Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топ
..pdfРис. 4.9. Схема установки концентрирования слабой серной кисло ты в аппарате с погружными горелками с очисткой газов в трубе Вентури и двух аппаратах с волокнистыми фильтрами:
1 —концентратор, 2 — погружная горелка (3 пгг.), 3 — труба Венту ри, 4 — брызголовушка с волокнистым фильтром, 5 —туманоулови- тель с волокнистым фильтром, 6 — емкость, 7 — насос
В атмосферу или на
Рис. 4.10. Схема наиболее распространенной установки концент рирования серной кислоты в двухступенчатом барботажном аппа рате с очисткой газов в электрофильтре:
1 — топка, 2 — воздуходувка, 3 — концентратор, 4 — электрофильтр, 5 —напорный бак, 6 — регулятор расхода кислоты, 7 —холодиль ник, 8 — сборник, 9 — насос
Рис. 4.11. Технологическая схема процесса концентрирования сер ной кислоты в трехступенчатом барботажном концентраторе с очисткой газов в электрофильтре:
1 — воздуходувка, 2 —топка, 3 — концентратор, 4 — напорный бак постоянного давления, 5 —расходометр, 6 — электрофильтр, 7 — сборник продукционной серной кислоты, 8 —холодильник
Установки для концентрирования серной кислоты включают следующее основное оборудование:
топку для сжигания природного газа или мазута: концентраторы барботажные, капельные или
концентраторы с вихревым распылением кислоты; устройства для очистки отходящих газов.
На практике наибольшее распространение полу чили барботажные аппараты. Барботажная труба, по которой поступают топочные газы с температу рой 900—1000 °С, погружается в жидкость. Из-за локальных перегревов происходит термическое раз ложение кислоты с образованием газового выброса в виде паров и тумана серной кислоты, сернистого ангидрида. Концентрация смеси тумана серной кис лоты и сернистого ангидрида после концентраторов находится в пределах 30 —40 г/м3 ПДК этих компо нентов в атмосфере 0,3—0,5 мг/м3. При работе то пок на мазуте резко возрастает не только концент-
Рис. 4.12. Схема установки двухступенчатого концентрирования серной кислоты в распылительных аппаратах типа "труба
Вентури":
1 —топка, 2 —труба-концентратор, 3, 5 — циклоны, 4 —труба-тума- ноуловитель, 6 —дозатор, 7 — напорный бак, 8 — насос
рация тумана серной кислоты, но и сернистого ангидрида. Поэтому после действующих промышлен ных концентраторов серной кислоты предусмотрена мощная система очистки отходящих газов.
Капитальные затраты на очистку отходящих га зов обычно в десятки раз превышают капитальные затраты на основной процесс концентрирования серной кислоты, при этом санитарные нормы очи стки газов не всегда обеспечиваются. Поэтому ис следования и разработки эффективных способов и аппаратов для очистки газов продолжаются.
Для очистки отходящих газов от тумана серной кислоты после барботажных и распылительных ап-
Газ 180 °С
70 % -пая
W H 2SO4
1,2s° 4 |
< Я т Л ^ |
J i ‘ гтт |
|
|
Рис. 4.13. Схема струйно-щелевого концентратора серной кислоты: 1 — труба, 2, 3, 4 — первая, вторая и третья камеры по ходу газа соответственно, 5, 6 — нижняя и верхняя перегородки соответст венно, 7 — щель между уровнем жидкости и верхней перегородкой
паратов концентрирования в основном применяются электрофильтры. Электрофильтр представляет со бой камеру с кислотоупорной футеровкой, запол ненную системой осадительных и коронирующих электродов. Схема осадительного коронирующего элемента показана на рис. 4.14. Электрофильтр КТ-144 содержит 144 осадительных коронирующих элемента. Осадительный электрод представляет со бой трубу внутренним диаметром 250 мм и длиной 4000 мм, которая установлена на ферросилидовую плиту и заземлена. Коронирующий электрод состо ит из восьми звеньев, проходит в центре трубы и соединен с отрицательным проводом выпрямителя. На коронирующих электродах поддерживается на пряжение более 80 кВ, сила тока кроны — 100— 125 мА. Частицы тумана и брызги серной кислоты, содержащиеся в газах, получают отрицательный за ряд у коронирующего электрода и притягиваются к положительно заряженной трубе, осаждаются на ее внутренней поверхности и стекают вниз. Степень очистки газов от тумана серной кислоты зависит от
юз
Рис. 4.14. Осади тельный коронирующий элемент:
1 — осадительный электрод, 2 — коронирующий электрод, 3 — выпрямитель, 4 — груз
Конденсат 70 %-ной H2S04
скорости потока в осадительных трубах, которая должна быть 1,0—1,2 м/с. Чтобы получить конден сат с концентрацией серной кислоты 68 —70 %, в электрофильтре поддерживают температуру не ни же 130 °С.
Электрофильтры имеют большую материалоем кость (масса до 900 т), не достаточно надежны в ра боте и сложны в эксплуатации, не обеспечивают требования санитарных норм по содержанию в га зовых выбросах серной кислоты и сернистого анги
дрида.
Наиболее эффективным и перспективным являет ся разработанный в последние годы А.Ф. Махоткиным, С.Г. Богатыревым с сотрудниками специальный аппарат для малоотходного концентрирования сер ной кислоты — вихревая ферросилидовая колонна (ВФК) [34]. ВФК исключает локальные перегревы
кислоты на первой ступени контакта фаз, туманообразование на последующих ступенях, обеспечива ет улов брызг кислоты. Технологический процесс на базе аппарата ВФК обеспечивает эффективную очистку отходящих газов перед выбросом в атмо сферу, и при этом не требуется применение гро моздкого электрофильтра.
По данным А.Ф. Махоткина, для первой ступени вихревого концентратора скорость абсорбции паров серной кислоты определяется уравнением
|
О, = Kt-Cp, |
здесь |
— объемный коэффициент на первой сту |
пени концентратора, Ср — равновесная концентра ция насыщенного пара серной кислоты над жидкос тью.
Для второй ступени 0 2 = К2-{С — Ср). Отношение
0 2/0 , = K ^K ^S2 - 1)/S2,
где S = С/Ср — степень пересыщения газа; С — те кущая концентрация паров серной кислоты в газо вой фазе.
При одинаковых значениях коэффициента массопередачи на ступенях для произвольной ступени скорость абсорбции определяется уравнением:
(0„_, - <?„_,)/<?„ = S„/(S„ - 1).
Материалоемкость ВФК составляет около 40 т. В качестве материала использован ферросилид, кото рый является коррозионно-стойким в среде горячей серной кислоты. Так как при резком перепаде тем ператур ферросилид растрескивается на первой ступени контакта фаз, где температура газов на входе составляет 900—1000 °С, ферросилид имеет термическую защиту-футеровку.
Схема вихревой ферросилидовой колонны пред ставлена на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Схема вих ревой ферросилидовой колонны для ма лоотходного концен трирования серной
кислоты:
1 — нижняя часть колонны, 2 — ниж
няя царга |
ступени, |
|
3 — верхняя |
царга |
|
ступени, 4 |
— |
кон |
тактный |
патрубок, |
5 — завихритель, 6 — тарелка, 7 — линия перетока кислоты, 8 — полая царга, 9 — отбойник, 10 — брызгоуловительная сту пень, 11, 12 — аб сорбционные ступе ни, 13 — крышка,
14 — сопло, 15, 17 —
ротаметры, 16, 18 — вентили
ВФК состоит из следующих основных зон: ступени контакта фаз, совмещенной с футеро
ванным основанием колонны; зоны абсорбции паров серной кислоты в режиме
без образования тумана (зона предварительного концентрирования серной кислоты);
зоны улова брызг кислоты после концентрирова ния;
зоны нейтрализации газового выброса аммиачной водой;
зоны улова брызг аммиачных солей, образую щихся после нейтрализации.
Над колонной устанавливается труба выброса от ходящих газов в атмосферу, совмещенная с ловуш кой конденсата. Основной элемент ВФК — вихревая ферросилидовая ступень контакта фаз, состоящая из двух царг, тарелки, завихрителя и контактного патрубка (рис. 4.16). Царги, имеющие высоту 0,25 м, диаметр 1,0 м и центральное отверстие диаметром 0,8 м, устанавливаются друг на друга. Нижняя царга используется для ввода кислоты на ступень, верх няя —для вывода кислоты из ступени. На тарелку с центральным отверстием устанавливается завихритель. Ступени между собой соединяются переточными трубами диаметром 100 мм с гидрозатвором в виде колена.
Схема работы ВФК следующая. Исходная кислота поступает в верхнюю часть зоны абсорбции паров серной кислоты. Продукционная кислота отводится из верхней части основания колонны. Горячий газо вый поток входит через патрубок в верхней части
Рис. 4.16. Схема вихревой ферросилидовой ступени для колонного концентратора серной кислоты:
1 — нижняя царга, 2 — верхняя царга, 3 —тарелка, 4 — контакт ный патрубок, 5 —завихритель, 6 — лопатки завихрителя
основания, опускается вниз в основание колонны, затем разворачивается вверх, проходит через все элементы колонны и выходит в верхней части ко лонны через эжекционное сопло. Исходная кислота и горячий газовый поток в колонне движутся на встречу друг другу в противотоке.
Техническая характеристика ВФК
Диаметр колонны.................................................... |
1 м |
Высота колонны....................................................... |
8,3 м |
Общий вес колонны с футеровочным основа |
35 т |
нием ............................................................................ |
|
Высота одной ферросилидовой ступени........... |
0,5 м |
Диаметр трубы выброса газов в атмосферу.... |
1,2 м |
Высота трубы........................................................... |
27 м |
Температура газов: |
85—130 °С |
на входе в трубу................................................. |
|
на выходе из трубы........................................... |
45—70 °С |
Производительность по 92%-ной серной кис |
100—140 т/сут |
лоте .............................................................................. |
Концентрация кислотных компонентов в газовом выбросе зависит от наличия подачи в верхнюю часть колонны воды и аммиака и составляет (средние концентрации тумана серной кислоты и сернистого ангидрида соответственно):
без введения воды и без нейтрализации газового выброса — 0,3 и 0,06 г/м3;
свведением воды с расходом 1,5—3,0 л/мин — 0,15 и 0,04 г/м3;
сдополнительным введением аммиачной воды с расходом воды 0,5 л/мин и расходом аммиака, пре вышающим стехиометрию на 20 % — 0,01 г/м3, при
этом средняя концентрация аммиака составляет 0,02 г/м3.
Внедрение ВФК обеспечивает исключение из тех нологической схемы дорогих и громоздких элект рофильтров, сокращение капитальных затрат, уменьшение потерь кислоты и соблюдение требова ний санитарных норм по концентрации серной кис лоты и сернистого ангидрида в газовых выбросах.
Несмотря на использование указанного выше оборудования для очистки газов, отходящих с раз личных фаз производства, не исключаются случаи содержания вредных веществ в газах после очистки выше ПДК. Поэтому предусматривается рассеива ние выбросов в атмосфере, для чего газы после очи стных сооружений выпускаются в атмосферу на определенной высоте. Минимальная высота од ноствольной трубы для рассеивания газо-воздушных выбросов, имеющих температуру выше темпера туры окружающего воздуха, рассчитывают по фор муле _________
(обозначения входящих в формулу параметров при ведены в гл. 2).
Перспективная комплексная очистка кислотных газовых выбросов производства нитратов целлюло зы должна предусматривать следующие процессы на базе оборудования вихревого типа:
очистку отходящих газов от азотной кислоты и части окислов азота абсорбционным методом с воз вратом уловленной кислоты в производство;
очистку отходящих газов от окислов азота мето дом каталитического селективного восстановления аммиаком, при этом целесообразно объединить в одну систему все газовые выбросы от процессов, на которых выделяются окислы азота (этерификация целлюлозы, денитрация отработанных кислот, кон центрация азотной кислоты и др.);
использование горячих отходящих газов после их каталитической очистки от окислов азота для кон центрирования серной кислоты с полной утилизаци ей тепла и газов;
использование вихревых ферросилидовых колонн для концентрирования серной кислоты.