【word】 磷酸裝置中旋流板除霧器的設(shè)計

1、磷酸裝置中旋流板除霧器的設(shè)計2011年第6期硫磷設(shè)計與粉體工程sp&bmhrelatedengineering磷酸裝置中旋流板除霧器的設(shè)計吳雄標(biāo)(中國石化集團(tuán)南京工程有限公司,江蘇南京211100)摘要:概述了旋流板除霧器的結(jié)構(gòu)和原理,重點結(jié)合實例介紹旋流板除霧器設(shè)計過程中各參數(shù)的取值和計算過程.關(guān)鍵詞:旋流板除霧器;磷酸裝置;尾氣洗滌;設(shè)計中圖分類號:tq051.84文獻(xiàn)標(biāo)識碼:b文章編號:10091904(2011)060011031概述濕法磷酸裝置的尾氣主要含sif氣體,其次是hf氣體,并含有磷酸飛沫.為減少放空氣體的含氟量,需對尾氣進(jìn)行洗滌,現(xiàn)較為常用的是采用文丘里洗滌+兩級尾

2、氣洗滌塔(空塔噴淋)的方式.在尾氣洗滌塔中,自下而上的尾氣將部分噴淋液夾帶至塔器上部,為進(jìn)一步減少排放氣中含氟量,一般情況下應(yīng)在尾氣洗滌塔的上部設(shè)置除霧器.由于尾氣洗滌塔中的霧沫含有氟硅酸,其黏度較大,采用絲網(wǎng)除霧器易產(chǎn)生堵塞,對于中小型尾氣洗滌塔,現(xiàn)一般采用旋流板除霧器.旋流板除霧器是浙江大學(xué)在20世紀(jì)70年代開發(fā)的,它的工作原理是:將旋流板除霧器安裝在塔的近頂部,除霧器本身不動,氣體在上升過程中,通過旋流板(風(fēng)車狀葉片)時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),氣流所夾帶的霧滴在離心力的作用下甩向塔壁而被分離,然后沿塔壁下游流到環(huán)形的集液槽,最后通過回流管返回塔內(nèi).筆者給出此類旋流板除霧器的完整設(shè)計方法,并結(jié)合實例進(jìn)行

3、闡述.2旋流板除霧器的結(jié)構(gòu)旋流板除霧器具有結(jié)構(gòu)簡單,占空間小,效率高,不易堵塞等優(yōu)點,它主要包括葉片(旋流板),盲板,罩筒,回流管及環(huán)板等,如圖1所示.罩筒與環(huán)板連接,盲板置于罩筒的中心,若干葉片均布在盲板與罩筒之間的環(huán)形空間內(nèi),其兩側(cè)邊分別與盲板和罩筒連接.2.1葉片(旋流板)旋流板是用來推動氣體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動的部件.旋流板除霧器工作時,霧滴會受到離心力的作用,被甩向塔壁,并在塔壁上匯集成霧滴流,流到集液槽并通過回流管被排出,完成與氣體的分離.圖1旋流板除霧器結(jié)構(gòu)示意根據(jù)旋流板片徑向角(指旋流板開縫線與半徑的夾角,如圖2)的不同,旋流板片可分為徑向板,內(nèi)向板及外向板.,a.圖2旋流板片的徑向角

4、?12?硫磷設(shè)計與粉體工程sp&bmhrelatedengineering2011年第6期對開縫線ab,若與半徑ao重合,=0.,稱為“徑向板”.若開縫線ac與ao的交角定為正值(順著氣流方向,角在開縫線的外側(cè)),此時氣流通過板片的走向較徑向板朝內(nèi)些,離心力較徑向板小些,稱為“內(nèi)向板”.反之,當(dāng)順著氣流方向,角在開縫線ad的內(nèi)側(cè),角定為負(fù)值,此時離心力較徑向力大些,稱為“外向板”.氣體通過旋流板時,液滴以仰角ot自板片射出,沿著螺線軌跡甩向塔壁,對不同徑向角盧其軌跡是不同的.對>0的內(nèi)向板最長,這樣就使兩相接觸的時間最長,因此內(nèi)向板用作吸收.對<0的外向板則最短,即液滴自板

5、片射出,到塔壁的時間最短,因此外向板用作除霧.因此,為縮短霧滴沉降的距離,旋流板除霧器應(yīng)采用外向旋流板.2.2盲板盲板的作用是阻擋氣體從旋流板除霧器的中心部位通過.由于旋流板除霧器的中心部位沒有設(shè)置旋流板,帶霧氣體將不經(jīng)分離直接穿過,降低除霧效果,所以設(shè)置盲板以使所有帶霧氣體通過旋流板區(qū)域.從圖2可以看出,螺旋板片的切圓直徑d.=dsi.盲板直徑d不得小于螺旋板片的切圓直徑d.,一般情況下,盲板直徑d等于螺旋板片的切圓直徑d.盲板直徑過小不利于液滴甩至塔壁和支撐及分配作用,過大將使旋流板有效面積明顯減少.但在下述場合下,盲板直徑應(yīng)適當(dāng)加大,其值可大于1/3的d.1,作為塔頂除霧器使用時,應(yīng)盡可

6、能采用大直徑盲板.采用大直徑盲板可以縮短液滴離心沉降到塔壁的距離而利于除霧.2,塔徑較大時,此時應(yīng)不希望離心分離距離隨塔徑成比例增大,從而增加塔的高度,可適當(dāng)加大盲板直徑.2.3罩筒罩筒的作用:封閉葉片外沿開口,使氣流不致由此直沖塔壁而造成夾帶;在罩筒與塔壁間形成集液槽,將沿塔壁降落的液體導(dǎo)人回流管.除了旋流板問世初期有過一些”高罩筒”外,以后的旋流板一般都采用”低罩筒”.所謂的”低罩筒”就是罩筒高度剛好封閉旋流板葉片外緣,這樣做的優(yōu)點是有利于提高除霧的分離效率,且在制作過程中,能使各旋流板片的仰角得到一個校核的標(biāo)準(zhǔn),保證了仰角的準(zhǔn)確性.2.4環(huán)板環(huán)板的作用是支撐整個旋流板除霧器,并與罩筒,塔

7、壁構(gòu)成集液槽.3旋流板除霧器的設(shè)計計算3.1計算步驟i,給定或計算氣體負(fù)荷(m/s),液體負(fù)荷(m/s),氣體密度pg(kg/m)及液體密度pl(kg/m).當(dāng)夾帶液滴量小于0.1kg/kg氣時,液體負(fù)荷以0.1kg/kg氣計.2,按經(jīng)驗公式確定旋流板片外端直徑d(m)d=0.6()(1)3,除霧段筒體內(nèi)徑d的取值范圍d=(1.11.4)d(2)4,盲板直徑d的取值范圍d=(0.250.4)d(3)5,確定旋流板片數(shù)m,旋流板片數(shù)m越多,越有利于液相的分散.當(dāng)旋流板作為除霧器使用時,應(yīng)適當(dāng)減少葉片數(shù),減少葉片數(shù)可減小液滴的分散程度,利于收集霧滴.據(jù)現(xiàn)在使用情況,對于塔徑在11”i1以下的,葉片

8、數(shù)可取1624;塔徑大于lm時,葉片數(shù)可相應(yīng)增加.旋流板片數(shù)應(yīng)根據(jù)旋流板片外端直徑,板片仰角,葉片高度來確定,以使相鄰葉片間能相接或部分重疊為宜.6,旋流板片仰角是指板片與水平面的夾角.對尾氣洗滌塔用旋流板除霧器,一般情況下取=25.左右(經(jīng)實踐,=20.一30.對效率的影響很小).7,計算穿孔面積a.,穿孔面積a.為各葉片間通道截面積之總和,在計算上即為各板間開孔區(qū)面積在通道截面方向的投影.對于徑向板a0=竹(d一d)sina/4一m6(d一d)/2(4)式中為旋流板片的厚度,一般取0.003m.對于內(nèi)向板或外向板,a.計算較復(fù)雜,可參見文獻(xiàn)2,一般可按徑向板作近似計算.8,計算穿孑l動能因

9、子fo=p/ao(5)9,核算穿孔動能因子,穿孔動能因子應(yīng)在1012k/(m?s)為宜,最大不得超過l5k/(m?s).當(dāng)穿孑l動能因子在以上范圍內(nèi)時,則可認(rèn)為旋流板片外端直徑,除霧段簡體內(nèi)徑d,盲板直徑d及旋流板片仰角的取值均是合適的.否則應(yīng)重新調(diào)整d,dvz)及的取值,直2011年第6期昊雄標(biāo).磷酸裝置中旋流板除霧器的設(shè)計?l3?至穿孔動能因子滿足介于l0一l2/(mn?s)之間,最大不得超過l5k/(m”?s)的要求為止.l0,確定旋流板片徑向角,旋流板片采用外向板,規(guī)定盲板直徑d等于螺旋板片的切圓直徑d.,則:=arcsin(d/d)(6)ll,確定罩筒高度,罩筒采用”低罩筒”型式.=

10、訂dtantr/m+8cosoi+增加量(7)當(dāng)要求相鄰葉片間能相接時,增加量為零;當(dāng)要求相鄰葉片間能部分重疊時,增加量大于零.12,回流管的總面積和回流管尺寸的確定a:ljuf(8)式中為回流管內(nèi)的降液速度,一般取u=0.2m/s.根據(jù)式(8)計算所得值,采用多個不大于dn50的圓形接管作回流管用,要求其總流通面積不小于式(8)計算值.3.2計算示例某尾氣洗滌塔除霧段,已知:氣體負(fù)荷=1.78m/s,氣體密度p.=1.03ks/m3,液體負(fù)荷l.=0.0012m/s,pl=1020ks/m.1,旋流板片外端直徑d初值d=0.6(:0.6(1.781.o3.-)._-0.806m取d=0.8m

11、.2,除霧段筒體內(nèi)徑|d初值d=1.25d=1.250.8=lm取d=1m.3,盲板直徑d初值d=0.33d=0.33x0.8=o.264m取d=o.27m.4,旋流板片數(shù)171取m=20.5,旋流板片仰角取0【=25.6,穿孔面積a0ao=竹(d一d)sinai/4一ms(d一d)/2=1r(0.8一0.27)sin25./40.520x0.003(0.8一o.27):0.172m7,穿孔動能因子fo=/a0=1.781.03/0.172=10.5k/(mn?s)8,核算穿孔動能因子以上計算所得的穿孔動能因子fo=10.5kg0/(m?s),介于1012kg”/(in?s)之間,滿足穿孑l動

12、能因子的取值要求,所以可認(rèn)為旋流板片外端直徑d,除霧段簡體內(nèi)徑_d,盲板直徑d及旋流板片仰角ot的取值均是合適的,不必重新調(diào)整.9,旋流板片徑向角口旋流板片采用外向板,規(guī)定盲板直徑d等于螺旋板片的切圓直徑d,則:盧=arcsin(d/d)=arcsin(0.27/0.8)=19.72.10,罩筒高度日罩筒采用”低罩筒”型式.日7rdrants/m+8cosa=,丌0.8tan25./20+0.003cos25.=0.0613m取=0.062m.11,回流管的總面積a和回流管尺寸ay=l./uy:0.0012/0.2=0.0o6m2擬采用6個itlm3.5toni的鋼管作回流管用,其總流通面積-6訂x0.038/4=0.0068iil2>a.4旋流板除霧器的材料選擇磷酸裝置中旋流板除霧器處于磷酸,氫氟酸及氟硅酸等腐蝕介質(zhì)中,選擇除霧器材料時,還應(yīng)考慮其防腐要求.一般來說,應(yīng)根據(jù)介質(zhì)及使用溫度情況選用可靠的材料,通常采用316l.當(dāng)介質(zhì)溫度較低,設(shè)備較小時,也可采用塑料進(jìn)行制作.5結(jié)語本文所述實例應(yīng)用于某廠75kt/a半水一二水磷酸裝置中的二水尾氣洗滌塔上,該塔采用六級噴淋吸收的方式處理含氟反應(yīng)尾氣,噴淋液較易被夾帶,塔頂設(shè)置旋流板