4.2. Абсорбция диоксида серы

Цель работы – исследование процесса абсорбции SO₂ и установление влияния параметров (концентрации SO₂, концентрации поглотителя и его химического состава) на степень абсорбции SO₂.

Отходящие газы тепловых электростанций, котельных, металлургических заводов, сернокислотных цехов и ряда других производств содержат 0,2-1,0 об. % SO₂. Выброс таких газов в атмосферу недопустим из-за вредного воздействия SO₂ на окружающую среду. Разработано большое количество методов очистки газов от SO₂, наиболее распространенным является абсорбция SO₂ жидкими поглотителями (растворы соды, аммиака, гидроксида натрия, сульфата аммония, а также вода).

Абсорбция SO₂ указанными растворами сопровождается следующими химическими реакциями:

Na₂CO₃ + SO₂ = Na₂SO₃ + CO₂;

Na₂CO₃ + 2SO₂ + H₂O = 2NaHSO₃ + CO₂;

2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O;

NaOH + SO₂ = NaHSO₃;

2NН₄OH + SO₂ = (NH₄)₂SO₃ + H₂O;

(NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2NH₄НSO₃;

H₂O + SO₂ = H₂SO₃.

Абсорбция SO₂ раствором соды используется как промышленный способ получения сульфита натрия. Эту реакцию при температурах до 95 С можно считать необратимой.

2. Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы

Диоксид серы, абсорбируемый жидкими поглотителями, получают путем сжигания колчедана согласно уравнению реакции

4FeS₂ + 11O₂  2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Для этого используется горизонтальная трубчатая печь с электрообогревом (6) (рисунок 7), в фарфоровую трубку которой помещается лодочка с навеской колчедана. Температура в печи измеряется термопарой и регулируется автоматически потенциометром. Воздух в трубчатую печь подается с помощью компрессора (8), объемный расход воздуха измеряется реометром (7) и регулируется краном (9). Выходящий из печи газ, содержащий SO₂ и воздух, подается в абсорбер (4), который представляет собой стеклянную трубку, заполненную насадкой. Орошающую жидкость подают из емкости (1) с расходом 10-30 мл/мин. Расход орошающей жидкости регулируют краном (2). Раствор, вытекающий из абсорбера, поступает в сборник (5), а отходящий газ – в склянку с раствором йода (10) и далее в аспиратор (11).

Порядок выполнения работы

1. Приготовьте склянку с раствором йода для анализа содержания SO₂ в газе после абсорбера. Для этого в поглотительную колбу внесите пипеткой отмеренный объем (15-20 мл) 0,01 н раствора йода, добавьте 2-3 капли крахмала и доведите объем раствора водой до 1/3 склянки.

2. Приготовьте согласно заданию раствор поглотителя и залейте его в сосуд (1). Установите необходимый расход жидкого поглотителя с помощью крана (2), для чего поставьте мерный цилиндр на 50 мл и замерьте время, за которое в него натечет определенное количество раствора.

3. Взвесьте с точностью до 0,01 г навеску колчедана заданного состава вместе с лодочкой, которую осторожно поставьте в печь (6) после достижения в ней заданной температуры, и плотно закройте отверстие трубки пробкой, с которой соединена абсорбционная колонка (4).

4. Включите компрессор, установите заданную скорость воздуха по реометру (7) вентилем (9).

5. Газ пропускайте через поглотительную склянку в течение времени, заданного преподавателем. При пропускании газа давление в аспираторе должно быть равно атмосферному, что контролируется водяным манометром в аспираторе. Воду, вытекшую из аспиратора, собирают в мерный цилиндр емкостью 500-1000 мл (12).

6. Оттитруйте 0,01 н раствором тиосульфата натрия избыток йода, не связавшийся с SO₂, в поглотительной склянке.

7. После окончания опыта отключите компрессор. Закройте краны (2) и (9), достаньте лодочку, охладите ее, после чего взвесьте с точностью до 0,01 г.