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废水脱氨工艺设计第三组

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-03-03 15:54
tags:

-

2021年3月3日发(作者:ned)





北京化工大学



化学工程学院







设计说明书





“化工设计”课程作业)







题目:废水脱氨工艺设计



班级:化工


0708


组长:张






200711234


组员:于






200711223


陈一珲



200711238







200711242







200711247


指导教师:纪培军








2010



12



1








北京化工大学



化工设计说明书









1.


工艺 设计基础……………………………………


2


1.1


设计依据??????????????????


2


1.2


装置组成及名称???????????????


2


1.3


原料、化学品的性质及技术规格??????? ?


2


2.


工艺说明………………… ………………………


4



2.1


生产方法、工艺技术路线及工艺特点??????


4



2.2


工艺流程说明?????? ??????????


5


3.


工艺 计算及主要设备设计……………………


6


3.1


换热器热量衡算以及工艺设计?????????


6


3.2


萃取塔物料衡算以及设备工艺计算???????


9


3.3


汽提塔物料衡算以及设备工艺设计???????


15


3.4


吸收罐物料衡算及设备工艺设计????????


18


4


.工艺控制条件及自控设计……………………


21


5


.附表和附图……………………………………


22


参考文献…………………………………………


25




:


小组分 工明细及评分……………………


25






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化工设计说明书



1.


工艺设计基础




1.1


设计依据




设计项目


:废水脱氨工艺设计



产品名称


:脱氨达标废水




21 %



w/w


)浓氨水



处理要求


:脱氨水中氨含量小于


100 mg/L



浓氨水中氨含量大于


21 %



w/w




处理能力


:额定处理量


2.5 m


3


/h


最大处理量


7.0 m


3


/h


设计要求:


1.


工艺可靠



2.


操作简单,操作弹性大



3.


设备投资费用低



4.


单位产品能耗尽可能低



具体设计参数:



原料液(废氨水)中的杂质含量:




NH


3


-N:







3.0








g/L


C


U


: 250 mg/L


原料液温度



60


o


C



80


o


C


原料液酸碱度:



PH



8.0



9.0



氨氮存在于许多工业废水中


,


其排进水体尤其是缓慢流动的湖 泊、海湾,容易引起藻


类及微生物大量繁殖,形成富营养化污染。目前大多废水仅仅经简 单处理就直接排放,严


重污染环境。


因此,

我国对氨氮排放制定了更严格的标准,


研究开发经济高效的脱氨技术,


也成为工业排放废水污染控制工程领域的重点和热点。




2+



1.2


装置组成及其名称


< p>
该工艺包含列管式换热器,转盘萃取塔


,


汽提塔和 间歇式反应釜。




1.3


原料、化学品的性质及技术规格






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序号



1


2


3


4


名称




Cu


2


?< /p>


规格





混合配方





1-1


原料技术规格



国家排放标准







备注





萃取剂




pH





LIX984N


CaO







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2.



工艺说明




2.1


生产方法、工艺技术路线及工艺特点




2.1.1


生产方法




采用先萃取后吹脱的方法,先利用萃取剂萃取废水中的铜离子,再应用汽提塔将废水


中的 氨吹脱出来,最后吸收浓缩成达标产品——浓度为大于


21%


的 浓氨水。




2.1.2


工艺技术路线的确定





1


)脱除 铜离子方法的确定



废水脱氨,其主要工艺是如何将废水中的氨 提取并且浓缩成产品需要的高浓度氨水,


但因废水中含铜离子,且在该温度和

< p>
pH


值下,铜离子和氨要形成配合物


< p>
这就给直接脱氨带来了难度,所以必须优先除去铜离子,才能尽可能彻底的脱除氨,且废

< p>
水中含重金属离子也不能排放,要进行重金属离子的回收。由于萃取在湿法冶金工艺里应

< p>
用广泛,


因此,


在去除铜离子的工艺上我们采用萃 取技术,


应用萃取剂


LIX984N


萃 取废水


中的铜离子,然后进入解吸塔对铜离子进行解吸,反萃出铜离子,并对其进行回收 ,与此


同时萃取剂进行循环使用。





2


)脱氨浓缩工艺的选择

< p>


从萃取工艺流出的废液中只含氨,且


pH


值仍为


8~9


。由于在该

pH


值下游离的氨较


少,所以先使用熟石灰(


)将废水


pH


值调至


11< /p>


,然后进入汽提塔。由于空气吹


脱法在处理废水中氨的工艺中最为 常见,所以我们采用汽提塔,利用空气将废液中的氨吹


脱出来。吹脱出的含氨空气最后进 入吸收罐浓缩。由于常温下氨气对水溶解度为


700:1



所以采用简易通入式吸收法,经汽提塔处理的含氨空气直接通入吸收罐中至氨水饱和。





3

< p>
)萃取剂的选择








采用萃 取技术对废水中铜离子进行脱除和回收,源于湿法冶金工艺。其常用萃取剂


多为


LIX


系列有机萃取剂还有其他类型萃取剂,但都多为复合型配方,其性 能各有不同。


在碱性条件下,


萃取剂


L IX984N


能够打破铜氨络合平衡,


在萃取铜离子的同时只带 出极少





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量的氨,可忽略不计 。除此之外,反萃过程能够解吸出大量铜而几乎不损失萃取剂,可以


实现循环使用,


能够减少萃取剂更换成本,


因此我们选取


L IX984N


作为萃取工序的萃取剂。




2.1.3


工艺特点




根据设计任务选取的工艺流程皆能满足排出液的浓度要求,整体设计对设备要求不


高,能 够减低设备投资费用,且操作简单,操作弹性大,适合工业处理废水。除此之外,


对于额 外化学品的消耗量如萃取剂,通过解吸循环使用,能够节约用量从而节省投资。废


液开始 换热降温后,整个工艺流程都在常温下操作,能耗低。




2.2


工艺流程说明



废液首先进入换热器进行换热,然后进入萃取塔进行铜离子的萃取,经萃取的废液进

入液体缓冲罐,调节


pH


值,携带铜离子的萃取剂进入反萃 取塔解吸出铜离子。解吸后萃


取剂进入萃取塔循环使用,解吸出的铜离子进入铜离子回收 罐。从缓冲罐出来的废液进入


汽提塔进行空气吹脱除氨。待吹脱工序进行完毕后,废液可 排放,携带氨气的空气进入吸


收罐进行氨的吸收浓缩,使产品达标。






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3


.工艺计算及主要设备设计




3.1


换热器热量衡算以及工艺设计



3.1.1


工艺计算



常压下用地下水冷却


5m


?


/h


含氨


3g/L


的废水。

< p>


废水进口温度


废水出口温度

冷却水进口温度


冷却水出口温度




1


)物性常数



物性常数



定性温度





比热




密度


粘度



导热系数


普朗克准数


Pr









冷却水


(1)


25


4.178


997


0.886


0.608


6.16



3-1


换热物料物性常数







废水


(2)


50


4.178


988



0.547


0.648


3.54




2


)热负 荷计算



废水处理量




则热负荷






3


)冷却 水用量






4


)平均温度差






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5


)估算 传热面积与管子根数



列管换热器水


-


水系统冷却操作初选传热系数


K=2500

估算值为:




单程管数为




单程管长为



,则所需传热面积的



选定换热器管长


l=6m


,则管程数




则取


程,则总管数为





3.1.2


换热器的选择和核算





1


)初选换热器



根据


传热面积为


7.3


公称直径


传热面积


S










管子规格



管子排列方式



正三角形




3-2


换热器参数





查表,选用


G273-2-25-7


列管换热器,其实际


,有关参数如下,见表


3-2

< p>




7.3






公称压力



































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< br>2


)管程压降的计算



管程雷诺准数为



< br>由于钢


管的


绝对


粗糙

< p>


,又取管程结垢校正系数


,故

< br>,查




的关系


图,得


,故得管程压降为:




所以,压降满足要求。



< p>


3


)计算管内给热系数


因为



,而且


,故






4


)管外 给热系数





K


的计算




由此可算得


K


值为






5


)计算传热面积和安全系数



按传热方程计算的传热面积为




实际传热面积为



因为此值在


1.1~1.5


范围内,所以换热器选择合适。




,则安全系数为







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3.2


萃取塔物料衡算以及设备工艺计算




3.2.1


设计条件




用萃取剂


LIX984N

< p>
萃取废水中铜离子的转盘萃取塔


,


已知条件如下:



原料混合液流量


Cu


Cu


Cu


2


?



(即









在水中 的初始浓度


在水中的最终浓度


在萃取剂中的初始浓度

< p>



2


?


2


?




萃取塔中的温度为


当浓度单位以



3.2.2


设计计算





1


)萃取 剂用量



由于


Cu


率为



2


?


表示时,本设计中相间平衡关系可 用公式


,其中



的浓度很低,萃取过程中相密度的变化可以忽略。因此,所需


Cu

< br>2


?


的提取



由相间平衡式和物料衡算可得萃取剂的最小用量:




取萃取剂流量为


料混合液流量大


1.6


倍。



Cu


2


?


,即


,约 为最小用量的


4.4


倍,比初始原


在< /p>


LIX984N


中的最终浓度为






2


)平均液滴尺寸



因为

LIX984N


的用量较大,


故用它做分散相。

< p>
由于


Cu


参数时,相应的取


25


℃的水和


LIX984N


的性质 ,即:



水:



2


?


浓度低,


计算所需各相的有关< /p>










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LIX984N








转盘萃取塔内部装置尺寸取下列关系:




式中的



分 别为塔径、转盘直径和固定环内径;


h


为每段高度。

< p>



,


且假定段数


N



20


,则平均 液滴尺寸


d


为:






3


)液泛时各相的总空塔速度



液泛时各相的总空塔速度为




式中,


——


液泛时的滞液率。



时,其滞液率为



当分散相与连续相的体积流量比



u< /p>


T


——


液滴的特性速度,且



,


其中




u


0



LIX984N


液滴在水中的自由沉降速度。对大液滴沉降速度的计 算可利用下列经验关


联式:



如果




如果




式中










为相间张力。



依次代入数据可求得:






10



,则


,则













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,


所以



液泛时的总空塔速度





3.2.3


塔径与内部装置尺寸




最小可能塔径为




,故液滴物性速度




圆整塔径


,则总空塔速度为




因为


,则塔的各空塔速度为




各相的总速度约为液泛时各相总速度的


87.5%




萃取塔内部装置的主要尺寸为






转自的转速为





3.2.4


相接触比表面积




滞液率


可由下式求得:




将空塔速度和特性速度代入上式可得




11



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< br>解此方程可得滞液率


相的接解比表面积为





3.2.5


萃取塔塔高




连续相的纵向混合系数为








分散相的纵向混合系数为







塔中液滴的相对速度和雷诺准数分别为





又因为




所以




因为







在计算液滴尺寸时,萃取塔的段数 取


20


,因此作为萃取塔高度的第一次逼近值取



12


-


-


-


-


-


-


-


-



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