二氧化硫的吸收计算

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1．吸收过程的化学反应热和化合物的生成热

【说明】制备亚硫酸盐溶液时的化学反应热见表1－3－32；有关化合物的生成热见表1－3－33。

表1－3－32 制备亚硫酸盐溶液时的化学反应热

4．SO₂吸收量的计算

【说明】增加气体中SO₂的浓度，不仅可以加速吸收，而且可以制得浓度较高的酸液，所以，在燃烧时应尽量提高炉气中SO₂的浓度。

1－中性长石(42．6mm) 2－焦炭(42．6mm)

3－焦炭(40．6mm) 4－焦炭(26．6mm) 5－焦炭(24．4mm) 6－卵石(42mm)

1－陶瓷环(Φ50×50mm)，管式排列 2－陶瓷环(Φ50×50mm)，交错排列

3－钢环(Φ50×50mm)，堆放 4－陶瓷环(Φ50×50mm)，堆放

5－陶瓷环(Φ35×35×4mm)，堆放 6－陶瓷环(Φ25×25×3mm)，堆放

7－陶瓷环(Φ15×15×2mm)，堆放 8－瓷环(Φ8×8×1．5mm)，堆放

K——校正系数

L——淋洒密度［m³／(m²·h］

(5)填料的数量n

【说明】一般塔径较填料直径大十倍以上，填料高度和直径相等时，单位体积内填料的数量可用式1－3－96计算。

式中 d——填料的外径(m)

K——常数，对于普通瓷环，堆放时取0．77；整放时采用三角形排列取1．15，采用正方形排列取1．00；对马鞍瓷环、槽鞍瓷环，堆放时取1．21

(6)比表面积A

【说明】单位体积的填料中填料的表面积称为比表面积。

【公式】 A=nA₀ (1－3－97)

式中 A₀——个填料的表面积(m²／个)

n——每米3体积内填料的个数(个／m³)

❶ 普通瓷环比表面积的近似计算

【公式】 A=2πn(d²－δ²)(m²／m³) (1－3－98)

❷ 堆放时的比表面积近似计算

【公式】 A=(m²／m³) (1－3－99)

❸ 整放时采用三角形排列的近似计算

【公式】 A=(m²／m³) (1－3－100)

❹ 整放时采用正方形排列的近似计算

【公式】 A=(m²／m³) (1－3－101)

以上各式中 d——瓷环的外径(m)；

δ——瓷环的厚度(m)。

(7)空隙率ε

【说明】空隙率系指填料呈干燥状态时，塔内净空间所占的百分率。

【公式】 ε=1－nV₀ (1－3－102)

式中 n——填料数量(个／m³)

V₀——一个填料的材料体积(m³／个)

【注意】由于操作时填料壁上附有液体层，故实际空隙率要小于上述干空隙率。

(8)干填料因子m

【说明】干填料因子是表示填料流体力学特性的数群。

【公式】m= (1／m) (1－3－103)

式中符号含义及单位同上。

(9)有关普通瓷环的特性计算值

【说明】见表 1－3－34。

表1－3－34 普通瓷环的特性(根据公式的计算值)

7．湍流塔的计算

【说明】湍流塔的特点是在塔内栅板上放置一定数量的轻质球，在高速气流、淋洒液和自身重力的作用下，作剧烈的旋转和翻腾，形成气、液、固三相湍流运动和搅拌作用，从而引起气液两相良好的接触。国内一些新建的亚硫酸盐法制浆厂已采用湍流塔制备亚硫酸氢镁溶液。湍流塔也可用于沸腾炉炉气的除尘和洗涤。

(1)塔的工艺参数

❶ 空塔流速：一般选用2．5～6m／s，用于炉气除尘和洗涤时，可取2．5～3m／s；用于吸收时可取3～5m／s。

❷ 静止床层高度H0

当H₀／d＞1时，发生活塞流动和沟流现象(d为塔径)；H₀一般为湍流区高度的20～40%，如大于50%则失去湍动的特性。

❸ 淋洒密度

湍流塔对液体的淋洒密度要求不严。用于炉气净化时，可取30～40m³／(m²·h)；用于吸收时可根据相平衡选取合适的淋洒量。

❹ 接触区高度H_k

Hk即筛板间距离，一般选取1000～1500mm，空塔速度高时取上限，低时取下限。

Hk=1．25He(He为床层膨胀高度)

或H_k=(2．5～5)H₀(H₀为静止床层高度)

❺ 塔的段数：对于制备亚硫酸氢镁酸液的吸收塔，一般采用四段；对于炉气净化则用两段即可。

(2)床层膨胀高度He的计算

【说明】当气体的空塔速度为2～5m／s，淋洒密度大于25m³／(m²·h)时，可用式1－3－104计算He

式中 He——床层膨胀高度(m)

H₀——静止床层高度(m)

K——系数，0．045～0．08，一般取0．06

ω——空塔速度(m／s)

L——淋洒密度［m³／(m²·h)］

(3)小球的计算

❶ 小球的填充数N

式中 N——球数(个)

D——塔直径(mm)

H₀——静止床层高度(mm)

ε——静止床层平均空隙率，当D／d＞12时，取ε=0．4；D／d≤12时，取ε=0．45

d——球直径(mm)

❷ 小球的选取

【说明】塔径D和球径d的比值D／d最好大于10。当D≥200mm时，可选用Φ38、Φ30和Φ25mm的小球；当D＜200mm时，可选用Φ20、Φ15mm的小球。小球的相对密度一般在0．15～0．65之间，其值与压力降的关系见表1－3－35。

表1－3－35 塑料球相对密度与压力降的关系

(4)压力降△P

❶ 当未淋洒液体时的压力降

式中 △P——压力降(Pa)

G——球体总重(kg)

F——塔截面积(m²)

H₀——静止床层高度(m)

γ——小球重度(N／m³)

γ_g——气体重度(N／m³)

ε——空隙率(%)

❷ 当淋洒密度小于20m³／(m²·h)时的压力降

式中 △P——压力降(Pa)

H₀——静止床层高度(m)

μ——液体运动粘度(m²／s)

d——球直径(m)

L——淋洒密度［m³／(m²·h)］

ρ_L——液体密度(kg／m³)

g——重力加速度(9．81m／s²)

γ——球体重度(N／m³)

γ_g——气体重度(N／m³)

ε——空隙率(%)

❸ 当淋洒密度大于25m³／(m²·h)时的压力降

式中 △P——压力降(Pa)

ω——空塔速度(m／s)

L——淋洒密度［m³／(m²·h)］

A——系数，A与静止床层高度H₀的关系如下：

(5)临界气速w_k

❶ 无淋洒液时临界气速

式中 d——球直径(m)

γ_g——气体重度(N／m³)

γ——球的重度(N／m³)

ε——静止床层的空隙率(%)

g——重力加速度(9．81m／s²)

Φ——阻力系数，见表1－3－36

表1－3－36 阻力系数Φ

❷ 当淋洒液体时的操作气速ω

【说明】当向床层淋洒液体时，在实际应用中可根据无淋洒时临界气速来确定操作气速ω。

式中 ω——操作气速(m／s)

ω_k——无淋洒液体时临界气速(m／s)

K——系数，取1．5～3．0，淋洒量大者取小值