Хемосорбція двооксиду сірки суспензією твердого поглинача.

Абсорбційні та хемосорбційні процеси ши­роко використовуються у технологіях газоочи­щення з метою поглинання шкідливих домішок. Ці процеси лежать в основі мокрих методів очи­щення димових газів від сірчистого ангідриду водними розчинами (або суспензіями) різних оксидів і солей.

В процесі хемосорбційного поглинання га­зів рідкими сорбентами хімічна взаємодія між газом і розчиненим поглиначем відбувається в плівці на границі поділу фаз і основною масою рідини. Кінетика хемосорбції може змінюватися в залежності від швидкості хімічної реакції між газом і розчиненою речовиною.

У випадку миттєвої реакції розчине­ний газ миттєво взаємодіє з розчиненим реа­гентом, при цьому швидкість процесу визна­чається виключно швидкістю дифузії обох ком­понентів до реакційної поверхні, де концентра­ції обох компонентів дорівнюють нулю. Дійсна кінетика реакції у цьому випадку немає значен­ня. У випадку швидкої реакції, реакція протікає в основному в плівці.

Випадок повільної реакції характеризується тим, що швидкість реакції настільки мала, що за час дифузії газоподібного компонента, що абсорбується, крізь плівку його хімічним пере­творенням можна знехтувати і реакція протікає в основному в масі рідини. Такий процес є фі­зична абсорбція, за якою наступає реакція в масі рідини.

Отже, в процесі хемосорбції розчиненою речовиною газовий компонент дифундує від поверхні контакту фаз до реакційної поверхні, тобто при цьому відбувається фізична абсор­бція в плівці. Далі в залежності від типу хіміч­ної реакції фізично абсорбований газ взаємо­діє з розчиненою речовиною повністю на ре­акційній поверхні між поверхнею контакту фаз та плівкою основної маси рідини (у випадку миттєвої реакції), або непрореагована части­на його проникає в основну масу рідини.

Експериментальне доведено, що в процесі хемосорбції вільної сірчистої кислоти Н₂SО₃, яка є продуктом фізичної абсорбції SО₂ водою, в розчині немає. Утворюючись, ця кислота зра­зу ж реагує з частинками вапняку і переходить у солі кальцію.

З розвитком процесу хемосорбції в розчині зростає концентрація сульфітної форми сірки у вигляді солей кальцію: СаSО₃ та Са(НSО₃)₂. Розчинність середньої солі кальцію СаSО₃ у воді дуже незначна (0,043 г/дм³ за температу­ри 13-100°С). Тому основна кількість сульфіт­ної сірки знаходиться у формі кислої солі каль­цію Са(НSО₃)₂, яка дуже добре розчиняється. Розчинена сульфатна сірка, концентрація якої невелика, є середньою сіллю кальцію СаSО₄, яка взагалі є слабо розчинною у воді (1,6-2 г/дм³ за температури 20-100°С). З розвитком проце­су хемосорбції в міру насичення рідини CaS04 в ній накопичується кристалогідрат складу СаSО4·2Н₂0 (двоводний гіпс). Гіпс є основним продуктом хемосорбції двооксиду сірки вапняко­вою суспензією. Кількість осаду сульфіту каль­цію, виявлена у відібраних пробах суспензії, е дуже незначною.

Отже, введення вапняку в абсорбент для очищення газу від двооксиду сірки призводить до зв'язування розчиненого SО₂, тобто видален­ня з розчину водневих іонів Н⁺, а це сприяє зміщенню рівноваги реакції утворення сірчис­тої кислоти за фізичної абсорбції вправо. Оскільки сірчиста кислота в розчині нейтралі­зована, то двооксид сірки розчиняється з макси­мальною швидкістю і практично повністю може бути вилучений з димових газів.

Із збільшенням терміну контакту вапнякової сус­пензії з діоксидом сірки збільшується коефіцієнт прискорення. Подрібнення вапняку приводить до збільшен­ня площі поверхні частинок вапняку, або пи­томої поверхні твердої фази, що приводить до зростання коефіцієнта прискорення. Також прискорення про­цесу значно підвищується із збільшенням маси вапняку в одиниці об'єму розчину.

Введення вапняку в розчин для по­глинання SО₂ з газових сумішей приводить до прискорення процесу за рахунок збільшення рушійної сили, тому що концентрація вільного SО₂ в розчині знижується, він повністю пере­ходить у зв'язаний стан.

Визна­чено, що для нейтралізації діоксиду сірки, який міститься у димових газах заводу спалювання побутових відходів м. Сержі-Понтуаз у Франції, витрата яких складає 60 000 м³/год, необхідно подавати в абсорбер для зв'язування фізично заабсорбованого SО₂ вапняк за його масової витрати 20,6 кг/год., а кількість твердого залиш­ку у формі гіпсу, який утворюватиметься в ре­зультаті хемосорбції, складатиме 35,4 кг/год. або 850 кг/добу.