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本文针对湿式镁法废气脱硫系统中副产物亚硫酸镁的特点,在参考大量文献的基础上,自行设计了实验室规模的射流曝气氧化装置,并对装置内部的流场进行了分析。分别研究了射流曝气装置的氧传质性能和亚硫酸镁的氧化反应影响因素,深入分析了亚硫酸镁的非催化射流曝气氧化反应动力学,为寻求高效、低能耗镁法废气脱硫副产物处理技术提供参考。 采用流体仿真软件对射流曝气器和氧化槽内部流场进行模拟分析,最终得到:在不加鼓风机和机械搅拌器的情况下,射流曝气氧化系统可以实现气液两相充分混合和氧化槽内部混合液自搅拌。 通过清水充氧实验研究得到射流曝气器曝气充氧能力、氧利用率均随着主动流体流量的增加呈先增加后降低的趋势;主动流体(水)流量与被动流体卷吸量之间呈线性关系。 通过单一因素氧化条件实验研究得到亚硫酸镁初始浓度、反应温度、溶液pH和水流量对氧化反应速率表现出不同程度的影响,溶液pH值和水流量对氧化速率影响较为显著。 射流曝气氧化亚硫酸镁可以分为两个阶段,饱和阶段和不饱和阶段。在饱和的反应阶段,亚硫酸镁的初始浓度对氧化反应速率没有影响,亚硫酸镁的氧化速率受控于氧传质系数。氧化反应属于快速反应。在不饱和的反应阶段,亚硫酸镁的氧化速率受控于氧传质系数和亚硫酸根的浓度,氧化反应速率对于亚硫酸根离子的浓度为0.62级,对于氧气的浓度为零级。此时氧化反应速率由中速反应逐渐过渡到慢速反应。 利用响应面优化模型获得一种适用于船舶工况、高效且节能的洗涤水氧化工艺:溶液温度为318K,水流量为4.04m3/h,溶液pH值为7.7。在优化条件下,射流曝气氧化装置运行15分钟,可使12mol的亚硫酸镁氧化率达到90%以上,系统能耗为0.220kw·h。验证实验获知,响应曲面优化模型准确、可靠。 本研究不仅为亚硫酸盐非催化氧化反应动力学机理的研究提供了参考,而且为今后脱硫副产物处理装置的工程应用提供了参考。