摘 要:作者多年從事化工實訓(xùn)教學(xué)及實訓(xùn)室管理工作,在氣體吸收實訓(xùn)項目教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)填料堵塞、銹蝕嚴(yán)重,已影響到實訓(xùn)教學(xué)的開展。2011年5月,作者帶領(lǐng)學(xué)生對絲網(wǎng)填料進行了水基清洗和酸洗試驗,并拆塔清洗填料,清洗后填料性能恢復(fù)良好,該填料清洗方案對各職業(yè)院?;嵱?xùn)設(shè)備的管理和維護有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞:化工實訓(xùn);絲網(wǎng)填料;銹蝕;清洗
平頂山市工業(yè)學(xué)?;嵱?xùn)基地建成于2009年,下設(shè)管路拆裝、流體輸送、傳熱、精餾、氣體吸收、DCS控制、儀器分析、化工仿真等多個實訓(xùn)室,為化工實訓(xùn)教學(xué)的開展提供了基本保障。筆者多年來一直擔(dān)任實訓(xùn)基地管理員,并承擔(dān)管路拆裝和氣體吸收兩個項目的實訓(xùn)教學(xué)任務(wù)。在從事氣體吸收實訓(xùn)教學(xué)過程中,發(fā)現(xiàn)吸收塔氣體吸收率有逐漸下降的趨勢:2010年10月份,吸收塔氣體吸收率為88%,2011年10月份,氣體吸收率下降到47%。經(jīng)過反復(fù)查找原因,確認吸收塔與解吸塔填料堵塞、銹蝕嚴(yán)重,氣液間傳質(zhì)效率低下,導(dǎo)致氣體吸收率下降嚴(yán)重,實驗數(shù)據(jù)采集失去意義,已經(jīng)不能保證實訓(xùn)教學(xué)的正常開展,填料必須進行徹底清洗。
1 氣體吸收與解吸實訓(xùn)裝置及絲網(wǎng)填料
氣體吸收與解吸裝置是化工生產(chǎn)中的常見裝置,吸收-解吸操作廣泛地應(yīng)用于混合氣體的分離。我校氣體吸收實訓(xùn)裝置主要有吸收塔和解吸塔組成,兩塔均為填料塔,主體塔節(jié)為有機玻璃制成,規(guī)格Φ100×1500mm。其中吸收塔采用不銹鋼規(guī)整絲網(wǎng)填料,填料高度1500mm;解吸塔采用不銹鋼散裝絲網(wǎng)填料,填料高1500mm。實訓(xùn)操作以混合氣體-水為物系,混合氣體為二氧化碳含量為5%-20%的空氣,吸收劑為清水;混合氣體在塔內(nèi)與吸收劑逆向接觸完成傳質(zhì)過程,吸收富液進入解吸塔解吸,解吸后的貧液再進行循環(huán)吸收;氣相色譜儀在線分析混合氣體中二氧化碳的含量,計算吸收塔氣體吸收率,驗證填料的傳質(zhì)效果。
金屬絲網(wǎng)填料是重要的高效精密型填料之一,具有比表面積大、孔隙率高、重量輕、壓損小、氣液接觸充分、分離效率高等優(yōu)點,在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用[1]。氣體吸收實訓(xùn)裝置采用不銹鋼絲網(wǎng)填料是基于金屬絲網(wǎng)填料的優(yōu)點,同時考慮了填料的成本、耐用程度等因素。絲網(wǎng)填料在使用過程中對潔凈度要求很高,流體雜質(zhì)、油脂、金屬氧化物等污物對其影響很大,容易導(dǎo)致填料傳質(zhì)效率下降,甚至完全失去功用,所以保證填料的潔凈度和填料的清洗是化工實訓(xùn)中應(yīng)該重點關(guān)注的問題。
2 絲網(wǎng)填料清洗試驗
2.1 附著物成分的確定
為了確定填料附著物成分,拆卸解吸塔塔頂部件,取出少量散裝環(huán)狀絲網(wǎng)填料。從表觀看,絲網(wǎng)上覆蓋一層鐵紅色物質(zhì),可以部分擦除,但部分微孔堵塞嚴(yán)重。取填料樣品放入18%鹽酸溶液,能明顯看到附著物發(fā)生酸解現(xiàn)象,溶液變成淡棕黃色,說明有氯化鐵生成;10分鐘后取出填料樣品,呈現(xiàn)出不銹鋼的光亮銀白色,附著物已基本清除;反應(yīng)后的鹽酸溶液經(jīng)過靜置,容器底部有少許沉淀。通過以上試驗驗證了填料附著物為鐵銹,并混有部分不溶于酸類的雜質(zhì)。
2.2 清洗液的確定
由于填料附著物含有酸解不溶物,從節(jié)約清洗成本角度出發(fā),首先考慮采用水基清洗法去污。水基清洗去污是借助于表面活性劑的潤濕、滲透、乳化、分散、增溶等性質(zhì)來實現(xiàn)的[2]。水基清洗去污效率高,安全性能好,不腐蝕機件,成本低,不污染環(huán)境。絲網(wǎng)填料的水基清洗試驗采用了普通的去污粉作清洗劑,質(zhì)量分數(shù)控制在2%左右。將少量填料樣品放入清洗液浸泡,并適度的攪拌和震蕩,結(jié)果可去除大部分的附著物,為下一步的酸洗做好準(zhǔn)備。
酸洗法是金屬除銹最常用的方法之一,是將待除銹的工件放在酸洗液中浸泡,通過酸液和鐵銹的反應(yīng)來達到除銹的目的。絲網(wǎng)填料的除銹初步篩選了鹽酸和醋酸作為酸洗液,并做了對比試驗:將填料樣品分別放入18%的鹽酸和18%醋酸溶液中,10分鐘后取出樣品觀察,鐵銹均基本去除,鹽酸除銹效果優(yōu)于醋酸。由于醋酸比鹽酸價格高的多,綜合考慮除銹效果、清洗液成本、過腐蝕等因素,最終確定12%鹽酸作為除銹酸洗液,并加入無毒、無異味的烏洛托品(六次甲基四胺)作為緩蝕劑。
3 絲網(wǎng)填料清洗方案
3.1 人員配備
由兩名熟知實訓(xùn)設(shè)備操作和管理的老師負責(zé)填料清洗項目的總指揮,制定出切實可行的施工方案,然后報學(xué)校審批和備案。為了降低施工成本和鍛煉學(xué)生的操作技能,施工人員全部由高年級學(xué)生組成。化工專業(yè)高年級學(xué)生已進行過管路拆裝等項目的實訓(xùn)操作,具有設(shè)備拆裝等基本技能。整個施工過程由老師現(xiàn)場指揮,操作人員必須穿工作服、戴安全帽和白手套,按規(guī)定進行各項施工操作。
3.2 現(xiàn)場布置
為了保證兩個填料塔的拆卸及安裝、填料的存放及清洗,將實訓(xùn)車間整理出足夠的空間,布置成潔凈密閉的施工現(xiàn)場,以保障各項施工操作的順利進行。
3.3 設(shè)備拆解
塔設(shè)備拆解要嚴(yán)格按照預(yù)定方案和作業(yè)流程,拆卸下的設(shè)備部件需統(tǒng)一編號,以利于安裝。整裝絲網(wǎng)填料可適當(dāng)卷曲,逐層取出,并作好編號,以保證回裝次序。整個施工過程中,填料要輕拿輕放,盡量避免損壞,取出的填料應(yīng)置于陰涼處,妥善存放。塔內(nèi)的填料清完后,需認真清除塔壁及塔盤上存留的污垢和雜物。
3.4 填料清洗
準(zhǔn)備幾個潔凈的中型塑料容器,配制2%去污粉溶液作為水基清洗液,12%鹽酸2%烏洛托品混合溶液作為酸洗液。按照水基清洗(去污)→水洗→酸洗(除銹)→水洗→晾干的流程操作。水基清洗先進行充分的浸泡;酸洗時10分鐘即可取料,而且取出后的填料應(yīng)迅速用水清洗,當(dāng)除銹能力明顯下降時,更換酸洗液;清洗時注意一定要進行人工填料晃動,將附著在填料表層及孔隙當(dāng)中的附著物清除干凈;操作時如果有液體濺到眼睛或皮膚應(yīng)及時用清水沖洗;過程中用濾紙或白布進行填料表面隨機擦拭檢驗,填料表面潔凈率95%以上為合格,否則再進行重新清洗;洗凈的填料應(yīng)選擇干凈的專用場地妥善存放晾干。
3.5 填料恢復(fù)
檢查確認填料清洗合格并晾干后,在塔內(nèi)按原狀進行恢復(fù),裝填過程中應(yīng)避免造成填料二次污染。設(shè)備全部安裝到位后,對設(shè)備進行認真檢查,按實訓(xùn)操作規(guī)程進行系統(tǒng)開車,檢驗填料的清洗效果。2012年5月份,氣體吸收塔絲網(wǎng)填料首次拆塔清洗,回填后經(jīng)實驗測定,氣體吸收率為85%,說明填料清洗方案可行,而且清洗效果顯著。
3.6 廢料處理
施工完成后及時清理場地,恢復(fù)實訓(xùn)室原貌。酸洗廢液收集后加入碳酸鈉中和,經(jīng)檢驗PH值約為7時,排入地下污水管網(wǎng)。
4 絲網(wǎng)填料防堵防銹措施
絲網(wǎng)填料清洗后基本恢復(fù)了原有傳質(zhì)效果,通過分析填料附著物的成因,近兩年的實訓(xùn)過程采取了必要的填料防堵防銹措施:首先是將化工實訓(xùn)中心的水源切換為市政自來水,提升實訓(xùn)用水的清潔度,減小水的硬度;再者每次實訓(xùn)結(jié)束,要求參訓(xùn)學(xué)生排干吸收塔和解吸塔塔釜殘液,并打開吸收和解吸風(fēng)機,用空氣吹干絲網(wǎng)填料。這兩項措施的有效執(zhí)行,明顯減緩了絲網(wǎng)填料堵塞、銹蝕的程度,基本保持了吸收塔氣體吸收率的恒定。
參考文獻
[1]蘭昭洪.金屬絲網(wǎng)波紋填料及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].貴州化工,2005,01:13-14+33.
[2]苗琦,苗華威.表面活性劑在金屬清洗方面的應(yīng)用[J].臺聲.新視角,2005,02:195-197.
作者簡介:徐國欽(1977-),男,本科學(xué)歷,講師,主要從事中職化工專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)及研究。