300m級(jí)鹽酸副產(chǎn)鹽酸槽中填料塔水噴射吸收工藝的研究

300m級(jí)鹽酸副產(chǎn)鹽酸槽中填料塔水噴射吸收工藝的研究

寧波市洋化工公司每天生產(chǎn)150噸合成鹽酸（部分自我生產(chǎn)）和300噸副鹽酸。還有兩條5003m副產(chǎn)鹽廠和一條3003m合成鹽酸溝。每天鹽酸裝車和進(jìn)酸會(huì)產(chǎn)生大量鹽酸尾氣,根據(jù)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)必須吸收。以前通過真空機(jī)組和堿液吸收,真空機(jī)組負(fù)壓過大,對(duì)貯槽構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn);堿液消耗,現(xiàn)場(chǎng)有大量含鹽廢水排放,不能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)采用填料塔水噴射吸收,吸收水循環(huán)利用,不消耗堿液,能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。1引風(fēng)機(jī)監(jiān)獄填料塔水噴射吸收工藝流程見圖1。鹽酸裝車尾氣先后進(jìn)入Ⅰ號(hào)填料吸收塔、Ⅱ號(hào)填料吸收塔后,通過引風(fēng)機(jī)排空。有2根鹽酸貯槽尾氣管,一根管線直接連接Ⅰ號(hào)填料塔,進(jìn)塔之前設(shè)置閥門;一根管線連接正負(fù)壓水封后連到Ⅱ號(hào)填料吸收塔。酸槽進(jìn)酸時(shí),打開鹽酸尾氣管進(jìn)入Ⅰ號(hào)填料吸收塔閥門。根據(jù)鹽酸貯槽所能承受的負(fù)壓,選擇引風(fēng)機(jī)參數(shù)為735.75～1128.15Pa,1.5kW。2計(jì)算工藝2.1號(hào)填料吸收塔溫度和濕度混合氣體處理量為2000m3/h;混合氣中HCl體積分?jǐn)?shù)約為2%;相對(duì)濕度為80%;溫度為25℃;常壓操作;吸收率(計(jì)算Ⅰ號(hào)填料吸收塔)為95%;尾氣接近大氣密度,取密度PG=1.3kg/m3。2.2輸氣管道計(jì)算hf實(shí)際測(cè)得Ⅰ號(hào)填料吸收塔進(jìn)口壓力為-748.8Pa。由機(jī)械能衡算得:式中,z1、z2為液柱上、下面至基準(zhǔn)面的垂直距離,m;p1、p2為氣體進(jìn)出口壓力,Pa;u1、u2為氣體進(jìn)出口流速,m/s;∑Hf為管路的總壓頭損失,m;He為管路所需總壓頭,m;ρ為氣體密度,kg/m3。輸氣管道中,采用的管道長(zhǎng)度l=30m,以裝副產(chǎn)酸為準(zhǔn),共有3個(gè)彎頭、2個(gè)三通、1個(gè)閥門。估算出管徑D=0.3m,則鹽酸裝車尾氣管為DN300。式(2)中,λ為摩擦系數(shù);Hf為管道總壓頭損失,m;l為管道長(zhǎng)度,m;le為管道當(dāng)量長(zhǎng)度,m。2.3混合氣進(jìn)出塔的比摩爾組成混合氣量混合氣中,HCl含量81.8×0.02=1.636(kmol/h)=59.7(kg/h)。查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》,25℃飽和水蒸氣壓強(qiáng)為3500Pa,則相對(duì)濕度為80%的混合氣(空氣+HCl)中水蒸氣含量為:混合氣中,水蒸氣含量混合氣中空氣含量8.8-2.26=79.54(kmol/h)混合氣進(jìn)出塔的摩爾組成:y1=0.02,混合氣體進(jìn)出塔的比摩爾組成:混合氣中,HCl含量很低,溶液中,HCl含量很低,溶液為稀溶液,符合亨利定律。由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》HCl-水氣液平衡線查得,Y1=0.021時(shí),X1=0.0145,則最小吸收水量:式中,VB為氣體的體積流量,m3/s;X1、X2溶劑進(jìn)出塔的比摩爾組成;Y1、Y2為混合氣進(jìn)出塔的比摩爾組成。取安全系數(shù)為2,則吸收水量為:2.4混合氣流量測(cè)量塔底混合氣溫度為25℃,壓力為101.3kPa,混合氣近似空氣,取密度為1.3kg/m3。式中,u為空塔速度,m/s;uF為液泛速度,m/s;VS為混合氣體體積流量,m3/s。塔底混合氣流量V1=2000×1.3=2600(kg/h)吸收液流量L1=3960+1.636×0.95×36.5=4017(kg/h)查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》,吸收液密度ρL=1000kg/m3;吸收液黏度μL=0.9(mPa·s)經(jīng)比較,選Dg50塑料鮑爾環(huán),其填料因子?=120m-1,比表面積a1=106.4m2/m3。由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》通用壓降關(guān)聯(lián)圖查得,縱坐標(biāo)2.5填料傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算用吸收過程傳質(zhì)單元數(shù)法求解填料層高度式中,HOG為傳質(zhì)單元高度,NOG為傳質(zhì)單元數(shù)。本計(jì)算條件下,HCl-水操作線式中,Y為溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比;X為溶質(zhì)組分在液相中的摩爾比。(1)傳質(zhì)單元高度HOG的計(jì)算式中,H為溶解度系數(shù),kmol/(m3·kPa);a為填料層的有效傳質(zhì)比表面積,m2/m3;Ω為填料塔橫截面積,m2;KY為氣相總吸收系數(shù)kmol/(m2·s);KG為氣相總吸收系數(shù),kmol/(m2·s·kPa);kG為氣膜吸收系數(shù),kmol/(m2·s·kPa);kL液膜吸收系數(shù),kmol/(m2·s·kmol·m-3)。參考《化工原理課程設(shè)計(jì)》,采用蒽田氏計(jì)算填料濕潤(rùn)面積aw做為傳質(zhì)面積a,由《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得,氣體性質(zhì)(25℃,101.3kPa空氣計(jì)):氣體密度ρG=1.3kg/m3,氣體黏度μG=0.018×10-3Pa·s,氣體擴(kuò)散系數(shù)DG=1.1×10-5m2/s;液體性質(zhì)(以塔底20℃水為準(zhǔn)):液體密度ρL=1000kg/m3,液體黏度μG=0.9×10-3Pa·s,液體擴(kuò)散系數(shù)DG=1.44×10-9m2/s;液體表面張力σL=71.6×10-3N/m;Dg50塑料鮑爾環(huán)(亂堆)特性:填料當(dāng)量直徑dp=0.5m;填料比表面積at=106.4m2/m3;填料表面張力σC=40×10-3N/m;填料形狀系數(shù)φ=1.45。式中,LG為液體質(zhì)量流速,式中,VG1為氣體質(zhì)量流速,查得本設(shè)計(jì)條件下低濃度HCl水溶液亨利系數(shù)E為69.9kPa,式中,M為液體摩爾質(zhì)量,kg/mol。計(jì)算得,KGa=7.17×10-4[kmol/(m3·s·kPa)](2)傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算式中,Y1、Y2為氣相進(jìn)出口平衡濃度。氣相平衡濃度Y*=mX(10)式中,m為相平衡常數(shù)。由HCl—水操作線Y=2.766X+0.001;(Y1=0.021;Y2=0.001)計(jì)算得,Y1*=0.011;Y2*=0。代入(9)中,得NOG=0.564,則填料層高度Z=HOGNOG=2.086m,取25%的富余量,則填料層高度Z=3環(huán)保參數(shù)經(jīng)過Ⅰ號(hào)填料吸收塔后有95%的HCl能被吸收,所以Ⅱ號(hào)吸收塔參照Ⅰ號(hào)吸收塔,尺寸相對(duì)小一些,塔徑取0.5m,填料高度取1.5m。尾氣經(jīng)過Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)填料吸收塔后,基本上達(dá)到零排放。吸收水泵利用該公司其他裝置的舊泵,減少了投資。Ⅰ號(hào)填料吸收塔吸收水泵參數(shù)為17.5m3/h、32m、4kW、2900r/min;Ⅱ號(hào)填料吸收塔吸收水泵參數(shù):12m3/h、20m、1.5kW、2900r/min。裝車鹽酸尾氣改為填料