Вопрос №48
.odtВопрос №48: ХТС производства серной кислоты. Химическая, функциональная и структурная схемы. Физико- химические основы абсорбции триоксида серы. Решение концепции минимизации отходов.
Абсорбция триоксида серы - последняя стадия процесса производства серной кислоты.
Взаимодействие
SO3 + Н2О = H2SO4 протекает достаточно
интенсивно как в жидкой, так и газообразной
(паровой) фазах. H2SO4 может растворять в
себе SO3, образуя олеум. Этот продукт
удобен для транспортировки, 
поскольку
он не вызывает коррозии даже обычных
сталей. Олеум является основным продуктом
сернокислотного производства.
Минимизация отходов:
Фазовая диаграмма для тройной системы «H2O~H2SO4-SO3» представлена на рисунке. Особенностью этой системы является то, что в широком интервале концентраций раствора H2SO4 в паровой фазе присутствуют почти чистые пары воды (левая часть графика), а над олеумом (раствор 8О3 в H2SO4) в газовой фазе преобладает SO3 (правая часть графика). Минимальное содержание воды в паровой фазе будет наблюдаться при значении концентрации серной кислоты равной 98,3% (азеотропная точка). При этой же концентрации будет проходить минимальное образование H2SO4 в паровой фазе и наиболее полная абсорбция SO3. Если SO3 поглощать раствором меньшей концентрации, то реакция (6.8) будет в большей степени протекать в паровой фазе - будет образовываться туман серной кислоты, который уйдет из абсорбера с газовой фазой, что приведет к потерям продукта, выбросам в атмосферу и вызовет коррозию аппаратуры, и, если SO3 абсорбировать олеумом, то поглощение будет неполным. Диоксид серы практически не абсорбируется.
Условия и требования к процессу
Температура: с уменьшением температуры растут и растворимость газов (в данном случае SO-), и скорость реакции в жидкой фазе (в данном случае образования Н2SO4). При температуре менее 370 К SO3 поглощается практически на 100%. Таким образом, максимально возможное поглощение SO3 достигается при следующих условиях: концентрация H2SO4 в жидкости должна быть близка к азеотропной (98,3%) и температура процесса не должна превышать значения 350 К.
Основные требования к процессу абсорбции в производстве серной кислоты:
1) продукт олеум - раствор SO3 в максимально возможное поглощение SO3;
2) минимальное содержании серной кислоты в отходящих газах.
Этим требованиям отвечает двухстадийная (двухбашенная) схема абсорбции (рис. 6.33). Выходящий из реактора газ, содержащий SO3, последовательно проходит олеумный /и моногидратный абсорберы.
Н2О - противотоком подается в моногидратный абсорбер. Для обеспечения нужной для поглощения концентрации H2SO4 в поглощающей жидкости (98,3%) в абсорбере организована ее интенсивная циркуляция. Вследствие большого орошения в абсорбере увеличение концентрации за проход жидкости составляет не более 1-1,5%.
Образование серной кислоты и абсорбция триоксида серы — экзотермические процессы. Выделяющаяся теплота абсорбции отводится в холодильнике 5, установленном на линии циркуляции. Часть циркулирующей через моногидратный абсорбер кислоты поступает в олеумный абсорбер. За счет интенсивной циркуляции жидкости в нем абсорбция осуществляется 20%-ным раствором SO3 в H2SO4, который частично отбирается как конечный продукт - олеум.
Таким образом, в данной схеме выполняются основные требования: в олеумном абсорбере образуется продукт, а моногидратный абсорбер обеспечивает полное поглощение SO3. В случае необходимого получения продукта в виде моногидрата, из схемы исключают олеумный абсорбер (однобашенная схема абсорбции).