氨吹脱塔单元设计示例Word格式文档下载.docx
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塔的有效高度Z
根据Drickanmer-Bradfood法:
ET=0.17-0.616lgμ
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ET=0.17-0.616lgμ=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)×
0.45=7.65m
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)0.5=1/2952.54(1000/1.165)0.5=9.923×
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)0.2=0.08(71.2/20)0.2=0.103;
最大空速的确定:
Umax=C(ρL-ρv/ρv)0.5;
=0.103{(1000-1.165)/1.165}0.5=3.016m/s;
实际流速确定=Umax×
0.8=2.41m/s;
所以D={(4×
16534.23/3600)/(3.14×
2.41)}0.5=1.56m,
圆整后取1.6m。
实际取堰长Lw为0.7×
1.6=1.12m;
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=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
实际泛点百分率为:
un/Umax=2.504/3.016=83%
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×
(5.6/1.12)2/3=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=n1×
Ak=(1158000/t2)Ak=5867.2,取开孔数5868个。
塔压降
a干板压降Hd
Hd=0.051×
(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
(rg/rL)
孔速u0=V/Aa=16534.23/3600/(1.14×
0.145)=27.785m/s。
由有效区的开孔率=0.9069(do/t)2=0.145和δ/d=3/6=0.5
塔板的开孔率φ=开孔截面积/(塔截面积-降液区面积)=1.14×
0.145/(2.01-2×
0.176)=0.0997
查图得出C0=0.73
图干板孔流系数
故Hd=0.051×
(rg/rL)=0.051×
(27.785/0.73)2×
(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(AT-2Af)计算气体速度:
u=V/(AT-2Af)=16534.23/3600/(2.01-2×
0.176)=2.77m/s;
相应的气体动能因子F=U(ρv)0.5=2.77×
(1.165)0.5=2.99
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)=0.57×
(0.05+0.009)=0.0336m液柱
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=9.923×
10-3和泛点百分率为0.83,由图可以查的ψ=0.35
图液沫夹带关联线
故ev=(ψ/1-ψ)×
[L/V×
(ρL/ρv)0.5]=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=[(16534.23/3600)/(0.785×
20)]0.5=0.484m。
取DN500
B、液相进料管取流速为1m/s
则D3=(5.6/3600/0.785/1)0.5=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1.096×
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
4.4.2.2设计尺寸
塔内吸收剂用量:
填料塔回收的氨量:
664.22×
1.096×
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10-1mol/L,即硫酸的浓度为0.5×
10-2mol/L,所用最小液体量为:
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
吸收剂用量为7.28×
2=14.56m3/h。
塔径计算
(L/V)(ρv/ρL)0.5=1.218×
18×
(1.165/1000)0.5/29=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)μl0.2=0.21
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=219m2/m3,空隙率0.95m3/m3,填料因子Φ=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%×
2.91=2.33m/s;
因此填料塔塔径D=(V/0.785U1)0.5=(16534.23/3600/0.785U1)=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)μl0.2=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
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)0.7(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-----度气体粘度,Pa.s,取18.6×
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×
0.025=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=5.23×
[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×
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
填料润湿表面积:
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=664.22×
3600)=2.663kg/m2·
s
WL=14.56×
1000/(0.785×
3600)=2.01kg/m2·
s。
=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×
1.04×
1.276×
1.593×
0.113]
0.293
=64.113
所以aw=64.113m2/m3
Ky×
a=PKg×
aw=101.325×
3.295×
10-5×
64.113=0.214kmol/m3s·
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=G/Kya=664.22/[(0.785×
1.62)×
3600×
0.214]=0.429
化学吸收,所以m=0
传质单元数NOG=ln[(1-mG/L)(Y1-mX1)/(Y2-mX1)+mG/L]/(1-mG/L)=4.61
填料层高度Z=HOG×
NOG=0.429×
4.61=1.97m
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)0.5
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
G=664.22×
find找出foundfoundW=14.56×
swear发誓sworeswornScG=μ/ρd=1.86×
10-5)=0.57
have/has有hadhad所以HG=0.557×
2.6630.32×
2.01-0.51×
0.570.5=0.4027m
因此Z=HOG×
NOG=0.4027×
4.61=1.86m
擦亮shinedshined考虑到工程应用的要求,设计取填料层高度为3m;
dream做梦dreamed/dreamtdreamed/dreamt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
have/has有hadhad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,
begin开始beganbegun布液点数为:
n=0.785×
1.42×
60=92.316≈121点
sink下沉sank/sunksunk/sunkenB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。
find找出foundfoundC填料压紧装置采用床层限定板
spin旋转spun/spanspunD采用丝网除沫器,150mm厚。
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