Абсорбция триоксида серы

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную кислоту.

nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3+Q,.

если n>1, то получается олеум (раствор SO3 в H2SO4), если n=1, то получается моногидрат (98,3% H2SO4), если n<1, то получается разбавленная серная кислота.

При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO3 из газовой фазы. Для полного извлечения SO3 необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO2 над растворителем было ничтожно малым, так как при этом будет велика движущая сила процесса абсорбции. Однако, в качестве абсорбента нельзя использовать и такие растворы, над поверхностью которых велико равновесное парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO3 будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде — азоте, т. е. с образованием сернокислотного тумана:

SO3(г) + H2O (г) H2SO4(г) H2SO4(туман); Q>0.

Туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу, при этом загрязняется окружающая среда, и возрастают потери серной кислоты.

Высказанные соображения позволяют решить вопрос о выборе абсорбента. 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 + nH2SO4 + H2O= (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 качестве 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*С равновесное давление паров H2SO4 очень мало и поэтому может быть достигнута практически 100%-ная степень абсорбции.

Таким образом, для обеспечения высокой степени поглощения следует поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру ниже 100? С. 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.

Технические параметры серной кислоты:

ГОСТ 2184–77.

Массовая доля серной кислоты (H2SO4), %, не менее 95,0−96,5.

Массовая доля железа (Fe), мг/кг 75.

Массовая доля меди (Cu), мг/кг 0,2.

Массовая доля хрома (Cr), мг/кг 0,7.

Массовая доля молибдена (Mb), мг/кг 0,1.

Массовая доля диоксида серы (SO2), мг/кг 20.

Массовая доля свободной серы (S), мг/кг 0,15.

Массовая доля органических веществ, у. е. оптическая плотность. 0,08.

Упаковка.

Упаковывают в кварцевые или стеклянные емкости в зависимости от марки кислоты.

Транспортировка.

Транспортируют в цистернах из кислотостойкой стали Ст3. Все люки цистерны после налива закрываются крышками на все болты с установкой фторопластовой прокладки или другого коррозиестойкого материала по отношению к кислоте.

Срок хранения.

Один месяц со дня изготовления. Хранится в емкостях из стали марки Ст3 или специальной стали, как не футерованных, так и футерованных кислотоупорным кирпичом или кислотоустойчивым материалом.

Список оборудования применяемого в данном проекте:

• 1) Печь для сжигания серы КС-200.
• 2) Промывная башня (брызгоулавливатель) марки ПБ.
• 3) Сушильная башня марки СБ.
• 4) Контактный аппарат марки К-39−4 (производительность 2,92 т /ч).
• 5) Абсорбер для кислоты технической марки АТ.
• 6) Абсорбер для кислоты реактивной АР.