8.4.5. Абсорбция триоксида серы

Последней стадией в производстве серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из контактированного газа и превращение его в серную кислоту или олеум.

При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти полное извлечение SO₃ из газовой фазы. Для полного извлечения SO₃ необходимо, чтобы равновесное парциальное давление SO₃ 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 ещё 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(пары) → H₂SO₄(туман); ∆H<0

Туман плохо улавливается в обычном 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. Диаграмма фазового равновесия пар-жидкость для системы H₂O-H₂SO₄-SO₃ 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+nH₂SO₄+H₂O→(n+1)H₂SO₄

Использование серной кислоты более низкой концентрации приводит к интенсивному образованию тумана, а применение 100%-ной кислоты или олеума к снижению степени абсорбции. На рис.8.2. представлена зависимость скорости абсорбции триоксида серы от концентрации серной кислоты, используемой в качестве абсорбента.

А бсорбция триоксида серы сопровождается выделением значительного количества тепла. Поэтому, для обеспечения полноты поглощения триоксида серы процесс ведут при

98,3 % H₂SO₄

Рис.8.2. Зависимость скорости абсорбции от концентарции кислоты

охлаждении газа и абсорбента до 70-80⁰С и используют аппараты с большим абсорбционным объемом, обеспечивающие интенсивный отвод тепла. С этой же целью процесс абсорбции проводят в две стадии, используя на первой в качестве сорбента 20%-ный олеум, а на втором 98,3%-ную кислоту.

Однако в процессе абсорбции SO₃ происходит закрепление кислоты (повышение её 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 абсорбции представлена на рис. 8.3.

П одобная схема абсорбции позволяет получать кроме контактной серной кислоты концентрацией 92-93% также олеум различной концентрации.

Рис.8.3.Схема двухстадийного процесса абсорбции

1-холодильник газа, 2-олеумный абсорбент, 3- моногидратный абсорбер, 4-сушильная башня, 5-холодильник жидкого продукта, 6-сборник олеума, 7-сборник моногидрата.