4. Абсорбція sо3

Триоксид сірки (сірчаний ангідрид) SО₃ має відносну молекулярну масу 80,062. Це безбарвний газ, що миттєво взаємодіє з парами води з утворенням туману сірчаної кислоти. При температурі 44 °С триоксид сірки перетворюються в безбарвну рідину; у твердому стані він може існувати в трьох модифікаціях: α-, ß- і у- з температурами плавлення 16,8, 31,5 і 62,2 °С відповідно. Модифікація α-SО₃ є мономером; ß- і у-SО₃ — полімерні модифікації. Сірчаний ангідрид α- форми є сильним окислювачем, його полімерні форми менш активні. Рідкий триоксид сірки змішується в будь-яких співвідношеннях з SО₂.

Газоподібний SО₃, реагуючи з HCl, утворює хлорсульфанову кислоту SО₂(ОН)Cl.

Теоретичні основи процесу абсорбції. Процес абсорбція SО₃ із отриманням сірчаної кислоти протікає по рівнянню:

nSO₃ + Н₂О = H₂SO₄ + (n - 1)SО₃

У промислових умовах абсорбцію сірчаного ангідриду здійснюють розчинами сірчаної кислоти, причому SО₃ взаємодіє з водою, що міститься в кислоті. Повнота абсорбції досягається при вживанні сірчаної кислоти певної концентрації і при температурі, відповідних мінімальному значенню рівноважного тиску пари SО₃ над поверхнею Н₂SО₄. Цим умовам відповідає 98,3%-ная Н₂SО₄. Проте навіть при незначному відхиленні від концентрації 98,3% Н₂SО₄ міра поглинання SО₃ різко знижується.

Чим нижче температура кислоти, що зрошує абсорбер, тим вище міра поглинання SО₃. У промислових умовах ця температура рівна ~ 60°С. При цьому досягається майже 100%-ная абсорбція SО₃, практично вона складає 99,9—99,99%. При зіткненні зрошувальної сірчаної кислоти з газовою сумішшю після контактного апарату з неї поглинається лише сірчаний ангідрид. Не поглинені гази і пари сірчаної кислоти, що виходять з моногідрату абсорбера, поступають у відділення очищення хвостових газів для видалення всіх домішок до ГДК, рівної 0,03 об’єм. % у перерахунку на SО₂.

Відділення абсорбції контактного виробництва сірчаної кислоти складається з двох абсорберів — башт, з’єднаних між собою послідовно: оліумного і моногідратного.

Газ, що виходить з контактного відділення, поступає через ангідридовий холодильник в оліумний абсорбер, а потім в моногідрат. Перший абсорбер зрошується 20%-ним олеумом, другий — 98,3%-ной сірчаною кислотою. В процесі абсорбції SО₃ концентрація олеуму зростає і на виході з апарату складає 21—22% SО₃, а концентрація Н₂SО₄ на вході в абсорбер моногідрату дорівнює 98,3%, а на виході підвищується до 98,7%.

Після виходу з першого абсорбера 21—22%-ний олеум поступає в збірку; сюди ж безперервно додається певна кількість кислоти із збірки моногідрату для підтримки постійної концентрації олеуму, що витрачається на зрошення першого абсорбера. Постійність концентрації кислоти, що зрошує абсорбер моногідрату, підтримується шляхом подачі в збірку 93—94%-ної кислоти із збірки сушильної башти.

Отримання сірчаної кислоти з газів, SО₃, що містять, і пари води, при температурі вище 400 °С можливо при охолодженні цих газів, оскільки при пониженні температури рівновага реакції утворення Н₂SО₄ зміщується убік утворення пари сірчаної кислоти, яка конденсується при подальшому охолоджуванні.

Конденсація сірчаної кислоти здійснюється в баштах з насадкою, в барботажних та інших конденсаторах.

В процесі абсорбції SО₃ виділяється тепло, яке відводиться в холодильниках. Холодильники після сушильних і моногідратного абсорберів виконують з сірого чавуну; холодильники для олеуму — з вуглецевої сталі. На великих виробництвах сірчаної кислоти застосовують кожух-трубчасті холодильники для олеуму, виготовлені з неіржавіючої сталі або з анодним захистом. Окрім кожух-трубчастих холодильників застосовуються також пластинчасті або спіральні. У якості агенту, що охолоджує, у ряді випадків замість води використовують повітря.

Основними апаратами у відділенні абсорбції є абсорбери типа насадки — для поглинання SО₃ — і холодильники для охолоджування циркулюючих кислот.

Олеумний абсорбер є сталевим апаратом, в нижній частині якого розташовані колосникові грати. На гратах є насадка з керамічних кілець Рашига або із сталевих кілець різного розміру. Насадка покращує зіткнення газу із зрошувальним олеумом, збільшуючи поверхню контакту. Так, на 1 т продукції, що виробляється, поверхня насадки складає від 600 до 1000 м².

Для зрошування насадки служать розбризкувачі. Щільність зрошування оліумного абсорбера близько 20 м³/(м²-год) при швидкості газу в перетині апарату 0,8 м/с. Абсорбер потужністю 1000 т/доб має діаметр 8 м і висота ~ 12 м.

У моногідратом абсорбері поверхня насадки на 20% більша, ніж у оліумному абсорбері; щільність зрошування досягає 35 - 40 м³/ (м²-год).