第一节 烟气脱硫技术基础,一、 硫的氧化物 硫的氧化物有5种：SO、S2O3、SO2、SO3、SO4 SO2是无色有强烈刺激性气味的气体，易溶于水，以各种水合物SO2nH2O形式存在，存在的离子有HSO3- 、S2O52-，还有少量的SO32-。在常温下，1体积水可溶解40体积SO2，约相当于质量分数为10%的溶液呈酸性。 SO2+H2O=H2SO3 水解 H2SO3 = H+HSO3- （主要） HSO3- = H+ SO32- 亚硫酸的酸性远比硫酸弱，在水溶液中，除H+和HSO3-外，只有少量的SO32-,与碱作用生成亚硫酸氢盐和亚硫酸盐。 SO3是SO2催化氧化而得，它是无色的易挥发固体，三氧化硫与水作用生成H2SO4,同时放出大量的热。 SO3+H2OH2SO4+79.55 KJ,第一节 二氧化硫的物理化学基础,二、烟气脱硫的化学基础 SO2既有氧化性，又有还原性，很多盐类和吸附剂，如碱盐类、碱土化合物、金属氧化物及活性炭等对SO2有吸附作用。烟气脱硫工艺的化学基础就是利用SO2的这些特性进行的。（一）与水和碱的化学基础 SO2溶于水的同时生成H2SO3，不仅与可溶性碱及弱酸盐溶液反应，而且与难溶性碱和弱酸盐如Ca(OH)2、CaCO3、Mg(OH)2也易于反应。生成亚硫酸盐或亚硫酸氢盐， 如与NaOH反应： 2NaOH+SO2 Na 2 SO3 + H2O NaSO3+SO2+H2O 2Na2HSO3 亚硫酸和亚硫酸盐不稳定，能被空气中的氧逐渐氧化为硫酸和硫酸盐： 2H2SO3+O2 2H2SO4 2Na2SO3+O2 2Na2SO4,第一节 二氧化硫的物理化学基础,（二）与氧化剂反应 SO2与氧化剂反应生成六价硫化合物，气态SO2直接同O2生成SO3的反应进行得很慢： SO2+1/2O2 SO3 利用催化剂可加速反应，在水介质中SO2经催化剂的作用被氧化得相当快，并生成H2SO4： SO2+1/2O2 + H2O H2SO4 各种强氧化剂如臭氧、过氧化氢、硝酸、等溶液以及NO与SO2均能迅速反应，并都生成酸。,第一节 二氧化硫的物理化学基础,（三）与还原剂的反应 在各种还原剂的作用下SO2可以还原成原素硫或H2S（在某些情况下，还原只进行到硫或硫酸盐），还原过程也根据反应条件而定。氢随温度的不同在催化剂作用下可使SO2还原成元素硫或H2S SO2+2H2 S+2H2O SO2+3H2 H2S+2H2O不同的金属（铁、镁、铜、镉等）还原SO2 SO2+3Me=MeS+2MeO在高温下SO2被煤、一氧化碳和甲烷还原成元素硫 SO2+C=S+CO2 SO2+2CO=S+2CO2 2SO2+CH4=2S+CO2+2H2O,第一节 二氧化硫的物理化学基础,气体混合物中组分分离吹脱、去除挥发性组分汽提,液体混合物中组分分离染料废水处理样品石油烃分离测定,气体和液体混合物中组分分离活性炭吸附水中有机物,去除水中阴阳离子制作纯水去除水中重金属,高分子薄膜为分离介质，组分选择性地透过膜制作纯水截留某些组分,去除水、气体和固体中污染物的过程,吸收,萃取,吸附,膜分离,离子交换,传质过程：,分离中的传质：,第二节 质量传递,吸收反应中的传质过程：,石灰/石灰水洗涤烟气脱硫,催化氧化法净化汽车尾气,第二节质量传递,物质传递现象,质量传递过程,需要解决两个基本问题：,过程的极限:,过程的速率:,相平衡关系,以浓度差为推动力的传质过程：一个含有两种或两种以上组分的体系，组分A由浓度高的区域向浓度低的区域的转移。,质量传递研究内容！,第二节质量传递,浓度差，温度差， 压力差， 电场或磁场的场强差,向一杯水中加入一滴蓝墨水,搅拌一下？,由分子的微观运动引起,工程上为了加速传质，通常使流体介质处于运动状态湍流状态，湍流扩散的效果占主要地位。,慢,由流体微团的宏观运动引起,分子扩散,快,湍流扩散,第三节 质量传递的基本原理,一、传质机理,分子扩散过程只有在固体、静止流体或层流流动的流体中才会单独发生。,由分子的不规则热运动而导致的传递,（一）费克定律,在某一空间充满A、B两组分组成的混合物，无总体流动或处于静止状态 ，且在上下两空间中,分子热运动的结果将导致组分A由浓度高的区域向浓度低的区域净扩散，即发生由高浓度处向低浓度处的分子扩散.,分子扩散的速率？,第三节 质量传递的基本原理,二、分子扩散,在一维稳态情况下，单位时间通过垂直于z方向的单位面积扩散的组分A的量为,单位时间在z方向上经单位面积扩散的A组分的量，即扩散通量，也称为扩散速率，kmol/（m2s）,组分A的物质的量浓度，kmol/m3,组分A在组分B中进行扩散的分子扩散系数，m2/s,组分A在z方向上的浓度梯度，kmol/m3m,由浓度梯度引起的扩散通量与浓度梯度成正比,负号表示组分A向浓度减小的方向传递,以物质的量浓度为基准,费克定律,第三节 质量传递的基本原理,(1.3.1),设混合物的物质的量浓度为 ,kmol/m3，组分A的摩尔分数为,当 为常数时,以质量分数为基准,以摩尔分数为基准,混合物质量浓度，kg /m3,组分A的质量分数,当混合物的密度为常数时,组分A的质量浓度，kg /m3,以质量浓度为基准,kg/（m2s）,kg/（m2s）,kmol/（m2s）,第三节 质量传递的基本原理,(1.3.2),(1.3.3),（一）费克定律,（二）分子扩散系数,扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表征物质分子扩散能力。扩散系数大，表示分子扩散快。,分子扩散系数是物理常数，其数值受体系温度、压力和混合物浓度等因素的影响（与反应条件有关）。,第三节 质量传递的基本原理,(1.3.4),（1）非理想气体及浓溶液, 是浓度的函数。,（2）溶质在液体中的扩散系数远比在气体中的小，在固体中的扩散系数更小。气体、液体、固体扩散系数的数量级分别为10-510-4、10-1010-9、10-1410-9m2/s。,（4）对于双组分气体物系，,（3）低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而降低。,，,扩散系数与总压力成反比，与热力学温度的1.75次方成正比,（二）分子扩散系数,第三节 质量传递的基本原理,定义湍流质量扩散系数,湍流扩散系数不是物理常数，它取决于流体流动的特性，受湍动程度和扩散部位等复杂因素的影响,工程中大部分流体流动为湍流状态，同时存在分子扩散和湍流扩散，因此组分A总的质量扩散通量,有效质量扩散系数,在充分发展的湍流中，湍流扩散系数往往比分子扩散系数大得多，因而有,组分A的平均物质的量浓度,（三）湍流扩散,第三节 质量传递的基本原理,在静止介质中由于分子扩散所引起的质量传递问题,静止流体,相界面,组分A通过气相主体向相界面扩散 ，依靠分子扩散,NA,在相界面附近，组分A沿扩散的方向将建立一定的浓度分布,第四节 分子传质,气相主体A物质的浓度,相界面A物质的浓度,单向扩散,等分子反向扩散,水,含有氨的废气,苯甲苯体系,第四节 分子传质,传质过程：氨溶解于水,氨分压降低,相界面处的气相总压降低,流体主体与相界面之间形成总压梯度,流体主体向相界面处流动,氨的扩散量增加,氨,相界面上空气的浓度增加,空气应从相界面向混合气体主体作反方向扩散,相界面处空气的浓度（或分压）恒定,可视为空气处于没有流动的静止状态,空气,氨溶解于水,第四节 分子传质,一、单向扩散,组分在双组分混合气体中的分子扩散,假定：扩散系数在低压下与浓度无关,总通量流动所造成的传质通量叠加于流动之上的分子扩散通量,总通量？,第四节 分子传质,一、单向扩散,(一)扩散通量,传质时流体混合物内各组分的运动速度是不同的,为了表达混合物总体流动的情况,组分A的宏观运动速度,组分B的宏观运动速度,引入平均速度,流体混合物的流动是以平均速度流动的，称为总体流动,第四节 分子传质,(1.4.1),相对于运动坐标系,得到相对速度,扩散速度，表明组分因分子扩散引起的运动速度,由通量的定义，可得,第四节 分子传质,(1.4.3b),(1.4.3c),(1.4.3a),(1.4.2b),(1.4.2a),费克定律的普通表达形式,而相对于平均速度的组分A的通量即为分子扩散通量，即,第四节 分子传质,(1.4.4),(1.4.5),单向扩散,等分子反向扩散,漂移因子,（一）扩散通量,（二）浓度分布,费克定律的普通表达形式,第四节 分子传质,单向扩散，由于,=0,组分B在单向扩散中没有净流动(uB=0)，所以单向扩散也称为停滞介质中的扩散,在稳态情况下 为定值,在恒温恒压条件下，式中 、 为常数，所以,气相主体:,相界面:,z=0,z=L,第四节 分子传质,(1.4.6),惰性组分在相界面和气相主体间的对数平均浓度差,扩散推动力,第四节 分子传质,(1.4.7),(1.4.8),(1.4.9),(1.4.10),若静止流体为理想气体，则根据,总压强,惰性组分在相界面和气相主体间的对数平均分压差,组分A在相界面的分压,组分A在相主体的分压,第四节 分子传质,(1.4.11),(1.4.10),对于稳态扩散过程， 为常数，即,在恒温恒压下， 均为常数,(二)浓度分布,对于气体组分A，浓度用摩尔分数表示,第四节 分子传质,(1.4.13),(1.4.6),上式经两次积分，代入边界条件,气相主体:,相界面:,组分A通过停滞组分B扩散时，浓度分布为对数型,第四节 分子传质,(1.3.15b),(1.3.15a),【例题1.3.1】用温克尔曼方法测定气体在空气中的扩散系数，测定装置如图所示。在101.3kPa下，将此装置放在328K的恒温箱内，立管中盛水，最初水面离上端管口的距离为0.125m，迅速向上部横管中通入干燥的空气，使水蒸气在管口的分压接近于零。实验测得经1.044106s后，管中的水面离上端管口距离为0.15m。求水蒸气在空气中的扩散系数。,解：水面与上端管口距离为z，水蒸气扩散的传质通量为,单向扩散,传质通量：,可用管中水面的下降速度表示,第四节 分子传质,0,=15.73kPa（328K下水的饱和蒸气压）,kPa,328K下，水的密度为985.6kg/m3，故,kmol/m3,第四节 分子传质,边界条件： t=0, z=0.125m t=1.044106s, z=0.150m,m2/s,第四节 分子传质,在一些双组分混合体系的传质过程中，当体系总浓度保持均匀不变时，组分A在分子扩散的同时必然伴有组分B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散的量与组分A相等，这种传质过程称为等分子反向扩散。,