邢景梅-畢業(yè)設(shè)計(jì)

動(dòng)力波清洗法回收車間空氣中的丙酮摘要：動(dòng)力波清洗技術(shù)是一種先進(jìn)氣體凈化技術(shù)，通過(guò)氣液對(duì)沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內(nèi)液體表面積大且更新迅速，強(qiáng)化了氣液傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，達(dá)到氣相高效凈化的良好效果。此技術(shù)廣泛應(yīng)用于原料氣凈化、尾氣處理及空氣凈化等領(lǐng)域。使用自制的動(dòng)力波實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)裝置復(fù)合性能、氣速與壓降、駐區(qū)與氣液比等關(guān)系的測(cè)定，確定了裝置正常操作的條件。氣速在0.953~2.069m/s范圍內(nèi)，液氣比在0.0155～0.0274范圍內(nèi)較為適宜。以空氣通過(guò)丙酮溶液模擬車間含丙酮空氣，對(duì)裝置的總傳質(zhì)系數(shù)、最佳處理效率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明：隨氣體速度增加，體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa增大，液氣比增加，體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa減小。當(dāng)以含丙酮水循環(huán)操作時(shí)，隨溶液中丙酮濃度增高，體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa減小。處理效果隨液氣比的增大、含丙酮水溶液中濃度升高而降低。為提高動(dòng)力波洗滌器的清洗效率，在吸收液中分別添加了表面活性劑，丙酮穩(wěn)定劑，及同時(shí)添加表面活性劑和丙酮穩(wěn)定劑進(jìn)行實(shí)際清洗，結(jié)果表明：表面活性劑雖然在一定程度上增加了裝置流體力學(xué)的操作彈性，對(duì)氣體凈化效果不佳；丙酮穩(wěn)定劑對(duì)氣體凈化有效果，但濃度增加到一定值后，效果會(huì)下降，當(dāng)穩(wěn)定劑濃度為處理液的萬(wàn)分之1.36，循環(huán)液丙酮濃度為0.5%時(shí)，吸收率比正常吸收提高12%，總效率可達(dá)50%；同時(shí)添加表面活性劑和丙酮穩(wěn)定劑，實(shí)際清洗與清水效果相近。通過(guò)實(shí)驗(yàn)、裝置運(yùn)行進(jìn)一步明確：裝置的截面、高度、噴嘴的截面、噴水量、液泵流量、氣泵流量等之間要協(xié)調(diào)好，才能使裝置達(dá)到最佳狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明動(dòng)力波清洗技術(shù)是一種十分高效的丙酮回收方法；同時(shí)，此裝置的參數(shù)及運(yùn)行結(jié)果為工業(yè)生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)奠定了充足的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：動(dòng)力波清洗，液氣比，丙酮回收，傳質(zhì)性能TreatmentAcetonefromAirofWorkplacewithDynawaveCleaningMethodAbstract：TheDynawavecleaningtechnologyasanadvancedgaspurificationtechnologyiswidelyusedinthefeedgaspurification,gastreatment,airpurificationandotherfields.Thehigh-speedturbulenceofthefrothwasformedthroughgas-liquidhedgerapidly,andthelargesurfaceareaoftheliquidwhichisquicklyupdatedinthefoamarea,enhancestheprocessofthegas-liquidheatandmasstransfer,andmakesthegasphasepurificatewell.Inordertodeterminetheconditionsforthenormaloperationofthedevice,therelationshipofthecompositeperformanceofdevice,gasvelocityandpressuredrop,garrisonandgas-liquidratioaremeasuredusingthehomemadeDynawaveexperimentaldevice.Itismoreappropriateforgasvelocityintherangeof0.953~2.069m/s,andtheliquid-gasratiointherangeof0.0155to0.0274.Inordertomeasuretheoptimaltreatmentefficiencyandtheoverallmasstransfercoefficientofthedevice,theworkshopacetoneairwassimulatedbytheairthroughtheacetonesolution.Theresultsshowthatwiththegasvelocityincreases,thevolumeoverallmasstransfercoefficientbecomeslarger,withTheliquid-gasratioincreases,thevolumeoverallmasstransfercoefficientreduces.Whentheacetone-containingwaterisloopedtooperate,withtheacetoneconcentrationinthesolutionincreases,thetotalvolumeofthemasstransfercoefficientdecreases.Theeffectoftreatmentislowerwiththeliquid-gasratioandtheconcentrationofthesolutioncontainingacetoneincreases.Thesurfactantsandtheacetonestabilizersorbothofthematthesametimewereaddedtoimprovethecleaningefficiencyofthedynawavescrubberintheabsorbingsolution,Theresultsshowthat,thesurfactantcanincreasetheoperatingflexibilityofthedevicetosomeextentinfluidmechanics,whileitwaspoorforgaspurifyingeffect;Theacetonestabilizerhassomeeffectforgaspurification,buttheconcentrationincreasestoacertainvalue,andtheeffectwilldecrease.Whenthestabilizerconcentrationforthesolutionis1.36,theabsorptionrateisincreasedby12%thannormal,andthetotalefficiencycanbeupto50%;Boththesurfactantandtheacetonestabilizerareadded,theactualcleaningeffectissimilarwithwater.Theoperationoftheexperimentanddevicecanbefurtherclear,inordertoachievethebestoperatingconditionofthedevice,thecross-sectionandtheheightofthedevice,thecross-sectionandwatersprayofthenozzle,thegaspumpflow,theliquidpumpflowshouldbecoordinated.Theexperimentalresultsshowthat,thedynawavecleaningtechnologyisanefficientmethodfortheacetonerecovery;Theparametersandtheresultsofthisdevicehaslaidasufficientfoundationfortheindustrialproductionprocessdesign,andequipmentdesign.Keywords：Dynamicwavecleaning,liquid-gasratio,acetonerecovery,masstransferperformance第一章文獻(xiàn)綜述1.1濕式洗滌器1.1.1濕式洗滌器介紹濕式洗滌器[1-2]是以液體(一般為水)作為洗滌液,通過(guò)氣液兩相的接觸，實(shí)現(xiàn)氣液兩相間的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程,以達(dá)到氣體凈化、冷卻、增濕等要求。一般，常用的濕式洗滌器有：填料塔、泡沫塔、空塔、文丘里洗滌器等。為了盡可能達(dá)到最大的氣液兩相的接觸面積，即實(shí)現(xiàn)氣液兩相的充分接觸，目前，常用的濕式洗滌器一般采用如下幾種形式：(1)盡量使洗滌液形成較薄的液膜，以此作為氣液兩相的接觸表面。例如填料塔、水膜式旋風(fēng)分離器等。(2)通過(guò)將洗滌液霧化成細(xì)小的液滴以增加液相的比表面積，同時(shí)，并要求霧化液滴盡可能均勻地分散于氣體中。采用液相動(dòng)能進(jìn)行洗滌液霧化的有：離心噴淋洗滌器、噴淋洗滌塔、噴射洗滌塔等；其中，文氏管洗滌器是一種利用高速氣流的動(dòng)能進(jìn)行洗滌液霧化的典型設(shè)備。(3)將洗滌液作為連續(xù)相，氣體為分散相，即讓氣體以小氣泡的形式穿過(guò)液層，實(shí)現(xiàn)氣液兩相的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程，如沖擊式洗滌器、泡沫塔等。1.1.2動(dòng)力波洗滌技術(shù)“動(dòng)力波”的英文名為“Dynawave”，動(dòng)力波洗滌技術(shù)屬于濕式洗滌法中的一種，是煙氣凈化領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，其具有新型、實(shí)用、可靠、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，動(dòng)力波洗滌器也是一種新型的氣液相直接接觸的高效傳質(zhì)、傳熱設(shè)備，可應(yīng)用在洗滌除塵、氣液相反應(yīng)與增濕等過(guò)程。它是利用氣液兩相在管道中高速逆向?qū)_,形成一個(gè)高速、湍流的泡沫區(qū)，并充分地利用了氣流及液流兩相的能量,具有氣液分散混合充分，而且能同時(shí)完成除塵和脫硫兩項(xiàng)過(guò)程，具有設(shè)備尺寸小，操作彈性范圍大，阻力適中，洗滌液中化學(xué)需氧量低等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力波清洗技術(shù)是一種高效、新型的濕法洗滌技術(shù)，是通過(guò)液柱與氣流對(duì)撞，形成高速湍流的泡沫區(qū)，同時(shí)，在泡沫區(qū)內(nèi)氣液接觸表面積大且更新迅速，并強(qiáng)化了氣液兩相傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，以此達(dá)到氣相高效凈化的良好效果。而其與傳統(tǒng)的填料吸收塔、噴淋塔相比，其效率更高，具有較高的先進(jìn)性。液體是由開(kāi)有大孔的噴嘴噴入，當(dāng)洗滌液中含有20%的固含量時(shí)，仍然可以循環(huán)使用，不會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，而且操作可靠、穩(wěn)定。其阻力損失約為文丘里的50%左右，而且，由于泵的效率高于風(fēng)機(jī)，與同效率的其他設(shè)備相比，其壓力降更小。具有較寬的氣體適應(yīng)能力，即具有廣泛的適應(yīng)性。1.1.3動(dòng)力波逆向噴射洗滌器與其它濕式洗滌裝置的比較目前，采用石灰水作為洗滌液的脫硫設(shè)備在國(guó)內(nèi)有很多種，如噴淋塔、湍球塔、文丘里水膜裝置、濕式旋風(fēng)裝置等。動(dòng)力波逆向噴射洗滌器和其它濕式洗滌裝置在脫硫率、占地面積、鈣硫比及設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用等方面的對(duì)比情況見(jiàn)表1-1。表1-1動(dòng)力波逆向噴射洗滌器與其它濕式洗滌裝置的對(duì)比情況裝儀名稱脫硫率/%鈣硫比設(shè)備費(fèi)（元/m3）運(yùn)行費(fèi)（元/m3）占地面積適用范圍噴淋塔601.1一1.3320.01大中、小鍋爐塔板式裝置701.0一1.1480.012中范圍廣濕式旋風(fēng)裝置501.0一1.3450.01中中、小鍋爐文丘里水膜裝置401.1一1.2990.01大范圍廣湍球塔801.0一1.1380.015較大小鍋爐動(dòng)力波洗滌塔85-902.2一2.5490.006小范圍廣從表中可以觀察到，動(dòng)力波逆向洗滌裝置的脫硫率最高；同時(shí)，鈣硫率明顯比其它裝置要大很多，說(shuō)明循環(huán)液中的石灰含量比較高；而且，動(dòng)力波洗滌裝置也具有適應(yīng)范圍廣，占地面積小，設(shè)備費(fèi)較低，運(yùn)行費(fèi)用最少等優(yōu)點(diǎn)，而且要比濕式旋風(fēng)裝置、噴淋塔和湍球塔還要高。由此可見(jiàn)，動(dòng)力波洗滌裝置具有很好的應(yīng)用前景[3-5]。1.2動(dòng)力波洗滌器的工作原理和結(jié)構(gòu)1.2.1動(dòng)力波洗滌器的原理首先，氣體從上而下高速進(jìn)人洗滌管，洗滌液通過(guò)結(jié)構(gòu)特殊的噴嘴自下而上逆向噴人氣流中，使氣液兩相高速逆向?qū)_；氣液兩相達(dá)到動(dòng)量平衡時(shí)，會(huì)形成一個(gè)高速湍流的泡沫區(qū)，在泡沫區(qū)域內(nèi)，氣液兩相接觸表面積大，而且接觸表面得到迅速更新，實(shí)現(xiàn)了洗滌、逆流吸收的效果，強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)、傳熱過(guò)程，并最終達(dá)到氣體高效凈化的良好效果[6]，原理如圖1-1。動(dòng)力波洗滌器的關(guān)鍵是使氣速和液速處在一個(gè)特定并接近液泛的區(qū)域：泡沫區(qū)內(nèi)，當(dāng)氣、液兩相流速很低時(shí)，氣液間會(huì)分層，此時(shí)，液相表面很平靜；但隨著氣速的增加，液波逐漸形成，然后，波峰被吹離；當(dāng)氣速足夠大時(shí)，液體會(huì)霧化成小的液滴；此時(shí)的操作區(qū)與其它利用碰撞原理的濕式洗滌器的操作區(qū)類似；隨著液速的增加，最終到達(dá)氣體鼓泡。通過(guò)連續(xù)液相的狀態(tài)，氣液兩相流動(dòng)體系在一個(gè)相當(dāng)大的波動(dòng)范圍內(nèi)，均可呈現(xiàn)為穩(wěn)定的泡沫流狀態(tài)[7]，見(jiàn)圖1-2。圖1-1動(dòng)力波洗滌器的工作原理圖1-2氣液兩相的流動(dòng)狀態(tài)動(dòng)力波洗滌器是利用泡沫洗滌技術(shù)和流體力學(xué)的一些相關(guān)理論，采用全新的、簡(jiǎn)單的方法來(lái)產(chǎn)生相對(duì)更穩(wěn)定、有效的泡沫層，其工作原理可分三個(gè)方面[8]：利用泡沫洗滌技術(shù)，并應(yīng)用氣液界面更新速度快、泡沫層表面積大的特點(diǎn)，進(jìn)行穩(wěn)定、高效的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程。2.泡沫層是氣液兩相在交界處相互作用而形成的，氣液兩相的動(dòng)量平衡關(guān)系決定其交界面的位置。在動(dòng)量平衡時(shí)，其交界面將穩(wěn)定在某一特定位置，而當(dāng)氣液兩相相對(duì)動(dòng)量發(fā)生改變時(shí)，其交界面會(huì)向著動(dòng)量增加的流體方面移動(dòng)，至達(dá)到新的平衡。3.氣液兩相流動(dòng)體系中，流體的流型取決于氣液兩相的流速；同時(shí)，在一定條件下能夠形成穩(wěn)定的泡沫層。1.2.2動(dòng)力波洗滌器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力波洗滌器實(shí)際上是有一系列洗滌器組成。它由同向噴射洗滌器、逆向噴射洗滌器及泡沫塔洗滌器組成[9]。每一種洗滌器均應(yīng)用泡沫洗滌的原理，并按不同工藝要求來(lái)設(shè)計(jì)制造，其中應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用的是逆向噴射洗滌器。動(dòng)力波洗滌裝置主要由帶錐形噴口、圓柱形洗滌器、分離塔、進(jìn)排氣管、旋流板、動(dòng)力波循環(huán)泵、輸液管等組成；在循環(huán)槽的上部，設(shè)有一個(gè)動(dòng)力波洗滌管和出氣管；在動(dòng)力波洗滌管中的下部設(shè)有一個(gè)混合器；在動(dòng)力波洗滌管中還設(shè)有一個(gè)上噴嘴和一個(gè)下噴嘴，在出氣管中設(shè)有一個(gè)除沫器。在動(dòng)力波洗滌管出口處的下側(cè)的循環(huán)槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)擋板，此擋板與動(dòng)力波洗滌管的出口成一定的角度并斜向放置的循環(huán)槽。洗滌液噴頭是動(dòng)力波洗滌器的一個(gè)核心部件，其設(shè)計(jì)和選用都對(duì)洗滌器得洗滌效果及費(fèi)用的影響很大。目前，由于我國(guó)的技術(shù)比較落后，通常這些部件需要從國(guó)外進(jìn)口獲得[3]。圖1-3動(dòng)力波洗滌實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖逆向噴射洗滌器是通過(guò)一個(gè)大孔徑的、非節(jié)流型的噴嘴逆著氣流噴入筒中，使氣流和液體相撞，從而迫使液體呈現(xiàn)輻射狀并自里向外射向筒壁，在氣液界面區(qū)域內(nèi)會(huì)形成湍動(dòng)區(qū)，此時(shí)，流體動(dòng)量達(dá)到平衡；氣液兩相緊密接觸并產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫區(qū)，泡沫區(qū)浮在氣流中，并隨著氣、液相相對(duì)動(dòng)量的大小而升降變化。在泡沫區(qū)內(nèi)，由于氣體與高速、迅速更新的液體表面接觸，便會(huì)產(chǎn)生氣體吸收、顆粒捕集等作用。在洗滌效率相同的條件下，其氣體壓降只為文氏管一半。與空塔相比，其壓降無(wú)較大增加，但效率卻可提高一倍[10-11]。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-3。1.3動(dòng)力波洗滌技術(shù)的特點(diǎn)動(dòng)力波洗滌器是一種新型的、氣液相直接接觸的高效傳質(zhì)、傳熱設(shè)備，并可應(yīng)用在氣、液相反應(yīng)與洗滌除塵和增濕過(guò)程。和其它同類型設(shè)備相比，動(dòng)力波洗滌器具有以下特點(diǎn)[8,12]。1.凈化效率高。氣、液兩相的接觸表面積大，吸收率高，除塵效率高達(dá)99%以上，其吸收率遠(yuǎn)高于填料塔、噴淋塔等傳統(tǒng)的洗滌設(shè)備，在硫酸的凈化工藝中，效果明顯，并可以降低物料消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。2.操作彈性較大。有較寬的氣量適應(yīng)范圍能力，可以適應(yīng)50%～100%的氣量變化而不會(huì)明顯降低洗滌效率，許多洗滌器都難以達(dá)到。3.噴嘴不易堵塞，操作穩(wěn)定、可靠。使用大孔非節(jié)流型的特殊結(jié)構(gòu)的噴嘴，循環(huán)液可以含有較高的固體含量運(yùn)行而不堵塞。不會(huì)因?yàn)楣塘亢叨滤?；管?nèi)流速大，氣、液也可流動(dòng)暢通，不輕易結(jié)晶操作穩(wěn)定、可靠。傳統(tǒng)洗滌設(shè)備均難以承受含固體量3%以上的循環(huán)液，而動(dòng)力波洗滌器可以達(dá)到含固體量20%左右的循環(huán)液而不堵塞。當(dāng)循環(huán)液含固量較高時(shí)，可使污水排放量減少，從而也可減輕污水處理裝置的負(fù)荷[13]。4.能耗低。動(dòng)力波洗滌器是一種高效凈化的洗滌設(shè)備，且其阻力不大；是因?yàn)閯?dòng)力波洗滌器在運(yùn)行過(guò)程中采用氣流的能量和液流的能量，而且因?yàn)楸玫男释ǔ１蕊L(fēng)機(jī)高，因此，與同等效率的其它設(shè)備相比，其阻力并不大。5.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作、維護(hù)方便。設(shè)備內(nèi)無(wú)活動(dòng)部件，維修簡(jiǎn)單，操作可行性高，使用周期長(zhǎng)。6.設(shè)備小巧，制作簡(jiǎn)單，材料易得到。與傳統(tǒng)凈化裝置相比，投資更少，而且占地面積少，安裝方便。一套典型的動(dòng)力波洗滌裝置設(shè)備的投資比等效的常規(guī)凈化系統(tǒng)可節(jié)省30%以上[14]。7.配置方便靈活，適應(yīng)范圍廣。動(dòng)力波洗滌器凈化氣體的范圍廣。并具有良好的降溫效果與氣液傳質(zhì)效果；同時(shí)，能廣泛應(yīng)用于高溫除塵和氣液吸收過(guò)程，其降溫效果良好，可用于處理一些高溫氣體。而且工作過(guò)程一般不受溫度和壓力的影響。總之，動(dòng)力波洗滌裝置是一種有前景的新型、高效的氣固、氣液傳質(zhì)、傳熱分離裝置，因此，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用、推廣和開(kāi)發(fā)均具有重要意義。1.4動(dòng)力波洗滌器流體特性的數(shù)值模擬曾華星等人[15]在多相流理論和數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)理想化后洗滌器中的多相流建立模型方程，利用有限元和壓力速度校正等方法求解多元方程組，對(duì)模擬計(jì)算值與在小型實(shí)驗(yàn)裝置中的實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比分析。李國(guó)蓮等人[16]對(duì)動(dòng)力波洗滌器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，依據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理建立氣液固三相耦合模型，在構(gòu)造脫硫裝置的網(wǎng)格模型基礎(chǔ)上，借助有限元法和流體計(jì)算軟件，對(duì)脫硫反應(yīng)器在不同液氣流量比時(shí)的壓力損失進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，將模擬值與某冶煉廠凈化裝置的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，表明采用數(shù)值模擬研究具有一定的準(zhǔn)確性。1.5動(dòng)力波洗滌技術(shù)的研究進(jìn)展1.5.1國(guó)外動(dòng)力波洗滌技術(shù)研究進(jìn)展動(dòng)力波洗滌技術(shù)是于20世紀(jì)70年代由美國(guó)杜邦公司研發(fā)的一種全新煙氣洗滌凈化的專利技術(shù)，并主要應(yīng)用于工業(yè)廢氣的凈化處理；1987年美國(guó)孟山都環(huán)境化學(xué)公司[17]與杜邦公司簽訂了一項(xiàng)許可協(xié)議，取得該技術(shù)的許可證，將其應(yīng)用于硫酸生產(chǎn)的煙氣凈化和更大范圍內(nèi)的空氣污染控制。于2005年8月，孟山都環(huán)境化學(xué)有限公司的管理團(tuán)隊(duì)從孟山都公司購(gòu)買了與環(huán)境化學(xué)有關(guān)的業(yè)務(wù)，并成立了新的MECS（孟莫克）有限公司。由于技術(shù)保密和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等原因，國(guó)外在動(dòng)力波洗滌技術(shù)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道，主要是一些動(dòng)力波洗滌器工業(yè)應(yīng)用情況的簡(jiǎn)約介紹[18-19]。動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國(guó)際煙氣凈化領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有實(shí)用、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新型、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、不易結(jié)垢對(duì)煙氣的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多的發(fā)電、化工、冶煉等企業(yè)用以處理煙氣中的SO2，以達(dá)到排放的煙氣的環(huán)保要求。目前，世界上已有上百套動(dòng)力波工業(yè)裝置，主要應(yīng)在于冶煉煙氣處理、硫酸凈化工藝、廢酸回收、粉煤鍋爐尾氣處理等，以及發(fā)煙硫酸、硫酸轉(zhuǎn)鼓式濃縮器、二氧化鈦酸解槽、粉煤鍋爐、水泥、廢氣燃燒、硫代硫酸氨、鎂工廠、磷酸廠、硅鹵化物、氯化氫和氯化鎳回收等40多個(gè)不同的領(lǐng)域范圍內(nèi)[8]，涉及到化工、石油化工、建材、冶金、食品與精煉等多個(gè)行業(yè)成功應(yīng)用，并取得良好的效果。1.5.2國(guó)內(nèi)動(dòng)力波洗滌技術(shù)研究進(jìn)展我國(guó)自于1991年第一次提出在冶煉的煙氣、煙氣制酸凈化工序中引進(jìn)動(dòng)力波洗滌技術(shù)。目前，已在貴溪冶煉廠的硫酸系統(tǒng)、金隆銅業(yè)公司的“閃速爐－轉(zhuǎn)爐”混合煙氣制酸系統(tǒng)、株洲冶煉集團(tuán)的鉛燒結(jié)煙氣治理系統(tǒng)、銅陵有色金屬公司的尾氣脫硫治理、寶山鋼鐵廠的廢酸再生系統(tǒng)等系統(tǒng)范圍中得到應(yīng)用，主要是用于除塵與脫硫[20]。而這些生產(chǎn)實(shí)踐證明，此項(xiàng)工藝流程設(shè)備性能好，且抗腐蝕、先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，并可用于除塵、除酸霧、凈化工序降溫等工藝。國(guó)內(nèi)幾家設(shè)計(jì)研究和設(shè)備制造單位，已對(duì)凈化原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研究，使得在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，除用在酸的煙氣凈化外，在鋼鐵、建材及其它冶金爐窯煙氣除塵脫硫上也逐步推廣應(yīng)用[21-22]。上?；ぱ芯吭荷蹏?guó)興等人自20世紀(jì)90年代開(kāi)始就對(duì)動(dòng)力波洗滌器進(jìn)行了相關(guān)理論分析及試驗(yàn)研究，并設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)出了帶混合元件的動(dòng)力波洗滌器，應(yīng)用靜態(tài)混合元件使動(dòng)力波洗滌器泡沫區(qū)下方氣液兩相進(jìn)行湍流混合，以此起到了兩級(jí)串聯(lián)的洗滌效果。動(dòng)力波技術(shù)并在復(fù)合肥生產(chǎn)中的流化造粒、尾氣凈化系統(tǒng)和流化干燥系統(tǒng)尾氣凈化等方面得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。邵國(guó)興等人[13]對(duì)帶混合元件的動(dòng)力波洗滌裝置進(jìn)行研究，陳常蕊等人[9]對(duì)氣液逆噴洗滌器除塵性能進(jìn)行了研究，黃篤樹(shù)等人利用動(dòng)力波逆向噴射洗滌器脫除煙氣中的二氧化硫進(jìn)行深入研究。李連國(guó)等人對(duì)動(dòng)力波洗滌器的數(shù)值進(jìn)行了模擬。1.6動(dòng)力波洗滌技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用1.6.1.冷卻動(dòng)力波濕式洗滌器的體積傳質(zhì)系數(shù)遠(yuǎn)大于空塔，能夠迅速冷卻溫度為1200℃的高溫氣體。因此，為達(dá)到相同的煙氣出口溫度，對(duì)于處理相同氣量和入口溫度的煙氣，空塔的容積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)力波濕式洗滌器噴射筒的容積。同時(shí)，動(dòng)力波洗滌器的出口煙氣濕含量也基本飽和，而空塔的出口煙氣濕飽和度一般為80%～90%左右，且必須經(jīng)洗滌塔后才基本達(dá)到飽和；而一級(jí)動(dòng)力波洗滌器出口煙氣的濕含量已基本達(dá)到飽和。所以從冷卻效果看，一級(jí)動(dòng)力波洗滌器優(yōu)于空塔[23]。1.6.2除塵在粉煤鍋爐、水泥廠、煅燒爐、冶煉廠和硫酸廠的煙氣凈化工藝以及化工廠的尾氣處理過(guò)程中均已利用動(dòng)力波洗滌技術(shù)除塵[24-25]。動(dòng)力波洗滌器的氣量處理能力從每小時(shí)幾百立方米到幾十萬(wàn)立方米；一級(jí)動(dòng)力波洗滌器的除塵效率高于90%，而單臺(tái)空塔的效率要低于75%；而三級(jí)動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的除塵效率達(dá)99%以上。動(dòng)力波洗滌器入口煙塵的允許量比空塔高，達(dá)7～10g/m3，其除塵效率仍可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。動(dòng)力波洗滌器煙氣允許的量在設(shè)計(jì)氣量的50%～100%范圍內(nèi)波動(dòng)，但總的除塵效率卻不受影響。此外，動(dòng)力波洗滌器還具有較強(qiáng)的應(yīng)急能力，可處理每月發(fā)生一到五次，每次三到五分鐘，氣流中粉塵含量從15kg/h增至280000kg/h的緊急情況。通?？刹捎脻穹ǔ龎m的系統(tǒng)，原則上都可以采用動(dòng)力波洗滌器；采用干法除塵效率低并導(dǎo)致環(huán)保嚴(yán)重超標(biāo)的系統(tǒng)也可以使用動(dòng)力波洗滌技術(shù)，故采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)除塵有取代電除塵的趨勢(shì)。1.6.3脫硫在冶煉廠、硫酸廠、石油精煉廠和二氧化鈦酸解槽的尾氣處理過(guò)程中已經(jīng)采用動(dòng)力波技術(shù)來(lái)脫硫[26]。一般可采用燒堿、氨氣、石灰石和氫氧化鎂等作為洗滌液，采用燒堿吸收SO2，是脫除SO2的最簡(jiǎn)單的方法，此時(shí)，裝置要求寬松且反應(yīng)迅速。但是燒堿的價(jià)格比較昂貴，而且其產(chǎn)生的副產(chǎn)物難以處理。石灰石的反應(yīng)活性沒(méi)有燒堿高，在采用石灰石吸收SO2時(shí)，必須先把石灰石溶解在溶液中，石灰石的溶解過(guò)程通常是SO2轉(zhuǎn)化為硫酸鈣的控制步驟。采用石灰石脫除SO2，費(fèi)用雖然較少，但脫除SO2要比燒堿困難些，同時(shí)又要處理泥漿。除了燒堿、石灰石外，還可以采用氨等其它吸收劑來(lái)脫除SO2。1.7動(dòng)力波洗滌器工業(yè)應(yīng)用中存在的問(wèn)題及工作展望1.7.1工業(yè)應(yīng)用中存在的問(wèn)題[27-28]1.國(guó)產(chǎn)動(dòng)力波洗滌器的處理能力一般較小，而冶煉廠、鋼廠、電廠等企業(yè)對(duì)煙氣處理設(shè)備提出了較高要求，如大型化、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行等，目前，對(duì)于動(dòng)力波裝置放大后洗滌器內(nèi)氣液兩相間的碰撞、分布、泡沫區(qū)的形成及操作條件以及氣液傳質(zhì)的規(guī)律等研究的還較少。洗滌液的噴嘴作為動(dòng)力波洗滌器的核心部件之一，它的設(shè)計(jì)及選型對(duì)動(dòng)力波洗滌器的效果和操作費(fèi)用都具有重要的影響，尤其是處理風(fēng)量增大后，動(dòng)力波的噴嘴結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，噴射的性能，噴嘴的數(shù)量和排布都需進(jìn)一步的研究。1.7.2前景與展望動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國(guó)際煙氣凈化領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，目前在制酸工藝中普遍采用動(dòng)力波洗滌器，在主流程中采用SO2爐除塵已經(jīng)相對(duì)成熟。同時(shí)，動(dòng)力波技術(shù)的應(yīng)用是多方面的，但是我國(guó)現(xiàn)階段的技術(shù)還不成熟，所以我國(guó)研究者應(yīng)加大研發(fā)力度，并引進(jìn)國(guó)外新型的動(dòng)力波技術(shù)。同時(shí)，努力創(chuàng)新，使動(dòng)力波技術(shù)及設(shè)備能夠國(guó)產(chǎn)化。動(dòng)力波逆向噴射洗滌器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，占地面積小，且其活動(dòng)部件少，操作維護(hù)方便。與其它濕式洗滌裝置相比，具有很大優(yōu)勢(shì)，動(dòng)力波洗滌技術(shù)因其可靠、實(shí)用、新型、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)節(jié)能減排的關(guān)注，因動(dòng)力波濕法洗滌技術(shù)具有良好的傳熱傳質(zhì)特性，其對(duì)工業(yè)尾氣的處理和環(huán)境保護(hù)均有重要的影響，具有廣泛的應(yīng)用前景。我國(guó)應(yīng)積極開(kāi)展國(guó)產(chǎn)動(dòng)力波濕法洗滌器的機(jī)理和設(shè)備放大設(shè)計(jì)研究工作，加快研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)力波洗滌器，這些對(duì)于降低環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的和諧發(fā)展，具有重要的意義。1.8本文實(shí)驗(yàn)研究背景及目的1.8.1實(shí)驗(yàn)背景在工廠實(shí)際精制聚醚酮，采用丙酮為浸取液并將聚醚酮與溶劑二苯砜分開(kāi)過(guò)程中，根據(jù)車間丙酮消耗量統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1噸聚醚酮，有184kg丙酮流失，其中大約有1/4-1/3的丙酮由于揮發(fā)進(jìn)入空氣中。按1/4計(jì)算，工廠年產(chǎn)聚醚酮1000噸，將有46噸丙酮進(jìn)入大氣。車間設(shè)備密封性較高、但丙酮沸點(diǎn)低，單元操作過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備臺(tái)套數(shù)較多，尤其有離心、刮片干燥過(guò)程，有敞口操作過(guò)程，盡管不停通風(fēng)，車間內(nèi)，丙酮濃度嚴(yán)重超出安全極限。車間內(nèi)電動(dòng)裝置防爆性能很好，也仍存在較大安全隱患，同時(shí)，超標(biāo)的丙酮空氣，嚴(yán)重危害操作工人的身體健康。排出的空氣，又造成一定程度的大氣污染。另外，大量丙酮流失，也造成生產(chǎn)成本增高。因此，回收車間內(nèi)空氣中丙酮很有必要。傳統(tǒng)的噴淋塔、板式塔、填料吸收塔[29-31]可以進(jìn)行空氣中的丙酮回收，但填料塔和板式塔都容易造成堵塔結(jié)晶等不良結(jié)果，并且塔設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗較高，設(shè)備體積大、投資高、運(yùn)行效率低。而動(dòng)力波洗滌器恰好克服了這個(gè)缺點(diǎn)。動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國(guó)際濕法洗滌領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)氣液對(duì)沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內(nèi)液體表面積大且更新迅速，強(qiáng)化了氣液傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，達(dá)到氣相高效凈化的良好效果。該技術(shù)在冶金、建材和化工等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。1.8.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?dòng)力波洗滌技術(shù)作為國(guó)際濕法洗滌領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有良好的氣體凈化效果，通過(guò)氣液對(duì)沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內(nèi)液體表面積大且更新迅速，可強(qiáng)化氣液傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，達(dá)到氣相高效凈化的良好效果。該技術(shù)在冶金、建材和化工等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。因此，采用動(dòng)力波技術(shù)凈化車間內(nèi)丙酮具有很大意義。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)工廠生產(chǎn)實(shí)際情況，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，通過(guò)研究，一方面，為實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參數(shù)，即找出設(shè)備的負(fù)荷性能范圍，最佳液氣比范圍，表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉及丙酮穩(wěn)定劑聚乙烯醇對(duì)吸收效果的影響，以及驗(yàn)證其高效吸收效果，并明確重點(diǎn)解決的問(wèn)題，使設(shè)計(jì)工作會(huì)更切近實(shí)際，為以后工作奠定良好基礎(chǔ)。同時(shí)，再經(jīng)過(guò)論證、修改、提高，能使研究、設(shè)計(jì)成果在實(shí)際生產(chǎn)中得以應(yīng)用。另一方面理論與實(shí)際相結(jié)合，鍛煉自己解決實(shí)際問(wèn)題的研究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。動(dòng)力波模型理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)值計(jì)算2.1丙酮吸收過(guò)程傳質(zhì)模型2.1.1傳質(zhì)模型的形成過(guò)程因?yàn)閯?dòng)力波洗滌器的新型、高效性，其在工業(yè)上的應(yīng)用具有極為廣泛的前景。但出于技術(shù)保密的原因，在動(dòng)力波洗滌技術(shù)基礎(chǔ)理論研究方面國(guó)外的報(bào)道還比較少，主要是一些工業(yè)應(yīng)用情況的報(bào)道近年來(lái)我國(guó)在動(dòng)力波洗滌器壓降特性、吸收效率等領(lǐng)域的研究取得了較大進(jìn)展。錢智等人[32]采用CO2—MDEA氣液吸收體系，對(duì)旋轉(zhuǎn)填充床中伴有可逆反應(yīng)的氣液傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了模型研究，建立了旋轉(zhuǎn)床中此體系的擴(kuò)散反應(yīng)傳質(zhì)模型。朱春英等人[33]對(duì)不同液相流速下單乙醇胺水溶液化學(xué)吸收CO2的過(guò)程，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并測(cè)定了達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)。王偉之等人[34]利用填料吸收塔，測(cè)定并計(jì)算了堿溶液吸收煙氣中低濃度SO2的體積總傳質(zhì)系數(shù)；李娜等人[35]利用液幕式吸收塔對(duì)脫硫性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并建立了液幕式吸收塔的傳質(zhì)模型；駱培成等人利用填料塔測(cè)定了NaOH水溶液吸收空氣中少量CO2的體積總傳質(zhì)系數(shù)。水吸收丙酮?dú)怏w作為一種物理吸收方式，是工業(yè)生產(chǎn)中的方法之一。國(guó)內(nèi)一些動(dòng)力波技術(shù)研究者對(duì)丙酮吸收過(guò)程傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行了研究，其中，上?；ぱ芯吭旱恼纪?，李秋萍，邵國(guó)興等人通過(guò)利用動(dòng)力波洗滌器研究堿液吸收低濃CO2的傳質(zhì)特性，總結(jié)出了動(dòng)力波的傳質(zhì)模型。動(dòng)力波洗滌器的總傳質(zhì)系數(shù)KG及氣—液有效接觸相界面積a是衡量傳質(zhì)過(guò)程的重要參數(shù)，由于氣液對(duì)沖過(guò)程流動(dòng)的復(fù)雜性，單獨(dú)測(cè)量KG和a極為困難。因此，體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa也可用于動(dòng)力波洗滌器的設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。2.1.2吸收傳質(zhì)模型的推導(dǎo)計(jì)算上海化工研究院的研究者利用動(dòng)力波洗滌器，進(jìn)行了NaOH溶液吸收混合氣體中微量CO2的實(shí)驗(yàn)，首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定氣液對(duì)沖形成的泡沫層厚度值，再近似的計(jì)算動(dòng)力波洗滌器泡沫區(qū)內(nèi)的氣液體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa，從而初步確定泡沫區(qū)內(nèi)的氣液傳質(zhì)性能，建立傳質(zhì)模型[36]，為動(dòng)力波洗滌器的工業(yè)放大及操作提供了參考[37-40]。同理，利用動(dòng)力波洗滌器，采用水吸收丙酮?dú)怏w也可參考并利用其傳質(zhì)機(jī)理。其傳質(zhì)模型以分壓為推動(dòng)力的吸收速率表達(dá)式為NA=KG(pA-p*A)=KGp(ΨA-ΨA*)(1)式中：KG為氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol／(m2·h·kPa)；pA為溶質(zhì)在氣相主體中的分壓，kPa；p*A為與液相主體組成濃度成平衡的氣相分壓，kPa。在動(dòng)力波洗滌管內(nèi)取高度為dh的泡沫層來(lái)進(jìn)行研究，如圖2-1所示。圖2-1液體噴射高度與氣速的關(guān)系由圖2-1可知，對(duì)此微元內(nèi)溶質(zhì)組分丙酮?dú)怏w作質(zhì)量衡算可得圖2-1液體噴射高度與氣速的關(guān)系NAa（πD2/4）dh=-qGdΨ(2)式中：NA為丙酮?dú)怏w的吸收速率，kmol/(m2·h)；a為單位體積泡沫層中所能提供的有效接觸面積，m2/m3；D為動(dòng)力波洗滌管直徑，m；qG為通過(guò)洗滌管的氣體流量，kmol/h。將式(1)代入式(2)中，并積分，積分邊界條件是：h=0，Ψ=Ψ2；h=H，Ψ=Ψl。在低分壓下，ΨA≈ΨA/(1-ΨA)，溶質(zhì)組分進(jìn)入液相后立即反應(yīng)被消耗掉，ΨA*≈0，同時(shí)氣體流量qG可認(rèn)為是一常數(shù)?？傻玫襟w積總傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式KGa=4qG/（πD2Hp）lnΨl/Ψ2(3)式中：KGa為動(dòng)力波洗滌器體積總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3·h·kPa)；Ψl、Ψ2分別為進(jìn)、出洗滌管的氣相中溶質(zhì)組分的體積分?jǐn)?shù)；p為氣相總壓力，kPa；H為洗滌液噴射高度，m。丙酮?dú)怏w的吸收率被定義為η=（Ψl-Ψ2）/Ψl(4)2.2液體噴射高度的推導(dǎo)計(jì)算液體噴射高度的確定是設(shè)計(jì)動(dòng)力波濕式洗滌器裝置高度的主要依據(jù)。動(dòng)力波濕式洗滌器的液體噴射方式是屬于垂直向上且非淹沒(méi)射流。文獻(xiàn)[41]提出了液體(水)從圓形噴嘴垂直向上射人大氣時(shí)的噴射高度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為He=H／(1+ΨH)(1)設(shè)射流在噴嘴出口處的總水頭為H，射出后所能達(dá)到的噴射高度為He，如圖2-2所示。有一部分水頭損失△H，是射流克服氣流的阻力。參考管流水頭損失的公式，可寫出△H=H-He=K(He/d0)(V2/2g)(2)由于本文的噴射液體不是直接射人大氣中，而是與氣體作高速逆向?qū)ψ?，因此上式中的V應(yīng)為V=Vl+Vg(3)因?yàn)閂l2/2g=H，代人式(2)可得到Vl2/2g=He+K(He/d0)(V2/2g)整理后得He=Vl2/（2g+KV2d0）=Vl2/（2g+ΨV2）(4)式中：Ψ=K/d0，為由實(shí)驗(yàn)確定的一系數(shù)，也可按經(jīng)驗(yàn)式進(jìn)行計(jì)算。文獻(xiàn)[40]中提出的經(jīng)驗(yàn)公式如下Ψ=K/d0=0.00025/（d0+1000d03）(5)由實(shí)驗(yàn)將上式修正Ψ=0.33Vl1.080.00025/（d0+1000d03）(6)圖2-2液體逆向噴射高度模型式(4)和式(6)為動(dòng)力波濕式洗滌器液體噴射高度的計(jì)算式。由式(4)可以看出，液體的噴射高度與氣相速度、液體噴射速度及噴射口直徑等參數(shù)有關(guān)。從表1可以看出，當(dāng)噴射口直徑和氣相速度保持不變時(shí)，液體噴射高度隨液體噴射速度的增加而增大。由表2可以看出，當(dāng)噴射口直徑和液體噴射速度保持不變時(shí)，液體的噴射高度隨氣相速度的增加而減小。由表3可以看出，當(dāng)液體噴射速度和氣相速度均保持不變時(shí)，液體的噴射高度隨噴射口直徑增加而增大[10]。圖2-2液體逆向噴射高度模型表2-1液體噴射高度與氣體速度的關(guān)系He計(jì)算（m）He計(jì)算（m）He計(jì)算（m）He計(jì)算（m）He計(jì)算（m）4.30.0078.40.660.654.30.00711.30.620.564.30.00714.20.470.48表2-2液體噴射高度與液體噴射速度的關(guān)系Vg（m/s）d0（m）Vl（m/s）He實(shí)測(cè)（m）He計(jì)算（m）14.20.0071.40.110.0814.20.0072.20.240.1814.20.0072.90.320.2814.20.0073.60.350.3814.20.0074.30.470.4814.20.0075.10.580.62.3表面活性劑傳質(zhì)效率分析[42-44]圖2-3十二烷基苯磺酸鈉對(duì)Nt的影響丙酮作為一種廣泛應(yīng)用的有機(jī)溶劑，其回收具有重要的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境意義。傳統(tǒng)的活炭吸附-解析-精餾回收工藝，具有工藝耗能高、工藝安全性與穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，所以新型的水吸收-精餾回收丙酮工藝近年得到關(guān)注。但丙酮-水吸收過(guò)程的吸收用水的水質(zhì)對(duì)吸收效果有很大影響，會(huì)對(duì)后續(xù)精餾工藝有重要影響。為此，華南理工大學(xué)與某公司的廉磊、高前進(jìn)，江燕斌等人研究了在用水吸收丙酮過(guò)程中，加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，考察表面活性劑對(duì)丙酮水吸收效果的影響。圖2-3十二烷基苯磺酸鈉對(duì)Nt的影響研究了在尾氣中丙酮體積分?jǐn)?shù)、吸收液的丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，將吸收試驗(yàn)的吸收效果折算成為等效傳質(zhì)單元數(shù)Nt表示，并以Nt為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。在丙酮-水體系中加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，考察其對(duì)吸收效果的影響。由圖2-3可知，十二烷基苯磺酸鈉對(duì)氣-液相的傳質(zhì)過(guò)程有著不同程度的抑制作用。在質(zhì)量傳遞過(guò)程中，由于表面活性劑的加入，使傳質(zhì)阻力的增加，這一阻力稱為界面阻力；在溶解、吸收、液-液萃取等傳質(zhì)過(guò)程中都存在著界面阻力的現(xiàn)象，結(jié)合圖2-4，可更容易地理解界面阻力對(duì)氣液傳質(zhì)過(guò)程的影響。圖2-4界面阻力模型圖2-4界面阻力模型因?yàn)楸砻婊钚詣┓肿釉诮缑嫔系慕Y(jié)構(gòu)重排是界面阻力的主要來(lái)源，同時(shí)，障礙理論分子在二相之間的擴(kuò)散。在不加表面活性劑存在時(shí)，丙酮從氣相向水相傳遞的過(guò)程可通過(guò)傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力來(lái)表示，方式如下：NA=kL(ci-cL)(1)式中：NA為單位時(shí)間單位接觸面積下從氣相中傳遞到液相中質(zhì)量的量；kL為氣液傳質(zhì)系數(shù)；ci為氣液界面達(dá)到平衡時(shí)的液膜中溶質(zhì)的濃度；cL為液相中溶質(zhì)的濃度。而當(dāng)表面活性劑存在時(shí)，丙酮從氣相向水相傳質(zhì)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力可表示為：NA=kL·(ci-cL)(2)其中，kL·通?？杀硎緸椋?/kL·=1/kL+1/kS (3)式中：1/kL為未加入表面活性劑時(shí)的傳質(zhì)阻力，而1/ks為加表面活性劑時(shí)所帶來(lái)額外的傳質(zhì)阻力。結(jié)合公式（2）和公式（3）可看出，當(dāng)在水中加入少量表面活性劑時(shí)，引入額外的傳質(zhì)阻力，因此會(huì)使氣液相總傳質(zhì)阻力增加，導(dǎo)致氣液傳質(zhì)系數(shù)kL·比未加表面活性劑時(shí)的氣液傳質(zhì)系數(shù)kL小，所以溶質(zhì)在水中的溶解度會(huì)有所減低。2.4聚乙烯醇傳質(zhì)效率分析在動(dòng)力波清洗空氣中丙酮過(guò)程中，由于空氣氣速極快，溶于水中的丙酮在氣液高速對(duì)沖中又有部分氣化，降低清洗效果，尤其空氣中丙酮含量較高或用含丙酮水循環(huán)處理空氣中丙酮時(shí)，數(shù)據(jù)更明顯。若在丙酮-水體系中加入丙酮穩(wěn)定劑聚乙烯醇，研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯醇可明顯降低丙酮的蒸汽分壓，具有使丙酮水溶液穩(wěn)定的效果。在體系中加入聚乙烯醇，可以提高丙酮在液相中的傳質(zhì)速率，即可提高丙酮在氣液傳質(zhì)過(guò)程的穩(wěn)定性從而增加傳質(zhì)的效率，減小傳質(zhì)阻力，從而促進(jìn)氣液相之間的質(zhì)量傳遞，強(qiáng)化吸收效果。2.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算已知：洗滌管直徑D=29mm，噴頭直徑d0=1.9mm，g=9.8kg/s2，P大氣=98kPa,Vm=22.4L/molρ水=1000kg/m3，ρ空氣=1.29kg/m3，ρ轉(zhuǎn)子=7800kg/m3，ρ水銀=13590kg/m3，G實(shí)際=G讀數(shù)×（ρ水（ρ轉(zhuǎn)子-ρ空氣）/ρ空氣（ρ轉(zhuǎn)子-ρ水）1/2=G讀數(shù)×（1000（7800-1.29）/1.29（7800-1000）1/2=29.8×G讀數(shù)即：ug=29.8×G讀數(shù)/A2.5.1負(fù)荷性能圖數(shù)據(jù)列表及計(jì)算負(fù)荷性能圖（泡沫區(qū)/層流區(qū)）G(L/h)1651471321109376G實(shí)際(L/h)49174380.63933.632782771.42264.8L(L/h)767772727262L/G實(shí)際0.01550.01760.01830.02200.02600.0274G(L/h)max4946.84946.8（L/G）max0.02740.0274表2-3負(fù)荷性能圖區(qū)域的數(shù)據(jù)1）泡沫區(qū)/層流區(qū)G讀數(shù)=165L/h，L=76L/h時(shí)：G實(shí)際=29.8×G讀數(shù)=(29.8×165)L/h=4917L/h液氣比：L/G實(shí)際=76/4917=0.01552）（G實(shí)際）MAX=29.8×G讀數(shù)=(29.8×165)L/h=4917L/h3）(L/G)MAX=62/2246.8=0.02742.5.2壓降與氣速數(shù)據(jù)列表及計(jì)算表2-4塔徑D=29mm的壓降與氣速關(guān)系數(shù)據(jù)（a）L=148L/hG(L/h)163138108887560u(m/s)2.041.731.351.100.940.75左（塔頂mm）385662696869右（塔底mm）150128124116116112全塔壓差H(mm)1127262474843塔壓降P（Pa）1097.6705.6607.6460.6470.4421.4表2-4塔徑D=29mm的壓降與氣速關(guān)系數(shù)據(jù)（b）L=110L/hG(L/h)163140109897660u(m/s)2.041.761.371.120.950.75左（塔頂mm）919086858484右（塔底mm）939699100101101全塔壓差H(mm)2613151717塔壓降P（Pa）19.658.8127.4147166.6166.6當(dāng)L=148L/h，G讀數(shù)=163L/h時(shí)：G實(shí)際=29.8×G讀數(shù)=(29.8×163)L/h=4857.4L/hug=G實(shí)際/A=4G實(shí)際/（πD2）=4×4857.4×10-3/(3.14×0.0292×3600)=2.04m/s全塔壓差：H=H右-H左=（150-38）mm=112mm塔壓降：P=ρ水gH=（1000×9.8×112×10-3）Pa=1097.6Pa2.5.3清水吸收丙酮數(shù)據(jù)列表表2-5清水吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)L=100L/h（D=29mm，d0=1.9mm，uL=9.802m/s）G(L/h)70100120146166G實(shí)際(L/h)2086298035764350.84946.8uG(m/s)0.8781.2541.5051.8312.081液/氣：L/G0.0480.0340.0280.0230.020入口濃度?12020202020出口濃度?21411775混氣（左）/mm257160971610大氣（右）/mm-220-120-102530混氣壓差/kPa34.560.70983.75099.199100.664u總10.68011.05611.30711.63311.883Φ0.5090.5090.5090.5090.509He1.2371.1741.1351.0861.050KGa/kmol/(m^3*h*kPa)1.1801.6902.6712.8674.386吸收率η0.30.450.650.650.752.5.4不同濃度的丙酮水溶液吸收丙酮數(shù)據(jù)列表及舉例計(jì)算表2-60.1%質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（a）L=100L/h（D=29mm，d0=1.9mm，uL=9.802m/s）G(L/h)166146120100G實(shí)際(L/h)4946.84350.835762980uG(m/s)2.0811.8311.5051.254液/氣：L/G0.02020.02300.02800.0336入口濃度?123192119出口濃度?2681015混氣（左）/mm81565150大氣（右）/mm3125-26-15混氣壓差/kPa101.06399.33285.88076.025u總11.88311.63311.30711.056Φ0.5090.5090.5090.509He1.0501.0861.1351.174KGa/kmol/(m^3*h*kPa)4.2352.3591.8410.534吸收率η0.7390.5790.5240.211溫度T/（℃）22222222以0.1%質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮數(shù)據(jù)為例，表2-6（a）中，當(dāng)L=100L/h，G=166L/h時(shí)，每行參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)果的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程如下：在L=100L/h，G讀數(shù)=166L/h時(shí)，即ul=4L/（πD2）=4×100/(3.14×0.00192)10-3/3600m/s=9.802m/s氣體實(shí)際流量的計(jì)算：G實(shí)際=29.8×G讀數(shù)=29.8×166=4946.8L/h氣速的計(jì)算：ug=4G實(shí)際/（πD2）=4×4946.8/(3.14×0.0292)10-3/3600m/s=2.081m/s液氣比的計(jì)算：L/G實(shí)際=100/4946.8=0.0202混合氣體壓差ΔP的計(jì)算：已知：混合氣體U形管內(nèi)汞柱高度H1=8mm，與大氣相通的另一端U形管內(nèi)汞柱高度H2=31mm；氣壓高度差為ΔH，混合氣體壓差為ΔP：所以，氣壓高度差ΔH=H2-H1=31-8=23mm（塔內(nèi)壓力高于大氣）；分析：H1<H2時(shí)，ΔP=P大氣+ρ汞gΔH；H1>H2時(shí)，ΔP=P大氣-ρ汞gΔH；因本數(shù)據(jù)H1<H2，則混合氣體壓差：ΔP=ΔP=P大氣+ρ汞gΔH（kPa）=98+（13950×9.8×23×10-3）×10-3kPa=101.063kPa吸收率η的計(jì)算已知：入口體積百分含量：?1=23，出口體積百分含量：?2=6；則吸收率η=100%×（?1-?2）/?1=100%×（23-6）/23=73.9%噴射高度的計(jì)算由前面液體噴射高度的推導(dǎo)公式：u總=ug+ul=（2.081+9.802）m/s=11.883m/s系數(shù)Φ的計(jì)算：已知推導(dǎo)公式：Φ=K/d0=0.33×ul1.08×[0.00025/(d0+1000d03)]所以：Φ=0.33×9.8021.08×0.00025/（0.0019+1000×0.00193）=0.509所以，噴頭噴射高度He：He=ul2/（2×g+Φ×u總）=9.8022/（2×9.8+0.509×11.8832）m=1.050m體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa的計(jì)算由前面推導(dǎo)公式：KGa=[4qG/（πD2×P×He）]×ln（?1/?2）其中，摩爾流量qG的計(jì)算：qG=（G實(shí)際/Vm）[（L/h）/L/mol]=10-3×（G實(shí)際/Vm）kmol/h=（4946.8/22.4×1000）kmol/h=0.221kmol/h所以，體積總傳質(zhì)系數(shù)KGa：KGa=[4qG/（πD2×P×He）]×ln（?1/?2）=[4×0.221/（3.14×0.0292×1.050×101.063）]×ln（23/6）=4.235kmol/(m3*h*kPa)表2-60.3%質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（b）L=100L/h（D=29mm，d0=1.9mm，uL=9.802m/s）G(L/h)166146120100G實(shí)際(L/h)4946.84350.835762980uG(m/s)2.0811.8311.5051.254液/氣：L/G0.02020.02300.02800.0336入口濃度?121191619出口濃度?278812混氣（左）/mm101517154大氣（右）/mm302524-115混氣壓差/kPa100.66499.33298.93262.174u總11.88311.63311.30711.056Φ0.5090.5090.5090.509He1.0501.0861.1351.174KGa/kmol/(m^3*h*kPa)3.4762.3591.4931.268吸收率η0.6670.5790.5000.368溫度T/（℃）25262728表2-60.5%質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（c）L=100L/h（D=29mm，d0=1.9mm，uL=9.802m/s）G(L/h)80100120146166G實(shí)際(L/h)2384298035764350.84946.8uG(m/s)1.0031.2541.5051.8312.081液/氣：L/G0.0420.0340.0280.0230.020入口濃度?11530261823出口濃度?21422191414混氣（左）/mm23417078137大氣（右）/mm-195-132-382532混氣壓差/kPa40.86557.77982.55199.598101.330u總10.80511.05611.30711.63311.883Φ0.5090.5090.5090.5090.509He1.2161.1741.1351.0861.050KGa/kmol/(m^3*h*kPa)0.2240.9210.8100.6841.560吸收率η0.0670.2670.2690.2220.391溫度T/（℃）1920202122表2-60.8%質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（d）L=100L/h（D=29mm，d0=1.9mm，uL=9.802m/s）G(L/h)166146120100G實(shí)際(L/h)4946.84350.835762980uG(m/s)2.0811.8311.5051.254液/氣：L/G0.02020.02300.02800.0336入口濃度?121202030出口濃度?214141724混氣（左）/mm15873165大氣（右）/mm2632-35-125混氣壓差/kPa99.465101.19683.61659.377u總11.88311.63311.30711.056Φ0.5090.5090.5090.509He1.0501.0861.1351.174KGa/kmol/(m^3*h*kPa)1.2980.9550.4140.645吸收率η0.3330.3000.1500.200溫度T/（℃）22212320表2-61.0%質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（e）L=100L/h（D=29mm，d0=1.9mm，uL=9.802m/s）G(L/h)166146120100G實(shí)際(L/h)4946.84350.835762980uG(m/s)2.0811.8311.5051.254液/氣：L/G0.02020.02300.02800.0336入口濃度?119192122出口濃度?213141721混氣（左）/mm91551142大氣（右）/mm3221-17-103混氣壓差/kPa101.06398.79988.94465.370u總11.88311.63311.30711.056Φ0.5090.5090.5090.509He1.0501.0861.1351.174KGa/kmol/(m^3*h*kPa)1.1960.8370.5060.122吸收率η0.3160.2630.1900.045溫度T/（℃）222123202.5.5丙酮水溶液濃度對(duì)吸收的影響數(shù)據(jù)列表表2-7不同質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（a）ul=9.8m/sug=2.1m/sL(L/h)100100100100100ul（m/s）9.8029.8029.8029.8029.802G(L/h)166166166166166G實(shí)際(L/h)4946.84946.84946.84946.84946.8uG(m/s)2.0812.0812.0812.0812.081液/氣：L/G0.02020.0200.0200.0200.020入口濃度?12321232119出口濃度?267141413混氣（左）/mm810789大氣（右）/mm3130323232混氣壓差/kPa100.664100.664101.330101.196101.063u總11.88411.88411.88411.88411.884Φ0.5090.5090.5090.5090.509He1.0501.0501.0501.0501.050KGa/Kmol/(m^3*h*KPa)4.2523.4761.5601.2761.196吸收率η0.7730.5600.4740.3180.261溫度T/（℃）2225192223表2-7不同質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（b）ul=11.8m/sug=1.5m/sL(L/h)120120120120120ul（m/s）11.76311.76311.76311.76311.763G(L/h)120120120145120G實(shí)際(L/h)35763576357643213576uG(m/s)1.5051.5051.5051.8181.505液/氣：L/G0.0280.0280.0280.0230.028入口濃度?12116262121出口濃度?298181716混氣（左）/mm6216757255大氣（右）/mm-2326-35-33-15混氣壓差/kPa86.68099.33283.35084.01688.677u總13.26713.26713.26713.58113.267Φ0.6200.6200.6200.6200.620He1.0751.0751.0751.0331.075KGa/Kmol/(m^3*h*KPa)2.1991.5700.9920.7110.690吸收率η0.5450.2960.3810.1740.200溫度T/（℃）2227212325表2-7不同質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（c）ul=14.2m/sug=1.3m/sL(L/h)145145145145145ul（m/s）14.21314.21314.21314.21314.213G(L/h)100100100100100G實(shí)際(L/h)29802980298029802980uG(m/s)1.2541.2541.2541.2541.254液/氣：L/G0.0340.0340.0340.0340.034入口濃度?11919303022出口濃度?21414242420混氣（左）/mm152157166165165大氣（右）/mm-113-117-128-125-127混氣壓差/kKPa62.70761.50858.84459.37759.111u總15.46715.46715.46715.46715.467Φ0.7600.7600.7600.7600.760He1.0031.0031.0031.0031.003KGa/Kmol/(m^3*h*KPa)0.9790.9980.7620.7550.324吸收率η0.2270.2380.2860.2860.080溫度T/（℃）22212121252.5.6表面活性劑對(duì)丙酮吸收效果的影響數(shù)據(jù)列表表2-8純水+0.3g十二烷基苯磺酸鈉（活性劑）吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（a）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)100120148uL(m/s)9.80211.76314.507G實(shí)際(L/h)4350.84350.84350.8uG(m/s)1.8311.8311.831液/氣：L/G0.02300.02760.0340入口濃度?1292929出口濃度?2445混氣（左）/mm111512大氣（右）/mm262729混氣壓差/kPa99.99899.598100.264u總11.63313.59316.338Φ0.5090.6200.777He1.0861.0320.927KGa/kmol/(m^3*h*kPa)5.3685.6735.566吸收率η0.8620.8620.828溫度T/（℃）242424表2-8純水+0.6g十二烷基苯磺酸鈉（活性劑）吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（b）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)100120148uL(m/s)9.80211.76314.507G實(shí)際(L/h)4350.84350.84350.8uG(m/s)1.8311.8311.831液/氣：L/G0.02300.02760.0340入口濃度?1202020出口濃度?2667混氣（左）/mm151311大氣（右）/mm252129混氣壓差/kPa99.33299.065100.397u總11.63313.59316.338Φ0.5090.4700.589He1.0861.3001.190KGa/kmol/(m^3*h*kPa)3.2842.7502.586吸收率η0.70.70.65溫度T/（℃）192020表2-8純水+1.8g十二烷基苯磺酸鈉（活性劑）吸收丙酮數(shù)據(jù)列表（c）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)100120uL(m/s)9.80211.763G實(shí)際(L/h)4350.84350.8uG(m/s)1.8311.831液/氣：L/G0.02300.0276入口濃度?12323出口濃度?288混氣（左）/mm8584大氣（右）/mm-46-44混氣壓差/kPa80.55380.953u總11.63313.593Φ0.50910.6198He1.0861.032KGa/kmol/(m^3*h*kPa)3.5523.721吸收率η0.6520.652溫度T/（℃）26262.5.7穩(wěn)定劑對(duì)丙酮吸收效果的影響數(shù)據(jù)列表表2-9純水+0.819g聚乙烯醇（穩(wěn)定劑）吸收丙酮數(shù)據(jù)（a）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)80100120uL(m/s)7.8429.80211.763G實(shí)際(L/h)4350.84350.84350.8uG(m/s)1.8311.8311.831液/氣：L/G0.01840.02300.0276入口濃度?1212121出口濃度?2430.1混氣（左）/mm181513大氣（右）/mm252627混氣壓差/kPa98.93299.46599.865u總9.67211.63313.593Φ0.3030.5090.470He1.2821.0861.300KGa/kmol/(m^3*h*kPa)3.8475.30112.116吸收率η0.8100.8570.995溫度T/（℃）191920表2-9純水+4.887g聚乙烯醇（穩(wěn)定劑）吸收丙酮數(shù)據(jù)（b）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)80100120uL(m/s)7.8429.80211.763G實(shí)際(L/h)4350.84350.84350.8uG(m/s)1.8311.8311.831液/氣：L/G0.01840.02300.0276入口濃度?1232323出口濃度?2988混氣（左）/mm181615大氣（右）/mm232528混氣壓差/KPa98.66699.19999.731u總9.67211.63313.593Φ0.3030.5090.470He1.2821.0861.300KGa/kmol/(m^3*h*kPa)2.1822.8842.396吸收率η0.6090.6520.652溫度T/（℃）191920表2-90.819g聚乙烯醇（穩(wěn)定劑）+0.5%丙酮水溶液吸收丙酮數(shù)據(jù)列表（c）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)100120148uL(m/s)9.80211.76314.507G實(shí)際(L/h)4350.84350.84350.8uG(m/s)1.8311.8311.831液/氣：L/G0.02300.02760.0340入口濃度?1202020出口濃度?213119混氣（左）/mm111315大氣（右）/mm262830混氣壓差/kPa99.99899.99899.998u總11.63313.59316.338Φ0.5090.4700.589He1.0861.3001.190KGa/kmol/(m^3*h*kPa)1.1671.3531.975吸收率η0.350.450.55溫度T/（℃）202021表2-90.819g聚乙烯醇（穩(wěn)定劑）+0.5%丙酮水溶液吸收丙酮數(shù)據(jù)列表（d）L=100L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）uL(m/s)9.8029.8029.802G(L/h)166146120G實(shí)際(L/h)4946.84350.83576uG(m/s)2.0811.8311.505液/氣：L/G0.0200.0230.028入口濃度?1232021出口濃度?2111314混氣（左）/mm111112大氣（右）/mm302626混氣壓差/kPa100.53099.99899.865u總11.88311.63311.307Φ0.5090.5090.509He1.0501.0861.135KGa/kmol/(m^3*h*kPa)2.2600.9750.825吸收率η0.5220.3500.333溫度T/（℃）202021表2-90.819g聚乙烯醇+0.3g十二烷基苯磺酸鈉+0.5%丙酮水溶液吸收丙酮數(shù)據(jù)列表（e）G=146L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）L(L/h)100120148uL(m/s)9.80211.76314.507G實(shí)際(L/h)4350.84350.84350.8uG(m/s)1.8311.8311.831液/氣：L/G0.02300.02760.0340入口濃度?1171719出口濃度?2131211混氣（左）/mm151417大氣（右）/mm262729混氣壓差/KPa99.46599.73199.598u總11.63313.59316.338Φ0.5090.4700.589He1.0861.3001.190KGa/kmol/(m^3*h*kPa)0.7310.7901.357吸收率η0.2350.2940.421溫度T/（℃）202020表2-90.819g聚乙烯醇+0.3g十二烷基苯磺酸鈉+0.5%丙酮水溶液吸收丙酮數(shù)據(jù)列表（e）L=100L/h（噴頭直徑d0=1.9mm，塔徑D=29mm）uL(m/s)9.8029.8029.802G(L/h)166146120G實(shí)際(L/h)4946.84350.83576uG(m/s)2.0811.8311.505液/氣：L/G0.0200.0230.028入口濃度?1181719出口濃度?2121314混氣（左）/mm101512大氣（右）/mm312626混氣壓差/kPa100.79799.46599.865u總11.88311.63311.307Φ0.5090.5090.509He1.0501.0861.135KGa/kmol/(m^3*h*kPa)1.2810.7310.622吸收率η0.3330.2350.263溫度T/（℃）1920212.5.8直徑為15mm的洗滌管壓降與氣速關(guān)系數(shù)據(jù)列表表2-10塔徑D=15mm壓降與氣速關(guān)系數(shù)據(jù)列表（a）1.L=125L/hG(L/h)6587100125150180u(m/s)3.054.084.695.867.038.44左（塔頂mm）-60-80-90-90-85-75右（塔底mm）354045526078全塔壓差H(mm)95120135142145153塔壓力（kPa）12.716.018.018.919.320.4表2-10管徑D=15mm壓降與氣速關(guān)系數(shù)據(jù)列表（b）2.L=100L/hG(L/h)6085100125150185u(m/s)2.813.984.695.867.038.67左（塔頂mm）-20-28-30-33-35-42右（塔底mm）-10-7-4-20