ФХ основы процесса абсорбции SO3 из газа олеумом и моногидратом

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным методом является извлечение SO3 из газовой смеси (абсорбция) и превращение его в серную кислоту.

В большинстве случаев процесс поглощения триоксида серы ведется серной кислотой в насадочных башенных абсорберах. SO3 растворяется в серной кислоте, а затем взаимодействует с содержащейся в ней водой в соответствии с уравнением
n SO3 + H2O = H2SO4 + (n-1) SO3 + Q

Процесс абсорбции идет с выделением теплоты, поэтому разогревшуюся в результате этого кислоту необходимо постоянно охлаждать. Поглощение серной кислотой, а не водой ведут потому, что непосредственное взаимодействие H2O и SO3 ведет к образованию мелкодисперсного тумана серной кислоты, который очень плохо улавливается.

После абсорбции газ с непоглощенным триоксидом серы выбрасывается в атмосферу. Для предотвращения потерь SO3 и загрязнения окружающей среды отходящими газами, содержащими значительные количества SO3, процесс абсорбции должен быть максимально полным.

Для получения олеума газ, содержащий SO3, пропускают вначале через абсорбер, орошаемый олеумом (олеумный абсорбер). Здесь поглощается основная часть SO3. Окончательное поглощение происходит во втором абсорбере, орошаемом моногидратом (моногидратный абсорбер).

Олеумный абсорбер орошают олеумом, имеющим концентрацию не менее 19 % SO3 (св.) - в соответствии со стандартом на продукционную серную кислоту.

Моногидратный абсорбер орошается кислотой, имеющей оптимальную концентрацию 98,3…98,7 % H2SO4. Кислота такой концентрации хорошо поглощает SO3, так как давление паров H2O и SO3 над ней ничтожно мало. При большей или меньшей концентрации H2SO4 поглотительная способность ее уменьшается (см. диаграмму зависимости температуры кипения растворов H2SO4 от концентрации).

Причина образования тумана

Основное количество молекул SO3 диффундирует к поверхности серной кислоты и абсорбируется ею. Часть молекул SO3 встречается с молекулами воды, испаряющимися с поверхности кислоты и диффундирующими в основной поток газа. Сталкиваясь молекулы SO3 и H2O соединяются с образованием паров серной кислоты, которые конденсируются в объеме с образованием тумана H2SO4.

Сернокислотный туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу. При этом сернокислотная система "хвостит" - над трубой виден белый сернокислотный туман. Чем ниже концентрация кислоты и выше ее температура, тем больше выделяется из нее паров воды и больше образуется тумана, а следовательно больше теряется SO3.

Над кислотой концентрацией выше 98,3% H2SO4 равновесное давление p SO3 p > 0, поэтому он абсорбируется кислотой неполностью. В этом случае отходящие газы уносят часть непоглощенного SO3, но в виде молекул газа, который соединяясь в атмосфере с парами воды, образует «хвост» на некотором расстоянии от устья трубы.

Таким образом, при концентрации кислоты выше 98,3% полнота абсорбции также снижается, она тем ниже, чем выше концентрация кислоты и ее температура, так как с ростом температуры возрастает равновесное давление как SO3, так и H2O (при концентрации H2SO4 < 98,3%).

Назад