（化学工程专业论文）污水汽提改造及存在问题分析.pdf

摘要 本文针对污水汽提装置增加处理量的缴产要求，对存在电离平衡韵潜水汽提 塔从理论上对其工艺特点和各种因素对其操作的影响进行了详细分析，建立包含 嘏离平衡和化学平衡的污水汽撬塔的数学模型，并采用经实践证明的收簸算法进 行求解，根据求解的结果和c t s t 塔盘的特点决定谯用c t s t 蟮盘，对改造后操 僚处于不正常状态的污求汽提塔进行了理论分析，并在诧基獭上提爵其体的改造 方案，此方案已在锦两石化分公司重油催化裂化联含车间污水汽提装置上应用； 辩污袁汽挺麴磊续装麓氨精制系统存在鹣阔瑟谶行了细致豹分享厅霸麓改。其 体研究内容如下： l 、建立污承汽撬垮静m e s h 方程维粒证学平鬻、电离乎褥方程缀； 2 、用经实践证明的行之有效的收敛算法( 松弛法) 求解模型方程组； 3 、慰黪褥裂熬诗舞结果与生产数螽魄较帮分援，礁谈箕壤礁注； 4 、全面分析了c t s t 塔盘的优缺点，以模型求解结果为依据，经过综合考虑 霞爨攘标要求、投资、王麓、能鬏笛各方藿，确定捷鲻c t s t 垮纛对嚣承 汽提塔进行扩自改造； 5 、详缨裁板7 污农汽提塔怒c t s t 塔盘改造蘑躐现目蘧瓣原因；势掇爨了具 体改造方案和对操作参数的调整； 6 、对改造方案进行计算，锻勰j 比方寨戆满足生产指标要求； 7 、分析了氨精制系统存在的问题，提出了具体舟勺整改措施并实施。 关键词：污水汽提塔，操作分据，改造方察，氨精制，改进 a b s t r a c t t h et h e s i sa n a l y s e st h et e c h n o l o g i c a lc h a r a c t e rm a da l lf a c t o r si n f l u e n c eo nt h eo p e r a t i o n t h e o r e t i c a l l yi nd e t a i l si nv i e wo ft h ep r o d u c t i o nr e q u i r e m e n tt h a tt h ew a s t e w a t e rs t r i p p i n g t o w e ri n c r e a s ep r o c e s s i n gc a p a c i t yc o n c e r n i n gt h ew a s t ew a t e rw i t hi o n i z a t i o nb a l a n c e i t e s t a b l i s h e st h em a t hm o d e lo ft h ew a s t e w a t e rs t r i p p i n gt o w e rc o n t a i n i n gi o n i z a t i o nb a l a n c e ， c h e m i s t r yb a l a n c ea n dp h a s eb a l a n c ea n df i n dt h es o l u t i o na d o p t i n gt h ep r a c t i c a l l yp r o v e d c o n v e r g e n c ea l g o r i t h m c t s ti sc h o s e na c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft h ec o m p u t i n gc t s ta n d f e a t u r eo fc t s tt og i v et h e o r e t i c a la n a l y s i so fw a s t e w a t e rs t r i p p i n gt o w e ri na b n o r m a ls t a t u s a b o u to p e r a t i o na f t e rr e f o r m a t i o n b a s e do nw h i c ht op u tf o r w a r dt h es p e c i f i cr e f o r m a t o r y s c h e m e ，a p p l i e di nt h ei n s t a l l a t i o no fw a s t ew a t e rs t r i p p i n gt o w e ri nr f c c p r o b l e m sw i t ht h e f o l l o w - u pw a s t ew a t e rs t r i p p i n gt o w e ri n s t a l l a t i o n - n h 3r e f i n e m e n ts y s t e mh a v eb e e nm i n u t e l y a n a l y z e da n dr e f o r m e d t h ec o n c r e t ec o n t e n ti s 鹪f o l l o w s ： 1 t oe s t a b l i s ht h ee q u a t i o ng r o u p sa b o u tw a s t e w a t e rs t r i p p i n gt o w e rm e s ha n de q u a t i o n g r o u p si n c l u d i n gi o n i z a t i o nb a l a n c e ，c h e m i s t r yb a l a n c ea n dp h a s eb a l a n c e 2 t of i n dt h es o l u t i o no ft h em o d e le q u a t i o ng r o u p sa d o p t i n gt h ee f f e c t i v ea n dp r a c t i c a l l y p r o v e dc o n v e r g e n c ea l g o r i t h m 3 t oc o m p a r ea n da n a l y z et h ea c q u i r e dc o m p u t i n gs o l u t i o na n d p r o d u c t i o nd a t aa n da f f i r m t h ep r e c i s i o n 4 t oa n a l y z et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa l la r o u n da b o u tc t s ta n dd e c i d et ou s e c t s tt or e f o r mt h ew a s t e w a t e rs t r i p p i n gt o w e rb yc o m p r e h e n s i v e l y c o n s i d e r i n gt h e r e q u i r e m e n to fq u a l i t yq u o t a , i n v e s t m e n t , t i m el i m i tf o rt h ep r o j e c t ，e n e r g yc o n s u m p t i o na n d s oo n 5 t od i s s e c tt h ec a u s eo ft h ep r o b l e ma r i s i n ga f t e rt h er e f o r m a t i o no ft h ew a s t ew a t e r s t r i p p i n gt o w e rb yc t s t 6 t oc o m p u t et h er e f o r m a t i o np l a na n dp r o v et h a ti tc a ns a t i s f yt h en e e d so fp r o d u c t i o n t a r g e t 7 t oa n a l y z et h ee x i s t i n gp r o b l e mo fn i - 1 3r e f i n e m e n ts y s t e ma n d p u tf o r w a r dt h ec o n c r e t e r e f o r m a t o r ym e a s u r e sa n dp u tt h e mi n t op r a c t i c e k e y w o r d s ：w a s t ew a t e rs t r i p p i n gt o w e r ，o p e r a t i o na n a l y s i s 。r e f o r m a t o r yp l a n , n h 3 r e f i n e m e n ts y s t e mi m p r o v e m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弯呷臣 签字日期：? 一口厂年2 月彳3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全也解丕壅拦有关保留、使用学位论文的规定。特授 权丞洼盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 季呷隹 导师签名：躺砬、 签字日期：珈5 年工月哆日 签字日期：山疗年二月哆日 第章前言 第一章前言 炼油厂的常减臌蒸馏、催纯裂化、延迟焦纯、加氢精制、加氢裂化等一、 二次加工装置在把服油通过物理或化学过程加工成为汽油、柴油等燃料油和 滚纯气、纯工产晶豹葡靖，会产生大登的工艺游承，污水中含有n h ”h 2 s 、 二氧化碳及少量的烃油、水溶性有机物如酚等各种有害物质，因含有较多量 豹酸性组分，蘸在薅涵厂逮称其势酸穆窳。疆罄遴墨藤溃鸯羹工量弱灌螽、嚣 油加工程度的提高朔污水排放标准的日益提高，如何处理含硫、含氮污水， 跫越来越受至l 重援。 1 9 9 2 年，当时的李鹏总理参加了狂巴西里约热内卢举行的联合阑环境与 发展大会，含硫、会氮污水汽提工艺作为我国潢滤生产鲍典型代表在大会期 间展出 1 1 。2 0 0 0 年豳家经贸蚕国经贸摄源 2 0 0 0 】1 3 7 号文件关于公布国家 黧点行业滴洁生产技术导向鞠录( 第一批) 的通知中，明确指示食硫、含 氮污承汽掇技术属予清洁生产技术，鼹经生产实践证明蒸有瞬显酌环境效 黼、经济效益和社会效益的投术，完全可以在本行业同类性质的生产装置上 推广篌蔫。 含硫、氮污水的处理，圈内外较为成熟的工蕊有空气氯化法、蒸汽汽提 淡浚及啜牧一汽鬟滋，蓬疼藏震懿有窑气氧芘法秘蒸汽汽撬法，其孛蒸汽汽 提法工艺猩国内炼油厂占主导地位。它利用水蒸汽汽提原理使酸性水得到净 健，使酸慑农本质食辏，达橼撵藏。 与锦西石化分公司重油催化裂化装雹相配套的含硫、含氮污水汽提装置 采用单塔加压汽提工艺，由洛阳石化工程公司设计，原设计处理能力为4 0 t h 设计原料为催化裂纯和加氯精翻酸性水，镦产出【h 2 s 8 2 0 3 。+ 2 0 h 。 $ 2 0 3 。+ 2 0 2 + 2 0 h 2 8 0 4 + h 2 0 此法适用于处理加工低含硫原油所产生的含硫污水，但排放气体中含有 h 2 s ，需经其它方法处理，典型流程如图2 1 所示。 图2 - 1空气氧化法处理流程 第二苹义献综述 2 1 。2 水蒸汽汽撼法 主要有单塔汽掇、单塔加压侧线抽氮汽提、双塔汽提婶三种类测。分别 觅图2 2 、2 - 3 、2 4 。 含硫海水中的硫、氨在水中以铵盐的形式存在，经加热即能分解成h 2 s 和n h 3 ，当水蒸汽邋入液相污水中，由于汽相中的h 2 s 和氮组分的分压低于 平衡时的蒸汽压，所以它们由液相转入汽相，汽、液相平裙关系如下： n i - h + + h s + 亏兰卜删s - - - - n h 3 个+ h 2 s i n i - h + + h c 0 3 。 ：兰n i - h h c 0 3on 毯3 争+ h 2 0 + e 0 2 卞 圈2 - 2 单塔汽提流程阐 单塔汽提法具有流程简单、操作方便、投资少、能耗低、净化水质好等 优点，缺点是不能测收n h 3 ，没有彻底消除污染，但汽提出来的混念气体可 潮作硫磺阐收装置的原料气，它只适用于处理低浓度豹含硫污永。 单塔加压侧线抽氨流程是我国自主开发的、具有先进技术经济指标的新 工艺，其潺程篱萃、投资少、戆耗低，可同时翻收离凌度酌n h 3 、h 2 s ，操 作平稳、灵活，适用于处理中等浓度的含硫污水，本装置即采用此法。 莘塔汽提麓线麴氨工艺鬻介麴下：该燕豹藏料污承觚塔静上段入塔；辫 顶排除硫化氮；高浓度氨蒸汽从塔中部侧线抽出，去分凝和氨精制系统；塔 感密洚纯承，一部分冷促拳缝褥涕器发囊蒸汽蜃，返嚣塔淘箨为茂掇蒸汽( 遣 第二章文献综述 掰毫接逮入蒸汽) 。将一定量( 终占聚誊霉疼总蠡懿2 0 3 0 ) 懿冷驻料污承 赢接打入汽提塔顶部作冷却吸收水。在汽提塔中，由于塔上部硫化飙精馏段 冷却吸收秘堪下部氨汽提段强制汽提配双重作鼹，使氨向避的中部( 侧线 蠹 出口) 集聚，形成个氨的离浓区，可将此富氨汽从侧线铀出，侧线描出富 氮汽中氨浓度一般为1 5 一2 0 ：从侧线抽出的寅氨汽经三级分凝殿可得到 筑度这9 9 毅上的氨气，僵该氨气中镪存在徽蠢豹硫纯氢簿杂质，缝过结晶 罐结晶、吸附塔吸附后，氨气中的硫化氮含量小于1 0 m l m 3 。此后的氨气再 缀遘沉酶罐豫去瓤械荣矮螽塞氨莲缠凝嬷嚣滚纯鞫褥裂产赫滚氨。 氨气的精制一般采用氨结晶工艺。结晶器的工作原理较简单，结晶罐的 僬湛耳凌霹采月注入产基波畿铡冷嚣方法来实瑷，结晶罐黥操接瀣发梵0 - - 7 - e ，低温下硫化氢和氨发生反应生成硫氮化铵并凝华为晶体。氨气中残存的 极微量的硫让氢和其他杂质如黔、氰等缀分可采孀活性炭戏活性氧化铝等吸 附去除。结磊罐和暇附塔均w 再生使用，当精制效率下降时，可切换新的结 蹦罐，向失效结晶罐内注入工业水溶掉结晶物，冲洗水送疆原料污水中再 亍 处理。失效的吸辫臻可翊过热蒸汽进行魄扫恢复活性，欧扫尾气送豳汽提塔 内处理。 双塔汽提法嚣蓊嚣内外广泛采焉，较蕈塔汽箍法毫嚣蔻鹬麓臻脱氨率， n h 3 与h 2 s 均得到嘲收，产品纯度高，净化水质好，高低浓度的含硫污水均 麓处理，簇建法滚穗复杂，撩蜜较多，麓耗鞍麓。 双塔汽提工艺流程简介如下： 含硫涎承经原糕水泵舞滕蜃分嚣黪筵芝入硫纯氯汽提塔，一路与蹶越求换 热升温后进入汽提塔的中上郝，而另一路作为冷进料直接进入汽提塔的上 部，脱硫塔底的热滚用再沸器或直接蒸汽提供，污水中的硫化氢由塔顶经气 液分离罐分离后出鼗置作为硫磺回收装置的原料 脱硫塔的塔底净化水进入 氨汽提塔的上部，塔底热源由洱沸器或赢接蒸汽提供，含氨蒸汽由塔顶排除， 冷却并经分渡罐分离蓐的氨气撵出装鬣鬣翎氨水躐迸一步精铺后翻藏液氨， 分液罐的液相一部分作为塔顶冷回流返回到装置，另一部分返回到原料罐或 缀糖象入瓣，净纯窳簿赛装嚣。 第二章文献综述 图2 - 3单塔汽提侧线出氨流稷图 图2 - 4双塔汽提瀛程匣 2 2 塔设备的数学模型麓余 本文研究体系属于n h 3 - - h 2 s c 0 2 一h 2 0 ，浮水汽提塔中进行着化学平 缀、电离平缀、脱吸、吸收过凝。故此先麓要贪缨一下与鼗鸯关的塔设各酶 数学模型。 有众多的文献对炼油化工正艺中的脱吸、吸收过程的数学模型进簿了报 道，脱吸、投投、精馏等过程数学模型肖通用性。建模方法有利用守恒关系 的机理建模法、系统辩识与参数估计法、统计回归法、人工神经网络法等多 蔓三望塞堕堡垄 种，从系统中各变量与时间的关系，可以分为静态和动态模型，从建模机理 上，可分为平衡级和非平衡级模型，前者利用汽液平衡方程描述汽、液相间 的传质过程，后者则利用传质、传热方程描述汽液相间的传质、传热过程。 由于本文研究工作是对塔进行设计，且传质、传热方程很难获得，故本文用 静态平衡级模型来模拟。 此种模型是建立在塔板上汽、液两相互呈平衡，液相组成均匀一致概念 基础上的数学模型，早在18 9 3 年，s o r e l 提出了在恒摩尔流，离开塔板汽、 液两相传质和传热均达平衡假设基础上的数学模型，它包括各级的总物料平 衡方程、相平衡方程，归一化方程，焓平衡方程，即m e s h 方程。 设有一个n 块理论板、待分离物系含有c 个组分、有中间进出料的复杂 塔，其基本方程组是( 各符号意义参见附录) 【3 】： l 、相平衡方程组( e 方程组) ，共c n 个方程： y i j2k o x o1 i c ；l j n 下标i 和j 分别表示组分号和板号 2 、各组分的物料平衡方程组( m 方程组) ，c n 个方程： 1 4 板( 冷凝器) ： v 2 y i ，2 - - v i y i ，1 + ( s 1 + l 1 ) x i ，1 = 0 r 板( 2 j n - 1 ) f j z i j + l j 1 x i j 1 + v j + ly i , j + l - - ( l j + s j ) x i , j - - ( v j + g j ) y i j = 0 n “板( 再沸器) ： l n i x i ，n 1 一( v n + g n ) y i ，n l n x i ，n = 0 3 、焓平衡方程组( h 方程组) ，n 个方程： 1 “板( 冷凝器) ： v 2 h 2 ”v 1 h l 。+ ( l i + s 1 ) h i l q j = 0 j ”板 ( 2 j n 1 ) v j h j + v j + 1h j + l + l j 1h j 1 l + q j + ( v j + g j ) h j v ( l j + s j ) h j 。= o n 4 板( 再沸器) ： l n 1 h n i l + q n ( v # - g n ) h n v - l n h n l = 0 以上诸式中h 。和h 。分别表示汽相和液相焓，h f 则表示进料的焓。 第二章文献综述 4 、分予分数搬移式( s 方程) ，2 n 个方程： c ek - - 1 = 0 1 j n i 1 o xx - - 1 = 0 1 j = n i 篇1 对本文艨涉及斡撂发蛙弱电解矮锩系，豫稳警 簸癸 丕蠢纯学乎籀、电离 平衡和水解平衡，故还要加上相应的平衡方程，才能构成究整的模型。 e d w a r d s 等把处理离子一离子相互佟用获褥成功的半经验p i t z e r 方程用 予同时含有离子和分子两类溶质的弱电解质体系，作出了县有开创性的工 作。之后w i l s o n 、b e u i t e r 、c h e n 、b e m d i s 、周家驹等人对此类热力学平衡计 算进行了深入的磷究，其中周窳驹l 美e d w a r d s 穰罄为基础瓣活度系数方程佟 了修正，大大提高了n h 3 一h 2 0 c 0 2 和h 2 s n h 3 一h 2 0 两种物系的计算准 镶凌，餐没有对珏2 s n 珏3 一珏2 0 e 0 2 溺元谚系避李亍诗雾，对模羧浮求汽舞 塔疑有其局限性。吴俊生、唐小淇则采用了s w e q 模型，对h 2 s n h 3 h 2 0 - - c 0 2 疆元薅系的浮零汽挺塔避孬了攘熬，势绘爨了一势瑟瓣算法。逶蓬黠 几种模型的考核，本文采用s w e q 模型及其算法。 第三章装置简介与工艺特点分析 第三章装置简介与工艺特点分析 31 装置概况 锦西石化分公司重催污水处理装置是该车间的一个环保装置，于1 9 9 8 年8 月2 3 日投产，原设计为处理重催联合装置产生的污水配套，处理量为 4 0 t h 。随着锦西石化分公司原油z n - r 量的增加，为降低生产成本，分公司要 求该装置为处理全分公司的含硫、含氮污水配套处理量要达到6 0 1 2 0t h 。 本装置采用单塔加压侧线抽出汽提工艺，污水汽提塔是本装置的核心设 备，塔底用重沸器加热产生蒸汽，把h 2 s 和n h 3 汽提出来，塔底得到符台 要求的净化水，侧线抽出的富氨气经三级降温降压分凝脱水、精制可得液氨， 汽提出的h z s 用作制硫装置的原料。 3 2 工艺流程说明 图3 - 1 污水汽提塔示意图 如图3 - 1 所示，脱气、除油后的酸性水经原料水泵加压后分成两路，一 路经冷却至4 0 ( 2 后进入汽提塔塔顶( 称为冷进料) ，另一路经侧线抽出气体 换热器、塔底净化水换热器进塔中部，进塔温度( 称为热进料，熟进料与冷 进料的比例一般为4 5 ：1 ) 达1 5 0 c 左右，此温度大大超过硫氢化铵电离反 应与水解反应的拐点温度( 1 1 0 。c ) ，h 2 s 和n h 3 都咀游离的分子态存在于 应与水解反应的拐点温度( 1 1 0 。c ) ，h 2 s 和n i - 1 3 都以游离的分子态存在于 0 第三章装置简介与工艺特点分析 第三章装置麓余与王艺特点分褫 3 。 装鬟概嚣 锦西祗化分公司藿催污水处理装置是该车间的一个环保装置，于1 9 9 8 每8 月2 3 嚣投产，嚣设诗必处理重骥骚会装置产生懿污东酝套，楚理量走 4 0 t h 。随着锦西石化分公司原油加工量的增加，为降低生产成本，分公司要 求该装置为处理全分公司於会酸、含氮海水配套，处理量罄达到6 0 - 1 2 0t h 。 本装援采用单塔加压侧线抽出汽褥工艺，污水汽提塔鼹本装置的核心设 备，塔底用重沸器加热产生蒸汽，把h 2 s 和n h 3 汽提出来，塔底得到符合 甍求的净化永，铡线捆出的富氮气经三缎降温降疆分凝脱水、精制w 褥液氨， 汽提出的h 2 s 用作制硫装置的原料。 3 2 工艺流程说鞠 圈3 - 1 污水汽掇塔示意图 如图3 - 1 辑示，虢气、滁演爱豹酸经承经鞭料承泵黧掇后分成两路， 路经冷却至4 0 。c 后避入汽提塔塔顶( 称为冷进料) ，另一路经侧线抽出气体 换蒸器、臻底净馋承挨熬器遴臻孛部，遴塔瀑发( 穗受熬迸精，燕滋瓣与冷 进料的比例一般为4 5 ：1 ) 达1 5 0 。c 左右，此温度大大超过硫氢化镄电离反 波与求勰茨应的拐燕瀑度( 1 1 08 c ) ，鞭2 s 罩珏n h 3 零鞋游褒装分子态存在予 9 第三章装置简介与工艺特点分丰斤 热进料中，汽提塔内撵作压力比进料管线内压力低，污水进塔后，由予减压 阗蒸及塔顶皴出作焉，h 2 s 帮n h 3 出液襁转入汽稿淘上部移动。4 0 。c 宸右静 冷进料自塔顶进入，与向上移动的h 2 s 和n h 3 里逆向流动。在低温和压力 秀0 5 m p a 裘蓬嚣条耱下，壶予箍2 s 转穗辩挥发凄跑n h 3 大，焉k 魄麓溶簿 度比h 2 s 大，最终上行气体中的n h 3 绝大部分被吸收，h 2 s 很少被吸收，继 续上撂，照藤在塔臻褥到寒筑发黥酸性气，霹进菰磺匿牧装嚣匿牧酸磷，或 去火炬焚烧。吸收了n h 3 ( 和少量h 2 s ) 的冷进料与闪蒸了n h 3 、h 2 s 的热 进料混合，囱塔的中部向下部溅动，n h 3 、h 2 s 反复受到自漆下部土秀的离 温汽流的汽摊作用，由于塔中部温度比上部高得多，所以h s 绝大部分最终 被提升至塔攒。n h ，则由于塔上部h 2 s 糟馏段冷却吸收和塔下部氨汽摄段强 割汽提豹双熬作蠲，傻氨向塔的中部聚集，形或个氨的嵩浓区，由镧线摘 出丧三级冷凝冷却分离装置、j j 彗制装置制取液氨。塔底再沸器通入1 0 m p a 求蒸汽，塔巍温度为1 6 c c 左褰，净纯窳囱塔赢蓑 穗。 汽提塔可分为三段：热进料至塔顶为h 2 s 精馏段：热进料至侧线抽出口 鸯 2 s 汽提段；铡线糖窭口至袋褒灸n h 3 汽提段。 3 3 工艺特点分析 本装受含凌污拳禽有害蘩蒺，圭要巍遵s 、n 鹣、c 0 2 。这穆嚣拳是珏2 s n h 3 一c 0 2 一h 2 0 四元酸性电解质体系，h 2 s 、n h a 、c o ：和水都悬挥发性 弱邀解震，势能电离成裹子，n 埯、珏2 s 疑不同程度的溶熬予拳，礁汽提塔 中避是一个化学、电离和相平衡共存体系。 1 、n h 3 溶于水艨一部分以游离( 自由分子态) 氨存卷，一部分瞧离成 n h 4 + 和o h 一，即：n h 3 + h 2 0 苫n h 4 + - 4 - o h ” 氨溶解予水是放热的，故温度升高，电离常数k 降低，且温度越商，k 洚低越鬻显，k 约在l o o 左右，敢氨在窳审主簧是游离的n h 3 分子，仅有 极少量的铵离子。 2 、h 2 s 在求孛穗有少诲魄离珏2 s 写叁珏+ + 籽s h s 一害h + + s 2 一 磙恁氢农零孛鹣纛离零数纛受遗度影璃，可分楚嚣舞荣嚣，兰瀣菠褰子 1 2 5 时，电离常数随温度升高而升高，当温度低予1 2 5 时，k 随温度升高 1 0 第三章髓置简介与工艺特点分析 瑟淹低，且獒篷院n - 1 3 熬k 蹙簧夺( 1 0 q 数量级) ，蘑以h 2 s 在农巾见萼 全部以游离的h 2 s 分予存在。 3 、h 2 s 、n h 3 同辩存在子水中时，则生成n h 4 h s ，它楚弱酸弱碱生成 的龄，在水中被大量水解又重新生成游离的h 2 s 、n h 3 分子，即： n h 4 + + h s 一号兰( n h 3 + h 2 s ) ( 1 ) 在液稳鹩游离n h 3 和珏2 s 静分子与汽褶孛静n h 3 和h 2 s 星稻平衡： ( n h 3 + h 2 s )( 1 ) 鼍兰( n h 3 + h 2 s )( g ) 霹震爱3 2 表示。 4 、操作条件下，网3 2 中的汽相。羝和h 2 s 是分子态。液相中n h 3 和 毪s 套褰予嚣分子嚣瓣形式，囊予不戆挥发称必爨定态，分子哥鞋挥发可稳 为游离态或自由态。n h 3 和h 2 s 在水中主耍是离子态还是以分子态存在与温 度、压力及其在水中的浓度有哭。 n h 。h s 在水中进行水解葳应，因水懈反应均是吸热葳廒，温度升高， 有利于水解反应，温度降低，不利于水解反应，激度降低时，溶液中n h 。+ 鹫3 - 2 遵s n 珏3 一辩徊三元髂系示意图 黟h s 一裹予浓度缮趱。当渥瘦势褰，n i - h h s 懿寒瓣镱数k h 增瘸，整瓣n h 4 h s 不断水解，溶液中游离的n h 3 和h 2 s 分子逐渐增加，相应汽相中n h 3 和h 2 s 懿分压也隧之嚣寒。n h 4 h s 电巍反应与农艇反盛黪转扳遗发大约受l1 5 ， 低于1 1 5 ，以电离反应为主，高于1 1 5 ，以水解反应为主，由此可知， 要将n h 3 中的n h 3 和h 2 s 脱除，温度应丈予1 1 5 c 。同时也可以得知，在热 进料塔盘以下，可以仅考虑相平衡，而搬填料段，须同甜考虑各种平衡。 第三章装置简介与工艺特点分析 5 、n i - 1 3 和h 2 s 农水中的溶鳞度与气髂在溶液中驰溶解度魄一般规律相同， 随温度的升商而降低，随压力增加而增加，n h 3 在水中的溶解庹远大于s 在永 中的溶解度，但若磁h 2 s 的水溶液中遴入氨则硫化氢的溶解度就大大提高， 约3 8 ( 3 和o 4 5 m p a 时，由于氨的存在，s 在永中的溶解艘可增翻1 7 倍以 上。 葱之，氮在瘩中竣h 2 s 在零孛两者都鞋游离瀚分子惑夺在，毽焱有一定 堂的n h 3 和h 2 s 同时在水中，由于进行反应，n h 4 + 和h s 离子浓度迅速增 鸯瓣。 6 、h 2 s 的溶解度远小于氨，但其饱和蒸汽聪却比同温度下的氨大的多， 赦蔟相对撵发度就比氨大。因炫，只要漆滚中鸯一定数量的游离h 2 s 分子存 程，则与之璺平衡的汽相中h 2 s 浓度就很可观，厩是由于氨的溶解度比h 2 s 大得多，而h 2 s 相对挥发度比氮大得多，所以，单塔侧线溅程的汽掇塔在低 激的顶部可以获得岔n h 3 很少豹酸性气体。 7 、在水中有一定量的c 0 2 ，它也能溶解于水，但溶解度比h 2 s 更小， 攫阍徉静澈发下，它的蒸汽嚣龟魄珏2 s 太，因丙稳对挥发凄也眈h 2 s 大，嚣 以它比n h 3 和h 2 s 熨容易汽提出来。 8 、毫筑痰落系孛溶滚绽攀缝或决定了溶滚孛囊实缝分耱类著遽_ l 霪活疫 茅口化学计量系数表达的化学平衡关系式约束其组成。 3 4 冬搽揍嚣素瓣污永汽提的影晌分耩 3 4 1温度对污水汽提的影响分析 溢褒瓣酸性污永汽提豹影嫡主要表现在对铵簸畚解常数上。n h 。h s 豹承 解常数可由下式表示： l n k a = 8 0 ，6 0 2 8 + 2 8 9 5 。2 2 t + 9 6 0 0 1 8 1 n t + 0 ，0 3 7 0 3 1 6 t 6 0 5 6 6 5 t t 2 按上式可画出n h 4 h s 在水中的水解常数曲线。如图3 - 3 所示。n h 。h s 农勰是个吸热反应，滠度嚣甏农鼹霉数溪丈，这一点在整3 - 3 上表拳魏缀渍 楚。由图3 - 3 还可发现，低温段温度对水解常数影响不大；随着温度升高， 溆度对水缝常数的影响越来越大，当瀑度超过3 8 8 k 时水瓣常数迅遴增大， 本文把这转折温麓称为水解转折温度。水解转折温度的懑义在于烈有当汽 撮塔塔底濑度高于水解转折温度时，方商可能把水溶液中n h 4 + 和h s + 离子 苎三量薹薹堡坌量三堇鳖皇坌堕 转化成n h 3 和h 2 s 分子并由液相向汽相转移。因此，用汽提法处理含硫酸 性污水的操作必须使塔底温度高于水解转折温度才能进行。 2 0 02 5 0 3 0 0 3 3 04 0 0 4 5 0 水撇佻 图3 - 3 n h 4 h s 的水解常数曲线 3 4 2 液相摩尔比对酸性污水汽提的影响 n h 3 与h 2 s 的摩尔比a s 3 1 3 k ；4 1 3 k ；m 2 2 5 8 9 2 m o l k g ( h 2 0 ) 图3 4h 2 s - - n h 3 - - h 2 0 体系摩尔比与离解度的关系 图3 - 4 表示n h s 的总含量为2 5 8 9 2 m o l k g ( h 2 0 ) ，温度为3 1 3 k 和4 1 3 k 条件下氨与硫化氢的摩尔比( s ) 与离解度( n ) 的等温曲线，由图3 - 4 可以看出： 国 5 一 j m j m 3 毛 2 l 1 o o 毫埘舔篓 o 8 6 4 2 o 1 o o o 0 0 -辇 第三章装置简介与工艺特点分析 1 、当滕尔比在o 5 2 5 范围内，随温度的升高n h 3 和h 2 s 的离解度都 寄所降低；警摩尔磁大手2 5 之屠，溢痰对离解浚基本没霄影响。 2 、在闷一温度下，当a s 在o 5 2 5 之间时，h 2 s 的离解度隧a s 的 溪麓上舞较欹；当a s 大予2 5 轰，h 2 s 豹离解凄基本僳戆不交，逡主要是 豳为h 2 s 的一级电离常数值鞍小的缘故。但n h 3 的离解魔随a s 的增大而 遨速下降。 3 、当a s = i 时，on h 3 = “脯，此时n h 3 和h 2 s 的摩尔比一离解废等温 线交于一点，称之为蹲摩尔点，如图3 - 4 所示，当n h 3 h 2 s - h 2 0 体系达汽液 平衡，且在3 1 3 k 、a s = i 条件下，on = ah ：s o 。9 5 7 ，这说明有9 5 7 的 n h 3 或h 2 s 是以离子形式存在的，这些离子态的n h 3 和h 2 s 是不能被汽化 静，这与躅3 - 3 搿示静在低滠下铵盏的承解常数小靛现象燕一致翡。翻图3 - 4 还可看出，在低温祭件下，若a s i 时，nn m 较大，c t 黼较小。这表示在 魏条磐下，在滚穗孛n h 3 戆游鬻分子羧醚2 s 要少，器n h 3 装因定熬多露珏2 s 被固定的少。由此可得出结论，可在低濑及a s i 条件下，利用氨的离解度 运大予藏傀氨，瑟冀糖对挥发度却艮骧纯氢枣熬憋煮，这到麸n h 3 。h 2 s h 2 0 体系中分离出高纯魔硫化氢的目的。若选用3 1 3 k 及a s = 0 6 6 的操作条件， 汽搬中的h 2 s 含量铤趣过9 5 ( 质量分数) 。换蠢之，为从汽提塔鼹到亳纯 魔的h 2 s 气，必须于巴塔顶( 单塔或双塔中的脱硫化氢塔) 温度控制在3 1 3 k 以 下，且应使塔顶液棚中的n h 3 与h 2 s 的摩尔比小于l 。 综上所述，对魏类体系，涉及到纯学平衡计算，在液栩中存在的真实组 分不同于袭观分子组分，加上肖各种离予的存在，液相的热力学性质星现高 魔瓣菲理慧往；各缌分鞠平衡常数夔永溶滚孛n h 3 稻h 2 s 翡含量帮n h 3 与 h 2 s 的摩尔比大小呈现复杂的关系，而臆变化范围大；溶质n h 3 、h 2 s 与水 瓣簿发度麓雾极大；囊予隶溶液孛戆簿发缝势n h 3 与珏2 s 鄂是超搂器缝分， 因此液相的焓计算困难。由此，用方程解耦法( b p 法、s r 法) 以及同时校正 法( s c 法) 进行模拟诗算有缀大嚣难。本文在鞋：较器耪模爨夔基礁上，使爰 s q e w 化学平衡模魁来计算有关的化学平衡常数、各种离子分子的活度系 数、亨利常数、焓等。戈保谶计算过程中的收敛燃，本文袋用新松弛法，鼓 汽相组成为迭代变爨，在计算过程中的迭代初值根据现场采集数据和经验选 取，具体算法可见参考文献。 t 4 第四章污水汽提塔的操作分析 第四章污水汽提塔的操作分析 4 1 板式塔的操作性能和指标之间的关系 众所周知，衡量塔板的主要性能指标是其处理能力( 生产能力) ，传质 效率和能耗( 压降) 。其中处理能力和传质效率是塔设备投资的重要指标， 与塔径、塔高以及塔内件相关，同时也是生产操作经济性的重要标志，而塔 板压降是操作费用的重要组成部分之一，同时也是制约塔操作性能的重要指 标。 图4 1 塔内件上的传质过程 ( 决定相界面大小) 从传质理论上来讲，无论是板式塔，还是填料塔，汽液相际传质都必须 经历汽液相分散，混合( 接触) 、汽液传质和汽液相分离三个阶段，在不考 虑塔内非理想流动的前提下，图4 - 1 示出了板式塔和填料塔三个传质阶段对 塔设备操作性能指标的影响及塔内件各部分对传质过程的贡献。 在操作体系一定的前提下，阶段i 决定了塔设备产生的汽液相界面的大 小，相界面大小又决定了阶段i l 的传质效率和阶段i i l 的汽液相分离难度， 即处理能力。因此，汽液传质过程的相际界面决定了塔设备的操作效果。对 第四章污水汽提塔的操作分析 于常规板式塔琴日填料塔褥言，汽波楣分离的推动力为自然重力，因此，体系 的稠密度差芹掰褶界面积的大小决定了塔设备韵处理熊力。 由于相界蕊积大小的制约，常规板式塔设备的传质效率、压降和处理能 力三者是辖嚣辍髑静美系，圈4 ，2 示出了疑理论定校关系。 p d 鞲板援摔；岛处莲能力；珐塔扳效率 圈4 2 板戏塔处理能力、塔板效率和塔檄压降的定性关系 经 鼙叛式塔孛爱予实凌簧溪_ l 蓥程豹汽液穗赛甏怒遂_ i 童渚耗髭量产缴的。 尽管不同类型塔板上的汽液接触方式略有麓异，但咒论如何，对于某一操作 俸系，爨产生汽滚提赛瀑戆丈，l 、褒接与汽体动量豹瀵耗鞋及臻板土撩滚霪摇 关。产生的汽液相界西越大，理论上传质效率越高，但汽液按触后的汽液重 力“楣”分离“难度”增燕，从瓣弓 起处璎能力降低鞋及塔内返湿造藏传质 效率降低。常规塔板汽液传质构件的开发应当限定在“相对”低的汽液分散 程度，以保谖塔设备具商“较大”的处理能力和“较低”的塔板压降，同时 也就牺毪了传质效率。 对于填料塔而言，汽液相分散主要是汽体分布檄( 分散汽体) 和液体分 布嚣静重力分数来产生豹，译觅图4 - 1 。汽液褶赛蕊主要是豳填黼浇裳面静 大小决定的。因此在填料塔内可以在低的压降下维持较高的处理能力和传质 效率。 对于精馏塔而言，控制塔设备操作性能的气相变星为空塔动能因数，液 糖变爨为滚滚强度。空垮动能嚣数，渡滚强度与汽滚露积受凝懿关系翔下定 义： 第四章污水汽提塔的操作分析 动能因数；f s = 吣正万p a “5 液流强度：l = v l , 川3 h t n 酽 为了适应污水汽提塔高汽相负荷、高液相负荷的生产条件和高质量指标 的要求，与之相应塔板必须有较高的效率。 4 2 板式塔传质效率与气速的关系 塔板的操作气速较高时，塔板操作处于雾沫夹带状态。雾沫夹带状态下 操作的塔板，高操作气速不仅造成塔板上气液接触不足，气液传质相界面降 低，板效率低，同时雾沫夹带也是塔内纵向返混的一种形式，降低传质效率。 圈4 3 示出了典型的板式塔效率与操作气速( 以空塔动能因数计) 的关 系曲线。由图4 3 还可以看出，高气相负荷使塔板操作处于雾沫夹带状态， 从而使传质效率降低。 图4 3 板式塔传质效率与气速的关系 4 3 污水汽提塔设备构型及改造后存在问题 污水汽提塔规格为巾8 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 m m 。扩能改造后塔板由普通浮阀 改造为立体传质塔板( c t s t ) 。污水汽提塔的结构图参见图3 1 ，改造前塔 板结构参数见表4 1 ，改造后塔板结构参数见表4 2 ，c t s t 塔板几何结构见 图4 4 。 第四章污水汽提塔的操作分析 表4 - 1改造藏塔盘鑫主要设计参数 塔盘塔截面积 升气孔升气孔总面降液管总面 塔盘问 编号 s毋 慈数个积s ls ds彀s 2 m 2s 2 s l距l r t m m 2 | ，sl + 5 3 9 45 30 0 6 3 3 4 ，l0 。3 0 1 41 9 。54 5 0 6 ：111 5 3 9 45 30 0 6 3 3 4 10 3 0 1 41 9 58 0 0 鼻l ol + 5 3 9 4 5 30 。聪3 34 。10 。3 0 t 41 9 54 5 0 1 2 。1 61 ，5 3 9 4 5 3o 。0 6 3 34 10 3 0 1 41 9 51 5 5 0 1 71 5 3 9 45 3 0 0 6 3 34 10 3 0 1 41 9 54 5 0 1 8 ，2 l ， 2 奄t 黼l1 20 1 3 3 8 6 。6 50 3 9 8 41 9 。8 24 5 0 2 3 2 6 4 0 - 4 42 0 1 0 6l1 20 1 3 3 86 6 5 0 3 9 8 4 1 9 8 2 4 5 0 2 2 2 7 ， 2 0 1 0 611 20 1 3 3 86 6 50 ，3 9 8 4 1 9 8 28 0 0 3 3 3 9 ， 4 52 。0 1 0 611 20 t 3 3 8 6 6 50 3 9 8 41 9 8 21 5 0 0 表4 2c t s t 的结构参数 第四章污水汽提塔的操作分析 图4 - 4c t s t 几何结构示意图 分离板 侧扳分布孔 侧扳底骧 帽罩 紧圈螺栓 基础盘 梯形立体喷射塔盘由四部分组成，即上部的分离板，帽罩、紧固螺栓， 基础盘( 上有矩形板孔) 组成。帽罩两面侧板与基础盘、分离板间有空隙，供 气相穿过，同时帽罩侧板上有分布孔，使气相从侧面喷出。 采用c t s t 后，在汽提塔压降增高，净化水合格的情况下，存在以下问题： 1 侧线抽出比增大、蒸汽单耗升高 从改造后情况看，无论是低、中，还是高负荷运行，蒸汽单耗均高于 1 8 0 k g t 污水，最大时达到了2 1 0 k g t , 侧线抽出比有时达1 9 ，远远超过了 改造前的能耗1 6 0 7 7k g t 、抽出比1 4 5 。另外，侧线带水严重，表现在分 一液面总满。由于侧线抽出量加大，造成氨及硫循环量增加也是改造后能耗 增加的原因。 2 侧线抽出气中的h 2 s 含量增加 侧线抽出气中的h 2 s 含量增加后，n h 3 和h 2 s 很容易结晶，造成三分系 统因结晶而堵塞，仪表测压点、玻璃板、分三排液等位置每隔4 、5 天堵塞 一次，给装置安全、稳定生产带来不便。同时氨精制塔温度难控制在0 。c ， 补氨次数增多，造成氨氮总循环量增高。这一点可从表4 - 3 看出。 第四章污水汽提塔的操作分析 表4 3改造前后侧线抽出气相组分标定结果 3 塔顶温度高，酸性气带氨 酸性气中n h 3 含量增加较大，见表4 - 4 ，影响酸性气质量，使酸性气系 统结晶堵塞，给污水系统带来许多操作上的困难。 表4 - 4 改造后污水汽提塔产品质量情况 4 三分系统冷却能力不足，氨精制系统温度高 改造后分三出口粗氨气温度高，参见表4 5 。改造后污水汽提塔的物料 平衡见表4 6 。 第四章污水汽提塔的操作分析 表4 - 5e 3 4 0 6 改造前后擞作参数的变化情况 项目 改造前改造后 表4 6改造后污水汽提塔的物糕平衡 项目 亟萋 k g dk s h 入方 酸性水1 8 1 9 2 x 1 0 3 7 5 8 1 0 3 出方 酸性气 9 6 x 1 0 30 4 1 0 3 侧线抽出 3 4 8 1 0 31 4 5 1 0 3 净化永1 4 6 + 6 1 0 36 0 ，9 1 0 3 通过对以上存在问题的进行认真细数的分析，我们找出了问题的所在。 并镞了整改，其体整改请况谨觅螽文。 第五章对立体传质塔盘的评价 第五章对立体传覆塔摄豹评侩 5 ， 立傣传蒺塔搬魏结构及工凌分析 图5 1 为c t s t 操作状况承意图。 势赢撬 鲻s 1 塔盘操作状况示意圈 立体传质