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.

• Предварительное концентрирование до 70%
• Концентрирование до высокой концентрации, до 96%
• Дегитратирование хлора/оксида серы с серной кислотой
• Концентрирование азотной кислоты с использованием 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 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

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