氯气干燥系统泡罩塔的工艺计算_瞿亚红

氯 气干燥系统 泡罩塔的 工艺计 算 瞿亚红 (上海氛碱化工股份有限公司电化厂 2)( X2 4 1 ) 摘要对我厂离子膜法烧碱装置氯气干燥系统 引进的 泡革塔进行详细的工艺计 算 , 旨在为国内同行企业氛气干燥装置的技术进步提供参考 。 关键词氛气干燥 泡翠塔工艺计算 1 前言 我厂巧万口 a 离 子膜烧碱装置的氯气 干燥系统系从 国外引 进 , 采用 2塔 串联工艺 流程 , 第 l 塔为填料塔 , 填料为日铁化工机 株 式会社制造的高性能花 环填料L型 , 第 2塔 是泡罩塔 , 塔体材质V P C+FRP , 泡罩材质为 V P C , 塔板层 数 为 5层 。 该 工 艺 流 程具有以 下优点 : (l )干燥效果好 。 含水约0 . 6% (质量分 数 )的湿氯气经过 2台干燥塔处 理后 , 其水分 含量可降至 巧 x o r “ (质量分数)以下 。 (2)操作弹性大 , 运行稳定可靠 。 实际运 转表 明 , 电解系统负荷的变化 , 对干燥系统的 稳定运行无明显的影响 , 生产负荷在 3 0% - 10 0% 范围 内变化 , 干燥系统都能很好地适 应 , 干燥效果不受影响 。 (3 )工艺流程 简单 。 国 内许多 氯碱厂家 , 为了保证干燥后氯气的水 分含量 能满足氯透 平输送以及下游氯产品生产工艺 的要求 , 往 往 采用3塔或4塔 串联工艺流程 , 相比之下 , 2塔工艺 流程 要 显得简单 , 装 置 所 需 的占地 面积也 小 。 上述 这些特点 , 与工艺上采用 泡罩塔作 为气液传质设备有很大关系 。 因为泡罩塔塔 板上的升气管出口伸到板面以上 , 即使上升 气流中断 , 板面上的液体也 不会漏掉 , 气体流 量变化对其正常运行影 响较小 , 因 此泡 罩塔 可在气液负荷变化较大 的范围 内正常工作 , 并保持较高的板效率 。 所以 , 从综合装置 的 操作弹性与干燥效果来看 , 选 用 泡 罩塔的干 26 燥工 艺要优于选 用填料塔或筛板塔的 干燥工 艺 。 下 面针对巧万口 a 离 子 膜 法烧碱装置 中所使用 的泡 罩塔 进 行 详 细的 工艺计 算 , 旨 在 消化吸收引进 技术 , 为装置 设备的 国产化 , 为国内同行企业氯气干燥装置 的技术进步提 供参考 。 2 已知工艺条件 项目内容进 泡罩塔出泡罩 塔 氯气(包括 仇 、 CO Z ) 1723k岁h1723k酬h 氯气中含水量 1 4 . 4k酬h 0 . 26k盯h 气体密度 3 . 2 k留砰 3 . 2 k岁 m 3 气体体积 流量 538 7 衬/h 538 7衬/h 气体温度2 0 20 玩S仇 浓度 9 8 . 0% 9 3 . 7% HZs o 4 密度 ls4okg / m 3183Ok m 3 H ZSO月 体积流量 0 . 18m 3/ h0 . 19时/h 浅50 ; 温 度 2 0 20 3 塔的主要尺寸的计算 3 1 泡罩尺寸的选择与确定 泡罩 的尺寸 大小一般根据塔 径的 大小来 选 择 , 假如 所选择的 泡罩的外型 尺寸 D I/ 气 为 : 168 x 6 (泡罩外径 x 壁厚 ) (l )设升 气管外径与壁厚 为 : 场 x 飞 , 飞 二 6 llu n 为了使气相回转通 道 的 压降最小 , 应使 环形截面与升气管截面之比在 1 . 1 一 】 . 4 , 取 则今 尹 铲 二 1 . , 得 巧 二 一137二 一14mm 中国氛碱 1望涎年第1 1 期 (2)升气管的上缘应比齿缝至少 要高出 12I n m 以上 , 以免操作时液体溅人升气管 。 这 里取3 0 。 (3 )常规条件下 , 设升气管顶至泡罩顶部 内壁距离为 h , , 升气管顶部与泡罩顶 面之间 的回转通道面积与升气管的截面 积 之比为 】 . 0 一 1 . 3 , 这里取 】 . 0 0 匀 侧 飞 尺 。.1 h .、 x兀(压一 邹 , ) 州而云亏妥而丁 玩平 二 。 得 坑 二 2 5 5“如 (4)根 据上面计算结 果 , 泡罩 的主要 参数 与尺寸确定 如下 : 泡罩外径 x 壁厚 D ,x a , 168 x 6 升气管外径 x 壁厚 D: x 戈 114 x 6 升气管高度 珑 90 泡罩高度 玩 12 1 . 5 (90 + 25 . 5 + 6) 齿缝高度 h 5 0 齿缝宽度 b;5 齿缝数目 n 2 8 升气 管净面积lF/ cmZ 8 1 . 6 回转面积凡c /衬 8. 90 环形面积凡c / m Z 8 9 . 0 齿缝总面积 凡c /衬8 4 . 0 泡罩底面积 c A , c /廿2 21 . 6 3 . 2 塔径的计算 泡罩的排列 通常采用正 三角形 排 列 , 泡 罩的中心 距一般为泡罩直径 的 1 . 2 5 一 1 . 5 倍 。 两泡罩外缘间 的距离应在 2 5 一 7 5 之 间 , 以保持较高的鼓泡 效率 。 取“ D ,= 1 . 375 , 则 t= 23l t一D; 二 63 (两泡罩外缘间的距离 为 6 3 ) 根据口l D 二 1 . 37 5 , 由图l得到A盯A c二 2 . 080 图中 : A一鼓泡面积 甘 , Ac一诸泡罩的底面 积之和时 , 卜中心距 m , d一泡罩外径m 。 中国氛碱 1卯9年第1 1期 口口口口口口口口口 ! _ _ _ 厂厂厂厂厂厂 _ 艺艺 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 口口口口口口口口口日日- - - - I厂厂厂 口口口口口口口口口口曰曰厂厂口口口 - - - - - 口口口口口口日日汽汽厂厂尸尸 口口口口口口口口口区区门门日日 网网网网网网网网网口口门门口口 口口口口口口口口四四四曰曰日日 巨巨巨巨巨巨巨困困困曰曰曰厂厂 口口口口口口口口口口口一一 口口口口口口1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 口口口口口口口口口口口口口口口 口口口曰曰团团团团团团口口口门门 ! ! !- - -冈冈日日日日日日日日门门 区区区尸尸尸尸尸尸尸口口口口口口 巨巨巨巨巨口口口口口口口口口口口口口口口口 以 a 图l泡罩塔的鼓泡面积 当泡罩操作时 齿缝 全开( 即齿缝开度等 于齿缝 高度h) , 此 时 的满 负荷 气量可按 下式 计算 : m 二 69毗访 砰守叮 式 中 :v 满负荷 气量 (衬/ s ) , 每层塔 板上的泡 罩数 , 沂 、 为一液 相 、 气 相 的 重度(k岁 m 3 ) , h一齿缝高度 。 当气量 为V s时的齿缝 开度 hs可按下式 计算 : v 、 二 1 . 69n 、 人 凡 、尹 反I二动 h Y了V 一般认 为 最 小的气相负荷可按h。 = = 10 考虑 ; 正常 负荷 的 设 计 , h s二 2 /h 3 = = 33 。 实际上h s 越小 则塔板面积的利用效 率愈低 , 因此 最 大 负荷的设 计宜按 齿缝为全 开时考虑 。 正常负荷下 的 v s二 器 二 卜 5 m 3 / S 经计算 : 1 . 5 m 二 一 一一 一一万一一一 一 1 . 6 9 x 2/3 x 0 . 的84 二37 只 实际泡罩数取 m 二 4 4只(考虑2 0%余量) 27 则 :A c 二 4 4 x A c , 二 4 4 、 0 , 0 2 2 16 二。 . 9 75时 彻 = 2 . 08 x 0 . 9 75 二 2 . 03,:产 (A a 为鼓泡面积 ) 因为液体的 流量 很 小 , 所以液流型式采 用 U型 。 A盯斯 二 5 0 % 一 8 0%(A T 为塔的截面积) 取A盯斯 = 6 5%则斯 二 3 . 1 2衬 D二 丫不万丽亏 = 1 叩 m (D :塔径 ) 取D = 2 . om 3 . 3 降液管直径d的计算 降液管中的线速度一般宜在 0 . 1而 s 以 下 , 这 里取为0 . 1而s 则 d 讨恶粤 二 0 25n l n r 液柱 。 静液 封h s s 二 h a , 一 ho w = 2 5 一 1 . 2 二 2 3 . s l n m 则 hw 二 h T 十h十 h、 十 h r 二 10 + 50 + 2 3 . 8 + 5 = 88 . 8n l n l 取 hw 二 8 5 , 则h, = 2 0 式 中 : h黔一静液 封 , hd s一动 液封 , h o w一堰 高 , h一齿缝 高 , h厂泡罩 底部距 塔板 的间隙 , h厂泡罩帽缘圈高度 。 表 l 动液封 D = 2 . 0m , 塔的 板 间 距 l H 、 一般在45 0 - 80 0 111 11 1 这里取场 二 65 0 则降液管中流体停留时间 : 操作压力动液封h丫mm . 真空(3 0 Zo o n价旧g 绝压) 常压 3一7表压 15一35表压 12一 4 0 2 5 50 4 0 一 75 50 一 lX ( ) 双/ 4x o刀乃Z x 价 , J 、 T 二 二0 . 斗1, 七 (此 : 液相流量) 4 . 3 液面梯度 (一般应 大于 5秒) 降液管底部与塔板 的间隙 h 。 一般不宜 小于2 0 一 2 5 , 以免发 生堵 塞或因安装偏差 而使 液流不畅 , 容 易液泛 , 这里 取h 二 2 5 。 排液孔 的直径可根 据每平方米塔板面积 具有1 . 0 一 3 . c 0扩的孔面积来计算的 , 这 里 取 1 . c 0衬/衬 塔板 , 设直径为d , 。 孔面积 =二/4 诉 x 一。 = 3 . 14 e: n, 训 、 时 二 3 . 14 则 d: 二 Zem 二 Zon u n 4 流体力学计算 4 . 1 堰上的液流高度h o w 选用 圆形降液管 , 液体直接由 圆管周 围 流入管内 , h o w可按 下式计算: h o w 二 0 l 4 ( 音 ) 0” (该 式只适用与 h o w o . Zd情况) ho w 一液 流高度叫 1一每个 圆管的液流 量m 3h / ; d一圆管直径 如取 d为巧Ol m n ; 则 卜 二二 0 . 14黯)。” 二。 o o ,m 二 , ,n r m 4 . 2 堰高 hw 由表 l根据操作压力初选动液封hd s = 以D 二 旦 二卫荟 塑 二 2 . s x ,o 一 sm 3 / m . s 一 乙 卜些兴 普几 业丫 由图2可查 得全 0 7 泡 罩排 列数 :二 1 2排 二 压乏 二 。 . 7 全 0 . 2 5 , 二下一X XrK 凸 、 T 点 ZH d一 hw 故不会产生液泛 。 4 . 9 万1 , 图3 日充气系数 (3 )齿缝的 开度 h s 由v ,二 1 . 6 9 、 骥也 人 /亚班亘 n V了V 得 h 。 = 。 . 029 3m = 2 9 . 3 液柱 (4)每层塔板压力降 hp = he + h 。 + hl hp二9 . 1+2 9 . 3 + 15 . 2 二 53 . 6m m 液柱 塔内 HZSO 4 比 重为 1 . 8 4 , 所以相当于 98 . om mH之0 4 . 6 最底层塔板压力降的计算 由于最底层塔板 硫酸 进行外部循环 , 姚s仇 流量 蚝二7矽八 二 1 . 9 4 、 1 0 一矽s / h“ D二9 . 7 x lo 一礴m 3 /m . s 泡 罩排列数 r二 12排 同样可求得 : h。 二 9 . 1 液柱 , h o w = 1 6 . 2 液柱 , hd s = 3 7 . 7 液柱 , h , = 2 9 . 3 中国氛碱 1侧刃年第n期 二二厂 厂上 上五 五厂 厂 L L L五 五 开 开 l l l 仁仁二 二 厂厂厂厂 下下 厂 厂I T T T仃仃 仁 仁仁仁 I I I I I一 一丁 - - - 下下厂厂- - - - I F F F汗汗什什 之 . 由由i纪纪药 药 】 巧巧竺孤 孤 门门门 计计计计计计计计计计计计 龟 月月月月目目 日日 目目月月氏氏用用甲甲麟 麟洲 洲 目目 目目 L L L_ 厂丁 丁门 门门 门厂门 门门 门勺 勺叹】 m m m 一一 一门 门门 门口 口 厂厂厂刃刃门 门口 口几 几叨叨门 门2口 口m m m厂二 口二二口 口 门门门门日 日日日门 门门 门I /田 田泪 泪下, ,门 门口 口 口口口口 口口 万! ! !口口 日日 叮 飞飞 用用门 门曰 曰日日 二二二二二 巨习习口 口口 口厦口 口田 田 田 田下1 1 1 1 -二 二厂二 二口 口 厂厂一 一曰 曰日 日日日门 门日 日日日m m mm m m厂一 一曰 曰曰 曰 口口口口 门门厂 厂 口口 日日 用用m m m m m门门口口 口口 详详详详详 J J J其 其其其丰丰丰丰丰丰丰丰 阵阵 二二 曰曰田 田日日曰 曰曰 曰日日田 田斗 斗阵 阵砰 砰砰 砰日日 二二口 口m m m区二 二口 口口 口r r r汀 汀 1 1 1 r一 一厂 厂口 口 ! ! ! ! ! 了了口 口囚 囚刃刃口 口 团 团f厂 厂 厂- , ,厂一 一厂 厂曰 曰 曰曰曰曰门 门日日曰 曰曰 曰田 田m m m厂一 一 厂 厂门门 二二二口 口团团 口口口口口口 口口 田田m m m下 下口 口日日 口口 厂厂厂 万一1 1 1 四四曰 曰l勺 勺曰曰 口刃 刃m m m 尸尸 厂一 一门 门口 口 刃刃门 门口 口口口口 口口 口口口团 团田 田巨二二口 口口 口口口 厅厅厅日 日日日 口口口口 口口口口田田巨 巨口 口口口口口 匡匡匡刃刃 厂厂 厂厂 口口 丁丁 汗汗汗 尸尸 厂厂 训训 WG , 一只尸 。 Ln卜S夕/m , 图4雾 沫夹带 鼓泡层高度 h f: h f二0 . 山32此+1 . 89h份 一。 J 双 万 二0 . 以32 x 0 . 8护 + 1 . 89 x O . 085 一0 . (理巧二o . 15 4m 鼓泡层顶部至上层塔板的距离 S S 二 场 一 卜 ;二0 . 650 一0 . 15 4 二0 . 4肠m ,。 1;5左 . 0 3 .J, W r /S二二岁书分罕 = 1 . 4 9 ” 以 一 0 . 4冤 一” 由图4查得 。、。二 o . zsa = 印d” 1/cm 则 ,e,二 皆 二“ 泌 0 故不会产 生大量雾沫 夹带 。 4 . 1 0 负荷上限 k P a 96%从50 4 气相分压 为 s x lo “ k P a 98%珑S仇气相分压为近似于O 进塔氯气中含珑0 : 83 7 x 10 “ , 摩尔分 率为 3 . 3 x lo 一3 出塔氯气中含 HZo : 巧 x o r 一“, 摩 尔分率 为6 x 10 一5 L 二 3 . 3i k n d/h , G 二 2 4 2 . 8km o l/h 气相传质单元数为 Nc o =YZ一YZ 、 二 , . 6 9 、 4 4 、 。 . , 州 画粤豆 二 3 . 3 4扩 s/ V n 斟 /Vs = 3 . 34/1 . 5二2 . 23 负荷上 限为2 2 3% , 此时雾沫夹带量为 : 、 s具尝 急鱼 二 3 , 由图4查得 、。二1 . 2 5 , 、 二 皆 二“ “ “ , 故也不会产生大量雾沫夹带 。 4 . n 负荷下 限 叹二 IOn u n 2 Y 二 3 . 3 x 10 一3 , Y一=6 x 一。 一 5 * 2 Y 二 2 . 9 x IQ 一7 , Y广二o 、 (从 一 W) 一 (Y , 一 Y 妞 ) Y nl二 一 = 8 0 . 9 x 10