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射流曝气器专题:9、脱硫石灰石浆液射流氧化现

发布时间:2020-04-22 19:48 浏览量:122

脱硫石灰石浆液射流氧化现场实验

 

5.1 实验目的

如前面章节内容所述,射流曝气器具有结构简单,不需要鼓风与搅拌设备, 加工容易,且工作可靠,本文通过判定石灰石浆液射流中亚硫酸钙的氧化率情况, 来考察射流曝气器的充氧性能。
亚硫酸钙氧化率的测定原理是在亚硫酸盐的吸收液(I2 液)中加入被测样品, 亚硫酸根离子被氧化。多余的 I2 用硫代硫酸钠溶液滴定,根据消耗的硫代硫酸钠溶液的量可以获得亚硫酸根离子的量。
 

5.2 实验化学试剂与仪器设备

5.2.1 射流曝气器

实验证明,PVC 塑料棒可以在 0.3MPa 的工作压力下正常工作,且具有较强的耐腐蚀性,固由 PVC 塑料棒加工而成的射流曝气器能满足现场实验要求。另外, 考虑到现场试验安装射流曝气器安装高度低于浆液液面,为防止浆液倒流,将进气口加长至浆液液面高度,甚至高于液面一定距离。除此之外,连接方式采用法兰盘与管道连接,见图 5.1。
 

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 5.1 现场所用射流曝气器实物图
Fig. 5.1 The physical map of experimental jet aerator
 
 
 

5.2.2 现场化学试剂与仪器设备

实验中亚硫酸钙的测定主要仪器有碘量瓶(250ml);移液管(10ml);定量吸球;酸式滴定管(25ml)。试剂为 HCl(1:1);硫代硫酸钠溶液(0.01mol/L),已标定 I2 液(0.005mol/L);淀粉溶液(1%)。试验台如图 5.2 所示:

 
 
 
 
图 5.2  亚硫酸钙氧化率测定试验台
Fig. 5.2 test bed for oxidation rate of calcium sulfite

 
其他动力设备见表 5.1:
 
表 5.1  主要实验设备

 
 
Table 5.1 Main experimental equipments
设备名称 型号 相关参数

循环浆液泵 星格水泵 流量 16m3/h,扬程 40m
排浆泵 星格水泵 流量 0.15m3/h,扬程 5m
浆液管道开关 - 进出口尺寸 1 英寸
流量测量范围最大 10m3/h,

浆液流量计 -
精度 0.5m3/h

便携式气体流量计 - 进出口直径约为 30mm
三通开关 - 三通球阀,DN40/ DN25
管道 - 1 英寸(6m),1.5 英寸(6m)电气柜一个 - -
 

5.2.3 实验装置

脱硫石灰石浆液氧化实验反应装置连接如图 5.3。
 
 
 
 
 
 
 
 
2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-循环浆液泵;2-排浆泵;3-脱硫塔浆液池;4-浆液罐;5-射流曝气器;6-流量计图 5.3 脱硫浆液射流氧化实验装置系统
Fig.5.3 Experiment device system for desulphurization serosity jet oxidation

 
试验具体流程:脱硫石灰石浆液由循环浆液泵 1 从实际等比缩小的脱硫塔浆液池 3 抽入浆液罐 4。进入浆液罐 4 之前,浆液被均分为三路进入射流曝气器 5, 其流量由流量计 6 监测,具体数据显示见图 5.5。空气被射流曝气器吸入并与浆液充分混合后进入浆液罐 4。浆液灌好后,打开排浆泵 2,使浆液罐 4 中的浆液回到脱硫塔浆液池 3。如此进行循环射流氧化处理。其中,射流氧化实验浆液罐Φ1500×1400,循环浆液泵流量为 16m3/h,压力为 0.3MPa,实物连接如图 5.4。
 

 
 
 
 
图 5.4  现场实验装置连接图
Fig. 5.4 Connection Diagram of field experimental equipments
 
 

 
 
 
图 5.5  浆液流量计数据显示
Fig. 5.5 The slurry flow

 

5.3 实验方法与步骤

本实验采用碘量法,每隔 20min 从射流氧化浆液罐中取样,分别测定氧化效果。具体步骤如下:
(1) 用 10ml 移液管分别取 10mL 0.005mol/L I2 液加入 2 个 250mL 碘量瓶中,然后用蒸馏水稀释至 100ml。
(2) 在吸收塔取样处用 10mL 移液管和定量吸球吸取 10mL 浆液(体积为
V1),放入含 I2 液的碘量瓶中。
(3) 到达实验室后,用 10mL 取液吸管加入 10mL 1:1 HCl,摇荡。
(4) 用 0.01mol/L 硫代硫酸钠溶液分别滴定,当溶液颜色(黄色)变淡时, 加入 2mL 1%淀粉溶液,继续用 0.01mol/L 硫代硫酸钠溶液滴定,直到碘反应完全, 蓝色完全消失为止。测定总的亚硫酸盐消耗 0.01mol/L 硫代硫酸钠溶液体积为 a ml。
(5) 用上述步骤做空白试验。消耗的 0.01mol/L 硫代硫酸钠溶液体积为 b ml。
(6) 最后通过公式(5-1)计算吸收塔浆液总的亚硫酸根离子浓度来判定其氧化率。

C =(b - a)´ f ´(C1  / 2)´1000 / V
其中:C=吸收塔浆液总的亚硫酸根离子浓度
a=浆液样品试验时消耗的硫代硫酸钠溶液体积,mL b=空白试验时消耗的硫代硫酸钠溶液体积,mL f=0.01mol/L 的硫代硫酸钠溶液标定系数
C1=硫代硫酸钠溶液浓度,mol/L
(5-1)

当样品为浆液和清液时 ,V 分别为 V1 和 V2  ,C 的单位为 mmol/L
另外,实验操作过程中应注意以下事项:
(1) 吸取液体样品放入碘量瓶时,其末梢应处在吸收液液面下。
(2) 若吸取的样品与吸收液 I2 反应后溶液颜色变为无色时,应继续依次加入 10ml N/100 I2 液,直到溶液颜色变为黄色为止,再滴定。
(3) 不能提前滴加淀粉溶液,原因是淀粉与碘反应会使终点提前出现而影响终点判断。
(4) 滴定完毕后,因空气中的氧气有氧化作用,溶液会呈现蓝色。所以滴定

 
时溶液蓝色首次消失时为滴定终点。
 
 

5.4 实验结果与分析

5.4.1 现场吸气量大小

现场采用德国 Testo435 风速仪测定射流曝气器入口风速,孔径 42mm,将其进气口设置为测定断面,且布置 4 个测试点,测风速时,测量每个测试点的速度, 具体数据见表 5.2,然后求平均值。同心环上个测点距中心距离按公式(3-1)计算,类似的,按照公式(3-2)、(3-3)得到相应的风速为 3.98m/s,氧化风量为 19.84m3/h,安装三个为 59.52m3/h。
 
表 5.2  现场 4 个风速点速度分布
Table 5.2 Points of four wind velocity
 
 
1 2 3 4
风速(m/s)      
1 3.31 4.05 4.30 4.26
2 3.45 4.21 4.32 4.36
3 3.53 4.13 4.29 4.24
4 3.96 4.19 4.22 4.28
5 3.48 4.23 4.25 4.22
6 3.27 4.2 4.50 3.98
7 3.08 3.86 4.18 4.28
8 3.15 3.93 4.26 3.94
9 3.06 3.99 4.28 3.89
10 3.30 4.15 4.32 4.36
平均值 3.36 4.09 4.29 4.18
 

5.4.2 亚硫酸根氧化率结果分析

实验在 pH 值为 5 左右进行,硫代硫酸钠标定系数 f=0.99,初测亚硫酸根含量,间隔 20 分钟取样,分别测得亚硫酸根含量,计算得亚硫酸根氧化率,具体数据见表 5.3。

 
表 5.3  亚硫酸根氧化率
Table 5.3 Oxidation rate of Sulfite
  碘液用量 取样量(mL) 硫代硫酸钠消耗 亚硫酸钙含量 浆液中亚硫酸
(mL)   量(mL) (mmol/L) 钙氧化率
空白实验 10 0 18.00 - -
0 10 10 2.72 15.147 0
20 10 10 5.41 12.474 0.176471
40 10 10 9.19 8.712 0.424837
60 10 10 11.98 5.940 0.607843
80 10 10 13.91 4.059 0.732026
100 10 10 15.42 2.574 0.830065
120 10 10 16.10 1.881 0.875817
 

 
 
 
图 5.6 浆液中亚硫酸钙氧化率
Fig. 5.6 Oxidation rate of calcium sulfite in slurry
 
 
从图 5.6 可以看出,浆液经射流氧化 2 小时后,浆液中亚硫酸钙氧化率达 85% 以上,氧化效果较为理想。由测得吸气总量可知,射流曝气器提供空气量远远超过脱硫浆液所需量,说明吸入空气未充分溶解在脱硫浆液中,或者溶解在里面的氧气未被充分利用,原因可能是浆液罐中搅拌强度不够,若经合理设计,进一步改善射流曝气器对浆液罐的搅拌效果,氧化率较之更为理想。

 

5.5 小结

本章实验采用的是经改装后的射流曝气器,现场实验的进口风速用德国Testo435 风速仪测定,在射流曝气器入口浆液流速 5.32m/s,压力为 0.3MPa 的条件下,其吸气量总量为 59.52m3/h,亚硫酸钙的氧化率采用碘量法,测试表明,浆液经过射流氧化 2 小时后,亚硫酸钙氧化率达 85%以上,若经合理设计,进一步改善射流曝气器对浆液罐的搅拌效果,氧化率较之更为理想。

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