廢水脫氨工藝設(shè)計(jì)第三組

1、北京化工大學(xué) 化工設(shè)計(jì)說明書北京化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書（“化工設(shè)計(jì)”課程作業(yè)）題目：廢水脫氨工藝設(shè)計(jì)班級(jí)：化工0708組長(zhǎng)：張 博 200711234組員：于 佳 200711223陳一琿 200711238胡 迪 200711242梁 微 200711247指導(dǎo)教師：紀(jì)培軍2010年12月1日 目 錄1.工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 21.1設(shè)計(jì)依據(jù) 21.2裝置組成及名稱 21.3原料、化學(xué)品的性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格 22.工藝說明 42.1生產(chǎn)方法、工藝技術(shù)路線及工藝特點(diǎn) 42.2工藝流程說明 53.工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)63.1 換熱器熱量衡算以及工藝設(shè)計(jì) 63.2 萃取塔物料衡算以及設(shè)備工藝計(jì)算

2、93.3 汽提塔物料衡算以及設(shè)備工藝設(shè)計(jì)153.4 吸收罐物料衡算及設(shè)備工藝設(shè)計(jì)184工藝控制條件及自控設(shè)計(jì)215附表和附圖22參考文獻(xiàn) 25附:小組分工明細(xì)及評(píng)分 251.工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1設(shè)計(jì)依據(jù) 設(shè)計(jì)項(xiàng)目：廢水脫氨工藝設(shè)計(jì)產(chǎn)品名稱：脫氨達(dá)標(biāo)廢水 及 21 % （w/w）濃氨水處理要求：脫氨水中氨含量小于100 mg/L 濃氨水中氨含量大于21 % （w/w）處理能力：額定處理量 2.5 m3/h最大處理量 7.0 m3/h設(shè)計(jì)要求：1.工藝可靠 2.操作簡(jiǎn)單，操作彈性大 3.設(shè)備投資費(fèi)用低 4.單位產(chǎn)品能耗盡可能低具體設(shè)計(jì)參數(shù)：原料液（廢氨水）中的雜質(zhì)含量： NH3-N: 3.0 g/L

3、 CU2+: 250 mg/L原料液溫度： 60 o C 80 o C 原料液酸堿度： PH 值8.0 9.0氨氮存在于許多工業(yè)廢水中,其排進(jìn)水體尤其是緩慢流動(dòng)的湖泊、海灣，容易引起藻類及微生物大量繁殖，形成富營養(yǎng)化污染。目前大多廢水僅僅經(jīng)簡(jiǎn)單處理就直接排放，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，我國對(duì)氨氮排放制定了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的脫氨技術(shù)，也成為工業(yè)排放廢水污染控制工程領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。 1.2裝置組成及其名稱該工藝包含列管式換熱器，轉(zhuǎn)盤萃取塔,汽提塔和間歇式反應(yīng)釜。 1.3原料、化學(xué)品的性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格序號(hào)名稱規(guī)格國家排放標(biāo)準(zhǔn)備注1NH3-N3g/L100mg/L2250mg/L2mg/L3L

4、IX984N混合配方萃取劑4CaO調(diào)pH值表1-1 原料技術(shù)規(guī)格2. 工藝說明2.1生產(chǎn)方法、工藝技術(shù)路線及工藝特點(diǎn)2.1.1 生產(chǎn)方法采用先萃取后吹脫的方法，先利用萃取劑萃取廢水中的銅離子，再應(yīng)用汽提塔將廢水中的氨吹脫出來，最后吸收濃縮成達(dá)標(biāo)產(chǎn)品濃度為大于21%的濃氨水。2.1.2工藝技術(shù)路線的確定（1）脫除銅離子方法的確定廢水脫氨，其主要工藝是如何將廢水中的氨提取并且濃縮成產(chǎn)品需要的高濃度氨水，但因廢水中含銅離子，且在該溫度和pH值下，銅離子和氨要形成配合物Cu(NH3)n2+，這就給直接脫氨帶來了難度，所以必須優(yōu)先除去銅離子，才能盡可能徹底的脫除氨，且廢水中含重金屬離子也不能排放，要進(jìn)行

5、重金屬離子的回收。由于萃取在濕法冶金工藝?yán)飸?yīng)用廣泛，因此，在去除銅離子的工藝上我們采用萃取技術(shù)，應(yīng)用萃取劑LIX984N萃取廢水中的銅離子，然后進(jìn)入解吸塔對(duì)銅離子進(jìn)行解吸，反萃出銅離子，并對(duì)其進(jìn)行回收，與此同時(shí)萃取劑進(jìn)行循環(huán)使用。（2）脫氨濃縮工藝的選擇從萃取工藝流出的廢液中只含氨，且pH值仍為89。由于在該pH值下游離的氨較少，所以先使用熟石灰（Ca(OH)2）將廢水pH值調(diào)至11，然后進(jìn)入汽提塔。由于空氣吹脫法在處理廢水中氨的工藝中最為常見，所以我們采用汽提塔，利用空氣將廢液中的氨吹脫出來。吹脫出的含氨空氣最后進(jìn)入吸收罐濃縮。由于常溫下氨氣對(duì)水溶解度為700:1，所以采用簡(jiǎn)易通入式吸收法，

6、經(jīng)汽提塔處理的含氨空氣直接通入吸收罐中至氨水飽和。（3）萃取劑的選擇 采用萃取技術(shù)對(duì)廢水中銅離子進(jìn)行脫除和回收，源于濕法冶金工藝。其常用萃取劑多為L(zhǎng)IX系列有機(jī)萃取劑還有其他類型萃取劑，但都多為復(fù)合型配方，其性能各有不同。在堿性條件下，萃取劑LIX984N能夠打破銅氨絡(luò)合平衡，在萃取銅離子的同時(shí)只帶出極少量的氨，可忽略不計(jì)。除此之外，反萃過程能夠解吸出大量銅而幾乎不損失萃取劑，可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，能夠減少萃取劑更換成本，因此我們選取LIX984N作為萃取工序的萃取劑。2.1.3 工藝特點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)選取的工藝流程皆能滿足排出液的濃度要求，整體設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備要求不高，能夠減低設(shè)備投資費(fèi)用，且操作簡(jiǎn)單，

7、操作彈性大，適合工業(yè)處理廢水。除此之外，對(duì)于額外化學(xué)品的消耗量如萃取劑，通過解吸循環(huán)使用，能夠節(jié)約用量從而節(jié)省投資。廢液開始換熱降溫后，整個(gè)工藝流程都在常溫下操作，能耗低。2.2工藝流程說明廢液首先進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入萃取塔進(jìn)行銅離子的萃取，經(jīng)萃取的廢液進(jìn)入液體緩沖罐，調(diào)節(jié)pH值，攜帶銅離子的萃取劑進(jìn)入反萃取塔解吸出銅離子。解吸后萃取劑進(jìn)入萃取塔循環(huán)使用，解吸出的銅離子進(jìn)入銅離子回收罐。從緩沖罐出來的廢液進(jìn)入汽提塔進(jìn)行空氣吹脫除氨。待吹脫工序進(jìn)行完畢后，廢液可排放，攜帶氨氣的空氣進(jìn)入吸收罐進(jìn)行氨的吸收濃縮，使產(chǎn)品達(dá)標(biāo)。3工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)3.1 換熱器熱量衡算以及工藝設(shè)計(jì)3.1.1

8、 工藝計(jì)算常壓下用地下水冷卻5m/h含氨3g/L的廢水。廢水進(jìn)口溫度t1=75廢水出口溫度t2=25冷卻水進(jìn)口溫度T1=15冷卻水出口溫度T2=35（1）物性常數(shù)物性常數(shù)冷卻水(1)廢水(2)定性溫度tm 2550 比熱Cp kJ/kg4.1784.178 密度 kg/m997988粘度 Pas0.88610-30.54710-3 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m )0.6080.648普朗克準(zhǔn)數(shù)Pr6.163.54表3-1 換熱物料物性常數(shù)（2）熱負(fù)荷計(jì)算廢水處理量G2=59883600=1.37 kg/s則熱負(fù)荷Q=G2C2t2-t1=1.374.17875-25=286660 w（3）冷卻水用量G1=

9、QC1T2-T1=2866604.178(35-15)=3.43 kg/s （4）平均溫度差tm=(t1-T2)-(t2-T1)lnt1-T2t2-T1=21.64 （5）估算傳熱面積與管子根數(shù)列管換熱器水-水系統(tǒng)冷卻操作初選傳熱系數(shù)K=2500 W/(m )，則所需傳熱面積的估算值為：S=QKtm=286660250021.64=5.3 m2單程管數(shù)為n=4G1u1di2 =43.431.60.0229883.14=10 根單程管長(zhǎng)為l=Snd0=5.370.0253.14=8.44 m選定換熱器管長(zhǎng)l=6m，則管程數(shù)Np=8.446=1.41 則取Np=2程，則總管數(shù)為n=2n=20 根3

10、.1.2 換熱器的選擇和核算（1）初選換熱器根據(jù)S=5.3 m2，n=20 根，Np=2，查表，選用G273-2-25-7列管換熱器，其實(shí)際傳熱面積為7.3 m2，有關(guān)參數(shù)如下，見表3-2：公稱直徑DN273mm公稱壓力PN25105Pa傳熱面積S7.3 m2管 程 數(shù)Np2管 數(shù)n20管 長(zhǎng) l6m管子規(guī)格252mm管 心 距 t32mm管子排列方式正三角形表3-2 換熱器參數(shù)（2）管程壓降的計(jì)算管程雷諾準(zhǔn)數(shù)為Re=du=0.021.69880.54710-3=57800由于鋼管的絕對(duì)粗糙度=0.15mm，故/d=0.0075，查與Re及/d的關(guān)系圖，得=0.038，又取管程結(jié)垢校正系數(shù)Ft

11、=1.5，故得管程壓降為： p=ld+3FtNpu22=0.03860.02+31.529881.622=8251.8Pa10000，而且l/d=6/0.02=30050，故i=0.023dRe0.8(Pr)0.4=0.0230.6480.02578000.83.540.4=7969.1W/(m )（4）管外給熱系數(shù)o及K的計(jì)算o的計(jì)算為o=2.0232lnG2=4732.8W/(m )由此可算得K值為K=1d0idi+d0dm+1o=2318.3W/(m )（5）計(jì)算傳熱面積和安全系數(shù)按傳熱方程計(jì)算的傳熱面積為S=QKtm=5.71m2實(shí)際傳熱面積為7.3m2，則安全系數(shù)為7.35.71=1

12、.28因?yàn)榇酥翟?.11.5范圍內(nèi)，所以換熱器選擇合適。3.2 萃取塔物料衡算以及設(shè)備工藝計(jì)算3.2.1 設(shè)計(jì)條件用萃取劑LIX984N萃取廢水中銅離子的轉(zhuǎn)盤萃取塔,已知條件如下：原料混合液流量Vw=0.001389m3/s （即5m3/h）；在水中的初始濃度Cw,2=0.25kg/m3；在水中的最終濃度Cw,1=0.002kg/m3；在萃取劑中的初始濃度Co,1=0.002kg/m3；萃取塔中的溫度為25；當(dāng)濃度單位以kg/m3表示時(shí)，本設(shè)計(jì)中相間平衡關(guān)系可用公式Co=mCw，其中m=1.69。3.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算（1）萃取劑用量由于的濃度很低，萃取過程中相密度的變化可以忽略。因此，所需的提

13、取率為=1-Cw,1Cw,2=1-0.0020.25=0.992由相間平衡式和物料衡算可得萃取劑的最小用量：Vo,min=VwCw,21.69Cw,2-Co,1=0.9920.0013890.251.690.25-0.005=2.97m3/h取萃取劑流量為13m3/h，即Vo=0.003611m3/s，約為最小用量的4.4倍，比初始原料混合液流量大1.6倍。在LIX984N中的最終濃度為Co,2=Co,1+VwVoCw,2-Cw,1=0.002+5130.25-0.002=0.0974kg/m3（2）平均液滴尺寸因?yàn)長(zhǎng)IX984N的用量較大，故用它做分散相。由于濃度低，計(jì)算所需各相的有關(guān)參數(shù)時(shí)

14、，相應(yīng)的取25的水和LIX984N的性質(zhì)，即：水：c=997kg/m3，c=0.894mPas，=0.0341N/m，Dc=1.0510-9m2/s ；LIX984N： d=920kg/m3，d=3.8mPas，=77kg/m3，Dd=210-9m2/s 。轉(zhuǎn)盤萃取塔內(nèi)部裝置尺寸取下列關(guān)系：DpD=23 ; DhD=34 ; hD=13 ;式中的D，Dp ，Dh分別為塔徑、轉(zhuǎn)盤直徑和固定環(huán)內(nèi)徑；h為每段高度。取nDp=0.2m/s , 且假定段數(shù)N為20，則平均液滴尺寸d為：d=16.7c0.30.5nDp0.9c0.8g0.2N0.23=16.7(0.89410-3)0.3(0.0341)0

15、.50.20.99970.89.810.2200.23=2.03mm（3）液泛時(shí)各相的總空塔速度液泛時(shí)各相的總空塔速度為（uc+ud）s=(1-4s+7s2-4s3)uT式中，s液泛時(shí)的滯液率。當(dāng)分散相與連續(xù)相的體積流量比b=VdVc=135=2.6時(shí)，其滯液率為s=b2+8b-3b4(1-b)=2.62+82.6-32.64(1-2.6)=0.398液滴的特性速度，且uT=u0 ,其中=Dh+DPDDh-DD2+hD20.5=0.485為L(zhǎng)IX984N液滴在水中的自由沉降速度。對(duì)大液滴沉降速度的計(jì)算可利用下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：如果 2T70，則Q=(0.75T)0.78如果 T70，則Q=(22T

16、)0.42式中 Q=0.75+Re/P0.15 ； T=4gd2P0.15/(3) ； P=c23/(gc4) ； 為相間張力。依次代入數(shù)據(jù)可求得：P=99720.03413779.810.0008944=8.16851010T=4779.810.0020328.168510100.1530.0341=5.2742Q=(0.755.2742)0.78=2.923則Re=du0cc=94.1632 , 所以u(píng)0=4.16cm/s ，故液滴物性速度uT=u0=0.4854.16=1.91 cm/s液泛時(shí)的總空塔速度（uc+ud）s=1-40.398+70.3982-40.39831.91=5.05

17、10-3m/s3.2.3 塔徑與內(nèi)部裝置尺寸最小可能塔徑為Dmin=4(Vd+Vc)(ud+uc)s=4(0.003611+0.001389)3.145.0510-3=1.12 m圓整塔徑D=1.2m，則總空塔速度為（uc+ud）s=4(0.003611+0.001389)/(1.223.14)=4.4210-3m/s因?yàn)閡duc=2.6，則塔的各空塔速度為u0=ud=0.319cm/s ;uw=uc=0.123 cm/s各相的總速度約為液泛時(shí)各相總速度的87.5%。萃取塔內(nèi)部裝置的主要尺寸為Dp=DDpD=0.8 mDh=DDhD=0.9 mh=DhD=0.4 m轉(zhuǎn)自的轉(zhuǎn)速為n=nDpDp=

18、0.20.8=0.25 r/s3.2.4 相接觸比表面積滯液率可由下式求得：3-22+1+uduT-ucuT-uduT=0將空塔速度和特性速度代入上式可得3-22+1+0.3191.91-0.1231.91-0.3191.91=0解此方程可得滯液率=0.252 相的接解比表面積為a=6d=60.2522.0310-3=745 m2/m33.2.5 萃取塔塔高連續(xù)相的縱向混合系數(shù)為Ec=0.5uch1-+0.09(DpD)2(DhD)2-(DpD)2nDph即Ew=Ec=0.50.12310-20.41-0.252+0.09(23)2342-2320.20.4=7.0710-4m2/s分散相的縱

19、向混合系數(shù)為Ed=0.5udh+0.09(DpD)2(DhD)2-(DpD)2nDph即Eo=Ed=0.50.31910-20.40.252+0.09(23)2342-2320.20.4=29.110-4m2/s塔中液滴的相對(duì)速度和雷諾準(zhǔn)數(shù)分別為ut=ud+uc1-=0.3190.252+0.1231-0.252=1.43 cm/sRe=dutcc=2.0310-31.4310-29970.89410-3=32.4又因?yàn)镻=c23gc4=99720.03413779.810.0008944=8.16851010所以T=4gd2P0.153=4779.810.0020328.168510100.

20、1530.0341=5.2742因?yàn)門=5.274270，所以液滴不振動(dòng)。 在計(jì)算液滴尺寸時(shí)，萃取塔的段數(shù)取20，因此作為萃取塔高度的第一次逼近值取H=Nh=200.4=8 m，計(jì)算分傳質(zhì)系數(shù)。Schimidt數(shù)為 Scc=ccDc=0.98410-39971.0510-9=854因?yàn)镾herwood數(shù)為Shc=0.6Re0.5Scc0.5=0.632.40.58540.5=99.8故kw=kc=ShcDcd=99.81.0510-92.0310-3=0.51610-4 m/s=Hud=0.25280.31910-2=632 sFod=4Ddd2=4210-9632(2.0310-3)2=1.

21、227Scd=ddDd=3.810-3920210-9=2065We=cut2d=997(1.4310-2)22.0310-30.0341=0.0121Shd=31.4Fod-0.34Scd-0.125We0.37=31.41.227-0.342065-0.1250.01210.37=2.203故ko=kd=ShdDdd=2.203210-92.0310-3=0.021710-4 m/s水相傳質(zhì)系數(shù)為Kw=1kw+1mko-1=(10.51610-4+11.690.0217410-4)-1=0.34310-5 m/s水相傳質(zhì)單元高度為Hox=uwKwa=0.12310-20.34310-574

22、5=0.481 m對(duì)萃取過程，傳質(zhì)單元數(shù)為Nox=mVo/VwmVoVw-1lnmCw,2+m0-C0,2mCw,1+m0-C0,1對(duì)所研究的過程中，mVoVw=1.69135=4.39 ； m0=0 ，所以Nox=4.394.39-1ln1.690.25-0.09741.690.002-0.002=7.07因此當(dāng)兩相均為理想置換狀態(tài)時(shí)，塔操作區(qū)的高度H=NoxHox=7.070.481=3.4 m。為了確定包括縱向混合的塔高，用逐次逼近法求出傳質(zhì)單元的表觀高度。首先，求兩相中縱向混合彼克列準(zhǔn)數(shù)。Pe0=u0HE0=0.31910-2829.110-4=8.77Pew=uwHEw=0.1231

23、0-287.0710-4=13.9表現(xiàn)的傳質(zhì)單元高度可按下式計(jì)算Hox=Hox+Ewuwfw+VwmV0E0u0f0Hoy=mV0VwHox彼克列系數(shù)f0和fw按下式計(jì)算f0=1-1-exp(-Pe0)Pe0-1-(1-VwmV0)E0u0Hoxfw=1-1-exp(-Pew)Pew-1+(1-VwmV0)EwuwHox在逐次逼近時(shí)，忽略上式中的右邊第二項(xiàng)，則得f0=1-1-exp(-8.77)8.77-1=1.129fw=1-1-exp(-13.9)13.9-1=1.08求得傳質(zhì)單元表觀高度的逼近值為 Hox=Hox+Ewuwfw+VwmV0E0u0f0=0.481+7.0710-40.12

24、310-21.08+51.691329.110-40.31910-21.129=1.197 m當(dāng)取Hox=Hox時(shí)，相應(yīng)的塔高為H=NoxHox=7.071.197=8.46 m因?yàn)檗D(zhuǎn)盤之間的距離h=0.4 m，所以這樣高的塔應(yīng)有塔盤數(shù)為N=Hh=8.460.4=21.15 塊圓整塔盤數(shù)為22塊，則傳質(zhì)區(qū)的高度H=220.4=8.8 m在計(jì)算液滴尺寸之初曾取塔德段數(shù)為20，若用N=22，則得到的平均液滴直徑為1.98mm，與N=20時(shí)所得到的d值相差2.5%，這個(gè)誤差在精度范圍之內(nèi)。因此，再重新計(jì)算萃取塔內(nèi)液滴尺寸及其余各流體動(dòng)力參數(shù)是沒什么意義的，而且與塔高有關(guān)的分散相分傳質(zhì)系數(shù)基本上也不會(huì)

25、改變。3.2.6 澄清區(qū)尺寸在轉(zhuǎn)盤萃取塔中，操作區(qū)和澄清區(qū)的直徑一般相同。澄清區(qū)LIX984N液滴凝聚所需時(shí)間為 S,C=1.32105cdHd0.18gd20.32=1.321050.89410-32.0310-30.03418.82.0310-30.18779.812.0310-320.03410.32=14.74 s上澄清區(qū)的體積為VS,C=2VdS,C0.8=20.00361114.740.8=0.14 m3故上澄清區(qū)的高度為HS,C=4VS,CD2=40.143.141.22=0.13 m在該萃取塔中，裝盤區(qū)是發(fā)生強(qiáng)烈的液體運(yùn)動(dòng)的操作區(qū)。強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的液體進(jìn)入澄清區(qū)，使澄清區(qū)成為兩部分，

26、即澄清區(qū)本體和中間穩(wěn)定區(qū)。前者進(jìn)行相得分離，后者為澄清創(chuàng)造較好的條件。它的高度一般不小于塔徑。據(jù)此，取沉降區(qū)總高度為為1.2m，上下兩澄清區(qū)高度相同，均為1.2m。3.2.7 反萃取設(shè)計(jì) 萃取劑經(jīng)萃取塔流出后進(jìn)入反萃取塔,反萃出銅離子。由于反萃取時(shí)所需要的溫度壓力等各項(xiàng)控制條件未知，所以無法進(jìn)行反萃取塔的核算。3.3 汽提塔物料衡算以及設(shè)備工藝設(shè)計(jì) 3.3.1 氨汽提空氣需要量萃取工段流出料液流量為5m3/h，溫度為25，pH=11。擬將其中NH3-N濃度由3g/L降至0.1g/L。其中，25時(shí)，氨的亨利常數(shù)H=0.75atm，且進(jìn)入汽提塔底的空氣中不含任何形態(tài)的氨。下式中各符號(hào)說明見表3-3

27、：符號(hào)LG物性液體負(fù)荷率氣體負(fù)荷率氣體 密度液體 密度填料填充系數(shù)液體動(dòng)力粘度NH3-N的摩爾分?jǐn)?shù)NH3-N的物質(zhì)的量水的物質(zhì)的量單位kg/m2skg/m2skg/m3kg/m3N/m2smolmol表3-3 汽提塔部分符號(hào)說明（1）進(jìn)出汽提塔液體中NH3-N摩爾分?jǐn)?shù)依據(jù)公式xB=nBnA+nB可求得進(jìn)出塔NH3-N的摩爾分?jǐn)?shù)：C0=31799718+317=3.17610-3mol NH3/mol水Ce=0.11799718+0.117=0.10610-3mol NH3/mol水（2）離開汽提塔空氣中NH3-N摩爾分?jǐn)?shù)H=(0.75atm)(mol NH3/mol空氣)（mol NH3/mo

28、l水)=（0.75atm）(mol水mol空氣) ye=HPTC0=0.75atm1.0atm(mol水mol空氣)3.17610-3mol NH3/mol水=2.38210-3mol NH3/mol空氣（3）計(jì)算氣-液比 因?yàn)镚L=PTHC0-CC0=C0-C ye故GL=3.176-0.1062.382(mol空氣mol水）=1.3(mol空氣mol水）（4）空氣和水的用量對(duì)于25空氣 V空=1.324.1=31.33 L對(duì)于25水 V水=118997=0.018 L則氣液比為GL=31.330.018=1741L/L=1741m3/m3（5）理想條件下所需空氣總量需要空氣量=17415m

29、3/h60min/h=145m3/min3.3.2 汽提塔直徑和高度的計(jì)算汽提塔內(nèi)填料采用25mm包爾環(huán)填料。假設(shè)填充系數(shù)為50，氣體系數(shù)為3，壓降為200(N/m2)/m，則氨的KL=0.0125s-1。（1）汽提系數(shù)為3時(shí)的橫縱坐標(biāo)值S=GLHPT=0.75Gmol空氣Lmol水28.8gmol空氣mol水18g=1.2G gL g=1.2G kgL kg故算得L G =31.2 kg/kg=2.5則L G (GL-G)0.5L G GL0.5=2.51.2049970.5=0.087因此查圖得得到縱坐標(biāo)值為0.04。（2）利用縱坐標(biāo)值求負(fù)荷率G=(縱坐標(biāo)值)(G)(L-G)（Cf）（L）

30、0.10.5=0.41.204(997-1.204)500.0010.10.5=1.38 kg/m2s則L=2.5G=2.51.38=3.45 kg/m2s（3）求汽提塔直徑D=43.1459971864004.80.5=0.606 m（4）求傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)HTU=LKLA=51864000.01250.60623.144=0.385 mNTU=ss-1lnC0Ces-1+1 s=33-1ln30.13-1+1 3=4.52（5）汽提塔內(nèi)填料高度已知傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度，則可求填料高度為z=HTUNTU=0.3854.52=1.74 m3.4 吸收罐物料衡算及設(shè)備工藝設(shè)計(jì)3.4.

31、1吸收流程的計(jì)算及設(shè)計(jì)已知從汽提塔出來的氨氣為2.38210-3mol氨/mol空氣，計(jì)算得氨氣摩爾分?jǐn)?shù)yNH3=2.37610-3。混合氣體流量G=145m3/min，設(shè)計(jì)要求濃氨水含量大于21%。由已知條件得所需氨水摩爾濃度為yNH3=2117100997=12.316mol/L=12316mol/m3因此，設(shè)計(jì)從汽提塔出來的氣體進(jìn)入吸收罐進(jìn)行吸收，濃縮。計(jì)算得氨氣的摩爾流量為VNH3=72.52.37610-3=0.3445m3 /min=15.38mol/min。往吸收罐通入清水，氣體從吸收罐下部通入，根據(jù)已知條件得：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)達(dá)到規(guī)定濃度所需吸收時(shí)間t=12316 mol/m3/15

32、.38 mol/min =800.78min/m3設(shè)吸收罐體積為V=14m3,有效體積V=10m3則吸收所需時(shí)間T=tV=800.78 min/m310m3=8008min從通入氣體到吸收進(jìn)行8008min后停止通氣，然后進(jìn)行放液（同時(shí)打開與之相聯(lián)的最終產(chǎn)品罐的閥門），放液結(jié)束后通入新的清水,重復(fù)之前的操作。設(shè)設(shè)吸收罐進(jìn)液流量和放液流量均為5m3/min，有效體積為10m3，T排=T加=10/5=2min那么，加液排液共需時(shí)間T4min。3.4.2 吸收罐主要部分尺寸的確定（1）罐體設(shè)計(jì)因?yàn)樵撐諏儆跉庖悍磻?yīng)，吸收罐采用橢圓罐底，罐的高徑比在12之間，封頭H1=0.25D，封頭體積：V=0.1

33、31D3。設(shè)H/D=2，已知V=14m3，且H2=H-H1=2D-0.25D=1.75D（罐體總高度為H,封頭高度H1，罐體高度H2，直徑為D）。那么由公式V=4D3H2+0.131D3，代入數(shù)據(jù)可得D=2.01m，H=4.06m，查表圓整得D=2000mm,H=4000mm。（2） 壁厚計(jì)算已知公式s=PcDi2t-Pc查表得設(shè)計(jì)壓力Pc=2.16MPa，Di=2000mm，t =163MPa，s=325MPa，=1.0（雙面焊對(duì)接接頭，100%檢測(cè)），代入數(shù)據(jù)得s=PcDi2t-Pc=2.16200021631-2.16=17.3取C2=1mm，查表C1=0.8mm，則C=C1+C2=1.

34、8mm，故17.3+C=17.3+1.8=19.1mm，圓整后取s=20mm，選用20mm厚的16MnR鋼板作罐體。（3） 封頭設(shè)計(jì)已知公式并計(jì)算得s=PcDi2t-0.5Pc=2.16200021631-0.52.16=17.34mm取C2=1mm，查表C1=0.8mm，則C=C1+C2=1.8mm，故17.34+C=17.34+1.8=19.14mm，圓整后取s=20mm，所以封頭厚度也取厚度20mm的16MnR鋼板作罐體。（4）附件選取法蘭：根據(jù)公稱直徑2000mm，工程壓力0.25MPa，選平焊法蘭甲型，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JB4701-92,法蘭材料為Q235-A。夾套：氨氣溶解為放熱反應(yīng)，由于

35、通入水內(nèi)為空氣與氨氣的混合氣，通入時(shí)的鼓泡促進(jìn)罐內(nèi)熱量分布均勻，罐體外夾套內(nèi)通入冷水進(jìn)行冷卻。排空閥：由于氨氣在混合氣體中摩爾分?jǐn)?shù)小，氨被溶解后剩余大量空氣，吸收罐頂部有排空閥，防止因通入氣體使罐內(nèi)壓力過大。除此之外，灌頂同時(shí)有測(cè)壓接管、測(cè)溫計(jì)。 4工藝控制條件及自控設(shè)計(jì)換 熱：以C101B為備用換熱器，在出口檢測(cè)溫度調(diào)節(jié)冷卻水流量。液體緩沖：以F102A為優(yōu)先存儲(chǔ)，根據(jù)檢測(cè)的PH調(diào)整堿液進(jìn)入流量。 F103為備用安全保障儲(chǔ)罐，保證上下游罐體安全。萃 ?。簷z測(cè)來流物料流量調(diào)節(jié)萃取液流量。 以E101B為備用。吹 脫：由前述則為已知濃度的氨溶液，則檢測(cè)來流物料流量，出料量，進(jìn)入空氣量可計(jì)算出料濃

36、度，通過調(diào)整空氣流量保證濃度。在塔體檢測(cè)壓力降，與溫度通過調(diào)整空氣流量保證安全。以E103B為備用。產(chǎn)品吸收：在罐體設(shè)壓力溫度檢測(cè)調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，以F104B為備用和安全保障儲(chǔ)罐，在F104A設(shè)液位檢測(cè)若過高調(diào)整去F103B同時(shí)若發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品不達(dá)標(biāo)則全部流入F104B再回流至吹脫工藝。F105A/B/C/D為最終產(chǎn)品罐。5附表和附圖5.1 設(shè)備參數(shù)總覽 5.1.1 換熱設(shè)備參數(shù)一覽流程編號(hào)名稱介質(zhì)管程數(shù)溫度()壓力流量 （m/h）平均 溫差（）熱負(fù)荷（kJ/h）傳熱系數(shù) （W/(m)）傳熱面積（m2）形式進(jìn)出計(jì)算實(shí)際C101A/B冷卻器管內(nèi)廢水7525常壓521.6410319762318.35.717.3列管式管間地下水1535常壓1.6表5-1 換熱設(shè)備工藝設(shè)計(jì)參數(shù)5.1.2 塔設(shè)備參數(shù)一覽（1）萃取塔工藝參數(shù)流程編號(hào)名稱介質(zhì)操作溫度（）塔頂壓力負(fù)荷 （m/h）允許空