Водно-химические режимы ТЭС и их расчёт: Учебное пособие, страница 5

                                            (2-3)

Как видим,  является функцией , т.е. рН. При →∞, →0, если →0,  →2. Оба предела в действительности не достигаются. В таблице 2.1 приведены численные значения , , и  в зависимости от рН, при условии  и =298 К.

В водоподготовке часто используются понятия «щёлочность по ФФ» (Щ_ф) и «щёлочность по МО» (Щ_м), мг-экв/кг, для определения характера ионов щелочных соединений, присутствующих в воде или конденсате. Как известно, Щ_ф и Щ_м определяется титрованием 0,1н. кислотой  отобранной пробы до рН, при котором  происходит смена окраски этих индикаторов (для ФФ при рН≈8,3, для МО при рН≈4).При рН<8,3 Щ_ф≤0.

Если раствор (конденсат) является щелочным по ФФ (Щ_ф>0), то при титровании его кислотой с фенолфталеином протекают следующие реакции:

,

т.е. с ФФ оттитровываются все гидраты и половина карбонатов. Тогда, мг-экв/кг:

                               (2-4)

          При титровании второй пробы того же раствора с МО, кроме приведённых двух реакций, добавится третья:

Следовательно, Щ_м, мг-экв/кг, равна:

                           (2-5)

      Общее количество СО₂ (связанной), моль/кг, равно:

                                 (2-6)

    Имея в виду, что , получим:

                         (2-7)

                 (2-8)

      Стоящие в скобках выражения являются функциями рН [2]. Поэтому, решив совместно уравнения (2-7) и (2-8) относительно , моль/кг, можно получить формулу для расчёта рН. Для этого примем (для конденсата) , при Щ_ф>0 =0, подставим численные значения и получим:

 (2-9)

Примеры

2-1. Определить в конденсате, содержащем  натрий в количестве =1 мг/кг и имеющем рН=5,5.

Решение.

Из уравнения (2-2) определяем

= моль/кг; или 14,4 мг/кг. Из этого количества СО₂  4,35·10^-5·44·10³=1,9 мг/кг находится практически в форме    и связана с натрием. В конденсате, содержащем только СО₂, рН=5,5 достигается растворением всего 1 мг/кг СО₂. Добавка же NаОН в количестве 1,74 мг/кг требует для достижения того же рН введения большего количества СО₂.

2-2. Определить рН растворов бикарбоната натрия при температуре 298 К.

Решение.

Для растворения NaНСО₃ имеет место  соотношение:

                                        =,

так как  в растворе  будут присутствовать главным образом ионы и . Тогда выражение (2-1) может быть написано в таком виде:

,откуда

                                                (2-10)

Равенство имеет физический смысл только при >0 и <1. Но >0 возможно только при рН≥7,0 (таблица 2.1). Это – нижний предел рН для концентраций бикарбонатов. Верхний предел рН определяется условием =1,0, что имеет место при рН=8,3. Пользуясь данными таблицы 2.1, можно также определить промежуточные  концентрации растворов бикарбонатов и их рН. По этой таблице  можно найти , что при конценрациях ≥0,7          мг-экв/л рН растворов остаётся практически постоянным, близким к 8,3. Другими словами, бикарбонатом натрия нельзя создавать рН  раствора  больше 8,3. Это можно сделать, использовав взамен NaHCO₃  кальцинированную соду. В этом случае можно  написать:

                                        ,

поскольку  молекула Na₂CO₃ содержит два грамма-иона натрия. Следовательно, уравнение (2-1) можно написать так:

                                или            (2-11)

Для сохранения физического смысла  в этом случае необходимо, чтобы >0 и <2. По данным таблицы 2.1 >0 достигается при  рН≥7, а<2 – при рН<12. Это означает, что растворы  Na₂CO₃  обладают рН в пределах 7-12 в зависимости от концентрации.

2-3. Общее количество (свободной и связанной) углекислоты в конденсате составляет , моль/л. Определить концентрацию СО₂ , бикарбонатов и карбонатов при рН=9 и температуре 298 К.

Решение.

По уравнению (1-7)         

Подставив в (1-4) и (1-5) это значение СО₂, получим:

    ;     (2-12)