第五章__三氧化硫的吸收..

第五章 三氧化硫的吸收

吸收即指使用浓硫酸吸收转化气中SO 3的过程该过程是制酸过程中第三个化学变化过程。

5．1 基本原理

二氧化硫转化为三氧化硫之后，气体进入吸收系统用发烟硫酸或浓硫酸吸收，制成不同规格的产品硫酸。吸收过程可用下式表示：

SO 3（g ）+H 2O(l)＝H 2SO 4(l) △H 298O =-134.2kJ (1—5—1)

接触法生产的商品酸，通常有大于92.5％浓硫酸，大于98％浓硫酸、含游离SO 3＞20％标准发烟硫酸，含游离SO 365％高浓度发烟硫酸(近年来这种发烟硫酸在化学工业等部门应用愈来愈广泛)。

三氧化硫的吸收，实际上是从气相中分离SO 3分子使之尽可能完全地转化为硫酸的过程。该过程与净化系统所述的SO 3去除，在机理上是不同的。采用湿法净化时，炉气中SO 3先形成酸雾，然后再从气相中清除酸雾液滴。而在这里是采用吸收剂——硫酸直接将分子态SO 3吸收。

5．1．1 影响发烟硫酸吸收过程的主要因素

吸收系统生产发烟硫酸时，首先将净转化气送往发烟硫酸吸收塔，用于产品酸浓度相近的发烟硫酸喷淋吸收。

用发烟硫酸吸收SO 3的过程并非单纯的物理过程，属化学吸收过程。一般情况下，该吸收过程属于气膜扩散控制，吸收速率取决于传质推动力、传质系数和传质面积的大小，即： G ＝kF •Δp

式中 G —一吸收速率；

k ——吸收速率常数；

F ——传质面积：

Δp ——吸收推动力。

在气液相逆流接触的情况下，吸收过程的平均推动力可用下式表示。

()()

()()'2"1"2'1

'2"1"2'

1lg 3.2p p p p p p p p p -----=∆ 式中 p 1’、p 2’——分别为进出口气体中SO 3分压，Pa ；

p 1”、p 2”——分别为进出口发烟硫酸液面上SO 3的平衡分压，Pa 。

当气相中SO 3含量及吸收用发烟硫酸含量一定时，吸收报动力与吸收酸的温度密切相关。酸温愈高，酸液面上SO 3平衡分压愈高，推动力相对愈小，吸收过程的速度亦愈小；吸收酸温升高到一定温度时，推动力接近于零，吸收过程趋于停止．或将达不到所要求的发烟硫酸含量。

当气体中SO 3含量为7％时，不同酸温下所得发烟硫酸的最大含量如表l —5—l 所示。

由表l —5—l 可见，当气体中SO 3含量为7%时，吸收酸温度超过80℃，将不会得到标准发烟硫酸，吸收过程将停止进行。

在某条件下用游离SO 3为20％的发烟硫破吸收SO 3时，气相中SO 3含量及吸收酸温度对吸收率的影响，可用图l —5—1表示。由图可见，吸收酸温度越高，吸收率越低；气相中

SO3含量越低，吸收率越低。

由传递理论可知，传质系数主要受气液相间相对运动速率影响，相对运动速度越大传质系数越大。而气液相对运动速度及传质面积主要取决于吸收塔的填料类型。

另外，在通常条件下，用发烟酸吸收SO3，吸收率不高。转化气经发烟硫酸吸收塔后，气相中SO3含量仍较多，须经浓硫酸进一步吸收。

5．1．2 影响浓硫酸吸收过程的主要因射’iii

温度／Y

团1—5“L 用发烟硫醋吸收

观的吸收串与湿度的关系

浓硫酸吸收SO3的过程，是一个伴有化学反应的气液相吸收过程，也可以讲是一个气液反应过程。研究表明，该过程属于气膜扩散控制，吸收速率亦可用式(1—5—2)表示。影响该过程吸收速率的主要因素有：用作吸收剂的硫酸含量、硫酸温度、气体温度、喷淋酸量、气速和设备结构等。

5．1．2．1 H2观含量的影响

由三氧化硫吸收反应方程式可以看出，从单纯完成化学反应的角度看，似乎水和任意含量的硫酸均可作为吸收剂。但从提高明2吸收率和减少硫的损失着眼，需对酸含量进行认真选择。

研究表明，吸收酸的含量为98

的程度。含量过高成过低均不适宜c

图l 52 吸收酸含量、湿度对吸收率的影响

1—60℃；2—80℃；3一100℃；4一120℃

．3％H2s04时，可以使气相中s03的吸收率达到最完全

，参见图l—5—2。

吸收酸含量低于98．3％H2叭时，酸液面上sq平衡

分压较低(9叭钧o)，但水蒸气分压逐渐增大。当气体中

sq分于向酸液面扩散时．绝大部分被酸液吸收，很小部

分与从酸液表面蒸发并扩数到气相主体中的水分子相遇，

形成硫酸蒸气。所形成的硫酸蒸气同三氧化硫一样可被酸

液吸收，且其吸收速率亦由推动力、吸收速率常数决定。

当酸含量低到一定程度时，水蒸气平衡分压过高，水蒸气

与三氧化硫反应生成的硫破蒸气过多，以至超过酸液的吸

收速率，从而造成硫酸蒸气在气相中的积累，如此时硫酸

蒸气含量超过其临界饱和含量，酸雾的形成就成为必然。

我们知道，酸雾不易被分离，通常随层气带走，排人大

气。一股吸收酸中H2D4含量众低，温度众高，酸雾形成

量愈大．相应的Sq损失也众多。

相反，吸收酸含量高于98．3％H2观时，液面上水蒸气平衡分压接近于零(pK。‘*o)，而

观的平衡分压较高，且随酸中H2讽含量提高逐渐增高。sq平衡分压愈大，气相中sq的

吸收宰相对愈低。尾气中Sq在距烟囱一定距离时，会与大气中的水分形成青(蓝)色酸男。

上述两种情况都能恶化吸收过程，降低S03的吸收率，尾气排放后可见到酸雾。但两种情况所具特征有差异，前者是在吸收过程中产生酸雾，因而尾气在烟囱出口呈白色雾状；而后者是在尾气离开烟囱一定距离后形成白色男状。

当含量为98．3％H2巩时，兼顾了酸液液面的s(〕；、H20、H2汛分压，对于三氧化硫具有最高的吸收效率。一般只要进入吸收系统的气体本身是干燥的，在正常操作条件下，可使三氧化琉的吸收率达到99．95％以上。这时，尾气烟囱出口处将看不到酸男。

5．1．2．2 吸收跋温度

吸收酸温度对Sq吸收串的影响较为明显。在其它条件相同的情况下，吸收酸温度升高，5q、E50、H2观的蒸气压升高，5q的吸收串降低。因此，从吸收率角度考虑，酸温低好。