Серная кислота - очень важный для химической индустрии продукт, она находит применение во многих процессах: как катализатор в органическом синтезе или в качестве осушителя для таких газов, как хлор, бром, хлорметан, в производстве удобрений. Концентрированная серная кислота также используется как дегидратирующий агент для хлорной, азотной и уксусной кислот.
Серная кислота обычно вступает в процесс в разбавленном виде и часто загрязнена органическими веществами. Если можно отделить органические примеси, то серную кислоту возможно регенерировать. За последние 50 лет компания QVF разработала схему выделения серной кислоты.
Концентрирование разбавленной соляной кислоты для получения газообразного HCl
Концентрирование серной кислоты для переработки в процессах нитрования
Серная кислота для применения в процессе нитрования
Система серная кислота/вода
Система серная кислота/вода обладает азеотропом при концентрации 93.3% и температуре 338°C при атмосферном давлении. Как видно из рис. 1, существует большой коэффициент разделения. Более того, серная кислота почти не содержится в паре при концентрации до 70%. Концентрация серной кислоты в паре начинает увеличиваться при концентрации примерно 85%.
Рис. 1. Диаграмма состояния - Коэффициент разделения
Рис. 2. Диаграмма состояния - зависимость температуры кипения от давления
Основы процесса концентрирования
В настоящее время процессы концентрирования проводят в основном под вакуумом особенно для высоких концентраций. Зависимость температуры кипения от давления показана на рис. 2. Кроме того, показан предел для температуры охлаждающей воды 20°C и для температуры насыщенного пара 200°C (15 бар).
Например, из рисунка видно, что значительная разница в температуре относительно нагревающего и охлаждающего агента существует при концентрации продукта 80% и давлении 150 мбар. Если необходимо получить конечную концентрацию 92%, это может быть осуществлено, если будет достигнута разница температуры 25°C с горячим паром при 50 мбар. В то же время, отработанный пар (для упрощения предполагается, что это чистая вода при концентрации серной кислоты 0%) можно сконденсировать охлаждающей водой при 20°C.
Из описанного выше можно сделать следующие выводы для процесса концентрирования соляной кислоты:
Из-за образования азеотропа нельзя достигнуть 100% концентрации кислоты дегидратацией. Более экономично проводить концентрирование до 96%, а затем увеличивать концентрацию добавлением SO3.
Можно достигнуть концентрацию серной кислоты 70% с помощью обычных испарителей за счет низкого парциального давления серной кислоты в газовой фазе.
Для получение кислоты концентрацией выше 70 % требуется воспользоваться специальными методами.
Рис. 3. Температура кипения на всем интервале концентраций для трех различных давлений
