功能化离子液体吸收酸性气体的研究

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1、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]。2.1.1SO2在水中的吸收在水中SO2先与水发生反应生成H2SO3,接着H2

2、SO3进一步电离成H+和HSO3-,具体反应如下:SO2+H2OH2SO3(2-1)H2SO3H++HS03-(2-2)反应(2-1)、(2-2)的平衡常数分别为K1和Ka,有K=H2SO31SO2][H2O(2-3)+-Ka=HHSO3H2SO3(2-4)忽略水的电离,则有:HSO-=H+3=KaH2SO3(2-5)SO2在水中的溶解度S为:S=SO+HSO+H-22323SO(2-6)由式(2-4),(2-5)以及(2-6)可求出溶液中SO2的浓度:SO2=2S+K-K(4S+K)2(1+K1H2O)(2-7)K=KaK1HO21+K1H2O(2-8)SO2的平衡分压为:2S

3、+K-K(4S+K)PA=HASO2=HA2(1+K1H2O)(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HA=exp(2851.1/T-7.9846)Kmol/(m3KPa)(2-10)H2SO3的电离常数KA为:KA=exp(1972.5/T-1K0m.o9l/(6m73K)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+DwKaDACAiCAO(2-

4、12)其中,Caj与CAO分别为相界面处与液相主体内SO2的浓度。2.1.2SO2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

5、:SO2+2OH-→SO32-+H2O(2-15)2.1.3SO2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-+H2O2HSO3-+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

6、/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)141.2、气体业务外包的定义气体业务外包(gasbusinessoutsourcing)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

7、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发展前景。1.3、温室气体的相关概念在地球大气中,有些微量气体允许太阳短波辐射自由通过,并吸收空气与地面放出的长波辐射(红外线),从而使得近地层升温。与温室吸收太阳辐射后对内部空气的加热作用相似,因此被称为温室气体。温室气体使地球加温的影响被称做”温室效应”[22]。水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、氧化亚氮(N2O)属于自然温室气体,氯氟碳化物(CFCs)、全氟碳化物(P