碳酸钠溶液对co2的吸收动力学研究现状

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1、碳酸钠溶液对CO2的吸收动力学研究现状2010年第2期张晨鼎：碳酸钠溶液对CO的吸收动力学研究现状..3碳酸钠溶液对..CO2的吸收动力学研究现状张晨鼎..(内蒙古工业大学化工学院，内蒙古呼和浩特..010051)摘要：碳酸钠溶液吸收..COz的过程为一带有化学反应的相际问对流传质过程。吸收速率不仅与CO沿扩散途径的扩散速率有关，而且与液相本体中化学反应速率有关，过程的总推动力较物理吸收为大。近期国内外研究工作者依据不同的思路和数学方法，提出了各自的描述碳酸钠溶液吸收CO动力学的传质一化学反应模型和计算方法，

2、并与实验结果相对照。本文试以对流传质的溶质渗透、表面更新和双膜等三种理论模型将他们分类，并分别扼要介绍，供业内人士参考。关键词：碳酸钠；C0z；吸收动力学研究中图分类号：TQ1114．1；0643．1文献标识码：C文章编号：1005—8370(2010)02—03—07碳酸钠溶液吸收..Co。的实质是气一液间..CO传递和液相化学反应，总的反应式为：..1基于溶质渗透理论的模型..Na2CO(aq)+COz(g)+H2O(1)一..2NaHCO3(aq)～30．41kJ／molWylock等(2008)、Wa

3、sBhat等(2000)和Hikita或..Na2CO3(aq)+CO2(abs)+H20(1)=等(1976)认为CO。在Na：CO。溶液中的吸收，实质2NaHCO3(aq)～7．61kJ／mol上是与OH一进行反应，主要反应有二：离子反应式可写成：Co2+OH一..HCOT(1)CO；一+Co2+H20；—..2HCOHCO+0H一..cog一十H2O(2)式中的反应热系根据Vanderzee(1982)提供的化合两个反应都可视为一级反应，其反应动力学写作下物标准生成热△H。。。及溶解热计算的。该反应为放

4、式：..热反应。rI—k。[COz][OH一]一是。：[HC0]前人对碳酸钠溶液吸收C0。的动力学研究，大r2=k：，[HCO[][0H一]一k2：[cog一]都以加入催化剂提高对各种工艺气体中CO的吸式中：r，r2——分别为反应(1)和(2)的反应速率，..收效率为目的，单纯研究碳酸钠溶液吸收CO。动力mol·m-·s～：..学者甚少，而且研究只限于气一液体系，不涉及..kk。，—..—分别为反应(1)和(2)的正向动NaHCO。结晶。力学常数，m。·mol·S一；碳酸钠溶液对CO。的吸收速率与传质和化学k

5、。，kzzz—..—分别为反应(1)和(2)的逆向动反应密切相关。基于不同的理解，学者们提出了各自力学常数，s～。的传质一化学反应模型和计算方法，并与实验数据反应(1)正向动力学常数按下式计算..相对照。(Aroonwilas等，2003；Taghizadeh等，2001)：..1=0891(XOSN++．X04O-_171[)1(．106l-E,]a11----[H]b．×哼..]4反应(1)逆向动力学常数用。和平衡常数K计算：一玺由于反应(2)有质子传递，比反应(1)快得多，无确切的正向动力学常数计算式。

6、根据..Eigen(1954)的研究，溶液中质子与..OH一的反应动力学常数在l0～1·oo～..S范围而其逆0m。..tl·，向动力学常数则用k和平衡常数K。计算：一瓮这种两步反应的分析，在实际应用中可以认为反应(2)的逆反应向反应(1)提供了..OH一，最终产物只是..HCO7，因而反应(2)可被忽略，以与NaOH溶液吸收..CO：的反应相区别。反应(1)和(2)的平衡常数定义为：[-HCO~-]A一Ⅱ丽一..[co一..一—..[HCO；]—[OH-]由Edwards等(1978)提出的K与温度、密度的

7、关联式为：..Klep二一676n+3艘)一..x(堡3．8IT25式中：..——碱液密度，kg·m。..K—..—水的离子积tl·-由Vaa，oo；..m；sBht等(2000)给出的计算式为：..K一..10一(zz．47773I。gT---61·2062)2K=作为离子强度的函数，kt等(96给由Hiia17)出的K。(·oo(·Ltl)和无限稀释状态的K2Ltool-)的估算式如下：..lg=o／2一..．2[a]oK2lg~q+015N+lg~嬖：．14000077ToK一丝+043—．631．1气

8、泡一液体传质模型对于鼓泡吸收塔传质的研究，首先假定..CO气泡上升时在气泡表面布满微小的Na。CO。溶液单元并沿气泡表面滑动，CO：通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗透。旧的液体单元在吸收..CO。后被新的液体单元置换，返回液相主体中。在全部吸收时间内，气泡中CO传递给一个与界面接触的微小液体单元的传递速率，是界面处靠液体一边的..CO：纯碱工业浓度梯度的函数。于是在单位时间和单位界面面积上，f