蒸氨塔冷凝器的优化设计

2013-10-25屈英琳程娅楠

纯碱工业 2013年2期

屈英琳，程娅楠，吴坤

（1.北京广厦环能科技有限公司，北京 100083；

2.四川天一科技股份有限公司工程公司，四川成都 610225）

氨碱法纯碱生产中，NH3是作为中间介质存在，在工艺生产过程中它周而复始不断循环，而这一循环也是借助于蒸馏过程来实现的。从溶液中将NH3驱出，是一个复杂的处理过程，并需要庞大的设备，它往往关系到工艺、设备设计的成败。为此，对氨碱法生产而言，人们毫无例外地把蒸氨工艺操作视为重要工序之一［1］。因此人们十分重视对氨的回收，寻求合理的工艺装置，尽可能地实现节能、高效、低耗。

1 蒸氨塔冷凝器两种冷凝方式的比较

蒸氨塔冷凝器的作用是：第一，将蒸氨出气冷却到规定的温度范围，同时使气体中水汽大量冷凝，NH3及CO2得到浓缩；第二通过对母液及各段冷却水的预热或加热，使出气的热量得到回收利用，降低一部分蒸汽热量。

蒸氨塔冷凝器最早采用的是箱式冷凝器，这种型式换热器传热效率差，成本较高。如今随着强化技术的发展，现在多采用固定管板波纹管式换热器，这种冷凝器的特点是传热效率高，使用寿命长，设备成本低。固定管板式波纹管换热器有两种安装方式，一种是直接放到蒸氨塔顶部，这种安装方式易于管道的布置，也节省空间。另一种是放在蒸氨塔的旁边。这种方式检修方便，但需要的空间较大，管道布置较为复杂。

直接安装在蒸氨塔塔顶的冷凝器，一般蒸氨汽走管程，母液走壳程，蒸氨汽从蒸氨塔顶出来后直接进入冷凝器，蒸氨汽经冷凝后，冷凝液直接回到塔内。NH3、CO2等气体从冷凝器上部出去后直接进入下一系统，这种冷凝方式叫回流冷凝，如图1所示。将冷凝器放在蒸氨塔旁，一般采用的是顺流冷凝，蒸氨气可以走壳程也可以走管程。根据工艺要求而定。

图1 回流冷凝示意图

回流冷凝与顺流冷凝相比，在相同的流量下回流冷凝传热效率高于顺流冷凝20%左右，但压降在此条件下也明显高于顺流冷凝，

例如：在绝压110kPa下，蒸氨气量为20 000 kg／h，温度由85℃降低到58℃。换热器直径为DN1800，换热管规格为φ32×1.0，换热管管长为6m，换热面积652m2。该设备采用回流冷凝和顺流冷凝两种冷凝方式，由HTRI计算结果如表1。

表1 回流冷凝和顺流冷凝比较

从以上计算结果分析，采用顺流冷凝，无论从管内流速和压降都能满足工艺要求。若采用回流冷凝方式，虽然传热完全能够满足工艺要求，但由于管内流速高导致压降大，气体带液量也较大，这在工艺上是不允许，采用回流冷凝合理的方案计算结果见表2。

表2 回流冷凝方案

从以上计算结果看，采用回流冷凝的方式需要的换热面积要高于采用顺流冷凝方式的40～50%，设备成本也同比例的增加，因此在压降要求较严格的场合或真空操作的情况下，不建议使用回流冷凝的方式。

2 回流冷凝器设计注意事项

对于大多数氨碱厂冷凝器一般都是直接放到蒸氨塔上，采用回流冷凝的方式，那么在设计时要注意以下几个方面：

2.1 管内蒸氨汽的流速

回流冷凝的特点是气液两相是逆流流动，气体从下往上，冷凝液从上往下，若气体流速过高则会将冷凝液带入到吸氨装置中，这种情况不仅会导致冷凝器传热效率下降，压降增加，直接影响产能，增加能耗；同时也会降低盐水的吸氨效果。因此我们在设计时首先要考虑管内流速，用HTRI设计时，要求的管内流速非常低，要低于2m／s，这在实际设计中是不可行的，由于流速越低传热效率越差，若按此标准进行设计换热面积太大，从工程上讲无法实现，根据经验一般气体流速不高于5m／s，比较合理。