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伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收速率
對(duì)于典型的氣液相反應(yīng):AA+Bw氣相組分A與液相組分B的反應(yīng)全過(guò)程，根據(jù)雙膜理論可表示為圖4-3(b)的過(guò)程，要經(jīng)歷以下步驟
①氣相反應(yīng)物A從氣相本體通過(guò)氣膜向氣-液相界面?zhèn)鬟f;
②氣相反應(yīng)物A自氣-液相界面向液相傳遞;
③反應(yīng)物A在液膜或液相主體中與B發(fā)生反應(yīng)(視反應(yīng)速率的快慢而定);相界面相界面AGCA(慢反應(yīng))CA(快反應(yīng))()物理吸收(b)化學(xué)吸收?qǐng)D43液相中A的濃度變化煙氣脫疏脫硝技術(shù)基礎(chǔ)。反應(yīng)生成的液相產(chǎn)物留存在液相中(如有氣相產(chǎn)物生成則向相界面擴(kuò)散)，氣相產(chǎn)物自相界面通過(guò)氣膜向氣相本體擴(kuò)散?；瘜W(xué)吸收法凈化氣態(tài)污染物質(zhì)一般要求吸收劑在吸收條件下的蒸氣壓很低或趨于零，化學(xué)反應(yīng)只在液相內(nèi)發(fā)生。所以上述過(guò)程不存在組分B從相界面向氣相擴(kuò)散的問(wèn)題。在吸收過(guò)程中，當(dāng)傳遞速率遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，實(shí)際的過(guò)程速率取決于后者，這就叫動(dòng)力學(xué)控制;反之，如果化學(xué)反應(yīng)速率很快，而傳質(zhì)速率很慢，過(guò)程速率主要取決于傳質(zhì)速率的大小，稱為擴(kuò)散控制對(duì)于化學(xué)吸收過(guò)程，氣膜的傳質(zhì)速率仍可按與物理吸收相同的式(4-29)表示。在氣處，組分A仍處于平衡狀態(tài)，可用亨利定律描述。液膜中的情況，化學(xué)吸收和物理吸收卻很不相同。對(duì)于化學(xué)吸收，組分A按分子擴(kuò)散從擴(kuò)散至界面溶解后，在液膜內(nèi)一面進(jìn)行擴(kuò)散，一面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，若在液膜內(nèi)未反應(yīng)完還要轉(zhuǎn)移至液相主體中進(jìn)行。由于液相中有化學(xué)反應(yīng)的存在，組分A的濃度CA降低加快，從而使過(guò)程吸收速率提高。在過(guò)程穩(wěn)定的情況下，仍可采用費(fèi)克定律來(lái)描述液膜中的吸收情況(4-38)NDdz
若已知組分A在界面處的液相濃度梯度，就可利用上式求得液膜內(nèi)的過(guò)程速率。在液膜內(nèi)
對(duì)組分A作物料衡算可得到液相濃度分布規(guī)律。對(duì)穩(wěn)態(tài)過(guò)程有:(擴(kuò)散量)一(擴(kuò)散量)m＝微元體積的反應(yīng)量(4-39)dc「-D-(-盟n)ーいA(4-40)即dz式中，A、d2分別為徵元體積的斷面面積和厚度。整理得:d CA=(-r)D dzi(4-41)同理對(duì)B做物料衡算有:d Ci而反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程:ra=f(CA, CB, 1)(4-43)若式(4-41)邊界條件給定，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)單，就可求出液膜中組分A的濃度分布，代入式(4-38)中得到液膜中的過(guò)程速率方程，將其與氣膜中的傳質(zhì)速率方程式(429)和氣液相平衡關(guān)系式(431)聯(lián)解，就可獲得吸收過(guò)程的總速率方程式NA。由于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程一般較復(fù)雜等原因，大多數(shù)情況下求解困難。用吸收法處理氣態(tài)污染物時(shí)，化學(xué)吸收劑一般能與被吸收組分發(fā)生極快的化學(xué)反應(yīng);或其用量大大過(guò)量，以使其濃度幾乎不變，這時(shí)可看成擬一級(jí)反應(yīng)。以下針對(duì)這幾種類型情況進(jìn)行討論。
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極快速不可逆化學(xué)反應(yīng)吸收過(guò)程
對(duì)于典型的氣液相反應(yīng)aA+bBa和一→rR，如果化學(xué)反應(yīng)速度極快，反應(yīng)瞬時(shí)即可完
成，則傳質(zhì)阻力比化學(xué)反應(yīng)阻力大得多，整個(gè)過(guò)程屬于擴(kuò)散控制。在反應(yīng)速度極快的情況下，反應(yīng)區(qū)厚度極小，成為反應(yīng)面。由于吸收組分A與反應(yīng)物B的擴(kuò)散速率不同，會(huì)使液相濃度分布出現(xiàn)三種不同的情況，如圖4-4所示。
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