浓硫酸吸收三氧化硫的原理是什么

职业培训 培训职业 2025-01-02
对于这个问题,我认为:(1)理论上讲,可以用水或稀硫酸来吸收三氧化硫,如实验室就常用水来吸收,主要原理还是,水和三氧化硫反应生成硫酸;(2)在实际工业生产中,由于要考虑环境保护和产品贮存、运输、使用等问题,以及硫酸工业生产中对三氧化硫吸收的要求:迅速、完全,以得到浓硫酸

对于这个问题,我认为:

(1)理论上讲,可以用水或稀硫酸来吸收三氧化硫,如实验室就常用水来吸收,主要原理还是,水和三氧化硫反应生成硫酸;

(2)在实际工业生产中,由于要考虑环境保护和产品贮存、运输、使用等问题,以及硫酸工业生产中对三氧化硫吸收的要求:迅速、完全,以得到浓硫酸或发烟硫酸一一即成品硫酸等综合因素的影响,故只能采用 98.3%的浓硫酸来吸收三氧化硫。

用水作吸收剂

三氧化硫气体中可能含有氮气和氧气。氮气和氧气在水(或硫酸溶液)中的溶解度较小,当它们通过吸收剂时必以气泡的形式存在着,这就为水的蒸发创造了空间。由于水的蒸气压较大而水跟三氧化硫的反应又是放热过程,致使水的蒸发(水以气态进入气泡)速度大大加剧,气泡内存在着大量的水蒸气当含有三氧化硫的混合气体与水接触时,会有下面两种过程同时进行:

(1)三氧化硫跟液相水反应生成硫酸,过程如下:

(2)三氧化硫跟水蒸气反应生成硫酸蒸气,硫酸蒸气再通过扩散进入液相,其过程为:

前一过程是在气液界面和液体(吸收剂)内部进行的,对三氧化硫的吸收是有利的。后一过程是在气泡内进行的,由于硫酸分子的生成速率远大于它进入液相中的速率,结果使得气泡内硫酸蒸气越积越多,导致硫酸蒸气的分压远大于硫酸蒸气的平衡压力而呈过饱和状态,它随即以气泡中微量的矿尘为核心而凝结成酸雾,这就是酸雾形成的原因。

为何形成酸雾就不利于三氧化硫的吸收呢?这是因为构成酸雾的小液滴是很多硫酸分子的聚集体,它悬浮于气泡中,运动速度比单个分子慢得多,再加上酸雾颗粒表面常常带有电荷并吸附大量的气体,致使它更不容易凝聚或同气泡壁接触。所以酸雾一经形成,就很难再被水完全吸收,结果绝大部分将随同气泡上升逸出液面,气泡破裂而散失于尾气之中,造成三氧化硫的吸收率降低和带来环境污染。

用浓度低于98.3%的硫酸作吸收剂:

此时吸收情形与用水作吸收剂时的情形相似。吸收酸的浓度愈低,液相上水蒸气的分压就愈大,气泡内水蒸气的量就愈多,酸雾生成的机会就越多,三氧化硫就越不易被吸收完全,同样造成硫的利用率降低和污染环境。

用浓度高于98.3%的硫酸作吸收剂:

此时虽然水的蒸气压会减小,气泡内水蒸气的量减少,不利于形成酸雾,有利于三氧化硫的吸收;但硫酸蒸气的平衡分压却随硫酸浓度的增大而增大,且三氧化硫的分压也会随之稍有增加(因为(1)式和(2)式的平衡向左移动),这就会有较多的硫酸蒸气和三氧化硫随同尾气跑掉,导致吸收率降低、硫的利用度降低和污染环境。

常压下,由于98.3%的硫酸溶液具有最高恒沸点(611K),所以,在这种浓度时,气液两相的平衡组成才相等,同一温度下溶液的饱和蒸气压(水蒸气和三氧化硫、硫酸蒸汽的分压之和)为最小气泡内水蒸气很少,生成的酸雾少,从而保证了三氧化硫的吸收较其它浓度酸液吸收的完全。由于气泡内三氧化硫分子被吸收,气泡内的压强也相应地减小,气泡由大变小,最后气泡内的气体(大量的氮气、少量的氧气和极微量的三氧化硫、硫酸蒸气等)自液面逸出成为属气经进一步外理后放掉。

综上所述,吸收三氧化硫既不能用水,也不宜用浓度低于或高于98.3%的硫酸溶液、而以98.3%的硫酸溶液最合适,这是由硫酸工业生产中对三氧化硫吸收的要求和吸收时的具体情况而决定的。

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