氨吹脫塔單元設(shè)計(jì)示例

1、氨吹脫塔單元.1設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)采用循環(huán)空氣吹脫，氣液比可取1500-3000，取3000。.2設(shè)計(jì)尺寸1吹脫塔的計(jì)算沼液中NH-N約為2.5g/kg2.5g/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%同時在101.3kPa 和30E時，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。30E空氣的分子量為 29,密度1.165kg/m3。 實(shí)際氣液比G/Lmin=(X1-X2)/(Y2e-Y1)=(0.0026 X 90%)/(0.0026 X 0.

2、7592)=1.186G/L=(1.1-2) X G/Lmin=1.8 X 1.186=2.135 (取系數(shù)為 2)所以 G=2.135X 311.11 X 29/1.165=16534.23m3，即為 664.22kmol/h。故實(shí)際氣液比體積比為：G/Lv=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=1.62N理論：X1-X2/X1-0=Sn+1-S/S n+1-10.0026 X 90%/0.0026=(1.62 N+1-1.62)/(1.62N+1-1)所以 N=3.09，取 N=4氣相中氨的摩爾分率 丫2=(X1-X2)/(

3、G/L)=1.096 X 10-3 ； 塔的有效高度Z根據(jù) Drickanmer-Bradfood 法：Et =0.17-0.616lg 卩30E，進(jìn)料液體的摩爾粘度卩為 0.8007cp設(shè)計(jì)應(yīng)選取最惡劣的條件，故 中溫35E發(fā)酵，考慮到冬季熱損失，選用 20E的進(jìn)料，此時進(jìn)料液體的摩爾粘 度為 1.005cp故 Er=0.17-0.616lg 卩=0.169實(shí)際板數(shù)N=N/Et=23.66取24同時取板間距為450mm故 Z=(18-1) X 0.45=7.65m 塔高確實(shí)定塔頂高In,設(shè)置進(jìn)料口 40mr人孔500mr塔底高2,按照可以儲存10min的容量測算，進(jìn)氣管徑40mm 塔徑確實(shí)定

4、0 50 53Flv=L/V X ( p l/ p v) . =1/2952.54 (1000/1.165). =9.923 X 10-；取板間距HT=0.45m； 0 n J ri 5 oi o 3d 4 to SI o L 2 f0.0&2老艮圖篩板塔的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖查圖得C20=0.08,對數(shù)值進(jìn)展修正 C=C20(c /20) . =0.08(71.2/20). =0.103 ;最大空速確實(shí)定：Umax=Cp l- p v / p v)0.5;0 5=0.103 1000-1.165/1.165 . =3.016m/s;實(shí)際流速確定=UmaX 0.8=2.41m/s ;所以 D=(4 X

5、16534.23/3600)/(3.14 X 2.41) 0.5=1.56m,圓整后取1.6m。實(shí)際取堰長Lw為0.7 X 1.6=1.12m ;那么下液管寬度 wd=0.143D,A/At=0.0878。參見化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊153頁弓形寬度和面積根據(jù)塔徑可以算出：2 2At=3.14 X 1.6 /4=2.01m ;A=0.0878 X A=0.176nf;2An=Ar-Af =1.834m ;Un=V/An=16534.23/3600/1.834=2.504m/s實(shí)際泛點(diǎn)百分率為：Un/U maF2.504/3.016=83% 塔板詳細(xì)設(shè)計(jì)采用平頂溢流堰、單溢流管溢流，篩板結(jié)構(gòu)。取堰高 h

6、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 X EX (Lh/Lw)2/3=2.84/1000 X(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 平安區(qū) ws=0.07m,無效區(qū) wc=0.05m。開孔區(qū)面積 A =2x(r 2-x2) 0.5+r2arcsin(x/r)=

7、1.426m2其中 x=D/2 wd+wd =0.8-0.279=0.521r= 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)局部開孔區(qū)面積，實(shí)際取 80%A=1.1412那么篩板開孔數(shù)為 n=n X A=(1158000/t )Ak=5867.2，取開孔數(shù)5868個。 塔壓降a干板壓降HdHd=0.051X (u q/Cq)2x (rg/r l) x 1-(A 0/Ak)2U0-篩孔氣速，m/s;Cq-篩孔的氣體流量系數(shù)；rg、rL-氣相、液相密度；aq、A-篩孔面積、開孔區(qū)面積。由于一般(Ao/Ak)2項(xiàng)很小，可簡化計(jì)算2Hd=0.051X (u q/Cq) X

8、 (r g/r l)孔速 uo=V/Aa=16534.23/36OO心.14 X 0.145)=27.785m/s。2由有效區(qū)的開孔率=0.9069do/t=0.145 和 S /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 X0.145/(2.01-2 X 0.176)=0.0997查圖得出G=0.73圖干板孔流系數(shù)故 Hd=0.05lX (Uo/Co)2X (r g/r l)=0.051 X27.785/0.732X (1.165/1000)=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A-2Af丨計(jì)算氣體速度：u=V/(AT

9、-2Af)=16534.23/3600/(2.01-2X0.176)=2.77m/s ;相應(yīng)的氣體動能因子 F=Up v0.5=2.77 X (1.165) 0.5=2.99查圖，可得液層充氣系數(shù)B =0.57。圖充氣系數(shù)和動能因子Fa間的關(guān)系所以液層阻力 hL=B (hw+how)=0.57 x (0.05+0.009)=0.0336m 液柱c總壓降H總=0.086+0.0336x 24=2.87m水柱，即為 28.15kPa。本設(shè)計(jì)為常壓操作，對板壓降本身無特殊要求。 液沫夾帶量的校核按照Flv=9.923 x 10-3和泛點(diǎn)百分率為0.83，由圖可以查的書=0.35flo*5 10,00

10、1|jo. i呂 fPLVsVt；圖液沫夾帶關(guān)聯(lián)線故 ev=(書 /1-書)x L/V x ( p l/ p v) 0.5=0.053 v 0.1(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,那么 D2= 16534.23/3600/0.785 x 200.5=0. 484m。取 DN500B、液相進(jìn)料管取流速為1m/s0 5那么 D3=(5.6/3600/0.785/1). =0.046 取 DN50C、液相出料管取流速0.5m/s那么 D4=0.063,取 DN65.4工藝簡圖酸洗塔單元.1設(shè)計(jì)說明進(jìn)塔氣體含有氨，其余為空氣流量 1653

11、4.23m3,即為664.22kmol/h 。 氣體中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為1.096 X 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10-1 mol/L 0選用不銹鋼鮑爾環(huán).2設(shè)計(jì)尺寸 塔吸收劑用量：,o填料塔回收的氨量：664.22 X 1.096 X 10- =0.728kmol/h ;有化學(xué)反響可知：2NH+HSQ(NH_4) 2SQ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 ,即硫酸的濃度為0.5 X 10-2mol/L，所用最小液體量為：13Lmin=0.364/0.5 X 10- =

12、7.28m/h所以L/Vmin=7.28 X 1000/18/664.22=0.609L/V=2 L/Vmin=1.218，即 809.02kmol吸收劑用量為7.28 X 2=14.56nf/h。 塔徑計(jì)算L/V( P v/ P L)0.5=1.218 X 18X (1.165/1000) 0.5/29=0.026。查填料的泛點(diǎn) 壓降圖如下：上 水ML 歹楓I fXXMMli!CNliVJSLi圖填料泛點(diǎn)與壓降圖可以知道縱坐標(biāo)為0.21，即if屮/g X ( p v/ P L)卩10.2=0.21，常溫下水的粘度卩i=1cP,對于水屮=1；填料選用不銹鋼鮑爾環(huán)亂堆，尺寸 25X 25X 0.

13、6，比外表積a=219nf/m3, 空 隙率0.95m3/m3，填料因子=160m；，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U=80%奩由汾后蠟20石髦55鋼751乩56J75317354計(jì)算如下:W=664.22 X 29/(0.785 X 1.62 X 3600)=2.663kg/m2 sWA14.56 X 1000/(0.785 X 1.62X 3600)=2.01kg/m 2 s。aw=aX 1-exp-1.45(c 1/ c)0.75(WL/a 卩 l) 0.1 (WL2a/ p L2g)-0.05 W/ p La02=219 X

14、1-exp-1.45 X (75/71.2) 0.75 X 2.01/(219 X 0.801 X 10-3) 0.1 X 219 X (2.01) /1000 X 9.81 -. X (2.01)/(1000 X 219 .=219X 1-exp-1.45 X 1.04 X 1.276 X 1.593 X 0.113 =219X 0.293=64.113所以 aw =64.113m2/m3KyX a=PKgjX aw=101.325X 3.295 x 10-5 x 64.113=0.214kmol/m 3s kpa由于本反響為硫酸吸收氨的反響，化學(xué)反響。所以本吸收反響為氣膜控制。K 總=Ky

15、傳質(zhì)單元高度 H=G/Ky a=664.22/(0.785 x 1.62) x 3600x 0.214=0.429化學(xué)吸收，所以m=0傳質(zhì)單元數(shù) NOg=In(1-mG/L)(Y1-mX1)/(Y2-mX1)+mG/L(1-mG/L)=4.61填料層高度 Z=Hx NOg=0.429 x 4.61=1.97m采用舍伍德系數(shù)等幾個特征數(shù)對吸收關(guān)聯(lián)進(jìn)展計(jì)算參見化工原理下冊，大學(xué)，第130-136頁傳質(zhì)單元高度H= a & WT(ScG)0.5直徑25mm勺鮑爾環(huán)的aY系數(shù)近似以拉西環(huán)來計(jì)算， 分別為0.557 0.32、-0 51，如下表供數(shù)AtmE7拉殖壞9. Sttmh25mmjStnrn S

16、OtJitn0.6200.5570-砂0.450.320 38O.3J4O.4t-0,41-0.510+66-0.40-0.450.271-0,6?#!0.271 -0.9500.271 -1,GS5O .filH- 24I.M2.034-6 100,67* 6 10A鞍 J 3mm13mm.25mm3Snim0.54 0Q.410.65?0 JO0 300.36a . 32-Ui.74-0.24-0.451).2711-U.StJU0.271 -0.95(1n.27l- I .C85J. 271 1.3562_b7-2Ai：M2,034-fi.lO0.5426. W0.342-SJOG=664.22x 29/(0.785 x 1.62x 3600)=2.663kg/m 2 s W=14.56X 1000/(0.785 x 1.62x 3600)=2.01kg/m 2 s。 Sc=y / p d=1.86 x 10-5/(1.165 x 2.8 x 10-5)=0.57 所以 HG=0.557 x 2.6630.32 x 2.01 -0.51 x 0.570.5=0.4027m 因此 Z=Hx