19. Абсорбционные методы очистки газов (so2, no2, h2s).

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителей и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы делятся на физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию). Для физической абсорбции применяют поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При химической абсорбции выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости.

Абсорбционные методы исп-ют для очистки газов от CO, NxOy, SO2, H2S, HCl, CO2.

Очистка от SO₂.

Для абсорбции могут быть использованы вода, водные р-ры и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Известняковые и известковые методы. +: доступность и дешевизна абсорбентов, простая технологическая схема процесса и др. -: невысока эффективность очистки. Процесс абсорбции диоксида серы происх в виде стадий: химические реакции при абсорбции известковым молоком:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃; SO₂ + Ca(OH)₂ = CaSO₃ + H₂O;

2CaSO₃ + O₂ = 2CaSO₄.

Абсорбция SO₂ сульфитом натрия: метод двустадийный: 1) Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O  2NaHSO₃; 2NaHSO₃  SO₂ + H₂O + Na₂SO₃; 2) регенерация сульфата натрия – проводится при температуре 130º С, при этом выделяются газообразный SO₂. Охлажденный раствор сульфита натрия снова возвращается на абсорбцию, а SO₂ направляется на переработку в серную кислоту.

Аммиачный способ улавливания SO₂: SO₂ + NH₄OH = NH₄HSO₃; (NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O = 2NH₄HSO₃; при нагревании бисульфит аммония разлагается: 2NH₄HSO₃  (NH₄)₂SO₃ + SO₂ + H₂O; +: высокая степень улавливания SO₂.

Другие методы: магнезиальные методы, фосфатный, кислотно-каталитический, озоно-каталитический, радиационно-каталитический, с исп-ем органических сорбентов.

Очистка газов от NO2.

На практике с отходящими газами выбрасываются в осн NO и NO2 одновременно. Основная сложность абсорбционной очистки связана с низкой химич активность и растворимостью оксида азота. Пути решения этой проблемы: полное или частичное окисление NO в NO2, исп-е селективных абсорбентов и катализаторов абсорбции.

При абсорбции оксидов азота исп-ют воду, р-ры щелочей и селективные сорбенты, кислоты и окислители. Абсорбция диоксида азота водой:

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO + Q.

Для очистки газов применяют различные р-ры щелочей и солей (NaOH, KOH, MgCO3 и др.). для очистки газов при отсутствии кислорода исп-ют р-ры FeSO₄, FeCl₂, Na₂S₂O₃ и др. применение растворов-восстановителей (NaHSO3, Na2S2O3 и др.) приводит к получению азота.

Очистка газов от сероводорода (H₂S): в основном хемосорбционные методы, мышьячно-щелочной метод, абсорбция этанолами, фосфатный метод.

Задачи

1) разбавление ст в. C_A, моль/л. ПДК_А, мг/л. n = C_A’/ПДК_А = (C_A * M_A * 1000) / ПДК_А = [(мг/л) / (мг/л)] = … раз.

2) эффект суммации: если Σ(от 1 до n) (Ci/ПДКi) ≤ 1, то нет вредного воздействия.

3) жесткость воды – содержание миллимолей эквивалента ионов Ca²⁺ или Mg²⁺ или солей в 1л воды.

жесткость: карбонатная = временная, некарбонатная = постоянная. Общая = их сумме.

Ж = ν_э *1000, ν_э=m/M_э

Ж = (m(соли)/(Mэ(соли) * V(H2O))*1000 (ммоль/л). Мэ=M/2 (г/моль) (берется прям по табл менд).

Жпост – растворимые соли Ca и Mg (например CaCO_{3 -} дикарбонат кальция и Na₂CO₃). MgSO4 – сульфат магния.

Жврем – гидрокарбонаты Ca и Mg ( Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂ ).

допустимая жесткость питьевой воды – не более 7 ммоль/л.

По титрованию: C1*V1=C2*V2. Ж = ((С1*V1) / V(H2O)) * 1000 [мг-экв/л], V – точечный объем, С – концентрация (измеряется в каких-то н). Например: Ж = ((н*мл)/мл))*1000.

[[Задача. Жесткость некоторого образца воды обусловливается только дикарбонатом магния. При кипячении 0,5 л воды в осадок выпало 14 мг Mg(OH)₂. Чему равна жесткость воды?

Решение 2.

В 1 л воды содержится 0,014/0,5 = 0,028 г Mg(OH)₂,

что составляет 0,028/0,029=0,00096 г-экв или 0,96 мг-экв (29 – эквивалент Mg(OH)₂)

Следовательно, жесткость воды 0,96 мг-экв ]]

Зная, что молярные массы эквивалентов ионов Са²⁺ и Mg²⁺ соответственно равны 20,04 и 12,16 мг/дм³, можно рассчитать общую жесткость воды (в ммоль/дм³): Ж = ([Ca2+]/20,04) + ([Mg2+]/12.16)

4) [H+]*[OH-]=10^(-14) – ионное произведение воды. pH = - lg[H+] = - lg (10^(-14)/[OH-]). Если pH=7 – вода нейтральная, >7 – щелочная, <7 – кислая.

5) Задача. Сколько л 20 % соляной кислоты, плотностью 1,098 г/см³, потребуется для нейтрализации 700л 5 М щелочной сточной воды?

Решение: 1 л раствора имеет массу 1098 г и содержит 1098*0,20=219,60 г HCl, что составляет

C₁V₁ = C₂V₂

700л*5М=Хл*6М

6) Задача. Для очистки ст в от токсичного шестивалентного хрома (K2Cr2O7) в кач-ве восстановителя исп Na2SO3. напишите уравнение реакции и рассчитайте кол-во сульфита натрия, необходимого для полного восстановления 750г шестивалентного хрома.

Решение. Дано: m(K2Cr2O7) = 750 г. Реакция:

K₂Cr₂O₇ + 3Na₂SO₃ + 4H₂SO₄ -> Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O.

(или если др условие:

K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ -> Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O.

K₂Cr₂O₇ + 3SO₂ + H₂SO₄ -> Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 4H₂O.)

M(K₂Cr₂O₇)=294 г/моль, М(Na₂SO₃)= 126 г/моль

(над K₂Cr₂O₇ написать 750 г, под ним «294г/моль, 1 моль»; над Na₂SO₃ – «x», под: «3 моль, 126 г/моль).

Na₂SO₃ K₂Cr₂O₇

X 750/294=2,55 моль

3 моль 1 моль

X=2,55*3/1=7,65 моль = ν(Na₂SO₃). m=M*ν=963,9 г.

7) CO2+2NH3 = CO(NH2)2 + H20

8) Задача. Чему равна жесткость (в ммоль/л) 0,003 М раствора MgCl₂?

Решение: 0,003 М MgCl₂

0,003 М = 0,003 моль/л = 3ммоль/л

Задача. Рассчитайте минимальный объем (в литрах) 15 % раствора соды (плотность 1,158 г/мл), необходимый для устранения жесткости 100 л природной воды с содержанием гидрокарбонат-ионов, равным 0,61 г/л.

Решение: 1 л раствора имеет массу 1158 г и содержит 1158*0,15=173,7 г Na₂CO₃

C₁V₁ = C₂V₂

100*0,61=Х*173,7

Задача. Диоксид углерода поглощают раствором гидроксида кальция. Решение: Вначале образуется осадок, затем он исчезает. Определите общий объем газа (в литрах, н.у.), израсходованный при образовании 74 г осадка.

(правая часть неправильная. Верно: CaCO3+H2O).

Задача. Смесь бромидов натрия и калия применяют в медицине как успокоительное средство. Найдте число бромид-ионов, поступивших в организм после приема 10 мл раствора, содержащего по 30 г бромида натрия и бромида калия в 1 л.

ν=30/103=0,29 моль NaBr

ν=30/119=0,25 моль KBr

[Br]^-_общ=0,29+0,25=0,54 моль/л

0,54 моль – 1000 мл

Х – 10 мл

число Br^-=5.4*10^-3=32.5*10²⁰

9) Задача. Цинковый купорос: ZnSO₄*7H₂O. Сколько кг купороса нужно взять для приготовления 0,05% раствора из расчета применения 400 л/га для обработки 10 га земли?

Всего р-ра надо 4000 л = Vр-ра. => V(ZnSO₄*7H₂O)=Vр-ра*0.0005=2л.

ν=V/Vm=2(л)/22,4(л/моль)=0.089 моль. m= ν*M.

Задача. Дисбаланс азота 30 кг/га в год. Какое кол-во удобрения в виде натриевой селитры NaNO3 необходимо ввести в почву для сбалансирования этих компонентов?

Решение. В NaNO3 содержится 16,5% N (M(N)/M(NaNO3)*100%). M(N)=14 г/моль. ν необх(N)= 30000/14=21423 моль – 16.5%

X моль - 100%

X=2143/16.5*100=129879 моль. m(NaNO3)=M(NaNO3)*x=11039 кг.

Термины.

Абиотические факторы - совокупность условий окр. среды, влияющих на организм.

Автотрофы – организмы, берущие нужные им для жизни хим. элементы из окр. среды и не требующие готовых орг. соединений другого организма. Осн. источник энергии – Солнце.

Агрессия – форма связей, характеризующаяся истреблением особей своего вида.

Адаптация – приспособление организма к среде.

Аменсализм – тип межвидовых отношений, при котором один вид подавляет существование другого, не испытывая противодействия.

Ареал – часть земной пов-ти, в пределах которой распространен тот или иной вид.

Атмосфера – газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси газов, паров и пыли.

Аутэкология-раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов с окр. средой.

Аэробиосфера – область атмосферы, населенная аэробионтами.

Аэропланктон – организмы, пассивно переносимые потоками воздуха.

Бенталь – дно океана как среда обитания донных организмов.

Бентос – совокупность растений(фитобентос) и животных(зообентос), ведущих донный образ жизни.

Биогенное вещество – создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых орг-мов, например, нефть, кам. уголь и др.

Биогеохимический круговорот – обмен хим. элементов между живыми орг-ми и неорг. средой, различный стадии которого проходят внутри экосистемы.

Биокосное вещество – создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других.

Биом – совокупность экосистем какой-либо крупной территории.

Биосфера – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. (Зюсс, 1875).

Биота – совокупность видов организмов какой-либо крупной территории.

Биотический круговорот – циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами.

Биотичекие факторы – совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие.

Биотоп – однородный в экологическом отношении участок земной пов-ти, занятый одним биоценозом.

Биоценоз – совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих опред. геогр. территорию, отличающуюся от других соседних территорий по хим. составу почв, вод, а также по ряду физ. показателей.

Валовая Первичная Продуктивность(ВПП) – скорость, с которой растения накапливают хим. энергию.

Гелиофиты – световые виды растений, обитающих на открытых местах с хорошей освещенностью.

Геобионты – животные, постоянно обитающие в почве.

Геобиосфера – верхняя часть земной коры, населенная геобионтами.

Гетеротипические реакции – взаимодействия между особями разных видов.

Гетеротрофы – организмы, нуждающиеся для своего питания в органическом веществе, образованном другимим организмами.

Гидробиосфера – водная оболочка Земли, населенная гидробионтами.

Гидросфера – совокупность всех вод Земли.

Гидрофиты – водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними своими частями.

Гомеостаз – динамическое равновесия процессов, протекающих в организме, популяции, биоценозе, экосистеме.

Гомотипические реакции – взаимодействия между особями одно вида.

Гумус – органическое вещество почвы, состоящее из отмерших остатков растений и животных.

Демэкология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяции, вида с окр. средой.

Детрит – мелкие частицы остатков организмов и их выделений.

Детритные пищевые цепи – пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов животных.

Детритофаги – организмы, питающиеся детритом.

Доминанты – преобладающие в фитоценозе виды растений.

Емкость среды – колич. характеристика совокупности условий, ограничивающих рост численности популяций.

Живое вещество – по Вернадскому, совокупностьвсех живых организмов совр. биосферы.

Жизненная форма организма – морфологический тип приспособления растений или животного к основным факторам местообитания и опр. образу жизни.

Закон константности живого вещества биосферы – количество живого вещества биосферы для данной геологической эпохи постоянно.

Закон минимума –1) жизненность организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.2) “Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени.”

Закон необратимости эволюции – эволюция необратима; организм не может вернутся к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.

Закон толерантности – каждый вид характеризуется своей толерантностью – способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных.

Законы экологии – 1)Все связано со всем; 2) Все надо куда-то девать; 3) Природа знает лучше; 4) За все надо платить;

Ионизирующее излучение – излучение с очень высокой энергией, способные выбивать электроны из атомов и присоединять их к другим атомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов.

Каннибализм – пожирание особей своего вида.

“Квартирантство” – использование одними видами других в качестве убежища или жилища.

Климакс – относительно стабильное состояние биоценоза.

Конвергенция – внешнее сходство, возникающее у представителей неродственных групп и видов в результате сходного образа жизни.

Конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное действие. Виды конкурируют в поисках пищи, укрытий и т.п.

Комменсализм – взаимоотношения организмов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому.

Консументы или фаготрофы – гетеротрофные организмы, питающиеся другими организмами или частицами орг. вещества.

Косное вещество – совокупность тех веществ в биосфере, в образование которых живые организмы не участвуют.

Криофиты – растения холодных и сухих местообитаний.

Ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги-почвенную и атмосферную засуху.

Литосфера – верхняя “твердая” оболочка Земли. Включает земную кору и верхнюю мантию Земли.

Мутуализм – симбиотические взаимоотношения, когда оба сожительствующих вида извлекают взаимную пользу.

Нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина.

Нектон – совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном.

Нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния.

Ноосфера – сфера разума. Гипотетическая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека станет главным определяющим фактором ее устойчивого развития.

Ограничивающий фактор – фактор, уровень которого в кач-ом или колл-ом отношении оказывается близким к пределам выносливости данного организма.

Паразитизм – форма взаимоотношений между видами, при которой организмы одного вида живут за счет пит. веществ или тканей организма другого вида в течение опр. времени.

Парацеллы – структурные части горизонтального расчленения биоценоза, отличающиеся составом, структурой, свойствами компонентов, спецификой их связей и мат-энерг. обмена.

Патоген – агент, вызывающий патологические процессы в организме.

Пирамида биомасс – граф. изображение соотношения между продуцентами и консументами разных порядков, выраженное в единицах биомассы.

Пирамида численности - /-/-/ в единицах числа особей.

Пирамида экологическая - /-/-/ в единицах биомассы, числа особей или заключенной в массе живого вещества энергий.

Пирамида энергий - /-/-/ в единицах заключенной в массе живого вещества энергии.

Пищевые связи – механизм передачи энергии от одного организма к другому.

Пищевая сеть – сплетение пищевых цепей в сложном сообществе.

Пищевая цепь – последовательность переноса энергии в экосистеме.

Планктон – совокупность пелагических организмов, не обладающих способностью к быстрым активным передвижениям. Это мелкие животные и растения, которые не могут противостоять течению.

Погода - непрерывно меняющееся состояние атмосферы у земной пов-ти, примерно до высоты 20 км.

Популяция – часть особей одного вида, обитающих на одной территории, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Правило Глогера – окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном.

Правило 10% - для биосферы в целом доля возможного потребления чистой первичной продукции не превышает 10%.

Протокооперация – простой тип симбиотических связей, при котором существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, т.е. не является непременным условием выживания популяций.

Радионуклиды – изотопы элементов, испускающие радиоактивные излучения.

Редуценты – гетеротрофные организмы, получающие энергию путем разложения мертвых тканей или путем поглощения растворенного орг. вещества, выделяющегося самопроизвольно, или извлеченного сапрофитами из растений и других организмов.

Симбиоз – взаимополезные связи двух видов, предполагающие тесное сожительство организмов, иногда даже с элементами паразитизма.

Синэкология – раздел экологии, исследующий взаимоотношения сообществ и экосистем.

“Сотрапезничество” – потребление разных веществ или частей их одного и того же ресурса.

Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие.

Стенобионты – экологически маловыносливые виды.

Сукцессия – последовательная смена одного биоценоза другим.

Толерантность – выносливость вида к воздействию на него тех или иных факторов среды.

Трофические связи – наблюдается, когда один вид питается другим – либо живыми особями, либо х мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности.

Трофический уровень – место каждого звена в цепи питания.

ФАР – фотосинтетическая активность радиации Солнца.

Фауна – совокупность видов животных, обитающих на опр. территории.

Фитофаги – животные, питающиеся тканями живых растений.

Флора – совокупность видов растений, обитающих на опр. территории.

Хемосинтез – синтез орг. веществ у хемоавтотрофных бактерий, использующих в качестве источников энергии окисление некоторых неорг. веществ.

Хищничество – такой тип взаимодействия популяций, при котором представители одного вида поедают представителей другого.

Численность популяции – общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Чистая первичная продуктивность (ЧПП) – скорость накопления растениями орг. вещества за вычетом расхода на дыхание и фотодыхание.

Эврибионты – экологически выносливые виды.

Эдификаторы – растения, наиболее активно и глубоко преобразующие среду и определяющие условия существования для других сообитателей.

Экологическая ниша – положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды.

Экологическая стратегия популяции – это ее общая характеристика роста и размножения.

Экологическая структура биоценоза – это его состав из экологических групп организмов, выполняющих в сообществе в каждой экол. нише опр. функции.

Экология – наука, изучающая отношения организмов между собой и окр. средой. (Геккель, 1866г)

Экосистема – любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое. (Тенсли, 1935).

Ярусность – вертикальное расслоение биоценозов на равновысокие структурные части.

В выхлопных газах содержится до 200 видов выхлопов.

Напряжение, необходимое для создания коронного разряда в электрофильтрах для улавливания тв взвешенных частиц = 100кВ.

Задача. Газовая смесь содержит СО2, СО, О2 и N2. При анализе 100 мл смеси методом химического поглощения получены следующие результаты: V_CO2=83,20 мл, V_О2=82,40 мл, V_СО=75,60 мл, V_N2=75,60 мл.

Определите количественный состав смеси (объемный %), если происходит последовательное поглощение газов из смеси, a N₂ не поглощается.

V_общ=83,20+82,40+75,60+75,60=316,80 мл

100-(26,3+26+23,9)=23,8% N₂

(по учебнику: содержание компонентов газовой смеси вычисляют в % об. по формуле: m_a=V_a/V_общ, где Va – объем компонента в анализируемой газовой смели, мл; Vобщ – объем газовой смеси, взятой для анализа, мл. Для N2 у них берется об.% равный 75,6. всего 100мл и 100%. СО2: (100-83,2)/16,8 мл, 16,8об.%. О2: (83,2-82,4)/0,8мл, 0,8об.%. СО: (82,4-75,6)/6,80мл, 6,80об.%. N2: 75,6мл, 75,6об.%.).

Задача. Абсорбция SO2 известковым молоком (Ca(OH)2), израсходовано 0.6 кг SO2. сколько литров известкового молока израсходовано, если концентрация его 10%(масс), а плотность 1,12 г/мл. Реакция:

SO₂ + Ca(OH)₂ = CaSO₃ + H₂O. ν (SO2) = ν (Ca(OH)2) => масса р-ра молока => масса молока => объем молока. Ответ 62 мл.

Задача. Сколько куб. м метана (CH4) можно получить при каталитическом гидрировании 10 куб м промышленного газа, содержащего 15%(объем) CO? Решение. CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O. Находим объем СО. Кол-во молей СО = кол-ву молей СН4=69 моль. V=1500л.

Задача. Cl₂ + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H₂O.

mр-ра(NaOH)= плотность*Vр-ра(NaOH). -> масса NaOH -> ню(NaOH).

Cl2 NaOH

1моль 2 моль

Х моль 0,0275 моль

V(Cl2)=х*Vm – это 10%. Vпром газа – это 100%.

Задача. Хроматографический анализ. Xi = Si * 100 / ΣSi. Si=S*k, где k – поправочный коэффициент, S – площадь пика.