氨回收吸收塔的改進分析

摘 要：根據吸收塔原理，本研究以水為吸收溶劑吸收和凈化含氨廢氣。其間通過計算演示，設計填料塔塔徑、填料層高度和填料層壓差。研究結果表明，廢氣通過設計的填料塔后，人們可以用水吸收和回收氨，同時廢氣實現達標排放，這對同行有一定的借鑒作用。

關鍵詞：含氨廢氣;設計條件;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重的社會公害，所造成的污染成為日益突出的問題。這推動了汽車尾氣凈化處理行業的發展，人們積極探索用稀土催化材料凈化汽車尾氣。該行業大量使用氨水作為沉淀劑，使氨的消耗高，同時帶來了氨氣污染嚴重的問題[1]。目前，廠家多采用先進的吸收單元與電化學電池雜交處理和可實現氨轉化的反應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行回收。事實上，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境污染的問題[2]。填料塔結構簡單，便于制造和檢修，操作范圍大，工廠應首選水洗吸收塔回收氨。其工藝特點為：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。整個水洗系統維持在20 ℃，以降低整體溫度，減少氨對應的蒸汽壓，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選擇的背景下，人們要更多地回顧經典的化工技術，對現有企業工藝進行改造，避免浪費。因此，企業首先應該啟用那些廉價又高效的方案。

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[4]。收集條件是吸收塔設計的重要內容，而進行正確計算所需的廢氣收集條件如表1所示?！稛o機化學工業污染物排放標準》（GB 31573—2015）要求，氨氣排放值不得大于10 mg/m3[5]。

2 塔徑的確定

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

本次建議采用氣體自塔底進入、液相自塔頂經分布器進入的逆流操作，以達到最大的傳質推動力和最高的吸收氨與凈化空氣的效果。

在規整填料與散裝填料之間，建議采用更經濟的散裝填料，今后工廠會有擴能工作，可以將散裝填料改成規整填料。填料材質為PVC，以適應氨水的堿性腐蝕性。

泛點速度是所設計填料塔通過能力的上限，空塔速度取泛點速度的60%～80%為宜，本次設計取70%泛點速度為空塔速度，并以此確定塔徑。泛點空塔氣速與其他參數的關系式為：

式中，uF為泛點空塔氣速，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;L、G為液相、氣相流量，kg/h。

氨進塔氣相摩爾比（v/v）為0.037 368 8 mol/mol。入塔空氣量為1002.467 kmol/h。無機化學工業污染物排放標準GB31573-2015要求氨排放值為10 mg/m3。相平衡常數m=71.94kPa。

吸收劑為水，因為需要回收含氨水。新鮮水含氨為0。催化劑行業生產中每小時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1.8，經計算，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。

將相關參數帶入式（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通用關聯圖計算填料層壓降。

4.1 橫坐標的計算

計算橫坐標時，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。吸收塔在現有工廠試車后情況良好。因為凈化后的廢氣含氨已經非常少了，后續作為安保的硫酸塔可以使用超過半年時間。

參考文獻：

[1]中國石化集團上海工程有限公司編：化工設計手冊，化學工業出版社2009.6：466-500.

[2]付家新.化工原理課程設計，化學工業出版社，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，化學工業出版社 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：化學工程設計以及設計管理，現場施工管理。