公司新闻
行业资讯
技术文献
专家介绍
 
 
关键字:
范 围:
 
首页新闻中心 技术文献
 
梯矩形立体连续传质塔板工业应用进展

梯矩形立体连续传质塔板工业应用进展

杜佩衡 杜剑婷

1.河北工业大学化工学院,天津,300130;天津衡创工大现代塔器技术有限公司,天津,3003842.天津昊华天大天久科技股份有限公司,天津,300072

摘要:在新型垂直筛板基础上进行结构上的改进,形成一种更新型高效的塔板——梯矩形立体喷射连续传质塔板(简称LLC-Tray),在生产能力、传质效率、操作弹性、塔板压降、雾沫夹带等方面与新型垂直筛板相比有很大改善。已将此新型塔板在化肥、PVC、甲醇、石化、煤化工、氟化工等多个行业的多种工业塔技术改造中广泛使用,取得很好的效果。本文将着重介绍LLC-Tray在诸行业工业应用所取得的进展。

关键词:新型垂直筛板;梯矩形立体喷射塔板;工业应用

Industrial application development of trapezoidal-rectangular

solid series mass-transfer tray

Du peiheng , Du jianting

(1.Hebei University of thchnology,Tianjin 300130;Heng Chuang Gong Da modern tower technology Co.,Ltd,Tianjin 300384,China)

Abstract: a kind of more advanced and higher efficiency tray which be ameliorated on the base of structure of novel vertical sieve-tray-trapeziform rectangular tridimensional spraying continuous mass transfer tray(LLC-Tray). Comparing with novel verical sieve-tray, the LLC-Tray has many improvements in the areas of throughput, mass-transfer efficiency, operation flexibility, tray pressure drop, mist entrainment and etc. It has been applied in lots of fields like fertilizerPVCcarbinolpetrol-chemcoal-chemfluorin-chem and etc, and achieved excellent effects. This article will mostly introduse the developments achieved from the application of LLC-Tray.

Key words : novel vertical sieve-tray; trapeziform rectangular tridimensional spraying continuous mass transfer tray; industrial application

引言

新型垂直筛板(NewVST)是由日本三井造船株式会社(MSE)开发的一种新型高速并流喷射塔板,经美国FRI测定后认为,此塔板在解决高通量、高效率和低压降等问题方面取得了突破性进展 NewVST自问世以来受到国内外化工界的高度重视。自1980年起,国内一些单位如大连理工大学、西北大学、北京化工大学、河北工业大学、兰州石油机械研究所等先后对NewVST帽罩单元结构、流体力学以及传质性能进行了研究并取得一定成果 。但经过长期工业化实践后,也观察到NewVST尚存在不足以及可以对其结构性能加以改进提升的可能性。本文是在分析了现代文献及多年工业应用设计的基础上提出了一种全新型的垂直筛板——梯矩形立体连续传质塔板(LLC-Tray),无论从罩体结构上还是帽罩体在塔板上的安装排布上都有新的变化,流体力学实验研究 与工业化实践表明这种全新的塔板具有更大的处理能力、更好的传质效率、更低的压降、更大的操作弹性以及更小的雾沫夹带等优点。下面简要介绍LLC-Tray的结构、操作原理以及与NewVST相比所体现的更好的技术性能;并着重介绍其在若干化工类行业的工业塔应用所取得的进展。

1 LLC-Tray的结构、操作原理与技术特性

1.1 LLC-Tray的帽罩结构

LLC-TrayNewVST的结构不同主要体现在帽罩上(参图1),其帽罩形状为梯矩形,罩顶盖为具有一定角度折边状,其下面与罩体之间设置有矩形天窗,天窗下边设有几排圆形喷射孔;塔板上则开有矩形板孔作为气体上升通道,梯矩形帽罩置于相应矩形板孔的上方。

1.喷射孔 2.矩形天窗 3.顶盖 4.罩体 5.罩底隙 6.矩形板孔

1 LLC-Tray帽罩结构简图

2 LLC-Tray结构和操作工况

1.2 LLC-Tray操作原理

LLC-Tray操作时(参图2)液体自帽罩底隙四周进入罩内,气体自矩形板孔进入罩体内,将液体通过托液拉膜、破膜粉碎形成诸多细小液滴(经测定0.5~5mm的液滴占95%左右)并分散在气体中,此气液混合物上升至罩顶碰撞到顶盖板后部分折返,返回的气体及液滴与后续上升的气液激烈碰撞、混合;气液混合物自罩体上部侧面的矩形天窗与筛孔向两侧以水平偏下方向喷射而出,此喷射出来的气液混合物中的大液滴回落至板上液层中,经帽罩底隙再被压入罩体内进行循环;而气液混合物(其中含很细小的液滴)则上升至上一层塔板,如此在一层一层塔板中反复进行,达到传热、传质、分离的目的。

此种塔板打破了传统泡沫塔板(如泡罩、浮阀、筛板塔板等)平面的、阶梯式(间歇式)的传质区域的局限,使气液两相接触传质区域发展成为罩内、罩外、罩顶空间的范围,使板式塔板间空间全用于传质,因而具有优异的传热传质性能。

1.3 LLC-Tray的技术性能

由于LLC-Tray采用了更新型高效的帽罩结构,使液体以更细小的液滴分散在气体中且不断激烈翻腾,大大增加了气液接触传质面积和传质系数,并且由于能使气液混合物在板间空间的停留时间得以增加,即可大大提高其传热传质效率(比NewVST又提高了5~10%以上);并且因为在塔板上采用矩形开孔,可使塔板开孔率大大提高(比NewVST提高30%左右),加上其它一些结构因素(比如新的帽罩设置一定折角的导向盖板及相邻帽罩采取高低错落排布等),从而使生产能力大大提高(与F1型浮阀塔版相比提高1.5~2.0倍以上,且比NewVST还可提高50%~70%左右);并且由于气体通过塔板时并非通过板上液层,而仅需克服提升液膜的厚度(此厚度比板上液层厚度小很多)产生的阻力,因而可以显著降低塔板压降(其压降比NewVST还低30%左右);并且帽罩盖板导向折边使得雾沫夹带量大大小于传统的泡沫型塔板(比NewVST的雾沫夹带量又大大减少,可降低70~80%左右),并因此可以使气速上限大大提升,从而使LLC-Tray具有很大的操作弹性(可比NewVST提高35%左右)。另外,由于具有高速气流的喷射冲刷作用,因而抗有机物自聚堵塞与固体悬浮颗粒堵塞的能力特别强;另外,由于LLC-Tray板上液层为清液层而非泡沫层,因而进入降液装置中的液层也基本为清液,故对易发泡物料也具有良好的适应性。

2 LLC-Tray工业技术应用进展

2.1 PVC行业——氯乙烯精馏

近几年,由于开发出了比NewVST性能更好的LLC-Tray技术,为了使PVC企业的低、高沸精馏塔的水平进一步提高。尤其在传质分离效果与NewVST相同的条件下大幅提高生产通过能力。我们已改采用LLC-Tray技术对PVC低、高沸精馏塔进行技术改造。目前已有约20家企业采用了此技术。

1 LLC-Tray技术应用参考厂家

企业名称

生产能力万tPVC/a

新设计或改造

低沸塔直径

高沸塔直径

备注

宝硕集团电化公司(保定)

4.0-5.0

改造

φ500

φ800

2003.1

宝硕集团电化公司(保定)

8.0-10.0

新设计

φ700

φ900

2003.10

杭州电化集团

4.5-5.0

改造

φ700

φ800

2003.4

无锡电化集团

5.0-8.0

改造

φ700

2002.12

张家口盛华化工公司

6.0

改造

φ500

φ700

2003.10

南通江山农药化工有限公司

4.0-6.5

新设计

φ600

φ800

2003.11

宜昌宜化集团

5.25

新设计

φ600

φ800

2004.2

山东恒通(郯城)化工公司

5.0-10.012.0

新设计

φ800

φ1100

2003.2

山西榆社化工有限公司

6.0-10.0

新设计

φ700

φ900

2003.12

新疆天业化工股份公司

5.0-10.0

新设计

φ700

φ900

2004.1

唐山三友集团冀东化工厂

4.0-4.5

改造

φ600

φ600

2004.2

江苏天成化工股份公司

5.0-6.0

新设计

φ600

φ700

2004.4

唐山三友集团氯碱公司

6.0-12.0

新设计

φ700

φ900

2004.8

宜昌山水投资公司

2.0

改造

φ500

2004.9

浙江衢化电化厂

10.012.0

新设计

φ700

φ900

2004.9

武汉葛化集团

9万吨/vcm

改造

φ800

φ1200

2005.3

浙江衢化电化厂

10.0

改造

φ700

φ800

2005.5

河北盛华化工有限公司

10.0-12.0tpvc/a

新设计

φ700

2006.10

通过使用LLC-Tray改造的低沸、高沸精馏塔后,表明又比用NewVST改造的低沸、高沸精馏塔各方性能有了新的提高。

1.处理能力更大。又提高了50~70%以上,比如用NewVST改造的φ600低沸精馏塔通过能力可达4.5~5.0T PVC/年,而用LLC-Tray的φ600低沸精馏塔通过能力可达7.0T PVC/年以上。

2.传质效率更高。又提高了5~10%左右。使低沸物(C2H2)、高沸物(三氯乙烷等)均趋于“0(仪表测不出来)。

3.阻力更小。又降低了35%左右。

4.操作弹性更好。又提高了38%,可达4.5~5.0左右。

5.防有机物(如氯乙烯)自聚而堵塞的能力与NewVST相同,即也具有独特的防有机物自聚堵塞的能力。

2.2 化肥行业——饱和热水塔

虽然饱和热水塔采用NewVST改造后与其它塔板类型(比如泡罩、S型塔板)相比取得了提高热能回收的效果。但它仍有不足,比如若要求通过改造饱和热水塔生产能力大幅度提高,有时则比较困难;另外它虽然在阻力上比以往的一些塔内件要低,但要进一步降低阻力也不容易。而一些企业恰恰提出了这些要求,比如有的厂饱和热水塔塔径仅为φ1400mm,却希望通过60kt/a合成氨的生产能力,且阻力要求仅为0.025Mpa。针对这类饱和热水塔的技改要求,近几年我们采用比NewVST性能更好的LLC-Tray技术,应用于饱和热水塔的技术改造,取得很好的效果。

采用LLC-Tray改造饱和热水塔时,我们利用计算机模拟的优化结果,吨氨循环热水量采用10-12吨,这不仅节约动力消耗,且由于降液装置可以大为缩小,因而使LLC-Tray塔板有效区域增加。另外,由于帽罩结构本身的特点及矩形板孔,使它在板面上的开孔率得到增加,从而比NewVST进一步提高生产能力。

由于LLC-Tray的优异性能在饱和热水塔中发挥出来,使采用此技术改造的饱和热水塔不仅完全达到用NewVST改造饱和热水塔的热能回收效果,而且又有了突破。首先是生产能力大为提高,我们已使当阳化肥厂φ2200mm塔通过100kt/a的能力,最近又使微山化肥厂φ1400mm饱和热水塔通过60kt/a合成氨的能力。根据新近的设计,φ1800mm塔可通过95kt/a合成氨的能力,φ2200mm塔可通过120kt/a合成氨。φ2600mm塔可通过160-170kt/a。另外,由于其帽罩结构的特点加上对板开孔进行了圆弧加工处理,使系统阻力也有突破,一般情况下阻力可确保≤0.025Mpa

2 使用LLC-Tray改造的部分饱和热水塔的情况

企业名称

塔径/mm

生产能力 kt/a

塔板数

塔板材料

改造日期

湖北江陵化肥厂

2200

70

饱和塔15

304

1997.4

热水塔12

河南驻马店化肥厂

1800

45-55

饱和塔12

Q235

1997.8

热水塔12

山东莱西化肥厂

2600

100

饱和塔13

304

1997.8

热水塔12

湖南祁阳化肥厂

1800

25

饱和塔14

304

1997.9

山东莱西化肥厂

2600

120

饱和塔13

304

1999.8

热水塔12

湖北当阳化肥厂

2200

100

饱和塔17

304

2000.5

热水塔12

Q235

云南开运红磷公司

2200

100

饱和塔15

304

2001.9

热水塔12

山东微山医药化工公司

1400

60

饱和塔15

Q235

2001.12

热水塔12

湖北宜昌田田化肥厂

2000

45-50

热水塔10

Q235

2002.11

山东联合化工公司

1400

40

饱和塔12

304

2004.5

热水塔10

江苏泗洪化肥厂

1800

40

饱和塔12

304

2004.7

热水塔10

Q235

重庆华强化工公司

1600

25

饱和塔15

304

2004.9

热水塔16

Q235

山东莱西化肥厂

2600

140

饱和塔13

304

2005.6

2000

70

热水塔10

304

通过使用LLC-Tray改造饱和热水塔后,表明了LLC-TrayNewVST性能更优秀,具体表现为:

1.处理能力更大。又可提高50~70%以上。比如湖北当阳化肥厂用NewVST技术时,φ2200饱和热水塔生产通过能力为7.0T NH3/年,而改用LLC-Tray技术时,新设计的φ2200饱和热水塔则能通过12. 0T NH3/年。

2.传热传质效率更高,又提高了5~10%左右。

3.阻力更小。又降低了35%左右。

4.操作弹性更好。又提高了约35%

2.3 甲醇行业——甲醇精馏主副塔

随着甲醇市场的不断扩大,氮肥企业新上联产甲醇装置或原有联醇装置扩产改造的积极性在逐步提高,其中甲醇精馏塔是决定甲醇产品质量和生产消耗的关键设备,它的塔板数和分离效率要求较高,以前大多数厂家采用浮阀、斜孔筛板、浮动舌型等塔板,塔板数为75~85块左右。但生产仍不能满足要求,产品的等级、收率都较低,生产能耗也较高。近些年随着新型塔板及新型波纹填料在甲醇精馏塔的应用,使得塔的处理能力、分离效率和产品LLC-Tray技术在甲醇精馏主塔应用实例,介绍其使用效果。

某企业主要产品是碳酸氢氨和联产甲醇,其中合成氨年生产能力为6万吨,甲醇年产1.5万吨。2000年欲将甲醇提高到年产3万吨,在9912月份借大修机会,首先对原75层浮阀塔板的甲醇精馏塔进行改造,去掉其75层浮阀,换成66LLC-Tray塔板,板间距不变、降液管不变、支撑结构不变,由于将塔板数减少,故将管口位置进行了调整,改造结果如下:

生产能力:改造后主塔每班产甲醇最高为31.9吨,则年产甲醇为3.16万吨,最低每班产甲醇25.3吨,合年产2.5万吨。因此塔的处理能力比改造前提高了一倍左右。

塔板效率:甲醇产品质量稳定为优级品,产品分析报告显示各项指标均达标或超过GB338-92甲醇质量优级品指标,因而使每吨产品价格较改造前提高了100元左右,经济效益相当可观。

降低蒸汽耗量:每吨甲醇蒸汽耗量由改造前的1.8~2.0吨降低到1.5吨以下,年节约蒸汽量12000吨左右。

投资少:改造中利用原塔体只更换塔内件,并尽量保留原塔板支撑圈、降液板等,节约了大量改造费用,并在一周内即完成了改造任务。

以上数据充分显示了LLC-Tray技术的优良特性,改造后塔板数减少了,而产品质量较之以前却有明显提高,说明其传质效率大大提高,通过能力扩大了一倍,并显示了其阻力降小的优点,表现在吨甲醇蒸汽消耗减少。该技术不仅在甲醇精馏主塔上获得了应用,在甲醇精馏预塔及三塔流程的加压塔上也获得了成功应用,均体现了其优良特性。下表列举了一些使用厂家:

3 使用LLC-Tray改造的部分甲醇精馏塔的情况

厂名 项目

塔径(mm

原生产能力

(万吨/年)

改造后生产能力

(万吨/年)

河南孟津化肥厂

(预塔)φ800

1.5

2.5

(主塔)φ1200

石家庄滹沱河化肥厂

(预塔)φ800

1.5

3.0

(主塔)φ1200

山西丰喜肥业临漪分公司

(预塔)φ1600

新上

5.0

(主塔)φ2000

河南孟津化肥厂

(预塔)φ1200

新上

8.0

(主塔)φ2000

河南洛阳汝化化工公司

(预塔)φ1200

1.2

2.5

(主塔)φ1200

山西丰喜肥业临漪分公司

(主塔)φ1000

新上

1.5

山西平陆丰喜肥业有限责任公司

(预塔)φ800

新上

1.5

(主塔)φ1000

河北凯跃化工有限公司

(预塔)φ800

2.0

2.5

(主塔)φ1200

江苏淮安华尔润化工有限公司

(预塔)φ800

新上

1.8

(主塔)φ1100

山东滨州天阳化工有限公司

(预塔)φ1000

新上

4.0

(主塔)φ1500

2.4 其它行业

除上述几个行业外,LLC-Tray技术在其它行业也获得广泛应用。例如:(1)在石化行业的污水脱硫塔、常压塔、丙烷塔、丙烯塔、稳定塔、酸性水汽提塔、催化干气脱硫塔、焦化干气脱硫塔等装置。(2)焦化行业脱苯塔、甲苯塔、纯苯塔、蒸氨塔等装置。(3)醋酸行业乙醛吸收塔、蒸馏塔、醋酸浓缩塔等装置。(4)氟化工行业F22-1.2.3精馏塔。(5)氯碱行业偏氯乙烯精馏塔等也同样取得比较理想的结果,充分体现LLC-Tray技术所具有的处理能力大、分离效率高、压降小、操作弹性好等优异性能。

2.5 LLC-Tray工业应用情况概括

1)使用行业: PVC(氯碱)、化肥、甲醇、制药、酒精、石化、煤化工、氟化工、醋酸、碳酸二甲酯等。

2)应用的单元操作:蒸馏(精馏)、反应精馏、吸收、解吸、汽提、增湿、热交换、除尘等。

3)被改造的塔内件:浮阀、筛板、泡罩及其变种;颗粒填料与规整填料

4)适用操作物料:除去高粘度物质(比如80cp以上)外,其它一般物料均适用;对易自聚堵塞的有机物、带固体颗粒悬浮物的物料具有独特的防止堵塞的能力,且对于易发泡物料具有良好的适应性。

5)适用操作压力:从常压至高压均可使用,但减压(真空)系统则应慎用。

6)对液气比的适应性:可以是大L/V、小L/V、以及大L/V的各种情况均能良好使用。其使用情况体现其对L/V的适应性均比各种填料(含规整填料)、其它板式塔为好。

7)已使用过的塔径:从φ400、φ500......至φ4500、φ5000

3 结论

梯矩形立体连续传质塔板(LLC-Tray)是在新型垂直筛板基础上进行结构改进——顶盖板与罩本体之间增设矩形天窗、顶盖边缘增加一定角度的折边挡板,并且把不同高度的帽罩在塔板上错落排布(这样在操作时大大减少罩间对喷造成液滴相互碰撞与凝聚)。通过这些结构与排布上的变化,使LLC-Tray的技术性能取得很大进展。实验研究结果 尤其通过上述诸行业大量工业塔技术改造的实践表明,LLC-TrayNewVST的性能相比有以下提高:生产能力增加(约50%~70%),传质分离效果提高(约5%~10%以上),塔板压降降低(约30%左右),操作弹性增大(约35%左右),雾沫夹带减少(减少约70%)。这些结果充分表明LLC-Tray是一种比NewVST更为优秀的喷射型塔板。说明它在化工类行业的工业塔技术改造中具有广阔的前景。

文献:

[1] Du Peiheng (杜佩衡).A simple introduction of New VST.Heibei Chemical Engineering and Industry (河北化工)19834):59-66

[2] Xu Weiqin (徐维勤), Shen Ziqiu (沈自求)A study on hydrodynamic characteristics of New VST. Chemical Engineering (China) (化学工程),1982,10(2):14)15

[3] Liu Kanlie (刘衎烈)Fu Mingyi (佛明义)Xu Tongjian (徐佟建) .A preliminary discussion on New VST- hydrodynamics. Chemical Engineering (China) (化学工程), 1982,10(2):16)24

[4] Apparatus of lanzhou Petroleum Machinery Institute Research (兰州石油机械研究所塔器组).A preliminary study on New VST. Chemical Engineering (China) (化学工程),1982,10(2):25)34

[5] Xu Weiqin (徐维勤), Shen Ziqiu (沈自求)Hydrodynamic characteristics in new vertical sievel. Journal of Chemical Industry and Engineering (China) (化工学报),1983(2):184)193

[6] Apparatus of lanzhou Petroleum Machinery Institute Research (兰州石油机械研究所塔器组). A preliminary study on the vertical sievel tray and T-arrangement rectangular value tray. Journal of Chemical Industry and Engineering (China) (化工学报),1982(2):168)178

[7] Liu Kanlie (刘衎烈)Weng Li (翁力)Wang Ang (王昂)Theoretical assay and relationship on the hydrodynamics of New VST. Chemical Engineering (China) (化学工程),1983,11(5):1)13

[8] Xu Weiqin (徐维勤),The improvement of New VST. Chemical Engineering (China) (化学工程),1984,12(6):12)17

[9] Du Peiheng (杜佩衡),Wang Qingyao(王庆瑶),Yu Wenkui (于文奎). Research on hydrodynamic performance of New VST. PetroChemical Equipment (石油化工设备)198615(9):1-8

[10] Du Peiheng (杜佩衡), Dong Yanhe (董艳河) et.al. Hydrodynamic performance of trapezoidal-rectangular solid series mass-transfer tray. Journal of Chemical Industry and Engineering (China) (化工学报), 2005 (4 ): 593-597

来源:      时间:2009/2/20 9:45:32
 
  Copyright 2008-2028 天津衡创工大现代塔器技术有限公司 All Rights reserved

  地址:天津市华苑产业园区榕苑路4号天发科技园7号楼1门4层
  联系电话:022-83717205   83717203 传真:83717203 E-mail:hcgd@hcgd.cn
  津ICP备11007044号-1