二氧化硫的吸收计算
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸工业计算手册上册》第111页（8565字）
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
表1－3－33 有关化合物的生成热
2．SO2吸收温度的升高计算
【说明】 吸收的温度是由水温、炉气的温度、化学反应热等构成，与吸收时的气液比也有关系。其中以水温及化学反应热对吸收的温度影响最大。以钙盐为例，从热化学放出反应热对溶液的温度升高，从而可以计算出使溶液稳定所需控制的水温。化学反应热见表1－3－32。
(1)溶液中每增加1%的游离酸升温计算
【说明】将酸液的比热近似地视为4．1868kJ／(kg·℃)［1kcal／(kg·℃)］，溶液中每增加1%的游离酸，即每升溶液增加10g游离SO2，溶液升高的温度为：
(2)每增加1%的化合酸温度升高
【说明】根据反应式及反应热，同理可计算出每增加1%的化合酸时溶液所升高的温度。
(3)其他盐基每增加1%的化合酸温度升高
【说明】同理可计算出其它不同盐基每增加1%的化合酸，溶液温度升高的值如下：
(4)由不同酸液组成计算溶液的升温
【例】若酸液的组成为T．A．=3．2%，C．A．=1．3%，F．A．=1．9%。则由化学反应热而使溶液升高的温度为：
3．用水量的计算
【说明】用水量是生产过程中控制酸液组成的一个主要因素，对于石灰石块法来说，降低用水量则总酸增高，化合酸增大，溶液的温度升高，游离酸下降。尤其在水温低时反应更明显。溶解SO2与化合SO2之比随用水量的减少呈直线下降，见图1－3－19。
图1－3－19 用水量与塔酸组成的关系
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。
式中 Q——吸收量(molSO2／h)
F——传质面积(m2)
K——吸收系数［molSO2／(h·m2·Pa)］
△P——传质过程的推动力(Pa)
P1、P2——吸收过程始末被吸收气体中SO2的分压(Pa)
P1′、P2′——吸收过程始末液面上SO2的平衡压力(Pa)
5．高塔的计算
(1)塔的直径d
式中 Q——日产酸液量(m3／d)
K——每米2塔截面积的生产能力［(m3／(m2·d)］
(2)塔的填充高度H
式中 x——排出气体中SO2的浓度(%)
a——进塔气体中SO2的浓度(%)
H——石灰石的高度(m)
h——半吸收高度(m)，指进入塔内SO2总量的一半被吸收的高度。h和喷淋水的温度的关系如下：
(3)压力降的计算
【说明】根据工厂实测资料，当空塔中炉气速度为0．3m／s时，每米填充高度的阻力约在3mmH2O，(29．41Pa)左右。
6．低塔的计算
【说明】低塔吸收装置在我国被广泛地用于酸性亚硫酸氢钙和亚硫酸氢镁酸液的制备。前者用粉状石灰石悬浊液作为吸收剂，后者则用氧化镁悬浊液作为吸收剂。
(1)塔的直径d
式中 V——操作状态下的处理气量(m3／h)
ω——空塔速度(m／s)，低者可在0．2～0．5m／s；高者可在1～1．5m／s；一般都控制在0．6～1．0m／s
(2)塔的填充高度H
①传热面积F的计算
式中 G——需要吸收的SO2量(kg／h)
K——吸收速度系数［kg／(m2·h·atm)］
△P——平均吸收推动力(atm)
P1、P2——吸收过程始末被吸收气体中SO2的分压(mmHg)
P1′、P2′——吸收过程始末液面上SO2的平衡压力(mmHg)
②填料层的高度H
式中 A——填料的比表面积(m2／m3)
F．d——同上
③单台塔的填料高度h
【说明】总的填料高度H可平均分配于每台吸收塔。
式中 n——塔的串联台数
其它同上
(3)塔径d与填料高度h的关系
【说明】为了使淋洒的液体在整个塔截面分布均匀，必须保证一定的填料高度，其关系以h／d表示。一般填料塔以h／d=1．5～2为下限，但h／d＜5。
(4)填料层的阻力△P
【说明】经液体淋洒后的湿填料层的阻力可用式1－3－95计算。
式中 △P干——干填料阻力(mmH2O／m填料)，见图1－3－20及图1－3－21
图1－3－20 块状干填料阻力
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)
图1－3－21 环状干填料阻力
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)
①普通瓷环比表面积的近似计算
【公式】 A=2πn(d2－δ2)(m2／m3) (1－3－98)
②堆放时的比表面积近似计算
【公式】 A=
(m2／m3) (1－3－99)
③整放时采用三角形排列的近似计算
【公式】 A=
(m2／m3) (1－3－100)
④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
①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。
②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。
③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。
④接触区高度Hk
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Hk=(2．5～5)H0(H0为静止床层高度)
⑤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
①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)
②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
①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)
γg——气体重度(N／m3)
ε——空隙率(%)
②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)］
ρL——液体密度(kg／m3)
g——重力加速度(9．81m／s2)
γ——球体重度(N／m3)
γg——气体重度(N／m3)
ε——空隙率(%)
③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wk
①无淋洒液时临界气速
式中 d——球直径(m)
γg——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
②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)
ωk——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