淺談黃色亞硫酸鈉濃度對(duì)氧氣吸收速率的影響

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淺談黃色亞硫酸鈉濃度對(duì)氧氣吸收速率的影響
　　黃色亞硫酸鈉性狀白色至灰白色結(jié)晶性粉末，無(wú)臭或稍有二氧化硫特異臭。有強(qiáng)還原性，極不穩(wěn)定，易氧化分解，受潮或露置空氣中會(huì)失效，并可能燃燒。加熱之更易分解，至190℃時(shí)可發(fā)生爆炸。易溶于水，不溶于乙醇。本品是亞硫酸鹽漂白劑中還原、漂白力最強(qiáng)者。 實(shí)驗(yàn)室制備：將碳酸鈉溶液加熱到40℃通入二氧化硫飽和后，再加入等量的碳酸鈉溶液，在避免與空氣接觸的情況下結(jié)晶而制得。
　　黃色亞硫酸鈉催化吸收法煤層氣脫氧的研究：
　　含氧煤層氣，即由于煤礦的開(kāi)采而釋放出的甲烷含量在20%-75%的煤層氣，在我國(guó)儲(chǔ)量豐富，是一種潛在的、可利用的能源。但由于含有10%-15%的氧氣，含氧煤層氣存在爆炸危險(xiǎn)。因此，該煤層氣的脫氧是其開(kāi)發(fā)利用的前提條件，本文探索了化學(xué)吸收法進(jìn)行煤層氣脫氧的可行性。首先，選擇價(jià)廉易得的亞硫酸鈉水溶液作為吸收劑，在鼓泡反應(yīng)器中通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)篩選并確定了催化效果顯著的硫酸鉆作為催化劑，并初步探索了吸收過(guò)程的工藝條件，證實(shí)亞硫酸鈉催化吸收法脫除煤層氣中的氧氣在技術(shù)上具有可行性。在此基礎(chǔ)上，以氧氣含量為15%的模擬煤層氣為研究對(duì)象，采用相界面積固定的氣液雙攪拌反應(yīng)器，對(duì)吸收過(guò)程的工藝條件，即氣液相攪拌速度、吸收液濃度、催化劑濃度、溶液pH，以及反應(yīng)溫度等因素的影響進(jìn)行了考察，確定的適宜的吸收工藝條件為:吸收溫度為600C，亞硫酸鈉溶液濃度。.4mo1/L，催化劑濃度為0.9g/L。最后，對(duì)亞硫酸鈉催化吸收法脫氧的氣液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，證實(shí)亞硫酸鈉吸收氧氣過(guò)程分為氧氣擴(kuò)散控制和氧化反應(yīng)控制兩個(gè)階段，表征控制步驟的亞硫酸鈉特征濃度與氧氣分壓有關(guān)。
　　 質(zhì)量要求，采用高效的二次除塵技術(shù)。
　　黃色亞硫酸鈉具有良好的還原性，在工業(yè)上有很多應(yīng)用。在濕法煙氣脫硫過(guò)程中，二氧化硫被溶液吸收生成亞硫酸鹽，亞硫酸鹽可以再進(jìn)行氧化生成穩(wěn)定的硫酸鹽產(chǎn)物，以用于后續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)。但亞硫酸鈉溶液作為吸收液直接用于氧氣吸收的報(bào)道很少，亞硫酸鈉氧化的反應(yīng)機(jī)理也沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，所以本文擬對(duì)利用亞硫酸鹽溶液的氧化吸收煤層氣中氧氣的可行性展開(kāi)探索，研究該過(guò)程的工藝條件，并對(duì)亞硫酸鈉溶液的氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行詳細(xì)研究，以期為工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　催化劑的選擇
　　化學(xué)反應(yīng)速率的快慢對(duì)其實(shí)際應(yīng)用有著至關(guān)重要的影響。由于亞硫酸鈉的氧化速率較慢，直接用于煤層氣脫氧，吸收過(guò)程將受制于反應(yīng)速度而效率低下，為此，考慮采用催化劑來(lái)加速該反應(yīng)，使之適用于煤層氣脫氧。實(shí)驗(yàn)對(duì)活性炭、硝酸鎂、錳鉆、丹寧酸、硫酸銅和硫酸鉆等六種催化劑進(jìn)行了比較，在相同的反應(yīng)條件下，測(cè)定不同的催化劑催化作用下亞硫酸鈉的轉(zhuǎn)化速率，并以此得到各催化劑對(duì)亞硫酸鈉溶液吸收氧氣氧化的催化效果。實(shí)驗(yàn)條件為：黃色亞硫酸鈉溶液濃度為0.46mo1/L，pH為10，催化劑質(zhì)量濃度均為lg/L，空氣流量為50mL/min，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)過(guò)程中亞硫酸鈉殘余濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系。
　　黃色亞硫酸鈉濃度對(duì)氧氣吸收速率的影響：
　　黃色 液軌化過(guò)程中，反應(yīng)物為亞硫酸鈉和軌氣，所以兩者的濃度對(duì)吸收反應(yīng)速率有很大的影響。為了研究亞硫酸鈉溶液濃度對(duì)吸收反應(yīng)速率的影響，在pH值為10，催化劑七水合硫酸鉆濃度為1g/L，空氣流量為50ml/min，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時(shí)間為30min的實(shí)驗(yàn)條件下，在0.1mol/L-0.4mo1/L的范圍內(nèi)改變亞硫酸鈉洛液的初始濃度，考察單位體積溶液在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)氧氣的吸收量，即單位濟(jì)液吸收的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氧氣體積（Lo2/L液）據(jù)此判斷亞硫酸鈉濃度對(duì)執(zhí)氣吸收速率的影響。
　　隨著黃色亞硫酸鈉濃度的提高，在亞硫酸鈉溶液濃度為0.2mo1/L處，溶液吸氧量出現(xiàn)峰值。出現(xiàn)峰值的原因很可能是由于亞硫酸鈉的氧化過(guò)程是一個(gè)氣液非均相反應(yīng)，宏觀反應(yīng)速率受到氣相軟氣傳質(zhì)速率和液相亞硫酸鈉與濟(jì)軟反應(yīng)速率的雙重影響。在亞硫酸鈉溶液濃度較小時(shí)，反應(yīng)速率是過(guò)程的控制步驟，液相亞硫酸鈉濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響占主導(dǎo)地位，因而，黃色亞硫酸鈉的軌化速度隨其濃度的增大而提高，當(dāng)亞硫酸鈉溶液濃度較大時(shí)，反應(yīng)速度足夠快，氧氣的傳質(zhì)速度成為過(guò)程的控制步驟，任何影響氧氣在兩相間傳遞以及在液相中擴(kuò)散的因素，都會(huì)影響總反應(yīng)速度，因此。隨著亞硫酸鈉溶液濃度的增加，溶液粘度越人，氧氣在界面和液相中的擴(kuò)散阻力增大，導(dǎo)致反應(yīng)速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這個(gè)研究結(jié)果表明若采用亞硫酸鈉萬(wàn)齊液作為氧氣的化學(xué)吸收劑，要保證足夠快的氧氣吸收速度，亞硫酸鈉的濃度不宜過(guò)高，存在一個(gè)最佳值。但是從煤層氣脫氧的角度看，一個(gè)性能優(yōu)良的化學(xué)吸收劑應(yīng)具有吸收速率快，吸收容量人的特性，而吸收容量與吸收劑的濃度成正比，因此，亞硫酸鈉濃度的選擇還應(yīng)考慮吸收容量的問(wèn)題。
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