Спосіб змішування сірчаної кислоти з водою

Винахід відноситься до технологічних процесів змішування середовищ і може бути використаний у сушильно-абсорбційних те хнологічних системах виробництв сірчаної кислоти. Відомий спосіб змішування двох і більше рідин шляхом подачі їх у спільну ємність , якою є трубопровід, у якому підтримують розвинутий турбулентний режим течії (див. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 8 - е изд. перераб. М,: Химия. 1971. - 784с., с.273). Недоліком способу є необхідність застосування трубопроводів великої довжини, а також необхідність футерівки їх фторопластом - 4 для випадку змішування сірчаної кислоти і води. В результаті змішування сірчаної кислоти і води виділяється велика кількість тепла і температура суміші може досягати 120град.С. Суміш рідин в зоні їх контакту надзвичайно агресивна і здатна руйнувати комунікації, по яких її транспортують. Крім того, чим вища температура суміші, тим нижча ефективність абсорбції триоксиду сірки із газової суміші (див. Амелин А. Г. Те хнология серной кислоты. 2-е изд. перераб. М.: Химия. 1983. - 360с., с.190). Відомий спосіб змішування концентрованої сірчаної кислоти (моногідрату), олеуму (пересиченої сірчаної кислоти триоксидом сірки) і сірчаної кислоти низької концентрації, що полягає у подачі трьох рідин у спільну ємність, де відбувається їх змішування, при цьому потоки рідин ділять на частини за допомогою керамічних розподільних плит з отворами для збільшення площі контакту рідин між собою (див. Справочник сернокислотника. Под ред. Малина К. М. 2 - е изд. перераб. и доп. М.: Химия. 1971. - 774с., с.210-211). Недоліком способу є низька степінь змішування рідин через ламінарний або перехідний режим течії в середині змішувача, який є різким розширенням на шляху тр убопроводів, по яких подаються рідини. Керування співвідношенням величин потоків рідин складне і малоефективне. Відомі технологічні системи виробництва сірчаної кислоти контактним методом (див. Васильєв Б. Т., Отвагина М. И. Те хнология серной кислоты. М.: Химия. 1985. - 384с./ с.127-138). Технологічні системи сушильно-абсорбційних відділень виробництв сірчаної кислоти контактним методом принципово не відрізняються одна від одної. Воду подають безпосередньо у збірник моногідрату. Змішаний з водою моногідрат насосами через холодильники подають на зрошення насадки абсорбера. Абсорбер являє собою апарат циліндричної форми начинений насадкою - кільцями Рашига, при цьому значна частина об'єму заповнена кільцями малих розмірів (50х50), а нижня частина абсорбера заповнена більшими кільцями, розміри яких до низу зростають. Аналогічно побудовані олеумний і сушильний цикли, але олеум розчиняють моногідратом/ а моногідрат, коли це можливо, розчиняють сушильною кислотою (кислотою/ яку використовують для сушки атмосферного повітря, яке подають на спалювання сірки). Сушильну кислоту зміцнюють подачею в збірник сушильної кислоти моногідрату. Недоліком способу є велика агресивність моногідрату, що не встиг змішатися із водою, що приводить до руйнування через корозію насосів і холодильників. Кислотне середовище, в якому процес змішування завершився і яке стало повністю гомогенним менш небезпечне для технологічного обладнання/ ніж середовище в стані змішування. Відомий процес абсорбції триоксиду сірки із газової суміші моногідратом (див. Амелин А. Г. Те хнология серной кислоты. 2-е изд. перераб. М.: Химия. 1983. - 360с., с.189-193). Особливість процесу абсорбції полягає в слідуючому. Триоксид сірки, що знаходиться в суміші з повітрям, у якому висока концентрація азоту та інертних газів спочатку розчиняється у моногідраті/ а після цього реагує з водою, що є в ньому. nSO3+H2O=H2SO 4+(n-1)SO3, де n - кількість молекул. Обидва процеси змішування супроводжуються великим виділенням тепла. Газоподібний триоксид сірки найбільш ефективно абсорбується 98,3% - ним моногідратом, при цьому чим нижча їх температура, тим ефективніше проходить процес абсорбції. Вода або водяна пара, яку містить в собі моногідрат, з'єднується з триоксидом сірки і утворюється туман сірчаної кислоти. Щоб туман не вийшов із абсорбера необхідний тривалий його контакт разом із потоком газу з моногідратом. Моногідрат подають на розподільні плити абсорбера, які розташовані над насадкою і через переливні пристрої в них зрошують насадку. Моногідрат повільно стікає по поверхні насадки до низу і по великій площі контактує з газовою сумішшю, яка містить триоксид сірки і абсорбує його. Тому концентрація моногідрату безперервно зростає по довжині абсорбера зверху - вниз. Щоб ефективно проходив процес абсорбції, необхідно щоб у найнижчій точці концентрація моногідрату не досягала 100%. Тому на вхід абсорбера подають моногідрат меншої концентрації ніж 98,3% для того, щоб абсорбція ефективно проходила вздовж всього абсорбера. Наприклад, можливий такий варіант. На вхід абсорбера подають моногідрат з концентрацією 98,1%, а на виході отримують моногідрат з концентрацією 98,5%. Тому середньоарифметична оптимальна концентрація моногідрату 98, У/о буде знаходитися в центрі абсорбера. Це означає, що на вході і виході абсорбера процес абсорбції проходить не ефективно і частина триоксиду сірки виходить в атмосферу разом із газовою сумішшю. В основу винаходу поставлена задача створити спосіб змішування сірчаної кислоти з водою/ який забезпечив би якісне змішування цих середовищ і не приводив би до руйнування технологічного обладнання через корозію, а також дозволяв би більш ефективно вести процес абсорбції триоксиду сірки концентрованою сірчаною кислотою вздовж всієї насадки абсорбера. Поставлена задача досягається тим, що кислоту і воду подають у спільну ємність, якою є сірчанокислотний абсорбер, кислоту у який подають з концентрацією меншою 98,3% через розподільні плити абсорбера на насадку, що знаходиться під ними, по якій кислота стікає зверху до низу і абсорбує триоксид сірки із газової суміші його з повітрям, яку подають в абсорбер через насадку знизу - вгор у. Воду подають через розподільні пристрої під розподільні плити абсорбера по фторопластових або керамічних труба х безпосередньо в товщу насадки на глибину близько половини її висоти в зону/ де концентрація сірчаної кислоти уже досягла більше 98,3%. На фіг.1 показаний технологічний вузол, на якому може бути реалізований спосіб змішування сірчаної кислоти з водою. Технологічний вузол складається із сірчанокислотного абсорбера обв'язаного технологічними комунікаціями. Абсорбер складається із футерованої циліндричної стінки 1, дна 2, на якому установлені опори 3, які тримають насадку 4 і 5. Низ абсорбера заповнений укладеною насадкою великих розмірів 4, а решта об'єму заповнена насипом насадкою 5 малих розмірів. Над насадкою розташовані розподільні плити 6, які забезпечують рівномірне зрошення насадки 5 кислотою. Для подачі кислоти на розподільні плити 6 існують труби 7. Для стікання кислоти в збірник кислоти (на фіг. 1 не показаний) призначена труба 8. До нижньої частини абсорбера підведений газохід 9 для подачі газової суміші з триоксидом сірки. Для виходу газової суміші існує газохід 10. Для подачі води в товщу насадки 5 на глибину близько половини висоти насадки 5 існують керамічні труби 11, на вході в які вбудовані калібровані розподільні дроселі 12, що здатні забезпечувати однакову витрату води в тр убах 11. Концентровану сірчану кислоту (моногідрат) з концентрацією менше 98,3% по трубах 7 подають на розподільні плити 6, через які вона стікає послідовно на насадку 5 і 4 і виходить із абсорбера по трубі 8. Моногідрат зрошує насадку 5 і 4 і в результаті утворюється велика площа контакту його з триоксидом сірки, який в газовій суміші подають в абсорбер по трубі 9 і виводять по трубі 10. Внаслідок контакту відбувається абсорбція триоксиду сірки водою, розчиненою в моногідраті. Тому знизу-вгору вздовж абсорбера концентрація триоксиду сірки в газовій суміші зменшується, а концентрація моногідрату зверху-вниз вздовж абсорбера зростає. Приблизно на половині висоти насадки 5 концентрація моногідрату зросте більше 93,3% і ефективність абсорбції почне знижуватися. Тому в цю зону подають воду по труба х 11 через дроселі 12 і розчиняють моногідрат до необхідної концентрації (менше 98,3%) і абсорбція продовжує протікати ефективно. Але при цьому зростає температура і утворюється туман сірчаної кислоти, який газовий потік здатний захопити і винести із абсорбера. Але ріст температури суттєво не збільшиться, тому, що витрата моногідрату більш ніж у 24 рази більша за витрату води і тому моногідрат здатний понизити температуру туману і газової суміші, і в результаті процес абсорбції не послабиться. Туман кислоти вловить насадка, що знаходиться над зоною подачі води, яка буде одночасно виконувати роль бризковловлювача, але з площею контакту суттєво більшою ніж існуючі бризковловлювачі (на фіг.1 не показані). Ріст температури в зоні змішування моногідрату і води не приведе до руйнування обладнання тому, що насадка виконана із термостійкої кераміки, а площа контакту моногідрату і води настільки велика, що у зливну трубу 8 попаде уже гомогенне середовище. В подальшому моногідрат охолоджують і подають назад на зрошення насадки 5 абсорбера.