PL113815B1 - Method of heating of sulphuric acid solution - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób bezposred¬ niego ogrzewania roztworu kwasu siarkowego za pomoca pradu elektrycznego przeplywajacego po¬ miedzy elektrodami zanurzonymi w tym roztworze.W procesach chemicznych, w których zachodzi ogrzewanie cieczy, na przyklad w destylacji kwasu siarkowego w celu jego zatezenia i/lub usuniecia z niego zanieczyszczen w nim rozpuszczonych do¬ prowadza sie zwykle cieplo do cieczy posrednio przez scianke kotla wypelnionego ciecza przez ogrzewanie tejze scianki gazem palnym, para wod¬ na lub grzejnikami elektrycznymi. W tym aspekcie opisana jest w opisie patentowym niemieckim nr 357593 metoda destylacji kwasu siarkowego, w której kwas ogrzewa sie posrednio za pomoca gazów spalinowych, jak tez podobna metoda opi¬ sana jest na stronach 442—444 w Ullmanns Ency¬ klopedie der technischen Chemie, wydanie 3, tom 15, 1964, w której to metodzie do ogrzewania stosuje sie pare wodna.Niekorzystna cecha sposobu posredniego ogrze¬ wania cieczy jest koniecznosc stosowania drogiej aparatury, jak tez zly bilans cieplny procesu. Acz¬ kolwiek istnieje mozliwosc czesciowego odzyskania ciepla gazów uzytych do posredniego ogrzewania cieczy przez zastosowanie wymienników, jednakze aparaty te sa drogie zarówno w zakupie jak i w eksploatacji. Z tego wzgledu proponowano spo¬ soby bezposredniego ogrzewania kwasu siarkowego przez wdmuchiwanie do niego gazów spalinowych. 10 u 20 25 30 2 Tego rodzaju metody opisano na przyklad w opi¬ sach patentowych RFN nr 69216 i 229676. Chociaz przy ogrzewaniu bezposrednim gazami spalinowymi przenoszenie ciepla jest dobre, to bilans cieplny jest stosunkowo niedostateczny a w niektórych przypadkach otrzymuje sie niedopuszczalnie zanie¬ czyszczony produkt.W celu polepszenia przenoszenia ciepla, poprawy bilansu cieplnego i uproszczenia aparatury w przy¬ padku ogrzewania cieczy o dobrej przewodnosci elektrycznej opracowano sposób, w którym przez ciecz przepuszcza sie prad elektryczny przy po¬ mocy elektrod. Stosowano równiez metode desty¬ lacji wodnego roztworu kwasu siarkowego i kwasu chlorowodorowego w celu odzyskania tych kwasów, przy czym ogrzewanie prowadzono za pomoca pradu elektrycznego, który przeplywal przez roztwór miedzy grafitowymi elektrodami.Problemem, na który napotyka sie w przypadku doprowadzania ciepla do kwasu siarkowego i in¬ nych cieczy o dobrej przewodnosci elektrycznej tym sposobem jest maly spadek napiecia pomiedzy elektrodami grafitowymi wskutek czego przy do¬ prowadzaniu stosunkowo duzej ilosci energii nate¬ zenie pradu przeplywajacego przez ciecz jest bardzo duze.Nawet w aparatach o poborze mocy rzedu 100—200 kW natezenie pradu wynosi zwykle wiele tysiecy amperów, co powoduje, ze wymiary elek¬ trycznych linii zasilajacych i transformatorów 113 8153 musza byc niedopuszczalnie duze. Trudnosci tych mozna wedlug wynalazku co najmniej w duzym stopniu uniknac stosujac do bezposredniego ogrze¬ wania roztworów kwasu siarkowego elektrody wy¬ konane z zelaza lub ze stopów zelaza, których po¬ wierzchnie spasywowano tak, by opór przeplywu pradu od elektrod do roztworu kwasu siarkowego byl co najmniej równy co do wielkosci oporowi samego roztworu. W ten sposób uzyskuje sie duzy opór na granicy miedzy elektrodami a ciecza wsku¬ tek czego róznica napiecia miedzy elektrodami znacznie wzrasta a natezenie pradu odpowiednio maleje przy tym samym poborze mocy.^ Korzystnie fost-stosowac elektrody powierzchnio- jwtoitak' spasywowahe, aby ich opór byl 3—5 razy Iwiekszy od oporuj roztworu^ kwasu siarkowego, I dzieki czemu uzyskuje sie duzy pobór mocy przez j roztwór'liwasu siarkowego na jednostke czasu przy ijednocwsttie-umiarkowanym natezeniu pradu.Elektrody mozna pasywowac powierzchniowo przez obróbke lub pokrycie ich powierzchni przed uzyciem ich do celów ogrzewczych w ten sposób, ze sie wytwarza na ich powierzchni cienka warstwe materialu o duzej odpornosci na dzialanie kwasu a jednoczesnie o stosunkowo duzej opornosci elek- ktrycznej. Zazwyczaj elektrody pasywuje sie po¬ wierzchniowo in situ za pomoca ogrzewanego roz¬ tworu kwasu siarkowego. Przy zetknieciu sie elek¬ trod z kwasem siarkowym powstaje bowiem na ich powierzchni cienka warstwa pasywna, która chroni elektrody przed korozja, przy czym warstwa ta, zaleznie od skladu materialu elektrody i rodzaju zanieczyszczen obecnych w roztworze kwasu siar¬ kowego sklada sie glównie z tlenków co najmniej jednego z pierwiastków, zelaza, niklu, chromu, miedzi i krzemu. Warstwa taka tworzy sie stosun¬ kowo szybko, na przyklad w ciagu mniej niz 4 godzin w przypadku ogrzewania 70% kwasu siar¬ kowego.Korzystnym materialem na elektrody jest stop zelaza z weglem i/lub krzemem. Tak na przyklad w przypadku, gdy od elektrod nie wymaga sie nad¬ zwyczaj dlugiej trwalosci mozna stosowac stal nie¬ stopowa lub w zasadzie niestopowa, zeliwo, w szcze¬ gólnosci zeliwo szare, lub zelazo krzemowe o za¬ wartosci 2^20% wagowych krzemu. Jesli zas wy¬ magane sa elektrody o dluzszej zywotnosci, wtedy zaleca sie stosowac stal stopowa zawierajaca co najmniej jeden z pierwiastków Ni, Cr i Cu, ewen¬ tualnie równiez Si. Stosowny material na elektrody mozna dobrac sposród stopów, w których zawartosc skladników miesci sie w nastepujacych granicach: Fe ponizej 98°/o wagowych, Ni Ó—20% wagowych, Cr 0—5% wagowych, Cu 0—10% wagowych, Si 0—20% wagowych i C 0—4% wagowych.Tego rodzaju stopy zaliczajace sie do oporniko- wyeh stopów niklowych okazaly sie jak stwier¬ dzono szczególnie przydatne jako material na elek¬ trody, zarówno pod wzgledem pasywacji powierz¬ chni, jak i odpornosci na korozje, które to stopy obok zelaza w ilosci okolo 67—80% wagowych za¬ wieraja równiez 13,5—17,5% wagowych Ni, 1,0— —2,5% wagowych Cr, 5,5—7,5% wagowych Cu, 1,0—2,0% wagowych Si oraz C w ilosci ponizej 3,0% wagowych. 815 4 W typowym przykladzie wdrozenia sposobu wedlug wynalazku 70% kwas siarkowy zanie¬ czyszczony siarczanami glównie zelaza, niklu, miedzi i glinu oczyszczano systemem ciaglym przez desty- 5 lacje kwasu w kotle kwarcowym w temperaturze . 310°C. Jako kwas zastosowano elektrolit uzywany w procesie elektrolizy miedzi, który to elektrolit oczyszczano usuwajac z niego wieksza czesc zawar¬ tosci miedzi i niklu, po czym pozostaly kwas i ciecze 0 z przemycia zawracano do kuba kotla destylacyj¬ nego. Cieplo potrzebne do destylacji dostarczano przez trzy elektrody zanurzone w kwasie siarko¬ wym, które zasilano 50-okresowym, 3-fazowym pradem zmiennym o regulowanym napieciu. Z kotla 5 odbierano 66% roztwór kwasu siarkowego zas po¬ zostaly okolo 96% kwas usuwano w stosunku 5,7 do 1, przy czym kwas ten zawieral wymienione wyzej zanieczyszczenia. Zanieczyszczenia te usu¬ wano z pozostalego kwasu przez ochlodzenie go do temperatury okolo 20°C i nastepne oddzielenie wykrystalizowanych soli, które przemywano czysta woda. Pozostaly po usunieciu soli kwas oraz ciecz z przemycia zawracano do kotla destylacyjnego lacznie ze swiezym oczyszczonym z miedzi elek¬ trolitem. Elektrody wykonane z opornikowego stopu niklowego o srednicy 35 mm ustawione byly szeregowo w odstepach okolo 200 mm* Przeprowa¬ dzono równiez próby z elektrodami grafitowymi lecz o srednicy 38 mm ustawionymi równiez w ©do¬ stepach 200 mm.Przy zmianie napiecia na odpowiednich elektro¬ dach niklowych i grafitowych natezenia pradu i pobierane moce wynosily, jak w ponizszej tablicy: 1 Material elektrody Grafit Grafit Stop niklowy Stop niklowy Srednica (mm^ 38 38 35 35 V 14 23 20 104 A 400 700 100 400 kW 9,7 . 28 3,5 72 Z powyzszych danych wynika, ze natezenie pradu ulega znacznemu zmniejszeniu w przypadku zasto¬ sowania elektrod ze stopu niklowego, które spasy¬ wowano uprzednio lub pasywowano in situ w kwa¬ sie siarkowym. 50 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób ogrzewania roztworu kwasu siarkowego za pomoca pradu elektrycznego przeplywajacego pomiedzy elektrodami zanurzonymi w tym roztwo¬ rze, znamienny tym, ze do ogrzewania roztworu stosuje sie elektrody z zelaza lub ze stopów zelaza spasywowanych tak, by opór przeplywu miedzy elektrodami a roztworem kwasu siarkowego byl co najmniej równy oporowi samego roztworu on kwasu. 60 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody spasywowane tak, by opór przeplywu miedzy elektrodami a roztworem kwasu siarkowego byl 3—5 razy wiekszy od oporu roz- w tworu kwasu.113 815 5 * 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody pasywowane przed uzyciem przez obróbke lub pokrycie ich zewnetrz¬ nych powierzchni. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody pasywowane powierz¬ chniowo in situ przez dzialanie na nie roztworu kwasu siarkowego podczas jego ogrzewania. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadniczo zelazo stopione z co najmniej jednym z pierwistków C i Si. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadniczo zelazo stopione z co najmniej jednym z pierwiastków Ni, Cr i Cu. 7. Sposób wedlug zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadni¬ czo nastepujace skladniki: Fe ponizej 98% wago¬ wych, Ni 0—20% wagowych, Cr 0—5% wagowych, Cu 0—10% wagowych, Si 0—20% wagowych, C 0—4% wagowych. 8. Sposób wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadniczo naste¬ pujace skladniki: Fe 67—80% wagowych, Ni 13,5— —17,5% wagowych, Cr 1,0—2,5% wagowych, Cu 5,5—7,5% wagowych, Si 1,0—2,8% wagowych, C ponizej 3,0% wagowych. 5 10 / PL

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób ogrzewania roztworu kwasu siarkowego za pomoca pradu elektrycznego przeplywajacego pomiedzy elektrodami zanurzonymi w tym roztwo¬ rze, znamienny tym, ze do ogrzewania roztworu stosuje sie elektrody z zelaza lub ze stopów zelaza spasywowanych tak, by opór przeplywu miedzy elektrodami a roztworem kwasu siarkowego byl co najmniej równy oporowi samego roztworu on kwasu. 60
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody spasywowane tak, by opór przeplywu miedzy elektrodami a roztworem kwasu siarkowego byl 3—5 razy wiekszy od oporu roz- w tworu kwasu.113 815 5 *
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody pasywowane przed uzyciem przez obróbke lub pokrycie ich zewnetrz¬ nych powierzchni.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody pasywowane powierz¬ chniowo in situ przez dzialanie na nie roztworu kwasu siarkowego podczas jego ogrzewania.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadniczo zelazo stopione z co najmniej jednym z pierwistków C i Si.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadniczo zelazo stopione z co najmniej jednym z pierwiastków Ni, Cr i Cu.
7. 7. Sposób wedlug zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadni¬ czo nastepujace skladniki: Fe ponizej 98% wago¬ wych, Ni 0—20% wagowych, Cr 0—5% wagowych, Cu 0—10% wagowych, Si 0—20% wagowych, C 0—4% wagowych.
8. 8. Sposób wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze stosuje sie elektrody zawierajace zasadniczo naste¬ pujace skladniki: Fe 67—80% wagowych, Ni 13,5— —17,5% wagowych, Cr 1,0—2,5% wagowych, Cu 5,5—7,5% wagowych, Si 1,0—2,8% wagowych, C ponizej 3,0% wagowych. 5 10 / PL