置吸收塔生產能力分析及應用

2023-02-14 01:48:01 字數 3609 閱讀 5190

趙超梁平採輸氣作業區

概述脫水生產中吸收塔的設計結構、廣泛採用板式塔和填料結構,(填料塔因在相同條件下生產能力最低在此不做分析)。板式塔以浮閥塔、泡罩塔居多。相同塔徑的吸收塔其生產能力的大小,主要影響因素之一就是吸收塔的內部結構和塔板結構。

現以具體泡罩塔和浮閥塔、以及擬用的噴射型浮舌塔的板結構進行分析,以便確定應用方案。

主題詞:泡罩塔板浮閥塔板操作點應用

塔板分析

一、泡罩塔板

泡罩塔是應用最早的氣液傳質裝置之一,其板結構如圖一所示。每層塔板上開有若干個孔,孔上焊有短管作為上公升氣體的通道,稱為公升氣管。公升氣管上覆以泡罩,泡罩上部周邊開有許多齒縫。

齒縫一般有矩形、三角形及梯形三種,常用的是矩形。泡罩在塔板上作等邊三角形排列。

圖一泡罩塔板

a)泡罩塔板示意圖b)圖形泡罩

操作時,液體橫向流過塔板,靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流動液層,齒縫浸沒於液層之中形成液封。上公升氣體通過齒縫在板上形成了鼓泡層和泡沫,為氣液兩相提供了大量的傳質介面。

泡罩塔的優點是:因公升氣管高出液層,不易發生漏液現象,有較好的操作彈性;塔板不易堵塞,適於處理各種物料。缺點是:

塔板結構複雜,金屬耗量大,造價高;板上液層厚,氣體流徑曲折,塔板壓降大,又因霧沫夾帶現象較嚴重,限制了氣速的提高,致使生產能力及板效率均較低。近年來泡罩塔已逐漸被浮閥塔所取代。

二、浮閥塔板

浮閥塔於50年代初期在工業上開始推廣使用,由於它兼有泡罩塔的優點,已成為國內應用最廣泛的塔型。特別是在石油、化學工業中使用最普遍,對其效能研究也較充分。

浮閥塔板的結構特點是在塔板上開有若干大孔(標準孔徑為39mm),每個孔上裝有乙個可以上下浮動的閥片。浮閥的形式很多,常用的浮閥形式為f1型,v—4型和t型。f1型浮閥(國外稱為v—1型)如圖二(a)所示。

圖二幾種浮閥型式

a)f1型浮閥 b)v-4型浮閥;(c)t型浮閥

1—閥片;2—定距片;3—塔板;4—底腳;5—閥孔

閥片本身有三條「腿」,插入閥孔後將各腿底腳扳轉90℃角,用以限制操作時閥片在板上公升起的最大高度(8.5mm);閥片周邊又衝出三塊略向下彎的定距片,當氣速很低時,靠這三個定距片使閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上,閥片與塔板間始終保持2.5mm的開度供氣體均勻地流過,避免了閥片啟閉不均的肪動現象。

閥片與塔板的點接觸也可防止停止後閥片與板麵粘結。f1型浮閥的結構簡單,製造方便,節省材料,效能良好。

v-4型浮閥如圖二(b)所示。其特點是閥孔沖成向下彎曲的文丘里形,以減小氣體通過塔板時的壓強降。閥片除腿部相應加長外,其餘結構尺寸與f1型輕閥無異。

t型浮閥如圖二(c)所示。拱形閥片的活動範圍由固定於塔板上的支架來限制。其效能與f1型浮閥相近,但結構複雜。

為避免閥片生鏽,浮閥多採用不鏽鋼製造。f1型、v-4型及t型浮閥的主要結構尺寸見表。

表(一)f1型、v-4型及t型浮閥的主要尺寸

浮閥塔具有下列優點:

1、生產能力大由於浮閥塔板具有較大的開孔率,故其生產能力比泡罩塔的大30%,。

2、操作彈性大由於閥片可以自由公升降以適應氣量的變化,故維持正常操作所容許的負荷波動範圍比泡罩寬。

3、塔板效率高因上公升氣體以水平方向吹入液層,故氣液接觸時間較長而霧沫夾帶量較小,板效率較高。

4、氣體壓強及液面落差較小因為氣液流過浮閥塔板時所遇到的阻力較小,故氣體的壓強降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小。

5、塔的造價低因構造簡單,易於製造,浮閥塔的造價一般為泡罩塔的60—80%。

推薦塔板:噴射型塔板

上述泡罩、浮閥塔板都屬於氣體為分散型的塔板,在這類塔板上,氣體分散於板上流動液層中,在鼓泡或泡沫狀態下進行氣液接觸。為防止嚴重的霧沫夾帶,操作氣速不可能很高,故生產能力的進一步提高受到限制。近年來發展的噴射型塔板克服了這個弱點。

在噴射型塔板上,氣體噴出的方向與液體流動的方向一致,充分利用氣體的動能來促進兩相間的接觸。氣體不再通過較深的液層而鼓泡,因而塔板壓強降降低,霧沫夾帶量減小,不僅提高了傳質效果,而且可採用較大的氣速,提高了生產能力,我們這裡主要介紹經典的浮舌塔板:

浮舌塔板是一種新型塔板,結構簡單,製造方便。其結構如圖

三、四所示。僅將閥片製成類似於門窗樣式的浮動舌片。其特點為:操作彈性大,負荷變動範圍甚至可超過浮閥塔;壓降小,結構簡單,加工方便,效率高於普通浮閥塔板。

操作點根據以氣相負荷v及液相負荷l分別表示縱、橫座標,標繪各種極限條件下的v-l關係曲線,從而得到塔板的適宜氣、液流量範圍圖形,該圖形稱為塔板的負荷效能圖。效能圖對檢驗塔的設計是否合理、了解塔的操作狀況以及改進塔板操作效能都具有一定的指導意義。 如圖五:

圖五塔板負荷效能圖

1、霧沫夾帶線:線1為霧沫夾帶線。當氣相負荷超過此線時,霧沫夾帶量將過大,使板效率嚴重下降,塔板適宜操作區就在霧沫夾帶線時,霧沫夾帶量過大,使板效率嚴重下降,塔板適宜操作區應在霧沫夾帶線以下。

2、液泛線:線2為液泛線。塔板的適宜操作區應在此線以下,否則將會發生液泛現象,使塔不能正常操作。

3、液相負荷上限線:線3為液相負荷上限線,該線又稱降液管超負荷線。液體流量超過此線,表明液體流量過大,液體在降液管內停留時間過短,進入降液管中的氣泡來不及與液相分離而被帶入下層塔板,造成氣相返混,降低塔板效率。

4、漏液線:線4為漏液線,該線即為氣相負荷下限線。氣相負荷低於此線將發生嚴重的漏液現象,氣液不能充分接觸,使板效率下降。

5、液相負荷下限線:線5為液相負荷下限線。液相負荷低於此線塔板液流不能均勻分布,導致板效率下降。

諸線所包圍的區域,便是塔的適宜操作範圍。

操作作時的氣相流量vs與液相流量ls在負荷效能圖上的座標點稱為操作點。

操作線與負荷效能圖上曲線的兩個交點分別表示塔的上下操作極限,兩極限的氣體流量之比稱為塔板的操作彈性。操作彈性大,說明塔適應變動負荷的能力大,操作效能好。

操作點位於操作區內的適中位置,可望獲得穩定良好的操作效果,如果操作點緊靠某一條邊界線,則當負荷稍有波動時,便會使塔的正常操作受到破壞。顯然,圖中操作點c優於點c′。

同一層塔板,操作情況不同,控制負荷上下限的因素也不同。如在oa線的液氣比下操作,上限為霧沫夾帶控制,下限為液相下限控制,在ob線的液氣比下操作,上限為液泛控制,下限為漏液控制。

物係一定時,負荷效能圖中各條線的相對位置隨塔板結構尺寸而變。因此,在設計塔板時,根據操作點在負荷效能圖中的位置,適當修改塔板結構引數,以改進負荷效能圖,滿足所需的彈性範圍。

塔板應用

綜上所述,層出不窮的新型塔板結構各具特點,應根據不同的工藝及生產需要來選擇塔型。不是任何情況下都追求高的塔板效率,一般來說,對難分離物係的高純度分離希望得到高的板效率,而處理量大又易分離的物係,往往追求高的生產能力。對天然氣的脫水工藝來講恰好是追求高的生產能力,處理量大而易分離的物係,所以我們完全可以選擇浮舌塔板的浮閥塔作為吸收塔,進而能進一步提高天然氣的脫水能力。

我們假擬梁平作業區七橋輸氣站擴建100萬方/天的脫水吸收塔進行塔板改造,將其現有的d1400mm直徑吸收塔中的八層泡罩塔板並通過目前的現有生產條件(平均生產壓力6.5mp)改造成噴射型浮舌塔板,計算並適當修改板間距和塔板引數。根據目前現有裝置(甘醇幫浦1.

03m3/h單幫浦,兩台、重沸器平均60%主火開度,提供200℃甘醇再生溫度)即可將天然氣處理量在原有基礎上提高30%以上,脫水生產能力潛力可大大得到開發。根據負荷效能圖我們不難看出:在操作時控制霧沫夾帶量,ev<0.

1kg(液)/kg(氣)。禁止出現泛液和漏液現象。根據操作點所處位置適當選擇和控制操作引數,即可得到滿意的生產效果!

參考資料

《化工原理》天津大學化工原理教研究組

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