氨法脱硫气水分离元件的开发研究

论文摘要

本文针对炼油厂氨法脱硫存在氨的挥发和泄漏问题,开发设计了文丘里管气水分离器,并对其脱氨性能进行了理论分析和实验研究。本文总结了各种湿式气体洗涤器的优缺点及文丘里洗涤器洗涤有害气体的研究进展,以及文丘里洗涤器的各种压力模型。设计五种不同结构的文丘里洗涤器,对其进行工艺参数实验。同时对影响文丘里脱氨性能的各个操作因素进行了正交分析,比较各因素的影响程度,结果表明影响脱氨率的次序:液气比>喉管气速>入口氨气浓度。并模拟文丘里管不喷淋状态下,文丘里管的温度场和速度场。通过实验找出了本实验范围内文丘里洗涤器脱氨的最佳区域:收缩角度24°,扩散角7°,喉管直径40mm,喉管长度80mm,液气比0.16,喉管气速47m/s。实验分析了各个工艺参数对文丘里洗涤器脱氨及压力损失的影响规律。通过理论分析,推导出文丘里洗涤器温降模型、液滴增长模型、脱氨效率模型。由温降模型可以得出:文丘里管温降与喉管速度有关;由液滴增长模型得出:液滴增长与液气比、液滴温度、烟气速度以及停留时间有关;脱氨率与液气比、入口氨气浓度、喉管速度及接触时间有关。最后根据压力损失实验结果,拟合出本实验中文丘里管的压力损失方程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 氨法烟气脱硫存在的问题
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 研究内容、研究方法和预期目标
• 第二章 文献综述
• 2.1 气体洗涤设备选用原则
• 2.2 典型的湿法洗涤设备
• 2.2.1 喷淋塔
• 2.2.2 旋风洗涤器
• 2.2.3 旋流板塔
• 2.2.4 筛板塔
• 2.2.5 填料塔
• 2.2.6 水浴洗涤器
• 2.2.7 文丘里洗涤器
• 2.3 文丘里去除有害气体研究
• 2.3.1 实验研究
• 2.3.2 理论研究
• 2.4 文丘里洗涤器压力损失
• 2.4.1 经验关联式
• 2.4.2 解析模型
• 2.4.3 数值模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 实验设计及实验数据处理
• 3.1 实验装置及流程
• 3.1.1 实验流程
• 3.1.2 工艺流程
• 3.1.3 氨回收及汽水分离试验装置的建立
• 3.1.4 文丘里管的供水装置
• 3.2 文丘里的设计计算
• 3.2.1 文丘里管管径计算及喉管速度选择
• 3.2.2 文丘里管喉管、扩散管速度计算
• 3.2.3 圆形文丘里管收缩管和扩散管设计计算
• 3.2.4 文丘里洗涤器的尺寸设计
• 3.3 参数测量
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 测点的布置要求
• 3.3.3 氨气浓度的测量
• 3.3.4 温度的测量
• 3.3.5 气体气速的测量
• 3.3.6 气体流速及流量的测量和计算
• 3.3.7 耗水量与液气比的测定
• 3.4 正交实验分析
• 3.4.1 水吸收氨气的正交实验
• 3.4.2 因子的偏差平方和及方差计算
• 3.4.3 正交实验分析
• 3.4.4 单因素操作工艺参数的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验结果分析
• 4.1 文丘里喉管气速与温降关系
• 4.1.1 实验结果
• 4.2 文丘里自凝结与脱氨效率关系
• 4.3 工艺操作参数对文丘里洗涤器脱氨率影响
• 4.3.1 入口氨气浓度对文丘里洗涤器脱氨效率的影响
• 4.3.2 喉管气速对脱氨率的影响
• 4.3.3 液气比对脱氨效率的影响
• 4.4 结构参数参数改变对脱氨率的影响
• 4.4.1 喉管长度对脱氨效率的影响
• 4.4.2 收缩角度对文丘里洗涤器脱氨性能的影响
• 4.5 喷淋位置改变对脱氨率的影响
• 4.6 文丘里管压力阻力特性
• 4.6.1 液气比对总压力损失的影响
• 4.6.2 喉管气速对总压力损失的影响
• 4.6.3 喉管长度对总压力损失的影响
• 4.6.4 最佳喉管长度
• 4.7 本章小结
• 第五章 理论分析与数学模型
• 5.1 水吸收氨气的化学过程
• 5.2 关于气液两相传质的模型
• 5.2.1 双膜理论
• 5.2.2 渗透理论
• 5.2.3 表面更新模型
• 5.2.4 其它模型
• 5.3 气液传质速率方程
• 5.3.1 物理吸收速率方程
• 5.3.2 化学吸收速率
• 5.3.3 气液相平衡与亨利定律
• 5.4 文丘里温降计算
• 5.4.1 文丘里温降理论模型
• 5.4.2 Fluent 软件简介
• 5.4.3 模型选取
• 5.4.4 计算参数和边界条件设定
• 5.4.5 模拟结果
• 5.5 文丘里管自冷凝分析
• 5.5.1 文丘里温降作用自发形成的液滴数
• 5.5.2 液滴平均直径与液含率
• 5.5.3 蒸汽分子喷淋液滴上的凝聚
• 5.6 脱氨率模型计算
• 5.6.1 理论假设
• 5.6.2 分子扩散与菲克定律
• 5.6.3 单个液滴的脱氨效率
• 5.6.4 脱氨率计算
• 5.7 拟合压力损失方程
• 5.8 本章小结
• 结论
• 主要符号说明
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢