化工设备次磷酸钠生产中尾气净化除尘器的设计陈盛秒(中国石油大学化工学院,北京100249)塔、吸收塔、除尘器等,除尘器的处理能力与分离效率直接影响产品的质量与排出气体中磷酸的含量。针对生产过程中除尘器处理量小、除尘效率低等缺陷进行了分析,并对影响除尘器处理能力与除尘效率的文氏管、喷嘴、旋风分离器进行了设计与优化,新设计的文氏管除尘器具有处理量大、效率高、阻力低等特点,实践证明设计方案是可行的。
母尾气处理量Q=4500m/h操作温度t=油、化工擂、电力、空气除尘等行业。某次磷酸钠出50.0压力为常压:次磷酸钠作为一种化学镀镍的还原剂,广泛应用于工业防腐、水处理、织物整理等领域。次磷酸钠一般采用一步法生产,具体是采用黄磷与氢氧化钠、或氢氧化钠和氢氧化钙混合物、或氢氧化钙和碳酸钠混合物反应制得次磷酸钠1.在次磷酸钠生产过程中会产生大量高温、高压、有毒、易燃的PH尾气。PH的处理一般采用热法制取HP)(PH+2 HP))工艺流程如所示。所用装置为燃烧吸收处理装置。该装置中的主要设备为燃烧塔、吸收塔、除尘器等。根据现场经验,除尘器一般采用文氏管湿式除尘器。该除尘器具有结构简单、维护方便、价格低廉等特点,能同时进行有害气体的净化烟气的冷却与增湿。特别适用于处理高温,高湿和有爆炸危险的气体21,因而被广泛应用于石厂由于扩建,原PH设计处理量3000 m/h已不能满足生产(处理量4500 m/h)需要,除尘器效率(97 6%池明显偏低。为提高处理量与除尘效率,对除尘器进行了设计与优化。根据现场工艺条件,笔者设计了一套处理量大、除尘效率高、阻力低的文氏管除尘器,满足了生产的需要。
一丨燃烧塔卜丨吸收塔卜―I引风机卜望一排出P3尾气燃烧吸收处理流程1文氏管的设计1现场工艺条件喷嘴结构图为水,除尘器采用负压操作。
2文氏管结构尺寸的确定根据工艺条件,取文氏管收缩前直管内的流速u=10m/S按处理量Q计算,直管段直径D为400mm为制造安装方便,扩散管直管段的直径D也取为400mm收缩段半锥角队取为12 5°扩散段半锥角心取为3:喉管内流速U取为70m/s经计算喉管直径D=150mm由此可得文氏管各部分尺寸,见表1文氏管结构如所示。
表1文氏管结构尺寸文氏管结构引液器(喷嘴)的设计在除尘过程中,为保证除尘效率,雾化液滴的直径不能过大,也不能太小。液滴过大,比表面积小,与气体的接触面积就小;雾化液滴的直径太小,则除尘设备(一般为旋风分离器)对液滴的分离能力差,影响分离效率。指出,液滴大小以尘粒粒径的150倍左右为好,否则效率将下降。并且,雾化液滴的粒径分布范围尽可能窄,而液滴数目尽可能多3.粒径分布以服从Rosn-RamerRR)分布为好。现在工业上比较常用的喷嘴为碗形喷嘴,但该喷嘴喷出的雾滴呈中空锥状,使液滴在文氏管截面上分布不均匀。为了提高雾化质量,提高分离效率,本文采用自主设计的新型喷嘴。
喷嘴的设计采用主喷口与副喷口相结合的结构,主喷口与副喷口成45°角。主喷口直径设计为3mm同时为保证液体水滴的雾化质量,在喷嘴出口处锥形外侧开有4个直径为3mm的副喷口,如所示。并根据现场条件选取喷水速度为15m/,s则此时液体流量Q为1.9m/h液、气体积比X为0422X10+3,满足湿式分离器液、气比一般为(03~06)X103的要求。喷嘴内收缩面为曲面过渡,尽量减少液滴在壁面的损失;喷嘴进口端面采用密封管螺纹连接,方便拆卸。
3旋风分离器的设计由于文氏管除尘器要求处理量大,笔者选择蜗壳式旋风分离器。该旋风分离器的优点是:蜗壳式进口可以减少进口气流对筒体内气流的撞击和干扰,由于从蜗壳式进口进入筒体的气流宽度逐渐变窄,使颗粒向壁面移动的距离减小,而且加大了进口气体与排气管的距离,减少了气流的短路机会,因而提高了除尘效率;同时,与其他进口形式的旋风分离器相比,其处理量大。赵兵涛等141对单进口等宽通道的蜗壳进口形式进行了试验研究,认为以回转角为90°时除尘效率最高。因此,旋风分离器设计为90°单进口等宽通道蜗壳式旋风分离器,并对普通型蜗壳式旋风分离器作了如下改进,如所示。第一:为减少旋风分离器顶板与排气管附近的短路流及顶灰环,提高分离效率,排气管采用加厚排气管。
第二:排气管出口采用锥形结构。此结构有两个作用:1)使出口气中夹带的磷酸液滴在流通面积增大时因减速而沉降下来,可提高分离效率,而压降并不升高12;2)出口设计成令150变令219的锥体段便于安装。第三:在底流排液口设计一段长1000mm的直管,以便从锥体段下来的含有磷酸液滴的气体进一步在直管内分离。且在直管底部设计一段长90mm锥角为1313°的锥体,以便于磷酸液滴的排出和法兰的连接。所设计的改进型蜗壳式旋风分离器的尺寸见表2由于磷酸在50C对碳钢、321型不锈钢腐蚀严重,因此各部件均采用316L不锈钢制作。对文氏管、旋风分离器的制造、焊接均按GB150―1998钢表)