母液吸氨器安裝高度的探討

劉 巖，張澤福

（中昊（大連）化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116023）

我國的聯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，相應的就有母Ⅰ吸氨器和母Ⅱ吸氨器（以下簡稱為母液吸氨器），對于母液吸氨器的安裝高度，各廠說法不一，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，沒有母液吸氨器安裝高度的具體計算，本文嘗試通過伯努利方程計算來分析母液吸氨器內產生負壓的影響因素，探討母液吸氨器的安裝高度，以此達到工程設計時能采用合理的安裝高度。

1 母液吸氨流程簡述

母液Ⅰ或母液Ⅱ（以下簡稱母液）經母液泵加壓后送到母液吸氨器頂部入口，由收縮管進入噴嘴，在噴嘴出口處噴射成流束，此時位能轉化為動能，母液的流速劇增（可達10～20m／s）而使吸氣室內形成負壓，將氨氣從吸入口吸入，氨氣經吸氣室后與母液混合，并以很高的流速進入擴散管進行充分混合吸收。母液吸收氨氣的同時流速降低，動能復又轉化為位能，氨化母液從擴散管排出，母液吸氨流程示意見圖1。

2 伯努利方程

以1kg質量的理想液體為基準時的伯努利方程式為：

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。

對于實際液體式（1）應修正為：

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

3 計算

為簡化計算，將吸氨器橫放（實際生產中也有實例，如自貢鴻鶴股份），計算簡圖見圖2 。

圖2 計算簡圖

取母液進口處為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面，列出伯努利方程如式（2）。

式中z1＝z2，忽略流動阻力∑hf，則噴嘴處壓力p2為：

根據實際經驗，母液進口流速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）式簡化為：

噴嘴處壓力p2要為負壓，即p2＜0，則要滿足：舉例說明，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過大，造成p2正壓過大，則母液將倒回三聚氰胺尾氣管道，吸氨操作將無法進行。

4 母液吸氨器內產生負壓的影響因素

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

4.1 母液進口壓力p1的影響

母液進口壓力p1與母液泵的揚程和母液吸氨器的安裝高度有關，當母液泵的揚程已定，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，當母液吸氨器的數量已定，則每臺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

對于已經運行的生產裝置，母液泵的揚程和母液吸氨器的安裝高度已定，母液進口壓力p1基本恒定，如果母液泵的揚程過高，而母液吸氨器的安裝高度又過低，則可能造成p1偏大，母液吸氨器內負壓過小或者產生正壓，將影響母液吸氨器的吸氨效率，甚至無法正常生產。此時有三種解決方法：一是更換揚程小一些的母液泵；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臺母液泵，2開1備。

流量Q＝400m3／h，揚程 H＝65m，電機功率N＝132kW。

母液吸氨器安裝高度為26m，母液進口壓力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，則母液泵的揚程可以調整為：

母液吸氨器安裝高度＋母液進口壓力p1＋管道阻力＝26＋11＋5＝42m

按此揚程選擇H＝50m的母液泵即可。

即調整后的母液泵參數：流量Q＝400m3／h，揚程H＝50m，電機功率N＝110kW。

每年運行時間取8 000h，電費取0.45元／kWh，則每年節省的電費為：

（132－110）×8 000×0.45×2＝158 400元

對于正在設計中的生產裝置，則應根據上述分析，合理選擇母液泵的揚程，通過計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程過高而造成無為的動力損耗；降低母液吸氨器的安裝高度，進而降低廠房高度，節省土建投資，對節能降耗會起到一定的作用。