【正文】 往集酸極移動(dòng)，并附著在集酸極上，進(jìn)行電性中和。（4）、清洗 附在集酸極上的酸霧或爐塵在集酸極上失去負(fù)電荷，靠自重和水沖洗經(jīng)下部漏斗流入密封罐。第三節(jié) 三氧化硫吸收工藝原理一、三氧化硫吸收的基本原理 化工生產(chǎn)中的吸收過程，一種是不明顯的化學(xué)反應(yīng)，為單純的物理過程，稱為物理吸收，如發(fā)煙硫酸吸收三氧化硫的過程。另一種是具有明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，被稱為化學(xué)吸收。如用硫酸水溶液吸收三氧化硫。 在生產(chǎn)硫酸的吸收操作中，這兩種吸收過程都存在。習(xí)慣上統(tǒng)稱為三氧化硫的吸收。按下列反應(yīng)進(jìn)行。 nSO3（氣）+H2O（液） H2SO4+（n1）SO3+Q 該吸收過程以化學(xué)吸收為例大體按下述五個(gè)步驟進(jìn)行： （1） 氣體中的三氧化硫從氣相主體中向界面擴(kuò)散。 （2） 穿過界面的三氧化硫在液相中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散。 （3） 與三氧化硫起反應(yīng)的水份，在液相主體中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散。 （4） 三氧化硫和水在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 （5） 生成的硫酸向液相主體擴(kuò)散。 事實(shí)上，氣體中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只有吸收氣體中超過硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超過的越多，吸收過程的推動(dòng)力就越大，吸收速度就越快，吸收率就越高。一般把被吸收的三氧化硫數(shù)量和原來氣體中三氧化硫的總數(shù)量之百分比稱為吸收率。 式中： n——吸收率，% a——進(jìn)吸收塔的三氧化硫數(shù)量，克分子； b——出吸收塔的三氧化硫數(shù)量，克分子； 目前，%以上。二、影響吸收率的因素 影響吸收率的因素主要有：用作吸收劑的硫酸濃度，吸收溫度和循環(huán)酸量、設(shè)備結(jié)構(gòu)和氣速等。硫酸濃度的影響 從三氧化硫吸收反應(yīng)方程式中可以看出，吸收三氧化硫似乎可以用水，同時(shí)三氧化硫又能溶解在任何濃度的硫酸水溶液中。因此，從單純完成化學(xué)反應(yīng)的角度來看，水和任意濃度的硫酸，都可以做為三氧化硫的吸收劑。但從生產(chǎn)上要求對(duì)三氧化硫的吸收要快，要完全，不生產(chǎn)或盡量少生成酸霧，還要保證能夠得到一定濃度的硫酸成品（工業(yè)硫酸）。所以使用水和稀硫酸顯然是不適宜的。 只有用濃硫酸吸收三氧化硫，才能達(dá)到上述要求，%為最好，%時(shí)吸收效率都是逐步降低的，%時(shí)，吸收率最高。這是什么原因呢？ 這是因?yàn)椋?時(shí)，%的硫酸液面上的水蒸汽分壓為最低。%的硫酸作吸收劑、是兼顧了這兩個(gè)特性。在此濃度下，大部分三氧化硫能直接穿過界面與酸液中的水份結(jié)合生成硫酸。少部分三氧化硫在氣相中與水蒸汽反應(yīng)，生成硫酸蒸汽后再進(jìn)入酸液中。 %時(shí)，硫酸液面上的水蒸汽含量，隨著硫酸濃度的下降而增加。氣態(tài)三氧化硫與這種濃度的硫酸接觸時(shí)，除直接被吸收的以外，還有相當(dāng)一部分三氧化硫與水蒸汽作用生成硫酸蒸汽。由于水蒸汽不斷與三氧化硫反應(yīng)，氣相中水蒸汽含量就將不斷減少，氣相中的水蒸汽分壓就會(huì)比酸液面上的水蒸汽平衡分壓低，因此酸液中的水份就將不斷被蒸發(fā)。又因水的蒸發(fā)速度大于硫酸蒸汽的吸收速度，故氣相中硫酸蒸汽的含量逐漸增多，甚至?xí)^其平衡含量，引起硫酸蒸汽的過飽和現(xiàn)象。如果過飽和度超過了臨界值，硫酸蒸汽將會(huì)凝結(jié)成酸霧。酸霧顆粒是一種比硫酸分子大得多的懸浮粒子，運(yùn)動(dòng)速度比硫酸分子慢，不易穿過界面進(jìn)入酸液中，極易被氣流帶走。帶有酸霧的氣體排入大氣中，就能見到爐囪冒白爐。實(shí)踐證明，用于吸收三氧化硫的硫酸濃度越低吸收三氧化硫就越不完全，尾氣爐囪冒出的白爐就越多。 %時(shí),隨著酸濃度的升高，液面上的硫酸和三氧化硫蒸汽壓力也相應(yīng)增大。當(dāng)通入轉(zhuǎn)化氣時(shí)，相對(duì)來說,吸收推動(dòng)力就要減小，吸收率就會(huì)降低。當(dāng)酸濃度高到一定程度，將出現(xiàn)酸液上的三氧化硫平衡分壓與進(jìn)塔氣體三氧化硫分壓相當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，此時(shí)吸收過程已停止、吸收率等于零。因此，%時(shí)，其吸收率是隨著酸濃度升高而降低的。 吸收酸濃度過高或過低引起的吸收率下降，可以從尾氣顏色的變化上加以判斷。如果尾氣出爐囪時(shí)顏色較暗，隨著與爐囪距離的增大而變淡而消失，通常是由于吸收酸濃度過高引起的。若尾氣出爐囪口時(shí)呈白色，隨著爐囪距離的增大而變淡消失，往往是吸收酸濃度過低引起的。吸收溫度的影響 影響吸收溫度的主要因素是酸溫和氣溫。任何濃度的硫酸，隨著酸溫的升高，液面上的三氧化硫、水蒸汽、硫酸蒸汽的平衡分壓都跟著相應(yīng)增加。對(duì)吸收過程來說，在進(jìn)塔氣體條件不變的情況下，則意味著隨著酸溫的不斷升高，推動(dòng)力越來越小，收率越來越低。同酸濃度升高一樣、酸溫?zé)o限制地升高也會(huì)出現(xiàn)液面上三氧化硫的平衡分壓（Pso3）和進(jìn)塔氣體中三氧化硫分壓（Pso3）成為相當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，這時(shí)三氧化硫的吸收過程停止、吸收率等于零。因此，要有較高的吸收率，酸溫不能過高。 酸溫的控制是不是越低越好呢？實(shí)際上并不是這樣。原因有兩個(gè)： 第一、生產(chǎn)條件下，進(jìn)塔氣體不易絕對(duì)干燥的，一般都含有一定量的水份（規(guī)定），盡管進(jìn)塔氣溫較高，如果酸溫很低，在傳熱傳質(zhì)過程中。不可避免地會(huì)發(fā)生局部溫度低于露點(diǎn)。那么，氣體中的三氧化硫就會(huì)有相當(dāng)數(shù)量變成酸霧隨氣流帶走，這無疑是降低了吸收率。 第二、為保持低的酸溫，需要龐大的冷卻設(shè)備和大量的冷卻水，這樣會(huì)造成硫酸成本不必要的升高。此外，過低的酸溫還會(huì)造成輸送困難，甚至凍結(jié)。生產(chǎn)中，三氧化硫在塔內(nèi)被吸收的過程是絕熱進(jìn)行的，酸溫隨著吸收過程的進(jìn)行逐步升高。酸溫升高的主要原因是： （1）氣體帶入塔內(nèi)的熱量。氣體帶入塔內(nèi)的熱量直接與氣體溫度、氣體量和氣體成份有關(guān)。當(dāng)溫度高，氣量大和三氧化硫含量高時(shí)，其熱量就多。在一般的操作條件下，隨著兩相傳質(zhì)傳熱的進(jìn)行，約有70%氣體帶入塔內(nèi)的熱量傳給液相硫酸，使酸溫升高。 （2） 吸收反應(yīng)熱。吸收三氧化硫過程中，反應(yīng)熱的情況是比較復(fù)雜的。目前一般認(rèn)為，該反應(yīng)熱包括了三氧化硫生成100%硫酸（液）的反應(yīng)熱、當(dāng)100%硫酸稀釋到出塔酸濃度時(shí)的稀熱，進(jìn)塔酸濃度提高到出塔酸濃度時(shí)的濃縮熱。其中，濃縮熱是負(fù)值，其它都是正值，它們的代數(shù)和即為吸收過程的反應(yīng)熱。反應(yīng)熱的多少，最終還是決定于吸收三氧化硫的總量。在一般的操作條件下，引起出塔酸溫上升的因素中，反應(yīng)熱約占60%左右。 因此，出塔酸溫一定高于進(jìn)塔酸溫，如果不對(duì)吸收酸進(jìn)行冷卻，隨著吸收三氧化硫過程的進(jìn)行，酸溫將越來越高，必將引起吸收率下降，甚至使吸收完全停止。所以必須使進(jìn)塔酸通過冷卻器降溫。 影響吸收溫度的另一個(gè)因素是進(jìn)塔氣溫。從氣體吸收的一般情況來看，進(jìn)塔氣溫控制得低一些對(duì)吸收率有利，但對(duì)三氧化硫來講，它是有限度的。進(jìn)塔氣溫不能太低，原因有三：（1）需要增大氣體冷卻設(shè)備和動(dòng)力消耗；（2）低于露點(diǎn)溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸霧，引起吸收率下降并造成爐害和腐蝕設(shè)備；（3）不利于熱能的合理利用。 既能氣體進(jìn)塔溫度不能太低，那么提高氣體進(jìn)塔溫度行不行呢？過高地提高溫度肯定是不行的。實(shí)踐證明，適當(dāng)提高進(jìn)塔氣體溫度，非但不會(huì)降低吸收率，反而對(duì)吸收有利。 總的來說，為了達(dá)到較高的吸收率，必須在操作上對(duì)影響吸收溫度的因素實(shí)行控制。通常的辦法是：（1）調(diào)節(jié)進(jìn)塔氣體溫度；（2）調(diào)節(jié)進(jìn)塔酸溫；（3）調(diào)節(jié)噴淋酸量。 我們對(duì)吸收系統(tǒng)采用的工藝是高溫吸收工藝，所謂高溫吸收不是單純指入口氣體溫度高或吸收酸溫度高，而是入口氣體溫度與吸收酸溫同時(shí)高。 高溫吸收工藝具有下列特點(diǎn)： （1）綜合考慮了影響吸收溫度的條件因素，提高了吸收溫度，從而避免了生成酸霧，有利于提高吸收率。 在前面曾討論了酸霧的成因，可知生成到酸霧的先決條件是爐氣溫度低于露點(diǎn)溫度。凡是發(fā)生整個(gè)或局部氣體溫度低于露點(diǎn)溫度，就會(huì)發(fā)生硫酸蒸汽的冷凝。冷凝量和酸霧的生成量，主要取決于三氧化硫和水蒸汽含量的多少，冷卻速度和其它工藝設(shè)備等各種條件。這樣，避免生成酸霧，要求注意如下幾點(diǎn)： a、盡量降低干燥后的氣體含水量，從而達(dá)到有效地降低氣體的露點(diǎn)溫度； b、提高吸收塔氣體的進(jìn)塔溫度，使進(jìn)塔前的氣體不發(fā)生局部冷凝成酸霧，并使塔內(nèi)的吸收溫度保持在露點(diǎn)以上； c、提高進(jìn)塔酸溫。從吸收溫度上看，即使提高了進(jìn)塔氣體溫度，若吸收酸溫較低，吸收溫度仍可能在露點(diǎn)以下，這樣就會(huì)在塔內(nèi)的局部范圍產(chǎn)生酸霧。所以，在提高進(jìn)塔氣體溫度的同時(shí)還要提高進(jìn)塔酸溫，如果能保證出塔酸溫也在露點(diǎn)以上，那是完全可以避免生成酸霧的。 高溫吸收工藝，%的硫酸在100℃左右時(shí)，液面上的三氧化硫分壓和水蒸汽分壓仍然接近于零，以及酸霧生成條件的可控性，改變了兩相溫度的控制范圍，提高了吸收溫度，避免了酸霧產(chǎn)生，從而能獲得比普通吸收過程還要高的吸收效率。 （2）轉(zhuǎn)化氣以較高溫度進(jìn)入吸收塔，可以省掉三氧化硫冷卻器，從而筒化了工藝流程并相應(yīng)地降低了能耗。 （3）出塔酸溫度高，約為90—110℃，由此增加了傳熱溫差，故意可適當(dāng)減少濃硫酸冷卻器的換熱面積。 （4）由于提高了進(jìn)塔氣溫和吸收酸溫，有利于解決兩轉(zhuǎn)兩吸的熱平衡問題。但是，采用高溫吸收操作之后，也有一些問題，主要是吸收系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕加大，對(duì)材料提出了更高的要求。循環(huán)酸量的影響 為了較完全地吸收三氧化硫，必須有足夠數(shù)量的循環(huán)酸液做吸收劑。數(shù)量過多，過少都是不適宜的。若酸量不足，在吸收過程中，酸的濃度、溫度增長(zhǎng)的幅度就全很大。當(dāng)酸的濃度和溫度超過規(guī)定指標(biāo)后，就會(huì)使吸收率下降。作為填料塔，由于循環(huán)酸量不足，填料表面不能充分潤(rùn)濕，傳質(zhì)狀態(tài)就會(huì)顯著變壞。循環(huán)酸量過多又怎樣呢？實(shí)踐證明，不但對(duì)提高吸收率無益，而且還會(huì)增加流體阻力，增大動(dòng)力消耗，所以，在吸收過程中必須控制適當(dāng)?shù)难h(huán)酸量，對(duì)于填料塔而言，以噴淋密度表示循環(huán)酸量。氣流速度的影響 所謂氣流速度，是指在單位時(shí)間內(nèi)，氣體通過塔截面的速度。單位為米/秒。習(xí)慣上稱此為空塔氣速也稱操作氣速。填料塔的操作氣速由所用的填料性能決定。在正常生產(chǎn)條件下，不要超過規(guī)定的操作氣速范圍。若是超了，除引起動(dòng)力消耗增大外，還會(huì)造成吸收率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，造成氣體大量帶液。當(dāng)然，氣速過小也是不妥的。因此，氣速過低、過高都是要防止的。吸收設(shè)備的影響 為了達(dá)到較高的吸收率，采用填料吸收塔時(shí)，應(yīng)符合下列要求： （1）要有足夠的傳質(zhì)面積，填料堆放要符合技術(shù)規(guī)定。 （2）要求含三氧化硫的氣體和吸收酸在塔內(nèi)的截面上分布均勻，特別是分酸設(shè)備的安裝質(zhì)量要高，防止漏酸和堵塞。 （3）選用性能優(yōu)越的填料 （4）要求在允許的操作氣速范圍內(nèi)運(yùn)行。第四節(jié) 二氧化硫轉(zhuǎn)化的工藝原理一、二氧化硫轉(zhuǎn)化與硫酸生產(chǎn)方法 二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一般情況下是不能進(jìn)行的，必須借助于催化劑起催化作用。由于二氧化硫氣體轉(zhuǎn)化制酸所用的催化劑和進(jìn)行轉(zhuǎn)化的方法不同，先后形成了生產(chǎn)硫酸的兩大方法：硝化法和接觸法。 隨著科學(xué)發(fā)展，硝化法已淘汰，目前全世界都在用接觸法。 接觸法生產(chǎn)硫酸、簡(jiǎn)言之，是經(jīng)過凈化的二氧化硫氣體，通過催化劑作用，被氧所氧化，生成三氧化硫，再用水加以吸收，即得硫酸。其反應(yīng)式如下： SO2+1/2O2 == SO3+Q SO3+H2O == H2SO4+Q 接觸法比硝化法，具有產(chǎn)品濃度高，雜質(zhì)少的優(yōu)點(diǎn)。本章討論的是接觸法中的關(guān)鍵部分—二氧化硫的接觸氧化。二、轉(zhuǎn)化反應(yīng)是可逆的反應(yīng)過程 二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)，是按下面方程式進(jìn)行的。 SO2+1/2O2 == SO3+Q 從這個(gè)方程式可以看出。在二氧化硫與氧反應(yīng)生成三氧化硫（化學(xué)上稱這個(gè)從左向右方向進(jìn)行的反應(yīng)叫正反應(yīng)）的同時(shí)，三氧化硫也有一部分分解為二氧化硫和氧（這個(gè)從右向左方向進(jìn)行的反應(yīng)稱逆反應(yīng)）。因此，我們說二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)可逆的反應(yīng)過程。已反應(yīng)了的二氧化硫?qū)ζ鹗级趸蚩偭恐俜直冉凶鲛D(zhuǎn)化率。 二氧化硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡是相對(duì)的，不平衡是絕對(duì)的。只要條件變化，原來的平衡就會(huì)被破壞，重新建立新的平衡。在不同的溫度、不同的壓力、不同的原始?xì)怏w濃度條件下，二氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率是不同的，如果從轉(zhuǎn)化過程中，把生成物的SO3除去，逆反應(yīng)速度必大大減小，平衡狀態(tài)立即被打破，反應(yīng)就變得有利于正反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)化率。這就是建立兩轉(zhuǎn)兩吸流程的理論依據(jù)。三、二氧化硫轉(zhuǎn)化是在一定溫度下進(jìn)行的放熱反應(yīng) 二氧化硫轉(zhuǎn)化，在0℃。 一切放熱的化學(xué)反應(yīng)，降低溫度都會(huì)使平衡反應(yīng)率提高。這是一個(gè)規(guī)律。二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此平衡轉(zhuǎn)化率也隨反應(yīng)溫度的降低而提高。 二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度降低而升高，這主要是由于二氧化硫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度上升而減小，隨溫度降低而增加。 因此，從平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系來看，為了獲得高的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)溫度應(yīng)該盡可能控制低些。因此，在二氧化硫轉(zhuǎn)化過程中一定要移走一部分反應(yīng)熱，維持一定的反應(yīng)溫度，為什么在生產(chǎn)上不把反應(yīng)溫度盡量降低呢？這主要由下述兩點(diǎn)因素來決定的。隨著反應(yīng)溫度的降低，平衡轉(zhuǎn)化率雖然可以提高，但是反應(yīng)速度（即一定量的觸媒在一定時(shí)間內(nèi)能夠轉(zhuǎn)化的氣體量）卻下降很快。這是因?yàn)?，反?yīng)速度與溫度成正比關(guān)系。 反應(yīng)速度隨溫度升高而加快。增快的倍數(shù)相當(dāng)大，溫度由400℃升到575℃時(shí)反應(yīng)速度增大了30多倍。對(duì)于一定的轉(zhuǎn)化器和一定數(shù)量的催化劑來說，提高反應(yīng)溫度可使二氧化硫的轉(zhuǎn)化數(shù)量增加很多，從而大大提高轉(zhuǎn)化設(shè)備的生產(chǎn)能力。當(dāng)溫度降低到某一限度時(shí)，催化劑便不能繼續(xù)起催化作用而使反應(yīng)停止。這個(gè)使催化劑不能起催化作用的最低限度的溫度，叫做催化劑的起燃溫度。因此，催化劑的起燃溫度應(yīng)當(dāng)?shù)鸵恍┖?。其起燃溫度的高低與催化劑特性及進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的氣體成分有關(guān)。 從上述可見，如果只考慮反應(yīng)速度，則反應(yīng)溫度應(yīng)當(dāng)越高越好，如果只考慮轉(zhuǎn)化率，則反應(yīng)溫度應(yīng)當(dāng)越低越好。這是矛盾的，因此，在選擇轉(zhuǎn)化溫度指標(biāo)時(shí)，不但要