FR2523948A1 - Procede et dispositif de preparation d'acide sulfurique - Google Patents

Abstract

POUR LA PREPARATION D'ACIDE SULFURIQUE, ON FAIT PASSER UN COURANT DE GAZ CHAUD (240-330C) CONTENANT DE LA VAPEUR DE SO ET HSO EN QUANTITE TOTALE ALLANT JUSQU'A 10 EN VOLUME ET JUSQU'A 50 EN VOLUME DE VAPEUR D'EAU, LE RAPPORT VAPEURSO ETANT AU MOINS 11, DU BAS VERS LE HAUT A TRAVERS UN FAISCEAU DE TUBES RESISTANT AUX ACIDES VERTICAUX, REFROIDIS EXTERIEUREMENT DANS UNE TOUR D'ECHANGE DE CHALEUR POUR LA CONDENSATION D'ACIDE SULFURIQUE. LES TUBES SONT REFROIDIS AVEC DE L'AIR INTRODUIT A TRAVERS UN ORIFICE D'ENTREE DANS LA PARTIE SUPERIEURE DE LA TOUR, ET EVACUE A TRAVERS UN OU PLUSIEURS ORIFICES DE SORTIE DANS LA MOITIE INFERIEURE DE LA TOUR. EN CONTROLANT LES VITESSES D'AIR DE REFROIDISSEMENT ET LES NIVEAUX AUXQUELS ON DECHARGE L'AIR DE REFROIDISSEMENT A PARTIR DU FOND DE LA TOUR, ON CONTROLE LE REFROIDISSEMENT DE FACON A CE QUE LA TEMPERATURE D'EVACUATION TC SOIT DETERMINEE PAR LA FORMULE:T 125 6A B 0,2(T-T) DANS LAQUELLE: A EST LE EN VOLUME ET LA TENEUR EN EN VOLUME DE VAPEUR DE SO HSO DANS LE GAZ DE CHARGE; B SA TENEUR EN EN VOLUME EN VAPEUR D'EAU; T SA TEMPERATURE EN C; ET T SON POINT DE ROSEE POUR LA VAPEUR DE HSO EN C.

Description

À

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PREPARATION D'ACIDE SULFURIQUE

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de préparation d'acide sulfurique, comprenant les étapes de faire passer, dans une tour à acide sulfurique construite sous la forme d'un échangeur de chaleur contenant

une pluralité ouun faisceaude tubes verticaux résistant aux acides, refroi-

dis extérieurement, un courant de gaz ayant une température de 240-3300 C et contenant de la vapeur de trioxyde de soufre et d'acide sulfurique en quantité totale allant jusqu'à 10 % en volume et de la vapeur en quantité allant jusqu'à 50 % en volume, la limite inférieure du rapport vapeur/503 étant de 1/1, dans le sens de bas vers le haut à travers lesdits tubes

verticaux pour condenser l'acide sulfurique sous la forme d'un film de li-

quide s'écoulant vers le bas sur les parois intérieures des tubes.

L'invention concerne aussi un dispositif de mise en oeuvre du pro-

cédé. Arrière plan technique de l'invention A partir de la demande de brevet français N O 81-05850, on connait un procédé de préparation d'acide sulfurique comprenant les étapes de faire passer, dans une tour à acide sulfurique, un courant de gaz contenant de la vapeur de trioxyde de soufre et l'acide sulfurique, en quantité totale allant jusqu'à 10 % en volune,et jusqu'à 50 % en volume de vapeur d'eau (c'est-à-dire de vapeur) à contre-courant avec l'acide sulfurique liquide

formé à travers une zone de concentration contenant des corps de remplissa-

ge sur lesquels ruisselle l'acide sulfurique et ensuite à travers une zone d'absorption dans laquelle la vapeur d'acide sulfurique est absorbée dans

l'acide sulfurique recyclé sur des corps de garnissage o cet acide ruis-

selle On obtient une diminution substantielle de la quantité de brouillard d'acide sulfurique formé si l'on maintient, dans la tour à acide sulfurique, des conditions de température telles que l'acide recyclé est éliminé de la tour à une température de T 40 C, déterminée par la formule: T 4 > 140 + 6 a + a + 0,2 (T,-Td) dans laquelle: a est la concentration en % en volume de vapeur de 503 + H 2504 dans le gaz d'entrée pénétrant dans la tour; e la concentration de vapeur d'eau dans le même gaz d'entrée; Tl la température de ce même gaz d'entrée en OC; et Td le point de rosée de la vapeur d'acide sulfurique dans le même gaz d'entrée. La quantité fortement réduite de brouillard d'acide fait que les filtres pour le gaz évacué, placés dans la cheminée de la tour, peuvent avoir des dimensions plus faibles que celles autrement nécessaires, du moment que l'on obtient des teneurs en brouillard d'acide inférieures à -10 mg/Nm 3 dans le gaz évacué passant par ces filtres, et finalement que ces filtres ne sont chargés qu'à un faible degré, la perte de charge et, de ce faitla consommation en énergie dans la tour, étant alors réduites significativement En outre, le diamètre de la tour peut être réduit et le garnissage pour piéger les gouttes d'acide peut être remplacé par un

simple dispositif à éliminer le brouillard Les corps de remplissage peu-

vent avoir une taille plus importante, ce qui réduit aussi la perte de charge. Cependant, le procédé décrit ci-dessus comporte encore certains inconvénients.

L'un de ces inconvénients est que l'acide de recyclage doit ordinai-

rement être refroidi avec de l'eau, la chaleur engendrée par le refroidis-

sermlent du gaz et la condensation de l'acide sulfurique étant alors, en

général, soit perdue dans l'eau de refroidissement, soit utilisable seule-

ment pour chauffer de l'eau de chauffage des maisons.

Un autre inconvénient est que le système de circulation de l'acide

sulfurique, ainsi que les réfrigérants d'acide et les pompes qui lui appar-

tiennent, représentent un gros investissement et peuvent occasionner des

difficultés de fonctionnement et d'entretien.

Un troisième inconvénient consiste en ce que l'acide sulfurique cir-

culant dans la partie la plus élevée de la zone de condensation absorbe de la vapeur d'eau provenant de la phase gazeuse et,en cas o cette vapeur est en excès important dans le gaz, ceci implique une importante production de chaleur qui est transférée au gaz évacué de la tour, ce à cause de quoi le gaz évacué prend une température qui est jusqu'à 50 plus élevée que celle

du réfrigérant et devient si élevée que des matériaux de construction re-

lativement chers sont nécessaires pour le filtre à brouillard.

Brève description de l'invention

L'objet de l'invention est d'éviter les inconvénients mentionnés cidessus et, en même temps, de maintenir un faible degré de formation de brouillard acide Suivant l'invention, onyparvient en refroidissant les tubes dans la tour à acide sulfurique avec de l'air introduit par au moins un orifice d'entrée situé prés du sommet de la tour et évacué par au moins

un orifice de sortie situé dans la moitié inférieure de la tour, le re-

froidissement étant contrôlé au moyen de la vitesse d'écoulement de l'air de refroidissement et de la distance à partir du fond de la tour à laquelle cet air est évacué, de telle sorte que l'on évacue l'air de refroidissement de la tour à une température T 40 C, déterminée par la formule: T 4 > 125 + 6 a + 6 + 0,2 (TI-Td) dans laquelle: a est la concentration en % en volume de la vapeur de 503 + H 2504 dans le courant de gaz de charge introduit dans la tour; g la concentration en % en volume de la vapeur dans ce même gaz de charge; T 1 la température de ce même gaz de charge en %; et Td le point de rosée de la vapeur d'acide sulfurique dans le même gaz de charge en OC, l'acide sulfurique étant ainsi condensé sous forme d'un film de liquide s'écoulant vers le bas sur la paroi interne desdits tubes, ledit liquide

étant, par le contact avec le gaz de charge chaud, concentré à une concen-

tration de 93-98 % en poids de H 25 04.

On parvient ainsi à ce que la chaleur produite soit transférée à l'air de procédé ou au gaz de procédé à des températures proches de 200 C, la chaleur pouvant ainsi être utilisée de façon plus valable, par exemple

pour le préchauffage de l'air de procédé ou du gaz de procédé, la produc-

tion de vapeur étant alors'augmentée de façon correspondante, ou pour con-

centrer l'acide sulfurique dilué dans les installations o le procédé dé-

crit ici est utilisé pour la régénération de l'acide sulfurique épuisé.

Le procédé suivant l'invention est basé sur les mêmes principes que l'arrière plan technique pour autant que la formation de brouillard

acide soit concernée, c'est-à-dire que l'on évite la formation de brouil-

lard acide lorsque le gaz contenant la vapeur d'acide sulfurique ne vient

nulle partaucontact des surfaces qui soient plus froides que 20 à 500 C en-

dessous du point de rosée de l'acide sulfurique du gaz.

Ainsi exposée, l'invention concerne aussi un dispositif de ce genre comprenant une tour d'échange de chaleur comportant des couvercles de fond et de sommet, un faisceau de tubes verticaux résistants aux acides et deux plaques à tube horizontales définissant trois compartiments de la tour ne communiquant pas directement les uns avec les autres, le compartiment

du haut étant défini par la plaque à tube supérieure et le couvercle supé-

rieur et communiquant avec l'intérieur des tubes et étant pourvu d'un orifice d'évent, le compartiment médian, défini par les deux plaques à tube, étant pourvu à sa partie supérieure d'au moins un orifice d'entrée pour le gaz de refroidissement et, à sa partie inférieure, d'au moins un orifice d'évacuation pour le gaz de refroidissement, et le compartiment inférieur, étant défini par la plaque à tube inférieure et le couvercle

de fond,cbmmuniquant avec l'intérieur des tubes et étant pourvu d'un ori-

fice d'entrée pour le gaz de charge L'appareil est normalement équipé aussi avec des vannes, des pompes et d'autres dispositifs pour assurer

des vitesses convenables du gaz et du liquide et un refroidissement conve-

nable par l'air de refroidissement, y compris des moyens pour orienter l'évacuation de l'air de refroidissement à des niveaux souhaités au-dessus

du fond de la tour et des moyens pour contrôler les sens d'écoulement.

Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce que les tubes de refroidissement s'étendent en-dessous de la plaque à tube

inférieure jusque dans le compartiment inférieur Ceci assure que la par-

tie inférieure du faisceau de tubes ne soit pas refroidie extérieurement,

ce qui améliore le processus de concentration de l'acide sulfurique.

Brève description des dessins

Le procédé et le dispositif suivant l'invention seront maintenant décrits plus en détail en se référant aux dessins, dans lesquels: la figure 1 représente un mode de réalisation préféré du dispositif suivant l'invention;

la figure 2 est une partie d'un tube et de la plaque à tube infé-

rieure faisant partie de l'appareil représenté sur la figure 1; et la figure 3 est une installation pilote dans laquelle on met en

oeuvre les expériences décrites dans l'exemple.

Un gaz d'entrée contenant jusqu'à 50 % d'H 20 et jusqu'à 10 % de va-

peur de H 250, et de 503, et ayant une limite inférieure du rapport de la

vapeur au 503 de 1/1 est introduit dans la tour à travers un tube 1 résis-

tant aux acides dans un compartiment ou chambre 2, à partir d' o le gaz

s'élève plus loin vers le haut à travers les tubes 7 résistant aux acides.

Dans la partie des tubes 7 située entre les plaques à tube 5 et 10 et désignée sous le nom de zone de condensation, le gaz est refroidi et l'acide sulfurique se condense sur la paroi intérieure des tubes sous la forme d'un film de liquide s'écoulant vers le bas qui, après avoir passé la zone de condensation, est concentré en un acide sulfurique à 94-98 % par

passage dans une zone de concentration Dans le mode de réalisation préfé-

ré, la zone de concentration est constituée par la partie inférieure des tubes 7 qui, dans ce mode de réalisation, se projette en-dessous de la plaque à tube inférieure 5 d'une longueur a dans la chambre 2 o n'a lieu aucun refroidissement des tubes 7 Les tubes 7, lorsqu'ils s'étendent dans la chambre ou le compartiment 2, s'y étendent de préférence d'une longueur

de 0,4 à 0,8 mètre.

L'extension des tuyaux 7 dans la chambre 2, en-dessous de la plaque à tube inférieure 5 telle qu'on l'a mentionnée,est le mode de réalisation préféré; cependant, il est aussi possible de disposer les tubes 7 de façon à ce qu'ils se terminent au niveau de la plaque à tube inférieure et de s'assurer, d'une autre façon, que leur extrémité inférieure ne soit pas

refroidie extérieurement De même, il est possible d'effectuer la concen-

tration du film liquide après son passage à travers les tubes, par exemple

sur des corps de garnissage placés dans la chambre 2.

Les tubes 7 ont typiquement un diamètre intérieur de 25 à 35 mm et

ils peuvent, en principe, être constitués d'un matériau quelconque résis-

tant aux acides ayant une conductibilité thermique d'au moins 0,5 Kcal/h et qui possède les propriétés mécaniques suffisantes dans les conditions

réelles Le matériau que l'on préfère pour les tubes est le verre.

A la hauteur de la plaque à tube 5, le gaz et le liquide se trou-

veront en équilibre de tension de vapeur par rapport à H 20 et H 2504 au point de rosée de l'acide qui se situe typiquement entre 230 et 260 'C,

ceci dépendant des teneurs en H 20 et H 2504 dans le gaz.

L'hydrolyse en phase vapeur du 503 qui peut se trouver dans le gaz de charge s'achèvera rapidement dans la partie inférieure des tubes 7 de

façon à former de la vapeur de H 250.

L'air de refroidissement est introduit à travers une conduite d'en-

trée ou orifice 12 (plusieurs de ces entrées peuvent être présentes) à la partie supérieure du compartiment moyen défini par les deux plaques à tube, et passe le long de la surface extérieure des tubes 7 de façon à en assurer un refroidissement efficace Après cela, l'air est évacué à travers un ou plusieurs conduits d'évacuation ou orifices 13 et 14 disposés dans la moitié inférieure du compartiment moyen de la tour et, de préférence situés à des niveaux différents, c'est-à-dire à des hauteurs différentes au-dessus de la plaque à tube 5 Un refroidissement efficace peut, par exemple, être assuré à l'aide de plaques de guidage horizontales 9 trans-

versales aux tubes 7, mais ne s'étendant pas sur toute la section trans-

versale de la tour Ceci rend possible, suivant la présente invention, que le compartiment médian soit subdivisé en sections situées l'une audessous de l'autre de telle sorte que l'air de refroidissement passe, section par

section, du sommet vers le bas en s'écoulant transversalement aux tubes.

Pour permettre de réduire l'effet de refroidissement dans la partie infé-

rieure critique de la zone de condensation, des moyens de régulation conve-

nables tels que des vannes (non représentées) peuvent être présents pour permettre l'évacuation d'une partie de l'air de refroidissement à travers

un orifice d'évacuation 14 situé quelque peu au-dessus de l'orifice d'éva-

cuation 13 De même, il est possible d'évacuer la totalité de l'air de re-

froidissement par l'orifice 14, ce qui évite le refroidissement de la par-

tie inférieure des tubes 7 dans la zone de condensation Cependant, sui-

vant la présente invention, la majeure partie de l'air de refroidissement est évacuée par l'orifice inférieur On a trouvé qu'il était essentiel, pour éviter la formation d'un brouillard d'acide, que la différence de température entre le film liquide sur la paroi inférieure des tubes 7 et le gaz s'écoulant vers le haut, soit inférieure à une certaine limite qui est la plus faible au bas des tubes 7, là o la concentration en phase

gazeuse de l'acide sulfurique est la plus élevée La différence de tempéra-

ture autorisée peut être considérablement plus élevée au sommet de la tour,

fait qui sera illustré plus en détail par l'expérience décrite dans l'exem-

ple. Sur la figure 2 est représenté un profil de température radial calculé suivant des principes connus, à travers la partie inférieure de la zone de condensation 70 à 80 % de la différence totale de température entre l'air de refroidissement et le gaz à l'intérieur des tubes sont présents au-dessus du film de gaz sur la paroi inférieure des tubes, parce que la vitesse du gaz, à cet endroit, ne doit,nulle part, dépasser 5 à 6 mètres par seconde On a, en effet, trouvé que le film liquide d'acide sulfurique serait entraîné vers le haut par le courant de gaz pour des vitesses de gaz plus élevées; ainsi, une partie de l'acide sulfurique sera entraînée vers le haut avec le film liquide et passera hors du tuyau sous la forme de gouttelettes dans le courant de gaz Par expérience, on a trouvé que cette vitesse critique du gaz était pratiquement la même pour

tous les diamètres de tube allant de 20 à 45 mm.

Suivant la présente invention, les dimensions de la tour d'acide

sont, de préférence, telles que l'on obtienne une vitesse linéaire maxi-

mum de 5 mètres par seconde dans la partie des tubes o le film liquide d'acide sulfurique condensé s'écoule vers le bas, à contre-courant du gaz, la vitesse étant la plus élevée juste au-dessus des orifices inférieurs des tubes o l'on peut s'attendre à ce que les températures du gaz soient de 250 à 270 C Le calcul de la longueur et du nombre de tubes 7 se fait

sur la base de principesconnuspour calculer les coefficients d'échange de cha-

leur avec et sans condensation sur la paroi du tube.

L'expérience décrite dans l'exemple montre, qu'avec des tubes d'un diamètre inférieur de 35 mm, on obtient une concentration sensiblement complète de l'acide lorsque la longueur a des tubes 7 en-dessous de la

plaque à tube inférieure 5 est d'environ 600 mm ou plus.

Le tableau résume les résultats de l'expérience sur la condensation de la vapeur d'acide sulfurique suivant les principes mentionnés ci-dessus, dans des tubes de verre ayant un diamètre intérieur de 35 ou de 25 mm, en utilisant un gaz de charge introduit dans la tour de tube de verre contenant 10 % d'H 20 et 1,0, 3,5 ou 6 % de vapeur de H 2 SO 4, et, dans une expérience contenant 30 % de H 20 La vitesse du gaz dans les tubes de verre est de 4,5 à 5 mètres/seconde calculée à 2500 C La température d'entrée du gaz amené dans la tour de tube de verre, dans toute l'expérience, est de 290 à 3000 C La température de sortie est de 100 à 120 C, ce qui est

plus que d'ordinaire, pour des raisons d'économies d'énergie que l'on sou-

haite réaliser dans les installations industrielles La température de

sortie élevée est due au fait que l'on choisit des tubes de verre compara-

tivement courts pour les expériences, c'est-à-dire des tubes ayant une longueur de 4,5 mètres Ceci est, cependant, sans aucune conséquence pour l'étude de la formation du brouillard acide, parce que le brouillard acide se forme exclusivement dans-la partie des tubes de verre o l'acide se

condense puisqu'il ne peut pratiquement pas se condenser plus d'acide lors-

que la température du gaz n'est que de 100 à 1200 C ou moins; de même, comme mentionné ci-dessus, les différences de température peuvent être beaucoup plus importantes sans causer la formation de brouillard d'acide par condensation lorsque la phase gazeuse est saturée à des températures

plus basses.

On peut voir, d'après le tableau,que la température T 4 de l'air de refroidissement autour des tubes dans la partie inférieure de la zone de refroidissement (au-dessus de la plaque à tubes inférieure) détermine si des quantités importantes de brouillard acide seront, ou ne seront pas, présentes dans le gaz évacué Pendant les expériences, on peut observer que le brouillard d'acide se forme juste au-dessus de la plaque à tube inférieure et que, apparemment, il passe à travers le tube et en sort, sans être affecté, une fois qu'il s'est formé En outre, on trouve que, plus il y a de vapeur d'acide sulfurique et de vapeur d'eau dans le gaz, plus on doit opérer à des températures élevées pour éviter la formation de brouillard acide Quantitativement, ceci est tout-à-fait analogue à la situation décrite dans la demande de brevet français mentionnée ci-dessus

suivant laquelle, au lieu de l'air, le réfrigérant était l'acide sulfuri-

que circulant en contact direct avec le gaz dans une tour de ruisselle-

ment Essentiellement, la différence semble être que, lorsque l'on utilise de l'air comme réfrigérant, on peut opérer à une température de sortie du réfrigérant qui se situe, ici, à environ 150 C plus bas que lorsque l'on utilise de l'acide dans la tour de ruissellement, ce qui est expliqué

plus en détail dans ce qui suit Sur la base de ces résultats expérimen-

taux, il est possible d'établir l'équation suivante pour déterminer la

température T 4 de l'air sortant de la tour d'acide sulfurique, la tempé-

rature T 4 étant celle au-dessus de laquelle on devrait fonctionner pour

éviter des quantités importantes de brouillard acide dans le gaz de pro-

cédé sortant de la tour: T, > 125 + 6 a + S + 0,2 (Ti-Td)OC dans laquelle: a est la concentration en % en volume de vapeur de 503 + H 2504 dans le gaz entrant dans la tour; 6 la concentration en % en volume de vapeur dans le même gaz d'entrée; Tl la température du même gaz d'entrée en ; et Td le point de rosée de la vapeur d'acide sulfurique dans le même gaz

d'entrée en OC.

Une partie de l'explication du fait que les valeurs critiques de T 4 sont, ici, environ 150 C inférieures à celles de la tour de ruissellement réside, probablement, en ce que la température critique est, en

réalité, la différence de température T 6-T 2 entre le film liquide sur la-

paroi intérieure des tubes de verre et la température dans la phase gazeuse

se condensant (voir figure 2) T 2 est, habituellement, de 5 à 100 C au-

dessus de Td 9 calculée pour le gaz d'entrée, parce qu'une certaine évapora-

tion de l'acide a lieu dans la zone de concentration, en fonction de la température en excès du gaz d'entrée; l'équation tient compte de ceci au moyen de la partie 0,2 (T 1-Td) En ce qui concerne T 6, l'équation:

T 6 = T,-AT

s'applique; dans ce AT entre la somme de la chute de température sur le film de gaz du côté de l'air et de la chute de température à travers la

paroi du tube AT est, en outre, approximativement la différence de tempé-

rature qui, dans les procédés connus, est calculée pour les valeurs d'é-

change de chaleur dans l'établissement de l'essai, ce qui correspond, en

outre, aux valeurs d'échange de chaleur pour les tours à acide sulfuri-

que, suivant l'invention, pour leur usage industriel Pour des tours à acide sulfurique ayant des conditions d'échange de chaleur meilleures ou plus mauvaises du côté refroidissement des tubes, on doit s'attendre à ce

que les valeurs marginales de TL 4 soient de façon correspondante, plus hau-

tes ou plus faibles respectivement que celles calculées au moyen de l'équa-

tion ci-dessus Par contre, les conditions d'échange de chaleur régnant à l'intérieur des tubes jouent, à peine, un rôle d'une importance quelconque

pour la valeur critique de T 4 de la formation du brouillard acide.

EXEMPLE

Les expériences sont mises en oeuvre en utilisant la tour à acide sulfurique représentée sur la figure 3 Les expériences sont mises en

oeuvre avec trois tubes de verre d'une longueur de 4,5 mètres et d'un dia-

mètre extérieur de 40 mm et d'un diamètre intérieur de 35 mm (tubes de x 35) ou un diamètre extérieur de 28 mm et un diamètre intérieur de mm (tubes de 28 x 25), respectivement Avec trois tubes de 40 x 35, le courant de gaz de charge est d'environ 29 Nm 3/h et avec trois tubes de 28 x 25, il est d'environ 14 Nm 3/h, ce qui dans les deux cas correspond à une vitesse linéaire, dans les tubes, d'environ 4,5 mètres par seconde, calculée à 250 'C Le gaz de charge est préparé en mélangeant 502 et de

l'air, en préchauffant et en ajoutant de la vapeur en amont du convertis-

seur 33 dans lequel environ 95 % du 502 est transformé d'une manière connue

en soi en 503 à 400 à 4500 C sur un catalyseur au vanadium Après refroidis-

sement à Tl dans un échangeur de chaleur 34, on fait passer le gaz dans la tour en 35, et le gaz monte à travers trois tubes de verres 36 qui, à l'aide d'un renflement, reposent sur une plaque à tube 37 et sort des tubes par un orifice d'évacuation 38 La température T 2 à l'intérieur de l'un des tubes de verre est mesurée à l'aide d'une thermo-sonde de verre de 3 mm, sortant au sommet 39 de la tour L'air de refroidissement est introduit

au sommet par l'orifice d'entrée 40 et se déplace vers le bas à contre-

courant du gaz de procédé L'air de refroidissement est évacué à l'orificede sortie 41, à une température T 4, l'évacuation d'une partie de l'air par un autre orifice de sortie 42, situé à une plus grande distance au-dessus

de la plaque à tube 37 que l'orifice de sortie 41 étant nécessaire, notam-

mnient lorsque des valeurs élevées de T 4 doivent être obtenues L'acide con-

censé est évacué par un tube de trop-plein Pour obtenir des coefficients d'éechange de chaleur satisfaisants, les tubes de verre sont du côté de l'air entourés de fils d'acier d'environ 2 min, au taux de un tour par 10 cm La jaquette 44 est en verre et isolée par une épaisseur de 150 mm de laine minérale La concentration en brouillard acide est mesurée en éliminant, par filtration, toutes les gouttelettes de liquide à partir

d'un volume de gaz connu à l'aide d'un filtre en fibres de verre et ti-

traye de l'acide sulfurique contenu dans le liquide éliminé par filtration.

De 2 à 4 mesures sont effectuées pour chaque série de paramètres opération-

nels représentés sur le tableau Les mesures sont reproductibles avec une

incertitude de plus ou moins 30 %.

On trouve que une longueur de tube de 400 mm en-dessous de la plaque à tube est insuffisante pour obtenir une concentration maximum du H 25 O 4 dans l'acide et que, une zone de concentration de 600 mm est nécessaire pour obtenir une force d'acide que l'on ne peut pas augmenter sensiblement plus en allongeant plus la zone de concentration à des vitesses de gaz

d'environ 4,8 mètres par seconde.

TABLEAU

diamètre inté a Td T 1 T brouillard d'acide rieur des tu %(H 2504) % HO c H 24/M 3 bes de verre _ mn 1 1 10 228 290 130 5

0,2

0,1

" 180 0,08

0,08

mm 3,5 10 237 290 140 5 l 1 160 1

0,1

0,1

" ' "/"/"/30 2 5 180 0,2

Figure 2, les références suivantes correspondent respectivement à: film de gaz sur la paroi interne, film de gaz sur la paroi externe,

film liquide.

diametre inté r Td T, T 4 brouillard d'acide rieur des tu %(H 2504) % H 20 C C Cg H 250/Nm 3 bes de verre g HS/N 3 mm 6,0 10 245 300 170 5 , l " l " 190 0,1

" " ' 200 0,1

210 0,1

mm 3,5 10 237 290 130 2 "il il Il " 150 1 "l " " " " 170 0,05 "l " " " " 190 0,05 Sur la : 101: 102:

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de préparation d'acide sulfurique comprenant l'étape de faire passer dans une tour à acide sulfurique construite sous la forme

d'un échangeur de chaleur contenant une pluralité de tubes verticaux ré-

sistant à l'acide,extérieurement refroidis, un courant de gaz ayant une

température de 240 à 3300 C et contenant de la vapeur de trioxyde de sou-

fre et d'acide sulfurique en quantité totale allant jusqu'à 1 O% en volume et de la vapeur d'eau en quantité allant jusqu'à 50 % en volume, la limite inférieure du rapport de la vapeur d'eau au 503 étant de 1/1, dans le sens

du bas vers le haut à travers lesdits tubes verticaux pour condenser l'aci-

de sulfurique, caractérisé en ce que l'on refroidit lesdits tubes avec de l'air introduit par au moins un orifice d'entrée ( 12) situé près du sommet de la tour et évacué par au moins un orifice de sortie ( 13, 14)

situé dans la moitié inférieure de la tour, le refroidissement étant con-

trôlé au moyen de la vitesse d'écoulement de l'air de refroidissement et de la distance à partir du fond de la tour à laquelle cet air est évacué, de façon à évacuer l'air de refroidissement de la tour à une température T 74 C, déterminée par la formule: T 4 > 125 + 6 a + S + 0,2 (Ti-Td) dans laquelle: a L est la concentration en % en volume de la vapeur SQ 3 + H 2504 dans le courant de gaz introduit dans la tour; 6 la concentration en % en volume de la vapeur dans le même gaz de charge; Tl la température du même gaz de charge en 'C; et Td le point de rosée de la vapeur d'acide sulfurique dans le même gaz de charge en O C, l'acide sulfurique étant alors condensé sous la forme d'un film de liquide s'écoulant vers le bas sur la paroi interne desdits tubes, ledit liquide

étant, par contact avec le gaz chaud introduit, concentré à une concentra-

tion de 93 à 98 % en poids de H 2504.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'aci-

de sulfurique condensé dans les tubes ( 7) est concentré dans une partie

des tubes ( 7) qui n'est pas refroidie extérieurement.

3 Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce

que la vitesse linéaire maximum du gaz est d'environ 5 mètres par seconde dans la partie des tubes o le film liquide d'acide sulfurique condensé

s'écoule vers le bas à contre-courant avec le gaz.

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on évacue l'air de refroidissement par au moins deux orifices de sortie ( 13,

14) situés à des distances différentes du fond de la tour, la majeure par-

tie de l'air de refroidissement étant évacué par la partie de ces ouver-

tures ( 13) située le plus bas.

5. Procédé suivant la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que l'on utilise une tour subdivisée par des plaques de guidage horizontales ( 9) en un certain nombre de sections, placées l'une en-dessous de l'autre, l'air de refroidissement passant section par section du sommet vers le

bas et s'écoulant transversalement au tube d'une section à la section im-

méaiatement inférieure jusqu'à ce qu'il soit évacué.

6. Dispositif de préparation d'acide sulfurique par le procédé revendiqué dans la revendication 2, comprenant une tour d'échange de chaleur comportant des couvercles de sommet et de fond, un faisceau de tubes verticaux résistant aux acides et deux plaques à tube horizontales ( 5, 10), définissant trois compartiments de la tour ne communiquant pas directement l'un avec l'autre, le compartiment supérieur étant défini par la plaque à tube supérieure ( 10) et le couvercle de sommet et communiquant

avec l'intérieur des tubes et comportant un orifice d'évent ( 13), le com-

partiment médian étant défini par les deux plaques à tube ( 5, 10), et étant pourvu à sa partie supérieure d'au moins un orifice d'entrée ( 12) pour le gaz de refroidissement et, à sa moitié inférieure, d'au moins un orifice ( 13, 14) d'évacuation pour le gaz de refroidissement, et le compartiment

inférieur ( 3) étant défini par la plaque à tube inférieure et le couver-

cle de fond, communiquant avec l'intérieur des tubes ( 7) et étant pourvu d'un orifice d'entrée ( 1) pour le gaz de charge, caractérisé en ce que les tubes ( 7) s'étendent en-dessous de la plaque à tube inférieure ( 5)

jusque dans le compartiment inférieur ( 2).

7. Dispositif tel que revendiqué dans la revendication 6, carac-

térisé en ce que les tubes ( 7) s'étendent dans le compartiment inférieur

( 2) d'une longueur de 0,4 à 0,8 mètre-.

8. Dispositif tel que revendiqué dans les revendications 6 ou 7,

caractérisé en ce que les tubes ( 7) sont des tubes de verre.