300m级盐酸副产盐酸槽中填料塔水喷射吸收工艺的研究

300m级盐酸副产盐酸槽中填料塔水喷射吸收工艺的研究

宁波市洋化工公司每天生产150吨合成盐酸（部分自我生产）和300吨副盐酸。还有两条5003m副产盐厂和一条3003m合成盐酸沟。每天盐酸装车和进酸会产生大量盐酸尾气,根据《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)必须吸收。以前通过真空机组和碱液吸收,真空机组负压过大,对贮槽构成风险;碱液消耗,现场有大量含盐废水排放,不能达到环保排放标准。现采用填料塔水喷射吸收,吸收水循环利用,不消耗碱液,能达到环保排放标准。1引风机监狱填料塔水喷射吸收工艺流程见图1。盐酸装车尾气先后进入Ⅰ号填料吸收塔、Ⅱ号填料吸收塔后,通过引风机排空。有2根盐酸贮槽尾气管,一根管线直接连接Ⅰ号填料塔,进塔之前设置阀门;一根管线连接正负压水封后连到Ⅱ号填料吸收塔。酸槽进酸时,打开盐酸尾气管进入Ⅰ号填料吸收塔阀门。根据盐酸贮槽所能承受的负压,选择引风机参数为735.75～1128.15Pa,1.5kW。2计算工艺2.1号填料吸收塔温度和湿度混合气体处理量为2000m3/h;混合气中HCl体积分数约为2%;相对湿度为80%;温度为25℃;常压操作;吸收率(计算Ⅰ号填料吸收塔)为95%;尾气接近大气密度,取密度PG=1.3kg/m3。2.2输气管道计算hf实际测得Ⅰ号填料吸收塔进口压力为-748.8Pa。由机械能衡算得:式中,z1、z2为液柱上、下面至基准面的垂直距离,m;p1、p2为气体进出口压力,Pa;u1、u2为气体进出口流速,m/s;∑Hf为管路的总压头损失,m;He为管路所需总压头,m;ρ为气体密度,kg/m3。输气管道中,采用的管道长度l=30m,以装副产酸为准,共有3个弯头、2个三通、1个阀门。估算出管径D=0.3m,则盐酸装车尾气管为DN300。式(2)中,λ为摩擦系数;Hf为管道总压头损失,m;l为管道长度,m;le为管道当量长度,m。2.3混合气进出塔的比摩尔组成混合气量混合气中,HCl含量81.8×0.02=1.636(kmol/h)=59.7(kg/h)。查《化工工艺设计手册》,25℃饱和水蒸气压强为3500Pa,则相对湿度为80%的混合气(空气+HCl)中水蒸气含量为:混合气中,水蒸气含量混合气中空气含量8.8-2.26=79.54(kmol/h)混合气进出塔的摩尔组成:y1=0.02,混合气体进出塔的比摩尔组成:混合气中,HCl含量很低,溶液中,HCl含量很低,溶液为稀溶液,符合亨利定律。由《化工工艺设计手册》HCl-水气液平衡线查得,Y1=0.021时,X1=0.0145,则最小吸收水量:式中,VB为气体的体积流量,m3/s;X1、X2溶剂进出塔的比摩尔组成;Y1、Y2为混合气进出塔的比摩尔组成。取安全系数为2,则吸收水量为:2.4混合气流量测量塔底混合气温度为25℃,压力为101.3kPa,混合气近似空气,取密度为1.3kg/m3。式中,u为空塔速度,m/s;uF为液泛速度,m/s;VS为混合气体体积流量,m3/s。塔底混合气流量V1=2000×1.3=2600(kg/h)吸收液流量L1=3960+1.636×0.95×36.5=4017(kg/h)查《化工工艺设计手册》,吸收液密度ρL=1000kg/m3;吸收液黏度μL=0.9(mPa·s)经比较,选Dg50塑料鲍尔环,其填料因子∅=120m-1,比表面积a1=106.4m2/m3。由《化工工艺设计手册》通用压降关联图查得,纵坐标2.5填料传质单元数计算用吸收过程传质单元数法求解填料层高度式中,HOG为传质单元高度,NOG为传质单元数。本计算条件下,HCl-水操作线式中,Y为溶质组分在气相中的摩尔比;X为溶质组分在液相中的摩尔比。(1)传质单元高度HOG的计算式中,H为溶解度系数,kmol/(m3·kPa);a为填料层的有效传质比表面积,m2/m3;Ω为填料塔横截面积,m2;KY为气相总吸收系数kmol/(m2·s);KG为气相总吸收系数,kmol/(m2·s·kPa);kG为气膜吸收系数,kmol/(m2·s·kPa);kL液膜吸收系数,kmol/(m2·s·kmol·m-3)。参考《化工原理课程设计》,采用蒽田氏计算填料湿润面积aw做为传质面积a,由《化工工艺设计手册》查得,气体性质(25℃,101.3kPa空气计):气体密度ρG=1.3kg/m3,气体黏度μG=0.018×10-3Pa·s,气体扩散系数DG=1.1×10-5m2/s;液体性质(以塔底20℃水为准):液体密度ρL=1000kg/m3,液体黏度μG=0.9×10-3Pa·s,液体扩散系数DG=1.44×10-9m2/s;液体表面张力σL=71.6×10-3N/m;Dg50塑料鲍尔环(乱堆)特性:填料当量直径dp=0.5m;填料比表面积at=106.4m2/m3;填料表面张力σC=40×10-3N/m;填料形状系数φ=1.45。式中,LG为液体质量流速,式中,VG1为气体质量流速,查得本设计条件下低浓度HCl水溶液亨利系数E为69.9kPa,式中,M为液体摩尔质量,kg/mol。计算得,KGa=7.17×10-4[kmol/(m3·s·kPa)](2)传质单元数的计算式中,Y1、Y2为气相进出口平衡浓度。气相平衡浓度Y*=mX(10)式中,m为相平衡常数。由HCl—水操作线Y=2.766X+0.001;(Y1=0.021;Y2=0.001)计算得,Y1*=0.011;Y2*=0。代入(9)中,得NOG=0.564,则填料层高度Z=HOGNOG=2.086m,取25%的富余量,则填料层高度Z=3环保参数经过Ⅰ号填料吸收塔后有95%的HCl能被吸收,所以Ⅱ号吸收塔参照Ⅰ号吸收塔,尺寸相对小一些,塔径取0.5m,填料高度取1.5m。尾气经过Ⅰ号和Ⅱ号填料吸收塔后,基本上达到零排放。吸收水泵利用该公司其他装置的旧泵,减少了投资。Ⅰ号填料吸收塔吸收水泵参数为17.5m3/h、32m、4kW、2900r/min;Ⅱ号填料吸收塔吸收水泵参数:12m3/h、20m、1.5kW、2900r/min。装车盐酸尾气改为填料