Суть процесса концентрирования в аппаратах этого типа заключается в дроблении кислоты на капли благодаря потоку горячего газа.
Оба вида технологий получения концентрированной серной кислоты имеют как положительные, так и отрицательные стороны, которые необходимо учитывать при выборе характера производства в каждом отдельном проекте с учетом экономических показателей и наличия трудовых и сырьевых ресурсов.
Большим преимуществом установок с внешним обогревом является отсутствие или минимальное количество тумана серной кислоты, образующейся в результате работы концентраторов второго типа, а также получения серной кислоты с крепостью до 98%. Благодаря исключению необходимости очистки выхлопных газов от кислотного тумана, появляется возможность удешевить технологический процесс в результате выхода из технологической схемы дорогостоящих электрофильтров. Но при концентрировании серной кислоты, например, в ретортах до 96% крепости и выше, происходит их быстрое изнашивание из-за высокой температуры кипения серной кислоты, которая достигает t=300оC. Кроме того, при высоких температурах увеличивается испарение и разложение серной кислоты, что ведет к потере количества и качества серной кислоты. Эти недостатки учтены и устранены в установках типа Майснера, где концентрирование происходит под вакуумом. Установки Майснера весьма компактны по сравнению с ретортными установками Паулинга. При проектировании производств одной и той же мощности, установки с колоннами Майснера занимают менее 40% площади, требующейся для установки реторт Паулинга. Однако установки Майснера имеют весьма серьезный недостаток ввиду малой производительности (выход готового продукта составляет до 13-15 т/сут.). К другому недостатку относится растрескивание ферросилидовых царг, проявляющееся в процессе эксплуатации данной установки, а также нарушение уплотнения между царгами. К недостаткам колонн Майснера относится также необходимость строительства котельных для выработки водяного пара , применяемого в колоннах. Следовательно, этот тип установок может быть применен только в случаях необходимости концентрирования небольших количеств серной кислоты и для получения при этом серной кислоты высокой концентрации (до 98%).
Проблема растрескивания ферросилидовых материалов и проблема появления неплотностей были решены с появлением установок с применением нагревательных труб и метода стекающей пленки в установках типа Дюпон. В этих установках применено новое техническое решение в виде монтажа оборудования с учетом механических и термических напряжений ферросилида, то есть либо на катках, либо на пружинных подвесках. К преимуществам относится простота устройства, исполнения и обслуживания. Эти установки по производительности относятся к числу средних, достигая до 25 т/сутки. К недостаткам этого вида установок относится загрязнение внутренних поверхностей труб с течением времени, что приводит к снижению их теплопропускной способности и необходимости их периодической прочистки и промывки с применением большого количества воды. В нашей стране в начальный период развития производства получения высококонцентрированной серной кислоты установки этого типа пользовались большой популярностью, но, в связи с бурным ростом промышленности, потребляющей СК в огромных количествах, установки первого типа были в основном вытеснены установками второго типа – с непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой, а установки с внешним обогревом функционируют и в настоящее время в единичных экземплярах.
Один из представителей установок второго типа установки Кесслера, в которых значительно облегчена передача тепла от топочных газов к серной кислоте. Концентрируемая кислота не доводится до точки кипения, а большая, открытая поверхность контакта газа и кислоты максимизирует интенсивность процесса массопередачи и теплопередачи. Кроме того, преимуществом установок Кесслера является их возможность работать на любом местном виде топлива: газообразном, жидком, твердом, что значительно увеличивает сырьевые возможности безостановочного перехода с одного вида топлива в случае необходимости на другой. К недостаткам в первую очередь относится необходимость периодической чистки рекуператора с выгрузкой насадки, а также большая потеря СК с отходными газами, что составляет порядка 2-2,5%. Данные аппараты имеют небольшую производительность – 20 т/сутки. В последнее время установки Кесслера в своем большинстве были вытеснены концентраторами барабанного типа. В аппаратах этого типа концентрирование производится путем барботажа горячих газов через упариваемую кислоту, как в слое кислоты, так и в зоне брызг, где на поверхности капель происходит хорошая теплопередача. До настоящего времени они считались наиболее удобными, экономичными и практичными для концентрирования серной кислоты. Основной вид топлива для этих установок – мазут. Однако в последнее время в связи с ростом производства природного газа, последний стал широко применяться в концентраторах барабанного типа.
К преимуществам этих концентраторов относятся лучшее использование тепла и переработка большого количества кислоты. Данные концентраторы имеют и ряд существенных недостатков, которые не могут быть устранены без коренных изменений конструкции. Первый недостаток заключается в поддержании строгого температурного режима топочных газов, так как увеличение его даже на 10 ОС довольно быстро разрушает барботажные трубы первой камеры концентратора и , следовательно, увеличиваются потери СК из-за ее термического разложения, которые составляют 10-15% от общего количества СК, идущей на концентрирование.
Вторым, весьма существенным недостатком, является образование паров и туманов СК, улов которых требует применение громоздких и дорогостоящих сооружений – электрофильтров, причем сами электрофильтры тоже имеют недостатки – они осуществляют неполный улов сернистых газов и окислов азота, которые выбрасываются в атмосферу; стоимость же их весьма велика и составляет до 30% затрат на всю установку. Учитывая все изложенные преимущества и недостатки, появились новые скоростные концентраторы, в которых потоком горячего газа жидкость преимущественно разбивается на мельчайшие капли. Для создания такого процесса концентрирования СК в капельном состоянии используют аппараты Вентури.
Таблица №1 - Расходные коэффициенты на получение 92,5% серной кислоты
| Показатели | Барботажный концентратор | Трубы Вентури |
| Топливо, кг | 70 | 44,5 |
| Вода (t=25 ОС) | 7 | 6,5 |
| Эл. энергия, кВт/ч | 18 | 16,6 |
Применение этих труб имеет ряд преимуществ: при небольших размерах они имеют большую производительность, что позволяет снизить капитальные затраты на 1 тонну концентрированной кислоты по сравнению с барботажным концентратором. Преимуществом этого метода является то, что более низкая температура кипения кислоты уменьшает степень разложения при ее концентрировании и уменьшает туманообразование, что в конечном итоге приводит к уменьшению требуемого объема газоочистки.
Вихревая ферросилидовая колонна коренным образом отличается от ныне действующих в промышленности систем концентрирования СК. Процесс осуществляется в режиме без образования туманов серной кислоты и сернистого ангидрида, что резко снижает газовые выбросы. Конструктивное исполнение концентратора позволяет за счет дополнительных брызгоуловительных и абсорбционных ступеней осуществлять снижение газового выброса до санитарных норм без электрофильтров и скрубберов.
Для проведения патентных исследований определяется предмет поиска по теме дипломного проекта, подлежащей исследованию.
Предмет поиска: "Регенерация отработанных кислот."
Поиск проводится по отечественному патентному фонду, исходя из наличия фонда в библиотеке КГТУ. Глубина поиска – 5 лет, начиная с 1994 года и вглубь без пробелов.
Источник информации об отечественных изобретениях по Международной классификации изобретения МПК:
С01В17/88, С01В17/90, С01В21/24, С01В21/22, С01В21/38, С01В21/40, С01В21/44.
Целью исследований является установление уровня развития техники в данной области и анализ применимости прогрессивности решений в дипломном проекте.
Для составления полного списка изобретений, имеющих отношение к теме поиска, пользуются годовыми систематическими указателями к официальным бюллетеням.
Номера охранных документов, имеющих отношение к теме поиска, заносятся в таблицу.
Таблица №2 – Список охранных документов
| Индекс МПК | №№ охранных документов | №№ БИ или ИЗР | Страна выдачи патента | Название изобретения |
| 1994 год | ||||
| С01В17/88 | 2016842 | 14 | РФ | Способ концентрирования H2SO4 |
| С01В21/24 | 2022917 | 21 | РФ | Способ получения окиси азота |
| С01В21/26 | 1102183 | 6 | РФ | Способ окисления аммиака |
| С01В21/38 | 2009996 | 6 | РФ | Способ получения азотной кислоты |
| 1993 год | ||||
| С01В17/22 | 1805095 | 12 | Способ регенерации отработанной H2SO4 | |
| С01В21/38 | 1809774 | 14 | Способ снижения содержания оксидов азота в хвостовых газах производства слабой азотной кислоты | |
| 1992 год | ||||
| С01В21/22 | 1675202 | 33 | РФ | Способ получения закиси азота |
| С01В21/26 | 1636332 | 11 | РФ | Способ очистки газообразного монооксида азота |
| 1698187 | 46 | РФ | Способ получения могооксида азота | |
| С01В21/24 | 1650575 | 19 | РФ | Способ двухступенчатого окисления аммиака |
| С01В21/38 | 1664740 | 27 | РФ | Способ автоматического управления процессом очистки хвостовых газов от оксида азота |
| С01В21/40 | 1668291 | 29 | РФ | Способ переработки окислов азота в неконцентрированную азотную кислоту |
| 1991 год | ||||
| С01В21/90 | 1712304 | 6 | СССР | Способ очистки серной кислоты |
| С01В17/88 | 1723030 | 12 | СССР | Способ концентрирования и очистки серной кислоты |
| 1990 год | ||||
| С01В21/40 | 15641114 | 18 | СССР | Способ ректификации смеси "азотная кислота -четырехокись азота" |
| 1593691 | 35 | СССР | Способ очистки газовой смеси от оксидов азота | |
| С01В21/46 | 1586997 | 31 | СССР | Способ регенерации отработанной 20-50% азотной кислоты |
В разрабатываемый план наиболее подходят следующие изобретений: