Równowagi w wieloskładnikowych układach atmosferycznych gaz-ciecz

• Autorzy: Wilkosz I.

Warianty tytułu

EN

Equilibria in multicomponent atmospheric gas-liquid systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z poważnych problemów globalnych spowodowanych zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego jest kwaśna mokra depozycja. Skuteczne ograniczenie tego zjawiska wymaga dokładnego poznania istoty procesów prowadzących do danego składu i odczynu wody atmosferycznej. Jednym z ważnych procesów decydujących o składzie wody atmosferycznej jest pochłanianie w niej gazowych zanieczyszczeń atmosfery. Z przeprowadzonego na podstawie literatury rozpoznania wynika, że w atmosferze dochodzi do ustalania się równowag w układach gaz-ciecz ( aerozolach, chmurach, mgłach, a często i w deszczach). Upoważnia to do badania tych układów metodami termodynamiki chemicznej. W niniejszej pracy przeprowadzono analizę termodynamiczna złożonych układów atmosferycznych gaz-ciecz z uwzględnieniem stężenia jonów wodorowych składu układu. Zrealizowanie tego zadania wymagało sformułowania pełnego modelu termodynamicznego równowagi układu wieloskładnikowego gaz - ciecz. W modelu uwzględniono nieidealność roztworów elektrolitów przez wprowadzenie współczynników aktywności obliczanych metodą Pitzera. Dzięki temu model jest słuszny zarówno dla roztworów rozcieńczonych (krople deszczu, mgły, chmury), jak i stężonych (ciekłe aerozole atmosferyczne). Za pomocą opracowanego pełnego modelu przeprowadzono analizę termodynamiczna podstawowych układów atmosferycznych: NH3-CO2-H20, NH3-SO2-CO2-H2O i NH3-H2SO4-HNO3-CO2-H2O. Na podstawie uzyskanych wyników przyjęto uzasadnione uproszczenia i sformułowano uproszczone, ale dostatecznie dokładne, modele termodynamiczne złożone równań opisujących równowagowy skład fazy ciekłej wymienionych układów w funkcji: 1) całkowitych stężeń kwasów i zasad obecnych w roztworze, 2) stężeń składników w fazie gazowej. W końcowym etapie pracy dokonano uogólnienia opisu równowagowego składu analizowanych układów, ich pojemności buforowej oraz obliczania średniego pH na dowolne układy typu NH3 - mocne zasady - mocne kwasy - słabe kwasy - CO2-H2O. Uzyskane w efekcie ogólne uproszczone modele termodynamiczne opisujące dostatecznie dokładnie równowagowy skład fazy ciekłej w funkcji całkowitych stężeń kwasów i zasad obecnych w roztworze, jak też i w funkcji stężeń składników w fazie gazowej stanowią dogodne narzędzie do badania stanów równowag w złożonych układach atmosferycznych gaz-ciecz. Mogą one również być przydatne w matematycznym modelowaniu procesów dynamicznych zachodzących w zanieczyszczonej atmosferze, upraszczając obliczanie siły napędowej tych procesów.

EN

One of the serious global problems caused by the atmospheric air pollution is acid wet deposition. In order to limitate this phenomenon effectively one has to get to know in detail the nature of chemical processes leading to a given composition and reaction of atmosperic water. On of the important processes which determine atmospheric water composition is absorption of the gaseous atmospheric pollutants. Data given in literature show that equlibria in atmospheric gas - liquid systems (in aerosols, clouds, fogs and often in rains) are reached. It gives a right to investigate these systems by chemical thermodynamics methods. In the present work a thermodynamic analysis of complex atmospheric gas - liquid systems was carried out taking into consideration a dependence of hydrogen ion concentration on composition of the system. In order to accomplish the aim of the work first of all the complete therodynamic nodel of multicomponent gas-liquid system equilibrium was formulated. In the model a nonideality of electrolyte solutions was taken into account by introducing the activity coefficients calculated by the Pitzer method. Owing to that, the model is correct for both diluted (droplets of rain, fog and clouds) and concentrated solutions (liquid atmospheric aerosols). By means of the developed complete model, thermodynamic analysis of basic atmospheric systems: NH3 - CO2 - H2O, NH3 - SO2 - CO2 - H2O and NH3 - H2SO4 - HNO3 - CO2 - H2O was carried out and calculations were made whose aim was to determine the influence of the type and concentrations of more important gaseous pollutants (NH3, H2SO4, HNO3, HCI, HNO2, SO2, CO2) on the atmospheric water equilibrium composition and reaction. Then, based on the obtained results, justified simplifications were made and simplified but accurate enough thermodynamic models were formulated. These models describe the equilibrium liquid phase composition of the aforementioned systems in the function of: 1) total concentrations of acids and bases present in the solution 2) concentrations of the components in the gas phase. At the final stage of the work generalization of the equilibrium composition description of the analysed systems, their buffer capacites and average pH calculation for any system of the type NH3 - strong bases - strong acids - weak acids - CO - H2O was made. The obtained general simplified thermodynamic models describing accurate enough equlibrium liquid phase composition in the function of total concentration of acids and bases present in the solution as well as in the function of gas phase components concentration constitute a convenient tool to examine states of equilibria in the complex atmospheric gas - liquid systems. They can be also usefull in mathematical modelling of dynamic processes which take place in the polluted atmosphere, simplifying the calculation of driving forces of these processes.

Słowa kluczowe

PL

zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego; układ gaz-ciecz; układ atmosferyczny; woda atmosferyczna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2000
• Tom: z. 43
• Strony: 1--210
• Opis fizyczny: Bibliogr. 156 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wilkosz I.

• Katedra Ochrony Powietrza Politechniki Śląskiej, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2, tel. [phone],