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(1)物理吸收的基本原理
气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生**的化学反应,单纯是被吸收气体溶解于液体的过程,称为物理吸收,如用水吸收SO2。物理吸收的*点是,随着温度的升高,被吸气体的吸收量减少。
物理吸收的程度,取决于气--液平衡,只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时,吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力*小,吸收速率较低,因而在工程**上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。物理吸收速率较低,在**烟气中*少单独采用物理吸收法。
(2)化学吸收法的基本原理
若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应,则称为化学吸收,例如应用碱液吸收SO2。应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应,而将其从烟气中分离出来的过程,也属于化学吸收,例如炉内喷钙(CaO)烟气脱硫也是化学吸收。
在化学吸收过程中,被吸收气体与液体相组分发生化学反应,有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压。增加了吸收过程的推动力,即提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此,化学吸收速率比物理吸收速率大得多。
物理吸收和化学吸收,都受气相扩散速度(或气膜阻力)和液相扩散速度(或液膜阻力)的影响,工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。在烟气脱硫中,瞬间内要连续不断地净化大量含低浓度SO2的烟气,如单独应用物理吸收,因其净化效率*低,难以达到SO2的排放**。因此,烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法。用化学吸收法进行烟气脱硫,技术上比较成熟,操作**比较丰富,**性强,已成为应用*多、*普遍的烟气脱硫技术。
(3)化学吸收的过程
化学吸收是由物理吸收过程和化学反应两个过程组成的。在物理吸收过程中,被吸收的气体在液相中进行溶解,当气液达到相平衡时,被吸收气体 的平衡浓度,是物理吸收过程的*限。被吸收气体中的活性组分进行化学反应,当化学反应达到平衡时,被吸收气体的消耗量,是化学吸收过程的*限。这里用Ca(OH)2溶液吸收SO2加以说明。
SO2(气体)
||
SO2(液体)+Ca(OH)2 → CaSO3+H2O
←
化学吸收过程中,被吸收气体的气液平衡关系,即应服从相平衡关系,又应服从化学平衡关系。
(4)化学吸收过程的速率及过程阻力
化学吸收过程的速率,是由物理吸收的气液传质速度和化学反应速度决定的。化学吸收过程的阻力,也是由物理吸收气液传质的阻力和化学反应阻力决定的。
在物理吸收的气液传质过程中,被吸收气体气液两相的吸收速率,主要取决于气相中被吸收组分的分压,和吸收达到平衡时液相中被吸收组分的平衡分压之差。此外,也和传质系数有关,被吸收气体气液两相间的传质阻力,通常取决于通过气膜和液膜分子扩散的阻力。
烟气脱硫通常是在连续及瞬间内进行,发生的化学反应是*快反应、快反应和中等速度的反应,如NaOH、Na2CO3、和Ca(OH)2等碱液吸收SO2。为此,被吸收气体气液相间的传质阻力,远较该气体在液相中与碱液进行反应的阻力大得多。对于*快不可逆反应,吸收过程的阻力,其过程为传质控制,化学反应的阻力可忽略不计。例如,应用碱液或氨水吸收SO2时,化学吸收过程为气膜控制,过程的阻力为气膜传质阻力。
液相中发生的化学反应,是快反应和中等速度的反应时,化学吸收过程的阻力应同时考虑传质阻力和化学反应阻力。