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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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    用流線型陶瓷規整波紋填料降低硫酸裝置干吸塔壓降的生產實踐
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    用流線型陶瓷規整波紋填料降低硫酸裝置干吸塔壓降的生產實踐

    2019-09-20      閱讀:
    針對硫酸裝置干吸塔使用散堆陶瓷填料運行過程中存在的問題,介紹了一種新型的流線型陶瓷規整波紋填料的技術性能和使用效果,與傳統的散堆階梯環填料相比,具高、壓降低的特點,對老裝置提能改造具有較好的應用效果。

    1概述
    硫酸裝置中干燥塔和吸收塔大多采用耐酸堿性能良好的陶瓷填料。傳統的干吸塔基本上都采用散堆的陶瓷填料,例如:拉西環、階梯環、矩鞍環、異鞍環等。散堆填料在塔內呈無序堆積,在裝填過程中容易破碎,碎片難以清除,殘留在填料中使填料層的壓降增加。并且在裝置運行過程中隨著介質的流動會相互撞擊或摩擦,從而產生粉末逐漸堵塞填料空隙,運行一段時間后壓降慢慢升高,影響裝置的生產能力。
    我公司共有5套硫磺制酸裝置,生產能力為1850kt/a。5套裝置均采用“3+1冶兩轉兩吸工藝,干吸塔全部采用準76mm和準38mm的散堆階梯環填料,裝填高度為35~40m,填料層理論壓降15~20kPa。但實際上各塔填料層的壓降都高于2kPa,其中600kt/a硫磺制酸裝置干吸塔較高:干燥塔47kPa、一吸塔36kPa、二吸塔22kPa。由于干吸塔壓降高,裝置生產能力受到很大影響。為解決壓降問題,我公司對各種陶瓷填料進行了調研和技術論證,終選用S流線型陶瓷規整波紋填料替換原來的散堆階梯環陶瓷填料。
    2S流線型陶瓷規整波紋填料性能
    流線型陶瓷規整波紋填料是一種新型填料,在精餾裝置上被廣泛應用。它具有以下特點:
    1.填料上端和下端的通道垂直設置,并與凸條
    之間所形成的傾斜狀的通道圓滑過渡連接,當液體流經填料層本體時,液體能垂直地從上到下進行流動,流動方向不會發生變化,流動阻力大大減小,液體流動更暢通,且分散得更均勻。
    2.由于在填料中傾斜的凸條之間的凹槽上設置有通孔,因而填料內部在各個方向上都能互通,其內部能形成峰窩網狀孔洞結構,填料孔隙率,降低了液體流動阻力,流向分散呈紊流狀態,提高了液體水點剖析的次數,提高了傳質效果。
    3.該填料在塔中呈有序堆積,填料之間不會相互撞擊或摩擦,填料之間的空隙不容易被堵塞,大大降低了流動阻力。
    該填料與普通陶瓷規整波紋填料相比,具有壓降低、傳質性能好的特點。下面是450YS流線型陶瓷規整波紋填料和普通陶瓷規整波紋填料在氧氣與水的介質下的性能對比。
    2.1流體力學性能
    不同噴淋密度下(噴淋量分別為100L/h、200
    L/h),隨著氣速變化上述兩種陶瓷規整波紋填料層單位高度的壓力降駐p變化如圖1所示。從圖1可以看出,流線形陶瓷規整波紋填料相對于普通陶瓷規整波紋填料具有較低的壓力降,說明這種填料可以在較高的氣液負荷下運行。當噴淋量200L/h[相當于噴淋密度2548m3/(m2/h)]、駐p抑05kPa/m時,普通陶瓷規整波紋填料的限動能FV為115~134,流線形陶瓷規整波紋填料的限動能FV為153~172。

    2.2傳質性能
    不同噴淋密度下(噴淋量分別為100L/h、200L/h),隨著氣速變化,兩種填料的體積傳質系數變化如圖2所示。
    從圖2可以看出,在較高的氣液負荷下(FV>15),流線型陶瓷規整波紋填料因壓力降比較小,可正常操作,并且表現出了較好的傳質性能。與普通陶瓷規整波紋填料相比,流線型的具有較低的壓力降;在低氣液負荷下,流線型填料的傳質性能與普通陶瓷規整波紋填料相差不大;在較高氣液負荷下流線型陶瓷規整波紋填料還能表現出較好的傳質性能。

    3S流線型陶瓷規整波紋填料在600kt/a硫酸裝置上的應用
    我公司600kt/a硫磺制酸裝置干吸三塔中干燥塔填料層壓降高,因此,選用干燥塔進行次應用實踐。該干燥塔內徑為6500mm、支撐形式為球拱,裝填準76mm散堆階梯環填料高度為3000mm、準38mm散堆階梯環填料高度為1000mm,填料層壓降(含球拱)為4300Pa。本次改造選用125Y流線型陶瓷規整波紋填料代替準76mm散堆階梯環陶瓷填料、用150Y流線型填料代替準38mm階梯環填料。下面就S流線型陶瓷規整波紋填料與散堆階梯環填料的性能進行對比,如表1所示。

     
    從表1數據可以看出,S流線型陶瓷規整波紋填料與散堆階梯環填料相比具有比表面積大、空隙率高、堆積密度低的特點。
    我公司的干燥塔技術參數為:空氣流量153250m3/h(標準狀況)、溫度為70益;噴淋酸量為650m3/h、w(H2SO4)=98%、溫度60益。J.S.Eckert散
    堆填料層壓降的通用關聯圖[1]和Kister與Gill提出的規整填料層壓降通用關聯圖[2]的流動參數見式(1),通量參數見式(2)、式(3)。

    式中,X———流動參數,1; 
    Y———通量參數,1; 
    L———液相流量,kg/h;
    G———氣相流量,kg/h;
    籽g,籽l———氣相及液相密度,kg/m3; 
    w———空塔氣速,m/s;
    g———重力加速度,9.81m/s2;
    滋l———液相黏度,mPa·s; 
    椎———填料,m-1; 
    鬃———液相密度校正系數,即水的密度與液相
    密度之比鬃=籽H2O/籽L,1; 
    ug———氣體速度,m/s;
    Fp———填料,m-1; 
    酌———液體運動黏度,mm2/s。
    根據干燥塔技術參數,L=650m3/h=1168570kg/h,G標準=153250m3/h,G=1560594m3/h=1981523kg/h,籽g=1.2697kg/m3,籽l=17978kg/m3,w=1306m/s,準76mm階梯環椎=126m-1,準38

    從表2可以看出S流線型陶瓷規整波紋填料理論壓降低于散堆階梯環填料。
    填料裝填高度與塔徑的關系式為 

    根據式(5)、式(6)計算,采用S流線型規整波紋填料由于其比表面積比散堆階梯環填料大,裝填高度只需28m即可滿足生產需要。但填料高度降低后必須改變分酸器的安裝位置,而600kt/a硫酸裝置干燥塔殼體為鋼襯耐酸瓷磚,改造難度較大,因此未對分酸器的安裝位置做改動,而將流線型填料裝填到原來的高度。裝填后干燥塔填料層實際壓降為800Pa(含球拱),比使用流線型填料前降低了3900Pa,裝置產能有所提高。使用后干燥塔出口水分、酸霧含量與使用前基本一致,達到控制要求。

    4結束語
    隨著日趨嚴峻的環境保護壓力,以前建設的老硫酸裝置不斷推進節能、減排技術的應用,這些技術大多是在老裝置上新增設備,不同程度地增加了系統阻力,使裝置產能下降。S流線型陶瓷規整波紋填料的應用可降低系統原有壓降,有效克服新增設備帶來的阻力,對保證裝置生產能力有促進作用。從我公司600kt/a硫磺制酸裝置干燥塔應用情況看,S流線型陶瓷規整波紋填料代替散堆階梯環填料在使用性能方面完達到使用要求,并且能有效降低填料塔壓降,對老裝置提能改造效果明顯,可推廣應用。若在新建裝置上采用,可以減小設備尺寸,降低建設投資。

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