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。