Page 92 - Zmist-n5-2015

В усіх зазначених працях розглядали випаровування крапель індивідуальних
рідин (головно – води), які зберігають якісний та кількісний склад під час цього
процесу, а властивості газової і рідкої фаз були функцією природи компонентів
та температури. За випаровування крапель сульфатної кислоти її концентрація в
часі змінюватиметься, тобто властивості рідкої фази також залежатимуть від
змінного в часі кількісного складу краплі, що значно ускладнює математичний
опис процесу.
Мета роботи – розробити математичну модель випаровування крапель суль-
фатної кислоти в газовому потоці, яка послужить підґрунтям для теоретичного
розрахунку головних параметрів та характеристик процесу числовими матема-
тичними методами та використовуватиметься на практиці в технології концен-
трування розчинів сульфатної кислоти.
Для досягнення цієї мети необхідно вивести залежності, які дадуть змогу із
достатньою точністю розрахувати масу, температуру, швидкість та положення
краплі у будь-який момент часу.
Головні результати. Теоретичні положення, припущення та крайові
умови. Можливість концентрування водних розчинів сульфатної кислоти випа-
рюванням ґрунтується на тому, що до концентрації 98,3% Н 2SO 4 співвідношення
Н 2SO 4:Н 2О у газовій фазі менше, ніж у рідині. Тому теоретично простим випарю-
ванням концентрацію сульфатної кислоти можна підвищити до 98,3%.
На початку випарювання у газову фазу переходить тільки пара води, тому
концентрація кислоти пропорційно зростає. Такий процес відбувається поки
вміст Н 2SO 4 у розчині не наблизиться до 80%. За подальшого нагрівання разом з
водяною парою у газоподібний стан переходить і сульфатна кислота. Так, за
атмосферного тиску температура кипіння 85%-ої сульфатної кислоти становить
500,1 K, а вміст Н 2SO 4 у насиченій парі – 0,14%; для 95%-ої – 574,3 K і 40,8%;
для 98%-ої – 605,4 K і 85,0%, відповідно. Крім того, під час випарювання суль-
фатної кислоти можливий її термічний розклад з подальшим утворенням дрібно-
дисперсного туману, вловлювання якого ускладнене. Помітний термічний роз-
клад Н 2SO 4 спостерігали лише за температур вище ніж 403 K. Так, ступінь тер-
мічного розкладу за температури 473 K становить 2,5%; за 573 K – 27,1%; за
673 K – 69,1% [1, 4]. Отже, розчини сульфатної кислоти доцільно випарювати за
безпосереднього контакту гарячого газу і крапель сульфатної кислоти за темпе-
ратури, що не перевищує 403 K.
Максимальна температура розчину сульфатної кислоти, який випаровують
за безпосереднього контакту з газом-теплоносієм, рівна температурі мокрого
термометра та залежить від концентрації кислоти, температури газів та їхнього
вологовмісту. Тому виконали відповідні розрахунки, які показали, що за безпосе-
реднього контакту гарячих викидних газів (373…773 K) з сульфатною кислотою
температура процесу (мокрого термометра) для 70% Н 2SO 4 не перевищує 400 K,
тобто в газову фазу з розчину переходитиме лише водяна пара, що знижує коро-
зійний вплив газу на апаратуру. Кислота такої концентрації відповідає вимогам
виробництв мінеральних добрив, зокрема амофосу.
Значну кількість викидної сульфатної кислоти одержують під час виробниц-
тва пігментного титану(ІV) оксиду. Така кислота містить ~20% Н 2SO 4 і проблема
її повної утилізації на сьогодні не вирішена. Водночас, як показано вище, її кон-
центрування до 70% за безпосереднього контакту з гарячими викидними газами
не є технологічно складним. Нижче наведено результати теоретичного аналізу
випарювання розчинів сульфатної кислоти, який включає математичну модель і
розрахунок фізичних властивостей фаз залежно від температури повітря та кон-
центрації кислоти.

91