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        母液吸氨器安裝高度的探討

        2014-12-03 07:43:26張澤福
        純堿工業(yè) 2014年2期
        關鍵詞:母液揚程氨氣

        劉 巖,張澤福

        (中昊(大連)化工研究設計院有限公司,遼寧 大連 116023)

        我國的聯(lián)堿法一般采用一次加鹽,二次吸氨,一次碳化的成熟可靠的工藝路線。其中所謂的“二次吸氨”即母液Ⅰ吸氨和母液Ⅱ吸氨,相應的就有母Ⅰ吸氨器和母Ⅱ吸氨器(以下簡稱為母液吸氨器),對于母液吸氨器的安裝高度,各廠說法不一,尤其是最近幾年興起的以三聚氰胺尾氣制堿的廠家,把母液吸氨器安裝位置提得很高。目前,沒有母液吸氨器安裝高度的具體計算,本文嘗試通過伯努利方程計算來分析母液吸氨器內產(chǎn)生負壓的影響因素,探討母液吸氨器的安裝高度,以此達到工程設計時能采用合理的安裝高度。

        1 母液吸氨流程簡述

        母液Ⅰ或母液Ⅱ(以下簡稱母液)經(jīng)母液泵加壓后送到母液吸氨器頂部入口,由收縮管進入噴嘴,在噴嘴出口處噴射成流束,此時位能轉化為動能,母液的流速劇增(可達10~20m/s)而使吸氣室內形成負壓,將氨氣從吸入口吸入,氨氣經(jīng)吸氣室后與母液混合,并以很高的流速進入擴散管進行充分混合吸收。母液吸收氨氣的同時流速降低,動能復又轉化為位能,氨化母液從擴散管排出,母液吸氨流程示意見圖1。

        2 伯努利方程

        以1kg質量的理想液體為基準時的伯努利方程式為:

        圖1 母液吸氨流程示意圖

        z1、z2分別為1—1'及2—2'截面與參考水平面間的垂直距離,m;

        p1、p2分別為1—1'及2—2'截面上的液體壓力,Pa;

        u1、u2分別為1—1'及2—2'截面上的液體流速,m/s;

        ρ為液體密度,kg/m3;

        g為重力加速度,m/s2。

        對于實際液體式(1)應修正為:

        ∑hf為1kg液體由1—1'面流到2—2'面的過程中共消耗的能量,稱為摩擦阻力或流動阻力,J/kg。

        3 計算

        為簡化計算,將吸氨器橫放(實際生產(chǎn)中也有實例,如自貢鴻鶴股份),計算簡圖見圖2 。

        圖2 計算簡圖

        取母液進口處為1—1'截面,噴嘴出口處為2—2'截面,噴嘴中心線所在平面為基準面,列出伯努利方程如式(2)。

        式中z1=z2,忽略流動阻力∑hf,則噴嘴處壓力p2為:

        根據(jù)實際經(jīng)驗,母液進口流速u1一般取1.5~2.5m/s,此處取2m/s,母液密度ρ約為1 200kg/m3,(3)式簡化為:

        噴嘴處壓力p2要為負壓,即p2<0,則要滿足:舉例說明,u2取15m/s,則p1最大為p1=600u22-2 400=600×152-2 400=0.13MPa(表壓),如果p1大于0.13MPa(表壓),則噴嘴處為正壓,將影響母液吸收氨氣的效率。尤其是以三聚氰胺尾氣制堿,由于三聚氰胺尾氣壓力接近常壓,如果p1過大,造成p2正壓過大,則母液將倒回三聚氰胺尾氣管道,吸氨操作將無法進行。

        4 母液吸氨器內產(chǎn)生負壓的影響因素

        由式(4)可知,影響噴嘴處壓力p2的因素有兩個,即母液進口壓力p1和噴嘴處的流速u2。

        4.1 母液進口壓力p1的影響

        母液進口壓力p1與母液泵的揚程和母液吸氨器的安裝高度有關,當母液泵的揚程已定,則p1由母液吸氨器的安裝高度決定,安裝高度越高,p1越小。

        4.2 噴嘴處的流速u2的影響

        噴嘴處流速u2的大小與母液流量和噴嘴直徑有關,當母液吸氨器的數(shù)量已定,則每臺母液吸氨器母液流量基本恒定,則u2由噴嘴直徑大小決定,噴嘴直徑越小u2越大。

        5 探 討

        對于已經(jīng)運行的生產(chǎn)裝置,母液泵的揚程和母液吸氨器的安裝高度已定,母液進口壓力p1基本恒定,如果母液泵的揚程過高,而母液吸氨器的安裝高度又過低,則可能造成p1偏大,母液吸氨器內負壓過小或者產(chǎn)生正壓,將影響母液吸氨器的吸氨效率,甚至無法正常生產(chǎn)。此時有三種解決方法:一是更換揚程小一些的母液泵;二是提高母液吸氨器的安裝高度;三是縮小母液吸氨器的噴嘴直徑。

        例如:某堿廠有3臺母液泵,2開1備。

        流量Q=400m3/h,揚程 H=65m,電機功率N=132kW。

        母液吸氨器安裝高度為26m,母液進口壓力p1取0.13MPa,換算為液柱為0.13×106/ρg=0.13×106/1 200×9.81≈11m,管道阻力約取5m,則母液泵的揚程可以調整為:

        母液吸氨器安裝高度+母液進口壓力p1+管道阻力=26+11+5=42m

        按此揚程選擇H=50m的母液泵即可。

        即調整后的母液泵參數(shù):流量Q=400m3/h,揚程H=50m,電機功率N=110kW。

        每年運行時間取8 000h,電費取0.45元/kWh,則每年節(jié)省的電費為:

        (132-110)×8 000×0.45×2=158 400元

        對于正在設計中的生產(chǎn)裝置,則應根據(jù)上述分析,合理選擇母液泵的揚程,通過計算定出母液吸氨器最佳安裝高度和母液吸氨器的噴嘴直徑。這樣可以防止母液泵的揚程過高而造成無為的動力損耗;降低母液吸氨器的安裝高度,進而降低廠房高度,節(jié)省土建投資,對節(jié)能降耗會起到一定的作用。

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