湿法净化的计算
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸工业计算手册上册》第94页（8221字）
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】
式中 Q——从气体中取出的热量(kJ／h)
Δt——平均温度(℃)
Δt1——进塔气体与出塔液体的温差(℃)
Δt2——出塔气体与出塔液体的温差(℃)
k——容积传热系数［kJ／(m3·h·C)］，对于焙烧硫铁矿的炉气，入口温度400℃，出口温度65～70℃，采用离心式喷嘴，淋洒液压力1．5～2．0atm(101300～151950Pa)，气流速度为0．8m／s的情况下，K值一般为160～200kcal／(m3·h·℃)［670～837kJ／(m3·h·℃)］，也有采用150～270kcal／(m3·h·℃)［628～1130kJ／(m3·h·℃)］，K值可用下式计算：
——淋洒系数(气／液重量比)
t均——气体的平均温度(℃)
β——逆流时其值为1，并流时为2，K值与流速之间有下列关系：
2．喷淋器的生产能力Q
【说明】喷淋器多用离心式喷头，有单向和双向两种形式。
【公式】
式中 d——喷孔直径(mm)
P——水的表压力(atm)
K·m——系数，与液体的性质有关，对于水，m=0．5，K=12
3．填料洗涤塔所需填料面积F
【说明】沸腾炉炉气的净化较少用填料洗涤塔。
【公式】
式中 Q、Δt——含义及单位见式1－3－46
K——传热系数〔kJ／(m2·h·℃)〕，一般取125．6kJ／(m2·h·℃)
4．泡沫洗涤塔的计算
【说明】近年来，在沸腾炉炉气净化方面较多地采用泡沫洗涤塔，因为它具有效率高，结构简单，有一定的适应性和稳定性，且具有传热传质性能好，耗水量少等优点。
(1)塔板层数的计算
【说明】一般用图解法确定理论塔板数。即在温度与热焓图上作饱和炉气的平衡曲线及操作线，然后按梯级法求得理论塔板数，见图1－3－10
图1－3－10 炉气的温度(t)－热焓(I)图
①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)
②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·℃)〕
③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。
④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。
①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)
②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
③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
④圆形塔直径D
【公式】
式中符号含义及单位同上
⑤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%。
①按等腰三角形排列的筛孔S0
【公式】
式中符号及含义同上
②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。
①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：
Kc——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Kc
②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)
③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。
①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)
②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。
①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
②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
