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    陶瓷波紋板填料在濃硝酸生產中的應用
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    陶瓷波紋板填料在濃硝酸生產中的應用

    2019-08-15      閱讀:
    近年來,以金屬孔板波紋填料為代表的規整填料,因其通量、壓降及分離效率等方面的勢,已在石油、化工行業的精餾、吸收操作中得到廣泛應用,尤其在對原有設備進行擴能改造方面效果更為明顯。但在濃硝酸生產中,因介質的強腐蝕所造成的對設備、填料材質要求的局限性等原因,規整填料一直沒有得到應用 根據生產廠進一步提高現有設備生產能力和改進、化工藝操作狀況的要求,結合規整填料的點和濃硝酸生產的特點,我們選用陶瓷波紋板填料代替原陶瓷矩鞍環填料,分別對 2套硝酸鎂法濃硝酸生產裝置中的硝酸濃縮塔(塔徑分別為 DN1000和 1200)進行了不同形式的改造。經過半年多實際運行的驗證,都取得了非常理想的效果。

    l 工藝、設備簡介
     
    (1)硝酸鎂法是一種間接生產濃硝酸的工藝,在我國已有近 3o年 的歷史,國內生產濃硝酸的廠家大都采用此工藝。因硝酸是具有高恒沸點的水溶液,在脫水劑的作用下才能將稀硝酸濃縮為 98%以上的濃硝酸。在硝酸鎂法工藝中.以硝酸鎂水溶液為脫水荊。硝酸濃縮塔是該工藝的關鍵設備,其工藝物料和設備結構見圖 1。
     
    (2)硝酸濃縮塔分為提餾段(下部)和精餾段(上部)兩部分。提餾段的作用是將下行的硝酸鎂溶液和硝酸分離,其關鍵控制指標是硝酸鎂溶液中的硝酸含量。精餾段的作用是將從提餾段來的濃度為 8o%以上的硝酸精餾,終從塔頂得到濃度為 98%以上的濃硝酸。塔內填料主要為 38和啦 25的陶瓷矩鞍環,塔體及塔內件材質均為高硅鑄鐵。塔體由高度為 1nl的塔節及塔頂、塔底等部件組裝而成,總高度約 14~15nl。填料高度下部為 7~8m.上部約 3.5m。該填料塔基本能滿足生產要求,但較為普遍地存在以下問題:塔下部流出的稀硝酸鎂溶液中硝酸含量高,導致設備、管道腐蝕嚴重,縮短了設備使用壽命;回流比偏大;塔阻力降大,使抽負壓系統能耗偏高;蒸汽消耗高,有的工廠要高于理論消耗量的 5o%以上。造成上述問題的原因是多方面的,其中塔填料的分離效率是很重要的影響因素。
     陶瓷波紋板填料在濃硝酸生產中的應用
     
    2 改造內容和方法
     
    主要為更換填料、改造塔內件和系統配套改造 3部分。
     
    (1)用陶瓷波紋板填料代替散堆填料。2套裝置的濃縮塔分別采取了全部更換(D 1o0O塔)和部分更換 ( 1200塔)2種形式。對于原設備改造,關鍵是確定改造后的氣、液相負荷,也就是改造后的生產能力。通過計算來終確定選用何種規格的填料由于缺乏陶瓷填料的基礎數據,無法準確地算出精餾塔的通量。本改造采用 一cG圖、Bain一  Hougen公式、許用氣相動能、?芴赝ㄓ藐P聯圖4種設計方法,并參考 Melapak填料塔經驗數據選取了適宜的填料,確定了精餾塔的低限通量。改造后的運行數據表明,改為陶瓷波紋板填料后,濃縮塔的配料比和回流比均有所下降,計算時可適當考慮此項因素 此外,由于陶瓷波紋板填料的板厚對空隙率影響很大,在具體選購時
     
    一   定要注意在保證強度的前提下,減小板厚,以增加氣相通量。

    (2)塔內件改造。要使規整填料的勢得到充分發揮,必須有結構合理的塔內件。在更換填料的同時,應對塔內件進行相應改造。
     
    ① 因硝酸的強腐蝕性,上、中部分布器材質可選用高硅鑄鐵或聚四氟乙烯 從造價考慮,高硅鑄鐵價格較低。因高硅鑄鐵分布器為鑄造件,結構形式不宜太復雜,可采用較簡單的盤式或槽式溢流分布器。坦此種形式的分布器對安裝水平度要求很高,稍有偏流會嚴重影響正常操作,所以在安裝時要認真調試。
     
    ② 在提餾段中部加再分布器。一般濃縮塔提餾段填料高度均在 7m 以上,為液體經一定填料高度后發生壁流或溝流現象而影響填料的分離效率,需在提餾段中部加再分布器,可選用盤式液體分布器。為安裝再分布器,可將原 lm高一 節的塔節分為 2個短節,但要注意保持塔的各進、出管口高度不變,以避免由此造成各進、出口管線的改動,減少改造的工作量
    ③ 支承板形式應相應改動,增加氣相流通面積。
    陶瓷波紋板填料在濃硝酸生產中的應用
    圖2、圖3分別為改造前后的濃縮塔結構簡圖。
     
    (3)濃硝酸生產系統配套設備的改造主要是濃硝酸玲凝器、硝酸鎂加熱器及濃縮塔的負壓系統。因各廠設備情況不同,應先逐一進行核算,具體實施時可根據佳配套條件先在 l臺濃縮塔上進行運行試驗,取得數據后再進行全系統綜合考慮。實踐證明,在使用陶瓷波紋板填料后改善了塔內傳質、傳熱效果,回流比、配料比均相應減小,降低了噸酸產品對設備的負荷,因而相應提高了原有配套設備的處理能力。對于硝酸鎂溶液的蒸發提濃系統,若能力不足,可增加蒸發器。
     
     
    3 改造后的效果
     
    經實際運行,證明完全達到預期目標,取得 r 非常理想的效果,主要體現在以下幾個方面:
     
    (1)單塔生產能力大幅度提高,在原大生產能力的基礎上,再提高 40%左右。如 D 10(30 的濃縮塔,公稱設計能力為 1萬 t/a,因蘞廠稀硝酸濃度比設計值高,改造前單塔年產量已達 1.5萬 t,改造后提高到 2.1—2.2萬 t/a。
     
    (2)明顯改善了操作狀況,使各項工藝指標處于良好狀態。稀硝酸鎂溶液中硝酸含量大大降低,一般均控制在 0.1%以下,低時接近 中性i
     
    壓降明顯降低,在塔頂負壓低于原指標的情況下,塔底仍保持穩定負壓,使整個系統穩定運行;塔內各點溫度分布合理,減少了回流量,塔底溫度有所下降。
     
    (3)降低了加熱蒸汽消耗,噸酸耗汽降低 0 3 t左右。

    (4)成品酸濃度穩定,提高了產量。
     
     
    4 投資與效益
     
    因各廠改造內容不同,投資會有一定差別。但即便以除濃縮塔外的其它相應設備均需進行一定改造來考慮,其所需費用也只是新上同等能力裝置投資的 10%~15%,若只是對濃縮塔進行改造,單塔改造費用需十幾萬元(包括填料和塔 內件費用)。而年增產量的效益是很可觀的,只需很家普鈣四級品標準,消耗指標在同行業中亦處于較好水平。
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