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噴淋塔在廢氣處理系統中的應用

上傳時間:2019-10-29閱讀次數:編輯:admin
噴淋塔在廢氣處理系統中的應用
摘要 隨著國內化工行業建設規模的日益增加,國家環保標準對排放至大氣的廢氣指標提出了更高的要求。采用噴淋塔化學吸收工業排放氣中的有毒、有害成分的環保新技術得到了推廣和應用。本文總結了噴淋塔的吸收原理,并結合工程實踐,確定了噴淋塔本體設計的具體方法及設計中應該注意的問題。
 
關鍵詞廢氣 吸收 噴淋塔 設計
 
 
  環境保護是我國的一項基本國策。工業煙囪排出的廢氣中含有大量有毒、有害氣體,如果直接將這些廢氣排至大氣將會使空氣的質量日益惡化。為此,國家環境保護部門加大了對環境的整治力度,制定了更加嚴格的大氣環保標準。噴淋吸收塔適用于廢氣中被吸收組分濃度低,易于與吸收劑反應的體系,具有吸收效果好,阻力小,不易結垢堵塞,設備投資少等優點。
 
1.噴淋塔吸收原理
 
1.1 吸收過程的氣液平衡
 
吸收凈化氣態污染物的主體設備是吸收裝置,包括各種類型的吸收塔、洗滌器、鼓泡反應器等。在吸收裝置中,含有可被吸收的污染物A的混合氣體與吸收劑S逆流(或順流)接觸,完成吸收過程,被凈化了的氣體(不被溶解的組分B和剩余的A)和吸收液(含有A和S),分別排出裝置之外作進一步的處理。氣態污染物的凈化效率,與吸收裝置的結構、性能和吸收過程中的氣液平衡有相當大的關系。
 
吸收過程進行的方向與極限取決于溶質在氣液兩相中的平衡關系。對于任何氣體,在一定條件下,在某種溶劑中溶解達到平衡時,其在氣相中的分壓是一定的,稱之為平衡分壓,用p*表示。在吸收過程中,當氣相中溶質的實際分壓p高于其與液相成平衡的溶質分壓時,即p> p* 時,溶質便由氣相向液相轉移,于是發生了吸收過程。
 
1.2 吸收過程的機理
 
吸收過程是一個相際傳質過程。關于吸收的相際傳質機理,主要有雙膜理論、薄膜理論、溶質滲透理論、表面更新理論、界面動力狀態理論等,這些理論對于相際傳質過程中的界面狀況及流體力學因素的影響等方面的研究和描述各有千秋。不同類型的吸收塔分別采用不同的傳質機理作為自己的理論模型。但是,目前尚不能據此進行傳質設備的計算或解決其它實際問題。
 
1.3 伴有化學反應的吸收過程
 
在吸收操作中,伴有顯著化學反應的吸收過程稱為化學吸收。例如,用NaOH、Na2C03、或NH3 OH等的水溶液吸收CO2、S02或H2S等,均屬化學吸收。
 
2.噴淋塔的本體設計
 
吸收塔是廢氣吸收的核心裝置。相對于其他類型吸收塔,如填料塔、噴射鼓泡塔,噴淋塔具有結構簡單、阻力小、投資小等優點。在吸收過程中,廢氣從吸收塔下部進入,在噴淋區與霧化噴淋的循環吸收劑逆流接觸并發生化學反應,廢氣中的有毒、有害廢氣被吸收,同時廢氣中的粉塵也可以被去除。洗滌以后的廢氣經噴淋層上方的除霧器除去霧滴后從吸收塔頂部排出,并經煙囪放空。吸收劑可采用循環利用的方法,有助于節約利用資源。
 
由于吸收塔內氣液流動傳質、化學反應的復雜性,目前實際的工程設計主要靠經驗。
 
2.1塔徑的確定
 
吸收塔的塔徑主要由運行工況下塔內的實際廢氣流量和塔內氣速確定。
 
由工藝流程確定進入吸收塔的廢氣量。實際運行工況下塔內廢氣的體積流量發生了變化,這是由于:廢氣在進入塔后在大量噴淋液的作用下迅速降溫,放熱使一部分水分蒸發,使廢氣中的水蒸氣在操作溫度下達到飽和,從而廢氣的體積流量增加了。
 
研究及實踐表明,逆流噴淋空塔中的合適氣速范圍為2.6m/s~3.4m/s,典型值為3m/s。氣速增加,一方面使得氣液兩相界面湍動加強,氣膜厚度減薄,傳質速率常數增加,而且可以減緩液滴下降的速度,使體積有效傳質面積增加,因而可以使塔高降低。
 
2.2 吸收區高度的確定
 
工程設計中吸收區高度一般指廢氣進口水平中心線到噴淋層中心線的距離。根據廢氣在塔內的停留時間和空塔氣速,可以確定噴淋塔的主體高度。對于化學吸收,一般情況下,廢氣在塔內停留2S~5S即可達到預期的吸收效果。設計時還要綜合考慮液氣比、噴霧狀況、氣速、塔結構等因素的影響。
 
 
2.3 噴淋管和噴嘴的設置
 
噴淋的作用是造成盡可能大的氣液傳質界面。為了使噴淋液沿整個吸收塔截面均勻分布,一般設置2~6層噴淋管,層間距0.8~2m。噴淋層由一根或幾根主管和布滿塔內的支管組成,支管上均勻布置噴嘴。各層噴淋管交錯布置。根據需要可以選擇不同型式的噴淋管。
 
噴嘴的選型和合理、優化布置是達到良好吸收效果的保證。目前,噴淋噴嘴可選用實心或空心錐形或螺旋型噴嘴。噴嘴的選取主要在于其霧化性能,而霧化性能又取決于噴嘴結構參數以及循環吸收劑進口壓力和黏度等。如果噴嘴進口壓力越大,噴嘴的壓力降越大,通過噴嘴的液體流量越大,且噴出的霧化液滴平均直徑就越小,氣液接觸反應的表面積就越大;但噴嘴壓力降增大,能耗也就越大。一般吸收塔噴淋用噴嘴的霧化平均粒徑在200~2000µm,噴霧角度為90°~120°,根據循環液的流量和所需噴霧的平均粒徑選擇不同型式的噴嘴。
 
2.4 除霧器的設置
 
為了防止噴淋的霧滴被煙氣夾帶出塔,在吸收塔噴淋區上部,需要設置除霧器。根據允許氣體夾帶霧滴量及粒徑大小及塔內氣速、壓力降要求選擇不同型式的除霧器。
 
3. 設計中應該注意的問題
 
3.1 噴淋塔內的防腐措施
 
進入吸收塔內的廢氣中含有SO2、HCL、HF、H2S等腐蝕性氣體和飽和水蒸汽,容易對噴淋塔造成腐蝕,尤其是廢氣進口的干濕界面區域和吸收塔內最為嚴重。針對不同的吸收體系,可以分別對吸收塔的不同結構處采用不同的防腐材料,如不銹鋼、氯丁基橡膠、玻璃鱗片涂層,玻璃鋼,鋼襯膠或防腐涂料,哈氏合金等,對吸收塔進行防腐處理。
 
3.2 液氣比的確定
 
選擇合適的液氣比能夠使吸收塔達到良好的吸收效果。液氣比是指吸收劑循環量與廢氣流量之比。根據吸收塔操作線和平衡線關系可以得出,液氣比增加,將使吸收推動力增大,傳質單元數減小;氣液傳質面積增大,體積吸收系數增加,因而可以降低塔高。但是另一方面,液氣比增加,液體的停留時間有所減少,而且循環泵流量增加,塔內阻力增加。實際設計和運行時,在保證吸收效果的前提下,應盡可能采用適當小的液氣比。
 
3.3 氣體的均勻分布
 
逆流吸收塔廢氣進口一般從吸收塔下部水平方向進入,根據進塔氣速確定進氣管的橫截面積。為了使氣體均勻分布,可以采用較大的進氣管徑;進氣口向下傾斜6°~10°;頂部出氣口垂直向上;在塔下部設置多孔板、導流板對氣體進行整流。另外,在噴淋層間可設置環形板,避免煙氣通過噴淋層時出現因靠近塔壁處噴淋液不均造成的氣相短路現象,起到節能增效的功能。
 
4. 結束語
 
吸收塔是廢氣洗滌中的關鍵設備。噴淋吸收塔結構簡單、阻力小、投資少、運行良好,能夠達到所需的吸收效果。本文根據工程設計經驗,確定了吸收塔塔徑、塔高設計,噴淋層、除霧器的設置及循環泵的配置等的方法并指出了設計中應該注意的一些問題。
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