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公司名稱：化工填料廠家
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業(yè)務(wù)電話：18779917026
聯(lián)系地址：江西萍鄉(xiāng)湘東陶瓷工業(yè)園
新型規(guī)整填料的性能及其在硫酸工業(yè)中的應(yīng)用
2019-09-03 閱讀：次
摘 要 針對硫酸千吸塔研制出了TJ160X型陶瓷規(guī)整填料，通過試驗(yàn)研究和分析證明該填料比傳統(tǒng)的散堆填料具有更大的比表面積、更大的通量，其效率高、壓降低。該填料在相同的條件下，壓降是散堆填料的 1／3，通量提高 2倍以上。結(jié)合先進(jìn)的液體分布器，模擬設(shè)計(jì)了一套硫酸干吸塔。探 討了將先進(jìn)的陶瓷規(guī)整填料塔技術(shù)用于硫酸干吸系統(tǒng)的途徑和方法。
世界硫酸產(chǎn)量和需求量逐年上升，單套裝置的規(guī)模也越來越大，其中硫酸干吸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是硫酸廠總體設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而干吸塔又是該系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，硫酸廠效益的好壞、尾氣濃度以及設(shè)備的使用壽命，在很大程度上取決于干吸塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。國內(nèi)硫酸干吸塔一直使用散堆填料塔，雖然幾經(jīng)改進(jìn)，現(xiàn)在依然存在著壓降大、通量小、霧沫夾帶嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
天津天大天久科技股份有限公司受某磷肥廠委托，充分利用天津大學(xué)和天大天久公司先進(jìn)的填料塔技術(shù)和在吸收領(lǐng)域中的經(jīng)驗(yàn)，專門開發(fā)了適合于硫酸干吸塔的 TJ160X型陶瓷規(guī)整填料。試驗(yàn)表明，應(yīng)用新型槽式分布器，該填料在相同條件下的壓降是散堆填料的 1／3，通量提高 2倍以上。據(jù)此，結(jié)合先進(jìn)的液體分布器，天大天久公司為年產(chǎn) 330 kt的硫磺制酸廠設(shè)計(jì)了干燥塔、一吸塔和二吸塔 。
1 硫酸干吸塔所用填料和分酸器的
現(xiàn)狀
干吸塔一般采用填料塔，由外殼、填料、分酸器、填料支撐結(jié)構(gòu)、除沫器等組成。2O世紀(jì) 7O年代以前，國內(nèi)硫酸廠干吸塔幾乎全部采用一代散堆填料拉西環(huán)填料，設(shè)計(jì)空塔氣速 0．6-0．8m／s，噴淋密度 10～ 12 m3／(m2·h)，主填料 層高 度6-6，5in。20世紀(jì) 70年代起，不少老廠由于增產(chǎn)的需要，塔的操作氣速需要達(dá)到 I～I(xiàn)．2m／s，而逐漸采用了二代散堆填料——矩鞍環(huán)填料、異鞍填料和階梯環(huán)填料等效率較高的填料u1】。國內(nèi)外一些公司也相繼開發(fā)出了硫酸干吸的新型填料，如加拿大 Cecebe公 司開發(fā)的 FIP鞍 形填料、美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司開發(fā)的 Wave—Pak填 料、Raus—chert公司開發(fā)的 Hiflow環(huán)行填料等 。
世界硫酸產(chǎn)量和需求量逐年上升，單套裝置的規(guī)模也越來越大，其中硫酸干吸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是硫酸廠總體設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而干吸塔又是該系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，硫酸廠效益的好壞、尾氣濃度以及設(shè)備的使用壽命，在很大程度上取決于干吸塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。國內(nèi)硫酸干吸塔一直使用散堆填料塔，雖然幾經(jīng)改進(jìn)，現(xiàn)在依然存在著壓降大、通量小、霧沫夾帶嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
天津天大天久科技股份有限公司受某磷肥廠委托，充分利用天津大學(xué)和天大天久公司先進(jìn)的填料塔技術(shù)和在吸收領(lǐng)域中的經(jīng)驗(yàn)，專門開發(fā)了適合于硫酸干吸塔的 TJ160X型陶瓷規(guī)整填料。試驗(yàn)表明，應(yīng)用新型槽式分布器，該填料在相同條件下的壓降是散堆填料的 1／3，通量提高 2倍以上。據(jù)此，結(jié)合先進(jìn)的液體分布器，天大天久公司為年產(chǎn) 330 kt的硫磺制酸廠設(shè)計(jì)了干燥塔、一吸塔和二吸塔 。
1 硫酸干吸塔所用填料和分酸器的
現(xiàn)狀
干吸塔一般采用填料塔，由外殼、填料、分酸器、填料支撐結(jié)構(gòu)、除沫器等組成。2O世紀(jì) 7O年代以前，國內(nèi)硫酸廠干吸塔幾乎全部采用一代散堆填料拉西環(huán)填料，設(shè)計(jì)空塔氣速 0．6-0．8m／s，噴淋密度 10～ 12 m3／(m2·h)，主填料 層高 度6-6，5in。20世紀(jì) 70年代起，不少老廠由于增產(chǎn)的需要，塔的操作氣速需要達(dá)到 I～I(xiàn)．2m／s，而逐漸采用了二代散堆填料——矩鞍環(huán)填料、異鞍填料和階梯環(huán)填料等效率較高的填料u1】。國內(nèi)外一些公司也相繼開發(fā)出了硫酸干吸的新型填料，如加拿大 Cecebe公 司開發(fā)的 FIP鞍 形填料、美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司開發(fā)的 Wave—Pak填 料、Raus—chert公司開發(fā)的 Hiflow環(huán)行填料等 。
美國 Koch公 司開發(fā)了 Flexeramic規(guī) 整填料，是硫酸干吸塔用填料的重大突破。與散堆填料相比，規(guī)整填料規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象?；緵]有放大效應(yīng)，且規(guī)整填料配合先進(jìn)的氣液分布器，可以大限度降低霧沫夾帶。同時(shí)，規(guī)整填料的壓降很小，另外規(guī)整填料可以提供更多的比表面積，在同等容積中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。在與散堆填料具有相同的比表面積時(shí)，填料的空隙率更大，具有更大的通量 l3， 。從報(bào) 道分析，F(xiàn)lexeramic規(guī)整填料綜合性能十分良，一般空塔氣速為 1．5m／s左 右，噴淋密度為 15～35 m ／(m ·h)，主填料層高度 4 m 左右，塔總壓降1．96×10 Pa左右u1。但受傳統(tǒng)觀念的影響和陶瓷生產(chǎn)能力的限制，此填料使用得并不多。
作為干吸塔的另一重要部件分酸器，目前多數(shù)為壓力管式分酸器，已有多年使用經(jīng)驗(yàn)，但由于它用散堆填料埋藏，浪費(fèi)大量的填料和塔的空間，增加了全塔壓降。美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司推出的槽式分酸器 ]，操作效果明顯改善，但由于其分布槽較寬，槽間氣速加大，產(chǎn)生霧沫夾帶，局部流動(dòng)阻力加大。
2 TJ160X型規(guī)整填料的性能測定
天大天久公司針對目前硫酸行業(yè)的現(xiàn)狀，結(jié)合自身在填料和傳質(zhì)分離工程上的經(jīng)驗(yàn)，研制開發(fā)了rJ160X型陶瓷規(guī)整填料，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究和測試。
2．1 TJ160X型規(guī)整填料理化性能試驗(yàn)
2．1．1 吸水率、氣孔率、體積密度測試取 10cm3 的填料樣品洗凈烘干至恒重后將試樣放入盛蒸餾水燒杯中，一起抽真空 10min，取出后在空氣中靜置 30rain，再將此飽含水的試樣在水中稱重 ：，然后用濕毛巾擦去試樣表面水，在空氣中稱重 。
試驗(yàn)結(jié)果見表 1。從表 1數(shù)據(jù)可以看出，該填料的吸水率、體積密度等指標(biāo)均于原化工部標(biāo)準(zhǔn)。
4 TJl60X型填料應(yīng)用于硫酸干吸塔
根據(jù)對 TJ160X型填料 的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對年產(chǎn) 330 kt硫 酸生產(chǎn)工藝的干吸塔進(jìn)行了模擬設(shè)計(jì)
綜上所述，可以認(rèn)為在硫酸干吸系統(tǒng)中采用規(guī)整填料塔，雖然填料的一次性投資費(fèi)用較大，但其綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均于散堆填料塔。
2．1．2 溫度急變性能試驗(yàn)
將試樣加熱至 210℃ ，取出放入 30℃水中，觀察表面是否出現(xiàn)裂紋，重復(fù)兩次，結(jié)果見表 2。
2．1．3 耐酸度試驗(yàn)
將試樣制成 0．25～0．5ITITI的顆粒，洗凈烘干稱重 ，然后將試樣放入 98％的濃硫酸中恒溫90℃ ，加熱 5 h，再將試樣洗凈烘干稱重 ，則耐酸度 RA： 5／ 4×100％。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果： =9．9962 g， 5=9．9900 g， R =99．938％>99．8％ (原化工部標(biāo)準(zhǔn))。
2．2 流體力學(xué)性能測試
rJ160X型陶瓷規(guī)整填料的流體力學(xué)試驗(yàn)在天大天久公司 DN400的冷模試驗(yàn)塔中進(jìn)行，測試介質(zhì)為空氣和水，填料高度為 1800 mrn，測 試高度為 1000 mrn。結(jié) 果如圖 1所 示 (圖 中 L 為噴淋
密度 )。
3 硫酸工業(yè)常用散堆填料與 TJl60X 規(guī)整填料壓降對比Tj160X規(guī)整填料的比表面積為 160m2／m3，從實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)可以看出，F(xiàn) 為 1．0～2．0 Pa 時(shí)，每米壓降為 98．1～196．2Pa，只是現(xiàn)有裝置每米填料壓降的 1／3(國 內(nèi)一般采用矩鞍環(huán)或階梯環(huán))。因此采用規(guī)整填料，不比表面積，吸收效率提高，而且，由于壓降降低，可以增加空塔氣速，提高通量。表 3為 L：30m3／(m2·h)時(shí)的幾種填料壓降對照表。
2．1．3 耐酸度試驗(yàn)
將試樣制成 0．25～0．5ITITI的顆粒，洗凈烘干稱重 ，然后將試樣放入 98％的濃硫酸中恒溫90℃ ，加熱 5 h，再將試樣洗凈烘干稱重 ，則耐酸度 RA： 5／ 4×100％。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果： =9．9962 g， 5=9．9900 g， R =99．938％>99．8％ (原化工部標(biāo)準(zhǔn))。
2．2 流體力學(xué)性能測試
rJ160X型陶瓷規(guī)整填料的流體力學(xué)試驗(yàn)在天大天久公司 DN400的冷模試驗(yàn)塔中進(jìn)行，測試介質(zhì)為空氣和水，填料高度為 1800 mrn，測 試高度為 1000 mrn。結(jié) 果如圖 1所 示 (圖 中 L 為噴淋
密度 )。
3 硫酸工業(yè)常用散堆填料與 TJl60X 規(guī)整填料壓降對比Tj160X規(guī)整填料的比表面積為 160m2／m3，從實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)可以看出，F(xiàn) 為 1．0～2．0 Pa 時(shí)，每米壓降為 98．1～196．2Pa，只是現(xiàn)有裝置每米填料壓降的 1／3(國 內(nèi)一般采用矩鞍環(huán)或階梯環(huán))。因此采用規(guī)整填料，不比表面積，吸收效率提高，而且，由于壓降降低，可以增加空塔氣速，提高通量。表 3為 L：30m3／(m2·h)時(shí)的幾種填料壓降對照表。
4 TJl60X型填料應(yīng)用于硫酸干吸塔
根據(jù)對 TJ160X型填料 的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對年產(chǎn) 330 kt硫 酸生產(chǎn)工藝的干吸塔進(jìn)行了模擬設(shè)計(jì)
4．1 設(shè)計(jì)要求
產(chǎn)品產(chǎn)量：330 kt／a；干燥 塔塔頂排除氣體中水分含量 <0．1g／m ；干燥塔、一吸塔、二吸塔的塔頂除霧效果滿足生產(chǎn)系統(tǒng)要求；塔槽合一。
4．2 設(shè)計(jì)結(jié)果主要工藝參數(shù)
4．2 設(shè)計(jì)結(jié)果主要工藝參數(shù)
根據(jù)填料的性能數(shù)據(jù)和工藝模擬計(jì)算，取 3塔內(nèi)徑均為 5000l'nlTl，設(shè) 計(jì)輸出數(shù)據(jù)見表 4。
方案只是對填料、填料支承、填料壓圈、分酸器、進(jìn)酸管和除霧器等核心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
4．3．1 塔釜高度
塔釜高度由塔內(nèi)外壓差、填料及分酸器的持0 液0 0 量、管線及換熱器的持液量、泵槽液位的工藝要盯3 求如1 夠等綜合因素確定。
4．3．2 支承結(jié)構(gòu)及位置
目前硫酸干吸塔所用填料支承主要有 4種結(jié)構(gòu)形式：條梁、條拱、球拱、金屬格柵。此方案選1 用2 25 " 2改進(jìn)的陶瓷球拱支承，它不耐高溫濃硫酸腐蝕，還能起到進(jìn)氣氣體分布的作用，對于規(guī)整填料而言，這一點(diǎn)非常重要。按 經(jīng)驗(yàn)進(jìn)氣口與填料支承間距不小于塔的半徑。
4．3．3 填料
選用 TJ160X陶瓷規(guī)整填料，與傳統(tǒng)的散堆填料相比，F(xiàn) 可以達(dá)到 2．5 Pa ，吸收效率高，每米理論板數(shù)可達(dá) 1．3，壓降只是散堆填料的 1／3。
4．3．4 填料壓圈與分酸器
選用金屬格柵壓圈，同時(shí)具有支承分酸器的作用，分酸器采用槽式分酸器。該分酸器具有壓降小、氣液分流、分布點(diǎn)多、液體分布均勻等點(diǎn)，能大限度地降低霧沫夾帶。
4．3．5 除霧器
干燥塔和二吸塔采用標(biāo)準(zhǔn)的抽屜式絲網(wǎng)除霧器，一吸塔采用盤式除霧器。
槽式分酸器應(yīng)用實(shí)例
1997年對吉化公司染料廠的硫酸干吸塔進(jìn)行了改造。改造前該塔采用的是管式分酸器，塔頂酸霧不合格，其他條件不變，只是將分酸器更換為新型槽式分布器，改善了液體分布，吸收效率明顯提高，塔頂氣相排放達(dá)到了要求。
6 結(jié) 論
開發(fā)研制的 TJ160X 陶瓷規(guī)整填料，具有以下特點(diǎn)。
(1) TJ160X陶瓷規(guī)整填料吸水率、氣孔率等均達(dá)到了陶瓷填料的要求。
(2) 通過溫度急變實(shí)驗(yàn)和耐酸度實(shí)驗(yàn)，證明該填料能滿足硫酸生產(chǎn)要求。
(3) 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，同樣條件下該填料的每米壓降只是散堆填料壓降的 1／3，大 F可達(dá) 到 3．0Pa 。
(4)采用 TJ160X規(guī)整填料，可以使塔徑減小，塔高降低，節(jié)省塔體費(fèi)用和土建基礎(chǔ)費(fèi)用。
(5) 由于 T3160X規(guī)整填料壓降降低，可以降低風(fēng)機(jī)功率，同時(shí)由于塔高降低，泵的壓頭和功率均可降低，節(jié)省操作費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
(6) 采用規(guī)整填料和新型槽式分酸器，可以減少霧沫夾帶，降低除霧器負(fù)擔(dān)，利于。
(7) 由于規(guī)整填料具有良好的操作性能，使塔的操作更為方便，吸收效果改善。
| 4．3 設(shè)計(jì)方案說明 | 6∞48 |
方案只是對填料、填料支承、填料壓圈、分酸器、進(jìn)酸管和除霧器等核心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
4．3．1 塔釜高度
塔釜高度由塔內(nèi)外壓差、填料及分酸器的持0 液0 0 量、管線及換熱器的持液量、泵槽液位的工藝要盯3 求如1 夠等綜合因素確定。
4．3．2 支承結(jié)構(gòu)及位置
目前硫酸干吸塔所用填料支承主要有 4種結(jié)構(gòu)形式：條梁、條拱、球拱、金屬格柵。此方案選1 用2 25 " 2改進(jìn)的陶瓷球拱支承，它不耐高溫濃硫酸腐蝕，還能起到進(jìn)氣氣體分布的作用，對于規(guī)整填料而言，這一點(diǎn)非常重要。按 經(jīng)驗(yàn)進(jìn)氣口與填料支承間距不小于塔的半徑。
4．3．3 填料
選用 TJ160X陶瓷規(guī)整填料，與傳統(tǒng)的散堆填料相比，F(xiàn) 可以達(dá)到 2．5 Pa ，吸收效率高，每米理論板數(shù)可達(dá) 1．3，壓降只是散堆填料的 1／3。
4．3．4 填料壓圈與分酸器
選用金屬格柵壓圈，同時(shí)具有支承分酸器的作用，分酸器采用槽式分酸器。該分酸器具有壓降小、氣液分流、分布點(diǎn)多、液體分布均勻等點(diǎn)，能大限度地降低霧沫夾帶。
4．3．5 除霧器
干燥塔和二吸塔采用標(biāo)準(zhǔn)的抽屜式絲網(wǎng)除霧器，一吸塔采用盤式除霧器。
槽式分酸器應(yīng)用實(shí)例
1997年對吉化公司染料廠的硫酸干吸塔進(jìn)行了改造。改造前該塔采用的是管式分酸器，塔頂酸霧不合格，其他條件不變，只是將分酸器更換為新型槽式分布器，改善了液體分布，吸收效率明顯提高，塔頂氣相排放達(dá)到了要求。
6 結(jié) 論
開發(fā)研制的 TJ160X 陶瓷規(guī)整填料，具有以下特點(diǎn)。
(1) TJ160X陶瓷規(guī)整填料吸水率、氣孔率等均達(dá)到了陶瓷填料的要求。
(2) 通過溫度急變實(shí)驗(yàn)和耐酸度實(shí)驗(yàn)，證明該填料能滿足硫酸生產(chǎn)要求。
(3) 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，同樣條件下該填料的每米壓降只是散堆填料壓降的 1／3，大 F可達(dá) 到 3．0Pa 。
(4)采用 TJ160X規(guī)整填料，可以使塔徑減小，塔高降低，節(jié)省塔體費(fèi)用和土建基礎(chǔ)費(fèi)用。
(5) 由于 T3160X規(guī)整填料壓降降低，可以降低風(fēng)機(jī)功率，同時(shí)由于塔高降低，泵的壓頭和功率均可降低，節(jié)省操作費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
(6) 采用規(guī)整填料和新型槽式分酸器，可以減少霧沫夾帶，降低除霧器負(fù)擔(dān)，利于。
(7) 由于規(guī)整填料具有良好的操作性能，使塔的操作更為方便，吸收效果改善。
綜上所述，可以認(rèn)為在硫酸干吸系統(tǒng)中采用規(guī)整填料塔，雖然填料的一次性投資費(fèi)用較大，但其綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均于散堆填料塔。
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