氨吹脫塔單元設(shè)計示例

氨吹脫塔單元.1設(shè)計說明設(shè)計采用循環(huán)空氣吹脫，氣液比可取1500-3000，取3000。.2設(shè)計尺寸〔1〕吹脫塔的計算沼液中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%。同時在101.3kPa和30℃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。30℃空氣的分子量為29，密度1.165kg/m3。=1\*GB3①實際氣液比〔G/L〕min=(X1-X2)/(Y2e-Y1)=(0.0026×90%)/(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。故實際氣液比〔體積比〕為：〔G/L〕v=16534.23/5.6=2952.54=2\*GB3②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)/(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；=3\*GB3③塔的有效高度Z根據(jù)Drickanmer-Bradfood法：ETμ30℃，進料液體的摩爾粘度μ為0.8007cp〔設(shè)計應(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℃的進料，此時進料液體的摩爾粘度為1.005cp〕故ETμ=0.169實際板數(shù)N=NT/ET=23.66取24同時取板間距為450mm故Z=(18-1)×0.45=7.65m=4\*GB3④塔高確實定塔頂高1m，設(shè)置進料口〔40mm〕，人孔〔500mm〕；塔底高2m，〔按照可以儲存10min的容量測算〕，進氣管內(nèi)徑40mm。=5\*GB3⑤塔徑確實定FLV=L/V×(ρL/ρv)0.5=1/2952.54(1000/1.165)0.5=9.923×10-3；取板間距HT=0.45m；圖篩板塔的泛點關(guān)聯(lián)圖查圖得C20=0.08,對數(shù)值進行修正C=C20(σ/20)0.2=0.08(71.2/20)0.2=0.103；最大空速確實定：Umax=C(ρL-ρv/ρv)0.5；=0.103{〔1000-1.165〕/1.165}0.5=3.016m/s;實際流速確定=Umax×0.8=2.41m/s；所以D={(4×16534.23/3600)/(3.14×2.41)}0.5=1.56m，圓整后取1.6m。實際取堰長Lw為0.7×1.6=1.12m；那么下液管寬度wd=0.143D，Af/AT=0.0878?！矃⒁娀瘜W(xué)工藝設(shè)計手冊153頁弓形寬度和面積〕根據(jù)塔徑可以算出：AT=3.14×1.62/4=2.01m2；Af=0.0878×AT=0.176m2；An=AT-Af=1.834m2；un=V/An=16534.23/3600/1.834=2.504m/s實際泛點百分率為：un/Umax=2.504/3.016=83%=6\*GB3⑥塔板詳細設(shè)計采用平頂溢流堰、單溢流管溢流，篩板結(jié)構(gòu)。取堰高hw=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。平安區(qū)ws=0.07m，無效區(qū)wc=0.05m。開孔區(qū)面積Ak=2[x(r2-x2)0.5+r2arcsin(x/r)]=1.426m2其中x=〔D/2〕－〔wd+ws〕=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，實際取80%Ak=1.14那么篩板開孔數(shù)為n=n1×Ak=(1158000/t2)Ak=5867.2，取開孔數(shù)5868個。=7\*GB3⑦塔壓降a干板壓降HdHd=0.051×(u0/C0)2×(rg/rL)×[1-(A0/Ak)2]u0---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項很小，可簡化計算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δ/d=3/6=0.5塔板的開孔率φ=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)=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)的氣體動能因子F=U〔ρv〕0.5=2.77×(1.165)0.5=2.99查圖，可得液層充氣系數(shù)β=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=β(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)計為常壓操作，對板壓降本身無特殊要求。=8\*GB3⑧液沫夾帶量的校核按照FLV=9.923×10-3和泛點百分率為0.83，由圖可以查的ψ=0.35圖液沫夾帶關(guān)聯(lián)線故ev=(ψ/1-ψ)×[L/V×(ρL/ρv)0.5]=0.053＜0.1(公斤液體/公斤干氣體)。=9\*GB3⑨吹脫塔進出口管徑選取A、氣相進出口管，取空氣流速為25m/s，那么D2=[〔16534.23/3600〕/〔0.785×20〕]0.5=0.484m。取DN500B、液相進料管取流速為1m/s那么D3=(5.6/3600/0.785/1)0.5=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)計說明進塔氣體〔含有氨，其余為空氣〕流量16534.23m3，即為664.22kmol/h。氣體中氨的摩爾分數(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).2設(shè)計尺寸=1\*GB3①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)反響可知：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。=2\*GB3②塔徑計算〔L/V〕(ρv/ρL)0.5=1.218×18×(1.165/1000)0.5/29=0.026。查填料的泛點壓降圖如下：圖填料泛點及壓降圖可以知道縱坐標為0.21，即U2ΦΨ/g×(ρv/ρL)μl0.2=0.21，常溫下水的粘度μl=1cP，對于水Ψ=1；填料選用不銹鋼鮑爾環(huán)亂堆，尺寸25×25×0.6，比外表積a=219m2/m3，空隙率0.95m3/m3，填料因子Φ=160m-1，堆積密度393kg/m3。所以泛點氣速U=2.91m/s故，實際氣速取泛點氣速的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，那么U1=2.286m/s；在設(shè)計的實際氣速下，U2ΦΨ/g×(ρv/ρL)μl0.2=0.13。由橫坐標0.026和縱坐標0.13查圖得到填料層壓降為100mm水柱/m填料=3\*GB3③傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)確實定采用恩田〔Onda〕等人提出的填料外表上氣液相界面兩側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)的計算方法，進行計算：〔可參考常用化工單元設(shè)備的設(shè)計79頁進行計算，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/aμg)0.7(μg/ρgDg)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----填料比外表。219m2；μg-----度氣體粘度，Pa.s，取18.6×10-6；Dg----溶質(zhì)在氣相中的擴散系數(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〕]0.7[1.86×10-5/(1.165×2.8×10-5)]1/3[219×2.8×10-5/(8.314×303)]×(219×0.025)-2=5.23×93.484×0.829×2.434×10-6×0.0334=3.295×10-5填料潤濕外表積：aw=a×{1-exp[-1.45(σ1/σ)0.75(WL/aμL)0.1(WL2a/ρL2g)-0.05〔WL2/ρLa〕0.2]}σ1-----填料介質(zhì)外表張力N/m，75dyn/cm=0.075N/m；σ----液體外表張力N/m，71.2mN/m；μL--------液體粘度，取0.801cP；表不同填料介質(zhì)的外表張力計算如下：Wg=664.22×29/(0.785×1.62×3600)=2.663kg/m2·sWL=14.56×1000/(0.785×1.62×3600)=2.01kg/m2·s。aw=a×{1-exp[-1.45(σ1/σ)0.75(WL/aμL)0.1(WL2a/ρL2g)-0.05〔WL2/ρLa〕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/(1000×219]0.2=219×{1-exp[-1.45×1.04×1.276×1.593×0.113]=219×0.293=64.113所以aw=64.113m2/m3Ky×a=PKg×aw=101.325×3.295×10-5×64.113=0.214kmol/m3s·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傳質(zhì)單元高度HOG=G/Kya=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)等幾個特征數(shù)對吸收關(guān)聯(lián)進行計算〔參見化工原理下冊，天津大學(xué)出版社，第130-136頁〕傳質(zhì)單元高度HG=αGβWγ(ScG)0.5直徑25mm的鮑爾環(huán)的αβγ系數(shù)近似以拉西環(huán)來計算，分別為0.557、0.32、-0、51，如下表G=664.22×29/(0.785×1.62×3600)=2.663kg/m2·sW=14.56×1000/(0.785×1.62×3600)=2.01kg/m2·s。ScG=μ/ρd=1.86×10-5/(1.165×2.8×10-5)=0.57所以HG=0.557×2.6630.32×2.01-0.51×0.570.5=0.402