專利名稱：液幕床氣液接觸反應裝置的設計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于氣液反應器領域，具體涉及一種用于濕法煙氣脫硫反應中的 液幕床氣液接觸反應裝置的設計方法。
背景技術：
濕法煙氣脫硫工藝的核心部分是氣液反應裝置，在脫硫反應裝置內(nèi)， 煙氣與循環(huán)漿液接觸，從而脫去煙氣中的S02，完成S02的吸收過程，因
此脫硫反應裝置必須有良好的氣液接觸面積和吸收能力。
"液幕式氣液兩相流"的主要特點為(1)利用噴泉狀雙流程流動增 加液體停留時間，漿液使用噴嘴垂直向上噴出并由重力的作用回落，大幅 增加噴嘴的密度，提高截面的液體含量；(2)在氣相流量變化的時候，氣 液兩相流混合可以始終保持比較強的狀態(tài)，使吸收率受負荷變化的影響減 小，具有非常好的負荷調(diào)節(jié)性能；(3)噴嘴數(shù)目較多，噴射密度較高，反應 裝置頂部連接成致密的液幕，霧化成的液滴重新聚合，使煙氣夾帶液滴的可 能性降低，從而減小除霧器的阻力。(4)噴嘴的布置方式靈活，可以采用順 列或者錯列布置；(5)內(nèi)部構件少，可防止反應裝置結垢、堵塞等問題。 目前對于氣液吸收反應裝置如噴淋和填料塔都已有成型的設計方法，但設 計方法比較復雜，對于這種液相雙流程的液幕式反應裝置還沒有成型的方 法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種設計流程簡單，易于實施，準確性高的液幕 床氣液接觸反應裝置的設計方法。按本發(fā)明的設計方法設計出的反應裝置具
備持液量大、氣液相相對速度高、氣液接觸表面積大、液相混合劇烈的特 點，可以廣泛應用與能源、化工和環(huán)保等領域。 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是
1) 首先，根據(jù)已知條件，待處理的煙氣量&，進口煙氣S02濃度Q和 液氣比F/Fg，得所需液相流量F,;確定未知量根據(jù)運行控制煙氣空截面流 速^=2 4m/s確定反應裝置橫截面規(guī)模axb=/y^，裝置橫截面噴嘴數(shù)目
(巧x"2)，有效吸收高度 ；
2) 確定有效吸收高度％假定一個吸收高度 ，給出床層高度系數(shù)& 和液幕回落的最大流量半徑系數(shù))t初值，計算裝置內(nèi)噴嘴中液體的噴射速度 ^- x2x9.8/^ ，液幕回落的最大流量半徑及=、>^/2/9.8 ，噴嘴個數(shù) "1=[flf/i ]，噴嘴個數(shù)"2 =[6/及]，噴嘴直徑《-^/化/"x"2x;rxK)，此時計算
得到的噴嘴直徑4是一個上限值，選用時采用此解或小于此數(shù)值的噴嘴結構； 更新A和A:V的值，迭代求解，直到滿足誤差要求(^V^|<1(T8， |A:V-^|<l(r8)，
此時確定裝置噴嘴直徑；
3) 母管直徑滿足<formula>formula see original document page 4</formula>;母管之間間距s^2《"檢査各參數(shù)之間
的匹配性，對此有效吸收高度下的設計選定噴嘴直徑，母管直徑，母管間距；
4) 計算液體Re,和氣體Reg，計算傳質Sh和傳質系數(shù)A:，由傳質計算公
式得出□濃度為<formula>formula see original document page 4</formula>計算裝置計算吸收效率<formula>formula see original document page 4</formula>根據(jù)吸收效率的要求調(diào)整有效吸收高度，重復步驟2)、
c,力
3)和4)，直到得到符合吸收效率要求的有效吸收高度即完成了液幕床氣液 接觸反應裝置的設計。
本發(fā)明的方法基于實驗結果，引入了三個經(jīng)驗公式后采用代數(shù)求解，易
于實施，準確性高，與實驗誤差在±10%以內(nèi)。
圖1是本發(fā)明的流程圖； 圖2是單個噴嘴的結構圖 圖3是噴嘴陣列順列結構圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參見圖l，在設計氣液反應裝置時，已知量為裝置的液氣比(F"&)， 待處理煙氣量(&)和進口煙氣S02濃度C^，反應裝置的規(guī)模(橫截面尺寸 axb)，需求解的參數(shù)為液相噴射裝置的布置方法，包括噴嘴數(shù)目(巧x"2)， 噴嘴直徑《，及噴嘴間距"噴射母管直徑《&，及達到要求反應效率時的有
效吸收高度/ /。計算方法基于以下原理
1、 提高噴嘴中液體的噴射速度r,，可以增加噴射液柱的高度，增加氣液
接觸面積；增加噴嘴數(shù)目，以增加液柱的數(shù)目來增加氣液接觸面積。在相同 的噴嘴數(shù)目下，噴嘴直徑《越小，液體的噴射速度越大，噴射液柱高度增加 越多，但噴射能量損失也越大；
2、 噴嘴結構對噴射液柱的特性具有較大的影響，使用較好的霧化噴嘴， 有利于液膜的撕裂，使噴射的液柱向四面散射，有利于液體充滿整個反應裝 置，增加了氣液傳質的面積，提高了反應裝置中氣液間的傳質效果；
3、 噴嘴噴射段采用直型線，出口處可略帶擴口 (有利于霧化)，如圖2 所示，加工容易，同時也比較容易解決磨損的問題，且使得系統(tǒng)總壓力損失 小，系統(tǒng)能耗低。計算方法中經(jīng)驗公式中系數(shù)的確定是基于這種噴嘴結構；
4、 在本單位實驗范圍內(nèi)，根據(jù)本單位的實驗結果，液柱的噴射高度&與
噴射速度之間滿足~=&^ (1)，對圖2所示的噴嘴，^與噴射Fr數(shù)之間
的關系為&=[1 + 0.00456(~)-2 233568>掘2腸(2)，其中Fr-^L， Re/=^1,
Reg V械 7
Re (3)， g為當?shù)刂亓铀俣龋?.8m/s2,《為噴嘴直徑，化為吸
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5、 液幕回落的范圍與噴射速度和噴射高度相關，液幕回落的最大流量半 徑與噴射速度之間滿足* = ^^" (4)，實驗結果表明^與^的關系為，
^ = ^4^",1.2<^<1.4; (5),為充分利用液幕特性，使裝置內(nèi)氣液充滿度
最好，噴嘴布置方式可采用等間距順列布置，噴嘴間距應s^i ; (6)，使裝置 內(nèi)各處液幕均勻，取5=及(7)。
6、 液幕式氣液反應器中，以S02吸收為例，傳質的經(jīng)驗關系式為
幼=364558.49R《，8Re"，7(丄)""(8)，其中，幼=^,其中k為反應器
中的傳質系數(shù)，D為吸收質(以SCb為例)在氣相中的擴散系數(shù)，m/s2。根 據(jù)噴嘴噴射能量的轉化，本發(fā)明中液幕式氣液接觸傳質模型中傳質面積為
血ea = n^;r《丄；
為使反應裝置高效使用，應使吸收塔各處氣液均勻分布，反應裝置采用 順列或錯列等間距布置，順列布置如圖3所示，對于順列布置，本發(fā)明的設 計流程如下
根據(jù)設計的己知條件，待處理的煙氣量&，進口煙氣S02濃度Q和選 擇的液氣比尸/i^，計算得所需液相流量巧；根據(jù)運行控制煙氣空截面流速
(巧x"2)，有效吸收高度年；
有效吸收高度 是氣液反應的一個重要的參數(shù)，給出&，、的初值，確 定裝置內(nèi)的其它參數(shù)，噴嘴中液體的噴射速度^-;^2x9.8/A，液幕回落的最 大流量半徑及-^x^/2/9.8，噴嘴個數(shù)",-["/i ]，噴嘴個數(shù)"2=[6/及]，噴嘴 直徑《 4巧/(w;rx。，此時計算得到的噴嘴直徑4是一個上限值，選
用時可采用此解或小于此數(shù)值的噴嘴結構；更新&和&的值，迭代求解，直 到滿足誤差要求，此時確定裝置噴嘴直徑；
為了保障母管中的均勻分配特性，要求母管的橫截面積至少是母管上噴 嘴總面積的2倍，即d二2 2",《2;為了使液幕能夠順利回落到吸收塔下部的 漿液池，要求s2 2《^對各種有效吸收高度下的設計方案選用噴嘴母管，檢
查各參數(shù)之間的匹配性，對此有效吸收高度下的設計選定噴嘴直徑，母管直 徑，母管間距；
根據(jù)Re!和Reg，計算傳質Sh和傳質系數(shù)k，由傳質計算公式得出口濃度 為C。"'-，，.1，C,"，計算裝置計算吸收效率7% = %^><100%，根據(jù)
吸收效率的要求調(diào)整有效吸收高度即完成了液幕床氣液接觸反應裝置的設 計。
權利要求
1、液幕床氣液接觸反應裝置的設計方法，其特征在于1)首先，根據(jù)已知條件，待處理的煙氣量Fg，進口煙氣SO2濃度Cin和液氣比Fl/Fg，得所需液相流量Fl；確定未知量根據(jù)運行控制煙氣空截面流速Vg＝2～4m/s確定反應裝置橫截面規(guī)模a×b＝Fg/Vg，裝置橫截面噴嘴數(shù)目(n1×n2)，有效吸收高度hj；2)確定有效吸收高度hj假定一個吸收高度hj，給出床層高度系數(shù)kh和液幕回落的最大流量半徑系數(shù)kr初值，計算裝置內(nèi)噴嘴中液體的噴射速度Vj＝hj×2×9.8/kh，液幕回落的最大流量半徑R＝kr×Vj(null)/2/9.8，噴嘴個數(shù)n1＝[a/R]，噴嘴個數(shù)n2＝[b/R]，噴嘴直徑此時計算得到的噴嘴直徑dn是一個上限值，選用時采用此解或小于此數(shù)值的噴嘴結構；更新k’h和k’r的值，迭代求解，直到滿足誤差要求(|k’h-kh|<10-8，|k’r-kr|<10-8)，此時確定裝置噴嘴直徑；3)母管直徑滿足母管之間間距s≥2dtube；檢查各參數(shù)之間的匹配性，對此有效吸收高度下的設計選定噴嘴直徑，母管直徑，母管間距；4)計算液體Re1和氣體Reg，計算傳質Sh和傳質系數(shù)k，由傳質計算公式得出口濃度為，計算裝置計算吸收效率根據(jù)吸收效率的要求調(diào)整有效吸收高度，重復步驟2)、3)和4)，直到得到符合吸收效率要求的有效吸收高度即完成了液幕床氣液接觸反應裝置的設計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液幕床氣液接觸反應裝置的設計方法，在設計氣液反應裝置時，已知量為裝置的液氣比(F<sub>l</sub>/F<sub>g</sub>)，待處理煙氣量(F<sub>g</sub>)，反應裝置的規(guī)模(橫截面尺寸a×b)，需求解的參數(shù)為液相噴射裝置均勻液幕的布置方法及裝置中各參數(shù)，包括噴嘴數(shù)目(n<sub>1</sub>×n<sub>2</sub>)，噴嘴直徑d<sub>n</sub>，噴嘴間距s，噴射母管直徑d<sub>tube</sub>，及達到反應效率要求時反應裝置采用的有效吸收高度h<sub>j</sub>。求解方法基于本單位的實驗結果，引入了三個經(jīng)驗公式后采用代數(shù)求解，易于實施，準確性高。
文檔編號B01J10/00GK101391176SQ20081023183
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權日2008年10月22日
發(fā)明者周屈蘭, 孔德娟, 徐通模, 惠世恩, 娜 李 申請人:西安交通大學