214-苯甲酸钠装置含粉体尾气水洗塔排放气分离升级改造专用羽叶分离器技术方案

        本技术贴主要针对防腐剂苯甲酸钠装置含粉体尾气水洗塔排放气气液分离升级改造专用羽叶分离器技术方案讨论，让同行们了解目前行业内苯甲酸钠装置含粉体尾气水洗塔排放气存在的气液分离共同性问题及技术升级解决方案。

       同行们知道苯甲酸钠是大家较为常用的食品防腐剂，在国内外的苯甲酸钠生产装置较多。而该装置富含苯甲酸钠粉体的尾气处理，是各地环保部门和苯甲酸钠生产企业十分关注的环节。目前，苯甲酸钠装置含粉体尾气处理，通常是将含有苯甲酸钠粉体的尾气引入水洗塔经过高强度水洗以溶解洗脱气流携带的苯甲酸钠粉末后，尾气从洗涤塔顶部排空。但是，由于水洗塔顶部采用的气液分离技术装置分离运行效率普遍低，导致水洗塔顶排放的尾气携带不少溶解有苯甲酸钠的液滴液沫飘落场地形成明显的环境污染且由于苯甲酸钠本身有毒与人体中维生素C反应产生强致癌物苯而困扰各地环保部门和苯甲酸钠生产企业。

        某企业是国内最大的苯甲酸钠生产企业之一，其含有苯甲酸钠粉体的尾气水洗塔排放尾气就因上述水洗塔顶排放的尾气携带不少溶解有苯甲酸钠的液滴液沫飘落场地形成明显的环境污染，决定对其进行技术升级改造，以明显达成苯甲酸钠减排、捕集回收以减损苯甲酸钠和捕集回收液体以降低蒸馏水消耗目的。该企业向我方寻求采用羽叶分离器对其水洗塔排放气进行针对性技术升级改造。

       本技术贴以此典型实例为基础与大家一起讨论其水洗塔气液分离升级改造方案。先看看其工艺流程：苯甲酸钠水溶液加压输送至流化床进行干燥，而空气则通过鼓风机加压输送至加热器加热后再输送至流化床。通过热空气把苯甲酸钠中的水从床顶带出，由旋风分离器将大颗粒苯甲酸钠捕集回床，而携带中小尺寸苯甲酸钠粉尘颗粒物的湿热空气则进入双层苏尔寿提供填料的洗涤塔，通过喷淋蒸馏水以捕集回收气流携带的苯甲酸钠产品，再由引风机从洗涤塔顶气相出口抽排排放。
        下图是业主提供的填料式水洗塔截图：

       该填料塔顶采用传统的丝网除沫器，塔顶排放气带液多，在洗涤塔顶气流口附近的楼面布设百叶窗式风房作为洗涤塔尾气排放出口。但是，百叶窗风房排除的尾气，仍然携带很多含有苯甲酸钠的液滴液沫洒落在露面，导致楼面和屋檐一年四季淌液，且苯甲酸钠结晶析出在楼面和淌液地面产生白色结晶。请见业主提供其洗涤塔尾气风房、楼面淌液和苯甲酸钠本色结晶场面图片如下：

        在设计方建议下，业主用升高的烟囱取态原来的风房，但尾气带液并没有好转。含有苯甲酸钠的液滴液沫沿着烟囱外壁下淌，苯甲酸钠就在烟囱外壁形成明显的结晶。设计方感觉烟囱高度不够，于是业主又在原有的烟囱顶部再加上一节烟囱，问题依旧。情形如下图片：

       业主反复折腾得够呛。迫于环保压力，业主不得不向专业动力学分离技术公司来寻求技术解决方案。
        大家可能听说过填料也可以气液分离除沫。而填料的结构及其性能特点，适合于气液两相充分“相间混合“得以顺利实现传质传热的场合；但是，气液两相分离，属于纯粹气液精准动力学分离技术，要求通过精准动力学分离计算设计和组态设计系统平台以使气液两相充分实现“相间分离”，而不是 “相间混合”，二者相反，故填料除沫器效果很差。国内外不少非专业动力学分离技术公司，没有专门的精准动力学分离计算设计和组态设计系统平台，其提供的除沫器分离器往往凭经验、大概加估计甚至拍脑袋出方案得到的产品，其实际运行效果很差。

       基于该客户提供的苯甲酸钠装置尾气洗涤塔工艺运行信息数据，NOVEL公司通过其精准动力学分离技术计算平台运行得知：在上述工况下，DN1700mm填料塔顶部气流携带液体量超量达101.77%，且洗涤塔顶部DN800mm气流出口管内气流携带的液滴液沫平均尺寸达到1379.28微米，明显携带大量液滴液沫。即便洗涤塔采用国际上公认分离效率最理想的美国原装进口YORK 431丝网除沫器，气流经YORK 431丝网除沫器处理后残留的液沫液滴平均尺寸仍然达到40.33微米，分离效果不佳。而其它传统技术除沫分离器，其分离效果甚至不及丝网除沫器。

        常用传统分离除沫器性能不好，主要缘于其内在系统结构缺陷导致的性能缺陷。结构决定其性能。原因如下：

1）、气液分离技术，属于动力学分离技术。国内外传统技术供应商在开展分离方案设计时，没有通过专业动力学分离技术要求通过精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台精准实际工况下气相及重相携带质相各自粘度、密度以及液流表面张力等物化特性对气液分离效率的影响，造成实际运行效果不佳。

2）、传统分离除沫器，分离内件结构简易，只有1个理论分离单元，无法应对波动工况下对逃逸液滴的补救捕集，导致过量液滴后窜到下游系统带来运行故障甚至运行环保风险。
3）、传统分离除沫器，分离内件内在结构单一，缺少独立的气液两相流各自高效分流通道，在波动工况下极易导致气液两相由“分离”向相互“分散”运行的对立面转变，形成气液“返混” 、“挟带”甚至“液泛液涌”现象明显带液。

       为了有效提升苯甲酸钠装置尾气洗涤塔对气流带液捕集能力和工况适应性，真正达成减排苯甲酸钠、捕集回收苯甲酸钠以及捕集回收液体以降低蒸馏水消耗目的，NOVEL公司从专业动力学气液分离技术角度建议业主：采用羽叶分离器技术内件升级改造原有洗涤塔，提升其应对多变工况分离处理性能，满足实际工况下高操作弹性、高效稳定分离、低运行压降等技术要求，为装置带来更多技术经济环保效益。
       出发点在于，羽叶分离器具有如下显著性能优势：
1、从分离运行机制上看，羽叶分离器高效利用气流本身携带的动能、动量和液滴表面自由能，协同发挥包括流体动量动能转换分离、矢量分离、聚结分离、表面自由能捕集分离等多种分离手段，操作弹性大，运行压降低，不易产生堵塞，分离效率稳定。
2、从分离内件结构上看，羽叶分离元件内在结构上为气相流、重相流分别设置了结构相互独立、流向相互正交、高效分流的独立输送通道，有效避免二次夹带和返混。
3、从分离级数上看，羽叶分离器在气流通道上设置6级串行分离单元，任何从上一级分离单元逃逸的重相携带质，会被后续串行分离单元连续捕集分离，确保尾气分离效率和高操作弹性。比如，在遇到某种特殊波动工况情形下，导致第1级分离单元分离效率下降到85%，也即该单元释出气流中的重相携带质逃逸率或残存率为15%（即100%-85%）；气流经串联第2级分离单元捕集分离后，该单元气流中重相携带质总逃逸率或总体残存率则为15%*15%；气流又经串联第3级分离单元捕集分离，该单元气流中重相携带质总体逃逸率或总体残存率则为15%*15%*15%；气流再经串联第4级分离单元捕集分离，该单元气流中重相携带质总体逃逸率或总体残存率则变为15%*15%*15%*15%；以此类推。羽叶分离器在气流通道上设置的串联分离单元级数越多，羽叶分离器最终释出的气流中重相携带质总体逃逸率或总体残存率越低。
4、此外，为了确保采用羽叶分离器适应超宽范围波动工况，本方案还匹配设置气流预分配聚结内件组、在线清理系统、专有技术“抗虹吸”新型降液系统，以避免洗涤塔顶受限狭窄空间因工况波动过大产生的流型畸变、风干效应形成的晶核附着生长、压降飙升造成“虹吸效应”瞬间将分离下来的液体倒吸入分离器形成液体在气流中二次分散而破坏有效分离运行。

       实际上，针对波动工况下的高带液气流净化分离情形，羽叶分离器已在石油化工、煤焦化工、油气开采处理与输送、精细化工、制药、造纸、冶金、制盐、环保及新能源领域类似工况中广泛应用。羽叶分离器，作为对传统简易分离设备不可多得的技术升级换代专利技术设备，还补充如下性能特点和比较优势：
1、羽叶分离器，以NOVEL精准动力学分离技术设计系统平台为基础技术支撑完成可靠技术方案设计，其针对气流中液滴液沫和颗粒物的分离脱除效率高，通常能实现以99.9%以上高分离效率、定量精准脱除5-10微米及以上尺寸的液滴液沫以及颗粒物。针对具体工况羽叶分离器定量精准分离效率，由NOVEL公司精准动力学分离技术水力学计算书提供。  
2、羽叶分离器，分离操作弹性更大，工况适应性强，即便在工况大幅波动情形和颗粒物携带情形下也具有优异的分离效率稳定性。
3、羽叶分离器，在相同工况和分离效率要求条件下，其分离器尺寸和占地更小。在相同工况和分离效率要求条件以及相同设备尺寸前提下，羽叶分离器处理能力又比传统分离器显著提高30%。
4、羽叶分离器，还配置气流预分配聚结内件组、在线清理系统、 抗“虹吸”新型降液系统为装置超长周期保驾护航。  
5、从羽叶分离器运行工作曲线上看，其长寿命周期内运行压降稳定，分离效率稳定，是满足质量管理体系要求的理想之选。而传统分离器运行工作曲线，明显存在大幅波动，在技术选型上与质量管理体系要求背道而驰。

       针对客户苯甲酸钠装置尾气水洗塔排放气分离改造，还存在如下技术难点：
1）、利旧原有洗涤塔壳体内十分有限空间，并在保留原有管线不变前提下，通过NOVEL精准动力学分离技术计算和组态设计系统平台完成“一对一”工况定制羽叶分离器精准设计制造。
2）、利旧原有洗涤塔壳体十分有限空间并在保留原有管线不变前提下，确保羽叶分离器项下包括预分配聚结器、在线旋喷清理系统、抗虹吸短路降液系统以及支撑系统与原有壳体无冲突安装，避免改造工期大幅增加。
3）、利旧原有洗涤塔壳体十分有限空间并在保留原有管线不变前提下，确保羽叶分离器项下包括预分配聚结器、精密羽叶分离内件组、抗虹吸短路降液系统三大核心内件组，采用模块化安装，以确保其保持与出厂检测结构和性能数据完全一致，避免散件现场组态安装后现场不具备模块测试条件无法测试所埋下的结构和性能运行隐患。
4）、利旧原有洗涤塔壳体十分有限空间并在保留原有管线不变前提下，采用羽叶分离技术、预分配聚结技术、旋喷清理技术和抗虹吸短路降液技术等多个专利技术，确保设备在满足国际惯例规范要求下真正满足多工况适应性、高操作弹性、高分离效率、低运行压降和超长稳定运行寿命等技术要求。

       我方依据业主提供的水洗塔如下排放气运行参数和特殊要求：
气相流量，30000Nm^3/h；
工况气流压力，0MPaG；
苛刻工况气流温度，47℃；
气相介质：携带溶解有苯甲酸钠水溶液液滴液沫的饱和空气；
客户特殊要求：原有洗涤塔壳体利旧；
       通过NOVEL精准动力学气液分离技术计算和组态设计系统平台，针对性完成的苯甲酸钠装置含粉体尾气水洗塔排放气分离升级改造专用羽叶分离器信息数据摘要如下：
一、羽叶分离器型号：NOVEL G50-1700-0.5-V；
二、材质：壳体SS304/内件SS316；
三、核心技术内件组成：
1、预分配聚结内件组，型号配置G50D型，数量3组模块；
2、精密羽叶分离内件组，型号配置G50型，数量3组模块；
3、在线旋喷清理系统内件组，型号配置NOV型，数量1套；
4、抗“虹吸”降液系统内件组，型号配置G50LD型，数量1组。
四、复合内件组整体运行压降，不超过1.16kPa (@OT47℃& OP0MPaG & 30000 Nm^3/h）；
五、分离效率：100%脱除6.84微米以上液滴(@OT47℃& OP0MPaG & 30000 Nm^3/h）；且出口气相残液量：<0.0029%（wt）(@OT47℃& OP0MPaG & 30000 Nm^3/h）；
六、运行噪声声强：<54.35db(@OT47℃& OP0MPaG & 30000 Nm^3/h）；
七、在线旋喷参数：H>=542mm,旋喷强度36.08L/m^2/min@0.15MPaG；
八、操作弹性空间15%~130%；
九、羽叶分离器整体工程技术设计和把关：NOVEL总部。

       通过NOVEL精准动力学气液分离技术计算和组态设计系统平台，针对性完成的苯甲酸钠装置含粉体尾气水洗塔排放气分离升级改造专用羽叶分离器《组态数图汇表》如下附件所示：

       附图是通过NOVEL精准动力学气液分离技术计算和组态设计系统平台针对性完成的苯甲酸钠装置含粉体尾气水洗塔排放气分离升级改造专用羽叶分离器《动力学分离技术工程工艺计算书》摘录如下所示：