六、相关基础知识

随着科学技术与工业生产的发展，各种酸的用量日益增加，如电子、轻工、化工、冶金、电镀、机械等行业，常常需要用酸进行清洗和处理金属表面。在这些用酸的场所，必然排放出大量的酸气，严重污染大气环境，不仅危害健康，损害文物古迹，而且腐蚀厂房设备及精密仪器，给生产造成很大的损失。因此，人们迫切需要采取措施净化含酸雾气体，以清除污染。

目前净化酸气的方法主要有：碱液吸收法、活性碳吸附法、催化法等。本实验是以SDG为吸附剂，用吸附法净化酸气，此法在工业上很有实用价值。

1、吸附机理

当固体吸附剂处于气体介质中时，气相的某些组分，在吸附剂表面能的用下，被吸附剂所吸附。由于吸附力的强弱随吸附剂与气体物质的性质不同而有很大的差异，故而，可用吸附法将不同组分的混合气体分离。

根据吸附的性质，可分为物理吸附、化学吸附、物理化学吸附等三种类型。本实验即是依据物理化学原理，实现对酸性气体的吸附净化。它既含有物理吸附的性质，又具有化学吸附的特征。其吸附机理可表示如下：

1、NO → NO 2、NO2 →NO2 3、O2→O2? 4、H2O→H2O 5、NO+

????6、3NO2+H2O→2HNO3?+NO 7、2mNO2+MR→M(NO3)m+MNO 8、m(HNO3˙)+MR→M(NO3)m 式中：?---表示吸附态； M ---吸附剂的阳离子； R --- 吸附剂基体； m --- M阳离子的价数。

在上述过程中，1、2、3、4步为物理吸附，5、6、7、8步为化学吸附及化学反应过程。 2、吸附速率

吸附过程是一个传质过程，所以吸附量和吸附效率都要受到传质作用时间的制约。 （1）空塔线速

?1??O2→NO2 ?2???（2）吸附速率式及有关参数

?Q? 气体体积流量?F?床层横截面积q?K?y?y??

根据吸附动力学原理，吸附速率方程为 式中：q---吸附速率

y---吸附质在气相混合物中的浓度； y*---吸附质在气相中的平衡浓度； K---吸附速度常数。

K值与许多因素有关，目前主要是一些经验公式，如：威尔基(Wilke）和霍根（Hougen）提出的K值计算公式为

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K?1.82U(式中：U---流体的平均线速度，m/s；

UE---流体的最大线速度，m/s； μ ---流体的粘度，Pas； ρ---流体的密度，Kg/m3； dP---固体粒子有效直径，m； Df---溶质在流体中的扩散系数。

dpUE????0.51??)???Df??????0.67

由上式可知，因吸附速率（q）随K值成线性变化，故而也随空塔线速变化。于是可进一步推出下列关系式：

式中：G---吸附容量，Kg/m3； τ---吸附时间，s； ω ---空塔线速，m/s； F---吸附床层截面，m2；

G??FT??C进?C出???G??q?d??q?? C进0?C出???100%

C进??Q/F C进---气体吸附质的初始浓度，Kg/m3； C出---逸出气体吸附质的浓度，Kg/m3； Q---气体流量，m3/s； η---吸附效率，%。

从以上各式参数的关联中不难看出，只要测出气体的流量、进出口气体吸附质的浓度，就可以算出η、ω、q、G以及η- C进，η-ω等变化规律。

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实验三：碱液吸收气体中的二氧化硫

一、实验目的

本实验采用填料吸收塔，利用5%NaOH溶液吸收气体中的SO2。通过实验可初步了解利用填料塔吸收净化有害气体的实验研究方法，同时还有助于加深理解在填料塔内气液接触状况及吸收过程的基本原理。

通过实验应达到以下目的：

1、了解利用吸收法净化废气中SO2的效果； 2、填料塔的基本结构及其吸收净化酸雾的工作原理； 3、实验分析填料塔净化效率的影响因素；

4、了解SO2自动测定仪的工作原理，掌握其测定方法；

5、掌握实验中配气方法，参数控制（如气体流速、液体流量等），取样方法及各种有关设备的操作方法。 二、实验内容与方案

1、实验准备

（1）根据图10-1所示正确连结实验装置，并检查是否漏气，全面熟悉流程（包括熟悉SO2自动测定仪）并检查电、气、水各系统。

（2）SO2浓度测定仪使用前的准备工作：保证电池电量充足（当测定仪显示器上出现“BAT”字样时，应尽快更换电池，此时仪器可能仍在正常工作，但读数是不正确的。更换电池时，打开仪器背面盖板，正确装入碱性电池，并注意电池极性）；查看仪器过滤器（连接软管中，装有一个在线过滤器，以阻止尘埃和水蒸气进入仪器，如果发现过滤器出现潮湿或污染，应立即晾干或更换，推荐使用AF10型过滤器。更换时，把软管从过滤器的两端松开，换上新的过滤器，不得使用任何润滑剂，并保证箭头指向仪器）；将“POWER”（电源）开关置于“ZERO & STANDBY”（零点/待机）位置，使仪器自动校准零点（如果仪器未能达到零点，调节仪器上方的零点调整旋钮，直到显示000±1为止，注意调零时在距离有害气体区域较远的清洁空气中进行）。

（3）称取NaOH试剂5kg溶于0.1m3水中，将其注入水箱中作为吸收系统的吸收液，开启水泵，根据液气比的要求调节喷淋水的流量。

2、实验操作

（1）开启填料塔的进液阀，并调节液体流量，使液体均匀喷布，并沿填料塔缓慢流下，以充分润湿填料表面，记录此时流量。调节各阀门使得喷淋液流量达到最大值，记录此时流量。

（2）开启风机，并逐渐打开吸收塔的进气阀，调节空气流量，仔细观察气液接触状况。用热球式风速计测量管道中的风速并调节配风阀使空塔气速达到2m/s（气体速度根据经验数据或实验需要来确定）。

（3）待吸收塔能够正常工作后，实验指导教师开启SO2气瓶，并调节其流量，使空气中的SO2含量为0.1~0.5%（体积百分比，具体数值由指导教师掌握，整个实验过程中保持进口SO2浓度和流量不变）。

（4）经数分钟，待塔内操作完全稳定后，开始测量记录数据。应测量记录的数据包括进气流量Q1、喷淋液流量Q2、进口SO2浓度C1、出口C2浓度。

（5）根据测得的数据计算吸收废气中SO2的理论液气比，在理论液气比的喷淋液流量和最大喷淋液流量范围内，改变喷淋液流量，重复上述操作，测量SO2出口浓度，共测取4~5组数据。

（6）实验完毕后，先关掉SO2钢瓶，待1~2分钟后再停止供液，最后停止鼓入空气。 三、实验设备与材料（或样品）

1、实验流程

本实验流程（图2）大致可分为污染源发生、吸收和排放三部分，请学生自己按照现场的装置按比例画出实验流程图。

2、仪器设备

（1）SO2酸雾净化填料塔一台； （2）SO2与空气混合罐一个；

（3）转子流量计2个（液相转子流量计1个、SO2转子流量计1个）； （4）风机一台；

（5）SO2钢瓶（含气体）一个； （6）SGA型SO2自动分析仪两台；

（7）控制阀、橡胶联结管若干及必要的玻璃仪器等。

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