(一)空气的溶解
空气对水属于难溶气体,它在水中的传质速率受液膜阻力所控制,此时,空气的传质速率可表示为：N=KL(C*-C)=KL▲C
式中N--空气传质速率,kg／m2·h；
KL--液相总传质系数,m3／m2·h；
C*和C--分别为空气在水中的平衡浓度和实际浓度,kg／m3.
由上式可见；在一定的温度和溶气压力下(即C*为定值时),要提高溶气速率,就必须通过增大液相流速和紊动程度来减薄液膜厚度和增大液相总传质系数.增大液相总传质系数,强化溶气传质的途径是采用高效填料溶气罐,溶气用水以喷淋方式由罐顶进入,空气以小孔鼓泡方式由罐底进入,或用射流器、水泵叶轮将水中空气切割为气泡后由罐顶经溃头或孔板通入.这样,就能在有限的溶气时间内使空气在水中溶解量尽量接近饱和搜.当采用空罐时,也应采用上述的布气进水方式,而且应尽可能提高喷淋密度.
在水温一定而溶气压力不很高的条件下,空气在水中的溶解平衡可用亨利定律表示为：V=KTp
式中 V--空气在水中的溶解度,L／m3；
KT--溶解度系数,L／kPa·m3,是KT值与温度的关系如下 ：
不同温度下空气在水中的溶解度系数
温 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--溶液上方的空气平衡分压,kPa(绝压).
由上式可见,空气在水中的平衡溶解量与溶气压力成正比,且与温度有关.在实际操作中,由于溶气压力受能耗的限制,而且空汽溶解量与溶气利用率相比并不十分重要,因而溶气压力通常控制在490kPa(表压)以下.
溶解于水中的空气量与通入空气量的百分比,称为溶气效率.溶气效率与温度、溶气压力及气掖两相的动态接触面积有关.为了在较低的溶气压力下获得较高的溶气效率,就必须增大气液传质面积,并在剧烈的湍动中将空气分散于水.在20℃和290～490kPa(表压)的溶气压力下,填料溶气罐的平均溶气效率为70～80%,空罐为50～60%.
在一定条件下,空气在水中的实际溶解量与平衡溶解量之比,称为空气在水中的饱和系数.饱和系数的大小与溶气时间及溶气罐结构有关.在2～4min的常用溶气时间内,填料罐的饱和系数为0.0.8,空罐为0.0.7.不同溶气压力下,空气在水中的实际溶解量与溶气时间的关系如图5-4.大气压下空气在水中的平衡溶解量如表5-4.
大气压下空气在水中的平衡溶解量
温 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