富余液氯調(diào)節(jié)制堿廢液PH值裝置設(shè)計(jì)

自動(dòng)化儀表四廠通過設(shè)計(jì)和應(yīng)用氯堿公司富余液氯制成濃鹽酸對(duì)廢液ｐＨ值進(jìn)行調(diào)控工藝，有效解決了氨堿法制堿工藝外排廢液ｐＨ值不達(dá)標(biāo)的環(huán)保問題，并為關(guān)聯(lián)企業(yè)效益增長創(chuàng)造了有利條件。簡(jiǎn)要介紹了該工藝的流程及主要非標(biāo)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)與核算過程，為同行業(yè)此類項(xiàng)目提供參考。

１背景

我廠采用氨堿法工藝生產(chǎn)純堿，該工藝具有產(chǎn)品純度好、生產(chǎn)成本低、勞動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但該方法存在排放大量廢渣液的缺點(diǎn)，每生產(chǎn)１ｔ純堿將排放約１０ｍ３的廢液，廢液組成如表１。目前，我廠產(chǎn)生的蒸氨廢液首先采取筑壩堆積存放，經(jīng)自然澄清后流入廢清液儲(chǔ)存池，用于生產(chǎn)氯化鈣，其含有的固體廢渣筑壩存放。廢液ｐＨ值約１１．５左右，超過海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ３０９７－１９９７中第四類的ｐＨ在６．８～８．８的范圍，同時(shí)也超過附近地下鹵水ｐＨ值在７．５左右的范圍。

廢液中含有約１０％～１５％的廢渣（濕基），渣內(nèi)含有大量的堿性物質(zhì)和能與酸反應(yīng)的其他固體物質(zhì)，如：碳酸鈣、氫氧化鎂、氧化鈣、氧化鐵、化鋁等堿性物質(zhì)，而我公司內(nèi)的氯堿樹脂公司又有大量的液氯難以消化，制成濃鹽酸后用其調(diào)節(jié)廢渣液ｐＨ值，即可使廢液和澄清后的廢清液ｐＨ值達(dá)標(biāo)，又可消化掉氯堿樹脂公司的液氯，同時(shí)可提高廢清液的氯化鈣濃度，縮短復(fù)曬周期，還可以延長渣場(chǎng)使用壽命，產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

2、技術(shù)方案

２．１工藝流程

自原廢液管線接數(shù)條支路，送入靜態(tài)混合反應(yīng)器。氯堿樹脂公司液氯與氫氣燃燒生成氯化氫氣體，經(jīng)軟水吸收后制成３１％的鹽酸，鹽酸分多點(diǎn)進(jìn)入靜態(tài)混合反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)與廢液按比例混合反應(yīng)，時(shí)間約５ｍｉｎ，ｐＨ值達(dá)到７～９時(shí)，經(jīng)隔離池自流入緩沖池，由廢渣液加壓泵送至渣場(chǎng)。靜態(tài)混合反應(yīng)器和緩沖池上部排出的反應(yīng)氣，經(jīng)引風(fēng)機(jī)抽送到洗滌塔，用淡水噴淋洗滌達(dá)標(biāo)后排空。洗滌塔洗水經(jīng)換熱器降溫后，繼續(xù)由循環(huán)洗滌泵送入洗滌塔循環(huán)使用。自緩沖池取廢液用泵加壓后分成兩路，一路給備用廢液加壓泵入口管線作反沖水，另一路用于靜態(tài)混合反應(yīng)器折流板底部的排砂口沖堵。

事故狀態(tài)的廢渣液自緩沖池上部溢流，經(jīng)管道送到應(yīng)急事故池，應(yīng)急池內(nèi)存放的應(yīng)急廢液用泵打回緩沖池，再送入新渣場(chǎng)。

２．２反應(yīng)裝置

因用濃鹽酸調(diào)節(jié)廢液ｐＨ值在行業(yè)內(nèi)沒有先例，同時(shí)各純堿廠廢液量、流速和成份等不盡相同，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，且關(guān)鍵處理設(shè)備是靜態(tài)混合反應(yīng)器，屬于非標(biāo)設(shè)備，處理量大，同時(shí)介質(zhì)腐蝕、廢渣液內(nèi)含有大量砂子易淤積，因而需要根據(jù)介質(zhì)的特點(diǎn)，解決反應(yīng)器選用的材質(zhì)、反應(yīng)時(shí)間、停留時(shí)間、防止砂子淤積、反應(yīng)放出的氣體處理等問題。反應(yīng)裝置分三部分：靜態(tài)混合反應(yīng)器、隔離池和 緩沖池。

２．２．１靜態(tài)混合反應(yīng)器

根據(jù)廢液泵汽蝕余量，反應(yīng)器液位至少需保持２ｍ。反應(yīng)時(shí)間取５ｍｉｎ，廢液流量按照３３００ｍ３／ｈ計(jì)算，反應(yīng)器底板取１６ｍ×９ｍ。

該設(shè)備的關(guān)鍵因素有２個(gè)，一是防止砂子淤積；二是反應(yīng)器液位保持２ｍ。

１）非常好個(gè)因素

關(guān)鍵是確定砂子不淤積的臨界流速，從而確定排砂口流速，進(jìn)而確定反應(yīng)器坡度大小，該項(xiàng)無經(jīng)驗(yàn)借鑒，在此選取３．８３ｍ／ｓ流速作為砂子不沉積的設(shè)計(jì)流速（此時(shí)坡度為１５０／１０００，即傾角８．５３°），同時(shí)選取廢液的２０％左右通過排砂口流走（為確保停留時(shí)間，排砂口流通量越小越好，但選取過低，排砂口尺寸過小、排砂口數(shù)量少、間隔遠(yuǎn)，將不利于砂子排走），從而確定排砂口的流通面積。同時(shí)剩余的流量通過溢流口流走，流速、排砂口數(shù)量驗(yàn)算分析過程如下：理論上計(jì)算：折流板底部出砂口兩個(gè)，每個(gè)長寬１８０ｍｍ×１５０ｍｍ時(shí)：出砂口流通面積Ａ＝０．１８×０．１５×２＝０．０５４ｍ２濕周長Ｐ＝２×（２×０．１８＋２×０．１５）＝１．３２ｍ靜態(tài)混合反應(yīng)器傾角取８．５３°，即１５０／１０００查資料取瓷磚與液體的粗糙度系數(shù)ｎ＝０．０１２根據(jù)謝才公式計(jì)算：Ｖ１＝１／ｎＲ２／３Ｉ１／２＝１／ｎ（Ａ／Ｐ）２／３Ｉ１／２＝１／０．０１２×（０．０５４／１．３２）２／３×（１５０／１０００）１／２＝３．８３ｍ／ｓ根據(jù)資料和經(jīng)驗(yàn)判斷，該流速下廢液中的固體顆粒難以沉降（應(yīng)大于臨界沉降流速，但該數(shù)值查不到，且難計(jì)算，與顆粒粒度、比重、粘度等許多因素有關(guān)，一般采用試驗(yàn)方法取得），為此，折流板相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)取該流速為依據(jù)。折流板溢流口流速和寬度計(jì)算：折流板排砂口流量計(jì)算：０．１８×０．１５×２×３．８３×３６００＝７４４．５５ｍ３／ｈ通過折流板的溢流口流量（進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)各部分總流量３３６２．５ｍ３／ｈ）３３６２．５－７４４．５５＝２６１８ｍ３／ｈ根據(jù)謝才公式計(jì)算溢流口處的平均流速，設(shè)溢流口寬度Ｂ，液位深度取２ｍ，此時(shí)，溢流口濕周長Ｐ＝２＋２＋Ｂ＝４＋Ｂ則Ｖ２＝１／ｎＲ２／３Ｉ１／２＝１／ｎ（Ａ／Ｐ）２／３Ｉ１／２＝１／０．０１２×［２Ｂ／（４＋Ｂ）］２／３×（１５０／１０００）１／２另，溢流口流量Ｑ＝２Ｂ×Ｖ２×３６００＝２６１８解聯(lián)合方程得Ｖ２＝４．０２５ｍ／ｓ；Ｂ＝９０ｍｍ

２）第二個(gè)因素

液位２ｍ的保持方案有兩種，一是通過２ｍ高的溢流墻；二是控制溢流口的流速來保持液位。由于折流槽內(nèi)的流體處于層流狀態(tài)，溢流墻將會(huì)造成下部變成死液位，池內(nèi)體積不能充分利用，因而采用方案二，而方案二中，溢流口流速應(yīng)該與排砂口流速接近（應(yīng)略高），從而計(jì)算出的溢流口寬度為９０ｍｍ。至于該數(shù)值是否準(zhǔn)確，關(guān)鍵在于傾角８．５３°時(shí)的流速是否就是３．８３ｍ／ｓ，由于流速的不確定性，考慮余量，將溢流口寬度增加至４００ｍｍ。此時(shí)液位的控制用百葉窗式的插板控制，通過調(diào)節(jié)百葉窗流通面積來控制液位保持在２ｍ，這樣可保證２ｍ深的液體每層都能流通，非常大限度提容積利用率。

３）分析推算結(jié)論

①要確保停留時(shí)間５ｍｉｎ，反應(yīng)器面積取９ｍ×１６ｍ，液位深度取２ｍ時(shí)，折流板溢流口寬度為９０ｍｍ。

②為防止計(jì)算流速高于實(shí)際流速，將溢流口寬度調(diào)整為４００ｍｍ，并用不同流通面積的百葉窗控制液位，通過試運(yùn)行找到非常優(yōu)方案后定型百葉窗。

③折流板排砂口尺寸

通過理論計(jì)算每個(gè)折流板底部設(shè)排砂口２個(gè)，尺寸為１８０ｍｍ×１５０ｍｍ時(shí)，排砂口流量為７４４．５５ｍ３／ｈ，占比為７４４．５５ｍ３／ｈ÷３３６２．５ｍ３／ｈ＝２２．１４％，依據(jù)是８．５３°的傾角下流速是３．８３ｍ／ｓ，但該流速是理論計(jì)算數(shù)據(jù)，難以確定，為此，為防止砂子淤積，每個(gè)折流板取３個(gè)排砂口，且尺寸加大到１８０ｍｍ×３００ｍｍ。根據(jù)以上測(cè)算分析將靜態(tài)混合反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如下：反應(yīng)器分三層，非常外層為鋼筋混凝土，中間鋪一層玻璃鋼，內(nèi)部與反應(yīng)液接觸的部位用耐酸水泥貼耐酸瓷磚。該反應(yīng)器內(nèi)部加７個(gè)鋼筋混凝土折流板，折流板底部設(shè)三個(gè)排砂口１８０ｍｍ×３００ｍｍ，反應(yīng)器底部做成８．５３°傾角，便于沉積到底部的砂子流動(dòng)。溢流口寬度４００ｍｍ，設(shè)百葉窗式插板。反應(yīng)器頂部用玻璃鋼蓋板封蓋，上部有開孔用于反應(yīng)氣流通。同時(shí)設(shè)有鹽酸進(jìn)口、液位觀測(cè)口、清理孔（人孔）、反沖水進(jìn)口、鹽泥進(jìn)口、反應(yīng)氣出口、呼吸閥接口等。

２．２．２隔離池

為使靜態(tài)反應(yīng)混合器出現(xiàn)問題檢修時(shí)不影響生產(chǎn)，在混合器和緩沖池之間設(shè)隔離池。此部分與反應(yīng)器一樣，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂部用玻璃鋼蓋板封閉，內(nèi)部用耐酸水泥抹面。在靠近反應(yīng)器的池壁底部留有排砂口，上部２ｍ左右留有中和液溢流口；隔離池靠緩沖池的池壁，只在底部設(shè)有排砂與排液合二為一的流體通道。

２．２．３緩沖池

鋼混結(jié)構(gòu)，頂部用玻璃鋼蓋板封閉，內(nèi)部用耐酸水泥抹面，上部加觀察孔、液位計(jì)接口、清理孔（人孔），側(cè)面有溢流管、底部有反應(yīng)液出口管（至廢液泵入口）４個(gè)，中上部設(shè)廢液泵入口管線反沖水出水口。廢渣液緩沖池底部比廢液泵房的地面高４．０ｍ，防止中和反應(yīng)放出的不凝氣和水蒸汽在泵內(nèi)集聚，從而造成渣漿泵氣蝕或不上量。

２．３控制系統(tǒng)

２．３．１廢液緩沖池液位測(cè)量與控制

因廢液中含有泡沫等，導(dǎo)致部分液位顯示可能會(huì)不準(zhǔn)確，因此采用多液位檢測(cè)同時(shí)使用，雷達(dá)液位計(jì)和靜壓式液位計(jì)，同時(shí)采用電極聲光報(bào)警系統(tǒng)，緩沖池液位多方面指示報(bào)警。

廢液泵采用變頻控制，根據(jù)緩沖池內(nèi)雷達(dá)液位計(jì)顯示液位采用自動(dòng)調(diào)節(jié)廢液泵流量。同時(shí)參考靜壓液位計(jì)和電極聲光報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

２．３．２洗滌塔液位調(diào)節(jié)

洗滌塔內(nèi)洗滌液因不斷循環(huán)，吸收效果變差，根據(jù)ｐＨ值通過自調(diào)閥將部分洗滌液送入混合反應(yīng)池回收，繼續(xù)與廢液進(jìn)行中和反應(yīng)；同時(shí)補(bǔ)充部分淡水至指定液位增加吸收能力。

２．４廢氣處理

本項(xiàng)目產(chǎn)生的廢氣主要有靜態(tài)混合反應(yīng)器中鹽酸與廢液中的碳酸鈣及堿性物質(zhì)反應(yīng)時(shí)放出的二氧化碳?xì)猓约皳]發(fā)的ＨＣｌ氣體和氣態(tài)水。反應(yīng)裝置上方設(shè)玻璃鋼封蓋，反應(yīng)廢氣經(jīng)噴淋洗滌塔吸收后由引風(fēng)機(jī)排走。

２．５洗滌塔選型分析

１）ＨＣｌ含量３１％鹽酸供應(yīng)量６２５００ｋｇ／ｈ，密度１．１５４ｇ／ｍＬ，反應(yīng)過程中鹽酸中ＨＣｌ氣體的損失（進(jìn)入反應(yīng)氣）取鹽酸中ＨＣｌ總量的１０％，則ＨＣｌ含量：６２．５ｔ／ｈ×１０００×３１％×１０％÷３６．５×２２．４Ｌ／ｍｏｌ＝１１８９Ｎｍ３／ｈ（１９３７．５ｋｇ／ｈ）

２）反應(yīng)生成ＣＯ２氣量（廢液量３３００ｍ３／ｈ，密度１．１２０ｇ／ｍＬ）根據(jù)廢液各組分的含量數(shù)據(jù)，與鹽酸反應(yīng)的ＣａＣＯ３含量為６～１５ｇ／Ｌ，計(jì)算時(shí)取１１ｇ／Ｌ，反應(yīng)的ＣａＣＯ３取廢液中的ＣａＣＯ３總量的５０％計(jì)，則ＣＯ２氣量：３３００ｍ３／ｈ×１１ｇ／Ｌ×５０％÷１００×２２．４Ｌ／ｍｏｌ＝４０６５．６Ｎｍ３／ｈ（７９８６ｋｇ／ｈ）考慮反應(yīng)液溫度為９０℃左右，查有關(guān)數(shù)據(jù)，此時(shí)溶液中ＣＯ２含量極低，在此取反應(yīng)放出的ＣＯ２氣全部進(jìn)入反應(yīng)氣。

３）反應(yīng)氣中氣態(tài)水查設(shè)計(jì)手冊(cè)，９０℃時(shí)，飽和水蒸汽分壓為５２５．８ｍｍＨｇ，相當(dāng)于６９．８８ｋＰａ。根據(jù)ＰＶ＝ｎＲＴ，推得ｎ／Ｖ＝Ｐ／ＲＴ，ｗ／Ｖ＝１８×Ｐ／ＲＴ可得出Ｈ２Ｏ（ｇ）的容重比ｗＨ２Ｏ（ｇ）＝１８×６９．８８×１０００÷８．３１４÷３６３＝４１７ｇ／Ｎｍ３＝０．４１７ｋｇ／Ｎｍ３設(shè)反應(yīng)氣總體積為ＶＮｍ３／ｈ則Ｖ＝ＶＨＣｌ＋ＶＣＯ２＋ＶＨ２Ｏ＝１１８９Ｎｍ３／ｈ＋４０６５．６Ｎｍ３／ｈ＋Ｖ×０．４１７ｋｇ／Ｎｍ３÷１８×２２．４由此得Ｖ＝１０９２４Ｎｍ３／ｈ其中，水蒸汽的數(shù)量為：１０９２４Ｎｍ３／ｈ×０．４１７ｋｇ／Ｎｍ３÷１８×２２．４＝５６６９Ｎｍ３／ｈ（４５５５．３ｋｇ／ｈ）由此得出反應(yīng)氣體總質(zhì)量為：１９３７．５ｋｇ／ｈ＋７９８６ｋｇ／ｈ＋４５５５．３ｋｇ／ｈ＝１４４７８．８ｋｇ／ｈ反應(yīng)氣總量換算為工作狀態(tài)為：（１×１０９２４×３６３）÷（１×２７３）＝１４５２５ｍ３／ｈ（１４４７８．８ｋｇ／ｈ）考慮系統(tǒng)漏入空氣量以及其它因素，取進(jìn)入洗滌塔的反應(yīng)氣

為：１４５２５ｍ３／ｈ×１．５倍＝２１８７８ｍ３／ｈ查有關(guān)資料：空塔流速取１ｍ／ｓ則塔徑：２１８７８＝πｒ２×３６００×１可計(jì)算出ｒ＝１．４，故塔直徑取２．８ｍ。洗滌塔其它參數(shù)：塔高取１２～１３ｍ，其中儲(chǔ)液段２．５ｍｍ，噴淋段（３層）４～５ｍ，凈化段２．５ｍ，除霧段３ｍ。噴頭用碳化硅，噴角１２０°，噴霧壓力１×１０５Ｐａ，噴淋液滴直徑１．５ｍｍ，設(shè)備壓降５００～１０００Ｐａ。３實(shí)施效果該項(xiàng)目投用后，廢清液ｐＨ值可調(diào)節(jié)至７～９之間，符合海水四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的ｐＨ值指標(biāo)，與周邊地下鹵水ｐＨ值一致，實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)境效益。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，每月可消耗掉氯堿樹脂有限公司富余的液氯１．２萬ｔ，扣除合成鹽酸費(fèi)用４９０萬元和運(yùn)行折舊費(fèi)１２０萬元，節(jié)省液氯處理費(fèi)用約２３０萬 元，為氯堿樹脂有限公司創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。添加 鹽酸后，廢液中固體物相應(yīng)減少，預(yù)計(jì)可延長渣場(chǎng)使用 周期２０％；自動(dòng)化儀表四廠提高了廢清液中氯化鈣的濃度，縮短復(fù) 曬周期，為氯化鈣廠的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。