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新型垂直筛板及其应用

2019-01-15 返回列表

径向侧导喷射塔板技术介绍

 

. 径向侧导喷射塔板的结构及特点

    1.结构

                   径向侧导喷射塔板(CJST)的主要结构特点是具有如图1所示的垂直帽罩,帽罩周围侧壁开有筛孔,每个帽罩布置于塔板上开设的板孔上方,帽罩顶部的盖板称为分离板,它与侧壁顶部留有一定高度的缝隙,帽罩的材质可以由碳钢或不锈钢等制造,其类型有圆柱形,长方体形、梯形或带圆角的长方体形等。每个帽罩筛孔数目和孔径大小及每层板帽罩的个数、类型可根据所处理物料的性状与负荷的大小,通过计算选用。

                   塔盘上帽罩及气、液接触示意图

  1. 板孔; 2-罩孔; 3-罩内气、液碰撞混合区; 4-罩间喷射分离区; 

 

2.气液接触过程

    由下一层塔板上升的气体从板孔进入帽罩,由于气体通过板孔时被加速,能量转化,板孔附近的静压强降低,致使帽罩内外两侧产生压差,使板上液体由帽罩底部缝隙被压入帽罩内,并与上升的高速气流接触后,改变方向被提升拉成环状膜,向上运动。在此过程中,极不稳定的液膜被高速气流拉动撞击分离板后被破碎成直径不等的液滴,气液两相在帽罩内进行充分的接触、混合,然后经罩体筛孔垂直喷射,气液开始分离,气体上升进入上一层塔板,液滴落回原塔板液层中。

    3.CJST的主要特点

①传质效率高

CJST塔板,由于帽罩的存在,罩内液、气比大,液相在气相中分散较好,特别是气液混合物撞击分离板后改变方向或折返,使液膜不断破碎、更新,气液接触混合非常激烈,对于喷射段,由于液体经喷射分散度更高,颗粒更小,使气液接触面积增大,研究证明这一阶段不仅是液滴的沉降,传质作用仍在进行,罩内外基本上都是有效传质区域,塔板空间都得到充分利用。因此传质、传热过程比浮阀内进行的充分、完全,所以可达到总的塔板传质效率比浮阀高出10%以上的效果。

② 处理能力大

    CJST 塔板,由于帽罩的特殊结构,气体离开帽罩呈水平或向下方向喷出,这拉大了气液分离空间和时间,使气体雾沫夹带的可能性大为降低,这使塔板气体通道的板孔开孔率可大幅提高,一般可达20%~30%。而在开孔率相同时可允许操作气速比一般塔板高出1.5-2.0倍,仍能将气体雾沫夹带限定在允许范围以内。

    其次,气体携带液体并流进入帽罩,而不是像浮阀等塔板气体穿过板上液层,因而使塔板流动的液体基本上为不含气体的清液,故降液管液泛的可能性大为降低,即同样截面积的降液管,液体通过能力也可提高近一倍,所以对于扩产改造项目,保留原塔体,只需更换成新型塔板就可将塔的处理量提高50%以上。

    抗堵塞

    由于塔板板孔较大且无活动部件,一般不易被较脏或粘性物料堵塞。另外,气液是在喷射状态下离开帽罩的,气速较高,对罩孔本身有较强的自冲洗能力。物流中含有的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以在罩孔聚集并堵塞罩孔。

    压力降低

    CJST塔板气体并不穿过板上液层,只需克服被气体提升的那部分液体的重力,所以造成的压降要小,图2 给出了CJST与F1浮阀塔板压力降比较,由图看出:CJST塔板压降Hw在低负荷时与F1型浮阀相当,高负荷时比F1浮阀低20%~30%,且负荷愈大,压降低的愈多。

    操作弹性好

   CJST塔板操作下限与浮阀、筛板塔一样,为漏液控制,但是由于CJST分离板的作用,使雾沫夹带量很少,大大低于浮阀,表1是塔径为600mm,板间距350mm,开孔率10%的情况下,当取雾沫夹带量ev=0.1kg/kg气时,对CJST 和F1浮阀作不同负荷气体动能因子  F 0  对比实验,结果见表1:               

1     操作弹性比较

          项

CJST

F1浮阀

气速操作      ev   Kg液/Kg

上限      F0()   m/s(kg/m3) 1/2

0.1

  1.  

     0.1

 

     13.2

 气速操作      eL  kg液/kg

 

 下限      F 0(下)  m/s(kg/m3) 1/2

 0.1

 

4.66.2

0.1

 

   3.54.5

 操 作 弹 性  F 0() /F 0(下)

3.04.1

   2.93.8

    表中数据说明,雾沫夹带量ev和漏液量eL均为0.1的条件下,虽然F1浮阀有适应负荷变化的活动阀片,但New-VST操作弹性仍稍高于F1浮阀。

 

 
 

2   New-VSTF1浮阀塔板压降比较

                                                                         1- New-VST; 2-F1浮阀

 

                                   

从天津大沽化工厂低沸塔的改造实际操作数据看,气体流量从800m3/hr增至2600 m3/hr,各项操作技术指标均为正常,此时操作弹性近3.5,已是较高的了。

. New-VST 塔板的工业应用

   1、化肥行业变换系统饱和热水塔的改造

饱和热水塔是化肥厂较典型的热能回收利用设备,它是一个两段型的复合塔,上段是饱和塔,下段是热水塔,上段的任务是将进塔半水煤气增湿、升温,并尽量提高其饱和度,以减少外供蒸汽用量;下段是利用由上段自流进入下段的低温热水回收进塔高温变换气的热量,降低出塔变换气的焓值,减少过程的热能损失。

过去国内饱和热水塔大多采用散装填料塔,以陶瓷、铝质矩鞍环、鲍尔环为主。由于在生产中,气液量及温度经常波动,且操作压力又较高,塔内填料极易破碎或变形,造成填料碎片从蓖子板漏至塔底,有的粉尘则被气流带入气相出口管线中,严重威胁塔底热水泵和气体压缩机正常运行。其次,半水煤气中残余的焦油雾、焦粉尘等也容易堵塞填料,致使全塔阻力逐步上升,有的厂阻力达0.1~0.2MPa,这样高的塔阻力迫使热水循环泵只能开正常量的1/2~1/3。否则会造成全塔液泛或气带液事故,再有瓷环等传热、传质效果差,造成热回收率低,使得半水煤气出塔温度与热水进塔温度差值高达10~20℃,这导致外补蒸汽大量增加,使整个饱和热水塔操作处于恶性循环状态中,能量损失巨大。迫使多数厂家先后淘汰了陶瓷等填料。经过考查,不少厂家选用我们公司开发的新型垂直筛板技术,经过多数厂家的长期应用,经受住考验,取得了满意的效果。   

   2、化肥行业碳化系统回收清洗塔的改造

    回收清洗塔的任务是将碳化尾气中的氨用软水吸收下来,同时在回收氨的过程中进一步洗涤尾气中的CO2。要求(1)出塔气体指标:NH 30.1g/Nm 3,CO20.2%,(2)软水用量应确保碳化系统的水平衡,无稀氨水外排。按物料平衡关系,生产每吨氨需加软水量为1.1吨左右,如超过此数,稀氨水由于浓度太低,无法利用,只能外排,即造成大量氨水、电浪费,又污染环境。但是长期以来,小氮肥厂回收清洗塔大多采用填料塔或泡罩塔等,由于设备效率低且容易被结晶物、赃物及粘性物堵塞,导致气、液偏流,传质效率下降。这样使出塔气体含NH 3CO2 量严重超标,为降低含NH 3,势必加大软水用量,从而破坏了系统的水平衡,水加的多,排的多,经济损失严重,迫使厂家多方探索,但长期未找到满意解决办法,自1993年使用我们河北工业大学 New-VST塔板改造后,问题就得到了解决。

    3、氯乙烯精馏塔改造

氯乙烯是有机化工生产聚氯乙烯(PVC)的单体,对它的要求是高纯度,即尽量减少低沸物和高沸物的含量,并降低生产消耗与生产成本。提高氯乙烯纯度是通过精馏完成的。在我国氯乙烯精馏塔,从早期的拉西环填料开始,经历了泡罩、浮动喷射、浮阀等几次换代,精馏技术在不断提高,但实际生产中,氯乙烯杂质含量仍然较高,例如使用浮阀塔,低沸物主要是乙炔,含量达10ppm,高沸物含量在80-100ppm,甚至还高。其次,生产中氯乙烯容易自聚,会造成塔板的严重堵塞,塔内压降增加,产品质量下降,并使塔的操作周期缩短,甚至造成非正常停工。

经与天津大沽化工厂合作,利用原处理能力为3万吨/年PVC的已报废的Ф600氯乙烯低沸精馏塔,将原塔内浮阀塔板全部去掉换成New-VST塔板,并于1988年12月投入生产,经多年运行各项技术指标均超过原浮阀塔板:

   处理量大:用New-VST塔板改造后的塔,已证明它能适应生产能力4.5万吨/年PVC的氯乙烯低沸精馏塔的需要,可见新塔板使旧塔板提高处理量40%以上。

    传质效率高:原浮阀塔时,氯乙烯单体含低沸物(乙炔为主)为10ppm,使用New-VST 塔板后,低沸物含量为零。这就避免了因低沸物阻聚,而导致聚合时间过长以及树脂挥发物不合格现象,因此使PVC树脂品级率提高10%以上。

    压降小:由于New-VST塔板自冲洗能力强,有效的克服了因氯乙烯自聚而造成的塔板堵塞现象,使得塔内压降由原来的0.02-0.04MPa降为0.01-0.02MPa,即压降减少一半,能耗也因此大为降低。

    操作弹性好:改造后试车时处理量仅为800 m3/hr,负荷较低,但各项技术指标却相当好,以后直至处理量达到2600m3/hr,各项指标仍然很好,厂家认为处理量还可提高。就以现在数据,操作弹性已近3.5。这已是较高的操作弹性了。

由于大沽化工厂低沸精馏塔的改造成功,自然引起了国内PVC企业广泛关注,使得New-VST塔板的推广非常迅速。目前国内大多数氯乙烯精馏塔都已采

用了新型垂直筛板技术,以下举出几个主要应用厂家,供用户参考。(见业绩表)

   4、氨洗塔的改造

    在合成氨系统内液氨储罐弛放气中含有大量NH3H2 ,必须加以回收利用,以年3万吨合成氨厂为例,弛放气量高达500-1000Nm3/hr,通过回收H2 可使合成氨年增产1000t,同时得到大量浓度近200tt的氨水,经济效益十分可观。

    在回收H2前必须除去弛放气中的氨、水及其它杂质。其中除氨是在氨洗涤塔内,通过喷洒软水进行吸收而除去。氨洗塔内一般装有填料或泡罩,其效率较低。塔的操作压力大多与液氨储罐压力相等,故亦称等压回收塔

 由于氨的饱和蒸汽压随温度升高增加较快,故降低温度对氨的吸收大为有利,我们结合此塔的特点,开发了导气管冷却塔板,此塔吸收效果几乎不受气量和压力波动的影响,同时冷却装置能够很好的将溶解热移走,维持较好的吸收效果。例如:石家庄滹沱河化肥厂洗氨塔采用此技术改造后,出塔气中氨含量由原来的1.0%(v)降为0.026%(v)。塔的净氨效果提高几十倍,不仅满足后续回收H2工艺时对弛放气含NH3量的要求,而且多回收了NH3,该塔可将氨水浓度提高到200tt,此值已接近平衡浓度230tt

    5、甲醇精馏塔改造

 随着甲醇市场的不断扩大,氮肥企业新上联产甲醇装置或原有联醇装置扩产改造的积极性在逐步提高,其中甲醇精馏塔,它是决定甲醇产品质量和生产消耗的关键设备,它的塔板数和分离效率要求较高,过去大多数用浮阀、斜孔筛板、浮动舌型等塔板,塔板数为75~85块左右。但生产仍不能满足要求,产品的等级、收率都较低,生产能耗也较高。近些年随着新型垂直筛板、孔板波纹填料在甲醇精馏塔的应用,使得塔的处理能力、分离效率和产品质量大为提高。

    6、脱硫塔改造

    山东鲁西化肥厂变换系统半水煤气脱硫,系采用湿式氧化栲胶脱硫方法,即用栲胶脱硫溶液吸收半水煤气中的H2S, 并将其氧化成元素硫而除去。但实际生产中常由于栲胶溶液预处理不充分、不彻底,或者操作条件控制不好,产生大量胶体或泡沫影响栲胶溶液对H2S的吸收,甚至会产生钒沉淀,影响栲胶溶液再生,造成脱硫塔分配器及再生槽喷射器堵塞,脱硫效率下降,换成我校New-VST塔板后,堵塔问题得到了较好的解决,脱硫效率明显提高,同时由于采用板式塔也大大减少了出塔气体对含硫液体的夹带,进一步改善了产品质量。



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