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        吸收法處理二氯甲烷廢氣的模擬計算及優(yōu)化

        2019-10-09 07:42:46陳偉民孫玉玉李偉偉
        中國資源綜合利用 2019年9期
        關(guān)鍵詞:乙酰胺板數(shù)吸收劑

        陳偉民,孫玉玉,李偉偉

        (1.南京源恒環(huán)境研究所有限公司;2.中建安裝集團(tuán)有限公司,南京 210009)

        當(dāng)前,二氯甲烷作為一種應(yīng)用非常廣泛的有機(jī)溶劑,被大量用于醫(yī)藥、化工、紡織和涂料等行業(yè)[1]。但是,二氯甲烷具有較大的毒性,對環(huán)境和人體健康造成很大的威脅,1976年已經(jīng)被美國環(huán)境保護(hù)局列入65 類有毒污染物清單中[2]。

        針對二氯甲烷等含氯有機(jī)物的治理,人們已經(jīng)探索出多種治理方法,其中較為成熟的有冷凝、吸附、焚燒和氧化還原等方法,此外,生物降解技術(shù)、催化燃燒技術(shù)、吸收-催化聯(lián)合技術(shù)等新型技術(shù)也不斷發(fā)展[3-7]。但是,它們存在二次污染,如產(chǎn)生活性炭危廢,焚燒產(chǎn)生二噁英、氯氣等有毒有害氣體。

        吸收是一種有效降低二氯甲烷尾氣濃度的方法,通過吸收劑的再生,可以達(dá)到循環(huán)使用的目的,不產(chǎn)生二次污染[8]。本文采用流程模擬軟件Aspen Plus對二氯甲烷廢氣分離過程進(jìn)行研究,確定吸收劑種類、吸收流程和吸收塔操作參數(shù),同時在理論計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗認(rèn)證,為工業(yè)廢氣凈化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

        1 廢氣組成及計算要求

        本工藝流程所涉及的主要組分為二氯甲烷、DMF、水。常壓下,三者的物性如表1所示。

        表1 組分的物性

        廢氣進(jìn)氣量為1 000 m3/h,其中二氯甲烷的濃度為1 000 mg/m3。模擬計算擬達(dá)到的要求為:出氣二氯甲烷含量小于5 mg/m3,吸收劑含量小于5 mg/m3。

        2 模擬計算與結(jié)果優(yōu)化

        采用Aspen Plus 嚴(yán)格精餾吸收模型進(jìn)行模擬計算,采用二級吸收對二氯甲烷廢氣系統(tǒng)進(jìn)行吸收過程模擬計算,分析研究規(guī)律變化,為實際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。二氯甲烷吸收流程如圖1所示。

        圖1 二氯甲烷廢氣凈化流程

        流程說明如下:二氯甲烷廢氣從吸收塔1 底部進(jìn)入,與吸收劑1 在吸收塔內(nèi)逆流接觸,吸收除去,塔釜吸收液經(jīng)解析再生循環(huán)使用,塔頂一級凈化氣進(jìn)入到吸收塔2 中;在吸收塔2 中與吸收劑2 發(fā)生逆流接觸,除去吸收劑1 和少量二氯甲烷,塔釜吸收液解析后循環(huán)使用,塔頂尾氣達(dá)標(biāo)排放。

        2.1 吸收劑的篩選

        吸收劑的類型對吸收效果存在很大影響,吸收劑要對吸收組分有著較強(qiáng)的溶解性??紤]到二氯甲烷屬于極性有機(jī)溶劑,通過相似相容原理,本文首先分別以乙二醇、乙醇、二甲基乙酰胺、DMF 為吸收劑,分別考察了其吸收效果和出口吸收劑濃度的影響,結(jié)果如表2所示。

        表2 不同吸收劑吸收效果

        從表2 可以看出,除乙二醇外,三種吸收劑乙醇、二甲基乙酰胺、DMF 均可作為二氯甲烷廢氣的吸收劑。

        以乙醇作為吸收劑,乙醇出口濃度偏高,再以水作為二級吸收劑可以實現(xiàn)對乙醇的吸收和除去,但是由于乙醇與水共沸,分離回收乙醇難度較大;以二甲基乙酰胺作為吸收劑,在相同的流量下,其吸收效果不及乙醇、DMF,同時二甲基乙酰胺來源也不廣泛、價格也比較昂貴,實用性也較差;在相同的流量下,DMF 作為吸收劑,吸收效果較乙醇、二甲基乙酰胺好;其作為一種溶劑,來源較為廣泛、易得。雖然吸收塔出口濃度較二甲基乙酰胺高,但是以水作為吸收劑可以將DMF 完全吸收下來,同時DMF 與水不存在共沸,分離回收相對容易,可以實現(xiàn)DMF、水的閉合循環(huán)。綜上所述,選定DMF 作為二氯甲烷廢氣的一級吸收劑。

        2.2 吸收塔1 模擬優(yōu)化

        以DMF 為吸收劑,本研究分別考察了塔板數(shù)對吸收效果、吸收劑用量的影響,具體情況如圖2、圖3所示。

        圖2 尾氣濃度與塔板數(shù)的關(guān)系

        從圖2、圖3 可以看出,隨著塔板數(shù)的增大,塔頂二氯甲烷濃度越來越低;當(dāng)塔板數(shù)為12 時,塔頂二氯甲烷濃度小于5 mg/m3。因此,選定塔板數(shù)12 塊。

        當(dāng)進(jìn)料流量為1 100 kg/h 時,塔頂二氯甲烷濃度小于5 mg/m3。繼續(xù)增大進(jìn)料流量,二氯甲烷出氣濃度變化很小,因此選定DMF 流量為1 100 kg/h。在最優(yōu)的吸收分離條件下,吸收塔1 的吸收結(jié)果如表3所示。

        表3 吸收塔1 吸收結(jié)果

        從表3 可以看出,采用DMF 作為吸收劑,可以滿足相關(guān)要求,即吸收塔1 出口氣濃度中二氯甲烷的濃度小于5 mg/m3,但是出口氣體中DMF 濃度較高,需要進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放。

        2.3 吸收塔2 模擬優(yōu)化

        考慮到DMF 時強(qiáng)極性溶劑,與水可以無限混溶,同時水與DMF 不存在共沸等問題,易于分離回收再循環(huán),因此用水作為吸收塔2 的吸收劑。以水作為吸收劑,吸收效果如表4所示。

        表4 吸收塔2 吸收結(jié)果

        從表4 可以看出,以水作為吸收劑,尾氣二級出口中二氯甲烷、DMF 的含量能夠降到5 mg/m3以下,滿足要求。

        3 試驗論證

        采用鼓泡、稀釋法配置二氯甲烷廢氣濃度1 000 mg/m3的廢氣,采用自制吸收塔對吸收過程進(jìn)行研究,分別得到吸收塔1、2 塔頂出氣組成。具體試驗結(jié)果如表5所示。

        表5 吸收塔吸收結(jié)果

        從表5 可以看出,出氣濃度與模擬計算基本一致,模擬計算結(jié)果正確。

        4 結(jié)論

        采用兩塔串聯(lián)吸收二氯甲烷廢氣,最終出氣二氯甲烷濃度降到5 mg/m3以下。經(jīng)模擬計算,本研究確定吸收塔1 塔板數(shù)12 塊,最佳進(jìn)料量1 100 kg/h。試驗驗證表明,結(jié)果相差不大,滿足工業(yè)放大需求。

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