[例 7-13 ]矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中,用清水洗涤以除去其中的-|||-二氧化硫。已知入塔的炉气流量为 (m)^3/h, 其平均密度为 https:/img.cdnjtzy.com/zyb_07638bf93634d5572a422a3b7d43f0c5.jpg.315kg/(m)^3; 洗涤水的消耗-|||-量为 /h 吸收塔为常压操作,吸收温度为20℃。填料采用DN50塑料阶梯环,泛-|||-点率取为60%。试计算该填料吸收塔的塔径。
题目解答
答案
解析
考查要点：本题主要考查填料吸收塔塔径的计算，涉及泛点气速的确定、埃克特通用关联图的应用、喷淋密度校核等知识点。
解题核心思路：
- 确定气体质量流量：通过气体体积流量和密度计算。
- 埃克特通用关联图应用：通过横纵坐标计算泛点气速。
- 塔径计算：根据操作空塔气速和气体体积流量求解。
- 校核：包括填料规格合理性、喷淋密度、操作气速与泛点率匹配性。
破题关键点：
- 正确计算横纵坐标：需注意单位统一及公式中参数的物理意义。
- 填料参数查取：如比表面积、空隙率等。
- 公式变形与代入：如泛点气速公式、塔径公式等。
1. 气体质量流量计算
气体体积流量 $q_{V} = 2400 \, \text{m}^3/\text{h}$，密度 $\rho_V = 1.315 \, \text{kg}/\text{m}^3$，则气体质量流量：
$q_{mV} = q_V \cdot \rho_V = 2400 \times 1.315 = 3156 \, \text{kg}/\text{h}$
2. 埃克特通用关联图计算泛点气速
横坐标计算
$\frac{q_{mL}}{q_{mV} \cdot \sqrt{\frac{\rho_L}{\rho_V}}} = \frac{50000}{3156} \cdot \sqrt{\frac{998.2}{1.315}} \approx 0.575$
查图得纵坐标
查埃克特图，纵坐标值为 $0.038$。
泛点气速计算
填料参数：$\varphi_F = 127 \, \text{m}^{-1}$，$a_t = 114.2 \, \text{m}^2/\text{m}^3$，$\varphi = 1$，代入公式：
$u_F^2 = \frac{4g \varphi_F \varphi \rho_L}{a_t \rho_V} \cdot 0.038$
解得 $u_F \approx 1.492 \, \text{m/s}$。
3. 操作空塔气速
泛点率为 $60\%$，则：
$u = 0.6 \cdot u_F = 0.6 \cdot 1.492 = 0.895 \, \text{m/s}$
4. 塔径计算
气体体积流量 $q_V = 2400 \, \text{m}^3/\text{h} = 0.6667 \, \text{m}^3/\text{s}$，塔径：
$D = \sqrt{\frac{4 q_V}{\pi u}} = \sqrt{\frac{4 \times 0.6667}{\pi \times 0.895}} \approx 0.974 \, \text{m}$
圆整得 $D = 1.0 \, \text{m}$。
5. 校核
- 填料规格：$\frac{D}{d} = \frac{1000}{50} = 20 > 8$，合理。
- 喷淋密度：操作喷淋密度 $V = 63.81 \, \text{m}^3/(\text{m}^2 \cdot \text{h}) > V_{\text{min}} = 9.136 \, \text{m}^3/(\text{m}^2 \cdot \text{h})$。
- 泛点率：$\frac{u}{u_F} \times 100\% \approx 56.9\%$，接近设计值 $60\%$。