空气吹溴设备吹出塔的工艺计算.docx

空气吹溴设备吹出塔的工艺计算 李士国(山东省滨州地区盐业公司滨州市256600)内容提要 文章对利用中级卤水为原料, 用空气吹出法制溴的关键设备—— 吹出塔进行工艺计算, 并与北方海盐区几套工艺比较成熟的设备进行了参数对照关 键 词 中级卤水 空气吹溴 吹出塔 理论计算A bstrac t T h e tech no lo g ica l ca lcu la t io n o f th e b low - o u t tow e r o f b rom ine p ro duc t io n equ ipm en t f rom m ed ium b r ine by a ir b low - o u t m e tho d is m ade in th e p ap e r, A nd th e p a2 ram e te r s o f th e equ ipm en t a re com p a red w ith th a t o f th e sop h ist ica ted equ ipm en t s o f th e no r th e rn sea sa lt p ro duc t io n reg io n.Key words M ed ium b r ine B rom ine p ro duc t io n by a ir b low - o u t m e tho d B low - o u ttow e r T h eo re t ica l C a lcu la t io n1 前言 目前, 山东盐区溴素产量占全国总产量的85% 以上, 而且绝大部分是利用中级卤水为原 料, 用空气吹出法制取的。

吹出塔是该装置中的 一套关键设备, 其设计主要依据经验数据, 而从理论上进行化工计算很少, 国内刊物对这方面 的报道也不多见 通过必要的条件假定, 利用现 有的理论基础, 结合目前比较成熟的实际工艺运行情况, 对吹出塔进行理论计算, 对指导生 产, 提高溴素吹出率, 降低原料消耗等具有指导 意义, 对新建厂的工艺改进设计也有一定的参 考价值2 吹出塔主要尺寸的工艺计算2. 1 假定条件及已知参数(1) 假定设 计 溴 素 生 产 能 力 500 tƒa; 年 总 生105% 左右, 卤水被氧化后过剩的氯气已很少或 几乎没有, 溴素主要以溴分子 (B r2 ) 的形式存在 于卤水中, 并且浓度很低, 卤水的性质又较稳定, 在缺乏溴在卤水中的气液平衡数据的情况 下, 可将其视为由溴与卤水组成的理想溶液, 近 似符合拉乌尔定律及亨利定律 同样在压力不 大, 温度不高的情况下, 将空气视为理想气体 3) 10B e′ 时卤水密度 1073. 3g ƒL , 卤水平 均 分 子 量 18. 2, 20℃时, 卤 水 饱 和 蒸 气 压18mm H g, 卤水粘度 1. 246N. Sƒm 2;B r2 分子量 159. 832, 20℃时溴素饱和蒸汽 压 173mm H g; 空 气 平 均 分 子 量 2 8.8. 314N ·m ·m o l- 1·K - 1;填料因子 5 100m - 1;8 4 , 气 体 常 数 R2. 2最小气液比的计算及实际气液比的选择产 天 数 2 0 0 天 ;卤 水 浓 度 1 0 B e ′;含 溴 量0. 23gƒL ; 溴的氧化率 90% ; 吹出率 80% ; 操作 温度 20℃; 吹出塔中的填料选用直径 50mm 阶 梯环型的聚丙烯塑料填料, 对敞开式工艺, 进塔 空气中 B r2 含量当然为零; 对封闭式循环工艺,进塔空气中 B r2 含量极低, 可忽略不计。

2 ) 根 据 生 产 实 践, 配 氯 率 基 本 控 制 在图 1 吹出塔的计算示意图14海湖盐与化工第 28 卷第 1 期x 2 如图 1 所示, 是一个稳定操作状态下的吹 出塔,其中: V —— 单位时间内空气通入量, km o lƒs; L —— 单位时间内卤水通入量, km o lƒs;X 1 , X 2 —— 分别为出塔及进塔卤水中 B r2 组分摩尔比;Y 1 , Y 2 —— 分别为进塔及出塔空气中 B r2组分的摩尔比 对单位时间内进出塔的 B r2 组分作物料衡算, 则: V Y 1 + L X 2 = V Y 2 + L X 1- 5则X 2 =x = 2. 196×10 ,1-2 80% ) = 4. 392×10- 6X 1 = X 2 (1-与 X 2 相平衡的气相中 B r2 的摩尔比为,3- 4Y 2 = 9. 61X 2 = 2. 110×10,代入 (e) 式, 则得: (V ) m in = 0. 08326,L 综合考虑, 取实际空气用量为理论空气用 量的 1. 4 倍 (倍数范围 1. 1～ 2. 0) ,V则: ( L ) 实际 = 0. 1166- 4将其代入 (b ) 式: Y 2 = 1. 507×10 。

塔径的计算 吹出塔的直径 D 可用下式求得:2. 3整理得: V = X 2 - X 1(a )LY 2 - Y 1 根据假定条件 (1) , Y 1 = 0, 代入 (a ) 式得:4V s(f)D =V = X 2 - X 13600×Π×u(b )LY 2其中 u 为空塔气速, m ƒs; vs 为空气体积流量, m 3 ƒh 空塔气速一般取泛点汽速的 50%～ 85% ,根 据假定条件 ( 2) , 由相对挥发度的定义知: P B r2 P 卤水 =173而泛点汽速 u F 通常采用埃克特 E ck e r t ) 通用 关联图来计算 由假定条件, 每小时卤水处理量:(Α=18 = 9. 61 由 B r2 与卤水组成的理想溶液气液平衡方 程式为:L = ( 500 × 1000 ) ƒ( 24 × 0. 23 × 90% ×Αxy=(c)200 80% )= 629. 03 (m 3 ƒh ) 换算为质量流量:W L = 675133. 35 (k gƒh ) = 187. 54 (k gƒs) 摩尔流量:L m = 37095239. 2 (m o lƒh )1+ (Α- 1) x 其中, x , y 分别为液相、 气相中溶质 B r2 的 摩尔分率。

xy由于: X =, Y =;1- x1- y 将其代入 (c) 式, 得 Y 3 = ΑX 即: Y 3 = 9. 61X由最小气液比定义整理, 得:(d )V m又因气液比: L m = 0. 1166X 2 - X 1V(e)L m in = Y 3 -2 Y 1则空气的摩尔流量:V m = 4325304. 89 (m o lƒh ) 其质量流量:W V = 124741. 79 (k g ƒh ) = 34. 65 (k g ƒs)由 假 定 条 件 及 已 知 参 数, 卤 水 被 氧 化 后 B r2 在卤水中的摩尔分率:( 0. 23×90% ) ÷ ( 1073. 3 +x 2 =159. 83218. 2 (气体状态方程)在标准状况下 P, V = nR T0. 23×90% ) = 2. 196×10- 5 159. 832其中: n 即为空气的摩尔流量第 28 卷第 1 期海湖盐与化工15629. 03n = 4325304. 89 (m o lƒh ) ; P = 101325N ·m - 2;R = 8. 314N ·m ·m o l- 1 ·K - 1; T = 273. 15+ 20= 293. 15K 则空气的体积流量:V s = 104044. 18 (m 3 ƒh ) 所以, 空气的密度:= 46. 53 (m 3ƒm 2·h )U =Π (4. 15) 2 4 则有: U > U m in说明选择的喷淋密度是适合的。

2. 4塔高的计算 塔高主要是由填料层高度决定的, 再根据 工艺需要选择合适吹出塔附件, 如填料支承装 置, 液体分布装置, 气体进口分布装置 将其各方面因素综合考虑后才能确定整个吹出塔的高 度 由于对吹溴工艺中整个系统的基础数据研 究的比较少, 这方面的资料也少, 在合理地简化 计算的前提下, 我们采用等板高度法计算填料 层的高度 填料层高度 Z= 等板高度×理论板层数 1) 理论板层数可由 2. 1 节中所求得的已 知数据作如图 2 所示坐标图形, 其中 O E 为系 统的平衡曲线, B T 为操作线 在 B T 与 O E 之 间画阶梯求得理论板数, N T = 3. 15W v3 )Θv = V = 1. 20 (k gƒm s 又知 10B e′ 时卤水密度ΘL = 1073 (k gƒm 3 )几何填料因子 5 = 100m - 1;Θ水 = 0. 9317;卤水密度校正系数 Υ=ΘL 卤水在 20℃, 10B e′ 时粘度ΛL = 1. 246N ·Sƒm 2 ,由埃克特通用关联式:W L ( Θv ) 0. 5 = 0. 18 W v ΘL由埃克特通用关联图中的乱堆填料泛点线 可查出, 横标为 0. 18 时, 其纵标为 0. 098,0. 2 Λ2 5 7 Θv ΛL即f= 0. 098gΘL 计算得 ΛF = 2. 97 (m ƒs) 假定泛点率取 70% , 则空塔气速 u = 2. 08 (m ƒs) 将其代入 (F ) 试, 则: D = 4. 15 (m ) 下面验证一下直径 D 为 4. 15m 时的喷淋密度是否合适。

先求最小喷淋密度: U m in = (L w ) m in Ρ其中: U m in —最小喷淋密度, m 3 ƒm 2 ·h;(L w ) m in —最小润湿速率, m 3 ƒm ·h;Ρ—填料的比表面积, m 2 ƒm 3 因填料直径小于 75mm , 故取:(L w ) m in = 0. 08m 3ƒm ·h查有关资料 Ρ= 114. 2m 2ƒm 3 则 U m in = 9. 14m 3ƒm 2 ·h 又知操作条件下的喷淋密度:图 2 吹出塔的理论板数 ( 2) 等板高度的大小主要取决于填料的类 型和尺寸以及受系统物性、 操作条件及设备尺 寸的影响, 其理论计算迄今尚无满意的方法, 一 般可根据经验数据取算直径为 50mm 时的填料, 等 板 高 度 为 1m左 右, 在 填 料 层 用 于 吸 收 (脱吸) 时等板高度要大的多, 一般可按 1. 5m～16海湖盐与化工第 28 卷第 1 期关于我国海水 (含卤水) 镁砂的研究与开发徐丽君1 于廷芳2 于银亭1(1 中国科学院海洋研究所(2 山东海洋技术开发中心)丽2周仲怀1殷青岛266071)内容提要 文章论证了我国海水和卤水镁砂的研究与开发。

详述了海水与卤水镁砂的特点 特别是讨论了海水与卤水镁砂之间的区别 而且, 提出了我国海水与卤水镁砂发展意 见 它将对苦卤化学资源综合利用与海水和卤水镁砂的发展产生重要的影响关 键 词 海水 卤水 苦卤 镁砂A bstrac t T h e re sea rch and deve lopm en t o f m agne sia f rom sea w a te r and b r ine in C h ina a re dem o n st rated. T h e ch a rac te r ist ic s o f sea w a te r and b r ine m agne sia a re de sc r ibed. T h e d if2 fe rence o f m ag。