母液吸氨器安装高度的探讨

刘 岩，张泽福

（中昊（大连）化工研究设计院有限公司，辽宁 大连 116023）

我国的联碱法一般采用一次加盐，二次吸氨，一次碳化的成熟可靠的工艺路线。其中所谓的“二次吸氨”即母液Ⅰ吸氨和母液Ⅱ吸氨，相应的就有母Ⅰ吸氨器和母Ⅱ吸氨器（以下简称为母液吸氨器），对于母液吸氨器的安装高度，各厂说法不一，尤其是最近几年兴起的以三聚氰胺尾气制碱的厂家，把母液吸氨器安装位置提得很高。目前，没有母液吸氨器安装高度的具体计算，本文尝试通过伯努利方程计算来分析母液吸氨器内产生负压的影响因素，探讨母液吸氨器的安装高度，以此达到工程设计时能采用合理的安装高度。

1 母液吸氨流程简述

母液Ⅰ或母液Ⅱ（以下简称母液）经母液泵加压后送到母液吸氨器顶部入口，由收缩管进入喷嘴，在喷嘴出口处喷射成流束，此时位能转化为动能，母液的流速剧增（可达10～20m／s）而使吸气室内形成负压，将氨气从吸入口吸入，氨气经吸气室后与母液混合，并以很高的流速进入扩散管进行充分混合吸收。母液吸收氨气的同时流速降低，动能复又转化为位能，氨化母液从扩散管排出，母液吸氨流程示意见图1。

2 伯努利方程

以1kg质量的理想液体为基准时的伯努利方程式为：

图1 母液吸氨流程示意图

z1、z2分别为1—1＇及2—2＇截面与参考水平面间的垂直距离，m；

p1、p2分别为1—1＇及2—2＇截面上的液体压力，Pa；

u1、u2分别为1—1＇及2—2＇截面上的液体流速，m／s；

ρ为液体密度，kg／m3；

g为重力加速度，m／s2。

对于实际液体式（1）应修正为：

∑hf为1kg液体由1—1＇面流到2—2＇面的过程中共消耗的能量，称为摩擦阻力或流动阻力，J／kg。

3 计算

为简化计算，将吸氨器横放（实际生产中也有实例，如自贡鸿鹤股份），计算简图见图2 。

图2 计算简图

取母液进口处为1—1＇截面，喷嘴出口处为2—2＇截面，喷嘴中心线所在平面为基准面，列出伯努利方程如式（2）。

式中z1＝z2，忽略流动阻力∑hf，则喷嘴处压力p2为：

根据实际经验，母液进口流速u1一般取1.5～2.5m／s，此处取2m／s，母液密度ρ约为1 200kg／m3，（3）式简化为：

喷嘴处压力p2要为负压，即p2＜0，则要满足：举例说明，u2取15m／s，则p1最大为p1＝600u22－2 400＝600×152－2 400＝0.13MPa（表压），如果p1大于0.13MPa（表压），则喷嘴处为正压，将影响母液吸收氨气的效率。尤其是以三聚氰胺尾气制碱，由于三聚氰胺尾气压力接近常压，如果p1过大，造成p2正压过大，则母液将倒回三聚氰胺尾气管道，吸氨操作将无法进行。

4 母液吸氨器内产生负压的影响因素

由式（4）可知，影响喷嘴处压力p2的因素有两个，即母液进口压力p1和喷嘴处的流速u2。

4.1 母液进口压力p1的影响

母液进口压力p1与母液泵的扬程和母液吸氨器的安装高度有关，当母液泵的扬程已定，则p1由母液吸氨器的安装高度决定，安装高度越高，p1越小。

4.2 喷嘴处的流速u2的影响

喷嘴处流速u2的大小与母液流量和喷嘴直径有关，当母液吸氨器的数量已定，则每台母液吸氨器母液流量基本恒定，则u2由喷嘴直径大小决定，喷嘴直径越小u2越大。

5 探 讨

对于已经运行的生产装置，母液泵的扬程和母液吸氨器的安装高度已定，母液进口压力p1基本恒定，如果母液泵的扬程过高，而母液吸氨器的安装高度又过低，则可能造成p1偏大，母液吸氨器内负压过小或者产生正压，将影响母液吸氨器的吸氨效率，甚至无法正常生产。此时有三种解决方法：一是更换扬程小一些的母液泵；二是提高母液吸氨器的安装高度；三是缩小母液吸氨器的喷嘴直径。

例如：某碱厂有3台母液泵，2开1备。

流量Q＝400m3／h，扬程 H＝65m，电机功率N＝132kW。

母液吸氨器安装高度为26m，母液进口压力p1取0.13MPa，换算为液柱为0.13×106／ρg＝0.13×106／1 200×9.81≈11m，管道阻力约取5m，则母液泵的扬程可以调整为：

母液吸氨器安装高度＋母液进口压力p1＋管道阻力＝26＋11＋5＝42m

按此扬程选择H＝50m的母液泵即可。

即调整后的母液泵参数：流量Q＝400m3／h，扬程H＝50m，电机功率N＝110kW。

每年运行时间取8 000h，电费取0.45元／kWh，则每年节省的电费为：

（132－110）×8 000×0.45×2＝158 400元

对于正在设计中的生产装置，则应根据上述分析，合理选择母液泵的扬程，通过计算定出母液吸氨器最佳安装高度和母液吸氨器的喷嘴直径。这样可以防止母液泵的扬程过高而造成无为的动力损耗；降低母液吸氨器的安装高度，进而降低厂房高度，节省土建投资，对节能降耗会起到一定的作用。