matlab气相分解反应动力学,石灰石湿法脱硫反应的动力学数学模型与求解

总第 120 期 2006 年 12 月工程设计与研究石灰石湿法脱硫反应的动力学数学模型与求解杨运华〔摘　要〕　石灰石/ 石灰 —石膏湿法烟气脱硫是控制二氧化硫排放的常用方法。以单个石灰石颗粒为研究对象 ,根据双膜理论 ,建立碱性溶液脱硫的传质模型 ,并利用 Matlab 软件进行模拟。通过对气相中的 SO2向液相(相界面)中的传质扩散和石灰石的溶解扩散进行理论分析 ,提出一系列合理的假设条件 ,进而推导出传质模型 ,并根据该模型得出了传质速率的必要参数。　　〔关键词〕　湿法烟气脱硫 ;传质 —反应过程 ;数学模型 ;石灰石　　以往人们主要通过经验公式和定性分析来进行烟气脱硫除尘装置的设计 ,这种设计一般可满足工程要求 ,但也不乏失败的例子。对于烟气脱硫除尘 ,每项工程的烟气条件都不尽相同 ,况且对每一烟气脱硫除尘的过程进行试验几乎是不可能的 ,因为试验对设备的要求比较高 ,诸如高温、高压等试验条件难以实现 ,不容易进行实验。这就需要按实际情况建立系统模型来进行研究。在湿法脱硫技术领域 ,人们从 1969 年起就一直致力于建立系统数学模型 ,期望能够包含所有速率的控制步骤 ,但实际上大多数模型仅适用于某一工艺过程[1] 。本文旨在从反应动力学的角度 ,建立石灰石湿法脱硫的传质模型 ,讨论传质与反应对过程总速率的影响 ,为湿法脱硫技术提供理论依据 ,从而改进湿法烟气脱硫工艺装置的设计和操作。 1 　石灰石湿法脱硫过程机理分析 1. 1 　反应过程烟气脱硫过程包括气相中的 SO2向液相(相界面) 中的传质扩散、气 —液相的化学反应 ,以及石灰石的溶解扩散等过程。由于 SO2 最先被吸收到水中并转化为SO3 ,所以脱硫率由液相中 H2 SO3 与气相中SO2的平衡决定 , SO2与水的连续反应[2] : SO2 + H2 O = H2 SO3 H2 SO3 = H + + HSO - 3 HSO - 3 = H + + SO2 - 3 H2 SO3 + 1 2 O2 = H2 SO4 石灰石被液膜包围 ,在液相中的分解速率由表面反应机理控制 ,在液相中的连续反应为[3] : CaCO3Ca2 + + CO2 - 3 CO2 - 3 + H +HCO - 3 HCO - 3 + H +CO2 (aq) + H2 OCO2 (aq)ΖCO2 (g) 在液膜中溶解的 Ca2 + 、 SO2 - 3 、部分氧化的 SO2 - 4 离子之间发生复杂的化学反应 : CO2 + + SO2 - 3 + 1 2 H2 O = CaSO3 ·1 2 H2 O CaSO3 + H2 SO4 + H2 O = CaSO4 · 2H2 O + CO2 这是一个复杂的涉及传质、反应及结晶过程的气液固多相体系。对于这种气固液多 52 工　程　设　计　与　研　究总第 120 期相反应体系 ,传质过程往往是过程的控制步骤 ,在液相中的反应相对较快 ,并假定为瞬间反应。 1. 2 　双膜理论 1969 年 ,Ramachandran 和 Sharma 借助于双膜理论 ,首次导出了伴有固体颗粒溶解的气体吸收反应过程的数学模型[4] ,随后许多研究者在此基础上进行了扩展和修正工作[5～7] 。根据双膜理论 ,SO2 的传质反应过程如图 1 所示。考虑石灰石固体颗粒反应物在其周围的液膜内发生溶解传质 ,并与溶解于液相中的 SO2气体反应物发生瞬间反应。图 1 　SO2 传质反应过程示意 2 　数学模型的设定 2. 1 　模型简化完全真实

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