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旋流板塔吸收處理廢氣實驗研究

文檔作者：翁棣唐先進喬少華樓斌夏炎炎張錦鵬趙新景彭逸瑾文檔來源：浙江大學環(huán)境與資源學院		點擊數：	更新時間： 2021年05月13日
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實驗技術與實驗發(fā)展
旋流板塔吸收處理廢氣實驗研究
翁　棣, 唐先進, 喬少華, 樓　斌, 夏炎炎, 張錦鵬, 趙新景, 彭逸瑾
(浙江大學環(huán)境與資源學院, 浙江杭州　310029 )
摘　要: 研究吸收液流量對旋流板塔去除CO2廢氣的去除率的影響, 并計算其總傳質吸收系數。結果表明,
第一層塔板的單塔板效率最高, 明顯高于其余板層, 隨著吸收液流量的不斷增加, 污染物的塔板累計去除
率也隨之增加?？傮w積傳質吸收系數KYa為79. 4 kmol/m3 ·h。
關鍵詞: 二氧化碳; 氫氧化鈉; 旋流板塔; 傳質吸收系數
中圖分類號: G424. 31　　文獻標識碼: A　　文章編號: 100224956 (2006) 0320025204
Experimental Study on VolumetricMass Transfer Coefficients for CO2
Removel from Polluted Air into Aqueous Solution ofNaOH in a
Rotating2 stream2 tray Scrubber
WENG Di, TANG Xian2 jing, Q IAO Shao2hua, LOU Bing, XIA Yan2yan,
ZHAO Xin2 jing, ZHANG J in2peng, PENG Yi2 jing
( School of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China)
Abstract: The p resent study demonstrates that the relation of the absorp tion liquid flow rate and removel efficiency of
CO2 in a rotating2stream2tray (RST) scrubber. The results showed that the first tower tray’sMurphree p late efficien2
cy ( Emv ) wasmaximum and significantly higher than other tray floors’s Emv. The test showed that volumetric overall
mass transfer coefficient (KYa ) of dilute CO2 KYa value was 79. 4 kmol/m3 ·h。The CO2 removal efficiency could be
remarkably imp roved by increasing absorp tion liquid flow rate . The relation of CO2 removal efficiency and absorp tion
liquid flow rate was obtained, as well as the effects of sodium hydroxide concentration and liquid /gas ratios on CO2
removal efficiency.
Key words: carbon dioxide; sodium hydroxide; rotating2stream2tray scrubber; volumetric overallmass transfer co2
efficients
收稿日期: 2005208217　修改日期: 2005211209
作者簡介: 翁棣(1962—) , 男, 高級工程師
基金項目: 浙江省教育廳基金資助項目(No. 20040190)
1　旋流板塔簡介
旋流板塔是一種噴射型塔板洗滌器, 由我校化
工系譚天恩教授發(fā)明, 本實驗裝置的旋流板塔結
構, 采用9層塔板, 塔板葉片如固定的風車葉片,
氣流通過葉片時產生旋轉和離心運動, 吸收液通過
中間盲板分配到每個葉片, 形成薄液層, 與旋轉向
上的氣流形成攪動, 噴成細小液滴, 甩向塔壁后,
液滴受重力作用集流到集液槽, 并通過降液管流到
下一塔板的盲板區(qū)。具有一定風壓、風速的待處理
氣流(以CO2模擬SO2 ) 從塔的下部進, 上部出。
吸收液從塔的上部進、下部出。氣流與吸收液在塔
內作相對運動, 并在旋流塔板的結構部位形成很大
表面積的水膜, 從而大大提高了吸收作用。每一層
的吸收液經旋流離心作用掉入邊緣的收集槽, 再經
導流管進入下一層塔板, 進行下一層的吸收作用。
主要機制是塵粒與液滴的慣性碰撞, 離心分離和液
膜粘附等。其氣液接觸的傳質過程適合于氣相擴散
控制的過程, 如氣液直接接觸傳熱、快速反應吸收
等, 這種塔板由于開孔率較大, 允許高速氣流通
過, 因此負荷較高, 處理能力較大, 壓降較低, 操
作彈性較大。
中國科技論文統計源期刊
(中國科技核心期刊) 　　　　　　　
實　驗　技　術　與　管　理
EXPER IMENTAL TECHNOLOGY AND MANAGEMENT
　　　　　　　Vol. 23　No. 3
MAR. 2006
　　　
2　實驗設備及操作步驟
2. 1　實驗裝置
實驗裝置中, 旋流塔板直徑為15cm, 葉片仰
角α為25°, 共9 層。水泵是單相電泵, 型號:
DOB - 100。風機為塑料離心式通風機, 型號: 4 -
72型2 # 3。高速鼓風機: 2800 r /min; 旋流塔高:
140cm; 塔徑: 15cm。變頻器: M ITSUB ISH I
FREQROL - U100型。成套裝置由杭州之江水處理
設備廠制造, 見圖1。
圖1　實驗裝置圖
2. 2　實驗裝置開車操作
( 1) 準備工作　檢查各處閥門, 檢查電氣控制
箱, 檢查CO2氣體鋼瓶, 配制吸收液。
( 2) 實驗過程　開啟總電源; 開啟循環(huán)泵, 調
至所需流量; 開啟變頻控制器, 調節(jié)使風機達到所
需流量; 開啟CO2鋼瓶, 調節(jié)輸出壓力, 調節(jié)所需
進氣量; 經過一定時間的穩(wěn)定, 測定配氣箱出口濃
度, 測定旋流板塔各取樣口的CO2濃度, 儀器法測
定CO2氣體濃度。CO2檢測儀為美國Telaire公司制
造的Telaire 7001型便攜式二氧化碳/溫度檢測儀,
CO2通道性能指標: 0 ～10 000 ppm (顯示) , 0 ～
4000 ppm (電壓輸出) ; 靈敏度: ±1 ppm; 準確
度: ±50 ppm; 重復性: ±20 ppm; 年漂移: ±2
ppm; 檢測方式: 雙光束無彌散紅外線; 采樣方
式: 擴散或流動進氣(50～100 ml·min- 1 ) 。對各
個取樣口出來的氣體進行測定, 方法: 用一只
1000 ml的抽濾瓶, 將抽濾瓶的抽氣口用橡皮管與
設備的取樣口連接, 因為各取樣口都是正壓, 所以
只要打開取樣口閥門, 氣體就會自動進入抽濾瓶。
改變條件, 重復上述步驟。
( 3) 實驗結束　關閉CO2鋼瓶, 關閉循環(huán)泵,
關閉變頻控制器, 如不再進行實驗, 則將吸收液排
空, 并用清水清洗管路。
3　實驗數據及分析
實驗以0. 05 mol·L - 1 NaOH作為吸收液, 對
CO2進行吸收處理, 表1、表2、表3是實驗記錄。
表1　實驗數據紀錄
吸收液流量
L·h - 1
CO2 流量
m3 ·h - 1 各層塔板的CO2 濃度/ (mg·L - 1 )
進口9 8 7 6 5 4 3 2 1
600
400
0. 4
7918
6940
6593
6597
6449
6399
6322
6149
6230
5935
6153
5641
6077
5355
5997
5067
5917
4956
5836
200 6596 6526 6483 6423 6362 6247 6197 6161 6127
26 實　驗　技　術　與　管　理
　　　　　
表2　旋流塔塔板累積去除率
吸收液流量
L·h - 1
CO2 流量
m3 ·h - 1 各層塔板的CO2 濃度/ (mg·L - 1 )
進口9 8 7 6 5 4 3 2 1
600
40
0. 4 /
12. 35
16. 74
16. 68
18. 66
19. 14
20. 61
22. 15
21. 51
25. 02
22. 28
28. 756
23. 22
32. 36
24. 26
36. 07
25. 23
37. 44
26. 22
200 16. 69 17. 52 18. 26 18. 83 19. 63 21. 11 21. 79 22. 15 22. 65
表3　旋流塔各塔板單獨去除率
吸收液流量
L·h - 1
CO2 流量
m3 ·h - 1 各層塔板的CO2 濃度/%
進口9 8 7 6 5 4 3 2 1
600
400
0. 4 /
12. 35
16. 74
4. 92
2. 18
3. 04
1. 98
3. 96
1. 46
3. 41
1. 55
4. 9
1. 27
5. 0
1. 31
5. 32
1. 34
2. 12
1. 37
200 16. 69 1. 09 0. 63 0. 97 0. 92 1. 85 0. 84 0. 56 0. 55
　　從圖2 可以看出, 隨著吸收液流量的增大,
CO2的累積去除率總體上呈增加的趨勢, 原因是因
為充足的堿液和氣體基礎, 傳質吸收效率增加。圖
3顯示, 無論吸收液的流量怎么變化, 對于一定濃
度的污染物, 在第1層塔板上的效率最高, 從第1
層以后的每1層塔板的濃單板效率都不是很高, 明
顯低于第1板。因為在第1層塔板的時候, 氣相濃
度最大, 而液相濃度也并不是很大, 根據亨利定律
y =m ·x, 因為y較大, 所以與之平衡的液相濃度
x也相應較大, 所以污染物會被大量吸收, 于是使
得第1層塔板效率較高, 而自第1層塔板以后, 由
于經過每1層塔板后氣相濃度都會降低, 使得與之
相對的x也在不斷降低, 所以單板效率就不如第1
層塔板的高。在線風量: 1. 6 m3 ·min- 1 , 50 Hz;
氣流溫度: 27. 0 ℃; 吸收液溫度: 23. 4 ℃。
圖2　不同吸收液流量時塔板對CO2的累積去除率圖3　不同吸收液流量時各塔板層上的CO2單板去除率
　　表4、表5為實驗記錄, 各層塔板的效率曲線見圖4。
表4　不同氣、液流量時進口及各采樣口的CO2濃度/kg·L - 1
序
號
氣流量
m3 h - 1
液流量
Lh - 1 進口1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0. 40 300 7506 6910 6854 6654 6585 6322 6100 5952 5674 5460
2 0. 44 420 8334 7722 7438 7259 6980 6835 6533 6330 6197 5998
3 0. 40 200 6542 6099 6072 5987 5932 5865 5716 5683 5596 5525
4 0. 40 100 6542 5705 5622 5583 5502 5430 5423 5316 5245 5237
5 0. 25 300 6480 5996 5990 5840 5573 5389 5360 4885 4692 4500
6 0. 25 500 6520 5720 5592 5309 5235 5194 5068 4910 4823 4793
翁　棣, 等: 旋流板塔吸收處理廢氣實驗研究27
　　　
表5　不同液氣比時各塔板CO2去除效率ηi /%
序號液氣比1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0. 750 7. 94 8. 69 11. 4 12. 3 15. 8 18. 8 20. 7 24. 4 27. 3
2 0. 954 7. 34 10. 8 12. 9 16. 2 18. 0 21. 6 24. 0 25. 6 28. 0
3 0. 500 6. 77 7. 18 8. 48 9. 32 10. 3 12. 6 13. 1 14. 5 15. 5
4 0. 250 12. 8 14. 1 14. 6 15. 9 17. 0 17. 1 18. 7 19. 8 19. 9
5 1. 20 7. 47 7. 56 9. 88 14. 0 16. 8 17. 3 24. 6 27. 6 30. 6
6 2. 00 12. 3 14. 2 18. 6 19. 7 20. 3 22. 3 24. 7 26. 0 26. 5
圖4　各層塔板效率曲線
　　由圖表可以明顯看出, 氣液比為1. 20時吸收
有效率最高, 為30. 6%; 隨著氣流在塔中的上升,
CO2被逐層吸收, 去除率增加; 在液氣比0. 750和
2. 00之間可能有更好的氣液比的存在, 使得去除
率更大。
4　傳質吸收系數計算
假設P 為大氣壓, 實測吸收液溫度27. 8 ℃,
根據有關手冊和經驗數據, lgE = 11. 468 - 1922 /T,
所以計算得E = 120. 6kPa, 因此:
m =
E
P
= 120. 6 ÷101. 2 = 1. 19
　　又已知h = 1. 5m, Ω = 3. 14 ×0. 14 ×0. 14 ÷4
= 0. 0154 m2
對于本實驗低濃度氣體, 可近似取Y≈ y, X≈
x ( x, y均為摩爾分率; X, Y為摩爾比)
4. 1　總體積傳質吸收系數KYa
以效率最高的液體流量(600 L·h- 1 ) 計。
由Y1 =7. 918 ×10- 3、Y2 = 4. 956 ×10- 3、X2 = 0、
L = 33. 3 kmol·h- 1 (吸收液很稀, 且是化學吸收,
故X2 = 0) 、G = 4. 17 kmol·h- 1 , 根據物料衡算公
式G ( Y1 - Y2 ) =L (X1 - X2 )所以:
X1 = G /L ( Y1 - Y2 ) = 5. 27 ×10- 5
總傳質推動力ΔYm
ΔYm = [ ( Y1 - m X1 ) - ( Y2 - m X2 ) ] /
ln [ ( Y1 - m X1 ) / ( Y2 - m X2 ) ] = 6. 2801 ×10- 3
吸收塔內NH3被液相吸收的量GA
GA = G ( Y1 - Y2 ) = 1. 151754 ×10- 2 kmol·h- 1
總體積傳質吸收系數KYa
KYa = GA / (Ω·h·ΔYm ) = 79. 4 kmol·(m3 ·h- 1 )
4. 2　理論單板效率與實驗單板效率比較
因為本吸收為化學吸收, 所以效率可以簡化為
η = 1 - (1 - Emv ) N
所以
Emv = 1 - (1 -η) 1 /N = 1 - (1 - 0. 3744) 1 /9 = 0. 05
計算所得的單板效率與實驗所得第2板到第9板的
單板效率大致符合, 見圖3, 表3。
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