2. Чем выше концентрация SO2 в поступающем газе (т. е. выше парциальное давление), тем большее его количество может перейти в раствор.
3. С повышением температуры раствора количество SO2, способного раствориться, понижается.
Процесс поглощения сернистого газа водой сопровождается химической реакцией образования сернистой кислоты
SO2 + H2O ↔ H2SO3.
Количество сернистой кислоты при 10° составляет 80 % от всего растворенного SO2. С повышением температуры равновесие реакции смещается влево и при 90° сернистой кислоты содержится всего 10 %.
Максимальная концентрация SO2 в воде при атмосферном давлении 22,8 %. Повышая давление, можно довести концентрацию до 24–25 % SO2. При дальнейшем повышении содержания SO2 раствор распределяется на два слоя: нижний — жидкий 98,6 % SO; и верхний раствор, содержащий 24–25 % SO2. Повысить содержание SO2 до 29,2 % можно охлаждением раствора до -3°. При температуре -3,5° раствор замерзает. Однако растворы указанных выше концентраций практического применения не имеют. Обычно концентрация водного раствора SO2, используемого, например, на второй ступени варки ацетатной целлюлозы, не превышает 7–10 %.
Варочная кислота для кислой сульфитной варки состоит из бисульфитного раствора и свободного SO2, а для бисульфитной арки — без свободного SO2, поэтому в производственных условиях приходится иметь дело с абсорбцией SO2 растворами бисульфита.
Естественно, что в данном случае на насыщение растворов оказывает влияние, кроме температуры, давления и концентрации SO2, концентрация самого бисульфита. На рис. 6 приведена номограмма для определения теоретического содержания всего SO2 в кислоте (т. е. того количества SO2, которое может быть поглощено при заданной температуре кислоты), содержание CaO в ней и концентрации SO2 в газе (парциальном давлении). По номограмме находим (пунктирная линия), что при температуре 25° и парциальном давлении 0,1 ата (концентрация печного газа 10 %) в растворе, содержащем 1,2 % CaO, может раствориться 3,44 % SO2. Подобным образом по номограмме может быть определен состав сырой кислоты при разных условиях.
Из номограммы видно, что с повышением количества основания в кислоте растворимость SO2 в растворе бисульфита возрастает. Однако одновременно с этим содержание свободного SO2 уменьшается. Так, в приведенном выше случае при содержании в растворе 1,37 % связанного SO2 (1,2 % CaO) в виде бисульфита Ca(HSO3)2 будет находиться 2,74 % SO2, а свободного SO2 1,7 %. При тех же условиях, но при содержании связанного SO2 1,6 % (1,4 % CaO) или 3,2 % в виде бисульфита, общее SO2 будет составлять 3,92 %, т. е. растворенного SO2 из них всего 0,72 %.
Рис 6. Номограмма для определения содержания SO2 в башенной кислоте.
Дальнейшее увеличение содержания основания в кислоте при данном парциальном давлении возможно только до некоторого предела, называемого равновесным состоянием. Переход через его границы вызовет выпадение из раствора моносульфита CaSO3. Для устойчивости бисульфита кальция в растворе обязательным является наличие некоторого избытка свободного SO2, соотношение между общим и связанным SO2 всегда должно быть больше 2.
Растворы бисульфита магния устойчивы и без избыточного SO2; наряду с бисульфитом Mg(HSO3)2 может содержаться и некоторое количество моносульфита MgSO3, а отношение общего SO2 к связанному в равновесном растворе будет всегда около 1,95. Такое положение определяется большей растворимостью бисульфита магния. Растворимым является и моносульфит, причем его растворимость растет с повышением температуры и зависит от концентрации общего SO2 в кислоте. При температуре ниже 43° растворимость MgSO3 понижается с увеличением концентрации общего SO2 до определенного предела, а за тем начинает расти. При температуре выше 43° растворимость растет с повышением содержания общего SO2. Такое явление объясняют тем, что в первом случае определяющей является растворимость SO2 в воде, во втором в Mg(HSO3)2.
Моносульфиты натрия и аммония хорошо растворимы вводе, и так как в растворах, применяемых в производстве, содержание основания ограничено — получение в этом случае растворов, насыщенных по сульфиту, исключено.