摘 要：根據(jù)吸收塔原理，本研究以水為吸收溶劑吸收和凈化含氨廢氣。其間通過計(jì)算演示，設(shè)計(jì)填料塔塔徑、填料層高度和填料層壓差。研究結(jié)果表明，廢氣通過設(shè)計(jì)的填料塔后，人們可以用水吸收和回收氨，同時(shí)廢氣實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，這對同行有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：含氨廢氣;設(shè)計(jì)條件;塔徑;填料層高度;填料層壓差

隨著汽車的日益普及，汽車尾氣已成為一種嚴(yán)重的社會公害，所造成的污染成為日益突出的問題。這推動(dòng)了汽車尾氣凈化處理行業(yè)的發(fā)展，人們積極探索用稀土催化材料凈化汽車尾氣。該行業(yè)大量使用氨水作為沉淀劑，使氨的消耗高，同時(shí)帶來了氨氣污染嚴(yán)重的問題[1]。目前，廠家多采用先進(jìn)的吸收單元與電化學(xué)電池雜交處理和可實(shí)現(xiàn)氨轉(zhuǎn)化的反應(yīng)器等法來處理含氨廢氣。這樣能徹底清除氨，但對大量的氨沒有進(jìn)行回收。事實(shí)上，氨回收采用填料塔吸收和硫酸吸收合用的方法，就可以徹底解決氨水耗量大和環(huán)境污染的問題[2]。填料塔結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和檢修，操作范圍大，工廠應(yīng)首選水洗吸收塔回收氨。其工藝特點(diǎn)為：氨廢氣被填料塔水大部分吸收，極其少量未吸收的氨氣被硫酸吸收塔徹底吸收。整個(gè)水洗系統(tǒng)維持在20 ℃，以降低整體溫度，減少氨對應(yīng)的蒸汽壓，而硫酸塔則保證排放廢氣中不存在氨[3]。在工廠有越來越多的技術(shù)選擇的背景下，人們要更多地回顧經(jīng)典的化工技術(shù)，對現(xiàn)有企業(yè)工藝進(jìn)行改造，避免浪費(fèi)。因此，企業(yè)首先應(yīng)該啟用那些廉價(jià)又高效的方案。

1 含氨廢氣吸收塔工藝的收集條件

吸收塔由塔殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承、再分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，為防腐蝕，建議選用PVC塑料制造，填料選用選用直徑25 mm的塑料鮑爾環(huán)[4]。收集條件是吸收塔設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，而進(jìn)行正確計(jì)算所需的廢氣收集條件如表1所示?！稛o機(jī)化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31573—2015）要求，氨氣排放值不得大于10 mg/m3[5]。

2 塔徑的確定

在計(jì)算塔徑時(shí)，現(xiàn)有老工廠直接采用空塔速度0.5～1.2 m/s來算。這樣的計(jì)算方法和正規(guī)空塔速度取0.6～0.8 m/s（泛點(diǎn)速度）的方法相差30%，過于浪費(fèi)。下面會演示如何計(jì)算合適的塔徑。

本次建議采用氣體自塔底進(jìn)入、液相自塔頂經(jīng)分布器進(jìn)入的逆流操作，以達(dá)到最大的傳質(zhì)推動(dòng)力和最高的吸收氨與凈化空氣的效果。

在規(guī)整填料與散裝填料之間，建議采用更經(jīng)濟(jì)的散裝填料，今后工廠會有擴(kuò)能工作，可以將散裝填料改成規(guī)整填料。填料材質(zhì)為PVC，以適應(yīng)氨水的堿性腐蝕性。

泛點(diǎn)速度是所設(shè)計(jì)填料塔通過能力的上限，空塔速度取泛點(diǎn)速度的60%～80%為宜，本次設(shè)計(jì)取70%泛點(diǎn)速度為空塔速度，并以此確定塔徑。泛點(diǎn)空塔氣速與其他參數(shù)的關(guān)系式為：

式中，uF為泛點(diǎn)空塔氣速，m/s;g為重力加速度，m/s2;a/e3為干填料因子，m-1，其中，a為填料比表面積，e為填料空隙率;γg、γL為氣相、液相密度，kg/m3;μL為液相黏度，mPa·s;A為常數(shù);L、G為液相、氣相流量，kg/h。

氨進(jìn)塔氣相摩爾比（v/v）為0.037 368 8 mol/mol。入塔空氣量為1002.467 kmol/h。無機(jī)化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB31573-2015要求氨排放值為10 mg/m3。相平衡常數(shù)m=71.94kPa。

吸收劑為水，因?yàn)樾枰厥蘸彼Ｐ迈r水含氨為0。催化劑行業(yè)生產(chǎn)中每小時(shí)對氨溶液需求十分大，考慮采用純水做吸收劑一次性吸收完善后排出使用。

已知最小液氣比為0.709 744 898，而操作液氣比為最小液氣比的1.25～2.00，選取最小液氣比倍數(shù)1.8，經(jīng)計(jì)算，液氣比為1.277 540 817。各類填料的吸收因子如表2所示，得A=0.0942。

將相關(guān)參數(shù)帶入式（3）可得，填料層高度為4.38m?？紤]5m，將填料層粉為2段，每段2.5米，每段填料上有液體分布器。

4 填料層壓差的確定

采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降。

4.1 橫坐標(biāo)的計(jì)算

計(jì)算橫坐標(biāo)時(shí)，入塔空氣量G為28638.20546kg/h，液體量L為23052.4662kg/h，廢氣密度γg為1.18757969 kg/m3，液體密度為998.2kg/m3。

5 結(jié)論

氨吸收塔塔徑為2.4m，塔填料層高為5米，液氣比1.277，采用純水吸收用以回收氨。吸收塔在現(xiàn)有工廠試車后情況良好。因?yàn)閮艋蟮膹U氣含氨已經(jīng)非常少了，后續(xù)作為安保的硫酸塔可以使用超過半年時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國石化集團(tuán)上海工程有限公司編：化工設(shè)計(jì)手冊，化學(xué)工業(yè)出版社2009.6：466-500.

[2]付家新.化工原理課程設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，2016.7，138-266

[3]陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，潘鶴林編：化工原理下，化學(xué)工業(yè)出版社 2015.5 1-45

[4]Atmos.Chem.Phys.，15，4399–4981，2015www.atmos-chem-phys.net/15/4399/2015/

[5]doi：10.5194/acp-15-4399-2015? Author（s） 2015. CC Attribution 3.0 License ?page 4410

作者簡介：

杜桔琴（1970—），女，本科，工程師，研究方向：化學(xué)工程設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)管理，現(xiàn)場施工管理。