Б) Окислення SO2 в SО3.

Це основна стадія процесу. Реакція окислення SO₂ в SО₃ є типовим прикладом гетерогенного окислювального екзотермічного каталізу. При цьому відбувається реакція:

2SO₂ + O₂ Û 2SO₃; DН = - 192,7 кДж (5.4)

Рівновага зміщується вправо при підвищенні тиску і зниженні температури. Підвищенню швидкості реакції сприяють збільшення тиску та використання каталізаторів. Найпоширенішими каталізаторами є: металева платина, оксид заліза (ІІ), оксид ванадію (V).

Найбільш активним каталізатором є платина, однак вона дорога і чуттєва до дії отрут, особливо сполук миш’яку. Оксид заліза дешевий, стійкий до сполук миш’яку, але проявляє активність тільки при температурах, вищих за 625⁰С і використовується лише для початкового окислення SО₂ (ступінь перетворення 50-60%). Ванадієвий каталізатор менш активний, ніж платина, але дешевший за неї і більш стійкий до дії отрут. Зараз він переважно використовується у виробництві сірчаної кислоти.

Ванадієва контактна маса містить близько 7% V₂O₅, як активатори використовуються оксиди лужних металів (К₂О), носіями є пористі алюмосилікати або діоксид кремнію. Каталізатор виготовляють у вигляді пористих гранул, таблеток або кілець, поверхня яких змочена плівкою розчину V₂O₅ у рідкому піросульфаті калію.

Каталізатор працює при 400-600⁰С. Оптимальний температурний режим повинний бути таким: починати процес при максимальній температурі 600⁰С, а потім безперервно відводити теплоту реакції, з тим, щоб закінчити каталіз при мінімальній температурі 400⁰С. Для забезпечення такого режиму найзручнішими є 4-5 поличні апарати зі ступінчастим відведенням тепла між полицями. Продуктивність – від 50 до 500 т на добу. Діаметр апарату 12 м, висота 30 м.

Розплавлена і відфільтрована сірка спалюється в потоці попередньо висушеного повітря. Газ, що містить 10% SO₂ з температурою більш за 1000⁰С, охолоджується у паровому котлі і поступає у п’ятишаровий контактний апарат. У трьох верхніх шарах каталізатору відбувається окислення SO₂ на 60% в кожному, а температура підвищується адіабатно. Газ охолоджується між полицями. На виході з третього шару ступінь перетворення становить 93-95%. Після п’ятого шару – 99,5%.

В) Абсорбція SО₃.

Абсорбція SО₃ провадиться в баштах з насадкою, які зрошуються розчином кислоти, котра містить 98,3-98,6% сірчаної кислоти. Така кислота в техніці називається моногідратом і являє собою азеотропну суміш з водою. Ступінь абсорбції перевищує 99%. При невеликому розведенні кислоти над нею з’являються водяні пари, що утворюють з SO₃ найдрібніші краплинки сірчанокислотного туману, котрі погано вловлюються у баштах з насадкою. Ступінь абсорбції різко знижується. Для покращення абсорбції кислоту, яка поступає в абсорбер, охолоджують (рис. 22) у трубчастих холодильниках повітрям або водою до 60-70⁰С. В абсорберах і сушильній башті кількість циркулюючої зрошувальної кислоти в багато разів перевищує необхідну для поглинання SО₃ і визначається тепловим балансом.

Теплота реакції використовується для підігрівання повітря, яке поступає в піч спалювання сірки, і для нагрівання газу, що направляється в апарат після першої стадії абсорбції.

На 1 т моногідрату витрачається» 0,34 т сірки, 70 м³ води і 85 кВт×год. електроенергії. Коефіцієнт використання сірки складає 0,95.