盐酸装车尾气吸收改造及计算

王世周

（宁波镇洋化工发展有限公司，浙江宁波315204）

0.678 m，取塔径为0.7 m。

盐酸装车尾气吸收改造及计算

王世周

（宁波镇洋化工发展有限公司，浙江宁波315204）

将无机罐区装车盐酸尾气用真空机组和碱液吸收改成填料塔水喷射吸收，吸收水送到制酸岗位回收利用。介绍了工艺计算过程及改造实施的结果。

盐酸尾气；填料塔；水喷射吸收；计算

宁波镇洋化工公司每天生产150 t合成盐酸（部分自用）和300 t副产盐酸，无机罐区还有500 m3副产盐酸槽2个、300 m3合成盐酸槽1个。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 工艺流程

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735.75~1 128.15 Pa，1.5 kW。

2 工艺计算

2.1 工艺操作参数

混合气体处理量为2 000 m3/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=1.3 kg/m3。

2.2 盐酸装车尾气管径计算

实际测得Ⅰ号填料吸收塔进口压力为-748.8 Pa。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；ΣHf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，

z1≈z2，He=0，U2=0、△p=p1-p2=800 Pa。

采用的管道长度l=30 m，以装副产酸为准，共有3个弯头、2个三通、1个阀门。

则le=(13×35+2×5+300)D；

估算出管径D=0.3 m，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 吸收水量的计算

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》[1]，25℃饱和水蒸气压强为3 500 Pa，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》[1]HCl-水气液平衡线查得，Y1=0.021时，X1= 0.014 5，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 塔径计算

塔底混合气温度为25℃，压力为101.3 kPa，混合气近似空气，取密度为1.3 kg/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=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

由《化工工艺设计手册》通用压降关联图查得，纵坐标

取u=0.7uF=2.31（m/s），

0.678 m，取塔径为0.7 m。

2.5 填料层高度计算

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》[2]，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》[1]查得，气体性质（25℃，101.3 kPa空气计）：气体密度ρG=1.3 kg/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=1 000 kg/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=0.5 m；填料比表面积at=106.4 m2/m3；填料表面张力σC=40×10-3N/m；填料形状系数φ=1.45。

式中，V1G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69.9 kPa，

式中，M为液体摩尔质量，kg/mol。

计算得，KGa=7.17×10-4[kmol/（m3·s·kPa）]

KYa=KGaP=0.072 6[kmol/（m3·s）]

（2）传质单元数的计算

式中，Y1、Y2为气相进出口平衡浓度。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，Y*1=0.011；Y*2=0。

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

3 改造实施及结果

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0.5 m，填料高度取1.5 m。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17.5 m3/h、32 m、4 kW、2 900 r/min；Ⅱ号填料吸收塔吸收水泵参数：12 m3/h、20 m、1.5 kW、2 900 r/min。

装车盐酸尾气改为填料塔水喷射吸收后，吸收水送至制酸岗位循环利用，不消耗碱液，可达到环保排放标准。

[1]中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册（上册）.北京：化学工业出版社，2003.

[2]柴诚敬，刘国维，李阿娜主编.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，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