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NH

3

-N约为2.5g/kg（2.5g/L），即摩尔分率为0.0026。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30℃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。

①实际气液比

（G/L）min=(X1-X2)/(Y2e-Y1)=(0.0026×90%)/(0.0026×0.7592)=1.186 （G/L）=(1.1-2)×（G/L）min=1.8×1.186=2.135 (取系数为2)

所以G=2.135×311.11×29/1.165=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=S N+1-S/S N+1-1

0.0026×90%/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)=1.096×10-3；

③塔的有效高度Z

根据Drickanmer-Bradfood法：E

T

=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E

T

=0.17-0.616lgμ=0.169

实际板数N=N

T /E

T

=23.66 取24

同时取板间距为450mm

故Z=(18-1)×0.45=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），进气管径40mm。

⑤塔径的确定

F LV =L/V×(ρ

L

/ ρv)0.5=1/2952.54 (1000/1.165)0.5=9.923×10-3；

取板间距H

T=

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(ρ

L

-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，A

f /A

T

=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：

A

T

=3.14×1.62/4=2.01m2；

A f =0.0878×A

T

=0.176 m2；

A n = A

T

- A

f

=1.834 m2；

u n =V/A

n

=16534.23/3600/1.834=2.504m/s

实际泛点百分率为：u

n / U

max

=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，

堰上液上高度h

ow =2.84/1000×E×(L

h

/L

w

)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h

L

=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A

k

=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%A

k

=1.14

则筛板开孔数为n=n1×A

k =(1158000/t2) A

k

=5867.2，取开孔数5868个。

⑦塔压降

a干板压降Hd

Hd=0.051×(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=0.051×(u

0/C

)2×(r

g

/r

L

)

孔速u

=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