硫酸用规整填料

干吸实际应用之填料篇：
背景知识：无论是吸收还是精馏，都是一个传热传质的过程，那就需要气液两相需做到有效分散-有效混合-有效分离的三个过程，能处理好三个过程就意味着能达到良好的传热传质效果。
在硫酸吸收的整个过程中，为了达到良好的吸收效果，三塔均为过量液相运行状态。这样有个好的优点，那就是**的减小了所需填料高度，并且可以卡着填料分段最高的高度作为设计，填料到一定高度因为偏流等原因，是需要收集液相再进行分布，以免影响分布效果。毕竟作为强腐蚀运行物系，一个填料分段意味着一套分布器收集器，这就**降低了可靠性。缺点也是显而易见，那就是运行费用增加了。两害相权取其轻吧。所有的讨论都基于硫酸吸收为过液量喷淋的实际运行工况进行展开说明。

有效分散：在考虑有效分散过程中，我们需要考虑的不仅仅是液相的有效分散，还有气相的有效分散。一般在塔底进料都会有部分高度作为气体自平衡，且在设计中，三塔的孔塔气速足够低，低到不需要任何特殊设备为工艺气体做任何初分布，当然非正常工况不做讨论。液相分散那就涉及另一个问题了，在硫酸吸收这个过程中需要怎样的分散。上面说了，硫酸吸收过程属于过液量吸收过程。这就以为着，只要你不是整个面50%以上的分布状况除了问题（不出酸），基本上过量的酸也会在填料中做好自平衡，然后能撑到你检修发现问题为止。就好比瓢泼大雨，我们还在讨论哪里浇得少，哪里浇得多吗？不会的，持续落地的暴雨让你地面直接积液。同样是瓢泼大雨，我们在讨论单位面积分布点时，就比较搞笑，因为规整填料需要的实际分布点可能达60~90P/M2，但是我们却一直以43P/M2作为设计的，这个匹配吗？这个够吗？够的，然而仅仅是足够，距离好可能还差点。但是能否增加到60~90P/M2呢？可以，需要对分布器进行改进，这个没有几个厂商愿意做。还是那句话，瓢泼大雨情况下，你说分布均匀，分布点多少，这方面技术讨论多一些，实际运用的差别可能并没有说的这么明显。此外，由于液量过大，留给气相通道的面积较小，容易造成局部气速过大，就像一个一个孔喷出气体一样，要是液体下落的重力或者流速不够，极其容易被过快的气速携带上去。

有效混合：那就是实际作为传热传质的场所，这个场所好不好，匹配不匹配，直接决定了吸收效果。提供这个场所的设备有塔盘、散堆填料、规整填料。
首先说塔盘，作为最先出现的精馏吸收设备，他的历史非常悠久，非常适合低气速高液量的环境，从筛孔塔盘到各种奇奇怪怪的泡罩浮法塔盘，在不同的应用中发挥着各自的不可替代的作用，仅从理论上来说，塔盘塔是比较适合高流量低气速的硫酸吸收环境。但是这个塔盘适合硫酸设备使用吗？答案是不适合，作为抗腐蚀物系，塔盘的抗腐蚀性是个重大的问题。在抗腐蚀性这个要求下，要么选择巨贵的金属合金，要么选择金属基底覆膜材料，甚至陶瓷、塑料材料。在非金属基底材料中，陶瓷抗剧烈沸腾气液相的韧性和延展性可能也成问题，塑料材料在耐高温中败下阵来。结论，可以用，抗腐蚀的价格高，不抗腐蚀的寿命短。陶瓷太脆又便宜又耐腐蚀，不过太脆容易坏。塑料也是又便宜又耐腐蚀，温度一高就扛不住。
其次就是散堆填料，他的分散原理是润湿填料表面，以实现传热传质，并没有像塔盘塔那样剧烈的鼓泡才能做到好的传热传质。同样三种材料，陶瓷散堆填料就脱颖而出。尤其是适应高液量低起量的环境，且塔压降比塔盘塔底，有效的降低了风机能耗。但是凡事都有优缺点，他的缺点也很明显，作为陶瓷烧铸件，他无法兼顾强度和比表面积，在比表面积要求高的场合，可能工艺制造上就无法做到。好在硫酸吸收本身就是一个瞬时吸收过程，计算上并不需要太多理论板，凑合着用即可。
最后就是近期非常火的规整填料啦，规整填料从上世纪70年代被发明出来作为分离核聚变重水的设备，一直以来都是严格受到保密以及保护的。刚开始发明的填料是丝网状规整填料，就是金属编织成致密的网面，然后折成规整填料的纹路。这就体现了他的应用领域。高气速，低液量。金属网面具有自润湿和自扩散，无论是表面张力多大，都能在网面成为液膜，以便通过的气体在表面进行传热传质。因为可以形成薄液膜，气相通道**增加，所以规整填料的传质传热效果非常好，压降非常低，可以有效分离温差极小的两个物系。简直是革命性的产品。随着规整填料的发展，也开发出了金属板规整填料，塑料规整填料，以及陶瓷规整填料。他的缺点很明显，那就抗堵性能非常差，尤其是高比表面积的规整填料，里面的通道致密，常年使用，容易在填料底层形成酸泥，造成处理量下降，塔操作区域小。另一个，规整填料作为高精度分离场所，在低精度的分离吸收场合实际分离效果与散堆填料区别不大。这就照成了大家普遍觉得规整填料在硫酸行业运行区别不大，也没有较大的意愿去替换。一般的散堆填料因为其自身缺陷，在提高比表面积时，容易造成散堆环堆积，降低了液相通过的空间，造成压降**上升。所以一般的比表面积仅为80~200m2/m3。而金属规整填料可以做到100~1000m2/m3。当然陶瓷规整填料也是因为制造工艺的原因，也无法突破300m2/m3（有哪家能突破，我倒是想去参观一下，有这工艺，你做茶杯茶壶都比做填料赚钱。）。以下就是重点了，从上面的描述可以得知，规整填料极其适用于低液量或者极低液量，高气速的环境。因为填料表面可以自润湿形成薄膜。高液量低气速呢？也是可以的，但是要注意的是你的气液相通道必须比较大，这就造成了你只能选择200m2/m3或者200m2/m3以下的填料。高了你容易液泛。因为液体流向的一致性，规整填料更容易造成液体偏流。部分区域流量巨大而部分区域流量极小。极大的影响了吸收效果。且解决方式只能从塔的垂直度，塔壁和填料的椭圆度，还有填料安装堆叠的方向进行改进。最重要的就是分酸器对于液体的分布效果了。前面我们在有效分散说过，散堆填料时代，分布器40点/m2足以。在规整填料时代，40个点可能就不够了。虽然前面有说瓢泼大雨的理论。精准滴灌的要求还是提高了，作为比表面积为200M2/M3的规整填料，你的滴点密度必须大于80点/M2。所以在规整填料，43个点仅仅是够用，而且是在过液量的条件下才能使用。作为工厂工艺工程师，你关注的必须是日常生产能否节能，所以在使用规整填料塔，有没有动过减少上酸量的考虑？这个考虑仅从吸收效果和能耗上考虑，酸雾先不考虑。发现根本调不下来，一调下来吸收就变差。那可能是较低高度的规整填料和分布效果差的分酸器在拖后腿，若是能使用60~80点/m2，那你的操作范围必将**增加。结论：规整填料有着压降更低的优势，但是因硫酸系统液量过大，不宜选择高比表面积的填料，达到吸收效果也是需要一定的高度，甚至比之前散堆填料还要高，但是即使高度增加了，整体塔压降也会降低。若是想进一步降低能耗，使用高滴点密度的分酸器，降低上酸量是今后的方向。

有效分离：天下大势分久必合合久必分。从开始的一股气体一股液体，分散混合后，就要求他们能有效分离各自气液相。液相中混合气相，那可能是发泡物系，只能通过静置或者破泡的各种设备，这里不展开。气相中混合液相，那只能通过高的塔空腔，让液滴通过重力作用沉降。或者设立丝网捕沫器，让通过的液滴撞击丝线，然后聚集后形成气相难以携带的大液滴进行沉降。那我们就从气相携带的液相如何产生，如何减小以及如何全面收集来描述。仅基于硫酸吸收工艺，其他工艺先不涉及。硫酸雾的产生有几个方面，第一个是机械喷溅雾，粒径大小为3~10微米。第二个是硫酸吸收雾，硫酸吸收会释放巨量的热量，所以极其容易形成颗粒极小，数量较大的酸雾，粒径范围为0~3微米。两种酸雾在降液管或者管式分酸器的滴液孔附近较多。尤其是机械喷溅酸雾，液体喷溅到填料、塔壁以及气相通道上会产生并被携带上去。吸收型的酸雾在填料塔的任何部位，只要有吸收放热过程，就会产生，酸温和工艺气体温差也只能减小，但是不能消除。作为消除方式，最好的办法就增加循环酸量，并在酸出来的地方增加部分可以遮挡机械酸雾的设备。那适当高度的散堆填料就非常适合这个要求，且这样阻挡的仅为机械雾。这也是为什么规整填料顶部需要部分散堆填料埋住分酸器将液管或者管式分酸器的整个管体的原因。散堆填料阻挡的部分，还有吸收雾只能通过捕沫器或者烛状除雾器才能去除。结论：硫酸雾产生有喷溅雾和吸收雾，规整填料塔顶放置散堆填料，我认为唯一的作用只是阻挡硫酸喷溅雾，并没有任何分离吸收过程在里面发生。而吸收雾需要进一步通过烛式除雾器去除。

最后：规整填料的确是个好东西，有着压降低，分离效果好的优点。但是缺点也比较明显，不抗堵，酸泥来了也不好清理，只能替换。仅用规整填料无法阻挡产生的硫酸雾，所以需要部分散堆填料堆叠在顶部用于捕沫。规整填料需要配置60~90点/m2滴点密度的分酸器，现有的43点/m2分酸器仅仅是够用。

其他关于安装塔壁要求、填料单层堆叠方式以及填料配置计算，极其容易造成同样的规整填料，A厂能开得好，B厂就开不好。那就是各家厂商的技术诀窍了。这里就不多说了，以免砸了人家饭碗。
纯交流，有问题随便提，我随机上线，随机回答。

时间有限，虎头蛇尾，望各位大拿见谅。看后续的热度吧，有空再说说陶瓷填料的厚度以及S型陶瓷规整填料的情况。

你到底使用什么材料规整填料？

中原人 发表于 2022-8-29 16:17
你到底使用什么材料规整填料？

硫酸只能用陶瓷啊，金属太贵，塑料容易烧坏。

我来浓缩一下：在干吸塔，传质目标可以理解成“聚”，但是必须要通过分散来实现“聚”的目标。放眼整个制酸装置，很多问题恰恰是没有把分散做好造成的。

学习了，受教了，谢谢楼主