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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SO3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： SO3（g）+H2O(l)＝H2SO4(l) △H298O=-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SO3＞20％标准发烟硫酸，含游离SO365％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SO3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SO3去除，在机理上是不同的。采用湿法净化时，炉气中SO3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SO3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SO3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。 式中 p1’、p2’——分别为进出口气体中SO3分压，Pa； p1”、p2”——分别为进出口发烟硫酸液面上SO3的平衡分压，Pa。 当气相中SO3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SO3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SO3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。 表l—5—l 不同吸收酸温度下产品发烟硫酸的最大含量 吸收酸温度/℃ 20 30 40 50 60 70 80 90 100 产品发烟硫酸含量/ SO3%（游离） 50 45 42 38 33 27 21 14 7 由表l—5—l可见，当气体中SO3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SO3为20％的发烟硫破吸收SO3时，气相中SO3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