填料吸收塔操作分析研究9
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1 吸收剂的影响
在逆流吸收操作中 ,吸收剂从塔顶经液体分布 器均匀喷洒在填料表面 ,将填料表面充分润湿形成 液膜 ,与上升气体进行传热 、传质 ,实现吸收过程 。 在选择吸收剂时 ,除了考虑吸收剂的选择性 、溶解
收稿日期 : 2007 - 09 - 11 基金项目 :江苏省高校自然科学研究项目 (No. 05KJD530095) 作者简介 :汤立新 (1966 - ) ,女 ,硕士 ,副教授 。
3 内件的影响
3. 1 填料
填料是填料塔的核心构件 ,填料表面是气液传 热 、传质的场所 ,填料的特性直接影响到吸收效果 、 压降和塔的负荷 。从十九世纪末拉西环的诞生到 二十世纪 50 年代在此基础上改进而成的鲍尔环 , 发明者都旨在改进填料的比表面积 、空隙率 、填料 因子等方面 ,以增强塔的生产能力和传质效果 。接 着 ,研究者发现比表面积 、空隙率大致接近而形状 不同的两种填料在流体力学与传质性能上有显著 区别 ,这说明形状理想的填料为气液两相提供合适 的通道 ,气体流动压降低 ,通气量大 ,且液流易于铺
(南京化工职业技术学院 ,江苏 南京 210048)
摘 要 :本文综述了填料塔的吸收过程 ,详细阐述了吸收液性质 、操作条件 、填料塔内件对吸收过程的 影响 ,并提出今后强化吸收过程 、提升填料塔负荷的方法和措施 。
关键词 :填料 ;吸收塔 ;操作分析 中图分类号 : TQ053. 5 文献标识码 : A
表 1 各类填料的 A 值
Key words: stuffing; absorbing tower; operating analysis
填料吸收塔是化工生产过程中最常见的设备 之一 ,主要用于制备溶液 、提取混合气中的有用组 分 [ 1 ]和净化废料 [ 2 - 10 ] 。吸收操作可在板式塔中进 行 ,也可在填料塔中进行 ,塔中设置的塔板和填料 , 其主要功能是尽可能多地提供传质面积 ,以保证最 大的传质效率 。填料吸收塔因通气量大 、压降小 、 气液接触面积大 [ 11 ]等优点 ,吸收效果明显 ,因而完 成同样的吸收任务 ,填料塔所需的塔径比精馏塔塔 径小 ,如安庆丙烯腈填料塔塔径为 Φ3000mm ,而国 内同规模装置的板式塔塔径为 Φ3200mm[ 11 ] ,故吸 收操作常常在填料吸收塔内进行 。但是 ,填料塔由 于在高流量下易产生液泛 、低流量下不持液及有沟 流和雾沫夹带等现象 ,严重影响了其传质性能 。因 此 ,填料塔的结构 、操作条件 、气液接触状况直接影 响吸收过程和塔的生产能力 。
2. 2 操作压强
操作压强影响吸收塔的传质效果 。操作压强 增大 ,意味着进塔气的浓度变大 ,被吸收的物质从 气相转移到液相中的量大 ,吸收效果好 ; 同时压强 增大 ,液相中分子之间的距离变小 ,被吸收的物质 较难从液相中脱逸出来 ,这样 ,吸收质能稳定于液 相中 。
气体从塔底必须克服沿程阻力 ,才能从塔顶放 空 ,因此 ,必须降低压降 ,使塔顶 、塔底压强尽可能 接近 ,有利于吸收 。而气体的压降跟气液两相的流 量 、塔内内件的结构 、内件的堆积方式等都有关系 , 是各个因素的综合结果 ,因此 ,在进行吸收操作时 , 必须综合考虑 。
1. 2 吸收剂的粘性
吸收剂的粘性影响吸收塔的传热 、传质性能 。 若吸收剂的粘性大 ,吸收剂沿填料表面流动时湍动 性较弱 ,在填料表面形成的较厚的液膜 ,此时上升 气流对液膜的冲刷作用使液膜表面的更新较难 ,气 液两相间的传热 、传质效果变差 。同时 ,由于液膜 较厚 ,气流上升的截面积变小 ,气流上升的阻力变 大 ,压降变大 , 塔容易形成液泛 , 塔的生产能力下 降 。因此 ,在选择吸收剂时 ,应尽量选择具有较小 粘度的吸收剂 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2007年第 11期
汤立新等 :填料吸收塔操作分析研究 3
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泡沫破裂 , 改善气液传热 、传质 , 提高塔的操作负 荷 ,消泡剂的浓度维持恒定是塔稳定运行的重要条 件 。 (3)确保气液两相的流量维持恒定 ,吸收剂 、进 塔气体的流量增大 ,均会导致起泡性增强 。
年代以来 ,新型规整丝网填料替代鲍尔环 ,其压降
小 、空隙率大 ,比表面积大 ;同时气液两相在填料中
不断呈 Z形曲线运动 ,流体分布良好 、混合充分 、液
膜表面更新容易 , 无积液死角 、沟流 , 放大效应很 小 ,适用于大直径塔径 。
由于新型规整丝网填料材料细 、薄 、空隙率大 , 气体上升过程中气相压降小 ,气体达到液泛的速度
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汤立新等 :填料吸收塔操作分析研究 3
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展成液膜 ,并且液膜表面更新迅速 ,因而 ,新型填料 的开发主要从改进填料的形状着手 。二十世纪 70
性外 ,吸收剂的发泡性和粘性对吸收塔的吸收效率 和生产能力有重要影响 。
1. 1 吸收剂的发泡性
纯净液体作为吸收剂 ,由于形成的液膜不稳 定 ,气泡很容易长大 、破裂 ,液膜表面更新快 ,传质 效果好 ,同时不容易形成液泛 , 塔的生产能力强 。 但在实际的吸收过程中 ,纯净液体作为吸收剂的可 能性不大 ,主要由于吸收剂的再生循环及吸收气体 中其他物质进入吸收剂中 。如在丙烯腈的生产过 程中 ,吸收剂中含有 4% ～6%的丙烯腈和其他有机 杂质 ,使吸收剂易起泡且泡沫的稳定性强 ,吸收塔 易产生液泛 ,塔的操作负荷降低 [ 12 ] 。
较高的进气 温 度 和 湿 度 限 制 了 气 相 吸 收 潜 热 的能力 ,对吸收不利 ,因此 ,对于较大热效应的气体 吸收塔应考虑进料气在进塔前进行冷却和脱湿 [ 12 ] 。
工业生产中将气体混合物分离 ,以获取所需要 的产品 ,必须将吸收塔和解吸塔联合操作 。根据气 液相平衡原理 ,高温有利于解吸 。但是陆恩锡等 [ 1 ] 对催化裂化装置吸收系统与气体分离装置整个系 统进行研究发现 ,高纯度丙稀产品的损失主要在脱 乙烷塔中 ,吸收稳定系统中解吸塔前设置的预热 器 ,虽然能使 C2 组分更好地解吸 ,但会引起干气中 C3 浓度的大幅度上升 ,导致总体经济效益下降 。通 过对整个系统的分析和计算机流程模拟 、流程优 化 、相关变量优化 ,取消脱乙烷塔 、取消解吸塔前设 置的预热器 。该项目工程实施后 ,使丙稀的回收率 从原有的不足 95%提高到 98%以上 ,丙稀产品的摩 尔分数保持在 99. 6%以上 ,企业年效益净增 2000 × 104 元 (RMB )左右 。通过具体的实例分析可知 ,对 于某一具体的吸收单元而言 ,在确定其操作条件 时 ,必须将其放置于整个系统中加以分析和研究 , 使各个单元优化组合 ,这样才能得到最佳的操作条 件。
Analysis on operation of stuffing absorbing tower3
TANG L i - xin, D ING Zhi - p ing, J I J in - lin, J IANG L i - fen, ZHOU L ing - dan (Nanjing College of Chem ical Technology, Nanjing 210048, China)
2 操作条件的影响
2. 1 操作温度
吸收的操作温度直接影响被吸收的物质在液 相中的量 。当操作温度较高时 ,物质内部分子运动 加剧 ,动能增加 ,分子之间距离增大 ,分子间引力减 弱 ,因而在较高的温度下 ,对于吸收于液相中的物 质来讲 ,较容易从液相脱逸出来 。由此可见 ,在吸 收过程中 ,吸收剂进塔前 ,先经过冷却器 ,使进塔温 度尽可能低 ; 若吸收过程产生的热效应较大时 ,还 应考虑从塔中移走热量 。
Abstract: The absorp tion p rocess of absorbing tower was summarized. The effects of absorp tion liquid p rop2 erty, operational condition and inner parts of stuffing absorbing tower to absorp tion p rocess were discussed in de2 tail. Some measures were brought forward to intensify absorp tion p rocess and advance the load of stuffing absorb2 ing tower.
:气相
、液相密
度
,
kg·m -
3
;
μ L
:液相粘度
,
cP;
L、G: 液相 、气相流
量 , kg·h- 1 ; A:常数 ;ε:填料空隙率 , m3 ·m - 3 。
由关联式可知 ,对其他参数相同 , A 的大小 , 直
接影响泛点气速 uF ,即塔的负荷 。A 越大 , uF 越大 。 各类填料的 A 值见表 1。
吸收塔内液相产生稳定的气泡后 ,容易使系统 操作不稳定 ,甚至产生拦液点液泛 ,使塔无法正常 操作 ,因此 ,必须检查气泡产生的原因并及时消除 气泡 。方法 : ( 1)检查进塔的气相和液相是否符合 设计要求 。当含尘气体进入塔内后 ,粉尘会粘附在 液膜表面 ,使液膜表面张力增大 ,增加了泡沫的稳 定性 ;塔顶吸收剂一般是由新鲜吸收剂和再生循环 的吸收剂两部分组成 ,所以再生处理是否符合要求 是塔顶吸收剂符合设计要求的关键所在 。若塔底 进气和塔顶吸收剂组成不符合要求 ,应沿装置向前 逐一排查 ,直至找出原因并解决 。 ( 2 )检查加入的 消泡剂浓度是否正常 ,消泡剂是一种具有较小表面 张力的特殊表面活性剂 ,加入后能迅速覆盖在原泡 沫的表面 ,形成厚度很薄的不稳定液膜 ,这样加速
在逆流吸收操作中 ,吸收剂从塔顶经液体分布 器均匀喷洒在填料表面 ,将填料表面充分润湿形成 液膜 ,与上升气体进行传热 、传质 ,实现吸收过程 。 在选择吸收剂时 ,除了考虑吸收剂的选择性 、溶解
收稿日期 : 2007 - 09 - 11 基金项目 :江苏省高校自然科学研究项目 (No. 05KJD530095) 作者简介 :汤立新 (1966 - ) ,女 ,硕士 ,副教授 。
3 内件的影响
3. 1 填料
填料是填料塔的核心构件 ,填料表面是气液传 热 、传质的场所 ,填料的特性直接影响到吸收效果 、 压降和塔的负荷 。从十九世纪末拉西环的诞生到 二十世纪 50 年代在此基础上改进而成的鲍尔环 , 发明者都旨在改进填料的比表面积 、空隙率 、填料 因子等方面 ,以增强塔的生产能力和传质效果 。接 着 ,研究者发现比表面积 、空隙率大致接近而形状 不同的两种填料在流体力学与传质性能上有显著 区别 ,这说明形状理想的填料为气液两相提供合适 的通道 ,气体流动压降低 ,通气量大 ,且液流易于铺
(南京化工职业技术学院 ,江苏 南京 210048)
摘 要 :本文综述了填料塔的吸收过程 ,详细阐述了吸收液性质 、操作条件 、填料塔内件对吸收过程的 影响 ,并提出今后强化吸收过程 、提升填料塔负荷的方法和措施 。
关键词 :填料 ;吸收塔 ;操作分析 中图分类号 : TQ053. 5 文献标识码 : A
表 1 各类填料的 A 值
Key words: stuffing; absorbing tower; operating analysis
填料吸收塔是化工生产过程中最常见的设备 之一 ,主要用于制备溶液 、提取混合气中的有用组 分 [ 1 ]和净化废料 [ 2 - 10 ] 。吸收操作可在板式塔中进 行 ,也可在填料塔中进行 ,塔中设置的塔板和填料 , 其主要功能是尽可能多地提供传质面积 ,以保证最 大的传质效率 。填料吸收塔因通气量大 、压降小 、 气液接触面积大 [ 11 ]等优点 ,吸收效果明显 ,因而完 成同样的吸收任务 ,填料塔所需的塔径比精馏塔塔 径小 ,如安庆丙烯腈填料塔塔径为 Φ3000mm ,而国 内同规模装置的板式塔塔径为 Φ3200mm[ 11 ] ,故吸 收操作常常在填料吸收塔内进行 。但是 ,填料塔由 于在高流量下易产生液泛 、低流量下不持液及有沟 流和雾沫夹带等现象 ,严重影响了其传质性能 。因 此 ,填料塔的结构 、操作条件 、气液接触状况直接影 响吸收过程和塔的生产能力 。
2. 2 操作压强
操作压强影响吸收塔的传质效果 。操作压强 增大 ,意味着进塔气的浓度变大 ,被吸收的物质从 气相转移到液相中的量大 ,吸收效果好 ; 同时压强 增大 ,液相中分子之间的距离变小 ,被吸收的物质 较难从液相中脱逸出来 ,这样 ,吸收质能稳定于液 相中 。
气体从塔底必须克服沿程阻力 ,才能从塔顶放 空 ,因此 ,必须降低压降 ,使塔顶 、塔底压强尽可能 接近 ,有利于吸收 。而气体的压降跟气液两相的流 量 、塔内内件的结构 、内件的堆积方式等都有关系 , 是各个因素的综合结果 ,因此 ,在进行吸收操作时 , 必须综合考虑 。
1. 2 吸收剂的粘性
吸收剂的粘性影响吸收塔的传热 、传质性能 。 若吸收剂的粘性大 ,吸收剂沿填料表面流动时湍动 性较弱 ,在填料表面形成的较厚的液膜 ,此时上升 气流对液膜的冲刷作用使液膜表面的更新较难 ,气 液两相间的传热 、传质效果变差 。同时 ,由于液膜 较厚 ,气流上升的截面积变小 ,气流上升的阻力变 大 ,压降变大 , 塔容易形成液泛 , 塔的生产能力下 降 。因此 ,在选择吸收剂时 ,应尽量选择具有较小 粘度的吸收剂 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2007年第 11期
汤立新等 :填料吸收塔操作分析研究 3
31
泡沫破裂 , 改善气液传热 、传质 , 提高塔的操作负 荷 ,消泡剂的浓度维持恒定是塔稳定运行的重要条 件 。 (3)确保气液两相的流量维持恒定 ,吸收剂 、进 塔气体的流量增大 ,均会导致起泡性增强 。
年代以来 ,新型规整丝网填料替代鲍尔环 ,其压降
小 、空隙率大 ,比表面积大 ;同时气液两相在填料中
不断呈 Z形曲线运动 ,流体分布良好 、混合充分 、液
膜表面更新容易 , 无积液死角 、沟流 , 放大效应很 小 ,适用于大直径塔径 。
由于新型规整丝网填料材料细 、薄 、空隙率大 , 气体上升过程中气相压降小 ,气体达到液泛的速度
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
32
汤立新等 :填料吸收塔操作分析研究 3
2007年第 11期
展成液膜 ,并且液膜表面更新迅速 ,因而 ,新型填料 的开发主要从改进填料的形状着手 。二十世纪 70
性外 ,吸收剂的发泡性和粘性对吸收塔的吸收效率 和生产能力有重要影响 。
1. 1 吸收剂的发泡性
纯净液体作为吸收剂 ,由于形成的液膜不稳 定 ,气泡很容易长大 、破裂 ,液膜表面更新快 ,传质 效果好 ,同时不容易形成液泛 , 塔的生产能力强 。 但在实际的吸收过程中 ,纯净液体作为吸收剂的可 能性不大 ,主要由于吸收剂的再生循环及吸收气体 中其他物质进入吸收剂中 。如在丙烯腈的生产过 程中 ,吸收剂中含有 4% ～6%的丙烯腈和其他有机 杂质 ,使吸收剂易起泡且泡沫的稳定性强 ,吸收塔 易产生液泛 ,塔的操作负荷降低 [ 12 ] 。
较高的进气 温 度 和 湿 度 限 制 了 气 相 吸 收 潜 热 的能力 ,对吸收不利 ,因此 ,对于较大热效应的气体 吸收塔应考虑进料气在进塔前进行冷却和脱湿 [ 12 ] 。
工业生产中将气体混合物分离 ,以获取所需要 的产品 ,必须将吸收塔和解吸塔联合操作 。根据气 液相平衡原理 ,高温有利于解吸 。但是陆恩锡等 [ 1 ] 对催化裂化装置吸收系统与气体分离装置整个系 统进行研究发现 ,高纯度丙稀产品的损失主要在脱 乙烷塔中 ,吸收稳定系统中解吸塔前设置的预热 器 ,虽然能使 C2 组分更好地解吸 ,但会引起干气中 C3 浓度的大幅度上升 ,导致总体经济效益下降 。通 过对整个系统的分析和计算机流程模拟 、流程优 化 、相关变量优化 ,取消脱乙烷塔 、取消解吸塔前设 置的预热器 。该项目工程实施后 ,使丙稀的回收率 从原有的不足 95%提高到 98%以上 ,丙稀产品的摩 尔分数保持在 99. 6%以上 ,企业年效益净增 2000 × 104 元 (RMB )左右 。通过具体的实例分析可知 ,对 于某一具体的吸收单元而言 ,在确定其操作条件 时 ,必须将其放置于整个系统中加以分析和研究 , 使各个单元优化组合 ,这样才能得到最佳的操作条 件。
Analysis on operation of stuffing absorbing tower3
TANG L i - xin, D ING Zhi - p ing, J I J in - lin, J IANG L i - fen, ZHOU L ing - dan (Nanjing College of Chem ical Technology, Nanjing 210048, China)
2 操作条件的影响
2. 1 操作温度
吸收的操作温度直接影响被吸收的物质在液 相中的量 。当操作温度较高时 ,物质内部分子运动 加剧 ,动能增加 ,分子之间距离增大 ,分子间引力减 弱 ,因而在较高的温度下 ,对于吸收于液相中的物 质来讲 ,较容易从液相脱逸出来 。由此可见 ,在吸 收过程中 ,吸收剂进塔前 ,先经过冷却器 ,使进塔温 度尽可能低 ; 若吸收过程产生的热效应较大时 ,还 应考虑从塔中移走热量 。
Abstract: The absorp tion p rocess of absorbing tower was summarized. The effects of absorp tion liquid p rop2 erty, operational condition and inner parts of stuffing absorbing tower to absorp tion p rocess were discussed in de2 tail. Some measures were brought forward to intensify absorp tion p rocess and advance the load of stuffing absorb2 ing tower.
:气相
、液相密
度
,
kg·m -
3
;
μ L
:液相粘度
,
cP;
L、G: 液相 、气相流
量 , kg·h- 1 ; A:常数 ;ε:填料空隙率 , m3 ·m - 3 。
由关联式可知 ,对其他参数相同 , A 的大小 , 直
接影响泛点气速 uF ,即塔的负荷 。A 越大 , uF 越大 。 各类填料的 A 值见表 1。
吸收塔内液相产生稳定的气泡后 ,容易使系统 操作不稳定 ,甚至产生拦液点液泛 ,使塔无法正常 操作 ,因此 ,必须检查气泡产生的原因并及时消除 气泡 。方法 : ( 1)检查进塔的气相和液相是否符合 设计要求 。当含尘气体进入塔内后 ,粉尘会粘附在 液膜表面 ,使液膜表面张力增大 ,增加了泡沫的稳 定性 ;塔顶吸收剂一般是由新鲜吸收剂和再生循环 的吸收剂两部分组成 ,所以再生处理是否符合要求 是塔顶吸收剂符合设计要求的关键所在 。若塔底 进气和塔顶吸收剂组成不符合要求 ,应沿装置向前 逐一排查 ,直至找出原因并解决 。 ( 2 )检查加入的 消泡剂浓度是否正常 ,消泡剂是一种具有较小表面 张力的特殊表面活性剂 ,加入后能迅速覆盖在原泡 沫的表面 ,形成厚度很薄的不稳定液膜 ,这样加速
