trial AsRound off D to nearest standard sizeTherefore,D=0.500 mColumn C/S area,As=0.1963 m2As=(pi/4)x D2%flooding=13.5472%flooding=Trial%flooding x(Trial
14、As/As)ConclusionGenerally packed towers are designed for 50%-85%flooding.If flooding is to be reduced,(i)Select larger packing size and repeat the above steps.OR(ii)Increase the column diameter and repeat the above steps.(1/2)Sheet 4 of 42 HETP PREDICTIONNortons Correlation:ln HETP =n-0.187 ln +0.21
15、3 ln Applicable when,liquid phase surface tension 4 dyne/cm&0.08 cP&0.83 cPConversion:Input Data0.018 N/m =18dyne/cmLiquid-phase Surface Tension,=20 dyne/cmNortons Correlation ApplicableLiquid Viscosity=3.5 cPNortons Correlation NOT applicablen=1.13080Calculationln HETP=0.837437HETP=2.310437 ft=0.70
16、4221 mFor separations,less than 15 theoritical stages,a 20%design safety factor can be applied.Considering 20%safety factor,HETP=0.845065 mFor separations,requiring 15 to 25 theoritical stages,a 15%design safety factor can be applied.Considering 15%safety factor,HETP=0.809854 mSheet 5 of 42 Table 6.
17、2Constant for HETP CorrelationRef.:Random Packings and Packed Towers -StrigleRef.:Chemical Engineering,Volume-6,COULSON&RICHARDSONSRef.:Mass Transfer Operation:Treybal工况烟气量计算烟气温度()标况烟气量(Nm3/h)工况烟气量(m3/h)150.0060000.0092967.03标况烟气量计算烟气温度()工况烟气量(m3/h)标况烟气量(Nm3/h)150.00180000.00116170.21耗水量计算系统进口烟气温度()
18、标况烟气量(Nm3/h)系统出口烟气温度()150.00180000.0065.00脱硫塔蒸发水量(Kg/h)除雾器冲洗水量(Kg/h)钠碱含水量(Kg/h)4500.003391.205.76二氧化硫含量计算耗煤量(t/h)标况烟气量(Nm3/h)燃煤含硫率(%)5.0050000.001.00二氧化硫浓度(mg/Nm3)二氧化硫总量(Kg/h)二氧化硫脱除量(Kg/h)1700.0085.0079.05物料计算(小时耗量)排放浓度(mg/Nm3)脱硫效率(%)纯生石灰的量(Kg/h)400.0076.4772.63需要烧碱的量(Kg)石膏产生量(Kg/h)氧化空气用量(m3/h)98.81
19、212.6479.05石膏结晶水(Kg/h)脱硫渣含水(Kg/h)烧碱耗量(Kg/h)44.5121.262.47反应池中的钠、钙、硫平衡进反应池的Na2SO3进反应池的Ca(OH)2出反应池的CaSO3155.6391.40148.22出反应池的Na(OH)98.81输入值计算值锅炉数量1.00脱硫塔计算公式设计参数单位数值塔高m18.00塔径m4.0085%生石灰价格元/吨300.00烧碱价格元/吨3000.00脱硫效率%93.00年运行时间h8000.00脱硫塔截面积m212.56烟气流速m/s3.98年脱出SO2总量t632.40纯生石灰的量t/年581.02烧碱的量t/年19.868
20、5%生石灰的量t/年683.55生石灰费用万元20.51烧碱费用万元5.96按分支1计算类型泵泵的计算流量m3/h1200.00泵的计算扬程mH2O4.47流量系数1.00压力系数1.00泵泵的的扬扬程程m3/h4.474.47泵泵的的流流量量mH2O1200.001200.00介质的密度kg/m31150.00泵电机功率安全系数1.15泵效率0.85泵传动效率0.98循环浆液泵电动机功率KW23.20循环浆液泵动机轴功率KW20.17电机功率KW75.00入口液柱顶高m12.10入口液柱底高m1.00喷嘴高度(出口)m2.70喷嘴压损m6.90入口管道总长度m5.00出口母管管道总长度m20
21、.00出口分支1管道总长度m50.00固定压力差m(8.40)入口管阻力(沿程+局部)*1.1m1.15出口母管阻力(沿程+局部)*1.1m1.02出口分支1阻力(沿程+局部)*1.1m4.57附加阻力m0.50入口管道计算流量Dgsm3/h1200.00入口管道内径Dimm458.00流速m/s2.02入口管道等值粗糙度Kdmm0.20入口管道摩擦系数0.016入口直管段阻力系数10.17容器至管道0.50个1管道至容器1.00个090弯头0.35个045-弯头0.20个130-弯头0.15个0异径(渐缩)0.10个1泵入口管出口母管分支1分支2异径(渐扩)0.40个0三通分流1.50个0三
22、通合流0.40个0蝶阀0.24个1球心阀或截止阀6.40个0旋塞阀0.05个0调节阀1.10个0膨胀节0.30个1滤网3.50个1特殊段或附加1.00个0入口局部阻力系数之和4.84出口母管管道计算流量Dgsm3/h1200.00出口母管管道内径Dimm458.00流速m/s2.02出口管道等值粗糙度Kdmm0.20出口管道摩擦系数0.016出口直管段阻力系数10.694容器至管道0.50个0管道至容器1.00个090弯头0.35个345-弯头0.20个030-弯头0.15个0异径(渐缩)0.10个0异径(渐扩)0.40个1三通分流1.50个1三通合流0.40个0蝶阀0.24个2球心阀或截止阀
23、6.40个0旋塞阀0.05个0调节阀1.10个0膨胀节0.30个1滤网3.50个0特殊段或附加1.00个0出口局部阻力系数之和3.73出口分支1管道计算流量Dgsm3/h150.00出口分支1管道内径Dimm142.00流速m/s2.63出口管道等值粗糙度Kdmm0.20出口管道摩擦系数0.021出口直管段阻力系数17.503容器至管道0.50个0管道至容器1.00个090弯头0.35个845-弯头0.20个030-弯头0.15个0异径(渐缩)0.10个1异径(渐扩)0.40个1三通分流1.50个0三通合流0.40个0蝶阀0.24个4球心阀或截止阀6.40个0旋塞阀0.05个0调节阀1.10个
24、0膨胀节0.30个0滤网3.50个0特殊段或附加1.00个0出口局部阻力系数之和4.26按分支2计算类型泵泵的计算流量m3/h300.00泵的计算扬程mH2O48.07流量系数1.00压力系数1.00泵泵的的扬扬程程m3/h48.0748.07泵泵的的流流量量mH2O300.00300.00介质的密度kg/m31150.00泵电机功率安全系数1.15泵效率0.85泵传动效率0.98循环浆液泵电动机功率KW62.35循环浆液泵动机轴功率KW54.22电机功率KW75.00入口液柱顶高m12.50入口液柱底高m1.00喷嘴高度(出口)m25.50喷嘴压损m20.00入口管道总长度m9.50出口母管
25、管道总长度m50.00出口分支2管道总长度m80.00固定压力差m14.00入口管阻力(沿程+局部)*1.1m0.85出口母管阻力(沿程+局部)*1.1m3.76出口分支2阻力(沿程+局部)*1.1m6.86附加阻力m0.50入口管道计算流量Dgsm3/h300.00入口管道内径Dimm253.00流速m/s1.66入口管道等值粗糙度Kdmm0.20入口管道摩擦系数0.018入口直管段阻力系数10.69容器至管道0.50个1管道至容器1.00个090弯头0.35个045-弯头0.20个130-弯头0.15个0异径(渐缩)0.10个1分支1应与分支2的管道损失应相同,应在分支1管路上加节流孔板,
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