Процессы, происходящие в жидкой фазе.

Процессы происходящие в газовой фазе в аппаратах мокрой очистки достаточно подробно описаны в литературе /1, 21, 24, 25 и др./. Поэтому в данном разделе особое внимание будет уделено описанию процессов, протекающих в жидкой фазе, так как в большинстве интересующих нас случаев они являются определяющими с точки зрения улавливания вредных компонентов из дымовых газов.

При растворении двуокиси серы в воде, часть растворенного газа вступает в реакцию с молекулами растворителя - воды с обра­зованием неустойчивой сернистой кислоты, которая в водном раство­ре частично может диссоциировать на ионы /21, 22/:

SO₂+H₂O H₂SO₃ H⁺+HSO₃^- H⁺+SO₃^2- (2.2.9)

Обратимый характер поглощения SO₂ водой ограничивает ее растворимость. Поглощенная двуокись серы присутствует в растворе в виде физически растворенной двуокиси серы, не диссоциированной сернистой кислоты и ионов HSO₃^- и SO₃^2-. В отсутствии других химически активных поглотителей двуокиси серы в воде, эти четыре вида серы, перешедших в раствор и будут определять степень извле­чения SO₂ из газовой фазы. Содержание ионов HSO₃^- и SO₃^2- в значительной степени будет зависеть от температуры и водородного показателя раствора рН. Если водородный показатель не превышает 5, то согласно /21, 22/, вторая степень диссоциации сернистой кислоты отсутствует, тогда общая концентрация всех видов двуоки­си серы в растворе будет равна:

, (2.2.10)

Если водородный показатель не превышает 7, то необходимо учитывать вторую степень диссоциации сернистой кислоты. Общее содержание всех модификаций двуокиси серы тогда определяется как:

(2.2.11)

где - концентрация физически растворенной двуокиси серы; – концентрация недиссоциированной сернистой кислоты; - концентрация ионов, продиссоциировавших по первой ступени; - концентрация ионов, продиссоциировавших по второй ступени.

Следует заметить, что при рН ≤ 5 дополнительную концетрацию ионов водорода, возникших вследствие диссоциации сернистой кислоты по первой ступени, можно определить: .

Суммарную концентрацию ионов водорода, определяющую рН раствора можно найти как:

(2.2.12)

где - концентрация ионов водорода в отсутствие диссоциации сернистой кислоты.

Таким образом, на основе теории электролитической диссоциации, согласно /22/, выражение для расчета общей концентрации всех видов двуокиси серы в водном растворе при рН ≤ 5 можно пред ставить в виде:

(2.2.13)

где - суммарная концентрация ионов водорода, моль/л, определяется из выражения – константа диссоциации H₂SO₃ по первой ступени, моль/л.

Во втором случае, при рН ≤ 7 следует учитывать вторую ступень диссоциации сернистой кислоты, вследствие которой общаяконцентрация ионов водорода в растворе увеличится:

(2.2.14)

Общая концентрация всех модификаций двуокиси серы в растворе тогда будет:

, (2.2.15)

где К₂ - константа второй ступени диссоциации сернистой кислоты, моль-л.

В случае, когда рН> 7, то водный раствор будет щелочным и процессы, происходящие при абсорбции таким раствором следует рассматривать с учетом химических реакций.

При растворении двуокиси серы в водном растворе, содержащим поглотители (основания, соли кислот, основных солей и др.) в орошающей воде кроме ионов , , H⁺ и OH^-, могут присутствовать ионы металлов Me⁺(в данном случае преимущественно Сa²⁺ ), анионы кислот А^-( обуславливающие щелочность раствора). При этом следует иметь ввиду, что содержание ионов кальция Ca²⁺ можно определить по общему содержанию щелочных ионов (OH^-, , ). Общее содержание связанной и несвязанной двуокиси серы в таком растворе, согласно указаниям /22/, можно принять равным:

(2.2.16)