吸收塔中气液两相传质过程分析第4组课件.ppt

1、吸收塔中气液两相传吸收塔中气液两相传质过程分析质过程分析第四组成员：陈凯、周昕怡、魏佳虹、郑心怡、李玲君、朱雪瑞钠碱法烟气脱硫吸收塔钠碱法烟气脱硫吸收塔3吸收过程中主要反应如下：吸收过程中主要反应如下：4 本实验开发了一种解决烟气脱硫问题的新工艺低价态膜电解超声波协同钠碱再生循环烟气脱硫工艺，该新工艺是用 溶液吸收烟气中 使其转化成 进行脱除；再通过膜电解与超声波的协同作用将 再生为 并循环使用，超声波解吸出的 通过直接催化氧化支取浓硫酸，成为高质量的工业产品。32SONa2SO3NaHSO3NaHSO32SONa2SO 主要研究钠碱烟气脱硫吸收过程中气液间的传质反应特性以主要研究钠碱烟气脱硫

2、吸收过程中气液间的传质反应特性以及脱硫率的影响因素，基于双膜理论建立钠碱脱硫中二氧化硫吸及脱硫率的影响因素，基于双膜理论建立钠碱脱硫中二氧化硫吸收过程的数学模型，最后得出液膜内各组分浓度的分布曲线。收过程的数学模型，最后得出液膜内各组分浓度的分布曲线。一、在钠碱溶液中的溶解吸收传质过程分析2SO 吸收过程是SO2由气相向液相转移的相际传质过程，这个过程的进行包括三个步骤：（1）SO2由气相主体通过气膜扩散至气液界面，并在气液界面上达到平衡，其扩散机理与物理吸收时并无区别，气相吸收系数不受影响；（2）SO2到达界面后向液膜传递并在液膜内与吸收剂发生化学反应；（3）钠碱吸收剂从液相主体内扩散到界面

3、附近即液膜内与SO2接触发生化学反应。8 对于快速不可逆反应，吸收质 在反应面处的浓度可视为零，则 扩散速率为：2SO2SO)0(,11,222iSOlSOSOCDN)0(,12,232323lSOlSOSOCDN 同理，组分 通过反应面右侧液膜的扩散速率为：由于组分 和 的反应计量比为1，所以：32SONa2SO32SONa223SOSONN1,222323222,iCDCDClDNSOlSOlSOlSOisolSOSOlSOgSOlSOSOSOHKKHCPN,22232211/E二、脱硫过程的影响因素（1）吸收液pH（2）液气比（L/G）对脱硫率的影响（3）进口 SO2浓度对脱硫率的影响（

4、4）吸收液温度对脱硫率的影响（5）吸收剂初始浓度对脱硫率的影响 实验研究范围内的结果表明，以Na2SO3为吸收剂吸收SO2时，吸收液pH、L/G和吸收剂浓度愈高，脱硫率愈大；吸收液温度、进气SO2浓度愈高，脱硫率愈低。根据双膜理论和化学反应速度理论，碱液吸收SO2气体时，气体浓度越高，不仅（气相）气体扩散速率越快，且（液相）化学反应速率也越快，二者协同作用，从而加快吸收速率。但在其它条件相同时，即使高浓度气体的吸收速率加快，但由于在一定时间内参与反应的SO2增多，会导致反应物基数的增加，快速率效应并不能完全抵消基数增加效应所产生的对脱硫效率的负面影响，也就是说基数增加消减了吸收速率加快对SO2

5、吸收有利的强度，从而使得脱硫效率降低。三、模型建立 当进塔混合气体中的溶质含量较低（5%10%）时，通常称为低含量气体吸收，如SO2在钠碱溶液中的吸收，在描述其吸收过程时，可作如下假设：1）气体流速率 G 与液体流率 L 可视为常量。因被吸收的溶质量很少，流经全塔的混合气体流率与液体流率可视为常量。2）吸收过程是等温的。因吸收少，由溶解热而引起的液体温度的升高并不显著，故可认为吸收是在等温下进行的。这样对低含量气体的吸收可以不做热量恒算。3）传质系数为常量。因气液两相在塔内的流率几乎不变，全塔的流动状态相同，传质系数在全塔为常数。1、质量衡算膜内扩散和反应方程组分A在气相一侧（无化学反应）：组

6、分A在液相一侧：各组分扩散通量用费克定律描述：0dxdNgAAlARdxdNdxdCDNAAA由于系统处于稳态，总硫在液相中扩散的速率为零：由于溶液中存在如下平衡：将其带入得到:式 022222223233322dxCdDdxCdDdxCdDSOSOHSOHSOSOSO322HSOHOHSO231SOHSOHK233SOHHSO3232HSOSOHKOHHOH20)(23233322222122222SOHSOSOHSOHSOSOSOCCdxdKKDdxCdDdxCdDOHHKw2、电荷守恒在溶液中存在如下电荷守恒：由于通过某一横截面的正负离子扩散通量为零，可得到：根据 得到：式02233SO

7、HSOOHNaH02232333dxdCDdxdCDdxdCDdxdCDdxdCDSOSOHSOHSOOHOHNaNaHHwKKK、210)(2)()(232333233221211SOHSOSOHSOHSOSOHSOWOHHSOSOHCCdxdKKDdxdCDCCdxdKKDCCdxdKD0)(23233322222122222SOHSOSOHSOHSOSOSOCCdxdKKDdxCdDdxCdD0)(2)()(232333233221211SOHSOSOHSOHSOSOHSOWOHHSOSOHCCdxdKKDdxdCDCCdxdKKDCCdxdKD 式、式仅是关于 和 的方程，因此式、式即

8、为 溶液吸收 气液反应过程的数学模型。2SOC3HSOC3NaSO2SO3、模型的赋值 模拟计算填料塔内 溶液吸收 的传质过程，模拟计算的实验条件如下：实验室模拟烟气脱硫塔尺寸：直径0.39m，塔总高约2m，填料高度为 0.70m；吸收液条件：总钠浓度为 =0.6mol/L=0.6kmol/m3，pH=6.82，吸收液温度26，液体流量为 0.42m3/h；烟气条件：进口 浓度1500ppm，出口浓度81ppm，烟气流量 429.83m3/h，烟气温度30。模拟计算中所用参数见表 5-6。2SO3NaSONaC2SO 为求解模型中的常微分方程，需先计算出方程的边界条件中的总硫浓度 ，即沿塔高不

9、同位置上液相主体（x=）中各组分的浓度。先来确定实验条件下吸收塔的操作线方程。stotalC,设吸收塔内任一截面上气液两相中溶质的摩尔分数分别为y和x，其中下标“1”代表塔内填料层下底截面，下标“2”代表填料层上顶截面；对塔内任一截面，取该截面至塔顶为控制体作物料衡算，可得：2222)(yyxxGLLxGyLxGy或 操作线方程在y-x图上为一条直线，AB称为吸收操作线。两端坐标(,)与(,)分别为气液两相在塔进、出口的组成，斜率L/G称为吸收操作的液气比，线上任一点的坐标代表塔内某一截面上气液两相的组成。在本吸收系统中，由实验条件知：其中液相中的二氧化硫浓度指在塔内任意位置吸收的总硫浓度与塔

10、顶吸收液进塔时溶液中的总硫浓度之差。可知操作线方程为：000081.036721.1yx0015.010150061y00008.0108162y 1.将y1y2分为十等份，确定各个y值，由操作线方程可求出对应x值。2.根据二氧化硫的气相摩尔分数y可得知 。3.已知 ，通过式子 可求出 ，进而得出pH及 。4.再由 可求出 。5.总硫浓度为 222221120032)()(SOSOWSOSOWPKKHHKPKHHHHKH2SOPHCOHC02233SOHSOOHNaH3232HSOSOHK231SOHSOHK3-232、HSOSOSOCCC2332SOHSOSOSCCCC2SOP22吸收SO2后，溶液电荷平衡式：根据：（亨利定律）将以上三个式子代入电荷平衡式，得简化得 2233SOHSOOHHNa222SOSOPHSO2213HPHKHSOSOSO2212222HPHKKSOSOSO221122222HPHKKHPHKHKHNaSOSOSOSOW2222211232)(SOSOWSOSOPKKHHKPKHHNaH