u乐国际空分设备采用填料塔的优势

  空分设备采用填料塔的优势_电子/电路_工程科技_专业资料□□□□□□。维普资讯 1 9 9 5 年第 6 期 深 冷 技 术 -7 □□□□□□? 空分设备采用填料塔 的优势 蔓 7 一 l f

  维普资讯 1 9 9 5 年第 6 期 深 冷 技 术 -7 □□□□□? 空分设备采用填料塔 的优势 蔓 7 一 l f 型壁 \ □□。 / 6 玎□□□□□□、 ( 马 鞍 山钢铁 设计 研究 院燃气 室 □,安徽 马鞍 山市 湖南路 2 5 号 □□□,2 4 3 0 0 5 ) A 囊墨 比较了 旧填 料塔与筛 板塔的优 缺点□, 介绍7 新型 模块填料塔的 优点□□□□□□,并 兢空分能耗□□, 变工 况操作□□、 无氢制氩□□□□, 经 济效直等 方面与传 统筛板塔作 7分析 对比□□□□。 指 出 瞄填 料 塔取 代 筛板塔 乃 是 带 有 方 向性 的 改 进 □□□□□。 固 2表 6参 l □□□□。 生 量 词 t 窒 盐 直 堡 量 堕 堡 堕 对 比 … . 健 耗 曩作 □□□’一 经 济 鼓 盏 制 在空分设备中□□□□,高纯度的产品氧□,氮 □□□□, 氩均 在精馏塔 中通过气液传热传质获得□□。精 馏塔有两种类型t填料塔和筛板塔□□□□□□。 填 料塔 常 以拉 西 环 □, 包 尔 环 □□,各 种 网状 用 筛 板塔 □□。 但 自8 O 年代 以来□□□,国外研 制 出一种所谓 的模 块 填 料( S £ r u c t u r e d P a c k i n g) □□□□□□,采用 金 属波 纹 以增 大接 触 面积 □□, 波纹 倾 角 为 4 5 □□。 ~ 6 O □□。 □□□□, 相邻 两 片 按 波纹 倾 角 反 向配 置 □□□□□□, 每片 之 环 作为填 料□□□,采用 自由堆放方式 □。在 进行传 质 换热时 □□□□□,液体 自塔顶下流□,沿填料呈 膜状 流 动 □,气 体 则 由塔 底 上 升通 过 填 料时 与 液膜 接 触 发生 反 应 □。 间成9 O □□□□□□。 旋 转排列□□, 这样就能使液体循 所规定 的方 向下 流□□, 完全杜 绝了□□□□□。 壁流现象 的出现□□□□□。 而且 模块填料都是按设计要求预制成形 的□□□□□, 因此 安 装 和检 修都 很 方 便□□□□□□。 波纹 形 状 及单 元 模块 填 料 的外 形 示 意 图见 图 □□□□□。 1 □□□, 这种 塔的优点为结构简单 □□□□□□,压降小 □□□□□□,制 作容易□□□,但也有很 多缺 点□。 特别对于大 直径 塔□□□□,空塔 速度 小□□□□,传热 效率 低□□□□□,重量 大□□□□□□,造 价 高 □□□,检 修 也 很 困 难 □□□□□□。 此 外 □, 当 液体 下 流 时 □□□□□□, 会逐渐趋 向塔壁 流动□□□□, 减少 了与由塔 中 间通 过的上升气体接触□□□,传质换热反 应恶化□□□,产 生 了 致 命 的□。 壁 流现 象 □□□□,因此填料塔基本上 叫 t 细□□、 l/ □□、 被空分设备 { i I 造厂 所摒 弃□□□□。 传统 的观念认 为 它不能用于大型制氧机□□□。 筛板塔是一种逐级接触 型的气液传质设 备□□□□。塔 内设有多层 塔板 □□□,每层塔板均积有薄 薄 的 液层 □□□□□。 液体 通 过降 液 管 下 流 □□□□□,气 体 则 通 过塔 板上 密布 的筛 孔并 穿 透 液层 上 升 □□, 用 这 种方式进 行传质换热□□。 这 种 塔尽 管 有 压降 大 的 映 点 □□□, 但 重量 轻 □□、 造价 低□□□,易于检修 □□□□□□,特别是塔径愈大 □□□□□□,塔板 / v V \ 圜 [ □: □□: . □□□: A B 田 1 一块曩辩示t田 A- - 波敬形 状 B一模 块壤 科单元 外形 这种新型填 料既保持 了原填 料的优点□□□□□□, 又 克 服 了 原填 料 的 严重 缺 陷 □□□,因 而 在 国外风 靡一时□□□□□。进入9 O 年代后□□□□□□,国际知名的深冷设 备公司均在 上塔和 氩塔 中以填料塔 ( 指模块 效率越趋 稳定 □□□□□□。因此 目前 国产制氧机 几乎全 维普资讯 &□? 深 冷 技 术 i 9 9 5 年第 6 期 填 料□□,下 同) 取代了筛板塔□□□□□, 仅对下塔仍采用 筛板塔□□□□。而下塔改用填 料塔也有逐步增衄的 趋 势□□□□□。 例如美国 P r a x a i r 公耐正为 印度 J i a d a 钢 厂建造的当今最大的 E { 产2 7 0 0 t 氧气 的制 氧机□□□□□□,其上塔□□□□□、 下塔 □□、 氩 塔 均 为 填 料 塔 □。 这 一 事 实雄辩地证 明□,需要彻底 更新填 料塔不 能 坩 于 大 型 铷氧 机 这 一传 统 观 念□□。 由于填料塔 的压降大 大低于筛板 塔□□,因 此进入下塔原料窑气的压力也无需像常规那 样高□□□。这就 意味着 空压机只需较低 的出口压 力 即可 满 足全 流程 要 求 □□□, 空 机 的能 耗 也 随 之 下降□□□□, 空压机所配电机容量 自然 相应 减小□□。 现 将采 用 填 料 塔  ̄Pr a x a i r公 司 1 5 0 0 0 mVh 机组 与采用筛 板塔 的国 产 1 5 0 0 0 mVh机组 的有关指标对 比列于表 2□。 衰2 两种精囊塔结构的空压机性蠢 锚 氯 机 空 压 桃 空压 机 出 电 机 装 单 位 翻 模 块 填 料 是 以单 元 部 件 的形 式 出售 的□□□。 现 在世 界 上 供 应 模块 填 料 的有 瑞 士 S u l z e r □, 德 国 Li n d e AG□□□□□□、美 国 K c h等诸家公司□□□□□□, 其材质有铝合 金□□□□□、 铜□□□□、 不 锈钢三种 □□□□□□,以采 用铝 合金 的居 多 □□□□, 使用 寿 命可 达 数 十 年 之 久□□□。 为 了刑 上 进 三 种 不 弼 结构 的精 馏 塔 能有 较清 晰 的 了解 □□□□,现 将 各 项 指 标 编 成表 1□□□□。 表 生产单位 强 产 机 组 流 量 口压 力 机謇■ 氧 电 耗 m0 / h MP a k W k wh / m* 7 8 0 0 0 7 3 2  ̄ 0 0 . 6 8 0 0 0 0 . 5 2 O. □□□□□‘ O l ( 捕板塔 ) Pr a l a I  ̄ 机组 中的数字含义为 l 1 一最佳□, 2 一中等□, 3 一 ( 填科塔 ) 0. 5 7 2 B 7 1 4 最差 □□□□□□。 褒1 不 同锆 构精强 塔 的备辅 指标 对 比 注t上表 中的单位斜氯 电耗□?熹按相 关电机 曲■曲率 算出. 当然□,P r a x a i r 机组 空压机装机 容量辕 小的原因 □□□□,还有氧提 取率和空压机本身效率 塔 轻 I一 2 j 蔷 『~ j 1 I 2 l □□□□□。 负荷谓节 范翻l ~ 负荷调节 速度l — 制 作 传 质 嵌 热 I 3 l 2 压 降 2 l 3 的因素在 内□□□□□, 但主要是 空压机 出口压 力降低□□□□□□, 以 雎 障 最小 者 为 1 巴 l 塔轻量小 者为 1 以塔 膏量 慨 者 为 1 以范 瞎 大 者 为 l 即采 用 填 料 塔 造 成 的 □□□□。 2 . 氧 压机 的进 口压 力增 加 填料塔压降减少的效果 □□□□□,反应在 另一方 面则是 出上塔的产 品氧的压力也可有相 当幅 度的增加□。 目前 氧压机多为离心式□□□□□□,其所需 l □□; f 建度快者为 1 1 l l 3 鬻 装 j 2 I 3 控 修 l 3 {2 控 贷 l 1 I 2 功率是 和压缩 比有关 的□□□□□,等温压缩所需的电 机功率按下式计算□, 以提 取 串 高 者 为 1 氲 提 取 半 I— l N - - 式中 0 —— 氧气 量 □□□□□□,m□□□, l 噜 k w 衰 中对 制氧 机性 能及 效益 影 响 最大 的 分 Ⅳ——氧 压机 电机所需 功率 □□□□□,k W _ r—— 氧 气 比重 □□□□□, k g / m□。 别为压降 □□□,负荷调 节□□□□□□、u乐国际!氧提 取率 几项□□□□□□。现分 别 作 一 简 述□□□□□。 一 □□□, 填 科 塔 对 艟耗 的璐 晌 丑——氧气气体常数 T—— 氧气 温 度 □□□□, K P| —— 氧 压 机 吸入 雎力 □□□□□□,M P a — — 筛板塔 液体上升 时必须克服穿透筛板上 液层 的阻力□□□□,塔板愈多□□□□□□,阻损愈大□□,压降也 就 愈 大 □□□□□□。 填 料 塔 则 无 此 现 象 □□□□□□,两 者 相 差 约 在 8~ 1 O 倍 左 右 □□□□□, 其 直接 结 果有 两 种 1 . 空 压 机 曲 出 口 压 力 降 低 氧 压 机 出 口压 力 □□□□□, MPa 由 上 式 可 知 □□□, 当其 它 条 件不 变时 □□,氧 隘 机 所 需 功率 随吸 入 压 力 的 增加 1 i i = 『 减少 □。 现 也 维普资讯 l 9 9 5 年第 6 期 深 冷 技 术 □? □□□□□□? 将两种 1 5 0 0 0 m' / h期氧机 中l 氧压 机的有 关 指标对 比列于表 3 寰5 两种 精糟 塔结 构 的曩 压机 性鼍 稳定 □□,连续运行□□□□,其调 节范围和速度都 很有 限□。 而 用 户往 往希 望 能 满 足 不 同工 况 的需 求 □□□□, 并 能 在 短 时 间 内完 成 转换 □□,这 里 一 直存 在着 尖 锐 的 矛盾 □□。 纠氧机 i i 氧 流 压 机{ 量 I 瞳 氧 ^ 压 压 桃I 出 氧 压 机i 电机装 日压力l 机 容 量 瞽 产 机 组 筛 板 塔 的 负荷调 节 □□□□,只 能 维持 在 7 0 ~ 1 0 0 之 间□, 当 低于 7 0 %时 □□□, 即不 能进 行 正 常 ( 筛板 塔) Pr □□□□□□“ t t 坤 谰 1 5 0 0 0 1 5 0 0 0 0 . 的操作□□。调节速度也 比较 慢□,从一种 工况 转 0 2 0 3 . 0 1 9 3 3 . 0 3 4 0 0 2 2 3 B ( 壤# 塔) 0 . 换到另 一种工况需要几 小时乃至 十几 小时□□, 这 些 都 给 用户 造成 诸多 不便 □。 填 料塔 也 不 能 解决 此 问题 □□□, 但 可使 矛 盾 与空压机相似□□□□□□,P r a x a i r氧 压 机 的 电机 容 量较小 的原因□□,也有氧压机本身效率的因 素在 内□□,但主 要却是氧压机吸入压力提高而 造成 的□□□□□。 不 言 而 喻 □, 其 吸 入 压 力 之 所 以能 提 有所缓和 □□,其 负荷调节 范围可扩大 至5 O %~ 1 0 0 □□□□□□。当需 要时□□□, 工况 的转按时 间也 可尽量 缩短□□□□□。仞如□□□□, P r a x a i r 所提 供曲 1 5 0 0 0 m□。 / h 机组□□□□,从工况 I 完全转换成工况 Ⅱ所需 的时 间仅 为 1 5 分钟□□。 填料塔之 所以具有此 种性能t其 主要 原 田在 于t筛板塔 的结构会使下流的液体 产生 滞 留 □□□□□□,而 填 料塔 这 一 现 象要 轻 微 得 多 □□□□□□。 三 □□□□,壤料塔 与提取 耩氲 的关 系 氩气是 昂贵 的稀有气体□,每立方米纯度 为9 9 . 9 0 0 % 的氩 气售 价 □□□□□□, 约 为 纯 度 为 0 9 . 5 氧气的 8 ~ 0 倍 □□□□□□。随着在 炼钢□□□□□,半导体□□,焊 接 方面 用途 的 日益扩 大□□,对氩 气的需求 也 日 益增长 □□□□□。各 制氧 厂□、站也往往将其 作为 一种 高□□□□□, 关键 乃是 采用 了压 降很 小的填料塔所 致□□□□。 同理□□□□□□, P r a x a i r 氮压机 的吸入压为0 . 1 1 2 MP a . 国产机组的氮压机仅 为0 . 0 0 4 MP a □□, 从这一点即可判 定 P r a x a i r机 组 的氮 压 机 □□□□□, 同样具有 可观的节 能潜力□□,只是 由于两 种机 俎 的氮压机 在流量 和出口压力上都不具备可 比因 素□□, 因此 无 法 列 表 比较 □□。 制氧 机 的 主要 能耗 均 在 此 三 大 机 上 □, 现 姑 且 略 去 氮 压 机 不 计 □□□□□□, 即 以 空压 机 □□□,氧 压 机 两项而论 .两 种机俎的 电机容量分别为t 国产 1 5 0 0 0 m' / h机组( 筛板塔) □□□: 8 0 0 0+3 4 0 0=1 1 4 0 0 k W 极 其价值 的副产气体 出售□, 可获取很 高的经 济效益□,所以都希望氲气 的提 取率和纯度愈 高愈 好 □□□□□□。 P r a x a i r 1 5 0 0 0 m□□□□。 / h机组 ( 填料塔 ) { 6 7 1 4+2 2 3 8=8 9 5 2 kW 两 者相 差2 4 4 8 k W □,如 再将 氮 压 机 能 耗 但提取高纯度的精氩 有相 当的难度 □,主 要是 氧□□□□□□,氩狠难彻底 分离□。常规上都采用在 粗氧 中注入氢气 □□□□□,并经过 触媒 的催 化作用□□□, 使粗氩 中的氧与氢化 合而 得到 高纯氩□□。这就 需要建立相应 的氢气 站及粗氩压缩机等一系 列 粗 氩 净 化 设 备 □□, 工 艺 流程 复杂 □□□, 安 全 性 也 考虑在 内□□□□,两种机组 总犍 机容量之差 当超过 3 0 0 0 kW □。 猕样是 常温分子筛净化增压膨胀流程 . 氧气 产量 同为1 5 0 0 0 m / h □□□□□,主要 由于精馏塔 的形 式相 异 □□□□□□,致 使 三 大 机 的装 机 容 量 差 额 如 此 之 大 □□□□□□, 空分 设备 采 用 填 料 塔 所 产 生 的节 能 效果 由此 可 见 一 斑 □□□□□□。 差□□□□□。为弥补这 方面 的缺 陷□□□□□□,遂后又有 一种采 甩精炼锅( Ke t t l e ) 的改 进 法 □, 可 将 甩 氢 量 减 至常 规法 的1 / 1 0 . 但毕竟还摆脱不掉氢气站□□□□□, 生产 上仍不够安全 □□□□□。 当采用填料塔后□□□□□, 依靠模 块 填 料的 高教 气 液 传 质 □□, 就 能 取 淌 氢e 站 =□□□□□□、填料塔和变工况摄作 的关 系 空气分离法制氧 的特 点是 需要 保持 工况 维普资讯 1 0□? 深 冷 技 术 1 9 9 5年第 6 期 及粗氩压缩机等全部附属设备□□□□, 代价是需适 当提 高氲塔高度□□□。 此法称为□□□□‘ 超级精馏法 ( 也 叫□□□□□‘ 全精馏 制氲□□□□’ ) □□□,其精氩提取率极高□□□, 纯度 可达 9 9 . 9 9 9 5 %□□□。现将 P r a x a i r 与国产1 5 0 0 0 mVh制氧机有 关氩气 的指标列于表 4 □□。 囊4 胃 种棚 ■ 氯 机 生 产 单 位 囊5 三 拜曩取 精 ■{ 壹曲曩t | 步序 常 规 张 ( 加氢法 ) 第 一 步 破 进 法 ( 步氢法 ) 第 一 步 超 蕾 精 僖 张 ( 五氢 张) 第 一 步 生 产 出 租 ■ 组 丹l 9 7 Ar 1 Nl 2 O□□□, 生 产 出 粗 ■ 组分 I 9 8 5 Ar 1 Nz 0 . 5 O2 饭靠上 塔□,■| 牟 采 甩 填 #培 的 膏 教 气 藏 传 硪 . 一 步 即可 完 瘟 ■ 地 度 9 9 . 9 9 9 5 螗 鼻 纯 □□□□□, 其 氧 古 ■ 小 塔曾 栩 曲■气 描标 ■ 纯 度 氲 产 量 提 取 率 m* / h 胃 产 机 组( 缔板塔 ) 9 9. 9 9 9 3 5 0 6 1 2 5 3 9 2 第 二 步 第 二 步 于 2 ppm z B l r 机组□□□□□‘ 填#塔 ) 9 9. 9 9 9 5 第 = 步 加 氢 通 过 艘 黛 储 两 套 精 琼 锅 扮 虚 无 为说明超级 精馏 法所 具有 的优 势□□□,再将 化 睁 氧 一 组 □□□□□, 一 奢 除 氧 时 □□□, 对 具一 套 挂 入 步 ■ 氢 □□□, 使 其再 生 上述兰法的操作步序歹 Ⅱ 于表 5□□□。从中不 难看 出另外两法的繁复程度 □。 兰种方法的流程示意见 图 2□□。 日□□□□,j 寞 料塔 与盼扳塔 的餐济效益分析 综上所述□□□□□□,填 料塔 比起筛板塔来□□,虽拥 有多方面 的优势□□□□□?但因其 造价 高于筛板塔□□□□□, 综 合考虑下来是 否适宜□□□□□, 必须进行经济效益 分 析后 才 能 定论 □。 第 兰 步 纯 化 □□□, 去 昧 氟 □□□□。 完 虚 ■ 纯 崖 . 9 5 的 箍 抛 □□, 其 古 氧 ■ <2 p p m 第 兰 步 蝇l 匕 □□□□□, 去 昧 瘟 糸 氯 □□□□□□, 完 成 氲 饨 崖 . 9 9 9 5 的箍 纯 □□, 其 古 氯■<2 p p m 第 三 无 蔓 盘 一 步 帕 探 睁 更盘 一 步 的 酥 辟 口 圈 2 摄— 滩程 示意 ■ A~加 氢法 B一少 氢法 1 . 糟 氲塔 7 . 脱 氧装 置 2 . 粗盏 压霸 机 8 . 精 炼钢 组 3 . 冷 却器 9 . 再 生加 热器 C一无 氢法 5 . 干燥器 6 . 水分 分 离器 1 1 . 分离 器 4 . 氲抉 热器 1 O . 液 氲泵 维普资讯 1 9 § 5 年第6 期 深 冷 技 术 □□? 1 1 □□□□? 经济效益分析由两 部分组成□□□, 即设备造 价和操作运行费用□□□。由于国内尚无填料塔运 堆 放□□□,传磺 换热效率 低□□,并且存在其它多项 缺 点□□□,因而 实用 中很 少被采纳 □□□。 行 的数据.现 以 P r a x a i r □□: 公司所编制的 日 产 氧气1 3 0 0 t ( 约折合3 8 0 0 0 m' / h ) 的制氧机经 济效益分析对 比实俪作为参考□□。表 6所列各 项均 以筛板塔 作为衡量基准□□□□□□。 寰6 1 3 0 0 t / d 翻■ 机符 擐堪 与 壤辑 誊 的墨骄 分析 2 . 自模块填料问世后□□□, 情况有 了突变- 它克服了旧填料 的各项缺 点□□。 与筛板塔 相比□□□? 其 压降 大大减少 □□□□。此 顼性 能用于空压机□□□,可 减少 空 压机 出口压力I用于 氧 压机 和 氮压 机 □□□□□□, 可 增加 该两 机 的 吸入 压 力 □, 最 终 表 现 为 三 大机 的能耗都有大幅度 的降低□□□□□□。 3 .填料塔无论 在 负荷调 节范 围或 负荷 调节速度上 □□,都 比筛板塔更为灵活及快捷□□□, 有 利于变工况操作□□□,能更多地适应空分用户 的 要求 □□□□□。 □! . □□□□□! { 竺 兰 f □□□□□! □□□! 兰 本 籍设鲁 狰籍寰 差( m) 墨 竹差 誓( 美 盂) 空舟 运行l 下培压 差( k P a) 奎 压 机 电 幅 差 W ) + 仰 ∞ O 6 0 _ l 龉 一 O ∞ S 0 0 4 .填料塔 的采 用□□□, 还使超级精馏 成为现 实□,这不仅 减去 了提取精氩所需的氢气站 及 粗氩压缩机等一系列附属设备.还使氧提取 率有所提高□□□。 5 .填 料塔 的设备投赍高于筛板塔□, 但运 辱 电鲁 差誓( 美元) 由表 6可 知□□□□□, 空 分 设 备 采 用 填 料 塔 比采 用筛板塔 虽须 增加设备投资9 O 万美元□□,但年 运行 电费可节约5 3 万美元□□□□□□,不到两年 即可 回 收全部增加的投 资□□□□,因此采用填 料塔无疑是 很台 理 的 □□□。 五 □□、小 结 行费则 比筛板塔低得多□□,数 年内即可 回收 所 增加的投资□□□□□。因此□□, 以填料塔 取代箭扳塔乃 是带有方向性 的改进□□□□□□。 参 考 文 献 蒋 继瑞 . 与P r a z a i r 技术 交流小 鳍 . 1 9 9 5 . 1 ( 1 9 9 5 年 9. 1 1 ) l □?空分设备 的精馏塔 □□□□□, 有 筛板塔与填料 塔两 种□□□□,但 旧填 料换 热面积小□□□□,又采用 自由 上 海专 家 对□□“ 氧吧□” 售 氧方 式 提 出质 疑 据 档 民晚掇 ̄ ) 1 9 9 5 年1 1 月 7日报道 □□,上 海新 华 .华 山等医 院专家 □、教 授对 申城 日趋 增多 的 氯E 理有 售 氯方式 提 出质 疑□□□□□□, 呼吁工 商管 理等部 门尽快 拟订 出台规范 化标 准 □□□□□,以堆 护洧费 者利 益 □□□□□。 目前 申城 诸多 □□□□。 氧吧 □□□□□,收费 标准 均按 每分 钟计 时结 算 □□,一般 每分 钟 总在= □□、 三元 上下 □□□□□,而 供 氧方式 卫有 屏幕 式 □□,管道 式 .钢瓶 泷动 式 之分 □□□□□,管 道 式卫 可分 为 面罩式 和输 氧 塑管 彝供 式□□。 因此 □□□□□□,纛客 在同 样单 位时 简 内花 同样钱 买 到这种 无形 的商 品 □□□,其质量 便 大相径 庭 □□。 嗳氧 效果 最佳 的 屏幕式 □□, 因一 次性建造 授 贷 昂贵 □□□□□, 商家 问津者 寥 寥□□□□。而 面罩 式 为防 止交 置感 染□, 氯罩 器 具须一 次 性使用 □□□,成 本卫递 高 于彝供 式数 倍□□□。 去□□□□□。 氧 吧 洧费 一 次□,一 般 总苗半 小 时时间 □。显 j } □□□□□□! □□□; □□□□□,收费 划一 □□□,但 供 □“ 贷 方 式却 各不 相同 的氧宅□□□□□□,就 要让买 家鞠 蹰不 前 了□□□□。 ( ■ 摘)

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