实验二综合设计及研究型实验指导书

实验二湿式石灰石法脱除气体中的二氧化硫一、实验目的本实验采用鼓泡吸收塔，用10%的石灰石（CaCO3）浆液吸收SO2。通过实验可初步了解鼓泡塔吸收净化有害气体的实验研究方法和湿式石灰石法吸收净化二氧化硫的基本原理。通过实验要达到以下目的：1．了解用吸收法净化废气中SO2的效果；2．改变气流速度，观察填料塔内气液接触状况现象；3．测定吸收效率和吸收塔的压降；二、可供自选的实验内容1．脱硫产物化学成分分析；2．氨替代石灰石脱除二氧化硫性能考察。三、实验原理含SO2的气体可采用吸收法净化。由于SO2在水中溶解度不高，常采用化学吸收方法。吸收SO2吸收剂种类较多，本实验采用石灰石（CaCO3）浆液作吸收剂，吸收过程发生的主要化学反应为：二氧化硫在浆液中发生溶解、水合和离解：SO2(g)SO2(aq）SO2(aq)+H2OH++HSO3-HSO3-H++SO32-石灰石溶解并与液相硫组分作用：CaCO3(s)CaCO3(aq)CaCO3(aq)Ca2++CO32-Ca2++SO32-+1/2H2OCaSO3·1/2H2O(s)Ca2++2HSO3-Ca(HSO3)22H++CO32-H2CO3H2CO3CO2↑+H2O实验过程中通过测定吸收塔进出口气体中SO2的含量，即可近似计算出吸收塔的平均净化效率，进而了解吸收效果。实验中通过测出吸收塔进出口气体的全压，即可计算出塔的压降；若塔的进出口管道直径相等，用U型管压差计测出其静压差即可求出压降。对于碱液吸收SO2的化学吸收体系，也可通过实验测出体积吸收系数。四、实验条件实验装置流程如图1所示。反应器采用内部含有石灰石浆液，下部进气上部出气的鼓泡式吸收塔模型。吸收塔高度450mm，设计吸收液容量50ml，吸收塔下部通有进气管使人工模拟烟气进入，为保证模拟烟气进气均匀，在进气管和主反应段连接处用石英砂(80目)烧结成一个厚约2mm的筛板。反应器上端一侧的细弯管连接出气，顶部开口为石灰石加入口和反应过程中得pH值检测口。由于燃烧后的烟气具有一定的温度，所以反应段设计通过水浴装置使模拟烟气在整个反应过程中都有一个接近工况的稳定的反应温度。同时，为了不使反应器中的石灰石浆液水份不在高温中蒸发，在反应器上端出气段加装一个冷凝装置，冷凝管长度为500mm。冷凝管出气接入气体缓冲瓶，在此处，出气分为两路：一路被送检，另一路将多余的废气送入废弃吸收瓶，将多余烟气中的SO2等污染物质吸收后排放。图1石灰石浆液吸收二氧化硫实验装置五、有可能的实验设计路线举例1)打开低温浴槽电源开关和加热开关，设定温度为40℃。2）标定pH电极，pH=4，pH=6.86缓冲溶液定位、定斜率。3）调节质量流量计到设定值，测定入口SO2浓度。4）关闭CO2和SO2气路。5）清洗吸收塔，在其中加入80ml超纯水。6）将空气通入吸收塔。7）通过漏斗将称好的石灰石(0.5gCaCO3)添加到吸收塔中，利用剩余的20ml超纯水冲入壁上黏附的石灰石。8）连接好pH测定系统(pH电极和pH计)、SO2测定系统(缓冲瓶、SO2分析仪)。9）空气搅拌约15min，每两分钟计数pH值一次，直到pH值不变为止。10）打开CO2和SO2气路的电磁阀，将CO2和SO2添加入吸收塔，吸收过程开始，将此时刻计时为0。11）记录不同时间的pH值和出口SO2浓度值，直到SO2浓度接近入口值为止。六、实验结果与讨论（一）实验数据的处理1．由样品分析数据计算气体中SO2的浓度100032)(2221NdIoSOVCVVC（mg/Nm3）式中：V——滴定样品消耗碘溶液的体积，mL；V0——滴定空白消耗碘溶液的体积，mL；32——1/2SO2的分子量；NdV——标准状态下的采样体积，LN。NdV可用下式计算：NdV=1.58qm’mampBT(LN)式中：qm’——采样流量，L/min；——采样时间，min；Tm——流量计前气体的绝对温度，K；Pm——流量计前气体的压力，kPa；Ba——当地大气压力，kPa。2．吸收塔的平均净化效率（η）可由下式近似求出：21C(1)100%C式中：1C——吸收塔入口处气体中SO2的浓度，mg/Nm3；2C——吸收塔出口处气体中SO2的浓度，mg/Nm3。3．吸收塔压降（△P）的计算：△P=P1－P2式中：P1——吸收塔入口处气体的全压或静压，Pa；P2——吸收塔出口处气体的全压或静压，Pa。4．气体中SO2的分压（2SOP）的计算：2SOP＝3C10/32P1000/22.4式中：Ｃ——气体中SO2的浓度，mg/Nm3；32——1/2SO2的分子量；Ｐ——气体的总压，Pa。5．体积吸收系数（KGa）的计算以浓度差为推动力的体积吸收系数（Kγa）可通过下式计算：Kγa=12mQ(yy)hAy（kmol·m-3·h-1）式中：Q——通过填料塔的空气量，kmol/h；h——填料层高度，m；A——填料塔的截面积，m2；y1、y2——进出填料塔气体中SO2的比摩尔分率；my——对数平均推动力。my=11221122(yy)(yy*)yylnyy*对于碱吸收SO2系统，其吸收反应为极快不可逆反应，吸收液面上SO2的平衡浓度y*可看作为零。则对数平均推动力（my）可表示为：my=1212yyylny由于实验气体中SO2浓度较低，则比摩尔分率y1、y2可用下式表示：y1=A1PPy2=A2PP式中：A1P、A2P——进出塔气体中SO2的分压力，Pa；P——吸收塔气体的平均压力，Pa。以分压差为推动力的体积吸收系数（KGa）的计算式：KGa=A1A2PQlnPAhP（kmol·m-3·h-1·Pa-1）七、思考题1．湿式石灰石脱硫原理及脱硫效率主要影响因素是什么？2．如何配制气体净化实验研究所需的模拟气体？八、参考书或文献1．郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程（第二版）.北京：高等教育出版社，20022．童志权主编.工业废气净化与利用.北京：化学工业出版社，2001