Высказанные соображения позволяют решить вопрос о выборе абсорбента. Диаграмма фазового равновесия пар – жидкость для системы H2O – H2SO4 – SO3 (см. рис. 1) показывает, что оптимальным абсорбентом является 98,3%-ная серная кислота (техническое название – моногидрат), соответствующая азеотропному составу. Действительно, над этой кислотой практически нет ни паров воды, ни паров SO3. Протекающий при этом процесс можно условно описать уравнением реакции:

SO3 + n H2SO4 + H2O à (n +1)H2SO4

Использование в качестве поглотителя менее концентрированной серной кислоты может привести к образованию сернокислотного тумана, а над 100%-ной серной кислотой или олеумом в паровой фазе довольно велико равновесное парциальное давление SO3, поэтому он будет абсорбироваться не полностью. Однако если в ачестве одного из продуктов процесса необходимо получить олеум, можно совместить абсорбцию олеумом (1-й абсорбер) и абсорбцию 98,3%-ной кислотой (2-й абсорбер).

В принципе при высоких температурах над 98,3%-ной кислотой может быть значительным парциальное давление паров самой кислоты, что также будет снижать степень абсорбции SO3. Ниже 100˚C равновесное давление паров H2SO4 очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная степень абсорбции (рис.3).

Рис.3 Степень абсорбции SO3 в моногидратном абсорбере при различных температурах: 1 – при 60˚С; 2 – при 80˚С; 3 – при 100˚С; 4 – при 120˚С.

100

1

99 2 4

Степень 98 3

абсорбции SO3,%

97

96

95 96 97 98 99 100

Концентрация H2SO4,%

Таким образом, для обеспечения высокой степени поглощения следует поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру ниже 100˚C. Однако в процессе абсорбции SO3 происходит закрепление кислоты (повышение ее концентрации) и в силу экзотермичности реакции увеличивается температура. Для уменьшения тормозящего влияния этих явлений абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H2SO4 при однократном прохождении абсорбера повышалась только на 1 – 1,5%, закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до концентрации 98,3%, охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию, обеспечивая высокую кратность циркуляции.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ

КИСЛОТЫ ИЗ СЕРЫ МЕТОДОМ ДВОЙНОГО

КОНТАКТИРОВАНИЯ.

1 – серная печь; 2 – котел – утилизатор; 3 – экономайзер;

4 – пусковая топка ; 5,6 – теплообменники пусковой топки;

7 – контактный аппарат; 8 – теплообменники; 9 – сушильная башня; 10,11 – первый и второй моногидратные абсорберы; 12 – сборники кислоты; 13 – выхлопная труба.

Исходная сера поступает в плавитель, где плавясь нагревается до температуры 120°C и уже в виде жидкости поступает в печь циклонного типа 1 и нагревается до t=1300°C затем в котел – утилизатор 2 поступает сверху в контактный аппарат 7 с температурой 440°C и концентрацией SO2 10%.

Воздух осушается в сушильной башне 9 орошаемый 98% - ной кислотой. После подогрева в теплообменниках 8б и 8в в межтрубном пространстве направляется в печь 1.

Газ после первого слоя теплообменника 8а по трубам снова возвращается в контактный аппарат 7. После 2 – го слоя газ поступает в теплообменник 8г по трубам и снова возвращается в контактный аппарат 7. После третьего слоя газ поступает на абсорбцию по трубам теплообменников 8д, 8б, 8в в первый моногидратный абсорбер 10. После абсорбции газ сверху выходит и через теплообменники 8д, 8б, 8в направляется на 4 –ый слой контактного аппарата 7. Перед 4 – ым слоем вводится дополнительное количество воздуха. После 5 – го слоя газ используется для подогрева воды в экономайзер 3 и уже оттуда направляется во второй моногидратный абсорбер 11, где происходит окончательное поглощение и выдача 93% H2SO4.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

СТРУКТУРНАЯ БЛОК – СХЕМА.

S + O2 = SO2

2SO2 + O2 = 2SO3

SO3 + H2O = H2SO4

S' ,огарок H2O

10 03

S

011 O2′+SO2′′+N2′ SO3+SO2′+O2"+N2 SO3'+SO2"+O2"'+N2

возд 1 2 3

012 12 23 302 выхлоп