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本文分别采用柠檬酸钠及CaCO3作吸收剂,以喷射鼓泡反应器及鼓泡反应器作为研究装置,改变吸收剂的用量、SO2入口浓度、空气流量、搅拌速度等条件,对SO2的吸收效果进行分析,并运用gPROMS软件对实验结果进行了理论模拟,对两种反应器中的气液传质从理论上进行了分析。
喷射鼓泡反应器中,增加吸收剂的浓度,SO2完全去除时间增加,但下降阶段的下降速度基本不变;增加SO2入口的浓度,增大了吸收推动力,增加了吸收速率,使得SO2完全去除时间缩短,下降段斜率增加,去除效果下降;空气流量的增加,气液扰动程度增大,吸收速率增加,还使气体在反应器中的停留时间迅速减小,导致吸收效果极大地降低;喷射鼓泡反应器的内部结构可以充分保证气液的充分接触,弱化了搅拌的作用,因此,搅拌速度的增加对吸收没有明显的影响。两种吸收剂相对比,尽管同样条件下,SO2能够100%去除的时间基本相差不多,但采用柠檬酸钠作吸收剂时,下降段下降的速度明显平缓得多,柠檬酸钠可以在较大的pH范围内保持较好的吸收效果,柠檬酸钠作吸收剂要优于CaCO3。
在鼓泡搅拌反应器中,柠檬酸钠同样表现出了明显的缓冲作用,溶液中形成了柠檬酸盐、亚硫酸盐、柠檬酸等组成的缓冲溶液,可以在较长的时间内使SO2获得较高的吸收率。增加SO2入口的浓度,减小吸收剂用量,去除效果降低;空气流量的增加,一方面使得气液扰动程度增大,吸收速率增加,另一方面也使得气体在反应器中的停留时间迅速减小,导致吸收效果降低;搅拌对吸收的影响仍旧不明显,在吸收剂浓度较高,气相浓度较低时,液相阻力并不是主要控制因素,因此搅拌速度并没有对SO2去除率产生明显影响。
将喷射鼓泡反应器和鼓泡反应器两种装置进行对比,尽管两种装置中同样条件下SO2吸收效果相差不多,但喷射鼓泡反应器中烟气通过喷射管以较高的气速喷射进入反应器,可省去再循环泵和喷淋装置,而且喷射鼓泡反应器集吸收、氧化为一体,大大简化了工艺过程,可以作为今后研究的重点。
建立了鼓泡反应器及喷射鼓泡反应器中气液传质模型,利用模型对两种反应器中的气液传质进行了分析,并将理论模拟结果与实验进行了对比,理论模拟结果与实验能很好的吻合,对两种反应器设计及应用具有一定的参考意义。