漿滴在下落過程中吸收SO₂過程分析

摘要:本文建立了液滴下落的數學模型和純水液滴對SO2吸收的數學模型，討論了各種因素對液滴下落過程的影響。在對純水液滴對SO2吸收的研究過程中，確定了氣相傳質系數和液相傳質系數的選取。本文對漿滴吸收SO2的過程進行了分析并對漿滴和液滴吸收SO2的不同效果進行了比較。

關鍵詞;漿滴在下落過程中吸收SO2過程分析

中圖分類號:X701文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0103-01

自20世紀60年代起，隨著工業污染的日益嚴重，一些國家相繼制定了嚴格的法規和標準以限制SO2的排放，這一措施極大的促進了脫硫技術的應用和發展。目前應用的脫硫技術可分為三類:燃燒前脫硫技術、燃燒中脫硫技術和煙氣脫硫技術。其中，煙氣脫硫技術應用最為廣泛。這類技術國內外研究的都很多，應用到實際中的效果相對較好。由于石灰的廉價易得，工業上一般采用鈣基脫硫劑作為脫硫劑。但是，固體Ca(OH)2或CaO的鈣的利用率和脫硫率都比較低，因此常把鈣基脫硫劑制成漿液噴入煙道中。

1 液滴的下落模型

在本模型中，把液滴下降作為固體球體在氣體中的下落過程進行處理。并利用經驗公式，對液滴氣流場中的下降過程求解。下落過程中，液滴滿足運動方程:

(1)

式中，——下降速度，;

——下落時間，s;

——液滴直徑，m;

——氣體密度，;

——拽力系數;

——液滴密度，。

拽力系數可由下列幾種方法計算

A:(2)

B:(3)

C: (4)

C方法較為符合實際，因此本模型采用C計算法。

2 純水液滴對SO2的吸收

2.1 氣相傳質系數的選取

文獻上，經常以的形式提出經驗式來表示實驗數據，以計算氣相傳質系數。如Ranz and Marshall[1]提出的

(5)

大部分文獻取b0=0.5，與實驗值較為符合，因此本文取b0值為0.5，計算。

2.2 液相傳質系數的選取

針對液相傳質系數，認為液滴內流場有兩種不同的流動狀態。一種認為液滴內為靜止或有穩態的內循環，內部的擾動可能是由于邊界氣體的摩擦所導致;另一種認為，液滴內部是高速的運動著的，并且伴隨著形狀的振蕩，內部流場基本上是非穩態或者紊流的狀況。本文認為液滴內呈紊流狀態，有強烈的分子內循環。對于液相傳質系數的確定，一些學者提出了一些經驗、半經驗公式。

Olander[2]認為Handlos and Baron在求解過程中，僅使用了第一個特征值，因而在較短的接觸時間內，產生了不可忽略的誤差。他們提出的修正式如下。

(6)

式中，——液滴與吸收氣體接觸時間，s。

分別用Olander和Handlos的半經驗公式計算液相傳質系數和純水液滴吸收SO2氣體后的總含硫量。

3 漿滴對SO2的吸收

3.1 漿滴吸收SO2的過程分析

漿滴與SO2的反應可分為以下幾個部分。

(1)SO2從氣相向液滴表面擴散。

(2)SO2在液滴表面被吸收。

(3)SO2溶解形成H2SO3，H2SO3離解成HSO3-和SO32-。

(4)各種形式的液相硫向漿滴內部擴散。

(5)Ca(OH)2顆粒的溶解。

上述幾個過程涉及到傳質、擴散幾個方面，是一個及其復雜的過程。因此，建立一個數學模型把這些因素都考慮在內是不可能的。

3.2 吸收速率的求解

SO2氣體向液滴表面的質量傳遞通量可用下式表示:

(7)

可見，漿滴的吸收量明顯大于液滴。這是由于漿滴在吸收SO2時，漿滴內SO2分布的濃度梯度遠遠大于液滴，甚至在漿滴內的某一點，濃度達到零。因此漿滴的吸收速率也就遠遠大于液滴。并且，漿滴堿性越強，溶解的OH-越多，濃度達到零的那一點就越靠近漿滴表面，濃度梯度增大，吸收量也就越大。

4 結語

(1)隨著煙氣流速的變化，同樣大小的液滴的下落速度分布和下落時間往往發生很大的變化。當煙氣流速逐漸增高時，液滴的落點開始變得雜亂。(2)漿滴的吸收量明顯大于液滴。這是由于漿滴在吸收SO2時，漿滴內SO2分布的濃度梯度遠遠大于液滴，甚至在漿滴內的某一點，濃度達到零。因此漿滴的吸收速率也就遠遠大于液滴。

參考文獻

[1]Handlos，A.E.，and T.Baron，“Mass and Heat Transfer from Drops in Liquid Extraction”AICHE J.，1957.

[2]Olander，D.R.，“Simultaneous Mass Transfer and Equilibrium Chemical Reaction”，AICHE J.，1960.