1. Абсорбция триоксида серы.

Третья стадия получения серной кислоты – это взаимодействие SО₃ с водой:

SО₃ + Н₂О = Н₂SО_4; ∆H<0.

Анализ этого уравнения. Реакция взаимодействия триоксида серы с водой – это реакция:

– практически необратимая,

– быстрая,

– экзотермическая,

– протекающая одновременно в жидкой и паровой фазах.

Особенность этой реакции заключается в том, что реакция протекает одновременно в жидкой и в газовой фазе. Поэтому в газовой фазе образуется устойчивый туман

SО₃(г.) + Н₂О(пар) = Н₂SО₄(туман),

который плохо поддаётся улавливанию.

Следовательно, вода не может быть использована в качестве поглотителя.

Более подходящим поглотителем является 98,3%-я серная кислота, так как данной концентрации отвечает самое низкое давление паров воды над раствором. Поэтому степень поглощения триоксида серы в жидкой фазе при этой концентрации будет максимальной. Конечный продукт образуется не в виде тумана, а в виде моногидрата.

В промышленности моногидратом называют серную кислоту с концентрацией несколько меньшей 100% (98 %).

Дальнейшим насыщением получают олеум:

nSО₃ + Н₂SО₄ = Н₂SО₄∙nSО₃

Образующийся олеум – один из товарных продуктов производства серной кислоты. Разбавлением олеума получают серную кислоту необходимой концентрации.

Главное требование к процессу абсорбции – обеспечить возможно более полное поглощение триоксида серы, что должно снизить потери сырья и обеспечить снижение затрат на очистку отходящих газов.

Итак, оптимальная концентрация абсорбента – 98,3%-я серная кислота.

На полноту и скорость процесса абсорбции влияют и другие факторы.

Влияние температуры. Абсорбция сопровождается выделением тепла, а повышение температуры может существенно снизить эффективность абсорбции. Поэтому выделяющееся тепло необходимо отводить. Для этого абсорбционные башни снабжены охлаждающими элементами. Кроме того, для охлаждения орошение берут в избытке.

Скорость абсорбции увеличивается с увеличением давления и увеличением площади соприкосновения. Поэтому процесс ведут при повышенных давлениях в башнях с насадкой.

Очевидно, что после контактирования перед абсорбцией газ должен охлаждаться. В промышленных условиях газ охлаждают до температуры 65 – 80ºС, используя избыток орошения. Кроме того, для охлаждения, как уже было сказано, применяют охлаждающие элементы.

На рисунке (Рис.24) представлена упрощенная схема абсорбции триоксида серы и получения серной кислоты.

Рис. 24. Схема процесса абсорбции в производстве серной кислоты.

1 – абсорбер; 2 – сборник; 3 – холодильник; 4 – насос.

В абсорбционном отделении поглощение газа проходит в двух последовательно соединённых башнях:

– первая орошается 20%–м олеумом (олеумный абсорбер)

– вторая орошается 98,3%–й серной кислотой (моногидратный абсорбер).

Выделяющееся тепло абсорбции отводят в теплообменниках.

Поглотители берутся в большом избытке для лучшего отвода тепла.

Насыщение поглотителя триоксидом серы допускается не более 1%.

По мере заданного насыщения поглотители (олеум и моногидрат) разбавляются в соответствующих сборниках (олеумном и моногидратном) до исходной концентрации и вновь поступают на орошение в поглотительные башни. Предварительно часть олеума или моногидрата отводится на склад.