1404
.pdfт — отношение числа молей кислорода, вступающих в реакции, |
к числу |
|||
молей двуокиси серы образующейся в результате |
реакции; |
%. |
||
C so,— заданное |
содержание в |
обжиговом газе двуокиси |
серы, об. |
|
П р и м е ч а й и е. |
Образующиеся |
при обжиге колчедана |
сравнительно не |
большие количества S03 (2—5%) можно не учитывать.
Колчедан
\
Огарон
Рис. 88. |
Механическая полочная печь для обжига |
серного колчедана: |
||||||
/ — полый |
вал; |
2 — тарельчатый питатель; |
3 — бункер для |
колчедана; 4 — полки |
||||
(поды) печи; |
5 |
— гребки; |
6 — зубья |
гребков; |
7 — смотровые |
окна; |
8 — опора поло |
|
го вала; |
9, |
10— зубчатая |
передача; |
// — вал зубчатой передачи; |
12 — редуктор; |
|||
|
|
|
|
13 — течка |
для выпуска огарков |
|
|
Для обжига серного колчедана применяются печи механиче ские полочные, печи для обжига во взвешенном состоянии, в ки
пящем слое. |
(Воскресенского хи |
М е х а н и ч е с к а я п о л о ч н а я печь |
|
мического завода) (рис. 88) .предназначена |
для обжига рядового |
колчедана. |
|
Печь представляет собой вертикальный цилиндрический сталь ной кожух, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом, в ко тором выложены восемь полок ('подов) для подсушки (верхняя полка) и обжига (полки I—VII) колчедана. В полках имеются отверстия на периферии (полки I, III, V) и в центре (полки II, IV, VI) для пересыпания колчедана с верхних полок на нижние.
Через центр печи проходит полый вращающийся вал, к кото рому прикреплены гребки с зубьями, передвигающими колчедан, поступающий в печь через герметизированный тарельчатый пита тель, по полкам попеременно от центра к периферии и от пери ферии к центру. Колчедан, пересыпаясь с полки на полку, выхо дит в виде огарка из печи через течку. Обжиговый газ, противотоком движению колчедана, через общий газоход посту пает в систему очисткиПодача воздуха регулируется задвиж
ками, имеющимися в кожухе печи. |
8 м. |
Общая поверхность по |
|||||||
Диаметр печи около 6 м, высота |
|||||||||
лок для обжига |
колчедана |
140 ж2. |
Мощность |
электродвигателя |
|||||
для вращения вала с гребками 4,5 кет. |
|
колчедана |
225— |
||||||
Интенсивность |
пода |
печи |
|
по |
|
обжигу |
|||
250 кг/ж2- сутки, что соответствует |
производительности _печи 32— |
||||||||
35 т/сутки обжигаемого колчедана |
(на |
условный колчедан, содер |
|||||||
жащий 45% S). Концентрация |
S02 в |
обжиговом газе 9—10% |
|||||||
Температура газа |
с наиболее горячих полок (II—IV) 800—900°С. |
||||||||
Для нормальной |
работы печей |
требуется |
равномерное |
питание |
печи колчеданом, воздухом, надежное охлаждение вала и греб ков, регулярная очистка пересыпных 'каналов и отверстий и рав номерное удаление огарков и пыли из газоходов.
Примерный материальный баланс при обжиге |
серного колче |
|||
дана в печи приведен |
в табл. 27*. |
Т а б л и ц а |
27 |
|
|
|
|
||
Материальный баланс при обжиге серного колчедана в печи |
на часовую |
|
||
производительность печи |
|
|
||
Приход |
|
Расход |
|
|
Колчедан сухой |
1210 |
Огарок . |
896 |
349 |
Влаг'а колчедана |
42,5 |
Сернистый газ . |
1000 |
|
Кислород |
1126 |
Кислород |
440 |
308 |
Азот |
3790 |
Азот . |
3790 |
2990 |
Влага воздуха |
41,6 |
Водяной пар . |
84,1 |
98,3 |
В с е г о |
6210 |
В с е г о |
6210 |
3745 |
Исходные данные: производительность печи по колчедану 30 т/сут ки; содержание серы и
сухом колчедане 42,4%; влажность колчедана 3%; коэффициент избытка воздуха а=1,6; выход сернистого газа 97,4^ , влагосодержание воздуха 1,37 мол. %.
* С. И. Вольфкович и др. Общая химическая технология. М., Госхимнздат,
1952.
232
Печь д л я о б ж и г а во в з в е ш е н н о м с о с т о я н и и (рис. 89) предназначена для флотационного колчедана. Она пред ставляет собой стальной цилиндр, футерованный огнеупорной кладкой, установленный на кольцевом фундаменте. Колчедан из бункера поступает со струей воз духа в питатель — форсунку, из которой распределяется равно мерно по сечению печи. Для бо лее полного выгорания серы в верхнюю часть печи через фурмы подается вторичный воздух. Там установлен экран из стальных
Рис. 89. Печь для обжига |
колчеда- |
Рис. 90. Печь для |
обжига |
||
на во |
взвешенном состоянии: |
колчедана в кипящем |
слое |
||
/ — кожух |
печи; |
2 — огнеупорная |
футеров |
|
|
ка; 3 — бункер; |
4 — форсунка; |
5 — экран |
|
|
труб, по которым циркулирует охлажденная вода, устраняющая налипание колчедана- н-а верхний свод. -Огарок выводится, через бункер, расположенный в нижней части печи, а обжиговые газы температурой 800—900° С поступают в котел —утилизатор теп ла, а затем в систему очистки через общий газоход, расположен
ный в боковой части печи.
Диаметр |
печи 4 ж, высота 10 ж. |
Интенсивность объема печи |
||
по обжигу |
колчедана |
(45% |
S) |
составляет .примерно |
700кг/м3-сутки-
Вобжиговых газах печи содержится значительное количество пыли (до 100 г/ж3), для их очистки требуется мощное пылеочи
стительное |
отделение. |
к и п я щ е м слое КС |
(рис. 90) |
предна |
||
Печь |
о б ж и г а в |
|||||
значена |
для |
мелкого |
колчедана (дробленого |
рядового |
и |
флота |
ционного). |
|
собой цилиндрическую |
камеру, |
в |
нижней |
|
Печь |
представляет |
форсунки, расположенные в торцовой части печи, под давлением 12 ат. Через отверстия в стенке печи подается дополнительный воздух, а внутри лечи для лучшего смешения серы и воздуха устроены перегородкиРозжиг печи осуществляется нефтяной форсункой.
Для нормальной работы печи требуется высокая чистота серы (примеси, откладываясь на змеевиках и стенках печи, нарушают ее работу), поэтому перед подачей расплавленной серы в печь рекомендуется ее подвергать фильтрованию через слой диатоми та. В некоторых системах фильтрование серы не производят, а усиливают систему очистки газа.
Серу сжигают также в печах КС, в вертикальных цилиндрических и отра жательных печах, представляющих собой прямоугольную камеру с двумя кир пичными сводами с решетками. Нижний свод служит ванной для расплавлен ной серы, которая сгорает, проходя через отверстия раскаленных решеток.
Сжигание сероводорода
Печь для сжигания сероводорода представляет собой стальной футерованный изнутри огнеупором цилиндр, с размещенными в нем секциями парового котла. Сероводородный газ смешивается с воздухом и через горелку, расположенную в верхней части печи, поступает в камеру сжигания. Так как сероводородно-кислород ная газовая смесь взрывоопасна, то в нижней части печи у газоотвода устанавливают .предохранительный клапан, предотвращаю щий возможность разрушения печи при взрыве.
Процесс сжигания сероводорода ведут при незначительном из
бытке |
кислорода, а |
при |
наличии |
в газе цианистого водорода — |
|
даже |
при некотором |
его |
недостатке (чтобы в газах получались |
||
не окислы азота, а азот). |
сероводорода газ направляется |
||||
Для более |
полного сжигания |
||||
в специальные |
камеры |
дожигания. |
Интенсивность сжигания сероводорода выражается количест
вом тепла, выделяющегося в объеме |
1 м3 камеры |
сжигания |
(топ |
|||
ке) |
в единицу |
времени: |
|
|
|
|
где |
5— интенсивность |
сжигания |
примерно |
150—200 |
тыс. |
|
|
ккал/м3ч\ |
|
|
|
|
|
|
Q— количество тепла, выделяющегося в топке, ккал/ч\ |
|
||||
|
V — объем |
топки, |
чж3. |
|
|
|
Очистка обжиговых сернистых газов от огарковой пыли
Система очистки обжиговых газов зависит от их запыленно сти, а также от требований последующей переработки сернистого газа (контактный или нитрозный способы получения серной кис
лоты).
Химический состав пыли аналогичен составу огарка. Круп ность пыли в обжиговых газах механических полочных печей на ходится в пределах 15—60 мк (<15 мк ^ 15%, а >60 мк ~ 6%);
в газах из печей обжига во взвешенном состоянии крупность пы ли колеблется в очень широких пределах; пыль из печей с кипя
щим |
слоем содержит около |
50% |
частиц |
<15 |
мк и |
около 50% |
|||
частиц крупностью |
15—40 |
мк. |
|
|
|
|
|||
Первоначальная |
очистка газов от пыли осуществляется обыч |
||||||||
|
|
|
но |
с |
помощью механических методов, — в |
||||
|
Очищенный |
камерах и циклонах, а окончательная очи |
|||||||
|
газ |
стка — в электрофильтрах. |
|
||||||
|
|
|
к а м е р ы |
||||||
|
|
|
|
П ы л е о с а д и т е л ь н ы е |
|||||
|
|
|
имеют ограниченное применение, главным |
||||||
|
|
|
образом для улавливания из газов крупной |
||||||
|
|
|
пыли (>100 мк). Запыленный газ направ |
||||||
|
|
|
ляется в камеру, разделенную на ряд полок |
||||||
|
|
|
для удлинения пути газа. Скорость движе |
||||||
|
|
|
ния его в камере значительно замедляется |
||||||
|
|
|
и наиболее крупные частицы пыли выпа |
||||||
|
|
|
дают из потока газа под действием силы |
||||||
|
|
|
тяжести. |
|
|
|
|
||
|
|
|
от |
Скорость осаждения w частиц пыли диаметром |
|||||
|
|
|
1 до |
100 мк в ламинарном газовом потоке выра |
|||||
|
|
|
жается уравнением: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
545d2 (рг — р2) |
|
||
|
|
|
|
|
|
w = ---------------------- |
|
||
|
|
|
или для приближенных расчетов |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
545rf2p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w = -----------, см/сек, |
|
||
|
|
|
где |
d — диаметр частиц, см\ |
|
|
|||
Рис. 92. Циклон: |
|
Pi — плотность частиц, г\см3\ |
|
||||||
|
Р2— плотность газа, г/см3\ |
|
|
||||||
/ — цилиндрическая |
часть |
|
р — динамическая вязкость газа, н-сек/м2. |
||||||
корпуса циклона; 2 — кони |
|
Ц и к л о н |
(рис. |
92) |
предназначен так |
||||
ческая |
часть (бункер) |
цик |
|
||||||
лона; |
3 — выхлопная |
труба. |
же для улавливания |
из газов сравнительно |
|||||
|
|
|
крупной пыли (10—30 мк). |
вращается |
|||||
Тангенциально входящий |
в циклон газовый |
поток |
вокруг оси центральной выхлопной трубы. Частицы пыли отбра
сываются |
к |
стенке и собираются |
в бункере, расположенном |
|||||
в нижней |
части |
циклона. |
|
|
|
|
||
Обычно газовый |
поток |
проходит |
через ряд |
последовательно |
||||
установленных |
циклонов. |
Коэффициент очистки — отношение |
ко |
|||||
личества |
пыли |
в |
очищенном и запыленном |
газе — зависит |
от |
диаметра циклона и размера пылевых частиц. Для частиц диа метром порядка 5 мк он составляет от 50 до 83%, для частиц диаметром 10 мк — 85—95% и для частиц в 20 мк — 97—99,5%.
Скорость осаждения частиц пыли под действием центробежной силы рассчи тывается по формуле:
dov2
где d — диаметр частиц, см\
р — плотность частиц, г/см3\
• v — окружная скорость потока, м/сек\ г — радиус вращения, м\
р. — динамическая вязкость газа, «• сек/м2.
Э л е к т р и ч е с к и е |
ф и л ь т р ы |
предназначены для улавли |
вания из газов тонкой |
пыли (до |
1 мк). |
Рис. 93. |
Взаимное расположение |
корониру- |
|||
ющего и |
осадительного |
электродов |
и |
сило |
|
|
|
вых линий: |
|
|
|
/ — коронирующий |
электрод: |
2 — осадительный |
элек |
||
|
трод |
(труба, |
пластины) |
|
|
Принцип действия электрофильтров основан на ионизации по ступающего в электрофильтр запыленного газа электрическими коронными разрядами в неоднородном электрическом поле высо кой напряженности, заряжении в результате ионизации газа частиц пыли зарядами электричества и осаждении их на проти воположно заряженных электродах. Обычно коронирующими электродами являются отрицательные, а осадительными — поло жительно заряженные заземленные электроды.
Электроды присоединяются к источнику постоянного электри ческого тока с высокой разностью потенциалов (25—50 кв) на зажимах. Для создания неоднородного электрического поля в фильтре коронирующие электроды чаще всего выполняют в виде
проволок или стержней, а осадительные электроды — в виде труо либо пластин. Взаимное расположение электродов и силовых ли
ний |
электрического |
поля |
изображено |
рис. |
93. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В зависимости от формы осадитель |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ных электродов |
различают |
трубчатые |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и пластинчатые электрофильтры. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема трубчатого электрофильтра по |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
казана на рис. 94. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При последовательной очистке в цик |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
лонах и электрофильтре запыленного га |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
за из печи с кипящим слоем, содержа |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
щим пыли до 180 г/м3, конечное содер |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
жание пыли в очищенном газе составляет |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
от 0,05 до 0,2 |
г/м3. |
Расход электроэнер |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
гии 0,75—0,97 квт-ч на очистку 100 мг |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
газа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 3. Производство серной кислоты |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контактным методом |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Производство |
серной |
кислоты |
кон |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
тактным методом заключается в окисле |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нии двуокиси |
серы |
(сернистого газа) в |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
трехокись (серный ангидрид) |
кислородом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
воздуха |
при соприкосновении |
(контакте) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сернистого газа |
с катализатором |
(пяти- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
окисью ванадия V2O5 или платимой), при |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
температуре около 450°С в контактном |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
аппарате. |
сернистый |
газ предвари |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обжиговый |
|||||||
Рис. |
94. |
Схема |
трубчатого |
тельно |
подвергают |
очистке |
от вредных |
|||||||||
|
|
электрофильтра: |
|
для катализаторов примесей главным об |
||||||||||||
1 — пылеосадительная |
камера; |
разом |
летучих |
соединений |
мышьяка |
|||||||||||
2 — разгрузочный |
бункер; |
3 — |
||||||||||||||
пылеосаднтельные |
электроды |
(AS2O3) |
и селена |
(SeC^), |
а также |
тума |
||||||||||
(трубы); 4 — рамы для |
крепле |
нообразной серной кислоты, образующей |
||||||||||||||
ния |
пылеосадптельных |
электро |
||||||||||||||
дов; |
5 — короннрующне электро |
ся в газе из трехокиси серы и конденси |
||||||||||||||
ды; |
б— рамы |
для |
крепления |
ко- |
||||||||||||
ронирующих |
электродов; |
7 — |
рующихся водяных |
паров, |
оказывающих |
|||||||||||
изоляторы; |
|
8 — встряхивающий |
на |
катализаторы |
отравляющее действие. |
|||||||||||
механизм; |
9 — входной |
патрубок |
||||||||||||||
для |
запыленного газа; |
10 — вы |
|
Трехокись серы, выходящую из кон |
||||||||||||
хлопной патрубок |
для |
очищен |
|
|||||||||||||
|
|
|
ного газа |
|
|
тактного аппарата, поглощают раствором |
96—98%-ной серной кислоты и получают олеум. При поглощении трехокиси серы растворами слабой серной кислоты (пли водой) получают соответственно кислоту той или иной концентрации.
Т е х н о л о г и ч е с к а я с х е м а производства серной кислоты из обжигового сернистого газа контактным методом показана на рис. 95.
Обжиговый газ из электрофильтра 1, (После очистки от огар-
/(Зелота |
Олеум |
на с к Ш |
"а сплад |
Отходящие газы
Рис 95 Технологическая схема производства серной кислоты из обжигового сернистого газа контактным методом
новой пыли, подвергается промывке серной кислотой в промывных башнях 2, 3. Здесь газ освобождается от остатков пыли, а трехокись мышьяка при охлаждении переходит непосредственно в твердое состояние и частично улавливается в башнях. Здесь же происходит образование в газе туманообразной серной кислоты из трехокиси серы и конденсирующихся три охлаждении водяных паров. Последняя улавливается в двух электрофильтрах 4, через которые пропускается последовательно газ из промывных башен. Перед вторым электрофильтром газ увлажняется в башне 5 сер ной кислотой. При этом частицы тумана серной кислоты в газе укрупняются и полностью оседают в фильтре. Отсюда выходи! окончательно очищенный сернистый газ, направляемый на суш ку в сушильную башню 6.
Из этой башни газ проходит брызгоуловитель- 7 и газодувкой 8 (подается через теплообменник 9 в 'контактный аппарат 10, где происходит окисление двуокиси серы в трехокись (серный ангид рид). Последняя через теплообменник 9 и экономайзер 11 прохо
дит последовательно две |
поглотительные башни — абсорберы .12, |
||
13, где орошается серной |
кислотой. Здесь образуется в первой |
||
башне олеум, а |
во второй — концентрированная |
серная кислота |
|
(примерно 98% |
H2S04), |
используемая частично |
для орошения |
в поглотительных башнях.
Олеум и серная кислота натравляются в сборники 16 и после охлаждения в холодильниках 15 поступают на склад.
Вытекающая из промывных башен 2, 3 серная кислота охлаж дается в холодильниках 14 и вновь подается на орощение в баш ни, частично она направляется для извлечения из кислоты
мышьяка |
и селена. |
|
с х е ма |
производства серной кислоты |
|||
Т е х н о л о г и ч е с к а я |
|||||||
контактным методом |
из сернистых газов, |
получаемых при |
сжига |
||||
нии чистой серы и сероводорода, упрощается., |
очистки |
можно |
|||||
Сернистый газ от сжигания чистой серы без |
|||||||
подавать |
в контактный |
аппарат. |
При |
сжигании |
сероводорода |
||
вместе с |
сернистым |
газом образуются |
водяные |
нары |
|
2H2S + 302 = 2S02+ 2Н20.
В контактном аппарате эти пары конденсируются и, взаимо действуя с S03, образуют серную кислоту.
§ 4. Производство серной кислоты нитрозным методом
Производство серной кислоты нитрозным методом заключается в окислении двуокиси серы (сернистого газа) S02 высшими окис
лами |
азота |
до S03 в присутствии |
присоединяемой к S03 воды. |
При |
этом |
происходят следующие |
реакции: |
SOo + N02-1- Н20 = H0SO44- NO;
S02+ N20 3+ H20 = H2S04+ 2NO.