最新氨吹脱塔单元设计示例.docx
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最新氨吹脱塔单元设计示例
4.4.1氨吹脱塔单元
4.4.1.1设计说明
设计采用循环空气吹脱，气液比可取1500-3000，取3000。
4.4.1.2设计尺寸
（1）吹脱塔的计算
已知沼液中NH3-N约为2.5g/kg（2.5g/L）,即摩尔分率为0.0026o入吹脱塔的沼液流量为5.6m3，即为311.11kmol/h,设定回收率为90%。
同时在101.3kPa和30E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。
30E空气的分子量为29,密度1.165kg/m3。
1实际气液比
（G/L）min=（X1-X2）/（Y2e-Y1）=（0.0026X90%）/（0.0026X0.7592）=1.186
（G/L）=（1.1-2）X（G/L）min=1.8X1.186=2.135取系数为2）
所以G=2.135X311.11X29/1.165=16534.23m3,即为664.22kmol/h。
故实际气液比（体积比）为：
（G/L）v=16534.23/5.6=2952.54
2理论板数确定
吸收因子A=L/mG=0.617，即脱吸因子S=A-1=1.62
N理论：
X1-X2/X1-0=SN+1-S/SN+1-1
0.0026X90%/0.0026=（1.62N+1-1.62）/（1.62N+1-1）
所以N=3.09,取N=4
气相中氨的摩尔分率Y2=（X1-X2）/（G/L）=1.096X10-3；
3塔的有效高度Z
根据Drickanmer-Bradfood法：
Et=0.17-0.616lg卩
30E，进料液体的摩尔粘度卩为0.8007cp（设计应选取最恶劣的条件，故中温35E发酵，考虑到冬季热损失，选用20E的进料，此时进料液体的摩尔粘度为1.005cp）
故ET=0.17-0.616lg^=0.169
实际板数N=NT/ET=23.66取24
同时取板间距为450mm
精品文档
故Z=（18-1）X0.45=7.65m
4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。
5塔径的确定
05053
Flv=L/VX（pl/pv）.=1/2952.54（1000/1.165）'=9.923X10-;
取板间距HT=0.45m；
0.0&
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（（T/20）0'2=0.08（71.2/20）0'2=0.103;
最大空速的确定：
Umax=C（pl-pv/pv）0'5;
05
=0.103{（1000-1.165）/1.165}'=3.016m/s;
实际流速确定=UmaxX0.8=2.41m/s；
所以D={（4X16534.23/3600）/（3.14X2.41）}0.5=1.56m,
圆整后取1.6m。
实际取堰长Lw为0.7X1.6=1.12m；则下液管宽度wd=0.143D,A〃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：
22
At=3.14X1.6/4=2.01m;
Af=0.0878XAt=0.176m2;
2
An=AT-Af=1.834m；
un=V/An=16534.23/3600/1.834=2.504m/s
实际泛点百分率为：
un/Umax=2.504/3.016=83%
6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，
2/3
堰上液上高度how=2.84/1000XEX（Lh/Lw）=2.84/1000X
2/3
（5.6/1.12）=0.0083m取0.009m。
（一般情况下，液流收缩系数取1）
板式清液层高度hL=0.05+0.009=0.059m。
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）0.5+r2arcsin（x/r）]=1.426m2
其中x=（D/2）－（wd+ws）=0.8-0.279=0.521
r=（D/2）－wc=0.8-0.05=0.75
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=1.14
则筛板开孔数为n=n1XAk=（1158000/t2）Ak=5867.2,取开孔数5868个。
7塔压降
a干板压降Hd
Hd=0.051X（u0/C0）2X（rg/rL）X[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
2
Hd=0.051X（u0/C0）2X（rg/rL）
孔速u0=V/Aa=16534.23/3600/（1.14X0.145）=27.785m/s。
2
由有效区的开孔率=0.9069（do/t）=0.145和S/d=3/6=0.5
塔板的开孔率©=开孔截面积/（塔截面积-降液区面积）=1.14X0.145/（2.01-2
X0.176）=0.0997
查图得出G=0.73
图干板孔流系数
22
故Hd=0.051X（U0/C0）X（的）=0.051X（27.785/0.73）X（1.165/1000）=0.086m液柱
b有效液层阻力hb
堰上液上高度how取0.009m；
按面积（A「2Af）计算气体速度：
u=V/（AT-2Af）=16534.23/3600/（2.01-2X
0.176）=2.77m/s；
相应的气体动能因子F=U（pv）0.5=2.77X（1.165）0.5=2.99
查图，可得液层充气系数B=0.57。
图充气系数和动能因子Fa间的关系
所以液层阻力hL=B（hw+how）=0.57X（0.05+0.009）=0.0336m液柱
c总压降
H总=（0.086+0.0336）X24=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。
8液沫夹带量的校核
按照Flv=9.923X10-3和泛点百分率为0.83，由图可以查的书=0.35
图液沫夹带关联线
故ev=W/17）X[L/VX（pl/pv）°.5]=0.053v0.1（公斤液体/公斤干气体）
9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=[（16534.23/3600）/（0.785X20）]°.5=0.484m。
取DN500
B、液相进料管取流速为1m/s
J则D3=（5.6/3600/0.785/1）0.5=0.046取DN50
C、液相出料管取流速0.5m/s
则D4=0.063，取DN65。
4.4.1.4工艺简图
4.4.2酸洗塔单元
4.4.2.1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1.096X10-3，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
4.4.2.2设计尺寸
1塔内吸收剂用量：
填料塔回收的氨量：
664.22X1.096x10-3=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10-1mol/L，即硫酸的浓度为0.5X10-2mol/L，所用最小液体量为：
Lmin=0.364/0.5x10-1=7.28m3/h
所以（L/V）min=（7.28X1000/18）/664.22=0.609
（L/V）=2（L/V）min=1.218，即809.02kmol
吸收剂用量为7.28X2=14.56m3/h。
2塔径计算
0505
（L/V）（Pv/pL）.=1.218X18X（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,艮卩U2①屮/gX（pv/pl）卩i0.2=0.21
已知，常温下水的粘度卩i=1cP,对于水屮=1；
填料选用不锈钢鲍尔环乱堆，尺寸25X25X0.6，比表面积a=219m2/m3,空隙率0.95m3/m3,填料因子①=160m-1，堆积密度393kg/m3。
所以泛点气速U=2.91m/s
故，实际气速取泛点气速的80%，即U1=80%X2.91=2.33m/s；
因此填料塔塔径D=（V/0.785U1）0.5=（16534.23/3600/0.785Ui）=1.58m，圆整取
1.6m，贝UU1=2.286m/s；
在设计的实际气速下，U2①屮/gX（pv/pl）卩l°.2=0.13。
由横坐标0.026和纵坐标0.13查图得到填料层压降为100mm水柱/m填料
3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/a卩g）0.7（卩gpgDg）1/3（aDg/RT）（adp）-2
C----关联系数取5.23;
Wg----气体质量流速；kg/m2s
2
a----填料比表面。
219m;
卩g-----度气体粘度，Pa.s,取18.6X10-;
Dg----溶质在气相中的扩散系数。
28X10-6m2/s
acp----填料结构特性的形状系数，本文取219X0.025=5.225
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=5.23X[664.22X29/（0.785X1.62X3600）/（219X1.86X10-5）]0.7[1.86X
551/352
10/（1.165X2.8X10-5）]1/3[219X2.8X10-5/（8.314X303）]X（219X0.025）
-6
=5.23X93.484X0.829X2.434X10X0.0334
-5
=3.295X10
填料润湿表面积：
aw=aX{1-exp[-1.45（c1/c）0.75（Wl/a^l）0.1（WL2a/pL2g）°05（Wl2/pLa）0.2]}
（T1-----填料介质表面张力N/m,75dyn/cm=0.075N/m；c----液体表面张力
N/m,71.2mN/m；
卩l--------液体粘度，取0.801cP;
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