化工学报 ›› 2021, Vol. 72 ›› Issue (12): 6232-6240.DOI: 10.11949/0438-1157.20211048
收稿日期:
2021-07-27
修回日期:
2021-10-11
出版日期:
2021-12-05
发布日期:
2021-12-22
通讯作者:
李群生
作者简介:
李群生(1963—),男,博士,教授,Qunsheng LI(),Yang LI,Zhongqi REN,Jiaxing XUE
Received:
2021-07-27
Revised:
2021-10-11
Online:
2021-12-05
Published:
2021-12-22
Contact:
Qunsheng LI
摘要:
设计开发了新型导流型填料(FGP-A、FGP-B型填料),在冷模实验塔中以氧气-空气-水作为介质,研究分析了其流体力学与传质性能,并在相同实验条件下与Mellapak125X填料进行对比。实验结果表明,相同比表面积的FGP-A、FGP-B型填料干塔压降分别平均降低22.94%及31.99%;湿塔压降分别平均降低41.48%和47.32%;液泛气速分别平均提高4.93%及7.76%;每米填料理论级数分别平均提高26.72%和22.78%。同时结合FGP型填料流体力学与传质性能的特点,进一步将其应用到10万t/a甲醇精馏工段中。结果表明,应用FGP型填料后冷凝器热负荷降低16.01%,每年可节省冷却水461.10 kt;再沸器热负荷降低26.30%,相当于减排二氧化碳6651.83 t/a。。
中图分类号:
李群生, 李洋, 任钟旗, 薛嘉星. FGP型填料的开发及在甲醇精馏节能减排中的应用[J]. 化工学报, 2021, 72(12): 6232-6240.
Qunsheng LI, Yang LI, Zhongqi REN, Jiaxing XUE. Study and application of FGP packing in energy saving and emission reduction of methanol distillation[J]. CIESC Journal, 2021, 72(12): 6232-6240.
填料类型 | 比表面积a/(m2/m3) | 公称直径/mm | 孔隙率/(m3/m3) | 波纹倾角/(°) |
---|---|---|---|---|
FGP125-A | 125 | 476 | 0.981 | 90-60-30-45-90 |
FGP125-B | 125 | 476 | 0.981 | 90-45-30-45-90 |
FGP250-A | 250 | 476 | 0.973 | 90-60-30-45-90 |
FGP250-B | 250 | 476 | 0.973 | 90-45-30-45-90 |
Mellapak125X | 125 | 476 | 0.981 | 30 |
表1 填料几何特性参数
Table 1 Geometric parameters of packing
填料类型 | 比表面积a/(m2/m3) | 公称直径/mm | 孔隙率/(m3/m3) | 波纹倾角/(°) |
---|---|---|---|---|
FGP125-A | 125 | 476 | 0.981 | 90-60-30-45-90 |
FGP125-B | 125 | 476 | 0.981 | 90-45-30-45-90 |
FGP250-A | 250 | 476 | 0.973 | 90-60-30-45-90 |
FGP250-B | 250 | 476 | 0.973 | 90-45-30-45-90 |
Mellapak125X | 125 | 476 | 0.981 | 30 |
图2 实验装置简图1—填料塔; 2—液体分布器; 3—填料; 4—风机; 5—孔板流量计; 6—U形压差计; 7—进口富氧水取样口; 8—出口富氧水取样口; 9—氧气鼓泡吸收柱; 10—转子流量计; 11—水泵; 12—氧气罐; 13—水槽
Fig.2 Schematic diagram of experimental device
项目 | 技术改造前 | 技术改造后 | |||
---|---|---|---|---|---|
T2塔 | T3塔 | T2塔 | T3塔 | ||
塔顶甲醇质量分数% | 99.83 | 99.93 | 99.93 | 99.96 | |
废水中甲醇含量/(kg/h) | — | 46.24 | — | 1.63 | |
回流比 | 1.6 | 1.5 | 0.9 | 1.1 | |
冷凝器负荷/kW | -4362.16 | -4207.34 | -3214.93 | -3533.56 | |
再沸器负荷/kW | 4866.96 | 3847.93 | 3719.52 | 3170.88 |
表2 甲醇精馏技术改造前后参数对比
Table 2 Comparison of parameters before and after technical transformation of methanol distillation
项目 | 技术改造前 | 技术改造后 | |||
---|---|---|---|---|---|
T2塔 | T3塔 | T2塔 | T3塔 | ||
塔顶甲醇质量分数% | 99.83 | 99.93 | 99.93 | 99.96 | |
废水中甲醇含量/(kg/h) | — | 46.24 | — | 1.63 | |
回流比 | 1.6 | 1.5 | 0.9 | 1.1 | |
冷凝器负荷/kW | -4362.16 | -4207.34 | -3214.93 | -3533.56 | |
再沸器负荷/kW | 4866.96 | 3847.93 | 3719.52 | 3170.88 |
组分 | 粗甲醇/%(质量) | 技术改造前/%(质量) | 技术改造后/%(质量) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
T1塔顶 | T2塔顶 | T3塔顶 | T3塔釜 | T1塔顶 | T2塔顶 | T3塔顶 | T3塔釜 | ||
甲醇 | 93.161 | 0.6172 | 99.8340 | 99.9317 | 0.2478 | 0.6172 | 99.9337 | 99.9586 | 0.1358 |
水 | 5.836 | 4.8951 | 0.0614 | — | 99.6362 | 4.8951 | 0.0190 | — | 99.6962 |
二氧化碳 | 0.74 | 80.3301 | — | — | — | 80.3301 | — | — | — |
二甲醚 | 0.08 | 8.6840 | — | — | — | 8.684 | — | — | — |
杂醇 | 0.065 | 0.0031 | — | — | 0.1080 | 0.0031 | — | — | 0.1083 |
乙醇 | 0.06 | 0.0039 | 0.0532 | 0.0676 | 0.0079 | 0.0039 | 0.0285 | 0.0412 | 0.0132 |
氮气 | 0.04 | 4.3422 | — | — | — | 4.3422 | — | — | — |
甲烷 | 0.01 | 1.0855 | — | — | — | 1.0855 | — | — | — |
丙酮 | 0.008 | 0.0389 | 0.0187 | 0.0003 | 0.0478 | 0.0389 | 0.0188 | 0.0002 | 0.0465 |
表3 技术改造前后关键流股模拟结果对比
Table 3 Comparison of simulation results of key flow strands before and after technical transformation
组分 | 粗甲醇/%(质量) | 技术改造前/%(质量) | 技术改造后/%(质量) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
T1塔顶 | T2塔顶 | T3塔顶 | T3塔釜 | T1塔顶 | T2塔顶 | T3塔顶 | T3塔釜 | ||
甲醇 | 93.161 | 0.6172 | 99.8340 | 99.9317 | 0.2478 | 0.6172 | 99.9337 | 99.9586 | 0.1358 |
水 | 5.836 | 4.8951 | 0.0614 | — | 99.6362 | 4.8951 | 0.0190 | — | 99.6962 |
二氧化碳 | 0.74 | 80.3301 | — | — | — | 80.3301 | — | — | — |
二甲醚 | 0.08 | 8.6840 | — | — | — | 8.684 | — | — | — |
杂醇 | 0.065 | 0.0031 | — | — | 0.1080 | 0.0031 | — | — | 0.1083 |
乙醇 | 0.06 | 0.0039 | 0.0532 | 0.0676 | 0.0079 | 0.0039 | 0.0285 | 0.0412 | 0.0132 |
氮气 | 0.04 | 4.3422 | — | — | — | 4.3422 | — | — | — |
甲烷 | 0.01 | 1.0855 | — | — | — | 1.0855 | — | — | — |
丙酮 | 0.008 | 0.0389 | 0.0187 | 0.0003 | 0.0478 | 0.0389 | 0.0188 | 0.0002 | 0.0465 |
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