(一)空氣的溶解
空氣對(duì)水屬于難溶氣體,它在水中的傳質(zhì)速率受液膜阻力所控制,此時(shí),空氣的傳質(zhì)速率可表示為：N=KL(C*-C)=KL▲C
式中N--空氣傳質(zhì)速率,kg／m2·h；
KL--液相總傳質(zhì)系數(shù),m3／m2·h；
C*和C--分別為空氣在水中的平衡濃度和實(shí)際濃度,kg／m3.
由上式可見；在一定的溫度和溶氣壓力下(即C*為定值時(shí)),要提高溶氣速率,就必須通過增大液相流速和紊動(dòng)程度來減薄液膜厚度和增大液相總傳質(zhì)系數(shù).增大液相總傳質(zhì)系數(shù),強(qiáng)化溶氣傳質(zhì)的途徑是采用高效填料溶氣罐,溶氣用水以噴淋方式由罐頂進(jìn)入,空氣以小孔鼓泡方式由罐底進(jìn)入,或用射流器、水泵葉輪將水中空氣切割為氣泡后由罐頂經(jīng)潰頭或孔板通入.這樣,就能在有限的溶氣時(shí)間內(nèi)使空氣在水中溶解量盡量接近飽和搜.當(dāng)采用空罐時(shí),也應(yīng)采用上述的布?xì)膺M(jìn)水方式,而且應(yīng)盡可能提高噴淋密度.
在水溫一定而溶氣壓力不很高的條件下,空氣在水中的溶解平衡可用亨利定律表示為：V=KTp
式中 V--空氣在水中的溶解度,L／m3；
KT--溶解度系數(shù),L／kPa·m3,是KT值與溫度的關(guān)系如下 ：
不同溫度下空氣在水中的溶解度系數(shù)
溫 度(0C) 0 10 20 30 40 50
KT值(L/kPa.m3) 0.285 0.218 0.180 0.158 0.135 0.120
p--溶液上方的空氣平衡分壓,kPa(絕壓).
由上式可見,空氣在水中的平衡溶解量與溶氣壓力成正比,且與溫度有關(guān).在實(shí)際操作中,由于溶氣壓力受能耗的限制,而且空汽溶解量與溶氣利用率相比并不十分重要,因而溶氣壓力通?？刂圃?90kPa(表壓)以下.
溶解于水中的空氣量與通入空氣量的百分比,稱為溶氣效率.溶氣效率與溫度、溶氣壓力及氣掖兩相的動(dòng)態(tài)接觸面積有關(guān).為了在較低的溶氣壓力下獲得較高的溶氣效率,就必須增大氣液傳質(zhì)面積,并在劇烈的湍動(dòng)中將空氣分散于水.在20℃和290～490kPa(表壓)的溶氣壓力下,填料溶氣罐的平均溶氣效率為70～80%,空罐為50～60%.
在一定條件下,空氣在水中的實(shí)際溶解量與平衡溶解量之比,稱為空氣在水中的飽和系數(shù).飽和系數(shù)的大小與溶氣時(shí)間及溶氣罐結(jié)構(gòu)有關(guān).在2～4min的常用溶氣時(shí)間內(nèi),填料罐的飽和系數(shù)為0.0.8,空罐為0.0.7.不同溶氣壓力下,空氣在水中的實(shí)際溶解量與溶氣時(shí)間的關(guān)系如圖5-4.大氣壓下空氣在水中的平衡溶解量如表5-4.
大氣壓下空氣在水中的平衡溶解量
溫 度(0C) 0 5 10 15 20 25 30
平衡溶mg/L 37.55 32.48 28.37 25.09 22.40 20.16 18.14
解量 mL/L 29.18 25.69 22.84 20.56 18.68 17.09 15.04