Сжигание серы.

Сера – легкоплавкое вещество: температура ее плавления 113С. Перед сжиганием ее расплавляют, используя пар, полученный при утилизации тепла ее сжигания. Расплавленная сера отстаивается и фильтруется для удаления имеющихся в природной сере примесей и насосом подается в печь сжигания. Сера горит в основном в парофазном состоянии. Чтобы обеспечить ее быстрое испарение, необходимо ее диспергировать в потоке воздух. Для этого используют форсуночные и циклонные печи. Первые оборудованы горизонтальными форсунками для тонкого распыления жидкости. В циклонной печи жидкая сера и воздух подаются тангенциально и за счет вихревого движения достигается диспергирование жидкости и перемешивание двух потоков. Мелкие капли быстро испаряются и сера в парообразном состоянии сгорает. Горение протекает адиабатически, и температура зависит от концентрации образующегося SO₂.

За счет высокой теплоты сгорания серы температура в печи составляет более 1000С. Этих условий достаточно для испарения жидкой серы. Печь сжигания работает в комплексе с вспомогательным оборудованием для плавления и фильтрования серы и котлом-утилизатором для использования тепла реакции.

Газы обжига колчедана содержат в виде примесей соединения фосфора, селена, теллура, мышьяка и некоторые другие, образующиеся из примесей сырья. Естественная влага сырья также переходит в газ. При горении образуются некоторое количество SO₃ и возможно оксиды азота. Эти примеси приводят или к коррозии аппаратуры или к отравлению катализатора, а также ухудшают качество серной кислоты. Их удаляют в промывном отделении. Согласно схеме газ последовательно проходит две промывные башни, орошаемые растворами серной кислоты (60 и 20%-ой). В первой башне обжиговый газ охлаждается с 300 – 500С до 60 – 70С и освобождается от остатков пыли и части примесей. Эта башня полая. Обеспыленный газ отмывается 15 – 20%-ой серной кислотой от соединений As, Fe, Se во второй башне с насадкой. Окончательная осушка от влаги осуществляется в 3 – 9 башнях (сушильной), орошаемых концентрированной серной кислотой.

Окисление диоксида серы.

Реакция

является обратимой и экзотермической и протекает с уменьшением объема. Она осуществляется на катализаторах, основой которых является V₂O₅ с добавлением оксидов щелочных металлов, нанесенных на оксид кремния.

Обоснование роли параметров и их выбор.

Температура проходит максимум производительности, характерный для обратимых экзотермических реакций. Следует иметь в виду, что чрезмерное увеличение температуры может привести к диффузионному торможению процесса и это может повлиять на положение экстремума производительности и его величину.

В значительной степени выбор температуры определяется верхним и нижним пределом этого параметра. При Т<400 ⁰C активность катализаторов весьма мала, а выше 600 ⁰С происходит их термическая дезактивация. Оптимальными являются температуры, лежащие внутри этих пределов.

Давление является фактором скорости процесса и фактором смещения равновесия, однако на практике исходя из соображений экономии энергозатрат, а также благодаря возможности достичь высокой производите и степени превращения за счет использования других факторов предпочитают работать при давлениях, близких к атмосферному. Некоторое избыточное давление необходимо для преодоления гидравлических сопротивлений установки при организации транспортных потоков реагентов.

Соотношение O₂:SO₂. является фактором смещения равновесия, а также фактором скорости процесса в соответствии с уравнением Борескова

(2)

Однако сверху это соотношение ограничивается замедлением роста скорости при высоких и значительным снижением содержания SO₂ в контактных газах, поступающих на абсорбцию, что снижает эффективность последней. На практике используют избыток О₂ более чем полтора по отношению к стехиометрическому.

Время контакта выбирается, исходя из максимально достижимой конверсии. Пределом такой конверсии является максимальная степень превращения, при которой скорость процесса близка к нулю. Поэтому за время реакции выбирается то минимальное время, при котором степень конверсии практически близка равновесной. Обычно эта величина равна 90-95 %, а соответствующее ей время – несколько секунд.