鹽酸裝車尾氣吸收改造及計算

王世周

（寧波鎮洋化工發展有限公司，浙江寧波315204）

0.678 m，取塔徑為0.7 m。

鹽酸裝車尾氣吸收改造及計算

王世周

（寧波鎮洋化工發展有限公司，浙江寧波315204）

將無機罐區裝車鹽酸尾氣用真空機組和堿液吸收改成填料塔水噴射吸收，吸收水送到制酸崗位回收利用。介紹了工藝計算過程及改造實施的結果。

鹽酸尾氣；填料塔；水噴射吸收；計算

寧波鎮洋化工公司每天生產150 t合成鹽酸（部分自用）和300 t副產鹽酸，無機罐區還有500 m3副產鹽酸槽2個、300 m3合成鹽酸槽1個。每天鹽酸裝車和進酸會產生大量鹽酸尾氣，根據《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）必須吸收。以前通過真空機組和堿液吸收，真空機組負壓過大，對貯槽構成風險；堿液消耗，現場有大量含鹽廢水排放，不能達到環保排放標準。現采用填料塔水噴射吸收，吸收水循環利用，不消耗堿液，能達到環保排放標準。

1 工藝流程

填料塔水噴射吸收工藝流程見圖1。

鹽酸裝車尾氣先后進入Ⅰ號填料吸收塔、Ⅱ號填料吸收塔后，通過引風機排空。有2根鹽酸貯槽尾氣管，一根管線直接連接Ⅰ號填料塔，進塔之前設置閥門；一根管線連接正負壓水封后連到Ⅱ號填料吸收塔。酸槽進酸時，打開鹽酸尾氣管進入Ⅰ號填料吸收塔閥門。

根據鹽酸貯槽所能承受的負壓，選擇引風機參數為735.75~1 128.15 Pa，1.5 kW。

2 工藝計算

2.1 工藝操作參數

混合氣體處理量為2 000 m3/h；混合氣中HCl體積分數約為2%；相對濕度為80%；溫度為25℃；常壓操作；吸收率（計算Ⅰ號填料吸收塔）為95%；尾氣接近大氣密度，取密度PG=1.3 kg/m3。

2.2 鹽酸裝車尾氣管徑計算

實際測得Ⅰ號填料吸收塔進口壓力為-748.8 Pa。由機械能衡算得：

式中，z1、z2為液柱上、下面至基準面的垂直距離，m；p1、p2為氣體進出口壓力，Pa；u1、u2為氣體進出口流速，m/s；ΣHf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，

z1≈z2，He=0，U2=0、△p=p1-p2=800 Pa。

采用的管道長度l=30 m，以裝副產酸為準，共有3個彎頭、2個三通、1個閥門。

則le=(13×35+2×5+300)D；

估算出管徑D=0.3 m，則鹽酸裝車尾氣管為DN300。

式（2）中，λ為摩擦系數；Hf為管道總壓頭損失，m；l為管道長度，m；le為管道當量長度，m。

2.3 吸收水量的計算

混合氣中，HCl含量81.8×0.02=1.636（kmol/h）= 59.7（kg/h）。

查《化工工藝設計手冊》[1]，25℃飽和水蒸氣壓強為3 500 Pa，則相對濕度為80%的混合氣（空氣+ HCl）中水蒸氣含量為：

混合氣中空氣含量8.8-2.26=79.54（kmol/h）

混合氣進出塔的摩爾組成：y1=0.02，

混合氣體進出塔的比摩爾組成：

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《化工工藝設計手冊》[1]HCl-水氣液平衡線查得，Y1=0.021時，X1= 0.014 5，則最小吸收水量：

式中，VB為氣體的體積流量，m3/s；X1、X2溶劑進出塔的比摩爾組成；Y1、Y2為混合氣進出塔的比摩爾組成。

取安全系數為2，則吸收水量為：

2.4 塔徑計算

塔底混合氣溫度為25℃，壓力為101.3 kPa，混合氣近似空氣，取密度為1.3 kg/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=2 000×1.3=2 600（kg/h）

吸收液流量L1=3 960+1.636×0.95×36.5

=4 017（kg/h）

查《化工工藝設計手冊》，吸收液密度ρL=1000kg/m3；吸收液黏度μL=0.9（mPa·s）

經比較，選Dg50塑料鮑爾環，其填料因子

由《化工工藝設計手冊》通用壓降關聯圖查得，縱坐標

取u=0.7uF=2.31（m/s），

0.678 m，取塔徑為0.7 m。

2.5 填料層高度計算

用吸收過程傳質單元數法求解填料層高度式中，HOG為傳質單元高度，NOG為傳質單元數。

本計算條件下，HCl-水操作線

式中，Y為溶質組分在氣相中的摩爾比；X為溶質組分在液相中的摩爾比。

（1）傳質單元高度HOG的計算

式中，H為溶解度系數，kmol/（m3·kPa）；a為填料層的有效傳質比表面積，m2/m3；Ω為填料塔橫截面積，m2；KY為氣相總吸收系數kmol/（m2·s）；KG為氣相總吸收系數，kmol/（m2·s·kPa）；kG為氣膜吸收系數，kmol/（m2·s·kPa）；kL液膜吸收系數，kmol/（m2·s·kmol·m-3）。

參考《化工原理課程設計》[2]，采用蒽田氏計算填料濕潤面積aw做為傳質面積a，由《化工工藝設計手冊》[1]查得，氣體性質（25℃，101.3 kPa空氣計）：氣體密度ρG=1.3 kg/m3，氣體黏度μG=0.018×10-3Pa·s，氣體擴散系數DG=1.1×10-5m2/s；液體性質（以塔底20℃水為準）：液體密度ρL=1 000 kg/m3，液體黏度μG=0.9×10-3Pa·s，液體擴散系數DG=1.44×10-9m2/s；液體表面張力σL=71.6×10-3N/m；Dg50塑料鮑爾環（亂堆）特性：填料當量直徑dp=0.5 m；填料比表面積at=106.4 m2/m3；填料表面張力σC=40×10-3N/m；填料形狀系數φ=1.45。

式中，V1G為氣體質量流速，

查得本設計條件下低濃度HCl水溶液亨利系數E為69.9 kPa，

式中，M為液體摩爾質量，kg/mol。

計算得，KGa=7.17×10-4[kmol/（m3·s·kPa）]

KYa=KGaP=0.072 6[kmol/（m3·s）]

（2）傳質單元數的計算

式中，Y1、Y2為氣相進出口平衡濃度。式中，m為相平衡常數。

由HCl—水操作線Y=2.766X+0.001；（Y1= 0.021；Y2=0.001）計算得，Y*1=0.011；Y*2=0。

代入（9）中，得NOG=0.564，則填料層高度Z= HOGNOG=2.086 m，取25%的富余量，則填料層高度Z= 1.25×2.086=2.6 m。

3 改造實施及結果

經過Ⅰ號填料吸收塔后有95%的HCl能被吸收，所以Ⅱ號吸收塔參照Ⅰ號吸收塔，尺寸相對小一些，塔徑取0.5 m，填料高度取1.5 m。尾氣經過Ⅰ號和Ⅱ號填料吸收塔后，基本上達到零排放。吸收水泵利用該公司其他裝置的舊泵，減少了投資。Ⅰ號填料吸收塔吸收水泵參數為17.5 m3/h、32 m、4 kW、2 900 r/min；Ⅱ號填料吸收塔吸收水泵參數：12 m3/h、20 m、1.5 kW、2 900 r/min。

裝車鹽酸尾氣改為填料塔水噴射吸收后，吸收水送至制酸崗位循環利用，不消耗堿液，可達到環保排放標準。

[1]中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊（上冊）.北京：化學工業出版社，2003.

[2]柴誠敬，劉國維，李阿娜主編.化工原理課程設計.天津：天津科學技術出版社，1994.

Transformation and calculation of absorption system of hydrochloric acid car loading end gas

WANG Shi-zhou
(Ningbo Zhenyang Chemical development Co.,Ltd.,Ningbo 315204,China)

The hydrochloric acid car loading end gas was absorbed by packing tower water instead of vacuum unit and caustic soda.The water was recycled.The transformation and calculation process was introduced.

hydrochloric acid end gas;packing tower;water injection absorption;calculation

TQ114.26

B

1009－1785(2011)01-0045-03

2010-09-20