氨吹脫塔單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定樣式(共15頁(yè))

1、4.4.1氨吹脫塔單元4.4.1.1設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)采用循環(huán)空氣吹脫，氣液比可取1500-3000，取3000。4.4.1.2設(shè)計(jì)尺寸（1）吹脫塔的計(jì)算已知沼液中NH3-N約為2.5g/kg（2.5g/L），即摩爾分率為0.0026。入吹脫塔的沼液流量為5.6m3，即為311.11kmol/h，設(shè)定回收率為90%。同時(shí)在101.3kPa和30時(shí)，該氨水稀溶液的氨分壓為0.2kPa，故亨利系數(shù)E為76.923kPa，m=(0.2/101.3)/0.0026=0.7592。30空氣的分子量為29，密度1.165kg/m3。實(shí)際氣液比（G/L）min=(X1-X2)/(Y2e-Y1)=(0.0026&#

2、215;90%)/(0.0026×0.7592)=1.186 （G/L）=(1.1-2)×（G/L）min=1.8×1.186=2.135 (取系數(shù)為2)所以G=2.135×311.11×29/1.165=16534.23m3，即為664.22kmol/h。故實(shí)際氣液比（體積比）為：（G/L）v=16534.23/5.6=2952.54 理論板數(shù)確定吸收因子A=L/mG=0.617，即脫吸因子S=A-1=1.62N理論：X1-X2/X1-0=SN+1-S/SN+1-10.0026×90%/0.0026=(1.62N+1-1.62)/(

3、1.62N+1-1)所以N=3.09，取N=4氣相中氨的摩爾分率Y2=(X1-X2)/(G/L)=1.096×10-3；塔的有效高度Z根據(jù)Drickanmer-Bradfood法：ET =0.17-0.616lg30，進(jìn)料液體的摩爾粘度為0.8007cp（設(shè)計(jì)應(yīng)選取最惡劣的條件，故中溫35發(fā)酵，考慮到冬季熱損失，選用20的進(jìn)料，此時(shí)進(jìn)料液體的摩爾粘度為1.005cp）故ET=0.17-0.616lg=0.169 實(shí)際板數(shù)N=NT/ET=23.66 取24同時(shí)取板間距為450mm故Z=(18-1)×0.45=7.65m塔高的確定塔頂高1m，設(shè)置進(jìn)料口（40mm），人孔（500

4、mm）；塔底高2m，（按照可以儲(chǔ)存10min的容量測(cè)算），進(jìn)氣管內(nèi)徑40mm。塔徑的確定FLV=L/V×(L/ v)0.5=1/2952.54 (1000/1.165)0.5=9.923×10-3；取板間距HT=0.45m；圖篩板塔的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖 查圖得C20=0.08,對(duì)數(shù)值進(jìn)行修正C=C20(/20)0.2=0.08(71.2/20)0.2=0.103；最大空速的確定：Umax=C(L-v / v)0.5； =0.103（1000-1.165）/1.1650.5=3.016m/s;實(shí)際流速確定= Umax×0.8=2.41m/s；所以D=(4×1653

5、4.23/3600)/(3.14×2.41)0.5=1.56m，圓整后取1.6m。實(shí)際取堰長(zhǎng)Lw為0.7×1.6=1.12m；則下液管寬度wd=0.143D，Af/AT=0.0878。（參見化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)153頁(yè)弓形寬度和面積）根據(jù)塔徑可以算出：AT=3.14×1.62/4=2.01m2；Af=0.0878×AT=0.176 m2；An= AT- Af =1.834 m2；un=V/An=16534.23/3600/1.834=2.504m/s實(shí)際泛點(diǎn)百分率為：un/ Umax=2.504/3.016=83%塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)采用平頂溢流堰、單溢流管溢流，篩

6、板結(jié)構(gòu)。取堰高h(yuǎn)w=0.05m。采用垂直弓形降液管和普通平底受液盤，堰上液上高度how=2.84/1000×E×(Lh/Lw)2/3=2.84/1000×(5.6/1.12)2/3=0.0083m 取0.009m。(一般情況下，液流收縮系數(shù)取1)板式清液層高度hL=0.05+0.009=0.059m。降液管底隙高度：小塔徑降液管底隙高度取25mm取篩板孔徑do為6mm,孔間距t=2.5do=15mm，篩板取不銹鋼塔板,厚度為3mm。下液管寬度wd=0.143D=0.229m。安全區(qū)ws=0.07m，無(wú)效區(qū)wc=0.05m。開孔區(qū)面積Ak =2x(r2-x2)0.5

7、+r2arcsin(x/r)=1.426m2其中x=（D/2）（wd+ws）=0.8-0.279=0.521 r=（D/2）wc=0.8-0.05=0.75由于考慮到塔板增設(shè)安裝手柄，占據(jù)部分開孔區(qū)面積，實(shí)際取80%Ak=1.14則篩板開孔數(shù)為n=n1×Ak=(1158000/t2) Ak=5867.2，取開孔數(shù)5868個(gè)。塔壓降a干板壓降HdHd=0.051×(u0/C0)2×(rg/rL) ×1-(A0/Ak)2u0-篩孔氣速，m/s；C0-篩孔的氣體流量系數(shù)；rg、rL-氣相、液相密度；A0、Ak-篩孔面積、開孔區(qū)面積。由于一般(A0/Ak)2項(xiàng)很

8、小，可簡(jiǎn)化計(jì)算Hd=0.051×(u0/C0)2×(rg/rL)孔速u0=V/Aa=16534.23/3600/(1.14×0.145)=27.785m/s。由有效區(qū)的開孔率=0.9069（do/t）2=0.145和/d=3/6=0.5塔板的開孔率=開孔截面積/（塔截面積-降液區(qū)面積）=1.14×0.145/(2.01-2×0.176)=0.0997查圖得出C0=0.73圖干板孔流系數(shù)故Hd=0.051×(u0/C0)2×(rg/rL) =0.051×（27.785/0.73）2×(1.165/1000)

9、=0.086m液柱b有效液層阻力hb堰上液上高度how取0.009m；按面積（AT-2Af）計(jì)算氣體速度：u=V/( AT-2Af)= 16534.23/3600/(2.01-2×0.176)=2.77m/s；相應(yīng)的氣體動(dòng)能因子F=U（v）0.5=2.77×(1.165)0.5=2.99查圖，可得液層充氣系數(shù)=0.57。圖充氣系數(shù)和動(dòng)能因子Fa間的關(guān)系所以液層阻力hL=(hw+how)=0.57×(0.05+0.009)=0.0336m液柱c總壓降H總=（0.086+0.0336）×24=2.87m水柱，即為28.15kPa。本設(shè)計(jì)為常壓操作，對(duì)板壓降本

10、身無(wú)特殊要求。液沫夾帶量的校核按照FLV=9.923×10-3和泛點(diǎn)百分率為0.83，由圖可以查的=0.35圖液沫夾帶關(guān)聯(lián)線故ev=(/1-) ×L/V×(L/ v)0.5=0.0530.1(公斤液體/公斤干氣體)。吹脫塔進(jìn)出口管徑選取A、氣相進(jìn)出口管，取空氣流速為25m/s，則D2=（16534.23/3600）/（0.785×20）0.5=0. 484m。取DN500B、液相進(jìn)料管取流速為1m/s則D3=(5.6/3600/0.785/1)0.5=0.046 取DN50C、液相出料管取流速0.5m/s則D4=0.063，取DN65。4.4.1.4工藝

11、簡(jiǎn)圖4.4.2酸洗塔單元4.4.2.1設(shè)計(jì)說(shuō)明已知進(jìn)塔氣體（含有氨，其余為空氣）流量16534.23m3，即為664.22kmol/h。氣體中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為1.096×10-3，要求回收率99%。吸收液采用稀硫酸溶液，控制PH值為1，即硫酸的摩爾濃度為10-1mol/L。選用不銹鋼鮑爾環(huán)4.4.2.2設(shè)計(jì)尺寸塔內(nèi)吸收劑用量：填料塔回收的氨量：664.22×1.096×10-3=0.728kmol/h；有化學(xué)反應(yīng)可知：2NH3+H2SO4 (NH4)2SO4所以回收全部氨消耗的硫酸量為0.364kmol/h；將pH控制在1，即氫離子的濃度為10-1mol/L，即硫酸

12、的濃度為0.5×10-2mol/L，所用最小液體量為：Lmin=0.364/0.5×10-1=7.28m3/h所以（L/V）min=（7.28×1000/18）/664.22=0.609（L/V）=2（L/V）min =1.218，即809.02kmol吸收劑用量為7.28×2=14.56m3/h。塔徑計(jì)算（L/V）(v/L)0.5=1.218×18×(1.165/1000)0.5/29=0.026。查填料的泛點(diǎn)壓降圖如下：圖填料泛點(diǎn)及壓降圖可以知道縱坐標(biāo)為0.21，即U2/g×(v/L) l 0.2=0.21已知，常溫下水

13、的粘度l=1cP，對(duì)于水=1；填料選用不銹鋼鮑爾環(huán)亂堆，尺寸25×25×0.6，比表面積a=219m2/m3，空隙率0.95m3/m3，填料因子=160m-1，堆積密度393kg/m3。所以泛點(diǎn)氣速U=2.91m/s故，實(shí)際氣速取泛點(diǎn)氣速的80%，即U1=80%×2.91=2.33m/s；因此填料塔塔徑D=(V/0.785U1)0.5=(16534.23/3600/0.785U1)=1.58m，圓整取1.6m，則U1=2.286m/s；在設(shè)計(jì)的實(shí)際氣速下，U2/g×(v/L) l 0.2=0.13。由橫坐標(biāo)0.026和縱坐標(biāo)0.13查圖得到填料層壓降為1

14、00mm水柱/m填料傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)的確定采用恩田（Onda）等人提出的填料表面上氣液相界面兩側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)的計(jì)算方法，進(jìn)行計(jì)算：（可參考常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)79頁(yè)進(jìn)行計(jì)算，陳英男劉玉蘭主編，華東理工大學(xué)出版社出版）氣相傳質(zhì)系數(shù)：Kg=C(Wg/ag)0.7(g/gDg)1/3(aDg/RT)(adp)-2C-關(guān)聯(lián)系數(shù)取5.23；Wg-氣體質(zhì)量流速；kg/m2sa-填料比表面。219m2；g-度氣體粘度，Pa.s，取18.6×10-6；Dg-溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)。28×10-6m2/sadp-填料結(jié)構(gòu)特性的形狀系數(shù)，本文取219×0.025=5.225從

15、傳單單元高度關(guān)聯(lián)式，輸入相關(guān)的系數(shù)可以求出氣相傳質(zhì)系數(shù)：Kg=5.23 ×664.22×29/(0.785×1.62×3600)/（219×1.86×10-5）0.71.86×10-5/(1.165×2.8×10-5)1/3219×2.8×10-5/(8.314×303) ×(219×0.025)-2=5.23×93.484×0.829×2.434×10-6×0.0334=3.295×10-5填料

16、潤(rùn)濕表面積：aw=a×1-exp-1.45(1/)0.75(WL/ aL) 0.1(WL2a/L2g)-0.05（WL2/La）0.21-填料介質(zhì)表面張力 N/m，75dyn/cm=0.075N/m；-液體表面張力N/m，71.2mN/m；L-液體粘度，取0.801cP；表不同填料介質(zhì)的表面張力計(jì)算如下：Wg=664.22×29/(0.785×1.62×3600)=2.663kg/m2·sWL=14.56×1000/(0.785×1.62×3600)=2.01 kg/m2·s。aw=a×1-ex

17、p-1.45(1/)0.75(WL/ aL) 0.1(WL2a/L2g)-0.05（WL2/La）0.2 =219×1-exp-1.45×(75/71.2)0.75 ×2.01/(219×0.801×10-3) 0.1×219×(2.01)2/10002×9.81-0.05×(2.01)2/(1000×2190.2=219×1-exp-1.45×1.04×1.276×1.593×0.113=219×0.293=64.113所以aw =6

18、4.113m2/m3Ky×a=PKg×aw=101.325×3.295×10-5×64.113=0.214kmol/m3s·kpa由于本反應(yīng)為硫酸吸收氨的反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)。所以本吸收反應(yīng)為氣膜控制。K總=Ky傳質(zhì)單元高度HOG=G/Ky a=664.22/(0.785×1.62) ×3600×0.214=0.429化學(xué)吸收，所以m=0傳質(zhì)單元數(shù)NOG=ln(1-mG/L)(Y1-mX1)/(Y2-mX1)+mG/L/(1-mG/L)=4.61填料層高度Z=HOG×NOG=0.429×4.61=1.97m采用舍伍德系數(shù)等幾個(gè)特征數(shù)對(duì)吸收關(guān)聯(lián)進(jìn)行計(jì)算（參見化工原理下冊(cè)，天津大學(xué)出版社，第1