第一章設計依據和要求
1.1 設計任務
按照設計任務書的要求和給定的原始資料，進行填料塔吸收nox的工藝設計。
1.2 原始資料
⑴ 含nox廢氣的流量： =3500
⑵ 廢氣中nox的濃度： =36000
⑶ 混合氣體的分子量為： =32，該廠每天排放廢氣兩小時
⑷ 該廠要求採用填料吸收塔淨化nox，淨化效率： =99%
⑸ 氣體進入吸收塔的溫度和壓力： =60℃=333 p=1
⑹ 經過篩選試驗而選用的吸收劑為：na2co3-h2o2-na4p2o7-h2o
⑺ 吸收劑的組成：每m3吸收劑中：na2co3-h2o2-na4p2o7-h2o
220kg 174l 39kg
⑻ 合適的液氣比：l∕g=12.0kmol∕kmol
⑼ 噴淋密度：ρ噴=12.74m3∕m2h
⑽ 填料：採用25×25mm鮑爾環，亂堆方式充填，主要引數a=209m2∕m3;ε=90%;ψ=194;填充密度：n=51100個∕m3
⑾ 水和吸收劑的密度比：ψ=1
⑿ 氣相傳質總係數：ky=120kg∕m2h
⒀ nox的分子量以no2計：mno=46
⒁ 淨化後氣體的回流率：rq=25%
⒂ 通風管道和塔體均為硬聚氯乙烯材質，流速和損失等資料可參考教材或有關手冊
⒃ 設計中的有關資料指導教師予以補充
第二章 nox的**、性質及其危害
2.1 nox的**
⑴ 來自燃料的燃燒
⑵ 汽車尾氣
⑶ 生產過程：電廠、煉油廠、氮肥廠、硝酸廠等
本設計處理物件為某化學製劑廠的生產尾氣。
2.2 nox的性質
2.2.1 氮及其氧化物
n的價態：+1、+2、+3、+4、+5
nox主要有：n2o、no、no2、n2o3、n2o4、n2o5，其中主要的是no和no2。
2.2.2 no的性質
⑴ 在空氣中緩慢氧化
no + o2 → 2no2
⑵ 與氧化劑反應
no + 2hno3 →3no2 + 2h2o
⑶ 與還原劑反應
no + 4nh3 → 5n2 + hno2
2.2.3 no2的性質
⑴ 與水反應
2no2 +h2o → hno3 + hno2
⑵ 與鹼或強鹼弱酸鹽反應
2no2 + naoh → nano3 + nano2 +h2o
2no2 + naco3 → nano3 + nano2 + co2↑
⑶ 與還原劑反應
2no2 + 4h2 → n2 + 4h2o
2.3 nox的危害
⑴ 對人體的健康危害
⑵ 對環境的危害
⑶ 其它
第3章 nox廢氣淨化工藝的選擇
3.1 nox的淨化方法
淨化nox的方法很多，目前多採用吸附法、催化還原法和液體吸收法三大類。
3.1.1 吸附法
優點：吸附法對nox脫除效率高、可**氮氧化物。
缺點：吸附容量較小、需要的吸附劑量大、裝置龐大、投資費用高、執行中動力消耗也較高。
3.1.2 催化還原法
原理是利用還原劑將氮氧化物還原為氮氣。
優點：效率高、裝置緊湊、操作平穩、能**熱能。
缺點：投資和執行費用高，消耗氨或燃料氣，nox還原為n2而放空。
3.1.3 液體吸收法
優點：工藝簡單、投資少，可根據具體情況選擇吸收劑，能以硝酸鹽等形式**氮氧化物，達到綜合利用的目的。
缺點：吸收效率不高，對nox含量高的氣體吸收效果差，不易處理流量很大的廢氣。
3.2 本設計nox廢氣淨化工藝的選擇
3.2.1 本設計工藝的選擇
通過比較，本設計處理的廢氣流量不高，擬**硝酸鹽，確定採用填料塔吸收法淨化含nox廢氣。
3.2.2 本設計採用的吸收劑
⑴本設計採用的吸收劑
本設計採用的吸收劑： na2co3﹣h2o2﹣na4p2o7﹣h2o，其中：
na2co3﹣吸收劑
h2o2﹣ 氧化劑
na4p2o7﹣焦磷酸鈉穩定劑。
3.2.3 填料塔吸收淨化nox廢氣的工藝流程
填料塔吸收nox廢氣為逆流操作,工藝流程如圖所示。
淨化工藝過程：
（1）含nox廢氣經風機通過進氣管進入填料塔底部的吸收液槽。進氣管位於液槽的上部，其出口為向下的45°斜面，高壓氣體向下噴進吸收液而形成自激式吸收；
（2）氣體自下而上，經過填料層，剩餘的nox進一步被填料表面的吸收劑吸收；
（3）氣體經過填料層，殘留的nox被自上而下噴淋的吸收劑液滴吸收；
（4）被吸收的尾氣大部分經排出口排出，其中25%的氣體回流重新被吸收淨化。
3.2.4 填料塔吸收淨化nox廢氣工藝的特點
（1）該工藝形成三種吸收過程（自激式、逆流接觸式、噴淋式），效率高；
（2）採用高效填料—鮑爾環，氣液兩相接觸面積大，吸收效率高；
（3）部分氣體迴圈吸收；
（4）填料層與吸收槽為一體式，占地省；
（5）產生物可綜合利用，減少了二次汙染。
第4章吸收塔主體——填料層的設計計算
4.1 設計引數
nox廢氣的流量：q＝3500 m3/h；
廢氣中nox的濃度：c＝36000 mg/ m3；
淨化效率η=99 %； t=60℃=333k；
合適的液氣比：l/g = 12.0 kmol/kmol；
氣相傳質總係數：ky＝120 kg/ m2·h；
nox的分子量以no2計：mno2= 46；
淨化後氣體的回流率：rq= 25%;
4.2 填料層的設計計算
⑴ 求爐氣得密度ρg
p=1atm=10330kg∕m2 r=0.08206 t=273+60=333k mg=32
ρg=kg∕m3
⑵ no2的摩爾分率y1，進塔氣相摩爾比y1
y1==0.02138
則no2進塔氣相摩爾比為y1==0.02185 ⑶ no2出塔氣相摩爾比為y2=y1（1－η）=0.02185×（1－0.99）=0.000218
⑷ 進塔惰性氣相流量為g=×（1－0.021）=125.36kmol∕h
實際供液量l：由l=12g得 l=12×125.36=1504.27kmol∕h
⑸ 物料衡算
對於純溶劑吸收過程 x2=0
則由g（y1－y2）=l（x1－x2）即 125.36×（0.02185－0.000218）=1504.27（x1－0）
∴x1=1.803×10-3
⑹ 最小供液量lmin：由l=1.4lmin得 lmin=kmol∕h
又由 lmin= 得
⑺ 繪製平衡線和操作線
⑻ 爐氣的質量速度gˊ
gˊ=qρg=3500×1.171=4098.5kg∕h
液相的質量速度lˊ 可近似按純水的流量計算
lˊ=18×l=1504.27×18=27076.86kg∕h
液體的密度ρl=1000kg∕m3
⑼ 由以上計算得，通用關聯圖的橫座標為
在通用關聯圖中從橫座標為0.23查得對應的縱座標為0.08，即，則液泛速度vf=m∕s
操作氣速v=vf×70%=2.01×0.7=1.407m∕s
⑽ 塔徑 dt=，圓整塔徑，取dt=1.0m
泛點率校核： vˊ=
在允許範圍內）
填料規格校核:,滿足要求
液體噴淋密度校核：
最小噴淋密度 ρ噴=12.74m3∕m2h
實際噴淋密度 ρ=＞ρ噴
經以上校核可知，填料塔直徑選用d=1000mm合理
同時，可得塔的截面積a=
⑾ 每公尺填料的壓強降δp
縱座標：
橫座標：
在通用關聯圖中，根據縱、橫座標值定出塔的工作點，求得壓降為20mmh2o∕m
⑿ 填料層高度的計算
由y1=mxe得亨利係數m=
則 ye1=mx1=0.0156 δy1=y1－ye1=0.02185－0.0156=0.00625
ye2=mx2=0(∵x2=0) δy2=y2－ye2=0.000218
δ(y)m=(δy1－δy2)∕lnδy1∕δy2=
填料層高度
代入，得h=2.44m，取h=2.5公尺。即填料層高度為2.5m。
第5章吸收塔結構設計計算
5.1 全塔的結構組成
本設計採用圓柱形的吸收塔，現場安裝。
全塔構造分為三段：①迴圈貯液槽段
吸收段塔帽段
5.2 迴圈貯液槽段的設計計算
5.2.1 迴圈貯液槽段的功能與組成
迴圈貯液槽段的主要功能是貯存吸收液。
迴圈貯液槽段組成主要包括：①進氣口 ②人孔 ③放空口 ④吸液口
配料口 ⑥窺視鏡 ⑦溢流管
5.2.2 迴圈貯液槽段高度h1的計算
5.2.2.1 設迴圈貯液槽段的總高度h1
h1 =h1+h2 +h3
式中： h1 —迴圈貯液槽段的總高度，m；
h1 —迴圈貯液槽液位高度，m ；
h2 —迴圈液面至進氣管管中心的高度，m；
h3 —進氣管管中心至夜槽段頂部的高度，m。
5.2.2.2 迴圈貯液槽液位的計算
配製1m3吸收液可去除的nox量x ,
由吸收反應方程式可知：
2no2 +na2co3 + h2o2 →2nano3 + h2o+ co2↑
x220kg
92106
92 ：106 =x ：220 → x=191kg
1天所需要的吸收液量l1（m3)
l1=液槽的配液量l
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