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  • 萍鄉化工填料廠生產拉西環、鮑爾環、多面空心球填料,瓷球、陶瓷波紋填料、陶瓷規整填料
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    新型規整填料的性能及其在硫酸工業中的應用
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    新型規整填料的性能及其在硫酸工業中的應用

    2019-09-03      閱讀:
    摘 要 針對硫酸千吸塔研制出了TJ160X型陶瓷規整填料,通過試驗研究和分析證明該填料比傳統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。結合先進的液體分布器,模擬設計了一套硫酸干吸塔。探 討了將先進的陶瓷規整填料塔技術用于硫酸干吸系統的途徑和方法。

    世界硫酸產量和需求量逐年上升,單套裝置的規模也越來越大,其中硫酸干吸系統的設計是硫酸廠總體設計中的一個重要環節,而干吸塔又是該系統中的關鍵設備,硫酸廠效益的好壞、尾氣濃度以及設備的使用壽命,在很大程度上取決于干吸塔系統的設計。國內硫酸干吸塔一直使用散堆填料塔,雖然幾經改進,現在依然存在著壓降大、通量小、霧沫夾帶嚴重等缺點。
     
    天津天大天久科技股份有限公司受某磷肥廠委托,充分利用天津大學和天大天久公司先進的填料塔技術和在吸收領域中的經驗,專門開發了適合于硫酸干吸塔的 TJ160X型陶瓷規整填料。試驗表明,應用新型槽式分布器,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。據此,結合先進的液體分布器,天大天久公司為年產 330 kt的硫磺制酸廠設計了干燥塔、一吸塔和二吸塔 。
     
    1 硫酸干吸塔所用填料和分酸器的
     
    現狀
     
    干吸塔一般采用填料塔,由外殼、填料、分酸器、填料支撐結構、除沫器等組成。2O世紀 7O年代以前,國內硫酸廠干吸塔幾乎全部采用一代散堆填料拉西環填料,設計空塔氣速 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 70年代起,不少老廠由于增產的需要,塔的操作氣速需要達到 I~I.2m/s,而逐漸采用了二代散堆填料——矩鞍環填料、異鞍填料和階梯環填料等效率較高的填料u1】。國內外一些公司也相繼開發出了硫酸干吸的新型填料,如加拿大 Cecebe公 司開發的 FIP鞍 形填料、美國孟山都環境化學公司開發的 Wave—Pak填 料、Raus—chert公司開發的 Hiflow環行填料等 。
     
    美國 Koch公 司開發了 Flexeramic規 整填料,是硫酸干吸塔用填料的重大突破。與散堆填料相比,規整填料規定了氣液流路,改善了溝流和壁流現象;緵]有放大效應,且規整填料配合先進的氣液分布器,可以大限度降低霧沫夾帶。同時,規整填料的壓降很小,另外規整填料可以提供更多的比表面積,在同等容積中可以達到更高的傳質、傳熱效果。在與散堆填料具有相同的比表面積時,填料的空隙率更大,具有更大的通量 l3, 。從報 道分析,Flexeramic規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。但受傳統觀念的影響和陶瓷生產能力的限制,此填料使用得并不多。
     
    作為干吸塔的另一重要部件分酸器,目前多數為壓力管式分酸器,已有多年使用經驗,但由于它用散堆填料埋藏,浪費大量的填料和塔的空間,增加了全塔壓降。美國孟山都環境化學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,產生霧沫夾帶,局部流動阻力加大。


    2 TJ160X型規整填料的性能測定
     
     
    天大天久公司針對目前硫酸行業的現狀,結合自身在填料和傳質分離工程上的經驗,研制開發了rJ160X型陶瓷規整填料,并進行了試驗研究和測試。
     
    2.1 TJ160X型規整填料理化性能試驗
     
    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 。
     
    新型規整填料的性能及其在硫酸工業中的應用
    新型規整填料的性能及其在硫酸工業中的應用
    試驗結果見表 1。從表 1數據可以看出,該填料的吸水率、體積密度等指標均于原化工部標準。

    2.1.2 溫度急變性能試驗
     
     
    將試樣加熱至 210℃ ,取出放入 30℃水中,觀察表面是否出現裂紋,重復兩次,結果見表 2。
    新型規整填料的性能及其在硫酸工業中的應用
    2.1.3 耐酸度試驗
     
    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%。
     
    實驗結果: =9.9962 g, 5=9.9900 g, R =99.938%>99.8% (原化工部標準)。

    2.2 流體力學性能測試
     
    rJ160X型陶瓷規整填料的流體力學試驗在天大天久公司 DN400的冷模試驗塔中進行,測試介質為空氣和水,填料高度為 1800 mrn,測 試高度為 1000 mrn。結 果如圖 1所 示 (圖 中 L 為噴淋
     
    密度 )。
     
    3 硫酸工業常用散堆填料與 TJl60X 規整填料壓降對比Tj160X規整填料的比表面積為 160m2/m3,從實驗測試數據可以看出,F 為 1.0~2.0 Pa 時,每米壓降為 98.1~196.2Pa,只是現有裝置每米填料壓降的 1/3(國 內一般采用矩鞍環或階梯環)。因此采用規整填料,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)時的幾種填料壓降對照表。

     
    4 TJl60X型填料應用于硫酸干吸塔


    根據對 TJ160X型填料 的實驗研究和實驗數據分析,對年產 330 kt硫 酸生產工藝的干吸塔進行了模擬設計 

    4.1 設計要求
     
    產品產量: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系統要求;塔槽合一。

    4.2 設計結果主要工藝參數
     
    根據填料的性能數據和工藝模擬計算,取 3塔內徑均為 5000l'nlTl,設 計輸出數據見表 4。

    4.3 設計方案說明 6∞48
     
    方案只是對填料、填料支承、填料壓圈、分酸器、進酸管和除霧器等核心結構進行了設計。
     
    4.3.1 塔釜高度
     
    塔釜高度由塔內外壓差、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 支承結構及位置
     
    目前硫酸干吸塔所用填料支承主要有 4種結構形式:條梁、條拱、球拱、金屬格柵。此方案選1 用2 25    " 2改進的陶瓷球拱支承,它不耐高溫濃硫酸腐蝕,還能起到進氣氣體分布的作用,對于規整填料而言,這一點非常重要。按 經驗進氣口與填料支承間距不小于塔的半徑。
     
    4.3.3 填料
     
    選用 TJ160X陶瓷規整填料,與傳統的散堆填料相比,F 可以達到 2.5 Pa ,吸收效率高,每米理論板數可達 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、分布點多、液體分布均勻等點,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準的抽屜式絲網除霧器,一吸塔采用盤式除霧器。

    槽式分酸器應用實例
     
    1997年對吉化公司染料廠的硫酸干吸塔進行了改造。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,塔頂氣相排放達到了要求。
     
    6 結 論
     
    開發研制的 TJ160X 陶瓷規整填料,具有以下特點。
     
    (1)  TJ160X陶瓷規整填料吸水率、氣孔率等均達到了陶瓷填料的要求。
     
    (2)  通過溫度急變實驗和耐酸度實驗,證明該填料能滿足硫酸生產要求。
     
    (3)  流體力學實驗證明,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 到 3.0Pa 。
     
    (4)采用 TJ160X規整填料,可以使塔徑減小,塔高降低,節省塔體費用和土建基礎費用。
     
    (5)  由于 T3160X規整填料壓降降低,可以降低風機功率,同時由于塔高降低,泵的壓頭和功率均可降低,節省操作費用,實現節能。
     
    (6)  采用規整填料和新型槽式分酸器,可以減少霧沫夾帶,降低除霧器負擔,利于。
     
    (7)  由于規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,可以認為在硫酸干吸系統中采用規整填料塔,雖然填料的一次性投資費用較大,但其綜合經濟技術指標均于散堆填料塔。
     

     
     
     
     

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