氯气吸收塔的工艺计算

2018-01-09屠民海吴立飞姜云珍

杭州化工 2017年4期

关键词：压板氯气吸收塔

屠民海，吴立飞，姜云珍

（浙江新安化工集团股份有限公司，浙江杭州 311600）

氯气吸收塔的工艺计算

屠民海，吴立飞，姜云珍

（浙江新安化工集团股份有限公司，浙江杭州 311600）

计算了氯气吸收塔在填料阶梯环、鲍尔环、多面球和不同进气量下的系统压降，并设计了相关塔内件，为氯气吸收塔操作参数的选取提供依据。

氯气吸收；填料；压降

氯气，化学式Cl2，常温常压下是一种黄绿色带有刺激性气味的气体，易溶于水，水溶液具有强氧化性，早期作为造纸、纺织工业的漂白剂[1]。氯气在精细化工中的地位十分重要，是浙江新安化工集团股份有限公司用于合成三氯化磷产品的重要原材料之一，其合成尾气中含有未反应完全的氯气，需经过吸收塔处理达标后方可排放。

本文计算了不同填料（阶梯环、鲍尔环、多面球）和进气量条件下吸收塔的压降，并对部分塔内件进行了设计，为吸收塔操作参数的选择提供了理论依据。

1 工况条件

氯气吸收塔，塔径DN=1 m，填料高度H=4 m，气相流量GV=3 000 Nm3/h（5%氯气，体积分数），液相流量GL=10 m3/h（5%液碱，质量分数），操作温度T=20℃。

鼓风机风量4 000 m3/h，全风压降2 000 Pa，管路系统压力损失1 000 Pa，吸收塔最大允许压降1 000 Pa。

2 吸收塔工艺计算

2.1 填料选择

填料的合理选择，对塔的吸收效果有着重要影响。在给定的设计条件下，常有多种填料可供选用，故需对各类填料作综合比较，以便选择比较理想的填料。

鲍尔环：鲍尔环是在拉西环的基础上发展起来的，同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。和拉西环相比，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，而且分离效率较高，沟流现象少。

阶梯环：该填料是在鲍尔环填料结构的基础上改进开发的，填料层内填料间多呈点接触。既增大了空隙率、减少了压降，而且又构成了液体沿填料表面流动的汇集或分散点，促进液膜表面更新和液体混合作用，从而提高了效率。阶梯环填料在能量、压降、效率、弹性等方面都优于鲍尔环填料。

多面球填料：由2个半球组成。每个半球上开有12个扇形叶片，2个半球的扇形叶片相互错开。该填料特点是比表面积大，空隙率较高。但是由于叶片数偏多，彼此间有遮蔽效应，不利于液体分布和润湿；液体大多在球体空心柱处聚集，阻碍气体畅通，因此阻力较大。此种填料多用于水处理工程。

针对氯气吸收系统，操作条件温和，填料材质可选用塑料，填料类型可选阶梯环或鲍尔环，不建议使用多面球填料。

2.2 塔压降计算

填料的压降决定填料塔操作的可靠性和经济性，其范围一般在8～65 mmH2O/m。考虑氯气吸收的严格性，采用ø38塑料阶梯环，根据现有工况条件、填料特性参数、系统物性进出量及液气比值等数据，依据Eckert泛点关联图计算压降[2]。

式中：气相密度 ρV=1.278 7 kg/m3；液相密度 ρL=1.05×103kg/m3；液相质量流速WL=10 500 kg/h；气相质量流速WV=4 164.29 kg/h。

式中：空塔气速u=1.151 8 m/s；液碱密度校正系数φ=0.952 4；湿填料因子 φ=130 m-1；黏度 μL=1.1 mPa·s；气相密度 ρV=1.278 7 kg/m3；液相密度 ρL=1.05×103kg/m3。

查Eckert泛点关联图，得ΔP/z=13 mmH2O/m，该设计塔压降符合起泡系统要求。

2.3 采用不同型号填料塔压降校核

分别调整气相风量为3 000 m3/h，4 000 m3/h，液相流量为10 m3/h，采用不同型号填料，分别计算系统塔压降，结果见表1和表2。

表1 风量3 000 m3/h条件下塔系统压降

表2 风量4 000 m3/h条件下塔系统压降

从表1和表2分析可知：（1）多面球塔的压降明显比其他填料大，容易造成液泛，因此不建议使用；（2）ø38阶梯环、ø50阶梯环及 ø50鲍尔环压降小于1 000 Pa，满足运行需要；（3）如选用ø38鲍尔环则风量应调至3 200 m3/h以下，避免塔压降超过1 000 Pa，产生液泛；（4）由于风量、风压与系统阻力降有所关联，当实际风量下降时，风机的风压会有所上升，但上升比例不大，建议采用ø38阶梯环或ø50阶梯环，以保证塔的操作余量。