丁秀明,鞏清明

(山東海化股份公司 純堿廠,山東 壽光 262737)

篩板型和菌帽型吸收塔在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

丁秀明,鞏清明

(山東?；煞莨?純堿廠,山東 壽光 262737)

結(jié)合我廠吸收塔的使用、改造情況,論述了篩板型和菌帽型吸收塔在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

吸收塔;篩板;泡罩;菌帽

吸收塔是純堿廠整個(gè)生產(chǎn)裝置的重要設(shè)備之一,它的主要作用是利用鹽水工序制備的合格的精制鹽水為溶媒,吸收來自蒸餾工序的氨氣和部分二氧化碳,并且補(bǔ)充部分生產(chǎn)過程中損失的氨,制成合格的成品氨鹽水供碳化工序使用。

吸氨作業(yè)的優(yōu)化與否,關(guān)系到中間產(chǎn)品氨鹽水產(chǎn)量的多少與質(zhì)量好壞,不僅直接影響到碳化工序的作業(yè),而且會(huì)延伸到整個(gè)純堿生產(chǎn)的全過程,對(duì)提高純堿生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量,降低物料及能量的消耗,都有重要影響。

1 改造前的狀況

我廠純堿生產(chǎn)裝置現(xiàn)有4臺(tái)外冷式吸收塔,其中3臺(tái)為泡罩塔,生產(chǎn)能力670 t/d,是為年產(chǎn)60萬t純堿裝置設(shè)計(jì)的,另1臺(tái)是篩板塔,生產(chǎn)能力670 t/d,是我廠純堿生產(chǎn)裝置擴(kuò)產(chǎn)時(shí)增加的。設(shè)備參數(shù)如表1:

表1 吸收塔參數(shù)一覽表

具體示意圖如圖1:

圖1 吸收塔結(jié)構(gòu)示意圖

隨著我廠純堿生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大,吸收塔生產(chǎn)能力不足的矛盾日益突出,吸收塔長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)行造成1#、2#、3#塔設(shè)備故障頻出,主要表現(xiàn)在下層泡罩固定螺栓松動(dòng),造成泡罩在氣體的作用下振動(dòng)。振動(dòng)造成泡罩組件損壞和塔內(nèi)壁附著的疤塊脫落,脫落的疤塊又影響到氨鹽水的質(zhì)量和相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。與此同時(shí),4#吸收塔(即篩板塔)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定,故障極低,根據(jù)這種情況,建議利用篩板改造1#、2#、3#塔下面5層菌帽,希望能夠解決以上問題。

2 工藝計(jì)算及參數(shù)確定

根據(jù)4#塔的結(jié)構(gòu),我們確定利用篩板替換下5個(gè)泡罩。

2.1 有關(guān)數(shù)據(jù)

2.1.1 精鹽水

TCl:105 tt FNH3:12 tt CO2:3.5 tt T:40℃

2.1.2 出塔氨鹽水

TCl:90 tt FNH3:103 tt CO2:25 tt T:65℃

2.1.3 吸收塔14圈

P=-13 kPa T=50℃

2.1.4 吸收塔出氣

P=-23 kPa T=40℃

取出氣組成:

CO211.28 kg/t=0.256 kmol/t

N H30.52 kg/t=0.030 59 kmol/t

H2O 0.5 kg/t=0.027 8 kmol/t

合計(jì):0.314 39 kmol/t

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下:

Vo=0.314 39×22.4=7.042 3 m3/t

由理想氣體狀態(tài)方程 PoVo/To=PV/T推得:

V=10.22 m3/t

2.1.5 吸收塔進(jìn)氣

P=-10 kPa T=62℃

根據(jù)母液蒸餾塔、淡液蒸餾塔的物料衡算,得到進(jìn)氣量:V=1 255.58 m3/t

組成:N H330.32 kmol/t

CO24.027 kmol/t

H2O 7.554 kmol/t

2.2 計(jì)算依據(jù)

吸收塔的目標(biāo)能力:單塔30萬t/a(38 t/h)。

2.3 計(jì)算過程

2.3.1 吸收塔的進(jìn)料量

1)精鹽水量

取氨鹽水當(dāng)量:6.0 m3/t

精鹽水量:

[(6.0×90)÷105]×38=195.42 m3/h

2)氨氣量

假設(shè)補(bǔ)充液氨4.5 kg/t全部在底圈吸收,不影響第一塊篩板的氨氣量。

Q=1 255.58×38=47 712.04 m3/h

2.3.2 第一層篩板的通氣量

假設(shè)吸收塔底圈吸收氨氣中NH3、CO2、H2O的量為:

NH3:70% CO2:50% H2O:70%

那么第一層篩板的通氣量為:

NH3:30.32×(1-70%)=9.096 kmol/t

CO2:4.027×(1-50%)=2.013 5 kmol/t

H2O:7.554×(1-70%)=2.266 2 kmol/t

合計(jì):13.375 7 kmol/t

Vo=13.375 7×22.4=299.62 m3/t

設(shè)工作狀態(tài):T=65℃ P=-10 kPa

由理想氣體狀態(tài)方程 PoVo/To=PV/T得:

V=411.558 m3/h

故通過第一層篩板的氣量為:

Q=38×411.558=15 639.20 m3/h

2.3.3 第一層篩板的氣速

吸收塔的空塔氣速對(duì)設(shè)計(jì)無實(shí)際意義,因?yàn)榧s有70%的氨和50%二氧化碳在底圈被吸收,底圈以上的氣體就很少了,不會(huì)造成液泛現(xiàn)象發(fā)生。因?yàn)?#吸收塔運(yùn)行較好,所以取4#吸收塔第一層篩板的氣速作為操作氣速。

4#吸收塔有關(guān)數(shù)據(jù):

孔徑 d=24 mm 孔數(shù) n=761

篩板的有效截面積:

s=0.785×(24÷1 000)2×761=0.344 09 m2

第一層篩板的氣速:

v=15 640.37÷(3 600×0.344 09) =12.625 m/s

2.3.4 其他篩板孔徑、孔數(shù)的確定

根據(jù)4#吸收塔,其他篩板孔徑可取18 mm,而孔數(shù)則由通氣量來確定。由于吸收塔的通氣量無法精確確定,所以我們可以參考4#吸收塔推算,并參考圖2確定:

圖2 塔板數(shù)與氣量關(guān)系

通過以上計(jì)算,得到各層篩板的孔徑、孔數(shù)如表2:

表2 各層篩板的孔徑、孔數(shù)

3 篩板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)篩板的結(jié)構(gòu)型式參考4#吸收塔,無靜液封,利用原泡罩固定塔盤固定。

2)考慮清理的需要,設(shè)進(jìn)人通道。

3)篩板布孔呈等邊三角形分布。

4)考慮篩板孔結(jié)垢的因素,將篩板孔徑較理論值擴(kuò)大1 mm。

5)篩板材質(zhì)利用 HT250。

4 改造后運(yùn)行情況

我們利用系統(tǒng)停車檢修的機(jī)會(huì)對(duì)1#、2#、3#吸收塔進(jìn)行了改造,改造以后這3臺(tái)塔的生產(chǎn)能力有了大幅提高,生產(chǎn)能力與4#吸收塔基本持平,我們總結(jié)出了篩板型和菌帽型吸收塔在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

1)篩板型吸收塔生產(chǎn)能力大,塔板效率高

篩板塔在整塊塔板上均勻鼓泡,氣體壓降小,氣體流量大,汽液接觸面積大,物料處理量大。而菌帽型吸收塔,只有在菌帽下汽液分界面和菌帽周圍形成氣泡,汽、液接觸面積沒有篩板型吸收塔大,且因升汽管占據(jù)一定面積而減小液體的橫向流通面積。改造前,吸收塔精鹽水量平均約140 m3/h;改造后,吸收塔精鹽水量提升到170 m3/h左右,生產(chǎn)能力有了大幅度的上升。

2)篩板型吸收塔氣體壓降小

篩板型吸收塔比菌帽型吸收塔塔板上液面落差小,液層薄,塔板壓降小。全塔壓降改造前約為-kPa/7 m3/h,改造后約為-kPa/10 m3/h,使吸收總真空度由原來的-38 kPa降低到了-22 kPa,有明顯下降,減輕了壓縮機(jī)負(fù)荷。

3)篩板型吸收塔操作彈性明顯降低

篩板型吸收塔汽、液進(jìn)量有大的波動(dòng)時(shí),會(huì)使汽托不住液,出現(xiàn)偏流現(xiàn)象,容易影響正常的工藝指標(biāo)。

4)指標(biāo)完成情況

各項(xiàng)指標(biāo)與改造前持平,基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),為我廠穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

[1] 大連化工設(shè)計(jì)研究院.純堿工學(xué)(第二版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004

[2] 王 楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005

TQ 114.161.2

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