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Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure Gemäß dem Verfahren des
Patents Sao oha wird Schwefelsäure hergestellt durch Zusammenführen von Schwefeltrioxyd
enthaltenden Gasen und wasserhaltigen Flüssigkeiten oder Wasser, wobei die Temperatur
der Säure mindestens i5o° erreicht.
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Es ist bekannt, Wasser oder Wasser enthaltende Flüssigkeiten durch
Teilverdampfung bei niederem Druck abzukühlen oder zum Gefrieren zu bringen, wobei
der entstandene Wasserdampf durch Schwefelsäure aufgenommen wird. Die Verdünnung
der Schwefelsäure, welche durch die Wasseraufnahme eintritt, kann durch Zuführung
von S 03 wieder ausgeglichen werden.
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Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß die notwendige S 03 Menge
relativ groß ist. Dies zeigt das nachstehende Beispiel:
| Eiserzeugung ..................... i kg |
| Notwendige Kältemenge .......... ioo kcal |
| Zu verdampfende Wassermenge .... 0,17 kg |
| Zur Bildung von H2 S 04 (o,5) not- |
| wendige S 03 Menge ............. 0,5 kg |
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure durch
Zusammenführen von Schwefeltrioxyd enthaltenden Gasen und wasserhaltigen Flüssigkeiten,
bei welchem Verfahren gleichzeitig dadurch Kälte erzeugt wird, daß Wasser oder Wasser
enthaltende Flüssigkeiten durch Teilverdampfung bei niederem Druck abgekühlt oder
zum Gefrieren gebracht werden, wobei der entstandene Wasserdampf durch Schwefelsäure
aufgenommen und die Verdünnung der Schwefelsäure, die durch die
Wasseraufnahme
eintritt, durch Zuführung von Schwefeltrioxyd wieder ausgeglichen und die bei der
Absorption des Schwefeltrioxyds auftretende Wärme zur Verdampfung des bei niederem
Druck aufgenommenen Wassers benutzt wird. Es gelingt so, die zur Erzeugung einer
bestimmten Kältemenge erforderliche Menge Schwefeltrioxyd erheblich niedriger zu
halten als bei dem bekannten Verfahren. In einfacher Weise wird dies erreicht, indem
man die bei der Absorption auftretende Wärme nicht abführt. Hierdurch kommt die
Absorptionsflüssigkeit zum Sieden; der gebildete Wasserdampf verläßt zusammen mit
etwaigen Restgasen den Absorber. Die Konzentrierung der Säure erfolgt nicht allein
durch Aufnahme von S 03, sondern gleichzeitig durch Entfernung von Wasser.
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Hierbei ist es vorteilhaft, die durch S 03 Aufnahme erhitzte Säure
mit Luft abzukühlen. Die übertragene Wärme kann nutzbar gemacht werden, wenn man
diese Luft dann mit der durch Wasseraufnahme verdünnten Säure in Wärme- und Stoffaustausch
bringt. Etwaige von der Luft mitgeführte Säuredämpfe werden in der verdünnten Säure
niedergeschlagen. Da frische Außenluft stets Wasserdampf enthält, dessen Absorption
in der Säure die Kühlwirkung der Luft vermindert und außerdem eine unerwünschte
Verdünnung der Säure bewirkt, ist es zweckmäßig, stets die gleiche Luft zu verwenden,
d. h. diese Luft zwischen der konzentrierten und der verdünnten Säure im Kreislauf
zu führen.
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Um den Erfolg des neuen Verfahrens an Hand eines Zahlenbeispiels zu
belegen, werde angenommen, es stehe eine Säure mit 0,5 Mol Wasser für die
Kälteerzeugung zur Verfügung. Diese werde durch Wasserdampfaufnahme bei niederem
Druck, z. B. 3 Torr, auf 2 Mol Wassergehalt verdünnt. Durch S 03 Absorption soll
die Anfangskonzentration der Säure wiederhergestellt werden.
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Entsprechend der Konzentrationsveränderung
beträgt die Verdünnungswärme d H= 340,25 - 33424 = 6,o= kcal. Da das Verdünnungswasser
in dampfförmigem Zustand aufgenommen wird, ist noch die Verdampfungswärme von 1,5
Mol Wasser V =1,5 - 10,57 kcal zu addieren. Insgesamt sind hiernach 21,865 kcal
zu entfernen. Bei der Wiederkonzentrierung der Säure durch Verdampfung von Wasser
ist die gleiche Wärmemenge aufzubringen. Erfindungsgemäß wird hierzu die bei der
S03 Absorption auftretende Wärme benutzt.
Durch diese bei der Absorption von z Mol S03 (g) entstehende Wärmemenge könnte bei
der Bezugstemperatur von r8° C, welche den verwendeten Bildungswärmen zugrunde liegt,
eine Säuremenge mit 29,22/21,865 = 1,336 Mol H2S04 von 2 auf 0,5 Mol Wasser
konzentriert werden, wobei 1,336 ' 1.5 = 2004 Mol Wasserdampf entstehen würden.
Damit der Wasserdampf sich ohne Aufwendung von Pumparbeit entfernen kann, muß die
Verdampfung bei dem normalen Siedepunkt der Säure, d. h. bei rund 2oo° C erfolgen.
Die Enthalpie des Wasserdampfes bei 2oo° C ist um 8,4 - 1o-3 - 182 = 1,53
kcal/Mol größer als bei I8° C. Bei 2oo° C Dampftemperatur werden mit der aus der
S 03 Absorption zur Verfügung stehenden Wärmemenge 1,5 # 29,22/(2r,865 -j- 1,5 -
1,53) = 1,82, Mol Wasser aus der verdünnten Säure ausgetrieben. Die zur Erwärmung
der Säure auf die Verdampfungstemperatur notwendige Wärme wird erfindungsgemäß durch
den Luftkreislauf zurückgewonnen und braucht daher in der Rechnung nicht berücksichtigt
zu werden.
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Im vorliegenden Beispiel werden von I Mol Schwefeltrioxyd nach dem
bisherigen Verfahren 1,5 Mol H20 zu H,S04 (o,5) gebunden. Das neue Verfahren benutzt
die Absorptionswärme des Schwefeltrioxyds zur Verdampfung von weiteren 1,82 Mol
H20. Zur Gewinnung der gleichen Kältemenge durch Teilverdampfung benötigt das neue
Verfahren im vorliegenden Beispiel den (1,5 + I,82)/1,5 = 2,2lten Teil der bei dem
bisherigen Verfahren gebrauchten S 03 Menge, d. h. nicht die eingangs genannten
o,5 kg SO, sondern nur 0,225 kg S03 für I kg-Eis.