Абсорбция серного ангидрида. Абсорбционное отделение и его аппаратура. Схема двухстадийного окисления и абсорбции

Лекция №7

Абсорбция серного ангидрида. Абсорбционное отделение и его аппаратура. Схема двухстадийного окисления и абсорбции.

Нитрозный способ получения серной кислоты, принципиальная схема.           

Абсорбция серного ангидрида. Абсорбционное отделение. Двухступенчатая абсорбция.

 nSO₃ +  H₂O→  H₂SO₄ +(n -1) SO₃    

 n   > 1-олеум

 n  = 1- моногидрат  (100% H₂SO₄)

Рекомендуемые материалы

 n  < 1- разбавленные  растворы  H₂SO₄

Стандартом  предусматривается содержание в  продукционном олеуме не менее 18,5% SO₃ (своб.)

1 ) при растворении в концентрированной H₂SO₄

m SO₃ +n H₂SO₄ *k H₂O → (n+m)H₂SO₄ *(k+m)H₂O +Q  

2) при растворении олеума в олеумном абсорбере

m SO₃ +n H₂SO₄ *kSO₃ → nH₂SO₄ (k+m) SO₃ +Q

Степень поглощения SO₃ зависит от t, p, c

Скорость процесса      Q = k F _∆P

Q- количество абсорбируемого SO₃, кг/ч

К- коэффициент  абсорбции ,кг/(м².ч. мм. рт. ст.)

F- поверхность насадки ,м²

_∆р- движущая сила абсорбции К= Ко*w^0,8

Ко – коэффициент  зависящий от Т и С серной кислоты

w - фиктивная скорость газа в абсорбере 

чем ниже температура, тем выше Ко

Чем больше F, тем выше скорость.       

∆Р={( Р₁^ﺍ - Р₂^״)-( Р₂^{ﺍ  -} Р₁^ﺍﺍ)} / 2.3lg {(Р₁^ﺍ - Р₂^״)/ (Р₂^ﺍ - Р₁^״)}

Где Р₁^ﺍ  и Р₂^ﺍ  - парциальное давление SO₃ в газе до и после абсорбера (Н/м²)

Р₁^״ и Р₂^״ – равновесное давление SO₃ над олеумом на входе его в абсорбер и выходе из него.

Абсорбция концентрированными растворами серной кислоты проводится при t =60ºС  и концентрация 98,3- 98,6% H₂SO₄ при орошении в моногидратном абсорбере.

 При этом достигается степень поглощения η=0,995 -0,999

В олеумном абсорбере происходит орошение олеумом  концентрацией 20%  SO₃ своб. или 85,3% (общ), t(олеума)=60-70ºС.

Выход олеума – доля продукта получаемого в виде олеума. Выход олеума тем больше, чем меньше паров воды и больше SO₃ содержится в газе.Как в скрубберах с насадкой – башнях орошаемых серной кислотой, так и аппаратах барботажного типа, где газ проходит через слой кислоты, серная кислота поглощает из газовой смеси только SO₃, остальная часть газа пройдя абсорберы удаляется в атмосферу.

1-олеумный абсорбер

2- моногидратный абсорбер

3- сборник кислоты

4- холодильники 

5- насосы

6- сушильная башня

КО- контактное отделение

Основной показатель работы абсорбционного отделения (полнота абсорбции SO₃).

Перед производством H₂SO₄ стоят следующие проблемы:

1. обезвреживаемые отходящих газов от SO₂, SO₃ применяется брызгоуловители, бисульфитные башни.
2. повышение степени использования сырья
3. увеличение энергетического коэффициента полезного действия.

               Двойная абсорбция – двойное контактирование.

Принципиальная схема ДК – ДА

1- 1 – окисление газа SO₂

2- 1 – первая степень абсорбции SO₃

1- 2 -  вторая степень контактирования

2- 2-вторая степень абсорбции SO₃

1 степень Х₁= 0,9- 0,95

2 степень  Х₂ = 0,995 – 0,997

В сернокислотной промышленности применяют разнообразные холодильники кислоты: погружные, оросительные, спиральные, трубчатые, воздушные и другие.

Кислоты охлаждаемые в холодильнике вызывают коррозию, поэтому холодильники  большинство изготавливаются из антегмита или свинца, холодильники охлаждающие олеум из углеродистой стали, холодильники сушильных башен, кислот и моногидрата из серого чугуна или кислотостойких сталей марок  Х18Н10Т    Х17Н13М2Т

Нитрозный метод получения H₂SO₄

Сущность нитрозного метода состоит в том, что обжиговый газ после очистки от пыли обрабатывают серной кислотой, в которой растворены окислы азота (нитроза )

SO₂+ N₂O₃ +H₂O → H₂SO₄ +2NO

NO + O₂ → NO₂

Процесс производства серной кислоты состоит из следующих стадий:

1. получение сернистого ангидрита

2. поглощение SO₂ нитрозой

3. окисление  SO₂ нитрозой

4. освобождение нитрозы от окислов азота (денитрация)

5. окисление выделившейся из нитрозы окиси азота кислородом в газовой фазе

6. поглощение окислов азота серной кислотой

  Свойства нитрозы. Нитрозой называют растворы окислов азоты N₂O₃ в водных растворах серной кислоты

2 H₂SO₄  + N₂O₃ =2HNSO₅ +H₂O +Q

H₂SO_{4  +} 2NO₂ = HNSO₅ +HNO₃ +Q

Нитрозилсерная кислота представляет собой белые бесцветные микроскопические кристаллы.

В водных растворах H₂SO_4,HNSO₅ гидролизуется:

HNSO₅ + H₂O ↔ H₂SO₄ +HNO₂

При концентрации 98% H₂SO₄ – 1,1%  гидролиза

При концентрации  57% H₂SO₄  -100% гидролиз

Принципиальная схема получения серной кислоты башенным способом.

1- денитрационная башня

2- продукционная башня

3- окислительная башня

4- абсорбционная башня

5- холодильник кислоты

Первая башня предназначена для выделения окислов азота из кислоты орошающей башню (денитрация) одновременно с денитрацией кислоты в башне 1 сернистый ангидрид частично абсорбируется серной кислотой и окисляется окислами азота.

Первая башня состоит из трех зон :

А)в нижней зоне происходит упаривание H₂SO₄ с выделением паров воды в газовую фазу.

В) в средней зоне окислы азота выделяются из нитрозы в следствии наибольшего её разбавления 

Г) в верхней зоне конденсируются поступающие снизу пары воды и следовательно происходит разбавление нитрозы и частичное окисление растворяющегося в ней SO₂ .

В первой башне из газа улавливаются остатки пыли, поглощают As₂O₃, SeO₂, конденсируются пары серной кислоты , образуется сернокислотный туман.

Вторая башня – происходит абсорбция сернистого ангидрида из обжигового газа серной кислотой и окисление SO₂  нитрозой (70-80%) продукционная кислота.

В башне 3 окись азота окисляется кислородом содержащимся в газе. Из окислительной башни газ поступает в башню 4, где окислы азота поглощаются орошающий её серной кислотой, эту башню называют абсорбционной.

 

При производстве башенной кислоты неизбежны потери окислов азота с отходящими газами, с продукционной кислотой. Для восполнения этих потерь в башню 1 и 2 подается HNO₃

Окисление SO₂   нитрозой.

Схема реакций образования H₂SO₄ в нитрозном процессе :

1)поглощение газа жидкостью (нитрозой)

SO_2(r) → SO_{2 (p)}

O_{2 (r )  →} O_{2 (p)}

2)Реакции в жидкой фазе

SO₂ +H₂O → H₂SO₃

HNSO₅ +H₂O → H₂SO₄ +HNO₂

H₂SO₃ +HNO₂ → H₂SO₄ +2NO +H₂O

NO +   1/2 O₂→ NO₂

NO + NO₂ +H₂О→ 2HNO₂

3) Выделение окиси азота  из жидкой фазы     

      

2HNSO₅ + H₂O = 2H₂SO₄ +(NO +NO₂)

NO_{(p )}→ NO_{(r )}

Окисление окислов азота в газовой фазе

2NO + O₂ → 2 NO₂

4)Удаление окислов азота из нитрозы.

Люди также интересуются этой лекцией: 14 Скорость точки в полярных координатах.

Из кислоты орошающей башню 1  окислы азота должны быть удалены полностью для уменьшения потерь окислов азота, и получение продукции высокого качества.

С увеличением содержания  SO₂ в газе скорость денитрации повышается в следствии возрастания скорости окисления SO₂ и образуется NO плохо растворимой в кислоте.

Наиболее интенсивно процесс денитрации серной кислоты в башне 1 протекает в средней зоне, где происходит наибольшее разбавление H₂SO_4. 

 

Контрольные вопросы:

1. Абсорбция серного ангидрида.
2. Абсорбционное отделение и его аппаратура.
3. Схема двухстадийного окисления и абсорбции.
4. Нитрозный способ получения серной кислоты, принципиальная схема.