氨吹脱塔单元设计示例.docx

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氨吹脱塔单元设计示例

氨吹脱塔单元设计示例

氨吹脱塔单元

.1设计说明

设计采用循环空气吹脱，气液比可取1500-3000，取3000。

.2设计尺寸

（1）吹脱塔的计算

已知沼液中NH33℃时，该氨水稀溶液的氨分压为0.2kPa，故亨利系数E为76.923kPa，m=（0.2/101.3）/0.0026=0.7592。

30℃空气的分子量为29，密度1.165kg/m3。

实际气液比

××0.7592）=1.186

（G/L）=（1.1-2）××1.186=2.135（取系数为2）

××29/1.165=16534.23m3，即为664.22kmol/h。

故实际气液比（体积比）为：

理论板数确定

吸收因子A=L/mG=0.617，即脱吸因子S=A-1

N理论：

X1-X2/X1-0=SN+1-S/SN+1-1

×N+1N+1-1）

所以N=3.09，取N=4

×10-3；

塔的有效高度Z

根据Drickanmer-Bradfood法：

ETμ

30℃，进料液体的摩尔粘度μ为0.8007cp（设计应选取最恶劣的条件，故中温35℃发酵，考虑到冬季热损失，选用20℃的进料，此时进料液体的摩尔粘度为1.005cp）

故ETμ=0.169

实际板数N=NT/ET=23.66取24

同时取板间距为450mm

故Z=（18-1）×

塔高的确定

塔顶高1m，设置进料口（40mm），人孔（500mm）；

塔底高2m，（按照可以储存10min的容量测算），进气管内径40mm。

塔径的确定

FLV=L/V×（ρL/ρv）=1/2952.54（1000/1.165）×10-3；

取板间距HT=0.45m；

图筛板塔的泛点关联图

查图得C20=0.08,

对数值进行修正C=C20（σ/20）=0.08（/20）=0.103；

最大空速的确定：

Umax=C（ρL-ρv/ρv）；

=0.103{（1000-1.165）/1.165}=3.016m/s;

实际流速确定=Umax×0.8=2.41m/s；

所以D={（4××2.41）}=1.56m，

圆整后取1.6m。

×=m；则下液管宽度wd=0.143D，Af/AT=0.0878。

（参见化学工艺设计手册153页弓形宽度和面积）

根据塔径可以算出：

AT×22；

Af×ATm2；

An=AT-Afm2；

un=V/An

实际泛点百分率为：

un/Umax

塔板详细设计

采用平顶溢流堰、单溢流管溢流，筛板结构。

取堰高hw=0.05m。

采用垂直弓形降液管和普通平底受液盘，

堰上液上高度how=2.84/1000×E×（Lh/Lw）2/3=2.84/1000×（）2/383m取0.009m。

（一般情况下，液流收缩系数取1）

板式清液层高度hL+959m。

降液管底隙高度：

小塔径降液管底隙高度取25mm

取筛板孔径do为6mm,孔间距t=2.5do=15mm，筛板取不锈钢塔板,厚度为3mm。

下液管宽度wd=0.143D=0.229m。

安全区ws=0.07m，无效区wc=0.05m。

开孔区面积Ak=2[x（r2-x2）+r2arcsin（x/r）]=m2

由于考虑到塔板增设安装手柄，占据部分开孔区面积，实际取80%Ak

则筛板开孔数为n=n1×Ak=（1158000/t2）Ak=5867.2，取开孔数5868个。

塔压降

a干板压降Hd

×（u0/C0）2×（rg/rL）×[1-（A0/Ak）2]

u0---筛孔气速，m/s；

C0---筛孔的气体流量系数；

rg、rL---气相、液相密度；

A0、Ak---筛孔面积、开孔区面积。

由于一般（A0/Ak）2项很小，可简化计算

×（u0/C0）2×（rg/rL）

孔速u0×0.145）=27.785m/s。

由有效区的开孔率=0.9069（do/t）2δ

塔板的开孔率φ××

查图得出C0

图干板孔流系数

×（u0/C0）2×（rg/rL）×（27.785/0.73）2×

b有效液层阻力hb

堰上液上高度how取0.009m；

按面积（AT-2Af）计算气体速度：

u=V/（AT-2Af）=×0.176）=2.77m/s；

相应的气体动能因子F=U（ρv）×（1.165）

查图，可得液层充气系数β=0.57。

图充气系数和动能因子Fa间的关系

所以液层阻力hL=β（hw+how×

c总压降

H总=（0.086+0.0336）×24=2.87m水柱，即为28.15kPa。

本设计为常压操作，对板压降本身无特殊要求。

液沫夹带量的校核

按照FLV×10-3和泛点百分率为0.83，由图可以查的ψ

图液沫夹带关联线

故ev=（ψ/1-ψ）×[L/V×（ρL/ρv）]=0.053＜0.1（公斤液体/公斤干气体）。

吹脱塔进出口管径选取

A、气相进出口管，取空气流速为25m/s，

则D2×20）]=0.484m。

取DN500

B、液相进料管取流速为1m/s

则D3=（5.6/3600/0.785/1）=0.046取DN50

C

则D4=0.063，取DN65。

.4工艺简图

酸洗塔单元

.1设计说明

已知进塔气体（含有氨，其余为空气）流量16534.23m3，即为664.22kmol/h。

气体中氨的摩尔分数为×10-3，要求回收率99%。

吸收液采用稀硫酸溶液，控制PH值为1，即硫酸的摩尔浓度为10-1mol/L。

选用不锈钢鲍尔环

.2设计尺寸

塔内吸收剂用量：

××10-3=0.728kmol/h；

有化学反应可知：

2NH3+H2SO4（NH4）2SO4

所以回收全部氨消耗的硫酸量为0.364kmol/h；

将pH控制在1，即氢离子的浓度为10-1×10-2mol/L，所用最小液体量为：

×10-13/h

×

（L/V）=2（L/V）min

×3/h。

塔径计算

（L/V）（ρv/ρL）×18×（1.165/1000）/29=0.026。

查填料的泛点压降图如下：

图填料泛点及压降图

可以知道纵坐标为0.21，即U2ΦΨ/g×（ρv/ρL）μl

已知，常温下水的粘度μl=1cP，对于水Ψ=1；

填料选用不锈钢鲍尔环乱堆，尺寸25×25×0.6，比表面积a=219m23/m3，填料因子Φ=160m-1，堆积密度393kg/m3。

故，实际气速取泛点气速的80%，即U1=80%×2.91=2.33m/s；

1）1）=1.58m，圆整取1.6m，则U1=2.286m/s；

在设计的实际气速下，U2ΦΨ/g×（ρv/ρL）μl=0.13。

传质单元高度和传质单元数的确定

采用恩田（Onda）等人提出的填料表面上气液相界面两侧传质膜系数的计算方法，进行计算：

（可参考常用化工单元设备的设计79页进行计算，陈英男刘玉兰主编，华东理工大学出版社出版）

气相传质系数：

Kg=C（Wg/aμg）（μg/ρgDg）1/3（aDg/RT）（adp）-2

C----关联系数取5.23；

Wg----气体质量流速；kg/m2s

a----填料比表面。

219m2；

μg-----度×10-6；

Dg----溶质在气相中的扩散系数。

28×10-6m2/s

adp----填料结构特性的形状系数，本文取219×

从传单单元高度关联式，输入相关的系数可以求出气相传质系数：

Kg=5.23×××2×3600）/（219××10-5）]×10-5××10-5）]1/3[219××10-5×303）]×（219×0.025）-2

××××10-6×

×10-5

填料润湿表面积：

aw=a×{1-exp[-1.45（σ1/σ）（WL/aμL）（WL2a/ρL2g）（WL2/ρLa）]}

σ1-----填料介质表面张力N/m，75dyn/cm=0.075N/m；σ----液体表面张力N/m，71.2mN/m；

μL--------液体粘度，取0.801cP；

表不同填料介质的表面张力

计算如下：

Wg××2×2·s

WL=××2×kg/m2·s。

aw=a×{1-exp[-1.45（σ1/σ）（WL/aμL）（WL2a/ρL2g）（WL2/ρLa）]}

=219××（75/71.2）×[2.01/（219××10-3）]×[219×（2.01）2/10002×9.81]×[（2.01）2/（1000×219]

=219×××××0.113]

=219×

所以aw2/m3

Ky×a=PKg×××10-5×3s·kpa

由于本反应为硫酸吸收氨的反应，化学反应。

所以本吸收反应为气膜控制。

K总=Ky

传质单元高度HOG×2）×3600×

化学吸收，所以m=0

传质单元数NOG=ln[（1-mG/

填料层高度Z=HOG×NOG×

采用舍伍德系数等几个特征数对吸收关联进行计算

（参见化工原理下册，天津大学出版社，第130-136页）

传质单元高度HG=αGβWγ（ScG）

直径25mm的鲍尔环的αβγ系数近似以拉西环来计算，分别为0.557、0.32、-0、51，如下表

××2×2·s

××2×kg/m2·s。

ScG=μ/ρd×10-5××10-5

所以HG×××

因此Z=HOG×NOG×

考虑到工程应用的要求，设计取填料层高度为3m；

则填料压降为3×100=300mm水柱，即为2.92kPa。

塔体附件选取

A液体分布器选取槽式分布器（由于塔径1.6m）；

分布点密度计算

按Eckert建议值，D≥1400时，喷淋点密度为60点/m2，所以，塔径为1.6m时，

×2×≈121点

B填料支承装置

用竖扁钢做成的栅板作为支承板，分三块，栅板条之间的距离为10mm。

C填料压紧装置采用床层限定板

D采用丝网除沫器，150mm厚。