淺談黃色亞硫酸鈉濃度對氧氣吸收速率的影響

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淺談黃色亞硫酸鈉濃度對氧氣吸收速率的影響
　　黃色亞硫酸鈉性狀白色至灰白色結晶性粉末，無臭或稍有二氧化硫特異臭。有強還原性，極不穩定，易氧化分解，受潮或露置空氣中會失效，并可能燃燒。加熱之更易分解，至190℃時可發生爆炸。易溶于水，不溶于乙醇。本品是亞硫酸鹽漂白劑中還原、漂白力最強者。 實驗室制備：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，即由于煤礦的開采而釋放出的甲烷含量在20%-75%的煤層氣，在我國儲量豐富，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。因此，該煤層氣的脫氧是其開發利用的前提條件，本文探索了化學吸收法進行煤層氣脫氧的可行性。首先，選擇價廉易得的亞硫酸鈉水溶液作為吸收劑，在鼓泡反應器中通過對比試驗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程的工藝條件，證實亞硫酸鈉催化吸收法脫除煤層氣中的氧氣在技術上具有可行性。在此基礎上，以氧氣含量為15%的模擬煤層氣為研究對象，采用相界面積固定的氣液雙攪拌反應器，對吸收過程的工藝條件，即氣液相攪拌速度、吸收液濃度、催化劑濃度、溶液pH，以及反應溫度等因素的影響進行了考察，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，對亞硫酸鈉催化吸收法脫氧的氣液反應動力學進行系統的研究，證實亞硫酸鈉吸收氧氣過程分為氧氣擴散控制和氧化反應控制兩個階段，表征控制步驟的亞硫酸鈉特征濃度與氧氣分壓有關。
　　 質量要求，采用高效的二次除塵技術。
　　黃色亞硫酸鈉具有良好的還原性，在工業上有很多應用。在濕法煙氣脫硫過程中，二氧化硫被溶液吸收生成亞硫酸鹽，亞硫酸鹽可以再進行氧化生成穩定的硫酸鹽產物，以用于后續的工業生產。但亞硫酸鈉溶液作為吸收液直接用于氧氣吸收的報道很少，亞硫酸鈉氧化的反應機理也沒有統一的認識，所以本文擬對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探索，研究該過程的工藝條件，并對亞硫酸鈉溶液的氧化動力學進行詳細研究，以期為工業應用提供理論依據。
　　催化劑的選擇
　　化學反應速率的快慢對其實際應用有著至關重要的影響。由于亞硫酸鈉的氧化速率較慢，直接用于煤層氣脫氧，吸收過程將受制于反應速度而效率低下，為此，考慮采用催化劑來加速該反應，使之適用于煤層氣脫氧。實驗對活性炭、硝酸鎂、錳鉆、丹寧酸、硫酸銅和硫酸鉆等六種催化劑進行了比較，在相同的反應條件下，測定不同的催化劑催化作用下亞硫酸鈉的轉化速率，并以此得到各催化劑對亞硫酸鈉溶液吸收氧氣氧化的催化效果。實驗條件為：黃色亞硫酸鈉溶液濃度為0.46mo1/L，pH為10，催化劑質量濃度均為lg/L，空氣流量為50mL/min，反應溫度40℃，反應過程中亞硫酸鈉殘余濃度隨反應時間的變化關系。
　　黃色亞硫酸鈉濃度對氧氣吸收速率的影響：
　　黃色 液軌化過程中，反應物為亞硫酸鈉和軌氣，所以兩者的濃度對吸收反應速率有很大的影響。為了研究亞硫酸鈉溶液濃度對吸收反應速率的影響，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，反應溫度40℃，反應時間為30min的實驗條件下，在0.1mol/L-0.4mo1/L的范圍內改變亞硫酸鈉洛液的初始濃度，考察單位體積溶液在規定時間內對氧氣的吸收量，即單位濟液吸收的標準狀態氧氣體積（Lo2/L液）據此判斷亞硫酸鈉濃度對執氣吸收速率的影響。
　　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，溶液吸氧量出現峰值。出現峰值的原因很可能是由于亞硫酸鈉的氧化過程是一個氣液非均相反應，宏觀反應速率受到氣相軟氣傳質速率和液相亞硫酸鈉與濟軟反應速率的雙重影響。在亞硫酸鈉溶液濃度較小時，反應速率是過程的控制步驟，液相亞硫酸鈉濃度對反應速率的影響占主導地位，因而，黃色亞硫酸鈉的軌化速度隨其濃度的增大而提高，當亞硫酸鈉溶液濃度較大時，反應速度足夠快，氧氣的傳質速度成為過程的控制步驟，任何影響氧氣在兩相間傳遞以及在液相中擴散的因素，都會影響總反應速度，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散阻力增大，導致反應速率呈現下降趨勢。這個研究結果表明若采用亞硫酸鈉萬齊液作為氧氣的化學吸收劑，要保證足夠快的氧氣吸收速度，亞硫酸鈉的濃度不宜過高，存在一個最佳值。但是從煤層氣脫氧的角度看，一個性能優良的化學吸收劑應具有吸收速率快，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考慮吸收容量的問題。
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