1.4.2 Физико-химические основы осушки газа

В промывном отделении газ практически полностью насыщается парами воды. Содержание водяных паров в газе, поступающем в сушильные башни, зависит от температуры; оно тем больше, чем выше температура газа.

Пары воды безвредны для ванадиевой контактной массы, однако их присутствие в газе приводит к образованию тумана в абсорбционном отделении, возможны большие потери серной кислоты с отходящими газами, так как туман очень плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре,необходима тщательная осушка газа. Осушка газа производится в насадочных башнях, пары воды абсорбируются концентрированной серной кислотой, орошающей сушильные башни.

При осушке газа серной кислотой скорость абсорбции паров воды определяется скоростью их диффузии через газовую пленку. Количество Q паров воды, диффундирующих через эту пленку, т.е. абсорбируемых серной кислотой (в кг/ч), выражается уравнением:

Q = K * F * ΔP, (1.4.1)

где

K – коэффициент абсорбции, кг/(ч∙Н);

F – поверхность соприкосновения фаз (поверхность насадки), м²;

ΔP – среднелогарифмическая разность давлений в начале и в конце процесса (движущая сила абсорбции), Н/м².

Движущую силу абсорбции рассчитывают по формуле:

, (1.4.2)

где парциальное давление абсорбируемого газа в начале и в конце процесса абсорбции, Н/м²;

равновесное давление абсорбируемого газа над жидкостью в начале и в конце процесса, Н/м².

При абсорбции в башнях с насадкой поглощение газов происходит на поверхности насадки, орошаемой жидким абсорбентом. Поэтому чем больше поверхность насадки, тем плотнее и быстрее протекает абсорбция. Однако с увеличением поверхности насадки возрастают размеры абсорбционных башен, и повышается их стоимость, в связи, с чем большое значение имеют способы повышения эффективности абсорбционного процесса при минимальной поверхности насадки, в частности путем увеличения коэффициента абсорбции, который в большей степени зависит от скорости газа.

Коэффициент абсорбции [в кг/(ч∙Н)] рассчитывается по уравнению:

K = K₀ * ω^m, (1.4.3)

где K₀ – константа, численно равная коэффициенту абсорбции при скорости газа 1 м/сек;

ω – фиктивная скорость газ в башне (без учета наличия в ней насадки), м/сек;

m – коэффициент, равный 0,5 при ламинарном потоке и 0,8 при турбулентном режиме.

При увеличении скорости газа повышается интенсивность абсорбции. Поэтому производительность абсорбционных башен может быть значительно повышена путем увеличения количества газа, пропускаемого через них за единицу времени. Однако с увеличением количества газа возрастают унос брызг и гидравлическое сопротивление башни, что является основным препятствием для повышения производительности существующих абсорберов.

Повышение гидравлического сопротивления абсорбционных башен при увеличении скорости проходящего газа выражается уравнением:

ΔP₂ = ΔP₁ * (ω₂/ω₁)², (1.4.4)

где ΔP₂ – гидравлическое сопротивление башни при скорости газа в насадке ω₂, Н/м²;

ΔP₁ – гидравлическое сопротивление башни при скорости газа в насадке ω₁, Н/м²;

ω₁ и ω₂ – скорости газа в насадке, м/сек.

При повышении концентрации орошающей серной кислоты константа абсорбции возрастает, одновременно увеличивается движущая сила абсорбции, так как уменьшается давление насыщенных паров воды над серной кислотой. Благодаря этому поверхность насадки в сушильной башне может быть уменьшена.

Рис. 1.7 - Зависимость поверхности насадки от концентрации орошающей кислоты (содержание SO₂ в газе 7%, скорость газа 0,6 м/с)

Из этих данных видно, что при повышении концентрации серной кислоты до 93% H₂SO₄ поверхность насадки, необходимая для осушки газа, уменьшается, а дальнейшее повышение концентрации кислоты не дает значительного эффекта в смысле уменьшения размеров сушильной башни. В то же время количество моногидрата, передаваемого из абсорбционного отделения в сушильное для повышения концентрации сушильной кислоты, значительно возрастает. В связи с этим увеличиваются расход электроэнергии и потери сернистого ангидрида с отходящими газами [1-5].