книги из ГПНТБ / Амелин А.Г. Производство серной кислоты из сероводорода по методу мокрого катализа

Рис. 22. Зависимость содержания H2S04 в газе после поглощения от температуры 95%-ной кислоты:

/—опытные данные; 2—давление паров H2SO4 над 95%-ной серной кислотой.

нако приведенные положения справедливы и для этого случая., так как поверхность кислоты обновляется и температура ее мо­ жет быть принята постоянной на всем пути движения газового потока.

Процесс конденсации серной кислоты в барботажных аппара­ тах изучался в лабораторных и полузаводских условиях. В ла­ бораторных опытах газовую смесь, содержащую пары Н25 0 4, пропускали через слой серной кислоты при разной температуре и концентрации кислоты13 и опре­ деляли количество паров серной кислоты, конденсировавшихся при прохождении газа через слой кислоты.

Результаты опытов приведе­ ны на рис. 22. На оси абсцисс отложена температура кислоты в поглотительном аппарате, на оси ординат—общее содержанье H.,S04 в газе после поглощения (в виде паров и тумана). Из приведенных, данных следует, что содержание H.,S04 в выходя­ щем газе с повышением темпера­ туры вначале уменьшается, до­ стигает минимума, а затем уве­ личивается. Такая зависимость обусловлена тем,что при низкой температуре кислоты в поглоти­ тельном аппарате возникающее

пересыщение паров серной кислоты превышает критическую величину, вследствие чего происходит конденсация паров в объеме и образование тумана. Чем ниже температура, тем больше возни­ кающее пересыщение пара и больше образуется тумана, но остает­ ся меньше паров H,S04. С повышением температуры возникающее пересыщение уменьшается, в свою очередь уменьшается и коли­ чество образующегося тумана и возрастает степень конденсации па­ ров серной кислоты. В точке минимума туман вовсе не образуется; содержание серной кислоты в газе соответствует давлению на­ сыщенного пара в этой точке.' При дальнейшем повышении тем* пературы давление насыщенного пара над серной кислотой увели­ чивается, вследствие чего степень конденсации снижается и воз­ растает содержание паров серной кислоты на выходе из поглоти­ тельного аппарата. Конденсация паров серной кислоты прекра­ щается, когда давление насыщенного пара над серной кислотой Становится равным давлению паров серной кислоты в поступающем газе.

Полузаводские опыты конденсации серной кислоты14 в барботажном аппарате проведены на установке производительно­

101

стью 2 т серной кислоты в сутки. Схема установки изображена на рис. 23.

Серный ангидрид, поступающий по газоходу 1 из контакт­ ного аппарата, проходит через диафрагму 2 для измерения коли­ чества газа в электрический подогреватель 3. К подогретому сер­ ному ангидриду добавляется водяной пар, также предваритель­ но подогретый в аппарате 5. Газовая смесь при температуре выше 300° поступает в первый барботажный конденсатор 7. Конденсатор представляет собой вертикальный цилиндрический

Рис. 23. Схема опытной установки абсорбции серного ангидрида из влажного газа:

/ —газоход из контактного аппарата; 2, 5—диафрагмы; 3, 5—электрические подогреватели j 4—паропровод; 7—барботажныз аппараты; 8—мерники кислоты; 9—электрофильтр; 10—оптичес­ кая труба; а—точки замера температуры; б—точки отбора проб газа на анализ; в—точки заме­ ра давления.

стальной котел, футерованный кислотоупорными плитками; внут­ ри него установлен чугунный холодильник. Газ поступает в ко­ локол, выполненный из хромистого чугуна, с зубцами по нижней кромке, проходит слой кислоты и направляется в следующий конденсатор. На установке имеется три таких конденсатора. Пройдя барботажные конденсаторы, газовая смесь поступает в электрофильтр 9 и далее в оптическую трубу 10, установленную для контроля полноты поглощения, а затем удаляется в атмо­ сферу.

Тепло, выделяющееся при охлаждении газа и образовании серной кислоты, отводится при помощи кислотных холодильни­ ков или расходуется на испарение воды, подаваемой в каждый из барботажных конденсаторов. При высокой температуре, кото­ рая поддерживается в барботажных конденсаторах, равновесное давление паров воды над серной кислотой высокое. Вследствие

102

этого вода испаряется, пары воды переходят в состав газа и от­ водятся вместе с ним в атмосферу.

В табл. 28 представлены результаты проведенных опытов.

					Т а б л и ц а 28
Результаты		полузаводских опытов конденсации			паров серной	кислоты
			в барботажных аппаратах
			Температура кислоты		Концентрация
			в поглотителях, °С				Степень
					продукционной
							конденсации
					кислоты
so3	н2о	I '					О'
			II	Ш	%
6,5	9,0	217	168	118	95,5		99,8
5,5	20,0	230	195	140	89,0		99,8
Из	данных таблицы видно, что содержание водяных паров
в газе	при указанной		концентрации S03 (6,5% и 5,5%) не влияет

на степень конденсации паров H2S04, но заметно сказывается на

концентрации				продук­		|
ционной			киблоты.
Для повышения кон­
центрации кислоты про­
цесс	конденсации				сле­
дует		проводить при бо­
лее	высокой			темпера­
туре.				опыты
Заводские
конденсации серной ки­
слоты		в	барботажных
аппаратах с подачей во­
ды в		конденсатор			для
охлаждения серной ки­
слоты		проводились на
установках, ^смонтиро-
ванных			по схеме (рис.
24), применяемой также
в промышленности (см.
главу V, стр. 140 и сл.).
Барботажный					кон­	Рис. 24» Схема процесса конденсации в барбо-
денсатор			представляет			тажном аппарате:
собой		горизонтальный				1—барботажный конденсатор; 2—электрофильтр; 5—хо­
						лодильник кислоты; 4—термопары; 5—регулирующие
цилиндрический котел,						клапаны.
разделенный двумя					пе­

регородками натри камеры. Горячий газ последовательно проходит слой кислоты в каждой камере и по выходе из конденсатора по­ ступает в электрофильтр для улавливания брызг (увлекаемых

103

газом из конденсатора) и тумана серной кислоты (в случае его образования). Все три камеры сообщаются между собой каналами в перегородках. Серная кислота, накапливающаяся в третьей по ходу газа камере, перетекает во вторую камеру, а затем в пер­ вую. Отсюда кислота через патрубок поступает в холодильник и далее перекачивается на склад.

Концентрация кислоты в камерах зависит от ее температуры, которую регулируют непрерывным добавлением в каждую ка­ меру определенного количества воды. При испарении воды по­ глощается большое количество тепла и температура в конденса­ торе снижается. Пары воды вместе с отходящими газами отводятся в атмосферу.

Условия проведения процесса (скорость газа в барботажных

трубах, глубина барботажа,		число ступеней конденсации и
др.),	при которых достигается	заданная	степень конденсации
паров	серной кислоты в барботажном		конденсаторе, опреде­

ляют обычными методами12, учитывая, что в процессе охлажде­ ния газа дополнительно выделяется тепло образования паров серной кислоты по реакции (III, 3). Однако такие методы расчета процессов массопередачи могут быть применены в тех случаях, когда пересыщение конденсирующихся паров не превышает критической величины, т. е. если S < S Kp. Определение величины возникающего пересыщения пара S в рассматриваемом случае особенно важно, так как пары серной кислоты легко конденси­ руются в объеме с образованием устойчивого тумана. В связи с этим при расчете процесса конденсации паров серной кислоты необходимо установить пересыщение пара, возникающее в раз­ личных стадиях процесса, чтобы определить границу примени­

мости обычных	формул расчета	процесса	массопередачи.
В первых двух камерах конденсатора			температуру	кислоты
целесообразно	поддерживать в	таких пределах, чтобы		возни­

кающее пересыщение паров серной кислоты было ниже критиче­ ского и чтобы пары конденсировались на поверхности без об­ разования тумана. В третьей камере температура серной кис­ лоты понижается настолько, что ее пары конденсируются прак­ тически полностью (содержание паров серной кислоты в отхо­ дящем газе обычно ниже санитарной нормы). Но часть паров в этих условиях конденсируется в объеме с образованием неболь­ шого количества тумана серной кислоты.

Однако при повышении температуры . кислоты в третьей ка­ мере образуется крупнодисперсный туман, что облегчает его выделение в фильтрах.

Расчет процесса конденсации паров серной кислоты в бар­ ботажном конденсаторе и определение возникающего пересы­ щения могут быть проведены довольно сложным методом по­ слойного расчета (стр. 90). Ниже приводится приближенный, более простой метод расчета, достаточно точный для практичес­ ких целей.

104

При подъеме в кислоте пузырек газа встречает все новыеслои кислоты, температура которых может быть принята постоян­ ной (в первом приближении). Поэтому для расчета процесса конденсации паров серной кислоты в барботажных аппаратах могут быть использованы уравнения (III, 36) и (III, 37) после ин­ тегрирования их при постоянных значениях Тг и рг. Влияние выделяющегося тепла образования паров серной кислоты учиты­ вается введением поправки на Д(, определяемой по уравнению (IV, 18), как при расчете процесса конденсации в трубе (стр. 96). Расчет состоит в последовательном определении температуры кислоты, в каждой камере конденсатора. Концентрация кислоты в первой камере должна соответствовать требованиям ГОСТ

2184—43 (не менее 93% H2S04).

П ри м ерн ы й п р и б ли ж ен н ы й					р асч ет проведен		д л я	первой	кам ер ы б а р б о т аж -
ного к о н д ен сато р а . С остав г а за					у к а з а н	в таб л .	25	(стр.	90), к о л и ч ество его
у вели чен о	в 215 р а з		в	соответствии с		п ри н ято й	в	дан н ом	р асч ете п р о и зво д и ­
тельн остью	а п п а р а т а — 1			т H 2S 0 4 в час . Т еп ло отвод и тся путем и с п а р ен и я воды ,
д об авляем ой в		к аж д у ю		кам еру .	В дан н ом при бли ж ен н ом расч ете не у ч и ты в ает ­
ся изм енение		объем а	г а за в процессе кон ден сац и и					паров.
И с х о д н ы е			д а н н ы е		(для	первой	кам еры ):

Температура газа на входе в камеру (/г°)

40,3

450°

Парциальное давление паров SO:)

(р») . .

мм рт. ап.

К оэф фициент

3

......................................................

0 ,5 5

Концентрация кислоты (С>).......................

93% H3S04

Температура кислоты (t,*)

245°С

П ри н и м аем ,

что р азн о сть

тем п ер ату р ы

г а з а

по

вы ходе

из

п ервой

кам еры и

тем п ер ату р ы

кислоты

в

этой

к ам ер е

со ст ав л я е т

— ^

=

10°.

Т ак и е у с л о в и я ,

обы чно сущ ествую щ и е

в

к о н д е н с а т о р а х и

б ар б о таж н ы х

к о н ц е н тр ато р а х

сер*

ной

к и слоты 16

на за в о д с к и х

у с т а н о в к а х ,

дости гаю тся

при

соответствую щ ей

скорости г а з а

в

б а р б о таж н ы х

т р у б а х

и достаточной

глуб и н е

и х п о г р у ж е н и я .

О п р ед ел яем

т ем п ер ату р у

г а з а

н а

вы ходе

из

п ервой

кам еры :

i \ =

2 4 5 + 10

=

255»

Д а в л е н и е насы щ енного

п а р а серн ой

кислоты

находим

п о у р а в н ен и ю

( I I I ,

34), п о д с т а в л я я

в

него

коэф ф ициенты ,

п ри вед ен н ы е

в т а б л . 22

(стр.

62)

рк} = 1 3 ,0

мм pm. cm.

П од стави в эти

зн ач ен и я

в у р авн ен и е

( I I I , 39),

получим :

,/255 — 245)0,55

	Рг =	^4 5 о Д 1 '945.1		( 4 0 .3 —	13,0)	+	1 3 , 0 =	1 8 ,2 мм	p m . cm .
П р и	/ ’= 2 5 5 °		и р '= 1 8 ,2	мм prn.	ап.	з = 0 ,7 5 ,		поэтому	из	у р а в н е н и я
(IV , 18)	следует:
	Д/ =	5.2[(40,3 — 18,2)(1 — 0 ,015)+					18,2(0,75—0,015)] =			185°
У ч и ты в ая		эту	п о п р ав к у ,	получим :
,	/	255 — 245 \о,55
Рг = ( 450 +			201 — 245/	(4 0 ’ 3 — 13.°) + 13,0				= 16’3	м м -	Р' п • с т -

105

Д а в л е н и е

насы щ ен ного

п а р а

серной

к и сл о ты

р„

при

255°

с о став л я ет

17,6

м м

ptn .

ст . П о

у р а в н ен и ю

( I I I ,

32) п олуч аем :

S

=

16,3

0 ,9 2 6

=

Т а к

к а к

в

эти х у с л о в и я х

S < S Kp.

(см. рис.

11, стр .

64),

то

возм ож ность

о б р а з о в а н и я

т у м а н а

и склю чается .

Д а в л е н и е

п ар о в

воды

в г а з е

после

п ервой

кам ер ы

о п р ед ел и тся

т а к ж е из

у р а в н е н и я

( I I I ,

39),

но

в

нем

следует

п р и н я т ь

д р у го е

зн ач ен и е

а = 1 *

и р а в н о ­

весн ое д ав л ен и е

п ар о в

воды

н а д

серной

ки слотой

р щ о = 2 0 4

м м

p m .

cm.

{tK=

2 3 5 °, С = 9 3 % ):

2 5 5 __245

\

!

Рн20 =

(45O +

185 — 245К56’7 ~

204) +

204 =

201 мм рт' ст'

О бщ ее к оли чество

теп л а ,

п еред аваем ого ки слоте

в

п ервой

кам ер е ,

в ы р а ­

ж а е т с я ур авн ен и ем :

Q =

Qr +

Qo +

Qk +

Оразб.

где

Qr — теп ло ,

вы д ел я ю щ ееся п р и

о х л аж д ен и и газа ,

ккал/час;

Q0 — теп л о ,

вы д еляю щ ееся

при о б р азо в ан и и

с ер н о й

ки слоты ,

ккал/час:

QK— теп ло ,

в ы д еляю щ ееся п р и

кон ден сац и и п аров сер н о й ки сл о ты , кк а л/ча с:

<3разб.— теп л о ,

вы д еляю щ ееся

при

к он д ен сац и и

п ар о в

воды

и разб ав лен и и

серн ой к и слоты водой

(равн о

30 300

к к а л /ча с ).

Qr

=

2 1 5 1 /+ ° — ф =

2 1 5 -2 0 -0 ,3 3 (4 5 0 — 255) =

277 000

ккал/час

гд е

V — кол и ч ество

г а з а

(по

таб л .

25,

стр. 90),

м3/ч а с ;

с — теп л о ем ко сть

г а за ,

к к а л /м 3.

Qo =

2151/Д/с =

2 1 5 -2 0 -1 8 5 -0 ,3 3

=

265 000

ккал/час

=

| 0 0 0 ( ^ - р; ) 1 , _

|000(40,3

1 6 .3>.122 =

72500

р°

4 0 ,3

После

подстановки

полученных

значений

находим:

Q=277 000+265 000+72 500+30 300=644 800 ккал/час

Количество воды В, испаряющейся в первой камере, составит:

	644 800	= 998 кг/час, или 1243 нм3/час'
	655

где LB—теплота испарения воды и нагревания водяных паров до-255°, ккал/кг. Кроме того, в газе после, образования паров серной кислоты остается следующее количество водяных паров: (1,492—1,060) 215—93 нм3/час (см.

табл. 25). Всего паров воды в газе: 1243+93=1336 нм3/час.

Количество инертных газов составляет: 17,448-215=3750 нм3/час (см.

табл. 25).

На основе полученных данных определим состав газа и парциальное дав­ ление его компонентов на выходе из первой камеры конденсатора без учета частичной диссоциации паров серной кислоты (принимая Р= 760 мм pm. ст.):

		нмЗ/час	мм pm. ст.
Н20 ,	, . .	1336	195,7	стр.105)
H2S04 . . .		112	16,3 (см.
0 2, N2	и др.	3750	548,0
		5198	760,0

* А. Г. А м е л и н , Теоретические основы образования тумана в хи­ мических производствах, Госхимиздат, 1951, стр. 106.

106

Т аки м

о б разом , д а в л ен и е паров воды в

газе

после

первой

к ам еры ,

р ассч и ­

т ан н о е

по у р авн ен и ю

( I I I ,

39),

со ст ав л я е т 201

мм pm.

cm.,

а

п о теп ловом у

б а ­

л ан су

195,7

мм pm. cm.

Р е зу л ь та ты

обои х расч етов

со вп ад аю т

при <к= 2 4 3 ° .

Т ем п ер ату р у

кислоты

во

второй

к ам ер е

рассчи ты ваю т

т а к

ж е,

к а к

д л я

первой

к ам ер ы . К о н ц ен тр а ц и я

к и сл о ты

во второй

кам ере

д о л ж н а

бы ть

в о з ­

м ож но

более низкой ,

а

в о зн и к аю щ ее

пересы щ ение

паров серной

к и сл о ты — н и ­

ж е

кр и ти ч еско го .

К о н ц ен тр ац и я

к и слоты

в

тр етьей

кам ере

к о н д ен сато р а

рассч и ты в ается

по

ф орм уле,

вы веденной

из

б а л а н с а

воды .

П р и

с о став л ен и и

это го

б а л ан са

п ри н и м ается , что

бр ы зги и ту м ан

сер н о й

кислоты ,

с о д ер ж ащ и еся в

г а зе перед

т р етье й

кам ерой , полностью

в ы д ел я ю тся

в

ней,

т а к

к а к из т р ет ь е й

к ам ер ы

газ

поступ ает

в

ф ильтр ,

где о статк и с ер н о й

кислоты

п р ак ти ч еск и

полн остью о с а ж ­

д а ю тся

и в о зв р ащ а ю тс я

в тр етью

к ам е р у

(см. рис.

24, стр. 103).

С о ставляем б ал ан с воды д л я зад а н н о го объ ем а V нм3с у х о го газа .

П р и х о д

в о д ы

в

третьей камере

конденсатора

(в

кг):

1. С газом, поступающим

в третью

камеру

в

виде

водяны х паров

и воды ,

со д ер ж а ­

щ ейся

в

брызгах

и тум ане

серной

ки­

В0

слоты .........................................................................

добавляем ая

в третью камеру для

2 .

Вода,

В.

'

охлаж дени я

г а з а

.................................................

Р а с х о д

в о д ы

в

третьей

камере (в

кг):

100 м

1.

С кислотой,

перетекаю щ ей

из

третьей

0 ,8 1 6 3

/И

камеры

во в т о р у ю

1—

............................................

где

М —общ ее

содерж ание

H 2S 0 4 в

газе перед тр еть­

ей

камерой

(в виде

брызг

и тум ана),

кг:

С— концентрация

кислоты

в

третьей

камере,

%h 2s o 4.

2 .

С газом, вы ходящ им из ф ильтра

(в филь­

тре

газ не

о х л а ж д а е т с я ) ..............................

В в

И з

р а в е н с тв а

п р и х о д а

и

р а с х о д а п олуч аем :

В 0

Лд =

100 Л4

— 0,8163 44 -|- В в

-q

• О тк у д а

100 м

(IV ,

20)

С ~

0,816344 +

5 0 -Ь В л

— В в

С о д ер ж ан и е п аров

воды

в

газе ,

вы х о д ящ ем

из тр етьей

кам ер ы к о н д ен са ­

то р а (после

ф и л ьтр а ),

о п р е д е л я е т с я по

уравн ен и ю :

M H iO V РнгО

°.803 V % 2 o

(IV ,

21)

В“ ~

RT(P —

рНао )

=

Р - Р щ о

где '44ц 0 — м о л ек у л я р н ы й

вес

воды ;

V — объем

су х о го

газа ,

п осту п аю щ его

в

тр етью

к ам е р у

к он ден сатора ,

нм.3:

Р — общ ее

д а в л ен и е

г а за ,

м м

pin.

cm .

Р н 2о — д а в л ен и е п аров

воды

в

в ы х о д ящ ем

газе , равн ое д а в л ен и ю

н асы щ ен ­

н ы х

п ар о в

воды

п ри

т ем п ер ату р е

и

ко н ц ен тр ац и и серной

к и слоты

.

в

тр етьей

кам ере ,

м м

p m .

cm .

З а д а в ш и с ь

зн ач ен и ем

р Н г0,

о п р ед ел яем по у р а вн ен и я м

(IV , 20) и (IV ,

21)

вели чи н ы

В в и

С. З а те м

по

сп р аво ч н ы м

т аб л и ц ам находи м т ем п е р ат у р у ,

при

которой

д а в л е н и е

п аров

серной

к и сл о ты

к о н ц ен тр ац и ей С

со о тветству ет

п р и ­

нятом у д а в л ен и ю

насы щ ен ного

п а р а

воды

Р На0-

Е сл и

н а й д е н н ая т ем п е р ат у р а

не соо тветству ет

требуем ом у

зн ач ен и ю

С ,

при ним аем

д р у г у ю

в ел и ч и н у р Нг0

и п о в то р яем

р асч ет

до

с о вп ад ен и я

р е зу л ь т ат о в .

107

При конденсации в барботажном аппарате соотношение S 03 и паров воды в газе может не влиять на концентрацию получаемой

.серной кислоты, если соответственно изменять температуру кон­ денсации.

Длительный Опыт эксплуатации промышленных установок показывает, что при содержании в газе после контактного аппара­ та менее 2% S03 и более 5% НаО концентрация продукционной серной кислоты составляет около 93%. Это является преимущест­ вом конденсаторов барботажного типа по сравнению с трубчаты­ ми аппаратами и орошаемыми башнями (см. ниже).

КОНДЕНСАЦИЯ В ОРОШАЕМЫХ БАШНЯХ

При конденсации паров

серной кислоты

в скрубберных баш­

нях

(рис.

25)

газ поступает в нижнюю часть башни,

снабженной

насадкой

и

орошаемой серной

кислотой, температура которой

ниже температуры газа.

В

результате соприко­

сновения с более холод­

ной кислотой газ ох­

лаждается и происходит

конденсация-паров сер­

ной кислоты на поверх­

ности орошающей кисло­

ты,

стекающей

по

на­

садке.

Выделяющееся

при конденсации тепло

расходуется

на

нагре­

вание

орошающей

ки­

слоты, температура ко­

торой

повышается

по

мере

того,

как

кисло­

та стекает вниз. По вы­

ходе

из башни

кислота

поступает в

холодиль­

„

„

„

ник,

часть кислоты сно-

процесса конденсации кислоты

ва

подается на

башню,

Рис.

2э.

Схема

избыток перекачивается

в орошаемой башне:

НЭ

и

/-баш ня-конденсатор; 2—электрофильтр; 3—холодиль-

О К П Я 77

*

ник;

4—сборник кислоты .

Температурный ре-

ции

жим процесса конденса­

в скрубберах зависит от температуры и количества орошаю­

щей

кислоты.

Чем больше

ее

количество,

тем

меньше кислота

нагревается в башне и тем меньше

разность температуры кисло­

ты на входе в башню и на

выходе

из

нее.

Как указывалось, с повышением температуры поверхности кон­ денсация, т. е. в данном случае с повышением температуры оро­ шающей кислоты, уменьшается возникающее пересыщение паров, что приводит к меньшему образованию тумана и увеличению радиу­

108

са его	капель	и, следовательно, облегчает выделение тумана
из газа	после	башни. Из-за отсутствия достаточного опыта пере­

качивания горячей концентрированной серной кислоты насосами на промышленных установках башни приходится орошать сравни­ тельно холодной серной кислотой (около 50°), а для уменьше­ ния коррозии холодильников применять такое количество орошаю­ щей кислоты, чтобы ее температура на выходе из башни соста­ вляла примерно 80°.

Поскольку температура газа на выходе из башни низка, то и упругость паров воды в газе незначительна, поэтому концен­

трация кислоты,	образующейся	в башне-конденсаторе, зависит
от соотношения	S 03 и Н20 в	газе [определяется уравнением
(III, 67)] и, следовательно, не		может быть	повышена.
Применяемые	в разнообразных процессах		насадочные башни

являются сравнительно недорогими аппаратами, хорошо разра­ ботаны конструктивно, обладают малым гидравлическим сопро­ тивлением и очень просты в обслуживании. Вследствие этого на установках мокрого катализа они находят наиболее широкое применение.

Недостаток башен с насадкой как конденсационных аппара­ тов заключается в том, что все тепло, выделяющееся в процессе охлаждения газа и конденсации серной кислоты, передается орошающей кислоте, а от нее охлаждающей воде в кислотных холодильниках. Таким образом, тепло не используется (как в трубчатом конденсаторе), и для его отвода расходуется боль­ шое количество воды. Кроме того, при конденсации в башнях для перекачивания серной кислоты требуется значительное ко­ личество электроэнергии.

Механизм процесса конденсации паров серной кислоты в

трубчатых	конденсаторах, барботажных	аппаратах	и	в башнях -
с насадкой	не имеет принципиальных	различий.	Во	всех слу­

чаях процесс конденсации происходит в результате охлаждения газа, соприкасающегося с поверхностью более холодной серной кислоты. В трубчатом аппарате поверхностью конденсации яв­ ляется пленке серной кислоты, образующаяся на стенке трубы и стекающая по ней сверху вниз; в барботажном аппарате поверх­ ностью конденсации служит внутренняя поверхность пузырьков газа, Поднимающегося через слой кислоты, а в башне с насадкой— поверхность кислоты, смачивающей насадку. Поэтому для рас­ чета описанных конденсаторов серной кислоты применимы одина­ ковые методы. Однако при этом следует учитывать некоторые особенности каждого типа конденсационных аппаратов.

В трубчатом аппарате концентрация конденсирующейся кис- 'лоты уменьшается по длине трубы от входа к выходу, что услож­ няет расчет. В барботажный конденсатор для понижения темпера­ туры процесса вводится вода, пары которой переходят в состав газа; при этом объем газа увеличивается и изменяется соотноше­ ние содержащегося в нем серного ангидрида и паров воды. В

109

башне с насадкой концентрация орошающей кислоты по высоте башни постоянна, а ее температура изменяется весьма незначи­ тельно, так как количество орошающей кислоты очень велико. Эти обстоятельства облегчают расчет аппарата.

В нижней части башни пары серной кислоты конденсируются только на поверхности насадки, так как вследствие высокой температуры газа возникающее пересыщение пара серной кис­ лоты не превышает критической величины и поэтому тумана не образуется. Расчет процесса конденсации .в этой части башни ведут по обычным формулам тепло- и массопередачи для газа, движущегося вдоль более холодной поверхности.

При достижении критического пересыщения с конденсацией паров в объеме расчет существенно усложняется и должен быть проведен по методу, описанному в главе III, с учетом образования капель, их коагуляции и т. д.

На рис. 26 показано изменение показателей процесса конденса­ ции паров H2S 04 по высоте башни, орошаемой серной кислотой. При расчете этих показателей были приняты следующие условия:

Температура кислоты, °С	50
на входе в башню . . .
на выходе из башни . . .	80
Температура газа, °С	450
на входе в башню . . .
на выходе из башни . . .	75
Состав поступающего газа, %	5,22
S O , ..................................
пары воды .......................	7,38

Поскольку показатели процесса конденсации значительно изменяются по высоте башни, расчет производится по описанному ранее послойному методу: всю высоту башни разделяют на не­ сколько произвольно выбранных слоев (участков), по высоте кото­ рых показатели, входящие в расчетные уравнения, принимают­ ся постоянными.

На рис. 26 видно, что пересыщение паров серной кисло­ ты в начале процесса меньше единицы, затем оно быстро возра­ стает и достигает критической величины примерно на высоте насадки башни 2 м. На этом участке башни начинается конден­ сация паров в объеме с образованием тумана. При дальнейшем продвижении газа вверх по насадке башни и его охлаждении одновременно с конденсацией паров H2S04 на поверхности насад­ ки происходит конденсация их на поверхности уже образовав­ шихся капель, а также спонтанная конденсация паров с образова­ нием новых капель. Несмотря на постепенное увеличение общей скорости процесса конденсации в результате влияния трех ука­ занных факторов, пересыщение пара S не снижается, а некото­ рое время еще возрастает. Максимальное пересыщение возникает на высоте насадки 2,1 м (при температуре газа 185°), затем пере­ сыщение резко уменьшается.

110