…
氨吹脱塔单元
设计说明
设计采用循环空气吹脱，气液比可取1500-3000，取3000。
设计尺寸
（1）吹脱塔的计算
已知沼液中NH
3
-N约为kg（L），即摩尔分率为。入吹脱塔的沼液流量为，即为h，设定回收率为90%。同时在和30℃时，该氨水稀溶液的氨分压为，故亨利系数E为，m=/=。
30℃空气的分子量为29，密度m3。
①实际气液比
|
（G/L）min=(X1-X2)/(Y2e-Y1)=×90%)/×=
（G/L）=×（G/L）min=×= (取系数为2)
所以G=××29/=，即为h。
故实际气液比（体积比）为：
（G/L）v==
②理论板数确定
吸收因子A=L/mG=，即脱吸因子S=A-1=
N理论：X1-X2/X1-0=S N+1-S/S N+1-1
/
×90%/=+/+1-1)
所以N=，取N=4
气相中氨的摩尔分率Y2=(X1-X2)/(G/L)=×10-3；
③塔的有效高度Z
根据Drickanmer-Bradfood法：E
T
=，进料液体的摩尔粘度μ为（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）
故E
T
=
实际板数N=N
T /E
T
= 取24
同时取板间距为450mm
·
故Z=(18-1)×=
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
F LV =L/V×(ρ
L
/ ρv)=1/ (1000/=×10-3；
取板间距H
T=
；
/
图筛板塔的泛点关联图查图得C20=,
对数值进行修正C=C20(σ/20)=20)=；
最大空速的确定：Umax=C(ρ
L
-ρv / ρv)；
={（）/}=s;
实际流速确定= Umax×=s；
所以D={(4×3600)/×}=，
圆整后取。
%
实际取堰长Lw为×=；则下液管宽度wd=，A
f /A
T
=。（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：
A
T
=×4=；
A f =×A
T
= m2；
A n = A
T
- A
f
= m2；
u n =V/A
n
=3600/=s
实际泛点百分率为：u
n / U
max
==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=。
采用垂直弓形降液管和普通平底受液盘，
堰上液上高度h
ow =1000×E×(L
h
/L
w
)2/3=1000×2/3= 取。(一般情况下，液流收
缩系数取1)
板式清液层高度h
L
=+=。
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==15mm，筛板取不锈钢塔板,厚度为3mm。
下液管宽度wd==。安全区ws=，无效区wc=。
开孔区面积A
k
=2[x(r2-x2)+r2arcsin(x/r)]=
|
其中x=（D/2）－（wd+ws）= r=（D/2）－wc=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%A
k
=
则筛板开孔数为n=n1×A
k =(1158000/t2) A
k
=，取开孔数5868个。
⑦塔压降
a干板压降Hd
Hd=×(u
0/C
)2×(r
g
/r
L
) ×[1-(A
/A
k
)2]
u
---筛孔气速，m/s；
C
---筛孔的气体流量系数；
r g 、r
L
---气相、液相密度；
.
A 0、A
k
---筛孔面积、开孔区面积。
由于一般(A
0/A
k
)2项很小，可简化计算
Hd=×(u
0/C
)2×(r
g
/r
L
)
孔速u
=V/Aa=3600/×=s。
由有效区的开孔率=（do/t）2=和δ/d=3/6=
塔板的开孔率φ=开孔截面积/（塔截面积-降液区面积）=××=
查图得出C
=
\
图干板孔流系数
故Hd=×(u
0/C
)2×(r
g
/r
L
) =×（）2×1000)=液柱
b有效液层阻力h
b
堰上液上高度h
ow
取；
按面积（A
T -2A
f
）计算气体速度：u=V/( A
T
-2A
f
)= 3600/×=s；
相应的气体动能因子F=U（ρ
v
）=×=查图，可得液层充气系数β=。
"
图充气系数和动能因子F
a
间的关系
所以液层阻力h
L =β(h
w
+h
ow
)=×+=液柱
c总压降
H总=（+）×24=水柱，即为。
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F
LV
=×10-3和泛点百分率为，由图可以查的ψ=【
图液沫夹带关联线
故e
v =(ψ/1-ψ) ×[L/V×(ρ
L
/ ρv)]=＜(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D
2
=[（3600）/（×20）]=0. 484m。取DN500
B、液相进料管取流速为1m/s
`
则D
3
=3600/1)= 取DN50
C、液相出料管取流速s
则D4=，取DN65。
工艺简图
酸洗塔单元
设计说明
!
已知进塔气体（含有氨，其余为空气）流量，即为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
设计尺寸
①塔内吸收剂用量：
填料塔回收的氨量：××10-3=h；
有化学反应可知：
2NH
3+H
2
SO
4
(NH
4
)
2
SO
4
所以回收全部氨消耗的硫酸量为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×10-2mol/L，所用最小液体量为：
/
Lmin=×10-1=h
所以（L/V）min=（×1000/18）/=
（L/V）=2（L/V）min =，即
吸收剂用量为×2=h。
②塔径计算
（L/V）(ρ
v /ρ
L
)=×18×1000)29=。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，即U2ΦΨ/g×(ρ
v /ρ
L
) μ
l
=
已知，常温下水的粘度μ
l
=1cP，对于水Ψ=1；
填料选用不锈钢鲍尔环乱堆，尺寸25×25×，比表面积a=219m2/m3，空隙率m3，填料因子Φ=160m-1，堆积密度393kg/m3。
所以泛点气速U=s
故，实际气速取泛点气速的80%，即U
1
=80%×=s；
因此填料塔塔径D=(V/=3600/=，圆整取，则U
1
=s；
在设计的实际气速下，U2ΦΨ/g×(ρ
v /ρ
L
) μ
l
=。
由横坐标和纵坐标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(W
g /aμ
g
)(μ
g
/ρ
g
D
g
)1/3(aD
g
/RT)(ad
p
)-2
C----关联系数取；
W
g
----气体质量流速；kg/m2s
a----填料比表面。219m2；
\
μ
g-----度
气体粘度，，取×10-6；
D
g
----溶质在气相中的扩散系数。28×10-6m2/s
ad
p
----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= ×[×29/××3600)/（219××10-5）][×10-5/××10-5)]1/3[219××10-5/×303)] ×(219×-2
=××××10-6×
=×10-5
填料润湿表面积：
】
a
w =a×{1-exp[(σ1/σ)(W
L
/ aμ
L
) (W
L
2a/ρ
L
2g)（W
L
2/ρ
L
a）]}
σ1-----填料介质表面张力 N/m，75dyn/cm=m；σ----液体表面张力N/m，m；
μ
L--------
液体粘度，取；
表不同填料介质的表面张力
计算如下：
W
g
=×29/××3600)=m2·s
W
L=
×1000/××3600)= kg/m2·s。
《
a w =a×{1-exp[(σ1/σ)(W
L
/ aμ
L
) (W
L
2a/ρ
L
2g)（W
L
2/ρ
L
a）]}
=219×{1-exp[×(75/ ×[(219××10-3)] ×[219×2/10002×]×
[2/(1000×219]
=219×{1-exp[××××]
=219×
=
所以a
w
=m3
Ky×a=PKg×aw=××10-5×=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H
OG
=G/Ky a=[××3600×]=
化学吸收，所以m=0
传质单元数N
OG
=ln[(1-mG/L)(Y1-mX1)/(Y2-mX1)+mG/L]/(1-mG/L)=
填料层高度Z=H
OG ×N
OG
=×=
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H
G =αGβ Wγ(Sc
G
)
直径25mm的鲍尔环的αβγ系数近似以拉西环来计算，分别为、、-0、51，如下表
G=×29/××3600)=m2·s
W=×1000/××3600)= kg/m2·s。
Sc
G
=μ/ρd=×10-5/××10-5)=
所以H
G =×因此Z= H
OG
×N
OG
=×=
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。
④塔体附件选取
A液体分布器选取槽式分布器（由于塔径）；
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，塔径为时，布液点数为： n=××60=≈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。