母液吸氨器安裝高度的探討

劉 巖，張澤福

（中昊（大連）化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116023）

我國(guó)的聯(lián)堿法一般采用一次加鹽，二次吸氨，一次碳化的成熟可靠的工藝路線。其中所謂的“二次吸氨”即母液Ⅰ吸氨和母液Ⅱ吸氨，相應(yīng)的就有母Ⅰ吸氨器和母Ⅱ吸氨器（以下簡(jiǎn)稱為母液吸氨器），對(duì)于母液吸氨器的安裝高度，各廠說(shuō)法不一，尤其是最近幾年興起的以三聚氰胺尾氣制堿的廠家，把母液吸氨器安裝位置提得很高。目前，沒(méi)有母液吸氨器安裝高度的具體計(jì)算，本文嘗試通過(guò)伯努利方程計(jì)算來(lái)分析母液吸氨器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓的影響因素，探討母液吸氨器的安裝高度，以此達(dá)到工程設(shè)計(jì)時(shí)能采用合理的安裝高度。

1 母液吸氨流程簡(jiǎn)述

母液Ⅰ或母液Ⅱ（以下簡(jiǎn)稱母液）經(jīng)母液泵加壓后送到母液吸氨器頂部入口，由收縮管進(jìn)入噴嘴，在噴嘴出口處噴射成流束，此時(shí)位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，母液的流速劇增（可達(dá)10～20m／s）而使吸氣室內(nèi)形成負(fù)壓，將氨氣從吸入口吸入，氨氣經(jīng)吸氣室后與母液混合，并以很高的流速進(jìn)入擴(kuò)散管進(jìn)行充分混合吸收。母液吸收氨氣的同時(shí)流速降低，動(dòng)能復(fù)又轉(zhuǎn)化為位能，氨化母液從擴(kuò)散管排出，母液吸氨流程示意見(jiàn)圖1。

2 伯努利方程

以1kg質(zhì)量的理想液體為基準(zhǔn)時(shí)的伯努利方程式為：

圖1 母液吸氨流程示意圖

z1、z2分別為1—1＇及2—2＇截面與參考水平面間的垂直距離，m；

p1、p2分別為1—1＇及2—2＇截面上的液體壓力，Pa；

u1、u2分別為1—1＇及2—2＇截面上的液體流速，m／s；

ρ為液體密度，kg／m3；

g為重力加速度，m／s2。

對(duì)于實(shí)際液體式（1）應(yīng)修正為：

∑hf為1kg液體由1—1＇面流到2—2＇面的過(guò)程中共消耗的能量，稱為摩擦阻力或流動(dòng)阻力，J／kg。

3 計(jì)算

為簡(jiǎn)化計(jì)算，將吸氨器橫放（實(shí)際生產(chǎn)中也有實(shí)例，如自貢?shū)欪Q股份），計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2 。

圖2 計(jì)算簡(jiǎn)圖

取母液進(jìn)口處為1—1＇截面，噴嘴出口處為2—2＇截面，噴嘴中心線所在平面為基準(zhǔn)面，列出伯努利方程如式（2）。

式中z1＝z2，忽略流動(dòng)阻力∑hf，則噴嘴處壓力p2為：

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，母液進(jìn)口流速u1一般取1.5～2.5m／s，此處取2m／s，母液密度ρ約為1 200kg／m3，（3）式簡(jiǎn)化為：

噴嘴處壓力p2要為負(fù)壓，即p2＜0，則要滿足：舉例說(shuō)明，u2取15m／s，則p1最大為p1＝600u22－2 400＝600×152－2 400＝0.13MPa（表壓），如果p1大于0.13MPa（表壓），則噴嘴處為正壓，將影響母液吸收氨氣的效率。尤其是以三聚氰胺尾氣制堿，由于三聚氰胺尾氣壓力接近常壓，如果p1過(guò)大，造成p2正壓過(guò)大，則母液將倒回三聚氰胺尾氣管道，吸氨操作將無(wú)法進(jìn)行。

4 母液吸氨器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓的影響因素

由式（4）可知，影響噴嘴處壓力p2的因素有兩個(gè)，即母液進(jìn)口壓力p1和噴嘴處的流速u2。

4.1 母液進(jìn)口壓力p1的影響

母液進(jìn)口壓力p1與母液泵的揚(yáng)程和母液吸氨器的安裝高度有關(guān)，當(dāng)母液泵的揚(yáng)程已定，則p1由母液吸氨器的安裝高度決定，安裝高度越高，p1越小。

4.2 噴嘴處的流速u2的影響

噴嘴處流速u2的大小與母液流量和噴嘴直徑有關(guān)，當(dāng)母液吸氨器的數(shù)量已定，則每臺(tái)母液吸氨器母液流量基本恒定，則u2由噴嘴直徑大小決定，噴嘴直徑越小u2越大。

5 探 討

對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的生產(chǎn)裝置，母液泵的揚(yáng)程和母液吸氨器的安裝高度已定，母液進(jìn)口壓力p1基本恒定，如果母液泵的揚(yáng)程過(guò)高，而母液吸氨器的安裝高度又過(guò)低，則可能造成p1偏大，母液吸氨器內(nèi)負(fù)壓過(guò)小或者產(chǎn)生正壓，將影響母液吸氨器的吸氨效率，甚至無(wú)法正常生產(chǎn)。此時(shí)有三種解決方法：一是更換揚(yáng)程小一些的母液泵；二是提高母液吸氨器的安裝高度；三是縮小母液吸氨器的噴嘴直徑。

例如：某堿廠有3臺(tái)母液泵，2開(kāi)1備。

流量Q＝400m3／h，揚(yáng)程 H＝65m，電機(jī)功率N＝132kW。

母液吸氨器安裝高度為26m，母液進(jìn)口壓力p1取0.13MPa，換算為液柱為0.13×106／ρg＝0.13×106／1 200×9.81≈11m，管道阻力約取5m，則母液泵的揚(yáng)程可以調(diào)整為：

母液吸氨器安裝高度＋母液進(jìn)口壓力p1＋管道阻力＝26＋11＋5＝42m

按此揚(yáng)程選擇H＝50m的母液泵即可。

即調(diào)整后的母液泵參數(shù)：流量Q＝400m3／h，揚(yáng)程H＝50m，電機(jī)功率N＝110kW。

每年運(yùn)行時(shí)間取8 000h，電費(fèi)取0.45元／kWh，則每年節(jié)省的電費(fèi)為：

（132－110）×8 000×0.45×2＝158 400元

對(duì)于正在設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)裝置，則應(yīng)根據(jù)上述分析，合理選擇母液泵的揚(yáng)程，通過(guò)計(jì)算定出母液吸氨器最佳安裝高度和母液吸氨器的噴嘴直徑。這樣可以防止母液泵的揚(yáng)程過(guò)高而造成無(wú)為的動(dòng)力損耗；降低母液吸氨器的安裝高度，進(jìn)而降低廠房高度，節(jié)省土建投資，對(duì)節(jié)能降耗會(huì)起到一定的作用。