Información completa sobre torres de absorción
La torre de absorción es un dispositivo que implementa operaciones de absorción. Se divide en tres categorías según la forma de contacto de la fase gas-líquido. El primer tipo son torres de placas, torres de absorción de burbujas y torres de absorción de burbujas con agitación en las que el gas se dispersa en forma de burbujas en la fase líquida; el segundo tipo son eyectores, venturi y pulverizadores en los que el líquido se dispersa en la fase gaseosa; en forma de torre de gotas; la tercera categoría es la torre de absorción empaquetada y la torre de absorción de película descendente donde el líquido entra en contacto con la fase gaseosa en un movimiento similar a una película. El flujo bifásico gas-líquido en la torre puede ser contracorriente o paralelo. Generalmente se utiliza la operación a contracorriente. El absorbente se agrega en la parte superior de la torre y fluye de arriba hacia abajo, haciendo contacto con el gas que fluye de abajo hacia arriba. El líquido que ha absorbido el absorbente se descarga desde la parte inferior de la torre. El gas purificado se descarga desde la parte superior de la torre. Introducción básica Nombre chino: Torre de absorción Nombre extranjero: torre de absorción Definición: Requisitos de equipo para lograr operaciones de absorción, tipos comunes, torre empaquetada, torre de bolas turbulentas, torre de placas, diseño de absorción, pasos de diseño, análisis de falla por fatiga de la torre de absorción de sulfuro de hidrógeno, falla La identificación de modos, el análisis de los mecanismos de falla de los recipientes a presión, el juicio de las causas de falla y las medidas preventivas requieren que las torres de absorción industriales tengan los siguientes requisitos básicos: 1. El gas y el líquido en la torre deben tener suficiente área y tiempo de contacto. Torre de absorción 2. Hay una fuerte perturbación en las fases gaseosa y líquida, lo que reduce la resistencia a la transferencia de masa y mejora la eficiencia de absorción. 3． Amplio rango operativo y funcionamiento estable. 4. El equipo tiene pequeña resistencia y bajo consumo de energía. 5. Tiene suficiente resistencia mecánica y resistencia a la corrosión. 6． La estructura es sencilla y fácil de fabricar y reparar. Los tipos de torres empaquetadas comúnmente utilizados incluyen carcasas, empaquetaduras, soportes de empaque, distribuidores de líquido, soportes y redistribuidores intermedios, tuberías de entrada y salida de gas y líquido, y otros componentes. La carcasa de la torre está hecha principalmente de materiales metálicos, pero también puede estar hecha de. plástico. El empaque de la torre de absorción es el núcleo de la torre empaquetada. Proporciona la superficie de contacto entre las fases gaseosa y líquida de la torre. La estructura del empaque y la torre determina el rendimiento de la torre. El relleno debe tener una gran superficie específica, alta proporción de huecos, buena humectabilidad, resistencia a la corrosión, cierta resistencia mecánica, baja densidad, bajo precio, etc. Las empaquetaduras de uso común incluyen el anillo Raschig, el anillo Pall, la empaquetadura de arco y la empaquetadura de montura rectangular desarrollada después de la década de 1980, como la empaquetadura de anillo plano QH-1, el anillo de arco interno 84, la empaquetadura de erizo, la empaquetadura de placa metálica, la empaquetadura de placa corrugada regular y la rejilla. embalaje, etc. proporcionan la base para el diseño avanzado de torres de embalaje. Las torres empaquetadas son adecuadas para procesos de absorción de reacción rápida e instantánea y se utilizan principalmente para la purificación de gases. La torre tiene una estructura simple y es fácil de fabricar con materiales resistentes a la corrosión. Tiene una gran área de contacto gas-líquido y un tiempo de contacto prolongado. La torre tiene una gran adaptabilidad cuando cambia el volumen de gas. La pérdida de presión es de 300 ~ 700 Pa. En comparación con la torre de placas, el volumen de aire es menor, la velocidad del aire en la torre vacía suele ser de 0,5 ~ 1,2 m/s. 8m 3 / (m 2 , h) para asegurar la humectación del relleno. La relación líquido-gas se controla en 2~10L /m3. La torre empaquetada no es adecuada para manejar gases de combustión con un gran contenido de polvo, y la distribución desigual de gas y líquido en la torre debe superarse durante el diseño. Torre de bolas turbulentas Es una forma especial de torre empaquetada. El embalaje de la torre está en movimiento durante la operación para mejorar el proceso de absorción. Se coloca una cierta cantidad de rellenos de pellets livianos (diámetro 29 ~ 38 mm) entre las rejillas de la torre. El absorbente se rocía desde la parte superior de la torre para humedecer la superficie de los pellets. El gas ingresa desde la parte inferior de la torre. y los gránulos se explotan y giran turbulentamente. Debido al contacto total entre las fases gaseosa, líquida y sólida, la película líquida en la superficie de la bola se actualiza constantemente, lo que aumenta la fuerza impulsora de absorción y mejora la eficiencia de absorción. La torre es fácil de fabricar, instalar y mantener, y puede utilizar pequeñas bolas de diferentes tamaños y calidades para cambiar el rango de funcionamiento. La torre maneja un gran volumen de aire, con una velocidad del aire de 1,5 a 6,0 m/s, una densidad de pulverización de 20 a 110 m 3 /(m 2 ·h), una pérdida de presión de 1500 a 3 800 Pa y puede También maneja gases polvorientos. La desventaja es que las bolas de plástico no pueden soportar altas temperaturas y son fáciles de romper (generalmente entre 0,5 y 1 año) y deben reemplazarse con frecuencia, lo que resulta costoso. Torre de placas Una torre de placas es una torre con capas de bandejas en su interior y el líquido entra por la parte superior de la torre. El gas ingresa por la parte inferior de la torre, y en cada bandeja se llevan a cabo los procesos de transferencia de masa y transferencia de calor de gas y líquido. Existen muchos tipos de torres de placas. Se puede dividir aproximadamente en dos categorías: una es el tipo de bajante, como torre de casquete de burbuja, torre de placa de tamiz, torre de válvula de flotador, torre de placa de flujo unidireccional en forma de S, torre de placa en forma de lengüeta, torre de pulverización flotante, etc. .; el otro tipo es una torre de placas de flujo cruzado, como una torre de placas perforadas con rejilla de flujo (torre de placas de lixiviación), una torre de placas de flujo corrugado, una torre de placas perforadas inclinadas en forma de rombo, una torre de placas transversales de tubo corto. torre de placa de flujo, etc.
(1) Torre de la placa del tamiz El diámetro de los orificios del tamiz es generalmente de 5 a 10 mm, y el área total de los orificios del tamiz representa del 10% al 18% del área de la placa del tamiz. Para mantener un espesor uniforme de la capa de líquido sobre la placa de tamiz, se proporciona un vertedero de desbordamiento en la placa de tamiz. El espesor de la capa de líquido es generalmente de aproximadamente 40 min. La velocidad del viento en la torre vacía de la placa de tamiz es de aproximadamente. 1,0 ~ 3,5 m/s, y la velocidad del aire en los pequeños orificios de la placa de tamiz es de 6 ~ 13 m/s, la resistencia de cada capa de placa de tamiz es de 300 ~ 600 Pa. Las principales ventajas de la torre de placas de criba son una estructura simple, un gran volumen de aire y la capacidad de manejar gases polvorientos. Las desventajas son que es problemático limpiar los orificios del tamiz bloqueados, los requisitos de instalación de la torre son estrictos, las bandejas deben mantenerse horizontales y la flexibilidad de operación es pequeña. (2) Torre inclinada de placa perforada La torre inclinada de placa perforada es otra forma de torre de placa perforada con tamiz. El agujero inclinado tiene entre 10 y 20 m de ancho, 10 y 15 mm de largo y 6 mm de alto. La velocidad del flujo de aire de la torre vacía es generalmente de 1 a 3,5 m/s, y la velocidad del flujo de aire del orificio del tamiz es de 10 a 15 m/s. El gas se expulsa horizontalmente desde el orificio inclinado. Los orificios de dos orificios adyacentes están en direcciones opuestas y están dispuestos de manera escalonada. El líquido se suministra a la bandeja a través del vertedero (altura del vertedero de 30 mm) y fluye perpendicular a la dirección. del flujo de gas, lo que provoca una alta turbulencia del gas y el líquido. La superficie gas-líquido se actualiza constantemente, el gas-líquido está completamente en contacto, el efecto de transferencia de masa es bueno y la eficiencia de purificación es alta. puede soportar gases polvorientos y no es fácil de bloquear. La resistencia de cada capa de placa de tamiz es de aproximadamente 400 ~ 600 Pa. La estructura de esta torre es más complicada que la de una torre de placa de tamiz, y es más difícil de fabricar, tiene requisitos de instalación estrictos y es propensa a desviarse. (3) Absorbedor Venturi El absorbente venturi generalmente consta de un tubo venturi, un rociador y un separador ciclónico. Durante la operación, el líquido se atomiza y se rocía en el flujo de aire de la garganta del venturi. , el volumen de pulverización de atomización líquida necesario para procesar 100 m 3 /min de gas de escape es de 40 l/min. El absorbente venturi tiene una estructura simple, equipo pequeño, ocupación de espacio reducido, alta velocidad del gas, gran capacidad de procesamiento, buen contacto gas-líquido y fácil transferencia de masa. Es especialmente adecuado para capturar partículas diminutas en el flujo de aire. Sin embargo, debido al flujo en paralelo de gas y líquido, el tiempo de contacto del gas y el líquido es corto, lo que no es adecuado para la absorción de gas-líquido que es difícil de disolver o tiene una velocidad de reacción lenta. gran pérdida de presión (800 a 9000 h) y alto consumo de energía. Diseño de absorción La torre de absorción es una torre utilizada para operaciones de absorción. El proceso de utilizar la diferencia de solubilidad de una mezcla de gases en un absorbente líquido para disolver componentes fácilmente solubles en el absorbente y separarlos de otros componentes se llama absorción. Durante la operación, el absorbente líquido rociado desde la parte superior de la torre está en estrecho contacto con la mezcla de gases que sube desde la parte inferior de la torre en cada capa de empaque o bandejas en la torre para absorción. La absorción acompañada de reacciones químicas se llama absorción química. Según la interacción entre el gas y el líquido durante la absorción, la torre de absorción se puede dividir en tipo de superficie, tipo de membrana, tipo de pulverización y tipo de burbujeo. Pasos de diseño (1) Determinar el plan de diseño de acuerdo con las tareas de diseño y los requisitos del proceso; (2) Seleccionar el empaque apropiado de acuerdo con el sistema de materiales y los requisitos de separación (3) Determinar las dimensiones del proceso, como el diámetro de la torre y la altura de la capa de empaque (considerar); densidad de pulverización); (4) Calcular la altura de la torre y la caída de presión de la capa de empaque; análisis de falla por fatiga de la torre de absorción de sulfuro de hidrógeno e identificación de los modos de falla. La información del proceso de falla del recipiente a presión se refiere a la información del proceso físico y químico inferida de factores inductores internos. , e incluye específicamente varias reglas, mecanismos, modelos, etc., utiliza estrategias de búsqueda científica a través de una estructura de árbol y adopta ciertos procedimientos de explicación para razonar más sobre el proceso de falla. Análisis del mecanismo de falla del recipiente a presión 1) Mecanismo de falla de la fractura dúctil La deformación plástica macroscópica significativa que ocurre antes de la fractura del componente se llama fractura dúctil, que es una de las formas de falla y destrucción de los materiales metálicos. Para materiales con buena tenacidad. Cuando la carga de presión soportada por el material es mayor que el límite de resistencia del propio material, es fácil provocar una fractura dúctil. Las características de falla de la fractura dúctil son: se produce una deformación macroplástica obvia alrededor de la fractura del material y la fractura por tracción tiene forma de cono de copa, con la dirección de la fractura perpendicular a la tensión principal y la dirección del cono paralela a la tensión cortante máxima. pero a veces toda la macroscópica La dirección de la fractura es paralela a la tensión de corte máxima, y se producirá una fractura de corte de 45 °, el color de la fractura es gris y oscuro, y la superficie es fibrosa; 2) Mecanismo de falla por fractura frágil La falla por fractura frágil se refiere al modo de falla por fractura causado por la expansión estable de las grietas en los componentes sin deformación plástica obvia. En las estructuras de ingeniería reales, la fractura frágil es un modo de falla muy peligroso. Las características de falla de la fractura frágil son: no se encuentra deformación plástica obvia antes de la fractura, pero en casos de análisis reales, se encuentra que la fractura generalmente es perpendicular a la tensión normal y la superficie de la fractura está nivelada, pero el borde a menudo carece de corte; labio, o El labio cortado de la fractura es más pequeño. El color de la superficie de fractura frágil del componente aparece brillante u oscuro.
A veces, el macrorrelieve de la fractura frágil produce líneas emisivas durante la rápida expansión de la grieta. Cuando la fractura frágil gira, generalmente aparecen facetas reflectantes, mientras que para las fracturas frágiles que son más oscuras, se forma una superficie rugosa y sin forma en su estado macroscópico. y ocasionalmente aparecen granos en la superficie de la fractura. 3) Mecanismo de falla por fractura por fatiga: cuando los materiales o piezas metálicas se someten a cargas y tensiones alternas durante mucho tiempo, el daño causado por la acumulación continua de daños provoca la falla por fractura por fatiga. El proceso específico de las grietas por fatiga es la aparición de grietas por fatiga, la propagación del daño al estado subcrítico de las grietas por fatiga y, finalmente, la propagación a la inestabilidad de las grietas por fatiga. Sus características de falla son: problemas de fractura causados por un cierto número de ciclos bajo la acción de cargas alternas; las características repentinas de fractura frágil de baja tensión aparecerán durante el proceso de fractura por fatiga que se refleja en las regiones locales; de cargas alternas, no hay deformación plástica macroscópica alrededor de la fractura fallida del componente metálico, y la fractura muestra un patrón de cáscara obvio. 4) Mecanismo de falla por rotura por fluencia: la temperatura constante y la tensión constante actúan sobre los materiales metálicos durante mucho tiempo para formar una deformación plástica lenta, que es la fluencia del metal. Sus características de falla son: las condiciones de trabajo son temperatura constante, fuerza constante y acción a largo plazo, y velocidad de deformación permanente lenta; la superficie de fractura macroscópica tiene un color de oxidación significativo o color negro la superficie de fractura microscópica es generalmente fractura intergranular y no; producir rayas de fatiga. 5) Mecanismo de falla por corrosión uniforme: la corrosión ocurre uniformemente en toda la superficie del metal. Sus características de falla son: la composición química del componente metálico corroído es uniforme y la superficie de la microestructura es promedio, y el ambiente de corrosión uniforme cubre el metal. superficie sin restricción la corrosión uniforme puede entenderse como la corrosión electrolítica local que ocurre en la superficie del metal bajo corrosión uniforme tiene una morfología de superficie más oscura y lisa, o la superficie es rugosa debido a la corrosión de grandes piezas de metal. 6) Mecanismo de falla por corrosión por picaduras La falla por corrosión por picaduras se refiere a la falla causada por la reacción química de sustancias libres en los materiales metálicos y el medio ambiente. Sus características de falla son: la corrosión ocurre en áreas locales de los componentes, y hay agujeros afilados obvios, que se expanden aún más en agujeros profundos o incluso penetran en ambientes húmedos o en la atmósfera, las películas de agua se condensan en la superficie del metal, causando manchas en la superficie; la superficie del metal ocurre con frecuencia Corrosión; después de una ampliación visual, se encontró que los bordes de las picaduras son lisos y debido a que el fondo del agujero está cubierto por productos de corrosión, el fondo de la picadura es de color gris oscuro; Al examinar las picaduras de corrosión con un disco abrasivo, se encuentra que la mayoría de las picaduras de corrosión son circulares o poligonales. 7) Mecanismo de falla por corrosión bajo tensión: bajo la acción simultánea de la tensión de carga estática y un ambiente corrosivo, el agrietamiento por corrosión local de los materiales metálicos se denomina falla por corrosión bajo tensión. Sus características de falla son: en un ambiente de trabajo con medios corrosivos sensibles y tensión; aparecen fracturas macroscópicas en la zona de fractura por corrosión y en la zona de fractura instantánea. La zona de fractura por corrosión bajo tensión aparece de color gris oscuro, con una estructura de fractura rugosa y está cubierta por productos de corrosión, la mayoría de las fracturas frescas que aparecen en la zona de fractura instantánea son fibrosas y están acompañadas de crestas radiantes; las grietas por corrosión bajo tensión presentan una morfología dendrítica y se bifurcan; Las grietas también son el resultado del efecto acumulativo de los productos de corrosión. Juicio de las causas de falla y medidas preventivas 1. Juicio de las causas de falla El juicio de las causas de falla debe analizarse desde los aspectos de selección de materiales, diseño estructural, medio ambiente, operación y operación. (1) Selección de materiales: si la selección del material es razonable, si la composición química, la calidad del proceso metalúrgico y el estado de la superficie del material son normales, en particular, es necesario comprender varios factores como la resistencia, rigidez y tenacidad del material. etc. Si el material no se puede seleccionar correctamente, la temperatura de aplicación será significativamente más alta que la temperatura de fluencia del material o el material se deteriorará y fácilmente causará la carburación del material cuando se use en un ambiente de alta temperatura durante mucho tiempo; (2) Diseño estructural: si la geometría del componente, el tamaño de la sección transversal, el radio de filete, la suavidad de la superficie, etc. son defectos científicos generados en la estructura que forman grandes tensiones residuales, etc. (3) Factores ambientales: existen concentraciones mayores o menores de corrosivos en el ambiente donde se encuentra el metal; el aumento de temperatura también aumentará la velocidad de corrosión del metal y la compatibilidad de los materiales metálicos y los medios ambientales es deficiente; puede causar corrosión debido a la incompatibilidad con la humedad Destruye directamente la película de óxido en la superficie del material; la superficie del material parece desigual. (4) Factores operativos: el funcionamiento ilegal o la falla de las limas de accesorios de seguridad provocan cambios repentinos de temperatura o la temperatura de funcionamiento es inferior a la temperatura de transición de dureza del material; se producen reacciones químicas anormales dentro del recipiente a presión o bajo la acción de cargas alternas; concentración de tensiones Las grietas por fatiga regionales se expanden gradualmente hacia fracturas por inestabilidad; bajo la acción simultánea de cargas alternas y medios corrosivos, finalmente se producen fracturas por fatiga por corrosión. 2. Medidas de prevención de fallas (1) Selección científica de materiales Está estrictamente prohibido utilizar acero que no sea de baja temperatura a bajas temperaturas y elegir materiales con alta resistencia a la corrosión.
(2) Mejorar el diseño estructural Durante el proceso de diseño estructural, intente utilizar transiciones suaves para reducir la concentración de tensión en los componentes durante la operación del equipo, se deben evitar en la medida de lo posible las cargas alternas frecuentes, se debe evitar el funcionamiento con sobretemperatura y el sobrecalentamiento local; , y la aparición de agua estancada y estrés residual se elimina eficazmente mediante el tratamiento térmico. (3) Fortalecer las inspecciones periódicas de las propiedades de los materiales, detectar estrictamente la concentración corrosiva del medio ambiente donde se encuentran los componentes o equipos metálicos y reducir la temperatura efectiva del medio ambiental. (4) Mejorar el medio ambiente, reducir los cationes oxidantes, agregar elementos apropiados al material, mejorar la resistencia a la corrosión del material y adoptar métodos de protección de superficies. Calcule el valor de tensión de la pared interior de la torre de absorción mediante la fórmula correspondiente. De los resultados calculados, se puede ver que el valor de tensión circunferencial de la torre de absorción es el mayor. Sin embargo, debido a la excesiva concentración de tensión cerca de la soldadura y la boquilla, y la acción simultánea de la tensión residual de la soldadura y la tensión térmica sobre la soldadura, eventualmente se forma una gran tensión en la pared interior de la torre de absorción, lo que proporciona una Solución importante para condiciones de corrosión bajo tensión. A través de un análisis en profundidad de la torre de absorción fallada y dañada, se encontró que la falla de la torre de absorción se debió al efecto sinérgico de la tensión concentrada y los medios sensibles a la corrosión, lo que resultó en grietas dendríticas y productos de corrosión que aparecen en las fracturas microscópicas. y grietas en el cristal. Hay picaduras de corrosión en la interfaz. Por lo tanto, se puede juzgar que la torre de absorción presenta una falla por corrosión bajo tensión. El área local de la torre de absorción tiene una alta concentración de tensiones, como tensiones residuales y tensiones térmicas, así como fragilización alcalina del material debido al KOH. Estos factores agravan la falla por corrosión bajo tensión de la torre de absorción. Seleccione científicamente los materiales, mejore las condiciones y evite los ambientes corrosivos tanto como sea posible durante el proceso de diseño estructural, para evitar una concentración excesiva de tensiones, se instalan soportes de acero en ángulo anular en las áreas de concentración de tensiones de la torre de absorción para reducir la tensión residual. Las grietas por fatiga que se expanden gradualmente representan aproximadamente el 40% de los accidentes por daños en recipientes a presión. Por lo tanto, la investigación sistemática sobre las características, causas y medidas de las fallas por fatiga es de gran importancia.