Статика процесса десорбции в деаэраторах

Статика десорбции (абсорбции) есть равновесие между жидкой и газовой фазами, которое устанавливается при очень длительном их соприкосновении (при неизменных давлении и температуре системы).Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонентов и, в конечном итоге, составом одной из фаз, температурой и давлением системы.

Статика процесса десорбции может быть описана константой фазового равновесия, представляющей собой отношение концентрации газа в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе. В общем случае константа фазового равновесия зависит от давления, температуры системы и концентрации компонента в жидкости.

Большинство присутствующих в технологических системах электростанции водных растворов газов являются бесконечно разбавленными. При описании статики десорбции для таких растворов применим закон Генри, выражаемый зависимостью вида:

р = mрхх, (2.1)

где р – парциальное давление газа над раствором; х– молярная доля газа в растворе; mрх – константа фазового равновесия, называемая в этом случае коэффициентом Генри и имеющая размерность давления.

Коэффициент Генри определяется только температурой раствора и не зависит от количественного состава фаз и общего давления системы.

Из закона Генри следует, что для заданного парциального давления газа над раствором существует предельная(максимальная) концентрация этого газа в растворе. То есть существует предельная растворимость газа в растворе.

Растворимость газов в воде иногда оценивают по значению коэффициента абсорбции, который для данной температуры системы представляет собой объем газа в м3, приведенный к нормальным условиям(760 мм. рт. cт. ° С), который способен раствориться в 1 м3 воды. Характер изменения коэффициентов абсорбции чистой водой диоксида углерода и кислорода показан на (рис. 2.1).

В рассмотренном виде закон Генри справедлив для идеальных растворов газов. Бесконечно разбавленный раствор газа может считаться идеальным только в случае, если газ не образует химических связей с растворителем(например, случай растворения кислорода в воде). Если же газ в растворе находится в химически связанном состоянии(к примеру, случай растворения в воде диоксида углерода), закон Генри описывает состояние системы только приблизительно [12].

Сложность описания процесса хемосорбции-десорбции диоксида углерода обусловлена необходимостью учета многообразных форм, в которых углекислота содержится в водных растворах.

Статика процесса десорбции в деаэраторах - student2.ru

Рис.2.1 Коэффициенты абсорбции СО2 (1), N2 (2) и О2 (3) водой

кг/м3

При растворении диоксида углерода в дистилляте лишь часть молекул СО2 (на уровне 0,2 – 0,3 %) подвергается гидратации с образованием молекул угольной кислоты:

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3.

Молекулы угольной кислоты подвергаются диссоциации по первой и второй ступени:

-по первой ступени:

Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3–;

-по второй ступени:

НСО3– ↔ Н+ + СО32– .

Приведенные уравнения показывают, что существует жесткая связь между различными формами угольной кислоты и концентраций ионов водорода(следовательно, и водородным показателем рН раствора). Эта связь наглядно может быть представлена на (рис 2.2).

Статика процесса десорбции в деаэраторах - student2.ru Рис. Рис. 2.2. Зависимость соотношения молярных концентраций различных форм угольной кислоты от значения рН25водного раствора

Из диаграммы видно, что при рН25 = 4,3 вся угольная кислота содержится в растворе в молекулярной форме (свободная углекислота– СО2 и Н2СО3). С увеличением рН раствора доля молекулярных форм уменьшается; при этом соответственно увеличивается содержаниегидрокарбонат-ионовНСО3– . При значении рН25 = 8,33 достигается минимальное содержание молекулярных форм углекислоты (менее 2 %). При дальнейшем увеличении рН свободный диоксид углерода отсутствует, но увеличивается долякарбонат-ионовСО32 .

Перечень реакций, протекающих, например, в деаэраторе подпитки теплосети, приведен ниже:

Н2О ↔ Н+ + ОН-,

2NaHCO3 ↔ Na2CO3 +Н2О + CO2, NaHCO3 ↔ Na+ +HCO3-,

CO22О ↔ H2CO3,

H2CO3 ↔ Н+ +HCO3-,

HCO3- ↔ CO32- +,

2HCO3- ↔ CO32- +Н2О + CO2, CO2 ↔ CO2↑,

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO32О + CO2,

CaCO3 ↔ CaCO3↓,

Ca(HCO3)22О ↔ Ca(OH)2 + H2CO3,

Ca(HCO3)2 ↔ CaHCO3+ +HCО3-,

Ca(HCO3)2 ↔ Ca2+ +2HCО3-,

Mg(HCO3)2 ↔ MgCO32О + CO2,

Mg(HCO3)2 ↔ Mg(OH)2 + 2CO2,

Mg(HCO3)2 ↔ MgHCO3+ +HCО3-,

Mg(HCO3)2 ↔ Mg2+ +2HCО3-,

MgCO3 ↔ Mg2+ +CО32-.

В реальных условиях деаэрации подвергаются не чистые растворы газов в воде, а растворы, содержащие различные примеси. В этом случае различные формы содержания в растворе углекислоты оказываются вовлечены в химические взаимодействия с прочими компонентами (примесями) водного раствора. Это существенно осложняет механизм протекания процессов хемосорбции-десорбции углекислоты [13].

Наши рекомендации