6. Теоретичні основи процесу отримання баштової сірчаної кислоти

При окисленні SО₂ нітрозою в баштах з насадкою отримують сірчану кислоту. Процес виражається сумарним рівнянням:

SО₂ + N₂O₃ + Н₂O = Н₂SO₄ + 2NO

Цей процес протікає в рідкій фазі та є необоротним. Одночасно з утворенням сірчаної кислоти виділяється оксид азоту, який не розчиняється в сірчаній кислоті, тому виділяється в газову фазу та одразу реагує з киснем, що знаходиться в газі, по рівнянню:

2NO + O₂ = 2NO₂ + 112,8 кДж

Оксиди азоту NО і NО₂ взаємодіють один з одним та утворюють еквімолекулярну суміш

NO + NO₂ = N₂O₃ + 33,2 кДж

яка поглинається сірчаною кислотою з утворенням нітрозилсірчаної кислоти HNSO₅

N₂O₃ + 2Н₂SO₄= 2HNSO₅ + Н₂O

Оскільки процес взаємодії SО₂ з нітрозою є гетерогенним, його швидкість залежить від поверхні розділу газової і рідкою фаз.

Відповідно до рівняння реакції отримання сірчаної кислоти на 1 об'єм SО₂ в газову фазу виділяють 2 об'єми NO. Фактично гази після першої башти містять біля 1— 1,5 об'єму NO. Це підтверджується не лише хімічними аналізами, але і за допомогою розрахунку азотообороту — кількості оксидів азоту, необхідного для отримання 1 т Н₂SО₄:

1000N₂О₃ / Н₂SО₄ = 1000*76 / 98 = 775 кг N₂O₃, або 1290 кг НNO₃

Як показує практика, фактично потрібна кількість НNO₃ в баштових системах складає близько 500 кг, тобто приблизно 40% теоретичного. Це означає, що оксиди азоту неодноразово беруть участь в процесі переробки SO₂ в сірчану кислоту, що пояснюється окисленням NO в NO₂ не лише в газової, але і в рідкій фазі. Підтвердженням цього служить той факт, що в першій башті окислюється NO до NO₂ більше, ніж виходить з розрахунку окислення NO в NO₂ в газовій фазі.

Нітрозилсірчана кислота стійка з безводною сірчаною кислотою, у водних розчинах сірчаної кислоти вона гідролізується.

Міра гідролізу збільшується з підвищенням температури та зниженням концентрації сірчаної кислоти, наприклад, при кімнатній температурі існує наступна залежність міри гідролізу від концентрації Н₂SО₄:

Вміст Н₂SО₄ мас. % ……………98,0; 80,0; 70,0; 57,0.

Міра гідролізу HNSO₅ % ……..1,1; 27,7; 49,8; 100.

Реакційна здатність нітрози по відношенню до SO₂ зростає при збільшенні температури і в умовах глибокого гідролізу нітрозилсірчаної кислоти. На практиці для цієї мети до нітрози додають воду.

Технологічна схема

Процес отримання сірчаної кислоти нітрозним способом складається з наступних основних стадій: 1) отримання сірчистого газу; 2) окислення SO₂ нітрозою із здобуттям сірчаної кислоти і одночасним виділенням з неї оксидів азоту (денітрація); 3) підготовка оксидів азоту до абсорбції (здобуття N₂O₃); 4) абсорбція оксидів азоту із здобуттям нітрози; 5) санітарне очищення вихлопних газів.

Процес проводять в баштах з насадкою, що обумовлене необхідністю створення великої поверхні реагуючих фаз.

7. Технологічна схема отримання баштової сірчаної кислоти

Обпалювальний газ, отриманий спалюванням колчедану, після пічного відділення очищається від огаркового пилу в електрофільтрах і поступає в дві башти, що паралельно стоять, з яких одна є денітраціонною, а друга — продукціонною баштою. У денітратор поступає близько 25% загального об'єму газу. Після виходу з цих башт газ об'єднується в один потік і поступає в другу продукційну башту. Вміст оксидів азоту в сірчаній кислоті, зрошувальної продукціонної башти, складає близько 15 % N₂О₃, при температурі 60 — 75 °С.

Після продукціонних башт газ поступає в окислювальну башту, де оксид азоту NО окислюється в NО₂ з утворенням еквімолекулярної суміші, потрібної для максимальної міри абсорбції і забезпечення мінімуму викидів оксидів азоту в атмосферу. Підготовлений до абсорбції газ, що містить не більше 0,5 об’єм. % SO₂ і до 10 об’єм. % оксидів азоту послідовно проходить башти абсорбції. Остання башта абсорбції зрошується нітрозою з першої продукціонної башти, що містить не більше 0,5 про. % N₂О₃, при 40— 45 ⁰С.

Продукція, що випускається з денітраціонної башти, містить 75 мас. % Н₂SO₄ та 0,03 об’єм. % N₂О₃. Вся система працює при розрідженні; виняток становлять дві останні башти абсорбції, перед якими знаходиться вентилятор. Зрошуючи кислоти охолоджуються в холодильниках. Хвостові нітрозні гази, що містять після третього абсорбера біля 0,1—0,15 об’єм. % N₂О₃, прямують на санітарну очистку і через вихлопну трубу викидаються в атмосферу.

Подача кислоти для зрошування башт здійснюється за допомогою відцентрових насосів, розташованих в закритих приміщеннях. Башти і холодильники знаходяться на відкритому повітрі. Башти зверху захищені шатром; їх обслуговування здійснюється з майданчиків, сполучених між собою сходами.