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    硫酸镁空气冷却结晶塔工作原理及物料热量衡算.pdf

    • 资源ID:20099       资源大小:200.12KB        全文页数:3页
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    硫酸镁空气冷却结晶塔工作原理及物料热量衡算.pdf

    1O CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2013,236 硫酸镁空气冷却结晶塔工作原理及物料热量衡算 张罡 徐立新岳阳市钾盐科学研究所岳阳414000 吴江许金秀惠州粤华电力有限公司 惠州516023 秦国良岳阳市威尔机器有限公司岳阳414000 摘要 介绍空气冷却结晶塔应用于七水硫酸镁冷却结晶工艺,简述其工作原理及物料热量衡算。 关键词 硫酸镁空气冷却结晶塔镁法脱硫真空冷却结晶 镁法烟气脱硫具有脱硫效率高,脱硫产物可 回收利用等特点,在有镁矿资源的地区,镁法烟 气脱硫是一种很有竞争性的脱硫技术,目前部分 企业采用氧化镁进行烟气脱硫,脱硫所产生硫酸 镁、亚硫酸镁废液通过回收处理制成七水硫酸镁 肥料。在镁法脱硫回收七水硫酸镁过程中,大多数 企业采用真空冷却结晶设备用于硫酸镁冷却结晶, 真空冷却结晶设备由于需要使用蒸汽喷射抽真空, 蒸汽能耗较高,冷却水消耗大,且操作复杂。为了 降低硫酸镁的冷却结晶能耗与成本,研究开发了 空气冷却结晶塔应用于硫酸镁冷却结晶,该项目 已列入国家科技部科技创新基金项目项目编号 为l I C26214303018。现简要介绍硫酸镁空气冷却 结晶塔工艺原理以及物料热量衡算。 1结晶塔工作原理 硫酸镁空气冷却结晶塔是以空气作为冷却介 质直接冷却硫酸镁溶液并使溶液结晶析出硫酸镁 晶体,其工作原理与过程来自蒸发器的约7O℃ 的硫酸镁溶液进入空气冷却结晶塔,通过循环泵 循环输送,溶液从塔顶部向下喷淋,同时在风机 作用下,塔底部空气逆流向上流动,塔内硫酸镁 溶液和空气两股流体混合,使硫酸镁溶液冷却。 冷却后的溶液进入结晶槽中结晶析出硫酸镁晶体。 通过循环泵循环输送溶液,以及结晶器特殊结构, 使溶液在结晶器中循环流动,确保溶液对流扩散 与结晶散热,达到结晶在介稳区内稳步生长至要 求的粒度,析出硫酸镁结晶产品。溶液在空气冷 却塔中的冷却途径主要有两条 1利用溶液和鼓人塔内空气之间的温差,通 过热传导来冷却对流传热,传热量为 QcCtG 一T1 式中,Q 为单位时间内空气与热溶液对流传热量, kJ/s;C1为空气比热,kJ/kgK,干空气比热 一般采用1.OkJ/kgK,水蒸汽比热一般采用 2.0 kJ/kgK,湿空气的比热一般1.05kJ/ kg-K;G为空气流量,kg/s;T。为冷空气进塔 前温度,℃;Tz为湿热空气出塔温度,℃。 2通过鼓人塔内的空气吸收水蒸气,使溶液 中的水分蒸发,其中空气冷却结晶塔的制冷主要 是通过蒸发溶液中的水分来实现扩散传热 QDLlR 式中,Q。为单位时问内空气吸收溶液中水份蒸发 传热量,kJ/s;L 为在单位时间内空气带走水份 量,kg/s;R为水份蒸发潜热,kJ/kg,一般取值 2424 kJ/kg。 2结晶塔物料与热量衡算 2.1 工艺条件与基础数据 以某电厂2 X 300MW机组镁法脱硫回收七水 硫酸镁工程为例,进行空气冷却结晶塔物料与热 量衡算。该工程回收七水硫酸镁工艺条件与基础 数据为热硫酸镁溶液进塔质量流量M77780kg/ h;体积流量V59.6m /h;温度t 60℃;密度 d,1305kg/m。;硫酸镁质量分数k31.12%;七 水硫酸镁产量m12600kg/h;硫酸镁溶液比热容 近似值C 3.92kJ/kgK;硫酸镁溶液冷却终 }张罡教授级高级工程师。1987年毕业于岳阳师范学院化学专业。主要从事化工技术研究开发与设计工作。湖南省新世纪121人 才,中国化工学会无机酸碱盐专业委员会专家组成员,中国无机盐工业协会钾盐分会专家,已发表论文82篇,获得中国发明专利1O 项,主持并参与国家、省、市科研项目8项。联系电话07308830155,Emailzg8269737126.tom。 张罡等硫酸镁空气冷却结晶塔工作原理及物料热量衡算 l1 点温度t 30C;七水硫酸镁溶解热q一13.3kJ/ tool54kJ/kg;气液重量比A0.6;蒸汽比热CL 2.0 kJ/kgK。 2.2总传热量制冷量 冷却结晶过程中,溶液总放热量应等于空气 总吸热量,进行能量衡算,则有关系式 ClG 一 L1RCMMtlt2,, CLLl 一t2 在不考虑蒸发水的损失情况下,硫酸镁溶液 冷却结晶过程中总放热量近似等于溶液降温放热 与硫酸镁结晶放热之和,求得总传热量为 QCMMtlt2mqCLLlT2一t2 CMMt1一t2mq Q3.9 X77780 X6o-3o12600 x54 9780660 kJ/h2717 ld/s 可见空气冷却结晶塔制冷量需达到2717ld/s。 同时,可求得溶液冷却结晶过程中平均比热为 c 4.2 kJ/kg77780 60 .K 一 一3O ’一 一 2.3溶液进出塔温度差AT 在连续化生产条件下,可近似认为溶液进出 塔温度差的变化值基本一致。进出塔温度差可根 据热平衡方程近似求得。 CWd1ATG 一 得进出塔温度差为 式中,△T为溶液进塔与出塔温度差,℃;G为空气 流量,kg/s;A为气液质量比;H。为进口空气焓 值,kJ/kg;H2为出口空气焓值,kJ/kg;C为溶液 冷却过程平均比热,4.2kJ/kgK。 气液质量比A是影响冷却效果的重要参数。 气液质量比的增大直接增加了传质面积,冷却效 率得到提高,但当气液质量比过高时,传质面积 不再提高。根据已有经验数据,气液质量比一般 宜控制在0.51范围内,本项目取A0.6。 设进塔空气温度为2O℃,进塔空气相对湿度 70%,查得进塔空气绝对湿度h 0.01kg/ kg,进塔湿空气焓H 45.5kJ/kg。根据己有生产 经验数据,出塔湿热空气平均温度为25℃,空气 相对湿度按 80%,空气绝对湿度h 0.016kg/kg,湿空气焓.H265.91d/kg,求得进出 塔温度差为 A 一o.6 一z-9℃ 2.4循环泵流量 根据进出塔温度差AT2.9℃,则可计算出溶 液在塔内循环的次数n与循环泵流量w分别为 n60302.910.35次 59.610.35617 m。/h 一620 m /h 2.5空气流量 根据气液重量比可计算出空气质量流量与体 积流量分别为 GAMO.6 x6201305485460 kg/h 135 kg/s 407265 m 2.6蒸发损失水量 溶液冷却结晶过程中水份蒸发量L1取决于塔 进出口空气湿度,即 L1Gh2一h1 485460 X0.0160.01 2913 kg/h 式中,G为空气流量,kg/s;h 为进口空气湿度, g/kg干空气;h 为出口空气湿度,g/kg干空气。 由此可计算出蒸发水量占溶液总量的3.75%。 2.7蒸发传热与总传热之比 冷却结晶过程中,对空气进行能量衡算,则 有下列关系式 Qc G 一H1 即 C。 一T1Rh2一h2 一日。 式中,H 为进口空气焓值,kJ/kg;H为出口空 气焓值,kJ/kg。 根据上式可求得蒸发传热扩散传热与总 传热之比,即 Q。 Rh2一h。 一QDQc一H2一H1 粤 71.3% 65.945.5 ’ 下转第3O页 30 CHEⅣⅡCAL ENGINEER G DESIGN 墙或泵棚侧柱的净距不宜小于1.5m;泵机组单排 布置时泵房或泵棚内的主要通道根据用户操作及 检修习惯可设在动力端或泵端,端面宽度不宜小 于2m;泵机组双排布置时两排泵机组或泵基础的 净距不宜小于2m。 2.4泵的配管 泵的配管应符合下列要求泵房、泵棚及露 天泵站的管线宜采用地上敷设。泵吸入管和排出 管的直径应经计算确定,但吸人管径不得小于泵 的进口接口管的直径。泵进出口管线距地面净空 高度不应小于20mm。水平安装的泵进出口管线应 由泵向外坡,坡度宜取3%o。 在泵进口阀与泵之间的管线最高点应设排气 阀。当输送石油液化气、液氨等介质时泵进出口 管线均应设排气阀并接至放空系统。 泵进口应设过滤器。对输送易凝介质的泵应 设固定式过滤器;对输送不易凝介质的泵应设临 时过滤器。过滤器安装在切断阀与泵人口之间, 应便于安装、拆卸。离心泵出口管线应设止回阀。 离心泵进口管需要变径时应选用偏心异径管,安 装时下吸式应取顶平;上吸式应取底平。 泵进出口应根据介质及操作要求设置扫线接 头,规定如下输送不易凝介质的泵宜设半固定 式扫线接头,其位置应在泵出口管线靠近切断阀 外侧;输送易凝介质的泵宜设固定式扫线接头; 在允许扫线蒸汽通过泵的情况下,其位置应在泵 进出管线靠近切断阀里侧,否则应在泵进出口管 线靠近切断阀外侧。 凡伴热管线在泵房内可不设伴热线,但应有 其它防凝措施。 泵进出口管线应设必要支撑,必要时应进行 推力计算,作用于泵入口接口管处的力不得超过 泵人口接口管的允许受力。 3罐区内控制室及变配电室的布置 控制室及变配电室宜布置在罐区上风向或平 行风向的独立建筑中,若不能单独布置时应布置 在泵房一侧,且距最近泵的距离不应小于15m。根 据爆炸和火灾危险性环境电力装置设计规范 规定,控制室和变配电室的室内地坪应高出室外 地坪0.6m。 4结语 化工装置液体罐的设计,要按照厂区地形的 具体情况布置设备,也要满足各规范和标准的要 求,只有这样才能保证运行的稳定和安全。 收稿日期20130812 上接第11页 3结语 1空气冷却结晶塔使用空气作为冷却介质, 不需要使用蒸汽与冷却水,比传统真空冷却结晶大 幅度节水节能。 2空气冷却结晶塔使用空气作为冷却介质 直接换热,彻底消除了冷却结晶过程中结垢现象, 换热快,生产效率高,生产能力大。 3空气冷却结晶塔主要靠蒸发传热,蒸发传 热量占整个传热量70%以上,由于蒸发传热过程 中,蒸发了部分水份,进一步降低了硫酸镁生产中 蒸发能耗。 参考文献 1柴明,崔可,徐康富等.氧化镁湿法烟气脱硫回收工 艺的技术经济可行性初步分析[J].环境污染治理技术与 设备,20064384O. 2刘美芹,范成.氧化镁烟气脱硫废液回收七水硫酸镁技 术工程应用[J].北方环境,2011,23125758. 3李广林,张仂.七水硫酸镁重结晶工艺和重结晶罐的设 计介绍[J].盐业与化工,2008,3753839. 4张丽清,朱建新,孙东峰等.硫酸镁溶液高温结晶的研究 [J].湿法冶金,199914043. 5马沛生.石油化工基础数据手册续编[M].北京化学工 业出版社,1993O16O. 6刘光启,马走湘,邢志有.化工物性算图手册[M].北 京化学工业出版社,2001594643. 7化学工程手册编辑委员会.化学工程手册第2卷 [M].化学工业出版社出版,北京1989,9157164. 8郑丹星,冯流,武向红.化工热力学教程M.北京 中国石化出版社出版,20002848. 收稿日期20130302

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