功能化离子液体吸收酸性气体的探究.doc

功能化离子液体吸收酸性气体的研究 1、相关定义 1.1、微量酸性气体净化器概念设计及验证 第二章 微量酸性气体净化器概念设计及验证第二章 微量酸性气体净化器概念设计及验证 2.1 碳酸钠水溶液吸收 SO2的机理 从 20 世纪初,科学家们就对 SO2在碱性水溶液中的吸收机理进行了很广泛的研究, 但由于该吸收过程同时受液相中的化学反应,气、液相传质速率的影响,吸收过程比较 复杂,随着传质理论的不断发展以及吸收设备的不断更新,SO2在碱性水溶液中的吸收 模型也得到不断的完善,使得碱性水溶液吸收 SO2的传质反应机理较为成熟[60-73]。 2.1.1 SO2在水中的吸收 在水中SO2先与水发生反应生成H2SO3,接着H2SO3进一步电离成H+和HSO3-,具体 反应如下: SO2+ H2O H2SO3(2-1) H2SO3 H++ HS03-(2-2) 反应(2-1)、(2-2)的平衡常数分别为 K1和 Ka,有 K = H 2SO3 1 S O 2 ][H 2O (2-3) + - Ka= H HSO3 H 2S O3 (2-4) 忽略水的电离,则有: HSO - = H + 3 = K a H 2 SO3 (2-5) SO2在水中的溶解度 S 为: S = S O + H S O + H- 2 2 3 2 3S O(2-6) 由式(2-4),(2-5)以及(2-6)可求出溶液中 SO2的浓度: S O 2 = 2S+K - K(4S+K) 2(1+K1 H 2O )(2-7) K=K a K 1 H O2 1+K 1 H 2O (2-8) SO2的平衡分压为: 2S+K - K(4S+K) P A =H A SO 2 =HA2(1+K 1 H 2O )(2-9) SO2在纯水中的亨利系数 HA为: 13 华南理工大学硕士学位论文 H A=exp(2851.1/T-7.9846)Kmol/(m3KPa) (2-10) H2SO3的电离常数 KA为: K A= e x p ( 1 9 7 2 . 5 / T - 1K 0m .o 9l/ (6m 73K )Pa) (2-11) 反应(2-1)的速率常数为3.4x106l/S[74],可认为是瞬间进行的。由于反应的平衡常数较小, 因而用水吸收SO2的过程可看作是瞬间可逆反应,Chang等[75]利用表面更新理论求得的 水吸收SO2的化学吸收增强因子E为: E=1+DwKaD AC Ai CAO(2-12) 其中,Caj与 CAO分别为相界面处与液相主体内 SO2的浓度。 2.1.2 SO2在碱性水溶液中的吸收 当用碱性水溶液来吸收 SO2气体时,将发生下列反应: SO2+OH-→HSO3-(2-13) HSO3-+OH-→SO32-+H2O (2-14) 上述两步反应的平衡常数分别为K1=1.7×1012m3/kmol,K2=6.2×106m3/kmol[76],反应(2-13) 的速率常数约为109m3/(kmol﹒s)[77],反应(2-14)为质子转移反应,比反应(2-13)要快的多, 因此,反应(2-13)和(2-14)均可看成是瞬间平衡反应。 在强碱性溶液中,上述两步反应都将进行,总的反应为: SO2+2OH-→SO32-+H2O (2-15) 2.1.3 SO2在碳酸钠水溶液中的吸收 Sada[78],Hikita[79]等还研究了SO2在Na2CO3水溶液中的吸收情况,在Na2CO3水溶液 中,进行的反应为: 2SO2+3CO32-+H2O→CO2+2SO32-+ 2HCO3-(2-16) 反应(2-16)分三步完成: SO2+CO32-+H2O→CO2+SO32-(2-17) SO2+SO32-+H2O 2HSO3-+H2O (2-18) 2CO32-+2HSO3-→2SO32-+ 2HCO3-(2-19) 反应(2-16),(2-17)以及(2-19)的平衡常数分别为2.51×1019m3/kmol、5.15×107m3/km以及 1.33×103m3/kmol。因此上述四个反应均可视为不可逆反应。另外,反应(2-17)、(2-18) 14 1.2、气体业务外包的定义 气体业务外包(gas business outsourcing)是指把一些重要但非核心的业务职能(如空分 工厂、合成气工厂等)交给企业外部的高级外包商(专业气体公司或集团)去做,把企业内部的 知识和资源集中于那些具有竞争优势的核心业务上,为顾客提供最大的价值和满足。企业通过技 术进步、战略决策、生产制造、市场营销、内部组织协调管理的交互作用来实现企业的核心能力, 并使企业保持竞争优势、获得稳定的超额利润的能力,具有价值优越感性、异质性、不可仿制性、 难于替代性等特点,这一切决定着企业的整体能力和