最新氨吹脱塔单元设计示例Word格式文档下载.docx
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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
(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
Hd=0.051X(u0/C0)2X(rg/rL)
孔速u0=V/Aa=16534.23/3600/(1.14X0.145)=27.785m/s。
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
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
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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