硫酸车间工艺规范贵溪.docx
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硫酸车间工艺规范贵溪
编号:
江西铜业公司贵溪冶炼厂
技术作业指导书
硫酸车间工艺规范
文件代码:
JC/GYWILS01
受控标记
分发号
拟制乔彦强
审核周淑珍
批准王希林
生效日期:
2002年6月1日
硫酸车间工艺原理
1烟气净化原理
1.1烟气净化目的
熔炼车间送来的烟气,除含有大量的氮气(N2),二氧化硫(SO2)和氧气(O2)外,还含有一些固态、气态形式存在的有害物质。
固态杂质是指在熔炼电收尘器中没有被除下仍以固态形式存在的物质,通称尘。
气态杂质通常有三氧化二砷(AS2O3)、氟化物、二氧化硒SeO2、三氧化硫(SO3),水蒸汽(H2O)、二氧化碳(CO2)和其它有色金属的氧化物,硫化物及这些金属的硫酸盐。
烟气净化的目的就是除掉这些有害杂质。
下面分析一下尘、砷、氟等主要杂质对催化剂、设备和成品酸质量的危害和影响。
1.1.1尘:
一级动力波入口含尘量的多少取决于熔炼电收尘器工况的好坏,通常在1~2g/Nm3左右。
尘的危害首先是会堵塞管道和设备,严重时会使生产根本无法进行。
其次,它会覆盖催化剂表面,使催化剂结疤,活性下降,阻力增大,转化率降低。
再其次,尘进入成品酸中使其杂含量增高,颜色变红或变黑,影响成品酸质量。
1.1.2砷:
砷在烟气中是以三氧化二砷(AS2O3)形态存在的。
烟气中含砷量的多少与铜精矿含砷量和熔炼生产条件有关。
三氧化二砷是危害催化剂最严重的毒物,也影响成品酸质量。
三氧化二砷能在催化剂表面生成不挥发的五氧化二砷(AS2O5),覆盖催化剂表面使转化率降低。
在温度低于550℃时,催化剂被砷饱和后,转化率下降到某一水平时继续通入含砷的烟气,转化率就不再继续下降。
当温度高于550℃时,砷的氧化物则与五氧化二钒生成挥发性的化合物V2O5·As2O5,使催化剂中的钒含量降低。
挥发物在后面几段催化剂层中凝结下来,形成黑色硬壳,使阻力增大,转化率显著下降。
砷进入成品酸会使硫酸在工业上的应用范围受到限制。
1.1.3氟:
烟气中的氟大部分以氟化氢(HF)的形态存在,小部分以四氟化硅(SiF4)形态存在。
氟化氢与二氧化硅(SiO2)会起化学反应生成四氟化硅(SiF4):
4HF+SiO2SiF4↑+2H2O
四氟化硅遇水后又会反应放出氟化氢
SiF4+(x+2)H2OSiO2XH2O↓+4HF↑
所以,氟化氢是腐蚀塔内瓷砖、填料瓷环和破坏催化剂载体(硅藻土的主要成分是二氧化硅)的严重毒物。
氟进入成品酸也会影响硫酸的用途。
1.1.4水分:
水份本身对催化剂无毒害作用。
但要严格控制进入转化系统烟气中的水份含量,其主要原因是:
(1)水份会稀释进入转化系统之前的酸沫和酸雾,会稀释沉积在设备和管道表面的硫酸,造成腐蚀。
(2)水份含量增高,会使转化后三氧化硫气体的露点温度升高,在低于三氧化硫气体露点温度的设备内,都会有硫酸冷凝出来,温度高和溶度不定(接近100%或含有游离SO3)的硫酸对设备有强烈的腐蚀作用。
(3)三氧化硫会与水蒸汽结合成硫酸蒸汽,在换热降温过程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸雾,酸雾不易被捕集,会随尾气排出,不但使硫的损失增大。
更严重的是污染了环境。
(4)水份进入转化器,使催化剂粉化,阻力上升。
因此,在实际生产中控制水份指标比控制酸雾指标更加重要。
1.1.5三氧化硫:
烟气中的三氧化硫一般在0.3%左右。
随着烟气温度的降低,三氧化硫会与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽,继而冷凝生成酸雾。
首先,酸雾因受机械力(惯性力和离心力等)的作用,沉积在管道及设备壁上或凝聚成较大的颗粒—酸沫,酸沫也更易凝集于管道和设备壁上,从而产生腐蚀。
其次,三氧化二砷、二氧化硒、矿尘等杂质常成为酸雾雾滴的核心,与酸雾一起进入催化剂中,引起催化剂中毒或覆盖催化剂表面,使催化剂结疤、阻力增大、转化率下降。
所以,在净化过程中应当尽可能把酸雾除净。
除上述各主要杂质外,烟气中还有其它的一些杂质,也应尽可能除去。
1.2烟气净化指标
从上述各项杂质危害来看,烟气净化的程度愈高愈好,也就是说经过净化后烟气中的杂质含量愈低愈好,事实上却受以下两个因素所制约:
(1)烟气净化越彻底,往往净化流程越复杂,设备投资和操作费用会越多,这必然受到经济条件的制约。
(2)烟气净化要彻底,必然要用先进的工艺和高效的设备,这直接受到硫酸工业的设计、制造和操作技术水平的限制。
也受到整个国家的工业发展水平和技术水平(如材料、仪表等)的限制。
目前,我厂执行的指标如下:
水份<0.1克/标准米3
酸雾<0.005克/标准米3
一级动力波循环液悬浮物<2.5克/升
1.3烟气净化的原则
烟气中的杂质在高温下一般以气态和固态两种形态存在,当温度降到一定程度后则以固态、液态和气态的三种形态同时存在。
它们的颗粒大小相差很大。
烟气净化主要指的是将固态和液态悬浮颗粒从气体中分离出去(或称气悬微粒的分离)。
烟气的干燥则是用浓硫酸吸收烟气中的水份。
粒径比较小的粒子如<1微米的,由于直径小、质量轻,气体分子对它连续而不规则的碰撞,产生显著的布郎运动(即粒子产生游移不定的曲折运动),达到障碍物表面而被捕集,这一作用与气体的分子扩散作用相似,所以也称扩散分离。
清除这样粒经范围的杂质,一般采用各种洗涤塔。
粒径小于2微米到0.01微米的杂质要靠更强大的外力作用才能从烟气中分离出来.常见的办法是使烟气通过高压电场,让粒子带上电荷被电力牵引到极板上,从而使杂质从烟气中分离出来。
粒径小于0.01微米的杂质,已渐渐接近分子大小,它的运动规律和气体分子相似。
它有极大的运动速度,有自身进行扩散的能力,因此就可以利用分子扩散传递的规律来进行分离,所以一般用吸收和吸附的方法把杂质粒子分离。
如用浓硫酸吸收水蒸汽分子、达到烟气脱水干燥的目的。
烟气净化的原则有以下三点:
(1)烟气中悬浮微粒的粒径分布很广,在净化过程中应分级逐段地进行分离,先大后小,先易后难。
(2)烟气中的悬浮微粒是以气、固、液三态存在,质量相差很大,在净化过程中应按微粒的轻重程度分别进行,要先固、液、后气(汽)体、先重后轻。
(3)对于不同大小的粒径微粒,应选择相适应的有效的设备。
1.4烟气净化原理
1.4.1烟气中的杂质在净化过程中的相互关系
在生产过程中通常首先将烟气中的尘分离掉。
这是因为:
一是烟气所含尘量很多,不先除去将影响其它杂质的净化;二是尘的颗粒大较易除去。
目前使用的洗涤净化流程,不需要预先把尘清除得很干净,因为在洗涤三氧化二砷,氟化物等杂质的同时,还能进一步把残存的尘除掉。
由于在洗涤时烟气温度骤然下降,三氧化硫气体便会与水蒸汽结合成硫酸蒸汽并形成酸雾(一般烟气温度降低到190℃-210℃的范围便会开始生成酸雾)。
三氧化二砷和二氧化硒也会在洗涤时因突然冷却,来不及被洗掉而成为微小的晶体颗粒悬浮在烟气中。
烟气中的氟化氢,在洗涤过程中是很容易被洗涤掉的,特别是容易被水或稀酸吸收。
酸雾、三氧化二砷和二氧化硒等它们各自发生凝聚的温度会因它们在烟气中原始含量的高低而不同。
酸雾的凝聚温度还与烟气中的水份含量有关,当酸雾首先出现时,由于酸雾颗粒小、数量极多、表面积很大,三氧化二砷,氟化氢和二氧化硒等会有相当的数量直接从气体状态被溶解于酸雾中。
当三氧化二砷和二氧化硒等结晶首先出现时,它们便会与烟气中的细小尘一起成为酸雾的凝聚核心,而被溶解于酸雾中(与此同时,当然会有相当部分的三氧化硫、三氧化二砷,氟化氢和二氧化硒被洗涤液吸收而溶于洗涤液中)。
因此,不管具体过程如何,在烟气中未被洗涤溶解的杂质微粒,最终几乎都要溶于酸雾之中。
至此,清除三氧化二砷、氟化氢和二氧化硒的任务,以及去除尘的任务,便同清除酸雾的任务结合在一起了,这样整个烟气的湿法净化便成为主要是气溶胶粒子的分离过程了,而且主要是集中到酸雾的清除上了。
这就是烟气湿法净化的特点,也就是烟气中杂质在净化过程中的相互关系。
1.4.2酸雾的产生和清除
我们先弄清几个概念问题:
大气中都含有一定量的水蒸汽,当气温降到某个程度,刚使露水出现,这个温度便叫做露点。
此时气体中的水蒸汽含量达到了极大值(也就是达到了饱和蒸汽压)。
一般情况下,气体温度愈高,饱和水蒸汽含量便愈大,饱和蒸汽压也愈高。
不同的水蒸汽含量就有不同的露点,一般是水蒸汽含量越高,露点温度也越高。
当气体温度下降到露点以下时,气体中的水蒸汽含量超过了饱和值,称为过饱和,温度再继续下降,使过饱和程度达到某一数值时,超过饱和的那一部分水蒸汽便开始在空间凝结成细小液滴,这便是雾。
开始生成雾的过饱和度称为临界饱和度。
以上讲的露点、饱和、过饱和、临界过饱和及形成雾等现象,不仅是含有水蒸汽的空气有,凡是含有可凝组分的气体也都有。
硫酸生产中生成酸雾的条件就是该温度下硫酸蒸汽的过饱和达到并超过了临界值,如果气体中原来就存在一些悬浮粒子(烟气中的尘等),由于它会成为雾的凝聚核心,从而使形成雾的临界过饱和度大降低,以至在气体温度稍高于露点时就会生成雾。
概括起来讲,生成露是冷的大表面上冷凝的现象,生成雾是空间凝结的现象。
空间凝结的温度一般要比表面凝聚的温度略低些才会出现雾,但若空间原已有大量微粒悬浮,则此时的空间凝结实际上成了在大量分散物的表面上冷凝,与在表面上凝聚就很接近了。
所以在硫酸生产上我们把含三氧化硫湿气体的露点就看成是形成酸雾的大致温度。
硫酸形成以后它是怎样发展变化的呢?
起初形成的酸雾,其颗粒是很小的,粒径一般在0.05微米以下,但由于有下列三种原因使它迅速地发展变大:
(1)烟气中残存的三氧化硫会继续与水蒸汽结合成硫酸蒸汽并进一步在酸雾表面凝结(几乎全部形成酸雾)。
(2)烟气中水蒸汽是大量存在的。
在过饱和条件下,水蒸汽会很快在酸雾颗粒上凝结并将酸雾稀释,最终使酸雾的浓度稀释到与气相中的水蒸汽分压相平衡的浓度(即酸雾的饱和水蒸汽分压与烟气中水蒸汽分压达到相等)。
(3)酸雾粒间互相碰撞,发生凝聚现象,使小颗粒变成较大颗粒,再不断地碰撞凝聚,细小颗粒逐渐变成了大颗粒。
从酸雾的生成到长大的过程,速度是较快的,但也需要一定的时间。
除雾效率随雾粒径的增大而提高是一条普遍性的规律。
所以在实际生产中,要想把酸雾除干净,就需要让酸雾粒子长大。
长大的办法除了要给出一定时间使其凝聚外,还要进一步把烟气温度降低,使烟气中水蒸汽和残存的硫酸蒸汽在酸雾粒子上凝结,这样就能使物粒较快地长大,以进一步提高除雾效率。
车间的绝热蒸发,稀酸洗涤,直接冷却净化流程,也是考虑到杂质的消除及酸雾粒子的长大,在一级动力波、气体冷却塔中酸雾形成后,让其逐渐凝聚长大(当然也有部分随其它杂质被除掉)。
这时再经过二级动力波进一步降温、除尘后(保证雾粒有足够的时间增大)进入电除雾器除去酸雾。
1.4.3烟气的冷却和除热
烟气带入干燥塔的水份大体等于出电除雾器烟气的饱和水蒸汽含量。
温度愈高含水量愈多、温度越低含水量愈少。
因此,要控制带入干燥塔的水份量,就要控制出电除雾器的烟气温度。
此温度由气体冷却塔的冷却水量及水温来控制的,要求是气体冷却塔(或电除雾器)出口烟气温度在39℃以下。
如果温度过高,则带到干吸系统的水份过多,无法维持干吸系统的水平衡,无法生产出合格的98%硫酸。
而温度过低则对冷却水量、水温的要求高。
烟气降温方式分两步进行:
第一步是只降温不移去热量。
也就是说烟气温度虽然降下来了但热量仍存在烟气中,称为绝热蒸发冷却或绝热降温。
一级动力波中就是如此,向烟气中喷淋洗涤液(稀硫酸)使烟气温度降低,烟气放出的热量基本上用于蒸发水份,变成水蒸汽进入烟气中。
在这种情况下,热量只是转变了一个形式。
烟气降低了温度,提高了湿含量(增大了水蒸汽含量)、热量形式由烟气的“显热”转变成水蒸汽的“潜热”。
这一步降温有一定限制:
当烟气中的水蒸汽含量达到了完全饱和时,烟气温度就再也降不下来了。
第二步是移热降温。
气体冷却塔就起此作用,在此设备中喷淋大量的经过冷却的洗涤液(稀硫酸)使烟气中所含的水蒸汽直接冷凝到洗涤液中,洗涤液则用大量的冷却水来降温,从而达到移热降温的目的。
1.4.4烟气的干燥
烟气干燥过程中要考虑的因素有:
1.4.4.1烟气温度和含水量。
烟气经过除尘、降温、除雾后,烟气中的水份却增加了,一般达到了饱和状态。
烟气中的水份含量与烟气温度有关,温度愈高其水份含量就越多,具体含水量G(Kg/m3)可计算如下:
式中:
PH2O——在一定温度下的饱和水蒸汽压,KPa:
P——大气压力,KPa;
Pin——干燥塔入口操作压力,KPa;
在烟气干燥过程中,硫酸吸收烟气中的水份,其浓度会逐渐降低,为使循环酸浓度保持在一定范围内,需要不断补入一定数量的98%硫酸和不断移走部分93%硫酸,补入和移走的数量是由烟气带入的水份量,亦即进干燥塔气体温度来决定的。
1.4.4.2干燥塔所用的硫酸浓度和温度。
一般根据四个因素来确定干燥烟气用的硫酸浓度和温度,
(1)硫酸液面上的水蒸汽分压要小,保证经干燥后的烟气含水量小于0.1克/标准米3。
(2)在干燥过程中尽量少产生酸雾或不产生酸雾。
(3)在干燥过程中对水的吸收的吸收速度要快,需要的吸收面积要小。
(4)对二氧化硫的溶解要少,尽量减少烟气中二氧化硫的损失。
硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸汽和三氧化硫等三个组分。
组分的含量通常以其蒸汽压的高低或以克/标准米3来表示。
这三个组分的多少,主要与硫酸浓度和温度有关。
浓度低于85%的硫酸,在100℃以下,硫酸液面上的硫酸蒸汽和三氧化硫很少,实际上可认为只存在水蒸汽。
浓度超过85%以后,随着酸浓度的上升,硫酸蒸汽的含量逐渐增加、水蒸汽含量逐渐减少。
硫酸液面上的三氧化硫要待酸浓度达94%时,温度在100℃的情况下,才有微量显示。
从水蒸汽分压愈小则吸水性愈强这点来看,希望硫酸浓度愈高愈好。
硫酸浓度对水蒸汽的干燥速度也有一定影响,由于硫酸液面上的水蒸汽分压随着酸浓度的增高而降低,所以酸浓度越高,干燥烟气中水份的推动力越大,干燥水份的速度也越快。
若所需干燥水份数量一定,速度快就可以减少干燥塔内的填料面积。
一般来说,当硫酸浓度低于93%时,所需填料面积随酸浓度的升高显著地降低。
浓度高过93%以后,浓度再提高所需填料面积减少的幅度就不大了。
总的看来,硫酸浓度愈高,所需填料面就愈小。
但是,硫酸浓度愈高,硫酸液面上的硫酸蒸汽分压愈高,就愈容易生成酸雾,而且生成的酸雾粒子愈小。
同时温度愈高,生成的酸雾也愈多。
其次,在硫酸浓度超过93%以后,浓度愈高,温度愈低,溶解的二氧化硫就愈多,随干燥塔的循环酸一起带出的二氧化硫损失也愈大。
所以,一般把干燥烟气的酸浓确定为93%,入塔酸温在35-45℃之间。
为了保证干燥效率和控制酸雾的生成量。
出塔酸浓度比进塔酸浓度降低的范围一般控制在0.3-0.8%,酸温升高不超过10℃。
1.4.4.3烟气干燥塔的指标。
我们规定干燥后烟气中的水份不超过0.1g/Nm3,这是因为经干燥后的烟气中残存的水份,与转化生成的三氧化硫结合成硫酸蒸汽,在进入吸收塔时生成酸雾。
从烟囱可观察到,干燥后烟气中水份含量在0.1g/Nm3以下,吸收率达99.95%。
尾气的颜色是很清淡的。
如果水份含量增高,尽管吸收率仍然很好,吸收塔顶排出的就是白烟。
随着干燥后水份含量的增高,可能生成的酸雾量增加,露点温度升高。
所以要严格控制干燥后烟气中的水份量。
1.5烟气净化的基本方法
对烟气进行净化的方法有两种:
(1)利用烟气通过液体层或用液体来喷洒气体,使烟气中的杂质得到分离的方法称为液体洗涤法或湿法气体净化。
(2)利用烟气通过高压电场,使悬浮杂质荷电并移向沉淀极而沉降分离,这叫电净制法气体净化。
1.5.1利用液体洗涤的烟气净化
将液体喷淋或分散成极细小的颗粒或极薄的液膜层,使之与烟气有充分接触的机会,由于惯性力,当气流冲击到液体颗粒或液膜层时,悬浮在气体中的杂质即被液体吸收着,从而与烟气分离。
烟气中的杂质受离心力和惯性力的作用,能够充分地从冷却了的和被水蒸汽所饱和了的烟气中除去。
将烟气冷却至水蒸汽的冷凝温度以后,水蒸汽开始冷凝,极小的杂质微粒就会起冷凝核心的作用,这样便可使这些微粒逐渐长大,易于从烟气中分离出去。
我车间应用液体洗涤烟气的设备有:
填充洗涤塔、动力波洗涤器、干燥塔等。
(干燥塔与填充洗涤塔的作用一致)。
1.5.1.1填充塔
填充塔的工作原理:
填充塔是气——固——液系统,塔内气液流速不大,在填料层中气液两相存在着稳定的界面,其工作原理用“双膜理论”来解释最为合适。
双膜理论是什么?
简单说来,在气液两相接触时其间存在着界面,界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜,一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后方可进行。
双膜理论的基本点:
第一,相同质的传递,是以分子扩散方式通过两层膜进行的。
在烟气洗涤、干燥和吸收作业中,气体或气体中某些组分通过气相主体以对流的形式扩散到气膜,然后以分子扩散的形式通过气膜到双膜界面而溶解于液膜,然后又以分子扩散的形式通过液膜,再以对流扩散的方式传递到液相主体。
第二,传质速度主要取决于传递的组分在气膜中的分压和在液膜中的浓度,在气膜中组分分压愈高,液膜中组分浓度愈低,传质速度愈快。
反之传质速度变慢。
第三,在气液两相的主体中,对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多,因此传递的阻力主要集中在两种膜上。
所以传质的速度决定在两膜中的扩散速度。
用液体吸收气体的速度又主要取决于气体通过气膜的扩散速度。
第四,在两膜中的扩散速度,与双膜的厚度成反比。
流速加快,双膜变薄,更新快。
也就是说,提高流速由于流体带动使滞流层变薄和不断更新,有利于传质。
根据“双膜理论”,在实际生产中我们可以从以下三个方面着手,强化其传质过程。
(1)提高气液流动速度,使气膜和液膜变薄更新快,有利于传质过程的进行。
但要注意流速过大,流体阻力随之增大,而且会出现液泛现象。
(2)增大气液接触面积,即一方面要注意选择表面积大,流体力学性能好的填料,另一方面要注意改进设备结构(因气液两相有稳定的界面,气液间的接触面积的大小,主要由设备结构所决定)。
(3)增加喷淋密度和改善喷淋状况,提高填料的润湿率,增加有效的接触面积。
但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫现象,更不能发生液泛现象。
1.5.1.2动力波洗涤器原理
湿式洗涤器是以液体作为洗涤液,通过气—液两相的接触,实现气—液两相间的传热、传质等过程,以满足气体净化、冷却、增湿等要求。
为了获得尽可能大的气—液两相接触面,实现气—液两相的充分接触,采用动力波洗涤器能够获得较理想的洗涤效果。
动力波洗涤器的作用原理是:
气体自上而下高速进入洗涤管,洗涤液通过特殊结构的喷嘴自下而上逆向喷入气流中,气液两相高速逆向对撞,当气—液两相的动量达到平衡时,形成一个高度湍动的泡沫区。
气—液两相呈高速湍流接触,接触表面积大,而且这些接触表面不断地得到迅速更新,达到高效的洗涤效果。
见图1。
图1动力波洗涤器作用原理
动力波洗涤器是一种与众不同的气体洗涤设备,它能同时完成几种气体净化任务。
将洗涤液喷入气流,使洗涤液和气体的动量达到平衡,因而在气体的必经之路上产生一个泡沫区。
该区为一强烈的湍动区域,其中液体表面更新很快,所以该器既能有效地脱除颗粒,又能有效地清除气态污染物,是一种造价低的急冷器。
动力波洗涤器实际上不止一种,而是有一个系列,每一种均运用泡沫洗涤,并按不同的工艺要求而专门制造。
在此系列中,有两种型号的洗涤器——逆喷型和泡沫塔型,用于硫酸的气体净化上,它们均已通过了考验。
我厂使用的是逆喷型洗涤器。
逆喷型洗涤器是一种环形孔板洗涤器。
在此器中,洗涤液通过一个非节流的圆孔,逆着气流喷进一根竖筒中。
工艺气体与洗涤液相撞击,生成的混合物沿径向甩向筒壁,从而在气—液界面区域形成强烈湍动区。
流体动量达到平衡,气液紧密接触而产生稳定的“驻波”,驻波“浮”在气流之上。
随气、液相对动量的大小而升降。
在泡沫区,由于气体与极大的且经常更新的液体表面接触,便发生颗粒捕集、气体吸收和气体急冷等情况。
逆喷型洗涤器的性能非常可靠,有着无故障操作的良好记录。
对含有20%固体悬浮物的气体也能正常洗涤。
1.5.2利用电离作用的烟气净化
我们利用电离作用来净化烟气的设备是:
用于湿烟气除酸雾的电除雾器。
电除器的原理,从功能上可将集酸过程大致划分如下:
如图2所示
图2静电除雾器原理
1.5.2.1集尘室发生电晕放电将烟气电离
使集酸极接地,在放电极上施加负的高压电,则放电极发生剧烈的电晕放电,集酸极室空间会充满负离子和电子。
1.5.2.2将烟气导入这个集酸极室的空间,则烟气中的酸雾就会带上负电。
1.5.2.3集酸、捕集
带电的酸雾粒子伴随着静电凝集,在电力的驱动下往集酸极移动,并附着在集酸极上,进行电性中和。
1.5.2.4清洗
附在集酸极上的酸雾或烟尘在集酸极上失去负电荷,靠自重和水冲洗经下部漏斗流入密封罐或一级动力波洗涤器。
2三氧化硫的吸收原理
2.1三氧化硫吸收的基本原理
化工生产中的吸收过程,一种是不明显的化学反应,为单纯的物理过程,称为物理吸收,如发烟硫酸吸收三氧化硫的过程。
另一种是具有明显的化学反应的吸收过程,被称为化学吸收。
如用硫酸水溶液吸收三氧化硫。
在生产硫酸的吸收操作中,这两种吸收过程都存在。
习惯上统称为三氧化硫的吸收。
按下列反应进行。
nSO3(气)+H2O(液)H2SO4+(n-1)SO3+Q
该吸收过程以化学吸收为例大体按下述五个步骤进行:
(1)气体中的三氧化硫从气相主体中向界面扩散。
(2)穿过界面的三氧化硫在液相中向反应区扩散。
(3)与三氧化硫起反应的水份,在液相主体中向反应区扩散。
(4)三氧化硫和水在反应区进行化学反应。
(5)生成的硫酸向液相主体扩散。
事实上,气体中的三氧化硫不可能百分之百被吸收,只有吸收气体中超过硫酸相平衡的那一部分三氧化硫,超过的越多,吸收过程的推动力就越大,吸收速度就越快,吸收率就越高。
一般把被吸收的三氧化硫数量和原来气体中三氧化硫的总数量之百分比称为吸收率。
式中:
n——吸收率,%
a——进吸收塔的三氧化硫数量,克分子;
b——出吸收塔的三氧化硫数量,克分子;
目前,我们车间的吸收率在99.95%以上。
2.2影响吸收率的因素
影响吸收率的因素主要有:
用作吸收剂的硫酸浓度,吸收温度和循环酸量、设备结构和气速等。
2.2.1硫酸浓度的影响
从三氧化硫吸收反应方程式中可以看出,吸收三氧化硫似乎可以用水,同时三氧化硫又能溶解在任何浓度的硫酸水溶液中。
因此,从单纯完成化学反应的角度来看,水和任意浓度的硫酸,都可以做为三氧化硫的吸收剂。
但从生产上要求对三氧化硫的吸收要快,要完全,不生产或尽量少生成酸雾,还要保证能够得到一定浓度的硫酸成品(工业硫酸)。
所以使用水和稀硫酸显然是不适宜的。
只有用浓硫酸吸收三氧化硫,才能达到上述要求,而且以98.3%为最好,当酸的浓度超过或者低于98.3%时吸收效率都是逐步降低的,只有当浓度为98.3%时,吸收率最高。
这是什么原因呢?
这是因为,当浓度高于98.3%时,以98.3%的硫酸液面上的水蒸汽分压为最低。
选择98.3%的硫酸作吸收剂、是兼顾了这两个特性。
在此浓度下,大部分三氧化硫能直接穿过界面与酸液中的水份结合生成硫酸。
少部分三氧化硫在气相中与水蒸汽反应,生成硫酸蒸汽后再进入酸液中。
当吸收酸浓低于98.3%时,硫酸液面上的水蒸汽含量,随着硫酸浓度的下降而增加。
气态三氧化硫与这种浓度的硫酸接触时,除直接被吸收的以外,还有相当一部
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