空氣預(yù)冷系統(tǒng)工藝流程及原理

空氣預(yù)冷系統(tǒng)工藝流程及原理圖1是空氣預(yù)冷系統(tǒng)的流程簡圖。從空氣壓縮機(jī)來的熱空氣進(jìn)入空冷塔下部，由下而上穿過空冷塔中的下段、上段填料，依次與冷卻水和冷凍水進(jìn)行微分式逆流接觸而傳熱傳質(zhì)，達(dá)到冷卻空氣之目的。冷卻水由外界供給，冷凍水由水冷塔塔底供應(yīng)。來自冷箱的污氮進(jìn)入水冷塔的底部，自下而上同冷卻水在填料表面進(jìn)行微分逆流接觸，使污氮升溫增濕后排入大氣。對于空冷塔，當(dāng)進(jìn)塔的熱空氣為不飽和狀態(tài)，進(jìn)塔水溫低于進(jìn)塔空氣的露點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過塔內(nèi)的氣液逆流接觸，空氣為減濕降溫過程，傳熱方向都是由空氣傳給水；而水的出塔溫度將可能高于進(jìn)塔空氣露點(diǎn)時(shí)，塔底的傳質(zhì)是由水傳給空氣，而塔頂?shù)膫髻|(zhì)是由空氣傳給水，故在全塔內(nèi)傳質(zhì)方向是不同的。在改變傳質(zhì)方向的塔截面處，水溫將等于空氣露點(diǎn)。對于水冷塔，當(dāng)未飽和的冷污氮從塔底進(jìn)入，與塔頂加入的熱水逆流接觸時(shí)，污氮在塔內(nèi)被加熱增濕，水在塔內(nèi)被冷卻。在塔頂，污氮被加熱的極限是進(jìn)塔水表面的飽和濕污氮狀態(tài)。實(shí)際上，由于存在傳遞阻力，污氮出塔溫度將低于進(jìn)塔水溫，故進(jìn)塔水的溫度與其表面上的飽和濕度必然大于出塔污氮的溫度和濕度。于是塔頂?shù)膫鳠岷蛡髻|(zhì)都是從水傳給污氮。在塔底，水被冷卻的極限是污氮進(jìn)塔狀態(tài)下的濕球溫度，而實(shí)際出塔水溫要高于濕球溫度。但因進(jìn)塔污氮是未飽和的，濕球溫度低于污氮溫度，故出塔水溫將有可能低于進(jìn)塔污氮溫度。在此情況下，塔底的傳熱由污氮傳給水，而傳質(zhì)仍然是水傳給污氮。從而可知在全塔內(nèi)，傳質(zhì)方向都是由水傳給污氮，故污氮在塔內(nèi)是增濕過程；而傳熱方向是不同的，在塔內(nèi)某一截面處改變傳熱方向，此處的污氮溫度等于水溫，但在全塔內(nèi)仍是冷卻過程。在空氣或污氮與水直接接觸的增濕與減濕過程可以看出，在氣、液兩相之間同時(shí)發(fā)生熱量和質(zhì)量傳遞。該過程是由兩個(gè)相和兩種組分所組成的體系，在氣相的組分是不凝的干氣和可凝的蒸汽；在液相則是與可凝蒸汽相同的單一組成。雖然氣體和液體中還可能混有其他組分，在氣液接觸過程中，也可能有某些雜質(zhì)發(fā)生溶解或汽化，但它們的變化在計(jì)算中均不予考慮。計(jì)算過程中的幾個(gè)相關(guān)公式泛點(diǎn)氣速計(jì)算式塔徑計(jì)算式填料層高度計(jì)算式，空氣冷卻塔及水冷卻塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能塔器的種類塔設(shè)備類型有板式塔、填料塔、濕壁塔、降膜塔、噴霧塔等。其中最常用的是板式塔和填料塔。各種塔的主要特點(diǎn)如下表：設(shè)備流型作用原理連續(xù)相主要應(yīng)用過程板式塔錯(cuò)流、對流積分液體/氣體吸收、精餾、脫吸填料塔對流、并流微分液體/氣體吸收、精餾、提餾、增濕、去濕濕壁塔（降膜塔）對流、并流微分液體/氣體吸收、精餾、提餾、蒸發(fā)噴霧塔錯(cuò)流、對流、并流微分氣體吸收、提餾、增濕、去濕綜合與國外公司如法液空、BOC和PRAXAIR合作設(shè)計(jì)和制造的空分設(shè)備的情況,他們的空氣預(yù)冷系統(tǒng)之空冷塔及水冷塔一般為填料塔.填料塔填料塔一般由筒體、填料、出口防帶水裝置、填料支架、氣體和液體分布器、中間支架、再分布器、氣體和液體進(jìn)出接管以及人孔等部件組成。液體通過液體分布器均勻分布在填料頂層，在重力作用下沿填料表面向下流動(dòng)，與在填料空隙中流動(dòng)的氣體相互接觸，產(chǎn)生傳熱和傳質(zhì)。筒體筒體一般由金屬板材制成。根據(jù)安裝、檢修需要，可采用整體焊接或分節(jié)組裝結(jié)構(gòu)。筒體各部分的壁厚既要滿足強(qiáng)度和剛度要求，又要滿足穩(wěn)定性要求。填料塔填料是填料塔的核心構(gòu)件，填料的效率主要取決于填料的流體力學(xué)性能和傳質(zhì)性能。塔填料按其單元結(jié)構(gòu)與在塔內(nèi)裝填方式的不同可分為散堆（或顆粒）和規(guī)整（或整徹）型填料兩大類。對每種類型的填料，基于減少壓降、增大比表面積、增加流體擾動(dòng)改善液體的分散和匯聚特性、增加表面對工藝流體的潤濕性能等以滿足傳熱和傳質(zhì)分離過程的要求。填料的性能由填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀來決定。目前，我們在空氣預(yù)冷系統(tǒng)中使用的填料多為散堆填料，其原因只要求是散堆填料與規(guī)整填料相比，其價(jià)格低廉。散堆填料在塔內(nèi)的裝填方法有濕裝和干裝兩種。濕裝是在塔內(nèi)先充滿水（或工藝液體），然后再裝填塔填料。這種裝法床層空隙較大且均勻，同時(shí)又可防止填料間的碰撞損壞，廣泛用于陶瓷填料、玻璃填料等裝填。干裝是鬮將填料直接堆放在支承板上的裝法，廣泛用于金屬填料和塑料填料的裝填。干裝比濕裝雖然簡單，但床層空隙率卻比濕裝的小。不論干裝或濕裝，均需保證填料層具有均勻的空隙率。散堆填料裝填質(zhì)量的好壞（床層空隙均勻與否）直接關(guān)系填料塔的流體力學(xué)與傳質(zhì)分離性能。出口防帶水裝置空氣出口防帶水裝置由升氣裝置、捕霧器、水回流管線等組成。在回流管線上設(shè)置了液泛和游離水大量夾帶的信號檢測、報(bào)警機(jī)構(gòu)。正常操作時(shí)空氣夾帶的游離水在升氣管處分離后經(jīng)限流孔板返回塔釜。一旦出現(xiàn)誤操作而發(fā)生液泛或游離水的大量夾帶，在升氣管處即能將夾帶的液團(tuán)和泡沫有效分離并回流到塔釜，徹底避免空氣夾帶游離水進(jìn)入后序的純化系統(tǒng)。填料支撐填料支承用于支承填料。它應(yīng)有如下特點(diǎn)：第一有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受填料層和其中持液的重量，以及操作中附加的重量和壓力；第二具有大于填料層空隙率的開孔率，防止在此首先發(fā)生液泛，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)填料層過早液泛；第三結(jié)構(gòu)合理，有利于氣液兩相均勻分布，阻力小，好拆裝。其結(jié)構(gòu)主要有板式和梁式兩大類。空氣預(yù)冷系統(tǒng)中主要使用噴射式支承梁，它是迄今性能最好的填料支承板。其優(yōu)點(diǎn)有：自由截面率接近甚至超過100%（此處自由截面率為支承板平面展開圖上的自由面積與塔橫截面積之百分比）；為氣、液兩相提供不同的氣液通道，從而避免了其間的流動(dòng)干擾，即使在很高的氣液負(fù)荷下壓降也很??；氣、液兩相流體通量大，大于其他任何類型支承板；能對氣體進(jìn)行均勻分布；從而保證了高效塔填料發(fā)揮出較高的傳質(zhì)效率剛性好，易于分塊和安裝。水分布器填料塔的傳質(zhì)過程要求塔任一橫截面上氣液兩相流體能均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)密切接觸、高效傳質(zhì)。其中。液體的初始分布至關(guān)重量。它不僅決定填料層潤濕均勻程度，而且直接影響氣體的均勻分布。理想的液體分布器應(yīng)具備以下條件：第一與塔填料相匹配的分液點(diǎn)密度和均勻的要布質(zhì)量；第二操作彈性較大，適應(yīng)性好；第三為氣體提供盡可能大的自由截面率，實(shí)現(xiàn)氣體的均勻分布，且阻力??；第四 不易產(chǎn)生霧沫夾百葉窗，抗污垢性能好；第五結(jié)構(gòu)合理，便于制造、安裝、調(diào)整和維修；第六結(jié)構(gòu)緊湊，占塔內(nèi)盡可能小。液體分布器按分布液的原理分為重力型和壓力型。按液體初始分布器的結(jié)構(gòu)特征為噴灑式、盤式、管式和槽式?？諝忸A(yù)冷系統(tǒng)中主要用壓力排管式液體分布器，其特點(diǎn)為：在排管下方側(cè)面開有小孔，水通過壓力由小孔流出，分