論文：淺談氯干燥工藝流程和非標(biāo)塔設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、淺談氯干燥工藝流程和非標(biāo)塔設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì) 童新洋、宋水泉（杭州東日玻璃鋼有限公司）、干成軍（杭州電化股份有限公司）【關(guān)鍵詞】 氯干燥、工藝流程、塔設(shè)備、優(yōu)化設(shè)計(jì)【摘 要】 分析總結(jié)了國(guó)內(nèi)氯干燥裝置的運(yùn)行現(xiàn)狀，結(jié)合多年來(lái)從事氯干燥裝置設(shè)計(jì)、制造、安裝的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹在氯干燥工藝流程和主要塔設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和新技術(shù)，以及東日干燥流程的簡(jiǎn)介。前言氯氣干燥處理在氯堿生產(chǎn)中處于承上啟下的重要環(huán)節(jié)，干燥后氯氣的質(zhì)量直接影響到氯壓機(jī)及后續(xù)氯產(chǎn)品用氯裝置的安全運(yùn)行，實(shí)屬咽喉工序。因氯氣質(zhì)量（主要是氯中含水偏高，夾帶硫酸鹽）原因?qū)е侣葔簷C(jī)故障，后續(xù)用氯設(shè)備被堵塞，腐蝕的事故時(shí)有發(fā)生。近年來(lái)，東日公司依靠引進(jìn)先

2、進(jìn)的氯干燥技術(shù)，在國(guó)內(nèi)知名塔器專(zhuān)家，氯堿專(zhuān)家和各專(zhuān)業(yè)工程師團(tuán)隊(duì)的努力下，已向廣大氯堿企業(yè)設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行了十?dāng)?shù)套性能優(yōu)良的氯干燥裝置。在經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能環(huán)保性和技術(shù)先進(jìn)性上體現(xiàn)了較大的優(yōu)勢(shì)。1國(guó)內(nèi)氯干燥裝置工藝裝備的現(xiàn)狀和氯中含水對(duì)氯壓機(jī)的影響目前國(guó)內(nèi)近200家氯堿企業(yè)中裝備的氯干燥裝置性能參差不齊，工藝流程大體可分為單塔、雙塔、多塔（34臺(tái)）三類(lèi)，塔型多為填料塔、泡罩塔及其兩塔的組合，泡沫塔因操作彈性小已較少采用。處理后氯中含水率的水平也參差不齊，大部分裝置的氯中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在200-400PPm之間，少數(shù)技術(shù)性能先進(jìn)的裝置氯中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)<50PPm，但也有不少裝置氯中水的質(zhì)量

3、分?jǐn)?shù)400PPm以上。這樣對(duì)氯氣輸送機(jī)械，特別是氯氣透平壓縮壓機(jī)的安全運(yùn)行和使用壽命造成非常不良的影響。由于氯氣透平壓縮機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，設(shè)計(jì)制造精度高，為了確保其正常運(yùn)行，對(duì)氯中含水和夾帶的機(jī)械雜質(zhì)要求嚴(yán)格。國(guó)產(chǎn)的小透平機(jī)一般要求氯中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在200 ppm以下，不夾帶硫酸鹽類(lèi)雜質(zhì)；國(guó)產(chǎn)的大透平機(jī)（如：VGSP100、LLY-300型）要求氯中含水在質(zhì)量分?jǐn)?shù)在100 ppm以下，不夾帶硫酸鹽類(lèi)機(jī)械雜質(zhì)；進(jìn)口的大型氯氣透平壓縮機(jī)如KK&K的氯壓機(jī)要求氯中含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)20 ppm以下，不夾帶硫酸鹽類(lèi)機(jī)械雜質(zhì)。因此氯干燥后的氯氣質(zhì)量是能否采用氯氣透平壓縮機(jī)和采用了氯氣透平壓縮機(jī)能否安

4、全、正常運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。液環(huán)式氯壓機(jī)（納氏泵）雖然對(duì)氯中含水要求不高（氯中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<400ppm），但過(guò)量的水分常使納氏泵中濃硫酸濃度下降過(guò)快、過(guò)低，而導(dǎo)致納氏泵的葉輪被侵蝕后，強(qiáng)度下降、壽命縮短、故障率增高。所以氯干燥裝置的可靠、高效運(yùn)行是至關(guān)重要的。2氯干燥裝置中主要工藝裝備的選擇氯干燥的工藝過(guò)程均是：從電解工序輸送過(guò)來(lái)的近80左右的濕氯氣，先進(jìn)氯氣洗滌冷卻塔，用35的循環(huán)氯水充分洗滌、冷卻、冷凝后進(jìn)鈦制管殼式換熱器進(jìn)一步冷卻，把氯氣溫度降到1215，再經(jīng)高效纖維床捕沫器分離夾帶的水霧和鹽霧后，送入濃硫酸干燥塔中除去氯氣的微量水分，所得干氯氣經(jīng)酸霧捕集后，用氯壓機(jī)送入后續(xù)工序

5、。此過(guò)程基本分為二大部分，前部分主要是氯氣的洗滌、冷卻、冷凝、除霧；后部分是用濃硫酸吸收氯氣中的水分子，酸霧捕集。整個(gè)工藝過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，任何環(huán)節(jié)的疏忽都會(huì)影響到工藝指標(biāo)的控制。2.1 氯氣洗滌塔和冷卻設(shè)備的選擇電解工序送到氯氣洗滌塔的濕氯氣一般溫度已降到80左右，此時(shí)氯氣被水蒸氣飽和。1kg氯氣在80時(shí)含有約219g水蒸氣，當(dāng)它冷卻到12時(shí)，水蒸氣含量降到了3.6g。所以降低氯氣的溫度到12，可將其夾帶的98%以上的水分除去，以達(dá)到降低干燥塔負(fù)荷，減少硫酸消耗的目的，同時(shí)應(yīng)充分洗滌氯氣中夾帶的有機(jī)雜質(zhì)和鹽霧。此工況條件下，優(yōu)先的工藝過(guò)程是大流量、過(guò)飽和的濕氯氣先進(jìn)入氯氣洗滌塔（一般選用適用高液

6、氣比操作，易于移出塔中熱量，阻力降小的填料塔），用足夠的循環(huán)氯水充分洗滌，冷卻氯氣。把氯氣的溫度降到4045左右排出。這樣不但可以把氯氣中夾帶的氯化鈉洗去，同時(shí)可大大減少由昂貴鈦材制造的管殼式冷卻器的負(fù)荷，確保出鈦冷卻器的氯水溫度可控制在12-15。在塔后，為了更好的控制氯氣的溫度，最好設(shè)置兩段鈦制管殼式冷卻器。I段用循環(huán)水冷卻，II段用57冷凍水冷卻，這樣配置可減少57冷凍水的消耗，即使在夏天也能控制氯氣溫度在1215左右，保證干燥系統(tǒng)的負(fù)荷不增加。鈦金屬耐濕氯氣性能相當(dāng)優(yōu)越，可靠性高，因此兩臺(tái)鈦制冷卻器的可靠工作是有理由相信的。此時(shí)該系統(tǒng)中的氯水洗滌塔是關(guān)鍵設(shè)備了，要根據(jù)具體工況負(fù)荷設(shè)計(jì)合

7、理，濕氯氣是強(qiáng)氧化性介質(zhì)，腐蝕性相當(dāng)強(qiáng)，塔器的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是該設(shè)備可靠工作的關(guān)鍵。采用全鈦結(jié)構(gòu)當(dāng)然可以滿(mǎn)足要求，但造價(jià)太高，難以承受。國(guó)內(nèi)亦有采用鋼襯膠的，無(wú)奈膠板和襯膠工藝欠穩(wěn)定，可靠性不好，且一旦膠板被侵蝕，鋼制的外殼在強(qiáng)酸性介質(zhì)中會(huì)很快被侵蝕而危及整塔的安全。根據(jù)該塔耐腐蝕性和特殊性，我們采用高度耐蝕的酚醛環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂（DERAKANE 470）和特殊層合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的氯水洗滌塔，經(jīng)多年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行證明，該設(shè)備選材合適，層合結(jié)構(gòu)合理，可靠性相當(dāng)優(yōu)越，體現(xiàn)了很高的性?xún)r(jià)比。2.2 氯氣中水霧分離設(shè)備的選擇首先應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到氯氣中水霧有效分離的難度和重要性。難度：氯氣中夾帶的水霧，粒徑分布范

8、圍很廣，在0.130m范圍內(nèi)，其中有不少在冷卻、冷卻凝過(guò)程中產(chǎn)生的直徑在1m以下的粒子。這么小的粒子從理論上分析可知，要靠慣性力機(jī)械攔截等方法，是不可能有效分離直徑3m以下的粒子的。重要性是：如水霧分離效果不理想，把過(guò)多的水霧帶入干燥工序，會(huì)增加硫酸的消耗。更重要的是此時(shí)溶解有鹽分的水霧粒子中的水分被濃硫酸吸收走了，鹽分就分離了出來(lái)，一部分與硫酸反應(yīng)生成硫酸鹽。沉積在塔器填料層中、管道內(nèi)，長(zhǎng)期積累下來(lái)，填料塔的傳質(zhì)能力下降，系統(tǒng)阻力升高，特別是酸霧捕集器的玻纖除霧元件，因大量的鹽類(lèi)機(jī)械雜質(zhì)粘附而使其性能急劇惡化，阻力降異常升高而被迫更換。所以氯干燥裝置中的水霧分離器是一臺(tái)相當(dāng)核心的設(shè)備，其除霧

9、元件必須具備除去3m以下的粒子99%，3m以上的粒子100%的優(yōu)異性能。目前，國(guó)內(nèi)較多企業(yè)使用孟山都的高效纖維除霧元件。其除霧的機(jī)理是：夾帶水霧的氯氣流水平流過(guò)纖維層時(shí)，靠霧滴自身微觀(guān)的布朗運(yùn)動(dòng)使其與纖維表面碰撞、吸附，進(jìn)而凝聚，受重力作用流下排出。此時(shí)的纖維層不會(huì)因吸入水分體積膨脹而導(dǎo)致壓降增大，甚至阻塞。且纖維床內(nèi)層的防二次夾帶層應(yīng)完全防止產(chǎn)生二次夾帶。裝配該元件的除霧器殼體工作溫度在20以下，因此采用硬聚氯乙烯內(nèi)襯外纏玻璃鋼增強(qiáng)層的復(fù)合材質(zhì)結(jié)構(gòu)是最佳的選擇。硬聚氯乙烯具有優(yōu)良的耐氧化性介質(zhì)性能，它材質(zhì)的密實(shí)性（即抗?jié)B性）明顯優(yōu)于層合結(jié)構(gòu)的玻璃鋼材質(zhì)。其強(qiáng)度雖低一些，但經(jīng)玻璃鋼纏繞增強(qiáng)后完

10、全可滿(mǎn)足該除霧器的工況要求，并且有良好的經(jīng)濟(jì)性。因此是制造此除霧器殼體材質(zhì)的優(yōu)選材料。2.3 氯氣干燥塔氯氣干燥塔的任務(wù)是用濃硫酸脫除氯氣中余下的水分子，達(dá)到工藝要求的氯中含水目標(biāo)值。濃硫酸吸收水蒸氣是氣膜阻力控制的物理吸收過(guò)程，過(guò)程速率等于傳質(zhì)系數(shù)乘推動(dòng)力。傳質(zhì)系數(shù)的影響因素主要為：氣流速度、硫酸濃度、操作溫度、設(shè)備因素。過(guò)程推動(dòng)力等于氣相中水蒸氣分壓和硫酸的平衡水蒸氣分壓的壓差。推動(dòng)力隨操作壓力增大，溫度降低，氯氣中含水量增加而增大。所以在負(fù)壓操作系統(tǒng)中推動(dòng)力要小于正壓操作系統(tǒng)，在負(fù)壓操作系統(tǒng)的脫水難度要更大一些。氯中含水量越低，脫水越困難，想要把氯中含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到20ppm以下，塔器

11、應(yīng)作特殊設(shè)計(jì)。當(dāng)前用于干燥氯氣的塔型主要有填料塔、泡罩塔、填料和泡罩組合塔等三種主要塔型，篩板塔因?yàn)椴僮鲝椥孕?，已較少采用。填料塔適用于高液氣比操作，壓降低、通量大，易于移出吸收過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，操作彈性大，裝填了現(xiàn)代高性能填料和高效塔內(nèi)件的現(xiàn)代填料塔，其傳質(zhì)效率已不比板式塔低。阻力損失小，是填料塔“天然”的優(yōu)點(diǎn)。泡罩塔是在塔板上裝設(shè)有升氣管的泡罩（圓形或條形），塔板上的液體不像篩板塔那樣由氣流來(lái)支撐，能在較寬的氣液負(fù)荷條件下保持穩(wěn)定的操作，特別適合于小液氣比的操作。但它氣相流過(guò)的路徑曲折，板上液層較深，因此阻力降較大。其一層塔板的氣相壓降基本上與同塔徑的一臺(tái)填料塔相當(dāng)。填料與泡罩組合塔是結(jié)合

12、兩種塔的優(yōu)點(diǎn)，可明顯改善單獨(dú)泡罩塔的阻力降過(guò)大而造成系統(tǒng)能耗大的缺點(diǎn)。上述三種塔型，無(wú)論哪種塔，要達(dá)到預(yù)期的傳質(zhì)效果，都必須建立在精心設(shè)計(jì)、制造和嚴(yán)格操作的基礎(chǔ)上。塔的可靠性、穩(wěn)定性除了塔內(nèi)件設(shè)計(jì)的質(zhì)量外，塔材料的合理選用亦是關(guān)鍵因素。干燥塔內(nèi)的介質(zhì)是75%98%的濃硫酸和含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)20ppm4500 ppm之間的濕氯氣。正常工作溫度在20以下，工況異常時(shí)溫度可能升高到5060。硬聚氯乙烯具有良好耐強(qiáng)氧化性介質(zhì)（如濃硫酸）的性能，缺點(diǎn)是其強(qiáng)度、剛度較低。但通過(guò)特殊界面粘結(jié)劑結(jié)合纏繞成型玻璃鋼增強(qiáng)層的PVC/FRP復(fù)合材質(zhì)，顯示出了優(yōu)良的綜合性能。通過(guò)對(duì)玻璃鋼樹(shù)脂基體的合理選擇，PVC/FRP

13、材質(zhì)可在60以下長(zhǎng)期工作，在80下短時(shí)間運(yùn)行。這樣可完全滿(mǎn)足干燥塔可能出現(xiàn)的異常工況情況下塔器的安全生產(chǎn)。2.4 酸霧捕集器 在干燥過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的硫酸霧，并夾帶少量的硫酸鹽和有機(jī)氯化物。為了保證氯壓機(jī)（特別是氯氣透平壓縮機(jī)）的穩(wěn)定運(yùn)行和后續(xù)工序的生產(chǎn)。應(yīng)對(duì)干氯氣中夾帶的酸霧、硫酸鹽和有機(jī)氯化物進(jìn)行有效的分離。在填料塔和泡罩塔中產(chǎn)生酸霧的霧粒直徑平均值大約在2.5m左右，如此小的霧粒只有采用高效的纖維床分離元件才有可能完成這個(gè)艱巨的任務(wù)。目前，孟山都公司的高效纖維床捕沫元件的實(shí)際使用效果最為理想，分離后硫酸霧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可低于10-6。3干燥流程設(shè)計(jì)在流程設(shè)計(jì)中，洗滌塔、I、II段鈦冷卻器、

14、水霧分離器、酸霧分離器等在流程中的位置是相對(duì)確定的。干燥部分依據(jù)場(chǎng)地、目標(biāo)含水率、投資等因素有3種基本的可選擇流程，我們稱(chēng)之為東日的A、B、C三種常見(jiàn)流程。在這三種流程中均把易于移出熱量，適合高液氣比操作的填料塔（或填料段）放在第一位。該塔只要設(shè)計(jì)合理，工藝控制得當(dāng)，就可以把進(jìn)塔濕氯中95%左右的水分在此塔去除。泡罩塔或塔板特別適用于小液氣比操作的場(chǎng)合，操作穩(wěn)定可靠、因此被置于最后的位置，起最后把關(guān)的作用。依據(jù)第1填料塔后設(shè)置塔型的種類(lèi)和數(shù)量的多少，東日公司開(kāi)發(fā)了以下三種基本的流程，以適應(yīng)不同的市場(chǎng)需求。3.1 A流程（三干燥塔流程）氯氣循環(huán)氯水98%酸廢酸循環(huán)酸循環(huán)酸循環(huán)酸3.1.1 工藝流

15、程簡(jiǎn)圖F01水霧分離器水洗塔C03氯壓機(jī)水洗塔F02酸霧分離器水洗塔T04III干燥塔T03II干燥塔T02I干燥塔E01/02鈦冷水洗塔T01水洗塔水洗塔3.1.2 工藝流程簡(jiǎn)要說(shuō)明。來(lái)自電解槽溫度80的濕氯氣，經(jīng)洗滌冷卻塔（T01）、鈦冷卻器（E01/02）、水霧分離器（F01）、號(hào)氯氣干燥塔（T02、T03、T04），硫酸霧分離器（F02）除酸霧后得到的干氯氣用透平機(jī)（C03）加壓，經(jīng)氯氣分配臺(tái)送到后工段加工或使用。濃度98%的硫酸從號(hào)氯氣干燥塔的頂層塔板用計(jì)量泵輸入，相繼流過(guò)塔板段、填料段和號(hào)氯氣干燥塔，號(hào)氯氣干燥塔，濃度下降到75%后排出，三干燥塔填料段硫酸用泵強(qiáng)制循環(huán)、冷卻。氯氣冷

16、卻器和水霧分離器中分離出來(lái)的氯水回入洗滌冷卻塔，塔內(nèi)排出的氯水經(jīng)脫氯熱交換器加熱脫氯后，氯氣回入T01，達(dá)標(biāo)熱水直接排入地溝。3.2 B流程（二干燥塔流程）98%酸3.2.1 工藝流程簡(jiǎn)圖循環(huán)酸循環(huán)氯水循環(huán)酸氯氣廢酸C03氯壓機(jī)水洗塔F02酸霧分離器水洗塔T03II干燥塔T02I干燥塔F01水霧分離器水洗塔E01/02鈦冷水洗塔T01水洗塔水洗塔3.2.2 工藝流程簡(jiǎn)要說(shuō)明來(lái)自電解槽溫度80的濕氯氣，經(jīng)洗滌冷卻塔（T01）、鈦冷卻器（E01/02）、水霧分離器（F01）、號(hào)氯氣干燥塔（T02、T03），硫酸霧分離器（F02）除酸霧后得到的干氯氣用透平機(jī)（C03）加壓，經(jīng)氯氣分配臺(tái)送到后工段加工

17、或使用。濃度98%的硫酸從號(hào)組合氯氣干燥塔的頂層塔板用計(jì)量泵輸入，相繼流過(guò)塔板段、填料段和號(hào)氯氣干燥塔，濃度下降到75%后排出，兩干燥塔填料段硫酸用泵強(qiáng)制循環(huán)、冷卻。氯氣冷卻器和水霧分離器中分離出來(lái)的氯水回入洗滌冷卻塔，塔內(nèi)排出的氯水經(jīng)脫氯熱交換器加熱脫氯后，氯氣回入T01，達(dá)標(biāo)熱水直接排入地溝。3.3 C流程（單干燥塔流程）3.3.1 工藝流程簡(jiǎn)圖98%酸循環(huán)氯水循環(huán)酸氯氣廢酸C03氯壓機(jī)水洗塔F02酸霧分離器水洗塔T02組合干燥塔F01水霧分離器水洗塔E01/02鈦冷水洗塔T01水洗塔水洗塔3.3.2 工藝流程簡(jiǎn)要說(shuō)明來(lái)自電解槽溫度80的濕氯氣，經(jīng)洗滌冷卻塔（T01）、鈦冷卻器（E01/0

18、2）、水霧分離器（F01）、組合氯氣干燥塔（T02），硫酸霧分離器（F02）除酸霧后得到的干氯氣用透平機(jī)（C03）加壓，經(jīng)氯氣分配臺(tái)送到后工段加工或使用。濃度98%的硫酸從組合氯氣干燥塔的頂層塔板用計(jì)量泵輸入，相繼流過(guò)塔板段、填料段，濃度下降到75%后排出，干燥塔填料段硫酸用泵強(qiáng)制循環(huán)、冷卻。氯氣冷卻器和水霧分離器中分離出來(lái)的氯水回入洗滌冷卻塔，塔內(nèi)排出的氯水經(jīng)脫氯熱交換器加熱脫氯后，氯氣回入T01，達(dá)標(biāo)熱水直接排入地溝。3.4 流程的比較和適應(yīng)的范圍3.4.1 下表在滿(mǎn)足系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，氯中含水，系統(tǒng)允許總壓降前提下的比較：流程項(xiàng)目A流程（三塔）B流程（二塔）C流程（單塔）占地面積大中小設(shè)備

19、投資大中小系統(tǒng)壓降低中高98%酸耗量差別不大差別不大差別不大能耗氯壓機(jī)能耗低中高循環(huán)泵功率大中小循環(huán)水冷凍量大中小操作性能a.操作穩(wěn)定、方便b.彈性大，適應(yīng)負(fù)荷范圍寬c.對(duì)故障的適應(yīng)性強(qiáng)a.操作穩(wěn)定、方便b.彈性中等c.對(duì)故障的適應(yīng)性一般a.操作穩(wěn)定、方便b.彈性較小c.對(duì)故障的適應(yīng)性較弱3.4.2 不同流程的適應(yīng)范圍從上表的初步比較可知，A、B、C三種流程各有其優(yōu)缺點(diǎn)，C流程投資小，占地面積小，非常適用于老系統(tǒng)改造。操作彈性小，對(duì)故障適應(yīng)性較弱是其固有的缺點(diǎn)；A流程操作彈性大，對(duì)故障的適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，非常適合于采用進(jìn)口大透平機(jī)，要求系統(tǒng)穩(wěn)定性好的場(chǎng)合。占地面積大，投資高是它的不足之處；B

20、流程是大部分氯堿企業(yè)新建和技改擴(kuò)建的首選流程，性?xún)r(jià)比高，系統(tǒng)的操作彈性和適應(yīng)故障的能力均可滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。4干燥裝置中塔設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)濃硫酸吸收水蒸氣是氣膜阻力控制的物理吸收過(guò)程，過(guò)程速率等于傳質(zhì)系數(shù)乘推動(dòng)力。傳質(zhì)系數(shù)的影響因素主要為：氣流速度、硫酸濃度、操作溫度、塔器設(shè)備因素等。氣流速度在工作負(fù)荷一定的情況下已由合適的空塔氣速確定。硫酸濃度和操作溫度，我們均可在一定范圍內(nèi)通過(guò)相關(guān)設(shè)備調(diào)整到工藝規(guī)定的要求。傳質(zhì)系數(shù)的最后決定因素是設(shè)備因素，它是在設(shè)備設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中賦予該設(shè)備的，日后較難調(diào)整。因此設(shè)備因素是決定傳質(zhì)系數(shù)高低的關(guān)鍵點(diǎn)。在干燥裝置中的塔器主要是填料塔和泡罩塔兩種塔型，兩種塔型設(shè)計(jì)

21、的關(guān)鍵點(diǎn)是不同的。4.1 填料塔設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵點(diǎn)4.1.1 塔填料的選擇：塔填料是填料塔的核心構(gòu)件，只有性能優(yōu)良的塔填料再輔以理想的塔內(nèi)件，才有可能構(gòu)成技術(shù)先進(jìn)的填料塔。填料的選擇是困難的，特別是形狀結(jié)構(gòu)的選擇，只有通過(guò)分析其特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。東日填料塔內(nèi)首選的填料是由美國(guó)傳質(zhì)公司在80年代中期開(kāi)發(fā)的稱(chēng)為CMR填料，高徑比為0.3，此種填料的特點(diǎn)是：床層堆積均勻、通量大、壓降小，傳質(zhì)效率高，操作彈性大，抗污性好。經(jīng)多年在硫酸干燥系統(tǒng)中的應(yīng)用，證明其是氯氣硫酸干燥塔的優(yōu)選填料。為了更進(jìn)一步提高塔的傳質(zhì)效率，近期開(kāi)發(fā)的規(guī)整填料現(xiàn)在也已被成功應(yīng)用到硫酸干燥塔中，可顯著提高塔的干燥效率。4.1

22、.2 塔內(nèi)件的選擇4.1.2.1 液體分布器對(duì)于液體分布器的合理選用和設(shè)計(jì)，往往是填料塔成敗的關(guān)鍵。這點(diǎn)對(duì)于使用規(guī)整填料的填料塔尤為重要。液體分布器的重要性可歸納為三點(diǎn)：（1）不良液體初始分布必然導(dǎo)致分離效率的急劇下降，這一點(diǎn)已被實(shí)驗(yàn)多次證明了。（2）新型的高效填料一般都具有較小的徑向分散系數(shù)，性能的體現(xiàn)依賴(lài)于液體表良好的初始分布。（3）液體不良的初始分布難以達(dá)到填料層中的自然流分布。所以對(duì)于填料塔而言：設(shè)計(jì)、制造一臺(tái)性能優(yōu)良的液體分布器是至關(guān)重要的。性能優(yōu)良的液體分布器必須滿(mǎn)足如下的要求：首先該分布器操作穩(wěn)定可行，最重要的是要液體分布均勻，判定分布器液體分布均勻有3條標(biāo)準(zhǔn)：a、該分布器應(yīng)能提

23、供足夠的分布點(diǎn)密度，對(duì)于高性能散裝填料最好達(dá)到100點(diǎn)/m2左右；對(duì)于規(guī)整填料要求的分布點(diǎn)更多了；b、分布點(diǎn)在塔截面上幾何分布均勻，特別是要注意塔壁區(qū)分布點(diǎn)的分布情況；c、分布點(diǎn)的流量應(yīng)具有相當(dāng)?shù)木鶆蛐?。b、c兩點(diǎn)尤為重要，實(shí)驗(yàn)證實(shí)一但構(gòu)成區(qū)域性（占塔截面0.1-0.2）的流量不均，傳質(zhì)效率可下降20%之多。其次是分布器應(yīng)具有適合的操作彈性，一般要求達(dá)到1：4左右。能滿(mǎn)足流量的變化而不影響分布效率。最后是分布器氣流通道均勻、足夠，不干擾填料層的氣體分布，阻力降小，不產(chǎn)生過(guò)量的霧沫夾帶。從以上可知設(shè)計(jì)、制造一臺(tái)性能優(yōu)良的液體分布器，影響因素如此之多，以至于要達(dá)到要求十分困難。因此國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)的塔器

24、制造公司無(wú)一不在液體分布器設(shè)計(jì)上下功夫，建立自己的專(zhuān)有技術(shù)。東日公司在氯干燥填料塔中應(yīng)用了3款高性能分布器：重力型管式分布器、堰槽型分布器和孔槽型分布器。在硫酸干燥塔中，如采用散裝填料，首選的分布器應(yīng)是堰槽型。典型的堰槽型分布器是由進(jìn)液管、分液槽和多條均布于塔截面上互相平行保持一定間距的淋降槽組成的。氣體自下而上在槽間的空隙中流動(dòng)，液體從進(jìn)料管流到分配槽，按流量比分配到各淋降槽內(nèi)后通過(guò)均布在淋降槽側(cè)壁上的三角形堰口均勻溢流分布到填料層上。其特點(diǎn)是：操作十分可靠，堰口極少出現(xiàn)被堵現(xiàn)象，故分布質(zhì)量非常穩(wěn)定；酸泥和機(jī)械雜質(zhì)可沉降在槽底，抗污性和抗堵性非常優(yōu)越；流量范圍很寬，操作彈性大；氣相壓降基本忽

25、略不計(jì)，基本不產(chǎn)生霧沫夾帶。堰孔式分布器可提供更大的分布點(diǎn)密度，它主要用于規(guī)整填料段的液體分布。堰槽、堰孔式分布器的不足之處是對(duì)制造、安裝的水平度有一定要求。在設(shè)計(jì)、制造、安裝過(guò)程中要嚴(yán)格把關(guān)，否則會(huì)對(duì)分布質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。4.1.2.2 氣體分布器隨著大空隙率、低壓降新型填料的廣泛使用和填料塔大型化的發(fā)展，氣流在填料床內(nèi)自然可以達(dá)到均勻分布的看法已為人們所摒棄。對(duì)其重要性認(rèn)識(shí)與日俱增，氣流入塔不均勻分布的危害，國(guó)內(nèi)外早已在實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)。綜合有關(guān)填料塔氣體分布的研究可以知道，大直徑填料塔不良的氣體初始分布會(huì)使傳質(zhì)效率顯著下降。低壓降填料床層應(yīng)考慮氣體的初始分布問(wèn)題，氣體不均勻流入填料床，是床

26、內(nèi)氣體分布不均勻的主要原因。 在氯干燥塔器中，空塔氣速低，使用的高性能填料壓降小，塔的傳質(zhì)效率要求高。因此在氯干燥塔中入塔氣體的初始分布越來(lái)越受到專(zhuān)業(yè)制造商的重視。東日公司專(zhuān)有技術(shù)的氣體預(yù)分布器已在氯干燥塔中成功應(yīng)用。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低，與氣體噴射支承板的巧妙組合有效解決了氯干燥塔中入塔氣體的初始分布，提高了干燥效率。4.1.2.3 填料支承板性能優(yōu)良的填料支承板，有效開(kāi)孔率不能小于填料層的空隙率（現(xiàn)代散裝填料層的空隙率均在90%以上）；氣液穿過(guò)支承板時(shí)應(yīng)分流，不相互夾帶；重量輕，強(qiáng)度好，易于裝卸。 在填料塔的設(shè)計(jì)中不能忽視支承板的選用和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不良的支承板會(huì)成為全塔的“瓶頸”，限制塔的負(fù)荷

27、，增大塔的壓降。嚴(yán)重是還會(huì)引起局部液泛，破壞正常操作。過(guò)去在填料塔中常用的是格柵型支承板。其支承散裝填料時(shí)的開(kāi)孔率均在50-70%。操作時(shí)氣液在同一通道內(nèi)逆向流動(dòng)，互爭(zhēng)流動(dòng)空間，在支承板上會(huì)形成一液層，其高度受氣-液流量影響。在高噴淋密度操作時(shí)，產(chǎn)生的氣相壓降相當(dāng)可觀(guān)，氣相霧沫夾帶會(huì)降低填料層傳質(zhì)效率。氣體噴射支承板具有三維結(jié)構(gòu)，使它的開(kāi)孔面積不受塔截面的限制，其開(kāi)孔率一般可達(dá)到100%。在操作時(shí)，氣液分流穿過(guò)支承板，氣相走兩側(cè)，液相主要走峰谷，兩相分流操作，氣相不必穿過(guò)液層而直接進(jìn)入填料層。所以氣相壓降低，不產(chǎn)生霧沫夾帶，具有氣相的初始分布作用。氣體噴射支承板可分塊制造，入塔組裝，其具有三維

28、截面剛度大承載能力強(qiáng)。東日公司的氣體噴射支承板已形成標(biāo)準(zhǔn)系列，在氯干燥塔器中得到了廣泛的應(yīng)用。4.1.2.4 液體再分布器設(shè)置液體再分布器的作用是糾正流體量的不良分布和流體濃度的不良分布，再分布兼有均布和混合的雙重作用，且混合濃度比均布流量更重要。一個(gè)良好的再分布器應(yīng)使流體得到完全的混合，并在塔截面上重新分布均勻。多少床層高度需設(shè)置一個(gè)再分布器，一般參照以下三條標(biāo)準(zhǔn)，按最低值確定再分布床層高度：a、現(xiàn)代散裝填料層高度大于7m時(shí)；b、相當(dāng)于10個(gè)理論板或傳質(zhì)單元數(shù)的高度時(shí)；c、68倍塔徑的床層高度時(shí)。首選的再分布器是槽盤(pán)式氣液再分布器，它結(jié)構(gòu)理想，利于氣液混合均布，阻力降也小。應(yīng)當(dāng)指出的是目前被

29、經(jīng)常盲目在氯干燥塔中使用的壁流收集器，并不能有效混合液相的濃度，其使用效果早已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)只在小塔中有效。在大直徑填料塔中設(shè)置，不但無(wú)利反而有害。再分器在塔中的選用，設(shè)置是一個(gè)需要慎重考慮的問(wèn)題。4.2 泡罩塔及塔板的設(shè)計(jì)泡罩塔的主要結(jié)構(gòu)包括：升氣管、泡罩、堰和降液管，泡罩安裝在升氣管的上方，其結(jié)構(gòu)有圓形和條形兩類(lèi)。泡罩的周邊開(kāi)有齒縫，從升氣管上升的氣流經(jīng)過(guò)泡罩時(shí)改變方向并經(jīng)齒縫分散成細(xì)小的氣泡進(jìn)入液層，以密切氣液接觸，增加流體溢動(dòng)，從而強(qiáng)化氣液傳質(zhì)，板效率高。操作彈性大能適應(yīng)較大的負(fù)荷變化范圍，液氣比范圍大，抗堵性好，操作穩(wěn)定是它的主要優(yōu)點(diǎn)，不足之處是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，氣相阻力降大。泡罩塔板的設(shè)計(jì)最主要是確定泡罩形式、泡罩