Способ и устройство для регулирования концентрации кислот или щелочей

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОТ ИЛИ ЩЕЛОЧЕЙ Для регулирования концентрации кислот или щелочей, в частности серной кислоты, кислоту или щелочь подают через впускное отверстие в смесительную камеру, смешивают в ней со средой для регулирования концентрации и кислоту или щелочь, доведенную до требуемой концентрации, выпускают из смесительной камеры через выпускное отверстие. Для достижения равномерного разбавления кислоты или щелочи и малых отклонений концентрации при низком падении давления среду для регулирования концентрации, в частности воду, подают в кислоту или щелочь до впускного отверстия смесительной камеры, а затем осуществляют отклонение потока кислоты или потока щелочи и потока среды предпочтительно на 90. Область техники Настоящее изобретение относится к регулированию концентрации кислот или щелочей, в частности серной кислоты, при котором кислоту или щелочь подают через впускное отверстие в смесительную камеру и смешивают в ней со средой для регулирования концентрации и при котором кислоту или щелочь,доведенную до требуемой концентрации, выпускают из камеры смесителя через выпускное отверстие. Далее регулирование концентрации описано со ссылкой на серную кислоту. Однако настоящее изобретение не ограничено указанной кислотой и в общем случае его можно применять для регулирования концентрации других кислот или щелочей. Серную кислоту, которая является очень важным исходным материалом для химической промышленности, обычно получают с применением так называемого способа двойной абсорбции, который описан, например, в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, vol. A25, pp. 635-700. Диоксид серы (SO2) превращают в триоксид серы (SO3) в конвертере с помощью катализатора. Полученный триоксид серы отводят после конвертера и подают в промежуточный абсорбер или в конечный абсорбер(например, горячий абсорбер), в котором газ, содержащий триоксид серы, направляют противотоком по отношению к концентрированной серной кислоте (H2SO4), которая абсорбирует его. Полученную серную кислоту высокой концентрации частично отводят в качестве продукта, а частично после разбавления водой рециркулируют в абсорбер для повторной абсорбции. Для регулирования концентрации кислоты в контуре абсорбера до настоящего времени применяли устройства, показанные на фиг. 1. В этих устройствах концентрированную серную кислоту подают по подающему трубопроводу через впускное отверстие в смесительную камеру, которая расположена, по существу, под прямым углом к подающему трубопроводу. В конец, прилегающий к впускному отверстию, входит трубка с сопловыми отверстиями (так называемый "кларнет"), по которой в поток серной кислоты подают воду для регулирования концентрации, т.е. для разбавления. В смесительной камере концентрированную серную кислоту и воду смешивают, и серную кислоту, доведенную до требуемой концентрации, удаляют в выпускной трубопровод через выпускное отверстие на конце, противоположном подающему трубопроводу. Для взаимного смешивания концентрированной серной кислоты и воды в смесительную камеру также могут быть встроены статические смесители. Однако при этом поперечное сечение потока уменьшается, что приводит к падению давления. Несмотря на сравнительно большое количество применяемого оборудования, невозможно достичь однородной концентрации на входе в выпускной трубопровод. Отклонения концентрации, наблюдаемые по поперечному сечению трубопровода,составляют приблизительно 0,5 мас.%. Краткое описание изобретения Целью настоящего изобретения является достижение однородного разбавления кислоты или щелочи и малых отклонений концентрации при низком падении давления. В способе по данному изобретению этой цели достигают, по существу, тем, что среду для регулирования концентрации, в частности воду, вводят в кислоту или щелочь до впускного отверстия смесительной камеры, а затем осуществляют отклонение потока кислоты или потока щелочи и потока среды,предпочтительно на 90. Путем введения среды еще до смесительной камеры и последующего отклонения потоков на входе в смесительную камеру достигают интенсивного взаимного смешивания, которое приводит к явно более однородному распределению концентрации кислоты или щелочи по сравнению с традиционными способами. В предпочтительном варианте способа по данному изобретению среду для регулирования концентрации предпочтительно вводят через сопловое приспособление, по существу, равномерно распределяя ее по поперечному сечению потока кислоты или потока щелочи. Помимо вышеупомянутого преимущества, заключающегося в интенсивном взаимном смешивании, это приводит к дополнительному преимуществу, которое заключается в том, что получают лишь небольшое отклонение концентрации на выходе из смесительной камеры. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству, пригодному для осуществления описанного выше способа, включающему подающий трубопровод для кислоты или щелочи, смесительную камеру, соединенную с подающим трубопроводом, по существу, под прямым углом, и выпускной трубопровод, выходящий из смесительной камеры в конце, противоположном подающему трубопроводу. Согласно настоящему изобретению между подающим трубопроводом и смесительной камерой предусмотрено сопловое приспособление для подвода среды для регулирования концентрации. Благодаря схеме соплового приспособления, предложенной в настоящем изобретении, среду подают в поток кислоты или поток щелочи раньше, чем в традиционных устройствах, а также осуществляют принудительное отклонение указанного потока на входе в смесительную камеру, посредством чего достигают интенсивного взаимного смешивания и, следовательно, однородного распределения концентрации кислоты или щелочи. Согласно настоящему изобретению было обнаружено, что предпочтительно располагать сопловое приспособление, по существу, под прямым углом по отношению к оси (А) подающего трубопровода. Помимо достижения эффекта принудительного отклонения потока кислоты или потока щелочи,-1 024213 можно избежать встраивания статических смесителей в смесительную камеру, как в уровне техники, и,таким образом, увеличения гидравлического сопротивления. Соответственно, уменьшается падение давления в смесительной камере. Согласно первому воплощению данного изобретения сопловое приспособление включает по меньшей мере одну, но предпочтительно множество сопловых труб, которые расположены поперек подающего трубопровода и включают множество сопловых отверстий. В другом, особенно предпочтительном воплощении изобретения сопловое приспособление выполнено в виде, по существу, кольцеобразного фланца (соплового кольца) и включает по меньшей мере одну перегородку с сопловыми отверстиями. Сопловое приспособление предпочтительно включает несколько,например три или четыре, перегородок с сопловыми отверстиями, расположенных веерообразно. Однако в зависимости от конструкции установки и предполагаемой скорости потока число перегородок может быть почти любым. Аналогично в пределы объема данного изобретения также входит случай, когда сопловые отверстия созданы в самом сопловом кольце, чтобы также подавать среду сбоку в поток кислоты или в поток щелочи. Путем подачи среды через сопловое кольцо и по меньшей мере одну перегородку ее однородно распределяют по поперечному сечению потока кислоты или потока щелочи уже при подаче, так что на выходе из смесительной камеры имеется лишь малое отклонение концентрации. В то же время такая схема приводит лишь к малому гидравлическому сопротивлению, так что падение давления в потоке кислоты или потоке щелочи остается низким. Согласно данному изобретению сопловые отверстия направлены по направлению потока кислоты или щелочи или против него, при этом последний вариант является предпочтительным, поскольку взаимное смешивание усиливается в результате дополнительного отклонения потока и турбулентного перемешивания. С помощью данного изобретения отклонение концентрации кислоты или щелочи, которое, как известно из уровня техники, составляет приблизительно 0,5 мас.%, можно снизить до величины менее 0,1 мас.%. Далее будет приведено подробное описание изобретения со ссылкой на воплощения и чертежи. Все описанные и/или проиллюстрированные признаки, сами по себе или в любом сочетании, образуют объект данного изобретения независимо от их включения в формулу изобретения или их упоминания в описании. Краткое описание чертежей На фиг. 1 в схематическом виде изображено устройство для регулирования концентрации согласно известному уровню техники. На фиг. 2 в схематическом виде изображено устройство для регулирования концентрации согласно первому воплощению данного изобретения. На фиг. 3 изображена конфигурация соплового приспособления во втором воплощении данного изобретения в виде соплового кольца. На фиг. 4 изображена увеличенная часть соплового кольца, изображенного на фиг. 3. Описание предпочтительных воплощений изобретения Установка для регулирования концентрации серной кислоты, известная из уровня техники, показана на фиг. 1. Это устройство включает подающий трубопровод 1 для концентрированной серной кислоты, который соединен с впускным отверстием 2 смесительной камеры 3. Смесительная камера 3 расположена, по существу, под прямым углом к подающему трубопроводу 1 и включает выпускное отверстие 4 на конце, противоположном подающему трубопроводу 1, которое соединено с выпускным трубопроводом 5. Аналогичным образом, выпускной трубопровод 5 расположен, по существу, под прямым углом к смесительной камере 3 и расположен, по существу, в одной плоскости с подающим трубопроводом 1. В конце смесительной камеры 3, прилегающем к впускному отверстию 2, расположена трубка 6 с сопловыми отверстиями (так называемый "кларнет"), через которую можно подавать воду в поток серной кислоты. Кроме того, в смесительную камеру 3 также могут быть встроены статические смесители,которые не показаны на данном чертеже. На фиг. 2 изображена установка для регулирования концентрации согласно данному изобретению,основные элементы которой соответствуют элементам установки, известной из уровня техники, которая показана на фиг. 1; при этом одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций на чертеже, так что можно дать ссылку на приведенное выше описание. В отличие от известного уровня техники, отсутствуют так называемый кларнет, выступающий в смесительную камеру 3, и возможные статические смесители. Вместо этого между концом подающего трубопровода 1 и впускным отверстием 2 смесительной камеры 3 установлено сопловое приспособление 7 в виде множества сопловых труб 12, через которые подают воду в поток серной кислоты. Сопловые отверстия 11 труб 12 могут быть расположены в направлении потока серной кислоты, но, как показано,предпочтительно, чтобы они были расположены на противоположной стороне сопловых труб 12, что способствует взаимному смешиванию посредством дополнительного отклонения потока и турбулентного перемешивания. Вместо одной или более сопловых труб 12, изображенных на фиг. 2, сопловое приспособление 7 также может представлять собой кольцеобразный фланец (сопловое кольцо) 8, как показано на фиг. 3,размеры которого соответствуют месту соединения подающего трубопровода 1 с впускным отверстием смесительной камеры 3. В сопловом кольце 8 веерообразно расположены четыре полых перегородки 9. На основе данного веерообразного расположения полые перегородки 9 соединены с входом 10 через сопловое кольцо 8, и к этому же входу можно присоединить подающий воду трубопровод, например с помощью фланцевого соединения. На фиг. 4 представлено подробное изображение четырех полых перегородок 9 соплового кольца 7,изображенного на фиг. 3. На одной стороне полых перегородок 9, которые ориентированы в направлении потока серной кислоты или предпочтительно против направления потока серной кислоты, расположены сопловые отверстия 11, через которые воду подают в серную кислоту. На чертежах не показано воплощение изобретения, в котором сопловые отверстия 11 расположены в самом сопловом кольце 8, в соответствии с данным изобретением. Пример Исходя из основной конфигурации установки для регулирования концентрации, изображенной на фиг. 1, были проведены модельные расчеты и моделирование для устройства, известного из уровня техники, и для устройства по данному изобретению. Использовали поток серной кислоты со скоростью потока 1623 т/ч и концентрацией H2SO4 99,5 мас.%, в который вводили воду со скоростью потока 13,6 т/ч. На выходе из смесительной камеры традиционной установки определили диапазон флуктуации концентрации H2SO4 по поперечному сечению выпускного отверстия смесительной камеры, который составлял от 98,458 до 99,048 мас.%, т.е. отклонение составляло от 0,4 до 0,5%. С другой стороны, на выходе из смесительной камеры установки по данному изобретению диапазон флуктуации концентрации H2SO4 по поперечному сечению выпускного отверстия смесительной камеры составлял от 98,681 до 98,775 мас.%, т.е. отклонение составляло менее 0,1 мас.%. Следовательно, настоящее изобретение явно вносит существенный вклад в уменьшение отклонений концентрации. Список номеров позиций на чертежах 1 - подающий трубопровод; 2 - впускное отверстие; 3 - смесительная камера; 4 - выпускное отверстие; 5 - выпускной трубопровод; 6 - трубка ("кларнет"); 7 - сопловое приспособление; 8 - кольцеобразный фланец ("сопловое кольцо"); 9 - перегородка; 10 - вход; 11 - сопловые отверстия; 12 - сопловая труба. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ регулирования концентрации кислот или щелочей, в частности серной кислоты, в котором кислоту или щелочь подают через впускное отверстие в смесительную камеру и смешивают в смесительной камере со средой для регулирования концентрации, в частности водой, и в котором кислоту или щелочь, доведенную до требуемой концентрации, выпускают из смесительной камеры через выпускное отверстие и осуществляют отклонение объединенного потока кислоты или щелочи и среды на выходе через выпускное отверстие предпочтительно на 90, отличающийся тем, что среду для регулирования концентрации кислоты или щелочи подают в подающий трубопровод для кислоты или щелочи до впускного отверстия смесительной камеры, при этом осуществляют отклонение объединенного потока кислоты или щелочи и среды на входе в смесительную камеру. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют отклонение объединенного потока кислоты или щелочи и среды на входе в смесительную камеру на 90. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что среду для регулирования концентрации подают через сопловое приспособление, по существу, равномерно распределяя ее по поперечному сечению потока кислоты или потока щелочи. 4. Устройство для регулирования концентрации кислот или щелочей для осуществления способа по п.1 или 2, включающее подающий трубопровод (1) для кислоты или щелочи, смесительную камеру (3),снабженную впускным отверстием (2) и соединенную с подающим трубопроводом (1), по существу, под прямым углом, и выпускной трубопровод (5), выходящий из смесительной камеры (3) в конце, противоположном подающему трубопроводу (1), по существу, под прямым углом, отличающееся тем, что между концом подающего трубопровода (1) и впускным отверстием (2) смесительной камеры (3) установлено сопловое приспособление (7) для подачи среды в поток кислоты или щелочи для регулирования концентрации и получения объединенного потока кислоты или щелочи и среды на входе в смесительную камеру. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сопловое приспособление (7) находится в плоскости,расположенной, по существу, под прямым углом к оси (А) подающего трубопровода (1). 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что сопловое приспособление (7) включает по меньшей мере одну сопловую трубу (12) с множеством сопловых отверстий (11). 7. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что сопловое приспособление (7) включает сопловое кольцо (8), в котором размещена по меньшей мере одна трубка (9) с сопловыми отверстиями (11). 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что сопловое кольцо (8) включает несколько, в частности три или четыре, трубок (9) с сопловыми отверстиями (11), расположенных веерообразно. 9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что сопловые отверстия (11) созданы в сопловом кольце (8). 10. Устройство по любому из пп.6-9, отличающееся тем, что сопловые отверстия (11) направлены против направления потока кислоты или щелочи. 11. Устройство по любому из пп.6-10, отличающееся тем, что сопловые отверстия (11) направлены в направлении потока кислоты или щелочи.