Способ концентрирования серной кислоты Советский патент 1987 года по МПК C01B17/88 

112

Изобретение относится к способам концентрирования серной кислоты.

Цель изобретения - сокращение газовых выбросов серной кислоты в атмосферу.

На чертеже представлена схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Установка содержит приемную емкость 1, вакуумный насос 2, центро- бежный насос 3, манометр 4 с пределом измерений 0-30 атм, мановакуум- метры 5 с пределом измерений (-1)-0- -(+1,5) атм, емкость 6, сущильную камеру 7, конденсатор 8, два сборни- ка: 9 - для концентрированной кислоты, 10 - для конденсата, термометр 11. Емкость 6 обогревается с помощью расположенного с внешней стороны корпуса теплового электронагревате- ля 12 мощностью 1,25 кВт. Корпус емкости 6 теплоизолирован и через трубопровод 13 и вентиль Ч 4 соединяется с механической центробежной форсункой 15. Крепление корпуса осуществляется с помощью щтанги 16 на крышке 17 корпуса сушильной камеры 7. В верхней части корпуса емкости 6 расположен штуцер 18, через который подается кислота, и в котором -закреплена гильза 19 с термометром 11, Для улучшения условий теплообмена между нагреваемым раствором и термометром гильза заполняется ; составом,- обладающим высокой теплопроводностью, на- пример глицерином. Давление в емкости 6 измеряется манометром 4, а в емкости 1 и сушильной камере 7 - мановакуумметром 5. .

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную кислоту заливают в приемную емкость 1. Последнюю герметизируют и начинают ее вакуумирова- ние. При достижении остаточного давления в сушильной камере 7 и приемной емкости 1 0,3-0,4 кПа вакуум-насос отключают, Отвакуумированную серную кислоту с помощью центробежного насоса 3 передавливают в емкость 6. Последнюю герметизируют, заполняют гильзу 19 глицерином и устанавливают термометр 11. Чередованием включения и выключения теплового электронагре- вателя 12 обеспечивают равномерный прогрев кислоты в емкости до температуры нагрева, определяемой по формуле

5

5 0 -

0

Q

и)

0

/ лт s

Т Т «ci p Vnt, ,m 7

c.-cj.)

где Т - температура нагрева кисHQr р

лоты, при которой достигается требуемый влаго- съем, °С;

Ф теплота испарения воды .из раствора серной кислоты, кДж/кг;

лт - требуемый влагосъем, %; га - количество серной кислоты в исходном водном растворе кислоты, %; С - теплоемкость воды,

кДж/кггр;

Cj. - теплоемкость серной кислоты, .кДж/кг- гр; га - количество воды в исходном водном растворе кислоты, %;

температура кипения кислоты при ее распылении, °С.

При достижении требуемой температуры нагрева кислоту через вентиль 14 подают на форсунку 15, через которую она диспергируется в сушильной камере при давлении в ней 0,3-0,4 кПа. Диспергирование кислоты осуществляют за счет давления паров, образовавшихся при ее нагреве в герметичной емкости 6, За счет тепла, аккумулированного кислотой при нагреве, на выходе из форсунки происходит ее бурное вскипание,-сопровождающееся ис- парением влаги. Полученная концентрированная кислота отводится со дна сущильной камеры в сборник 9.

Образовавшиеся пары воды и серной кислоты поступают в конденсатор 8, где конденсируют и отводятся в сборник 10, Заданное остаточное давление в сушильной камере поддерживают за счет конденсации испарившихся паров в конденсаторе, где в качестве холодильного агента используют воду при 20°С.

Вакуумирование исходной кислоты до остаточного давления 0,3-0,4кПа обеспечивает такие условия, что воздух, выделяющийся при распылении кислоты, не накапливается в камере и конденсаторе из-за его полного растворения в продукте и конденсате и отвода вместе с ними. В случае поддержания давления свыше данного ин3

тервала увеличивается остаточная растворимость воздуха в кислоте, т.е приход воздуха при распылении кислоты превышает его уход, за счет того что растворимость воздуха в камере .и конденсаторе остается неизменной. Нерастворяющийся воздух, постепенно накапливаясь, ухудшает условия теплообмена в камере и конденсаторе и, кроме того, вызывает выброс серной кислоты. Вакуумирование до остаточного давления ниже данного интервала неэффективно из-за того, что дальнейшее уменьшение содержания воздуха в распыливаемой кислоте не сказыва- ется на условиях тепло- и массообме- на в сушильной камере и конденсаторе, так как выделяющийся в этом случае воздух при постоянной его растворимости в камере и конденсаторе полностью растворяется в продукте и конденсате и удаляется по мере их удаления.

Выбор интервала значений давления в сушильной камере 7 на уровне 0,3- 0,5 кПа определяется тем, что при поддержании в сушильной камере остаточного давления свыше данного интервала увеличивается необходимая температура нагрева кислоты за счет повышения температуры кипения кислоты при ее распылении.

Увеличение температуры нагрева ведет к повышению степени разложения серной кислоты. В результате кон- центрация нагреваемой кислоты уменьшается на 10-20%, вследствие испарения трехокиси серы, а это приводит к тому, что требуемая конечная концентрация не достигается.

Понижение давления ниже данного интервала ведет к уменьшению растворимости воздуха в продукте и конденсате. Б результате накопление воздуха ведет к повьш1ению давления в каме ре и конденсаторе, что является причиной возможного выброса серной кислоты. Кроме того, понижение давления сопровождающееся уменьшением температуры кипения распыливаемой кислоты ведет к уменьшению температуры конденсации паров воды. Достижение такой температуры в конденсаторе связано с необходимостью увеличения расхода холодильного агента.

Температура нагрева кислоты, определяемая по формуле (1), обеспечивает подде жание оптимального режима

1 14

концентрирования серной кислоты. При снижении температуры нагрева ниже значения, определяемого по формуле (О, снижается влагосъем дт из концентрируемой кислоты. Повьшение температуры вьше расчетной ведет к по- вьштению степени разложения серной кислоты.

Пример . Осуществляют концентрирование 70% серной кислоты до 92%. Исходная кислота при 18-20 С в объеме 4 л вакуумируется в приемной емкости до остаточного давления 0,3- 0,4 кПа. Далее кислоту перекачивают в емкость 6 и нагревают до 244°С (значение определяют по формуле U)). После распыления кислоты в емкости 6

при давлении 0,3-0,4 кПа и конденса- 1ШИ паров воды и серной кислоты в конденсаторе 8 получают серную кислоту концентрацией 92%. Потери серной кислоты в предлагаемом способе составляют 0,16 10 г/с, что примерно в 3000 раз ниже, чем в известном, тем самым снижаются вредные выбросы в атмосферу.

Формула изобретения

Способ концентрирования серной кислоты, включающий распыление ее, нагрев, улавливание паров и тумана, отличающийся тем, что, с целью сокращения газовых выбросов в атмосферу, исходную кислоту предварительно вакуумируют до остаточного давления 0,3-0,4 кПа, затем нагревают в замкнутом объеме до температуры, определяемой соотношением

/йШ

т т .--S - - с..с,(Ь,

де Т - температура нагрева кислоты, при которой достигается требуемый влагосъем, С;

температура кипения кислоты при ее распылении в сушильной камере, С;

г - теплота испарения воды

из раствора серной кислоты, кДж/кг;

дш - требуемый влагосъем, % ,

т, - количество серной кислоты в исходном водном растворе серной кислоты, %;

Ср - теплоемкость серной кислоты, кДж/кГ Гр;

Ся - теплоемкость воды,

кДж/кг-гр;

Шл -копичество воды в исходном водном растворе серной кислоты,%,

и рас пыливают в предварительно отвакуумированном объеме при остаточном давлении в нем 0,3 - 0,4 кПа.

Изобретение относится к способам концентрирования серной кислоты и позволяет сократить газовые выбросы серной кислоты в атмосферу. Спо- соб заключается в том, что исходную кислоту предварительно вакуумируют до остаточного давления 0,3-0,4 кПа, а затем нагревают в замкнутом объеме. При достижении требуемой температуры кислоту подают на форсунку, через которую она диспергируется в сушильной камере при давлении в ней 0,3- 0,4 кПа. За счет тепла, аккумулированного кислотой при нагреве, на выходе из форсунки происходит ее бурное вскипание, сопровождающееся испарением влаги. Образовавшиеся пары воды и серной кислоты поступают в конденсатор. Потери серной кислсУгы в данном способе составляют 0,16 10 г/с, тем самым снижаются выбросы ее в атмосферу. 1 ил. i Л to 00

исмдн. B-

pOOl/HT vPj

.

щ

.-.jHlbGF

..

5 (рер(/

Нонцеитрат

дода

П Нонденсат

10

т

А

-€IJ

Составитель С. Липочкин Редактор И. Горная Техред М.Ходанич. .: ° -- -з1каГл98/17 Тираж 455Подписное

БНИИПИ Государственного комите.та СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Д. 4/5

Производственно

-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4