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PROCEDE DE FABRICATION INTENSIVE DE L'ACIDE SULFURIQUE ET INSTALLATION
POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.
Des procédés connus de fabrication intensive de l'acide sulfuri- que consistent à mettre en contact intime de l'acide sulfurique ontenant de l'acide nitreux ou de l'acide nitrosylsulfurique avec du gaz sulfureux.
Deux moyens ont été proposés pour réaliser ce contact intime: a)- soit d'opérer dans des tours remplies d'anneaux de grès ou d'autres matériaux de remplissage étant destinés à augmenter la sur- face de contact. b) - soit d'opérer dans des tours vides munies d'appareils destinés à pulvériser plus ou moins finement l'acide avec lequel les gaz doivent être mis en contacte
Mais ces moyens présentent les inconvénients suivants moyen a)-
En phase gazeuse, les réactions nécessitent un certain'volume utile.
Le remplissage des tours diminue ce volume et produit de ce fait un résultat inférieur à celui qu'il était logique d'espérer de l'augmenta- tion de la surface de contact entre gaz et acide. moyen b)-
La pulvérisation de l'acide dans les tours vides est initiale- ment un moyen excellent parce que les réactions en phase gazeuse peuvent occuper le volume voulus et qu'en même tempsla surface de contact se trou- ve augmentée du fait que l'acide se trouve sous forme de gouttelettes très fines.
Mais d'une part des gouttelettes finissent par se rassembler ra- pidement, à former des gouttelettes moins fines, dont la chute est alors
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accélère ce qui produit un contact moins long avec les gaz,, et une surface de contact moins grande.
D'autre part, pour obtenir une pulvérisation efficace de l'acide., il faut que l'acide pulvérisé puisse se déployer dans une tour de section assez grande. Or, dans une telle tour, la répartition des gaz est défectueu- se, il se crée des courants gazeux qui nuisent à la régularité de la réaction.
La présente invention concerne un procédé amélioré de fabrica- tion de l'acide sulfurique, caractérisé par ce qu'on met l'acide sulfurique contenant de l'acide nitreux ou de l'acide nitrosylsulfurique en contact intime avec du gaz sulfureux, en le pulvérisant à la partie supérieure vi- de d'une tour de réaction dont la partie inférieure est occupée par des @ éléments de remplissage.
On obtient le maximum de contact possible lorsque la-partie su- périeure vide correspond au volume nécessaire pour le déploiement total de la pulvérisationo Dans la pratique, un tel volume correspond à une hauteur de 2 à 3 mètres.
Les éléments de remplissage, de forme et de disposition régu- lières, occupent tout le reste de la tour et ont pour effet d'une part de répartir également les gaz et d'éviter la formation des courants gazeux, et, d'autre part, de permettre aux fines gouttelettes d'acide pulvérisé de pé- nétrer profondément dans les espaces libres, non occupés par le remplis- sage., et de maintenir ainsi une très grande surface de contact entre le gaz et l'acide.
Dans le procédé de la présente invention, il devient inutile., d'utiliser des éléments de remplissage petits pour augmenter la surface de contact entre gaz et acide (comme cela se fait dans des procédés antérieu- rement connus). Conformément au procédé de la présente invention, on peut utiliser au contraire des éléments de remplissage tels qu'anneaux de Raschig plus grands, laissant un volume libre plus que suffisant à la sesqui-oxyda- tion du No, tout en augmentant le contact entre gaz et liquide, grâce à la distribution régulière de l'acide pulvérisé sur le remplissage., à la pré- sence des fines gouttelettes à l'intérieur de la zone remplie et à la par- faite distribution des gaz dans la tour.
La présente invention concerne encore un procédé de fabrication intensive d'acide sulfurique., caractérisé par ce que les tours de réaction dans lesquelles l'acide sulfurique contenant de l'acide nitreux ou de l'acide nitrosylsulfurique est mis en contact intime avec le gaz sulfureux, sont construites entièrement en tôle d'acier ordinaire.
Il est déjà connu d'utiliser pour la construction des tours de réaction de l'acide sulfurique, de la tôle d'acier ordinaireo On sait en effet que pour certaines densités et certaines concentrations de l'aci- de sulfurique nitreux, celui-ci n'attaque pas l'acier ordinaire et que ce- lui-ci peut être maintenu au contact de cet acide donné, pendant longtemps, sans qu'il se produise une usure appréciable. Il existe des procédés con- nus, utilisant cette particularité, dans lesquels une partie des tours de réaction est construite en tôle d'acier ordinaire sans revêtement, ce qui a donné lieu à une économie très grande, dans le prix de l'installation et a permis en même temps d'éliminer une bonne partie des calories produi- tes par la formation et dilution de l'acide sulfurique, à travers les pa- rois des tours.
Ces procédés ont permis également, par voie de conséquence, de diminuer la quantité d'acide de circulation, de simplifier les appa- reils de réfrigération de l'acide et de diminuer sensiblement la quanti- té d'eau de réfrigération.
Néanmoins,la première tour de réaction faisant suiteà la tour de GLover, dans ces procédés, construite soit avec du matériel anti- acide tel que la lave de volvic soit en tôle d'acier ordinaire protégée par un revêtement de briques anti-acide., et cela, à cause des gaz sortant
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de la tour de Glover qui contiennent une proportion très élevée de vapeur d'eau,ce qui donne lieu par la suite, ' à la condensation d'acide sulfurique assez diluée qui corroderait rapidement l'acide ordinaire.
Dans ces conditions, cette première tour de réaction n'étant pas construite en tôle nue, l'élimination des calories par les parois est bien moins importante et sa construction devient plus onéreuse, ce qui ne permet pas d'obtenir tous les avantages escomptés,d'autant plus qu'une grande partie de la production., du 60 au 80% de la totalité, se fait dans cette première tour.
Le procédé de la présente invention est caractérisé par ce qu'on diminue considérablement la proportion de vapeur d'eau contenue dans les gaz entrant dans la première tour de réaction.
Conformément à 1-'invention, les gaz sulfureux chauds traver- sent deux tours du type tour de Glover, disposées en série. Dans la premiè- re tour, il se produit une dénitration complète et une concentration éven- tuelle de l'acide produit dans l'installation; cette tour est donc iden- tique à la tour de Glover, telle que celles des appareils de chambres de plomb et les gaz sortant de cette tour, assez chauds et contenant une for- te proportion de vapeur d'eau, sont refroidis dans un réfrigérante tel que faisceau tubulaire, à grande surface et à petit volume, arrosé par de l'eau froide, afin de condenser rapidement la plus grande partie de la va- peur d'eau;
il se produit ainsi de l'acide dilué qui est ensuite introduit dans la tour suivanteo
Dans cette tour a lieu uniquement une dénitration partielle de l'acide qui y circule et qui est l'acide de production retiré des tours de réaction.
Suivant 1$invention, les gaz sortant de cette*deuxième tour ne sont pas très chauds et leur teneur en vapeur d'eau est très faible, car elle est pratiquement en équilibre avec la tension de vapeur d'eau de l'a- cide introduit dans cette, tour qui est très basse. Il est donc possible de faire entrer directement ces gaz dans une tour de réaction en tôle d'a- cier sans revêtement¯, mais il est préférable que ces gaz entrent par la partie inférieure au-dessous de la grille qui soutient le remplissage, car ils seront tout de suite en contact avec l'acide concentré qui mouil- le les parois et remplit le fond de ladite tour.
On sait que l'acide sulfurique contenant de l'acide nitreux ou de l'acide nitrosylsulfurique n'attaque pas l'acier ordinaire si la con- centration de l'acide n'est pas inférieure à 61 Baumés car il se forme alors une pellicule protectrice constituée probablement par un sulfate basique insoluble dans un acide qui possède au moins cette concentration.
Conformément à la présente invention, la protection des parois des tours en tôle d'acier ordinaire est assurée parce qu'un film d'acide de concentration supérieure à 61 Baumé mouille complètement lesdites sur- faces
Suivant l'invention, ce film d'acide est créé parce qu'on em- ploie, pour distributer l'acide dans les toursdes pulvérisateurs spéciaux qui transforment en brouillard très fin la plus grande partie de l'acide et qu'ils projettent directement sur les parois, la partie restante assurant ainsi la continuité du film protecteur.
La quantité d'acide renvoyée directement sur les parois de la tour par les pulvérisateurs représente environ 10 à 20 % de la totalité de l'acide pulvériséo
Le procédé de la présente invention permet ainsi de construi- re toutes les tours de réaction conformes à celles décrites ci-dessus, en tôle d'acier ordinaire, sans revêtement anti-acide, ce qui donne lieu à une économie sensible dans le prix de revient de la construction., et ce qui per-
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met en outre d'éliminer, à travers les parois, une bonne partie des calories produites par la réaction très intense de formation diacide sulfurique qui a lieu dans cette tour.
Le film d'acide concentré qui, suivant l'invention,, s'écoule le long des parois de la tour en tôle d'acier ordinaireet les protège de la corrosion.\) augmente encore, grâce à un coefficient de convection plus élevé, l'élimination des calories produites à travers les parois de la tour.
La production du film protecteur d'acide sulfurique concentré s'écoulant le long des parois de la tour est assurée en même temps qu'une pulvérisation très fine de l'acide dans l'espace vide à la partie supérieure' de la tour,au moyen de pulvérisateurs nouveaux, conformes à la présente in- ventions caractérisés par ce qu'ils sont constitués essentiellement par deux ou plusieurs disques co-axiaux qui produisent la pulvérisation de l'acide par la combinaison de l'effet de centrifugation et de l'effet de choc sur des surfaces fixes et mobiles, le disque inférieur seul laissant échapper par centrifugation la partie de l'acide qui doit protéger les parois de la tour.
Il convient de noter que, si l'acier ordinaire est protégé con- tre l'action corrosive de l'acide sulfurique dilué par le film d'acide con- centré qui, conformément à l'invention.\) s'écoule le long des parois de la tour de réactionsil peut cependant être attaqué à l'intersection de la surface libre acide-gaz, lorsque les gaz sont constitués par de l'air plus ou moins humide, ou s'ils contiennent de l'oxygène et de la vapeur d'eau en quantité appréciable. Il est attaqué également dans le cas oû la for- mation de la couche protectrice est empêchée par le choc de l'acide sur l'acierou par une vitesse d'écoulement trop grande de l'acide le long des parois en acier.
La présente invention s'étend au mode de réalisation de l'inven- tions caractérisé par ce que les endroits des parois où l'acide pourrait attaquer l'acier ordinaire des trous, sont protégés par une couche mince d'acier spécial, contenant par exemple 18 % de chrome et 8 % de nickel, dont l'usure est pratiquement nulle, par les acides produits suivant le pro- cédé de l'invention.
L'invention est décrite ci-dessous avec plus de détails, à l'aide des dessins ci-joints, en prenant comme exemple un mode de réalisa- tion préféré de l'inventiono
La figure 1 représente une vue d'ensemble d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de 1?inventions concernant, la fabrication intensive de l'acide sulfurique à partir des gaz sulfureux chauds, prove- nant par exemple du grillage de pyrites de fer.
Les gaz entrent par g1 à la tour 1, tour qui fonctionne comme une tour de Glover des appareils de chambres de plomb. Les gaz assez chauds, par exemple à une température de 90 à 100 C, et chargés de vapeur d'eau qui sortent de cette tour, passent par un réfrigérant à faisceau tubulaire 2 arrosé d'eau fraîche et les gaz refroidis et relativement secs sortant de ce réfrigérant entrent par g2 dans la tour 3 où a lieu une dénitration par- tielle de l'acide produit dans l'installationo De cette tour, les gaz sor- tent par 2 et contiennent en plus de l'azote,de l'oxygène, les vapeurs nitreuses libérées dans les tours 1 et 3, et une faible quantité de vapeur d'eau.
Par condensation et formation conjointes de l'acide sulfurique, on obtient un acide dont la densité n'est pas inférieure à 61 bauméo Les gaz sont introduits directement à la partie inférieure de la tour (par g8) et successivement dans les tours 5 et 6 (par g4 et g5). Les tours 4,5 et 6 constituent l'ensemble de l'installation propre à la formation intensi- ve d'acide sulfurique.
Ces trois tours sont construites en tôle d'acier or- dinaire sans revêtementet elles sont en grande partie remplies d'anneaux
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de Raschig de dimensions comprises entre 100-et 40 mmo Ces tours sont munies à la partie supérieure de pulvérisateurs spéciaux.!) qui seront décrits plus loin, qui assurent la formation d'un brouillard très fin et très dense d'a- cide sulfurique, d'une densité supérieure à 61 Baumé et contenant au-moins¯ 4 % de N2O3.
En même temps, ces pulvérisateurs envoient vers les parois in- ternes des tours une proportion de l'ordre de 10 à 20 % de l'acide de circula- tion, constituant ainsi un fil liquide qui protège l'acier contre tout danger de corrosiono
Les gaz pratiquement exempts de SO2 sortent de la tour 6 par g6, sont aspirés par le ventilateur 7 qui les refoule par g7 vers les deux tours deGAY Lussac 8 et 9. Ces tours de Gay Lussac fonctionnent comme dans le procédé classique des Chambres de plomb.
La circulation des acides dans la tour de Glover 1 et les tours de Gay Lussac 8 et 9 se fait suivant les données classiqueso
L'acide sortant de la tour de Glover par a1 est refroidi dans le réfrigérant 10, et., après que l'on ait retiré l'acide de production, cet acide est repris dans'le bac 11 par la pompe 12 et refoulé par a2 vers la deuxième tour de Gay Lussac. L'acide qui sort de cette tour par a3, est recueilli dans le bac 13 et est refoulé par la pompe 14 par a4, vers la par- tie haute de la première tour de Gay Lussac.
A la sortie de cette tour, l'acide passe par a5,va au bac 15 et est envoyé par la pompe 16 par a6, vers la partie supérieure de la tour de Glover, qui reçoit, en même temps, par a7, la production de l'installation, sous forme d'acide partiellement dénitré (contenant moins de 1% de N3O3) en provenance de la tour. 3.
La tour 3 est arrosée en partie par de l'acide sortant de cet- te tour elle-même (en a8) après qu'il ait passé dans le réfrigérant 17, ce qui assure un écoulement d'acide suffisant pour refroidir et sécher les gaz à la sortie., ainsi que cela a été expliqué plus haut. Elle est ar- rosée encore par la production des tours 4,5, et 6 (venant par a9). L'aci- de sortant de cette tour est recueilli dans le bac 18 et.refoulé. à la partie supérieure par la pompe 190 Une partie de l'acide correspondant à la production va vers la tour 1 et le reste revient par a 10 à la tour 3.
Les tours 1 et 3 peuvent recevoir aussi une certaine quantité d'eau.!) selon les besoins de la marche de l'installationo
Les tours de réaction 4,5, et 6 sont abondamment arrosées par
1?acide dont la composition a été indiquée ci-dessuso A sa sortie de la tour 4 (par a11) l'acide est refroidi dans le réfrigérant 20. Celui qui sort des trous 5 et 6 (par a12 et a13 n'a pas besoin de l'être.
Tout l'acide est recueilli dans le bac 21 et refoulé par la pompe 22 vers la partie supérieure de l'installation. Là, une partie de
1?acide correspondant à la production, est envoyée à la tour 3, tandis que le reste est distribué par a14 entre les pulvérisateurs 23 placés à la par- tie haute des tours de réaction.
La tour 4 peut recevoir aussi une certaine quantité d'eau.
La figure 2 montre la disposition des pulvérisateurs.
Les pulvérisateurs sont constitués par un axe vertical 1 compor- tant deux ou plusieurs disques 2 et 3 munis de rainures ou ailettes-4.
L'acide arrivant au disque supérieur est en partie pulvérisé par le choc
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sur les ailettes solidaires aux disques, en partie projeté sur des surfaces fixes 5, où il se pulvérise en grande partie. L'acide non pulvérisé tombe sur le disque immédiatement inférieure où l'action de choc sur des surfaces fixes et mobiles est répétée. Finalement, l'acide tombant sur le disque in- férieur est en partie pulvérisé par choc sur les ailettes du disque et en partie envoyé par centrifugation sur les parois internes de la tour. C'est cette partie de l'acide qui assure la formation du film liquide qui protège l'acier de la corrosion par l'acide.
Dans la partie où l'acide heurte les parois des tours, on dispo- se une bande d'acier spécial de 1 mm d'épaisseur, afin d'éviter l'effet de la corrosion produite par le choc de l'acide sur les parois.
Pour éviter les effets de corrosion, certaines parties des pulvérisateurs 23, de la pompe 22 et du ventilateur 7 sont aussi en acier spécial. Enfin, le bac 21, où l'acide de circulation présente une surface gaz-liquide libre et en contact avec de l'air, est construit entièrement en tôle d'acier spécial.
Tout le reste de la partie essentielle de l'installation, c'est-à-dire tours 4., 5 et 6, tuyauteries de gaz reliant ces tours, tuyau- teries pour l'acide et réfrigérants., sont en acier ordinaire.
Il est à noter encore que l'action des disques et des ailettes produit un brassage intensif du mélange des gaz avec le brouillard d'acide pulvérisée ce qui assure une parfaite distribution de celui-ci sur le rem- plissage.
Cette régularité de distribution est facilitée par l'emploi de plusieurs pulvérisateurs sur la même tour au lieu d'un seul., dont la puissance de pulvérisation et le débit d'acide seraient égal à l'ensemble des autres.
L'invention concerne aussi les installations conformes à cel- les nécessaires à la mise en oeuvre des procédés précédents ou procédés simi- laires.
REVENDICATIONS.
La présente invention concerne notamment les caractéristiques suivantes et leurs diverses combinaisons possibles :
1)- Un procédé de production intensive de l'acide sulfurique, carac- térisé par ce qu'on met l'acide sulfurique contenant de l'acide nitreux ou de l'acide nitrosylsulfurique en contact intime avec du gaz sulfureux, en le pulvérisant à la partie supérieure vide d'une tour de réaction dont la partie inférieure est occupée par des éléments de remplissage tels qu'ils se laissent pénétrer par l'acide pulvérisée ce qui permet d'obtenir le maximum de contacts possibles.
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