16.54.2013 Контактное отделение современного сернокислотного завода

Контактированием называется процесс окисления сернистого ангидрид. Процесс происходит в присутствии катализатора. Для окисления газ приводят в соприкосновение с катализатором находящимся в стационарном или кипящем состоянии. Отношение количества SO2 превратившегося в SO3. к общему количеству SO2 к общему количеству в начале процесса называется степенью превращения (контактирование). В качестве катализатора применяется ванадиевая контактная масса, которая представляет собой смесь каталитически активного вещества (V2O5) активаторов и носителя, который создает структурную основу катализаторов.

Контактным окисление является типичным примером гетерогенного экзотермического катализа. В интервале 400-700С тепловой эффект (ДЖ/моль) с достаточной для технологических расчетов точностью может быть вычислен по формуле Q=10142-9,26xT

Где Т – температура в К

Реакция окисления SО2 в SО3 обратима. Равновесие в реакции окисления SO2 в соответствии с Ле Шателье сдвигаются в сторону образования SO3 при понижении температуры и повышении давления. Константа равновесия этой реакции выражается уравнением SO2+0,5O2SO3, Kp=PSO3\SO2xPO2 где Pso – равновесные парациальные давления. Контактирование для каждого типа катализатора начинается при определенной температуре называемой температурой зажигания. Для ванадиевой контактной массы температура зажигания 400С. Изменение температуры влияет на степень контактирования, при этом для каждой температуры имеется определенный предел называемый равновесной степенью контактирования которая выражается уравнением: Xp=PSO3\PSO2+PSO3. от скорости реакции окисления зависит объем контактного аппарата. Чтобы процесс был наиболее экономичным скорость реакции должна быть максимальной. Скорость реакции характеризуется константой скорости Кс=К0хе в степ Е/RT. Где К0-эмпирический коэффициент не зависящий от температуры; Е – энергия активации (дж/моль, Кал/моль); R-Универсальная газовая постоянная; Т-абсолютная температура в кельвинах. Так как энергия активации реакция окисления SО2 в So3 очень велика то скорость без катализатора мала следовательно роль катализатора состоит в понижении энергии активации для увеличения скорости реакции.

Аппаратура контактного отделения

1 контактные аппараты – применяют контактные аппараты с промежуточным теплообменом, с выносными теплообменниками, с кипящими слоями контактной массы. В контактных аппаратах с промежуточным теплообменом контактная масса размещена на решетках укрепленных в стенках аппарата или напорной трубе. Охлаждение газов после 2, 3, 4 слоев контактной массы производится путем добавления к газу холодного газа или воздуха.

26.09.13 Абсорбционное отделение современного сернокислотного завода

Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным методом является извлечение серного ангидрида из газовой смеси и превращения его в серную кислоту. В зависимости от того, подвергается ли газ осушке перед контактным аппаратом или нет, механизм процесса серного ангидрида различен. В первом случае SO3 абсорбируется серной кислотой, во втором происходит конденсация серной кислоты. Абсорбция – типичный гетерогенный процесс протекающий в системе газ – жидкость. Абсорбция SO3 протекает в два этапа. На первом этапе серный ангидрид растворяется в серной кислоте. На втором взаимодействует с водой, содержащийся в кислоте

nSO3+H2OH2SO4+(n-1)SO3

в зависимости от количественного соотношения воды и серного ангидрида получается серная кислота различной концентрации. при n>1 образуется олеум, при n=1 – моногидрат, а при n<1 водный раствор серной кислоты. После абсорбции газовая смесь вместе с не поглощенным серным ангидридом удаляется в атмосферу. Для уменьшения потерь SO3 с отходящими газами поглощение серного ангидрида в абсорбционном отделении должно быть более полным. Наибольшей способностью к поглощению газообразного SO3 обладает 98,3% серная кислота. Над более разбавленной кислотой возрастает давление паров воды. Часть серного ангидрида соединяется с этими парами воды, образуя пары серной кислоты которые при охлаждении конденсируются в объеме с образованием тумана. Если концентрация кислоты орошающий абсорбер выше 98,3% то над серной кислотой увеличивается давление паров SO3 что снижает степень поглощения SO3. образуется туман, в первом случае он образуется в самом абсорбере во втором – по выходе газа в атмосферу и при взаимодействии SO3 содержащегося в газе с парами воды окружающего воздуха. Температура при которой прекращается абсорбция называется критической температурой абсорбции. Если орошающая кислота имеет концентрацию 98,3% и выше, то для расчета процесса абсорбции применяют уравнение:

Q=K х F х дельP

где Q- количество абсорбируемого ,

К-коэф абсорбции (кг/м2xЧхмм.рт.ст),

F-поверхность насадки м2,

дельР-движ сила абсорбции.

Коэффициент абсорбции сильно зависит от линейной скорости газа и интенсивности перемешивания в зоне контакта фаз. С ростом скорости газа и интенсивности перемешивания интенсифицируются процессы обновления поверхности контакта фаз. Движущая сила процесса абсорбции определяется разностью парциальных давлений SO3 у поверхности контакта фаз и в потоке фаз поступающего на абсорбцию.

Аппаратура сушильно-абсорбционного отделения

1.Для осушки газа и абсорбции SO3 применяют насадочные абсорберы. Последние годы ведутся многочисленные исследования по замене их другими видами абсорберов (барботажными и распыливающими). Насадочные абсорберы представляют собой башни загруженные насадкой из тел различной формы. Насадку укладывают на колосниковую решетку. В моногидратных абсорберах применяется прямоток что позволяет работать с большими скоростями газа. При этом интенсифицируется массообмен и снижается гидравлическое сопротивление. Кислота стекает по насадке в виде пленки. Соприкосновение газа с кислотой происходит на смоченной поверхности насадки покрытой текущей пленкой. Олиумные абсорберы выполняют аналогично сушильным башням и моногидратным абсорберам. Но оросительное устройство изготовляют из стали.

2.холодильники кислоты. Для охлаждения кислоты применяют оросительные, кожихотрубные и спиральные холодильники.