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化工填料塔之洗滌塔
2021-05-29 閱讀：次
洗滌塔行業(yè)先在脫硫技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展中逐漸壯大?，F(xiàn)階段在PCB、半導(dǎo)體、電子及光電、冶金廠塑膠、酸洗電鍍廠化工、制藥、、及其它水溶性空氣污染物等生產(chǎn)制造加工環(huán)節(jié)均產(chǎn)生不同種類的廢氣，其中不同領(lǐng)域企業(yè)的廢氣成分不同[I,21。對(duì)于廢氣的無(wú)效控制危害深遠(yuǎn)，故而環(huán)境污染情況日益復(fù)雜，治理方式日益增多。作為項(xiàng)目的前處理環(huán)節(jié)，洗滌塔在整個(gè)項(xiàng)目工程里有很大的意義。目前，各個(gè)和地區(qū)在生產(chǎn)制造加工環(huán)節(jié)中都會(huì)出現(xiàn)對(duì)排放出來(lái)的污染氣體如何治理的難題，另外廢氣的產(chǎn)生涉及各個(gè)環(huán)節(jié)，如果不正視廢氣直排的后果，將對(duì)大氣將造成不可
挽回的污染，人體吸入這些未經(jīng)處理的廢氣也會(huì)有很大的健康問(wèn)題。在化工與如此緊密聯(lián)系的現(xiàn)在，如何實(shí)現(xiàn)化工產(chǎn)業(yè)向清潔、、高效的目標(biāo)轉(zhuǎn)變是擺在社會(huì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在問(wèn)題日益嚴(yán)峻的情況下，一賤標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GBl3223．201 1，防治區(qū)域性大氣污染、改善環(huán)境質(zhì)量、進(jìn)一步降低大氣污染源的排放強(qiáng)度、更加嚴(yán)格地控制排污行為而制定并實(shí)施的大氣污染排放限值，該限值達(dá)到或水平【3】。在宏觀調(diào)控方面說(shuō)明廢氣污染情況嚴(yán)重，不同治理措施，不同制造加工環(huán)節(jié)下的要求日益提高。廢氣洗滌塔的應(yīng)用范圍非常廣，廢氣洗滌塔的主要功能為：處理無(wú)機(jī)氣體，吸收部分可溶于水的雜質(zhì)，使之達(dá)到廢氣的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，氣體凈化率：95％以上。如表1．1所示為洗滌塔作用范圍
化工生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)均產(chǎn)生上述廢氣，其特點(diǎn)在于廢氣種類多、防治難度大、處理措施單一、廢氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)不固定。在整個(gè)處理凈化過(guò)程中，洗滌塔是整個(gè)廢氣處理過(guò)程中為必要的設(shè)備，它的存在可以降低核心設(shè)備的處理壓力，對(duì)提高廢氣凈化效率有大的促進(jìn)作用，如圖1．1洗滌塔應(yīng)用于項(xiàng)目。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)環(huán)境保護(hù)政策的不斷推出落實(shí)，在對(duì)廢氣治理方面尤其是工業(yè)生產(chǎn)方面更是日趨緊迫，在對(duì)洗滌塔的結(jié)構(gòu)化方面隨著工程項(xiàng)目的推進(jìn)也在不斷發(fā)展中。
洗滌塔廣泛作用于化工和產(chǎn)業(yè)，洗滌塔的作用是將氣體中的雜質(zhì)通過(guò)溶劑反應(yīng)作用而除掉，其可用于各種產(chǎn)生需洗滌氣體的行業(yè)。洗滌塔的作用原理是通過(guò)水氣充分混合．實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢氣中的有害氣體如H2S、SOx、NOx、HCl、NH3、C12等，將之進(jìn)行酸堿洗處理，以及對(duì)工業(yè)廢氣中的粉塵和濕度進(jìn)行除塵處理和降濕處理。為了減小這種因化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展而對(duì)環(huán)境造成的危害，各國(guó)都出臺(tái)了相關(guān)政策，如美國(guó)絕大部分的高污染企業(yè)已經(jīng)被強(qiáng)制停產(chǎn)，或適應(yīng)搬遷條例遷至其他地區(qū)。根據(jù)污染環(huán)境調(diào)查報(bào)告發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，甚至制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展，故而進(jìn)行了一系列強(qiáng)有力的政策和措施來(lái)應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題，如近年來(lái)提高不同種類廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)大新能源企業(yè)的生存環(huán)境等．對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)尤其是環(huán)境保護(hù)企業(yè)進(jìn)行政策保障。
1洗滌塔簡(jiǎn)述
洗滌塔是一種氣體凈化處理設(shè)備。它在早期煤化工產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用于除塵和降濕階段，現(xiàn)階段為滿足污染氣體的初階段治理，從而大量的應(yīng)用于企業(yè)污染廢氣及廢氣處理過(guò)程中，作為廢氣的綜合處理前期階段效果較好【4】。洗滌塔早的模式非常簡(jiǎn)單，即在洗滌塔通過(guò)相關(guān)設(shè)備將水進(jìn)行有效噴淋，噴淋目的在于使噴淋的水經(jīng)過(guò)一定的方向，進(jìn)而在塔體內(nèi)形成一定的噴淋面。與廢氣或其他形式的多相氣體相結(jié)合，并在單純重力的引導(dǎo)下使廢氣經(jīng)過(guò)初級(jí)治理，這種形式效率非常低。因此，常在塔里增加填料層或者其他板層結(jié)構(gòu)，液體與廢氣的接觸比表面面積，提高傳質(zhì)的效率，提高氣液兩相在經(jīng)過(guò)上述填料層時(shí)接觸的均勻程度【5】。
洗滌塔常見的結(jié)構(gòu)形式多樣，為提高洗滌塔對(duì)于廢氣“洗滌’’效率進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合，例如將噴淋塔內(nèi)設(shè)置不同形式的填料層和填料結(jié)構(gòu)，提升氣液兩相混合度，擴(kuò)大噴淋設(shè)備的噴淋霧化面，從而終提高洗滌塔對(duì)廢氣的治理效率。洗滌塔按性質(zhì)分為酸性洗滌塔、堿性洗滌塔[6,71；按形狀也可分為立式洗滌塔、臥式洗滌塔；如圖1．2和圖1．3所示為立式洗滌塔、臥式洗滌塔。按材質(zhì)又可分為PP洗滌塔、玻璃鋼洗滌塔等[s,91。洗滌塔可作為單獨(dú)單元處理廢氣，也可以搭配相適應(yīng)的單元作為廢氣處理的前端。
洗滌塔又稱為水洗塔、噴淋塔、凈化塔。洗滌塔基本包括箱體、液、填料層、霧化層、噴淋層等。其工作原理：洗滌塔利用氣體與液體問(wèn)的充分接觸，將排放的廢氣中包含的固體進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)固液分離；為實(shí)現(xiàn)氣體與液體的充分接觸這一過(guò)程，需要提高洗滌塔內(nèi)噴淋霧化的效率，保證有較大的噴淋面能覆蓋洗滌塔截面，還要能保證該噴淋霧化面的合理分布；然后經(jīng)過(guò)噴淋霧化階段的廢氣將經(jīng)過(guò)干燥環(huán)節(jié)，以保證廢氣在含濕度較低的情況下經(jīng)過(guò)廢氣治理的核心設(shè)備；終經(jīng)過(guò)治理的氣體經(jīng)過(guò)相關(guān)管道排入大氣中。如圖1．4和圖1．5所示為洗滌塔立式和臥式結(jié)構(gòu)模型。兩種模型本質(zhì)一樣，均反映廢氣流經(jīng)過(guò)噴淋霧化層階段，以及在填料層的下進(jìn)行的廢氣流通過(guò)程。其中對(duì)于模型內(nèi)的液而言，一般根據(jù)排放廢氣的酸堿性進(jìn)行反向設(shè)定，循j不液還需要在一定時(shí)間之后進(jìn)行更換和清洗，以避免液對(duì)噴淋設(shè)備造成堵塞損壞。
(1)氣液通過(guò)填料層條件下傳遞比率要高，這就要求所選擇的填料形式要有充足比表面積。相對(duì)情況下，采用整體形式的填料做成的填料層的傳輸效率高于非整體形式下的填料層。
(2)廢氣穿過(guò)通量要大，在保證具有較高傳輸效率的前提下，選擇有通過(guò)時(shí)較大流速的填料。
(3)填料層的壓強(qiáng)下降梯度要低，保證氣流在填料層均勻分布式通過(guò)。
(4)填料要有抗污、疏堵特點(diǎn)。
一套完整的洗滌塔系統(tǒng)還應(yīng)該包含風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、液位系統(tǒng)、PH控制系統(tǒng)；風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要功能是驅(qū)動(dòng)廢氣，使氣流能在洗滌塔流道內(nèi)有效流動(dòng)，一般根據(jù)氣流量選擇合適的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，每套風(fēng)機(jī)系統(tǒng)也要匹配適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量要求；液位系統(tǒng)主要功能是當(dāng)水箱里液的液位低于設(shè)置的低液位時(shí)，泵抽空，此時(shí)停止泵，待液液位高于設(shè)置的高液位時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)泵，消耗水箱內(nèi)多余液體，從而保證正常工作；PH控制系統(tǒng)主要功能用于檢測(cè)和控制水箱內(nèi)液的PH值，保證酸堿洗過(guò)程的正常運(yùn)行。
關(guān)于對(duì)洗滌塔的研究取決于現(xiàn)階段化工、的政策要求，其核心作用在于將工藝過(guò)程中的廢氣進(jìn)行“洗滌”?，F(xiàn)如今環(huán)境空氣要求日益提高，根據(jù)政策要求如表1．2所示為環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目濃度限值。
在對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視的情況下，作為在化工和項(xiàng)目治理方面具有重大意義的洗滌塔單元，其研究情況也有許多體現(xiàn)?，F(xiàn)階段對(duì)洗滌塔的研究主要體現(xiàn)在兩方面，一者，在結(jié)構(gòu)的化設(shè)計(jì)上；二者，在對(duì)廢氣、粉塵等方面的特性分析上。針對(duì)洗滌塔結(jié)構(gòu)方面和流體方面的研究集中在實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬方面，數(shù)值模擬方法的點(diǎn)是將計(jì)算理論分析方法無(wú)法求解的數(shù)學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為可供解決的其他形式的物理模型通過(guò)數(shù)值模擬方法具現(xiàn)，進(jìn)而解決各種復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題，這種過(guò)程對(duì)比于實(shí)法更有效[10】。其中FLUENT代表的流體分析軟件應(yīng)用廣泛21。孫濤等人針對(duì)甲醇洗滌塔研究中發(fā)現(xiàn)由于流動(dòng)阻力過(guò)大致使其水箱液的液位高于設(shè)定的情況，針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)采用一種新的洗滌塔的計(jì)算模型，并對(duì)其進(jìn)行分析，改進(jìn)其設(shè)備結(jié)構(gòu)，此舉對(duì)洗滌塔在煤化工工藝上有所改進(jìn)并具有重大參考意義【13，14】。另一方面，在對(duì)洗滌塔除塵研究方面，張立棟等人Ds]通過(guò)建立新型的洗滌實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證洗滌塔的氣液比、氣體氣流、粉塵的濃度等對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的除塵影響，得出在該試驗(yàn)平臺(tái)下適當(dāng)?shù)慕档拖礈焖?nèi)氣體流速更有利于提高除塵的效率；同時(shí)對(duì)于在其平臺(tái)條件下填料層在三層情況下除塵效率更可觀[16,17]。大連理工陳勇、由宏新[ISl在基于Fluent的多孔介質(zhì)模型[19】，模擬了顆粒吸附在氣相壓力、速度等情況下的數(shù)值模擬[20】，為我們?cè)诙嗫捉橘|(zhì)顆粒分離的影響的數(shù)值模擬提供依據(jù)。
國(guó)外學(xué)者Jafari，MJ[211在對(duì)洗滌塔除氨實(shí)驗(yàn)化過(guò)程中[22,23]，發(fā)現(xiàn)通過(guò)化設(shè)計(jì)和操作參數(shù)來(lái)開發(fā)一個(gè)洗滌塔，以氣流中的氨排放。洗滌塔的設(shè)計(jì)參數(shù)包括噴嘴類型、噴嘴級(jí)數(shù)124]以及操作參數(shù)，如操作壓力和入口NH3濃度；在所研究的參數(shù)中，增加氨濃度與洗滌塔效率成反比；基于此我們得出洗滌塔內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)對(duì)廢氣作用有著不同影響，對(duì)設(shè)計(jì)洗滌塔提供參數(shù)借鑒。Javed，KH等人利用高強(qiáng)度渦流洗滌塔提高C02捕集效率【251，這種渦流能夠提高傳熱和傳質(zhì)速率，研究了氣／液流量、流量安排、洗滌塔高度和噴嘴類型對(duì)C02捕集性能的影響1261。Hemandez等人通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模型【271，比較穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)模擬在動(dòng)態(tài)平衡的條件下，不同的沉積水平情況下通過(guò)不同的雷諾數(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行驗(yàn)證；從穩(wěn)定性來(lái)看，低雷諾數(shù)存在操作限，不能減小半徑來(lái)建模去預(yù)測(cè)其準(zhǔn)確性。國(guó)外學(xué)者在對(duì)洗滌塔研究方面表現(xiàn)在對(duì)其廢氣的化分析上面，同時(shí)在此基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行化改進(jìn)。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)洗滌塔的研究基本針對(duì)其結(jié)構(gòu)、流體分析【28】方面，在結(jié)構(gòu)方面的化分析其本質(zhì)依然是對(duì)其流體分析，在計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)洗滌塔內(nèi)各項(xiàng)特性分析也在不斷完善和發(fā)展?，F(xiàn)在商用CFD軟件發(fā)展迅速，如Fluent、CFX等均能對(duì)其進(jìn)行有效的仿真分析【29】，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析所不能達(dá)到的直觀和大范圍，這也使得洗滌塔在化工和產(chǎn)業(yè)的作用更加完善和重要。
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