置吸收塔生产能力分析及应用

置吸收塔生产能力分析及应用 脱水装置吸收塔生产能力分析及应用 赵 超 梁平采输气作业区 概述 脱水生产中吸收塔的结构、广泛采用板式塔和填料结构，(填料塔因在相同条件下生产能力最低在此不做分析)。板式塔以浮阀塔、泡罩塔居多。相同塔径的吸收塔其生产能力的大小，主要影响因素之一就是吸收塔的内部结构和塔板结构。现以具体泡罩塔和浮阀塔、以及拟用的喷射型浮舌塔的板结构进行分析，以便确定应用。 主题词:泡罩塔板 浮阀塔板 操作点 应用 塔板分析 一、泡罩塔板 泡罩塔是应用最早的气液传质设备之一，其板结构如图一所示。每层塔板上开有若干个孔，孔上焊有短管作为上升气体的通道，称为升气管。升气管上覆以泡罩，泡罩上部周边开有许多齿缝。齿缝一般有矩形、三角形及梯形三种，常用的是矩形。泡罩在塔板上作等边三角形排列。 图一 泡罩塔板 (a)泡罩塔板示意图 (b)图形泡罩 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流动液层，齿缝浸没于液层之中形成液封。上升气体通过齿缝在板上形成了鼓泡层和泡沫，为气液两相提供了大量 —1— 的传质界面。 泡罩塔的优点是:因升气管高出液层，不易发生漏液现象，有较好的操作弹性;塔板不易堵塞，适于处理各种物料。缺点是:塔板结构复杂，金属耗量大，造价高;板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，又因雾沫夹带现象较严重，限制了气速的提高，致使生产能力及板效率均较低。近年来泡罩塔已逐渐被浮阀塔所取代。 二、浮阀塔板 浮阀塔于50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型。特别是在石油、化学工业中使用最普遍，对其性能研究也较充分。 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干大孔(标准孔径为39mm)，每个孔上装有一个可以上下浮动的阀片。浮阀的形式很多，常用的浮阀形式为F1型，V—4型和T型。F1型浮阀(国外称为V—1型)如图二(a)所示。 图二 几种浮阀型式 (a)F1型浮阀 (b)V-4型浮阀;(c)T型浮阀 1—阀片;2—定距片;3—塔板;4—底脚;5—阀孔 ”，插入阀孔后将各腿底脚扳转90?角，用以限制操作时阀片在板阀片本身有三条“腿 上升起的最大高度(8.5mm);阀片周边又冲出三块略向下弯的定距片，当气速很低时，靠这三个定距片使阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，阀片与塔板间始终保持2.5mm的开度供气体均匀地流过，避免了阀片启闭不均的肪动现象。阀片与塔板的点接触也可防止停止后阀片与板面粘结。F1型浮阀的结构简单，制造方便，节省材料，性能良好。 V-4型浮阀如图二(b)所示。其特点是阀孔冲成向下弯曲的文丘里形，以减小气体通过塔板时的压强降。阀片除腿部相应加长外，其余结构尺寸与F1型轻阀无异。 —2— T型浮阀如图二(c)所示。拱形阀片的活动范围由固定于塔板上的支架来限制。其性能与F1型浮阀相近，但结构复杂。 为避免阀片生锈，浮阀多采用不锈钢制造。F1型、V-4型及T型浮阀的主要结构尺寸见表。 表(一)F1型、V-4型及T型浮阀的主要尺寸 型式 F1型(重阀) V-4型 T型 阀孔直径，mm 39 39 39 阀片直径，mm 48 48 50 阀片厚度，mm 2 1.5 2 8.5 8.5 8 最大开度，mm 2.5 2.5 1.0—2.0 静止开度，mm 32—34 25—26 30 阀片质量，g 浮阀塔具有下列优点: 1、生产能力大 由于浮阀塔板具有较大的开孔率，故其生产能力比泡罩塔的大30%，。 2、操作弹性大 由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，故维持正常操作所容许的负荷波动范围比泡罩宽。 因上升气体以水平方向吹入液层，故气液接触时间较长而雾沫夹带量较3、塔板效率高 小，板效率较高。 4、气体压强及液面落差较小 因为气液流过浮阀塔板时所遇到的阻力较小，故气体的压强降及板上的液面落差都比泡罩塔板的小。 5、塔的造价低 因构造简单，易于制造，浮阀塔的造价一般为泡罩塔的60—80%。 推荐塔板:喷射型塔板 上述泡罩、浮阀塔板都属于气体为分散型的塔板，在这类塔板上，气体分散于板上流动液层中，在鼓泡或泡沫状态下进行气液接触。为防止严重的雾沫夹带，操作气速不可能很高，故生产能力的进一步提高受到限制。近年来发展的喷射型塔板克服了这个弱点。在喷射型塔板上，气体喷出的方向与液体流动的方向一致，充分利用气体的动能来促进两相间的接触。气体不再通过较深的液层而鼓泡，因而塔板压强降降低，雾沫夹带量减小，不仅提高了传质效果，而且可采用较大的气速，提高了生产能力，我们这里主要介绍经典的浮舌塔板: —3— 图三 浮动喷射塔板示意图 图四 浮舌塔板示意图 浮舌塔板是一种新型塔板，结构简单，制造方便。其结构如图三、四所示。仅将阀片制成类似于门窗样式的浮动舌片。其特点为:操作弹性大，负荷变动范围甚至可超过浮阀塔;压降小，结构简单，加工方便，效率高于普通浮阀塔板。 操作点 根据以气相负荷V及液相负荷L分别表示纵、横坐标，标绘各种极限条件下的V-L关系曲线，从而得到塔板的适宜气、液流量范围图形，该图形称为塔板的负荷性能图。性能图对检验塔的设计是否合理、了解塔的操作状况以及改进塔板操作性能都具有一定的指导意义。 如图五: 图五 塔板负荷性能图 1、雾沫夹带线:线1为雾沫夹带线。当气相负荷超过此线时，雾沫夹带量将过大，使板效率严重下降，塔板适宜操作区就在雾沫夹带线时，雾沫夹带量过大，使板效率严重下降，塔板适宜操作区应在雾沫夹带线以下。 2、液泛线:线2为液泛线。塔板的适宜操作区应在此线以下，否则将会发生液泛现象，使塔不能正常操作。 —4— 3、液相负荷上限线:线3为液相负荷上限线，该线又称降液管超负荷‎‎线。液体流量超过此线，表明液体流量过大，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管中的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成气相返混，降低塔板效率。 4、漏液线:线4为漏液线，该线即为气相负荷下限线。气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象，气液不能充分接触，使板效率下降。 5、液相负荷下限线:线5为液相负荷下限线。液相负荷低于此线塔板液流不能均匀分布，导致板效率下降。 诸线所包围的区域，便是塔的适宜操作范围。 操作作时的气相流量Vs与液相流量Ls在负荷性能图上的坐标点称为操作点。 操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分别表示塔的上下操作极限，两极限的气体流量之比称为塔板的操作弹性。操作弹性大，塔适应变动负荷的能力大，操作性能好。 操作点位于操作区内的适中位置，可望获得稳定良好的操作效果，如果操作点紧靠某一条边界线，则当负荷稍有波动时，便会使塔的正常操作受到破坏。显然，图中操作点C优于点C′。 同一层塔板，操作情况不同，控制负荷上下限的因素也不同。如在OA线的液气比下操作，上限为雾沫夹带控制，下限为液相下限控制，在OB线的液气比下操作，上限为液泛控制，下限为漏液控制。 物系一定时，负荷性能图中各条线的相对位置随塔板结构尺寸而变。因此，在设计塔板时，根据操作点在负荷性能图中的位置，适当修改塔板结构参数，以改进负荷性能图，满足所需的弹性范围。 塔板应用 综上所述，层出不穷的新型塔板结构各具特点，应根据不同的工艺及生产需要来选择塔型。不是任何情况下都追求高的塔板效率，一般来说，对难分离物系的高纯度分离希望得到高的板效率，而处理量大又易分离的物系，往往追求高的生产能力。对天然气的脱水工艺来讲恰好是追求高的生产能力，处理量大而易分离的物系，所以我们完全可以选择浮舌塔板的浮阀塔作为吸收塔，进而能进一步提高天然气的脱水能力。 我们假拟梁平作业区七桥输气站扩建100万方/天的脱水吸收塔进行塔板改造，将其现有的D1400mm直径吸收塔中的八层泡罩塔板并通过目前的现有生产条件(平均生产压力6.5MP)改造成喷射型浮舌塔板，计算并适当修改板间距和塔板参数。根据目前现有设备(甘醇泵1.03m3/h单泵，两台、重沸器平均60%主火开度，提供200?甘醇再生温度)即可将天 —5— 然气处理量在原有基础上提高30%以上，脱水生产能力潜力可大大得到开发。根据负荷性能图我们不难看出:在操作时控制雾沫夹带量，ev,0.1Kg(液)/Kg(气)。禁止出现泛液和漏液现象。根据操作点所处位置适当选择和控制操作参数，即可得到满意的生产效果～ 参考资料 《化工原理》天津大学化工原理教研究组 —6—