【word】 磷酸装置中旋流板除雾器的设计.doc

磷酸装置中旋流板除雾器的设计2011年第6期硫磷设计与粉体工程sp&bmhrelatedengineering磷酸装置中旋流板除雾器的设计吴雄标(中国石化集团南京工程有限公司,江苏南京211100)摘要:概述了旋流板除雾器的结构和原理,重点结合实例介绍旋流板除雾器设计过程中各参数的取值和计算过程.关键词:旋流板除雾器;磷酸装置;尾气洗涤;设计中图分类号:tq051.84文献标识码:b文章编号:10091904(2011)060011031概述湿法磷酸装置的尾气主要含sif气体,其次是hf气体,并含有磷酸飞沫.为减少放空气体的含氟量,需对尾气进行洗涤,现较为常用的是采用文丘里洗涤+两级尾气洗涤塔(空塔喷淋)的方式.在尾气洗涤塔中,自下而上的尾气将部分喷淋液夹带至塔器上部,为进一步减少排放气中含氟量,一般情况下应在尾气洗涤塔的上部设置除雾器.由于尾气洗涤塔中的雾沫含有氟硅酸,其黏度较大,采用丝网除雾器易产生堵塞,对于中小型尾气洗涤塔,现一般采用旋流板除雾器.旋流板除雾器是浙江大学在20世纪70年代开发的,它的工作原理是:将旋流板除雾器安装在塔的近顶部,除雾器本身不动,气体在上升过程中,通过旋流板(风车状叶片)时产生旋转,气流所夹带的雾滴在离心力的作用下甩向塔壁而被分离,然后沿塔壁下游流到环形的集液槽,最后通过回流管返回塔内.笔者给出此类旋流板除雾器的完整设计方法,并结合实例进行阐述.2旋流板除雾器的结构旋流板除雾器具有结构简单,占空间小,效率高,不易堵塞等优点,它主要包括叶片(旋流板),盲板,罩筒,回流管及环板等,如图1所示.罩筒与环板连接,盲板置于罩筒的中心,若干叶片均布在盲板与罩筒之间的环形空间内,其两侧边分别与盲板和罩筒连接.2.1叶片(旋流板)旋流板是用来推动气体进行旋转运动的部件.旋流板除雾器工作时,雾滴会受到离心力的作用,被甩向塔壁,并在塔壁上汇集成雾滴流,流到集液槽并通过回流管被排出,完成与气体的分离.图1旋流板除雾器结构示意根据旋流板片径向角(指旋流板开缝线与半径的夹角,如图2)的不同,旋流板片可分为径向板,内向板及外向板.,a.图2旋流板片的径向角?12?硫磷设计与粉体工程sp&bmhrelatedengineering2011年第6期对开缝线ab,若与半径ao重合,=0.,称为“径向板”.若开缝线ac与ao的交角定为正值(顺着气流方向,角在开缝线的外侧),此时气流通过板片的走向较径向板朝内些,离心力较径向板小些,称为“内向板”.反之,当顺着气流方向,角在开缝线ad的内侧,角定为负值,此时离心力较径向力大些,称为“外向板”.气体通过旋流板时,液滴以仰角ot自板片射出,沿着螺线轨迹甩向塔壁,对不同径向角卢其轨迹是不同的.对>0的内向板最长,这样就使两相接触的时间最长,因此内向板用作吸收.对<0的外向板则最短,即液滴自板片射出,到塔壁的时间最短,因此外向板用作除雾.因此,为缩短雾滴沉降的距离,旋流板除雾器应采用外向旋流板.2.2盲板盲板的作用是阻挡气体从旋流板除雾器的中心部位通过.由于旋流板除雾器的中心部位没有设置旋流板,带雾气体将不经分离直接穿过,降低除雾效果,所以设置盲板以使所有带雾气体通过旋流板区域.从图2可以看出,螺旋板片的切圆直径d.=dsi.盲板直径d不得小于螺旋板片的切圆直径d.,一般情况下,盲板直径d等于螺旋板片的切圆直径d.盲板直径过小不利于液滴甩至塔壁和支撑及分配作用,过大将使旋流板有效面积明显减少.但在下述场合下,盲板直径应适当加大,其值可大于1/3的d.1,作为塔顶除雾器使用时,应尽可能采用大直径盲板.采用大直径盲板可以缩短液滴离心沉降到塔壁的距离而利于除雾.2,塔径较大时,此时应不希望离心分离距离随塔径成比例增大,从而增加塔的高度,可适当加大盲板直径.2.3罩筒罩筒的作用:封闭叶片外沿开口,使气流不致由此直冲塔壁而造成夹带;在罩筒与塔壁间形成集液槽,将沿塔壁降落的液体导人回流管.除了旋流板问世初期有过一些”高罩筒”外,以后的旋流板一般都采用”低罩筒”.所谓的”低罩筒”就是罩筒高度刚好封闭旋流板叶片外缘,这样做的优点是有利于提高除雾的分离效率,且在制作过程中,能使各旋流板片的仰角得到一个校核的标准,保证了仰角的准确性.2.4环板环板的作用是支撑整个旋流板除雾器,并与罩筒,塔壁构成集液槽.3旋流板除雾器的设计计算3.1计算步骤i,给定或计算气体负荷(m/s),液体负荷(m/s),气体密度pg(kg/m)及液体密度pl(kg/m).当夹带液滴量小于0.1kg/kg气时,液体负荷以0.1kg/kg气计.2,按经验公式确定旋流板片外端直径d(m)d=0.6()(1)3,除雾段筒体内径d的取值范围d=(1.11.4)d(2)4,盲板直径d的取值范围d=(0.250.4)d(3)5,确定旋流板片数m,旋流板片数m越多,越有利于液相的分散.当旋流板作为除雾器使用时,应适当减少叶片数,减少叶片数可减小液滴的分散程度,利于收集雾滴.据现在使用情况,对于塔径在11”i1以下的,叶片数可取1624;塔径大于lm时,叶片数可相应增加.旋流板片数应根据旋流板片外端直径,板片仰角,叶片高度来确定,以使相邻叶片间能相接或部分重叠为宜.6,旋流板片仰角是指板片与水平面的夹角.对尾气洗涤塔用旋流板除雾器,一般情况下取=25.左右(经实践,=20.一30.对效率的影响很小).7,计算穿孔面积a.,穿孔面积a.为各叶片间通道截面积之总和,在计算上即为各板间开孔区面积在通道截面方向的投影.对于径向板a0=竹(d一d)sina/4一m6(d一d)/2(4)式中为旋流板片的厚度,一般取0.003m.对于内向板或外向板,a.计算较复杂,可参见文献2,一般可按径向板作近似计算.8,计算穿孑l动能因子fo=p/ao(5)9,核算穿孔动能因子,穿孔动能因子应在1012k/(m?s)为宜,最大不得超过l5k/(m?s).当穿孑l动能因子在以上范围内时,则可认为旋流板片外端直径,除雾段简体内径d,盲板直径d及旋流板片仰角的取值均是合适的.否则应重新调整d,dvz)及的取值,直2011年第6期昊雄标.磷酸装置中旋流板除雾器的设计?l3?至穿孔动能因子满足介于l0一l2/(mn?s)之间,最大不得超过l5k/(m”?s)的要求为止.l0,确定旋流板片径向角,旋流板片采用外向板,规定盲板直径d等于螺旋板片的切圆直径d.,则:=arcsin(d/d)(6)ll,确定罩筒高度,罩筒采用”低罩筒”型式.=订dtantr/m+8cosoi+增加量(7)当要求相邻叶片间能相接时,增加量为零;当要求相邻叶片间能部分重叠时,增加量大于零.12,回流管的总面积和回流管尺寸的确定a:ljuf(8)式中为回流管内的降液速度,一般取u=0.2m/s.根据式(8)计算所得值,采用多个不大于dn50的圆形接管作回流管用,要求其总流通面积不小于式(8)计算值.3.2计算示例某尾气洗涤塔除雾段,已知:气体负荷=1.78m/s,气体密度p.=1.03ks/m3,液体负荷l.=0.0012m/s,pl=1020ks/m.1,旋流板片外端直径d初值d=0.6(:0.6(1.781.o3.-)._-0.806m取d=0.8m.2,除雾段筒体内径|d初值d=1.25d=1.250.8=lm取d=1m.3,盲板直径d初值d=0.33d=0.33x0.8=o.264m取d=o.27m.4,旋流板片数171取m=20.5,旋流板片仰角取0【=25.6,穿孔面积a0ao=竹(d一d)sinai/4一ms(d一d)/2=1r(0.8一0.27)sin25./40.520x0.003(0.8一o.27):0.172m7,穿孔动能因子fo=/a0=1.781.03/0.172=10.5k/(mn?s)8,核算穿孔动能因子以上计算所得的穿孔动能因子fo=10.5kg0/(m?s),介于1012kg”/(in?s)之间,满足穿孑l动能因子的取值要求,所以可认为旋流板片外端直径d,除雾段简体内径_d,盲板直径d及旋流板片仰角ot的取值均是合适的,不必重新调整.9,旋流板片径向角口旋流板片采用外向板,规定盲板直径d等于螺旋板片的切圆直径d,则:卢=arcsin(d/d)=arcsin(0.27/0.8)=19.72.10,罩筒高度日罩筒采用”低罩筒”型式.日7rdrants/m+8cosa=,丌0.8tan25./20+0.003cos25.=0.0613m取=0.062m.11,回流管的总面积a和回流管尺寸ay=l./uy:0.0012/0.2=0.0o6m2拟采用6个itlm3.5toni的钢管作回流管用,其总流通面积-6订x0.038/4=0.0068iil2>a.4旋流板除雾器的材料选择磷酸装置中旋流板除雾器处于磷酸,氢氟酸及氟硅酸等腐蚀介质中,选择除雾器材料时,还应考虑其防腐要求.一般来说,应根据介质及使用温度情况选用可靠的材料,通常采用316l.当介质温度较低,设备较小时,也可采用塑料进行制作.5结语本文所述实例应用于某厂75kt/a半水一二水磷酸装置中的二水尾气洗涤塔上,该塔采用六级喷淋吸收的方式处理含氟反应尾气,喷淋液较易被夹带,塔顶设置旋流板