【精品】氨气吸收工艺原理的理论研究

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1、氨气吸收工艺原理的论研究在氨气喷淋吸收塔内，用涓水吸收NH?是一个典型的气液吸收过程。脱硫塔出来的烟气从顶部进入吸收塔，与安装在吸收塔内的喷嘴喷出的大虽液滴逆流接触，烟气中夹带的範气将在这些液滴的表血发生吸收现線。在这个过程中，NH）必须先从气相扩散到液相.然后再进入液相主体。NR进入液相后将部分解离（即电离）.而解离的一部分离子又能相帀•吸引重新结合成分子，即NH（在液体中的解离过程足可逆的，这个可逆的解离过程将最终达到平衡，如卜式所示：NHj>H2O<=>NH：+OFF（3-1）NH3属弱电解质，在水中的解离度很小,一般小于5%。弱电解质解离度的计算公式可表

2、示为I国炉=（3-2>式中（P——解离度；Kv——解离常数，只随温度而改变；c溶质相对浓度，溶质容度与标准浓度Imol/L的比值.通过对脱硫塔的工艺计算可知，出塔烟气屮夹带的氨气量不超过6mol/h，喷淋塔中液滴的喷淋液气比为lUNm1时氨水的摩尔浓度约为0.02mol/L,又如25f时氨水的解离常数为I77X105,由式（3-2）可计算出吸收液氨水的解离度为297%。所以在氨水的吸收过程中.只考虑氨气由气相扩散到液相的过程.KlJ^气进入液相后的化学反应将不予考虑，由此而引起的误差可忽略不计。3.2气液相平衡与亨利定律3.2.1气体在液体中的溶解度当混合气体与

3、吸收剂接触时，气体中可吸收组分向液相吸收剂进行质量传递（吸收过程），同时发生液相中的吸收质组分向气体逸出的质量传递（解析过程〉。当吸收过程和解吸过程的传质速率相等时，气液两和就达到了动态平衡，此时溶液中溶质的浓度达到的绘人:值■称为溶解度。溶解度随温度和溶质在气体中的分压不同而不同.平狮时溶质在气相中的分压称为平向分用。图3・1衣示了氨在水中的溶解度9氏气相平衡压力Z间的关系(以温度为参数)。图中的关系称为溶解度曲线卩％020406080100120P材ykPR=01=000【、(=之3浬>淀图3・1氨任水中的溶解度Fiu3-1Solubiliuofammoni

4、ainmater气体隹液体

5、

6、的溶解度，表明在一定条件下气体溶质溶解于液体溶剂屮可能达到的极限程度口从溶解度曲线所衣现出來的规律町知•加人爪力杠降低温度町以提拓溶解度.对吸收操作有利C反Z，升温和减小•爪力则降低溶解度，对吸收操作不利I叫3.2.2亨利定律和亨利系数当总压不离(一般约小于5xl05N/m2)时，在一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比，此时气液两柿的平衡关系可以用亨利定律来表达。①当液相组成用摩尔分数表示时，则液相上方气体屮溶质的分压与其在液相中的摩尔分数之间存在如下关系.即(3-3)式中/V溶质在气相中的平衡压力，kN/m

7、Sx——平斷状态下,溶质在液相中的摩尔分率;E——亨利系数.kN/m3.记值随物系特性与温度而变，由实验测定或査相关手册。易溶气体E值很小，难溶气体的E值很大。②若以体枳靡尔浓度c表示溶质在液相中的组成.则宁利系数表示为=—(3-4)八H式小c——单位体枳溶液中溶质的摩尔分数.kmol/m3；H——溶解度系数，kmol/(m-kN)B①若溶质在气相与液相中的组成分别用爍尔分数)•及x表示时，亨利定律又可写成如下形式yf=mx(3-5)式中儿——与Y相平衡的气相中溶质的摩尔分数；m——相平衡常数.无虽纲。其值也通过实验测定，根据刃值的人小可以判断不同气体的溶解度大

8、小，加值越小，则表明该气体的溶解度越大。对于一定的物条，加值是温度和压强的函数.②若以靡尔比表示，则亨利定律可写成如下形式K.=mX(34)式中Y——摩尔比，丫=丄1-丁X——摩尔比，-¥=—1-x3.3吸收传质机理气液两相间物质传递过程的理论足近数十年來一直在研究的问題e已经捉出的理论很多，包括1926年刘易斯(LewisW.K.)和惠特曼(WhitmanW.G.)提出的双膜理论(亦称滞留膜理论人1935年Higbie提出的溶质渗透理论和1951年Danckwerts提出的表山I更新理论。其中“双膜理论H占有很車娈的地位.它不仅适用「•物理吸收,也适用于化学吸

9、收。双膜理论假设：①相互接触的气液対流体Z间存在着稳定的相界啲，界啲两侧各有氏有效滞留膜，分别称为气膜和液膜，吸收质以分了扩散的方式通过双层脱。②在相界面处，气、液两相达到平衡。③在膜层以外的气、液两相中心区，由于流体充分湍流，吸枚质浓度均匀，即两相屮心区内浓度梯度皆为零，全度浓度变化集中在两有效膜内。通过以上假设，就把复杂的相际传质过程简化为经由气、液两膜的分子扩散过程“ra3-2为双膜理论的示意图叭图3・2双膜理论示潘图Fij>J-2Schematicofdoublefilmtheondt非稳态单向传质方程式可写为：(3-7)在没育化学反应时，溶质在膜中的浓

10、度分布是线性的，因此传质