吸收剂用量优化分析

吸收塔进液量和进液组成优化在设计过程中，吸收塔的吸收过程为气膜控制的化学吸收，吸收塔的进液量和进液组成对吸收塔的吸收效果影响较小。通过初步分析，吸收塔吸收液的量对双极膜反应器的外围设备有影响，吸收液的组成对双极膜电渗析放映器的电流效率影响，进而影响反应器的运行费用；因此不同进液量和组成对双极电渗析反应器的固定成本和运行成本可能有较大影响。我们首先通过Aspen进行吸收塔模拟得到一系列满足吸收要求得数据，进一步分析不同的进液方式对反应器的影响。在分析处理过程中，通过经济预算的方式，将对设备和能量的影响都折算成费用。计算出不同进液方式在单位时间内的反应器总费用（包括反应器运行费用和设备费用）。1. 吸收塔循环液量与进液组成双因素优化利用Aspen Plus对整个吸收过程进行模拟，其吸收过程为气膜控制的的化学吸收，化学反应关系明确，反应彻底，可逆性小，亦不易有副反应发生，可计算得知吸收全部二氧化硫所需亚硫酸钠17.145吨。同时兼顾过量效应对于整个反应的推动力和保证亚硫酸钠总量足够，利用Aspen Plus的case study功能进行一定精度的穷举分析，吸收模拟的结果如下：从以上可以看出，在亚硫酸钠溶质量在20.5吨左右，质量分数在14%以上时，吸收液亦可在低浓度二氧化硫情况下具有良好的吸收效果。相比吸收塔内庞大的气体量来说，一定范围内的液体总量变化并不影响塔的相关操作和设计。根据亚硫酸钠溶质总量我们确定了以下几个固定参数的吸收液进行吸收模拟，观测二氧化硫吸收情况，结果如下表1 吸收不同进液方式的模拟数据进口液量（m3/h）亚硫酸钠(%)SO2的量(kmol/h)出口液量(m3/h)SO32-浓度 (mol/L)HSO3-浓度(mol/L)SO2的单位排放量（mg/Nm3）脱硫率(%)10720135.983.10.413.271.1599.9811219135.987.90.373.091.2299.9812018135.995.40.372.850.9799.9812517135.9100.40.332.711.0499.9813516135.9109.90.322.470.9199.9814015135.9115.20.272.360.9599.9815014135.9125.10.252.170.8699.98由上表的数据分析可知，吸收塔进液组成及进液量脱出烟气中的SO2的效率非常高，SO2排放量远远小于国内和发达国家的SO2排放标准，以上不同吸收液状态效果良好，都符合脱硫要求，接下来，我们将进一步分不同进液对电渗析反应器的影响。2.反应器分析通过吸收塔的模拟数据可以看出，不同的进液组成条件下，吸收塔出口液中物质组成不同，其中HSO3-和SO32-的浓度变化可能对电流效率（电流效率是以HSO3-为标准，具体分析详见反应器设计书）产生影响，进而影响生产所需膜面积和生产费用。因此我们通过对以上不同进液方式进行费用估算，所得主要计算结果见表2。表2 不同进液组成下反应器费用吸收塔进液量（m3/h）吸收液亚硫酸钠含量电流效率双极膜面积（m2）固定费用（元/h）运行费用（元/h）总费用（元/h）10720.0%89.22%4083491258021071411219.0%89.47%4072489857921069012018.0%88.79%4103493558431077912517.0%89.53%4069489558031069813516.0%88.81%4102493458591079314015.0%90.04%4046486757881065515014.0%90.04%40464867579910666由上表结果可以看出，反应器单位时间的总费用与吸收液的量和电流效率有关，为此我们以上述方法模拟得到不同进液量和组成的实验数据，计算出上述结果。将总费用、吸收液的流量和电流效率的数据通过Origin拟合作图，见图1图1 流量、电流效率与总费用的关系图由上图可知，电渗析的反应器的总费用与吸收塔进液量和电流效率有关；且费用随着进液流量的增加而增加，随着电流效率的增大而减小；根据图的趋势可知电流效率対总费用的影响更显著。根据反应器的电流效率的原理分析，可知电流效率与吸收塔进液量和吸收剂亚硫酸钠的量有关。我们通过上述方法获取数据并拟合得到电流效率与吸收塔进液量和吸收剂亚硫酸钠的量的关系图，见图2。图2 电流效率与进液量和吸收剂量的关系图由图.2 可知，电流效率与吸收液中吸收剂亚硫酸钠的量有关，随着吸收剂的减少而增大；途中各色条处于水平状，说明吸收液流量对电流效率的影响不明显。综上的分析可知，反应器的费用与吸收塔中吸收液的量和吸收剂亚硫酸钠的量有关，反应器费用随亚硫酸钠的量的增加而减少，随吸收塔流量的增大而增大，其中亚硫酸钠的量影响更大。因此，在都能满足要求得情况下，我