【正文】 用更可促使氨從水中溢出。在實(shí)際工程中，大多采用吹脫塔。吹脫塔的構(gòu)造一般采用氣液接觸裝置，通常以石灰作為堿劑處理，經(jīng)石灰調(diào)節(jié) PH 值后的水從塔的上部淋撒到填料上而形成水滴，而下部的煤氣鼓泡而出與水逆流接觸，完成傳質(zhì)過程，使氨由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，隨煤氣而出，完成吹脫過程。 工藝流程的選擇比較剩余氨水的處理方法如前所述，一般使用蒸氨法，然后配合生化處理，達(dá)到處理要求。本處設(shè)計(jì)使用煤氣吹脫解析法，煤氣吹脫法處理剩余氨水的工藝流程主要有兩種，主體部分大致相同：如下圖 所示，來自堿槽的堿液和從集氣管下來的經(jīng)陶瓷膜過濾器除去焦油后的 80℃左右剩余氨水混合后，于漩流式反應(yīng)器中反應(yīng)。由于有堿液的參與，在漩流式反應(yīng)器中大部分的固定銨鹽經(jīng)反應(yīng)轉(zhuǎn)換為易分解的揮發(fā)銨鹽，然后進(jìn)入吹脫塔。在吹脫塔中，煤氣分兩段鼓入，與剩余氨水逆向接觸，吹脫塔安有夾套通入蒸氣使反應(yīng)溫度保持在 80℃左右，吹脫完后的煤氣在塔的中部與冷凝水換熱，溫度降到 45℃，同時(shí)大量的飽和氨水冷凝下來，最后煤氣通過塔上部的抽霧層排出。18 / 51排出后的煤氣溫度較低，而且含的水蒸氣也較少。之后煤氣送入硫酸飽和器除氨，然后再送往粗苯工段脫除粗苯，最后送往焦?fàn)t或燃?xì)鈴S。而由吹脫塔底排除的廢液經(jīng)換熱后送往生化工段使用 A2/O 法處理。這兩種工藝的差別在于用于吹脫的煤氣的來源，如下圖 所示，a 法中的煤氣來自于粗苯工段以后。b 法的煤氣來自于粗苯前硫胺后。兩種工藝各有利弊，a 法中，煤氣比較純凈，但是此處煤氣相比 b 法中煤氣的壓力較小，而且從此處引出煤氣對(duì)硫胺和粗苯工段都會(huì)產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。b 法中，煤氣不如 a 法純凈，但是氨含量相差也不大，而且引出煤氣的壓力也會(huì)大些，只會(huì)對(duì)硫胺工段產(chǎn)生負(fù)但。所以本設(shè)計(jì)中采用 b 法。并且對(duì)于煤氣壓力不夠的情況，我們考慮在煤氣進(jìn)入吹脫塔前加入鼓風(fēng)機(jī)，以供予足夠的壓力。圖 煤氣吹脫解吸法處理剩余氨水的工藝流程圖1 吹脫解析器 2 鼓風(fēng)系統(tǒng) 3 噴淋式飽和器 4 粗笨回收系統(tǒng) 5 焦?fàn)t或燃?xì)鈴S 6 鼓風(fēng)機(jī) 7 固定銨鹽反應(yīng)器 19 / 513 設(shè)備選型與計(jì)算 概述化工設(shè)備是組成化工裝置的基本單元，也是工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。化工設(shè)備從設(shè)計(jì)的角度可以分為兩類：一類稱標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或定型設(shè)備，是成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，可以從設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)家買到，并可以從產(chǎn)品目錄或手冊(cè)中查閱其規(guī)格及牌號(hào)，例如各種泵，壓縮機(jī)，風(fēng)機(jī)，電機(jī)等；另一類稱非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或非定型設(shè)備，是化工過程需要專門設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備，是根據(jù)工藝要求，通過工藝計(jì)算及機(jī)械計(jì)算而設(shè)計(jì)的，例如反應(yīng)器，換熱器，冷凝器，貯槽，各種管道等。在化工生產(chǎn)傳質(zhì)過程中，伴隨著能量的變化，為維持在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，常有熱量的加入或放出。常用的熱源有熱水、蒸汽(低壓、高壓、過熱)、導(dǎo)熱油、道生(聯(lián)苯與二苯醚的混合物) 液體、道生蒸汽、煙道氣、電、熔鹽等。冷源有冷卻鹽水、液氨等。由于本處理工藝的反應(yīng)過程的最佳溫度為 80℃，而且煤氣進(jìn)氣分為兩段，因此吹脫塔設(shè)計(jì)為兩端夾套式，通入蒸氣保持溫度。另外為了防止煤氣溫度過高從而飽和水蒸氣中帶走過多氨，于出脫器中部設(shè)計(jì)一段冷凝段，將煤氣溫度降低到 45℃左右。通過文獻(xiàn)查閱可知，熱源使用飽和蒸汽，冷源采用冷卻水。飽和蒸汽的冷凝潛熱大，熱利用率高，溫度易于控制調(diào)節(jié)；冷卻水是最普遍的冷卻劑，使用設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，廉價(jià)。在夾套中飽和蒸汽加熱時(shí)從上部進(jìn)入，從下部出冷凝水；冷卻水從下部進(jìn)入從上部出，有利于充分的換熱。而且由于剩余氨水和堿液都有較強(qiáng)的腐蝕性，應(yīng)此選用不銹鋼?；み^程中進(jìn)行傳質(zhì)就涉及到各種物料的輸送。輸送液體的設(shè)備較多采用的是泵，輸送氣體的設(shè)備有通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵，輸送固體的設(shè)備較多，有起重設(shè)備、倉儲(chǔ)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、給料設(shè)備、破碎設(shè)備及計(jì)量包裝設(shè)備等等。在剩余氨水處理工藝中有液態(tài)剩余氨水，固體堿料，還有吹脫用的煤氣。因此三種物料的輸送設(shè)備均要用到。各種輸送設(shè)備的形式都很多，需要根據(jù)物料的性質(zhì)來選擇。這些設(shè)備的選擇可以根據(jù)后續(xù)的物料衡算情況查閱手冊(cè)，有標(biāo)準(zhǔn)類型可以選擇。根據(jù)本剩余氨水處理工藝的初步設(shè)計(jì)，需要使用兩種儲(chǔ)罐，分別是堿儲(chǔ)罐和廢液儲(chǔ)罐。由于碳酸鈉有強(qiáng)堿性，堿槽要能耐腐蝕，因此選用的材質(zhì)也是不銹鋼。儲(chǔ)存處理后廢液的儲(chǔ)罐，廢液腐蝕性不強(qiáng)，含氨量也不大，考慮到經(jīng)濟(jì)成本，可以選用 45 號(hào)鋼。具體的儲(chǔ)罐大小的設(shè)計(jì)在后續(xù)的計(jì)算中有詳細(xì)的步驟。在工藝設(shè)計(jì)中要完成物料的傳輸過程，必須用到各種各樣不同規(guī)格的管道系統(tǒng)。根據(jù)該剩余氨水處理工藝的情況，在輸送物料過程中，物料性能和物料量的不同對(duì)管道的要求不一樣，要根據(jù)物料的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。20 / 51 物料衡算物料衡算是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，運(yùn)用質(zhì)量守恒定律對(duì)生產(chǎn)過程中輸入輸出的物流量及組分進(jìn)行計(jì)算得到，可以用來確定設(shè)備的尺寸及規(guī)格。由前面的計(jì)算可知剩余氨水的年最大處理量為 萬噸，全年以 365 天計(jì)。天處理量為： 247。365＝364 噸/天＝采用連續(xù)的間歇式操作，根據(jù)中試研究得到吹脫時(shí)間為 120min，氣液比為600：1 可以得到，由文獻(xiàn)[1] 查得得剩余氨水的密度為 986kg/m3剩余氨水量為： 247。＝ m 3/h煤氣用量為： 247。104600＝10 3m3/h 熱量衡算由于化工生產(chǎn)過程中伴隨著大量的能量把變化，為了維持在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，需要對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行熱量衡算。該化工過程涉及到大量的熱量傳遞，有加熱過程和冷卻過程。加熱介質(zhì)是飽和蒸汽，冷卻介質(zhì)是冷卻水。已知：進(jìn)氣量＝10 3m3 進(jìn)氣平均溫度：80℃ 出氣平均溫度：45℃表 干煤氣的總熱量和水氣含量 [7]溫度 80℃ 45℃熱含 千卡/米 3 水汽含量 克/米 3 計(jì)算：熱量 Q＝10 4（－）＝ 104 千卡/時(shí)冷凝量 g＝10 4（－）＝10 4 公斤/時(shí)冷卻水量 G＝ = 米 3/時(shí)4(.)101(?? ――冷凝液平均溫度冷凝水 16℃ 35℃煤氣 45℃ 80℃溫度差 29℃ 45℃21 / 51℃???冷卻面積 QFKt??（）由文獻(xiàn)[5]查得，取 K＝600 千卡/米 2℃則冷卻面積 ＝ 2?? 設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算 吹脫器的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)本工藝之前，我們進(jìn)行了煤氣吹脫解析法處理焦化氨水的中試試驗(yàn)。中試所得到的試驗(yàn)結(jié)果可以作為我們工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)，而中試中吹脫器的設(shè)計(jì)可以作為我們工藝中吹脫器設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)王光華老師的專利，以及試驗(yàn)的具體要求我們的設(shè)計(jì)如附圖 CTQ03—01 。塔體主要分為兩個(gè)部分，主體吹托部分和冷凝部分。為了保證煤氣和剩余氨水的充分接觸，煤氣進(jìn)口我們定為兩段。一段在塔底，一段在塔的中部。為了便于試驗(yàn)，我們考慮加上了液面計(jì)開口管，溫度計(jì)開口管。為了保證反應(yīng)溫度，我們?cè)诖低胁糠值耐搀w外加上了夾套。流量的調(diào)節(jié)和壓力的測(cè)量我們?cè)诿簹膺M(jìn)入吹脫器之前安上流量計(jì)和壓力表。這套裝置對(duì)于中試試驗(yàn)還比較成功。因此以附圖 CTQ03—01 為參考，我們對(duì)吹脫器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。初步的設(shè)計(jì)如附圖CTQ02—01 所示，依照具體的工藝要求將附圖 CTQ03—01 所示的吹脫器進(jìn)行了放大。本設(shè)計(jì)方案中塔體分為裙座，吹脫塔體，冷凝塔體，封頭四個(gè)部分。裙座和封頭部分依塔徑選擇，吹脫塔體附帶氣體吹脫盤，液體分布盤，夾套；冷凝塔體采用蛇管式。為了達(dá)到冷凝效果，將冷凝的蛇管設(shè)計(jì)為附圖 CTQ02—02 所示。但是隨著對(duì)參考文獻(xiàn)的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)初步設(shè)計(jì)的吹脫器存在著一些問題。例如塔體直徑選擇過大（DN＝2022mm） ，而致使一些配套設(shè)備沒有可供選擇的型號(hào)，冷凝部分采用的是蛇管式，為了達(dá)到冷凝效果，導(dǎo)致冷凝塔體部分過高。另外，中試試驗(yàn)也揭示了一些問題，如實(shí)際操作中，高氨水蒸汽在冷凝筒體部分并不能完全冷凝，試驗(yàn)的效果和煤氣吹脫盤的設(shè)計(jì)有很大的聯(lián)系等等。由此我們?cè)诟綀D附圖 CTQ02—01 的基礎(chǔ)上對(duì)吹脫器的設(shè)計(jì)又做了稍許的改動(dòng)，塔徑約微改小，取 DN＝1800mm，冷凝筒體部分設(shè)計(jì)為長方體和兩端的圓筒部分采用圓22 / 51弧連接。冷凝管采用列管式，這樣能在保證冷凝效果的基礎(chǔ)上減小冷凝筒體的高度。同時(shí)在塔頂加入了抽霧層，減少氣體的夾帶，保證吹脫效果。同時(shí)對(duì)煤氣進(jìn)氣盤，和氨水分布盤做了較細(xì)致的設(shè)計(jì)，在環(huán)形鋼管上加上一些蓮蓬頭，再在蓮蓬頭上開小孔，盡量使氣液混合均勻。具體設(shè)計(jì)如下述：本設(shè)計(jì)中吹脫器塔體分為裙座，吹脫塔體，冷凝塔體，抽霧層，封頭五個(gè)部分。裙座和封頭部分依塔徑選擇；吹脫塔體附帶氣體吹脫盤，液體分布盤，夾套；抽霧層采用填料式；冷凝塔體采用列管式。具體計(jì)算如下。（1）筒體，封頭，反應(yīng)器底的形式根據(jù)剩余氨水處理工藝以及主要設(shè)備工藝的比較分析，選擇的吹脫器屬于夾套的低壓反應(yīng)釜類型，根據(jù)容器設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，采用圓柱形筒體和橢圓形封頭的形式。反應(yīng)器底選用平底結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠降捉Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。（2）確定吹脫部分筒體和封頭的尺寸估算容器盛裝物料的容積：反應(yīng)器的有效容積可以用下式來計(jì)算： VR=V0 ?（）式中： VR――反應(yīng)器的有效容積，m 3；V0－－平均每小時(shí)加入物料的體積，m 3/h；――每批操作所需的時(shí)間，h?由于吹脫時(shí)間為 120min，由此可得： ＝2h V0＝ m 3/h ? VR=V0 ＝2＝ m 3由上可見，算出每批加入物料容積很大，當(dāng)采用一個(gè)反應(yīng)器時(shí)，常常會(huì)因反應(yīng)容積大造成物料攪拌不均勻，同時(shí)還會(huì)因反應(yīng)器內(nèi)溫度不均勻而引起較多的副反應(yīng)，這時(shí)就需要采用幾個(gè)較小的反應(yīng)器，這里我們選用兩個(gè)反應(yīng)器即 每個(gè)吹脫器的吹脫部分體積 Vg= VR247。2= m3根據(jù)文獻(xiàn)[5]，物料在反應(yīng)過程中要起泡或呈沸騰狀態(tài)，應(yīng)考慮裝料系數(shù) η，此處選為 η=。 η*g?（） 式中：V ―― 反應(yīng)釜的體積，m 3；Vg ―― 反應(yīng)釜中物料的體積，m 3；η ―― 裝料系數(shù)故有 V=Vg247。η=247。=設(shè)圓筒部分容積為 V，筒體的內(nèi)徑為 Di，筒體高度為 H。23 / 51由于 HDi41 V2??（） 取 Di =1800mm則有 ＝ ?得 H＝ 取整得 H＝封頭根據(jù)筒體直徑 Di 的形式按標(biāo)準(zhǔn)選取，選擇最常用的橢圓形封頭，其標(biāo)準(zhǔn)為JB /T472994。由文獻(xiàn)[5]查得，公稱直徑 DN(mm)=1800 時(shí)，曲邊高度 h1=450 mm，直邊高度h2=40 mm，內(nèi)表面積 Fi= m2，容積 Vh=。符合要求。 （3）確定夾套的直徑和高度由文獻(xiàn)[4]得夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系，得到筒體 Di=1800mm 時(shí)取直徑Dj=Di+100=1900 mm。夾套的主要結(jié)構(gòu)型式有整體夾套、型鋼夾套、半管夾套、蜂窩夾套和螺旋板蜂窩式夾套等。根據(jù)剩余氨水處理工藝條件，煤氣的進(jìn)口管分兩段式進(jìn)入，所以不能采用傳統(tǒng)的 U 型整體式夾套，而是如附圖 CTQ01－02 所示采用分段式夾套。這種夾套是在圓筒部分包有夾套，傳熱面積大，是最常用的結(jié)構(gòu)。為了有利于傳熱，當(dāng)夾套用飽和蒸汽加熱時(shí)，蒸汽從夾套上部進(jìn)入，底部排出冷凝水；當(dāng)夾套用冷卻介質(zhì)冷卻時(shí)，冷卻水從夾套的底部進(jìn)入，從夾套的上部排出。夾套的翻邊部分，允許采用焊接領(lǐng)環(huán)的辦法來代替。領(lǐng)環(huán)的直邊長度不得小于三倍的夾套壁厚。表 夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系 [4]Di 500~600 700~1800 2022~3000Dj Di+50 Di+100 Di+200由于煤氣的進(jìn)口管是分兩段進(jìn)氣，則夾套的高度要考慮筒體的高度，進(jìn)氣管寬度，溫度計(jì)，窺鏡，液面計(jì)，壓力計(jì)，等諸多因數(shù)，如附圖 CTQ01－02 所設(shè)計(jì)，取夾套上部與筒體頂部的距離 H1＝450mm，夾套下部與筒體底部的距離 H2＝250mm，兩夾套之間的距離 H3＝800mm。則夾套的高度 Hj＝（H－H1－H2－H3）247。2 （）＝（7500－450－250－800）247。2＝3000mm（4）冷凝筒體部分計(jì)算冷凝塔部分使用列管，整個(gè)塔體設(shè)計(jì)為長方體，底面棱長 Lp 為 1500mm。冷凝部分采用 25 的鋼管。24 / 51選定了管子的規(guī)格后，可由下式來求出單程所需的管子數(shù)目： 24iVsndu??（）式中： n――單程管子數(shù)目； ――管內(nèi)流體的體積流量，m 3/s；Vs u――管內(nèi)流體的適宜流速，m 3/s； i――管子內(nèi)徑，md由文獻(xiàn)[2]取 u＝得所需管子數(shù)目 n＝ ＝372 ?由上述估算得管子數(shù)目又可以計(jì)算出單程管束長度：