В. С. Потапов, В. Е. Шамко

ПОСОБИЕ КИСЛОТЧИКУ СУЛЬФИТНО-ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

СОСТАВ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Важнейшей задачей при получении целлюлозы сульфитным способом является приготовление кислоты, с помощью которой происходит извлечение из растительного сырья целлюлозы при варочном процессе.

Сульфитная кислота представляет собой раствор сернистого газа SO_2 и бисульфита кальция Ca(HSO_2)2 или бисульфита с другим основанием (магниевым, аммониевым или натриевым) в воде.

Ca(HSO_2)2 + SO_2 + H_2O

Раньше бисульфит кальция представляли как раствор моносульфита CaSO_2 в избытке растворенного SO_2 (сернистой кислоты H_2SO_3), поэтому на практике до сих пор для характеристики состава кислоты используют термины: связанный SO_2 (т. е. часть SO_2, находящегося в моносульфите); свободный SO_2 (часть SO_2, дополнительно связанная в бисульфите и находящаяся в виде растворенного SO_2): общий SO_2 или весь SO_2 (сумма свободного и связанного SO_2).

В производстве стремятся получить кислоту с возможно большим содержанием всего SO_2. Однако в настоящее время для варки используют преимущественно кислоту с содержанием всего SO_2 максимум 9–12 %. Это объясняется тем, что большинство варочных котлов работает с давлением 6 ата и при сдувках (удалении избыточного давления в котле при варочном процессе) будет теряться значительное количество SO_2, что снижает коэффициент его полезного использования при химических реакциях варки. Кроме того, при значительном повышении концентрации SO_2 в кислоте, особенно свободного SO_2, снижается выход сахаров из древесины (особенно несбраживаемых — пентоз и т. д.).

Различают сырую кислоту, которая получается в кислотном цехе, и варочную кислоту, которая получается в результате укрепления сырой кислоты сдувками при варочном процессе, содержащими значительное количество SO2, а также органических веществ.

Состав сырой кислоты при кислом сульфитном способе: всего SO_2 — 3,3÷3,8 %; основания (CaO) — 0,9÷1,3 %.

Состав варочной кислоты: всего SO_2 — 5 ÷ 12: основания (CaO) — 0,85 ÷ 1,0 %.

При бисульфитном способе варки обычно применяют магниевое и натриевое основание.

При использовании этого способа варки, нашедшего применение в последнее время, состав варочной кислоты следующий: всего SO_2 3,8 ÷ 4 %; связанного SO_2 1,9 ÷ 2 %.

ХИМИКАТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Химикаты для приготовления кислоты

Сера бывает либо природная, либо получается из сернистого ангидрида при обжиге на металлургических заводах сернистых руд меди, цинка и т. д. (газовая сера). Она может быть комовой или Золотой.

Удельный вес элементарной серы (S) 1,96–2,06. В твердом состоянии сера хрупкое вещество светло-желтого цвета. Температура плавления 112,8–119,0°. При нагревании выше 155° жидкая сера буреет, вязкость ее увеличивается, достигая максимума при 191°.

При дальнейшем повышении температуры сера снова становится легкоподвижной жидкостью. Загорается сера при 360° на воздухе, при 285° — в среде кислорода.

Серный колчедан разделяется на рядовой и флотационный.

Главной составной частью серного колчедана является двусернистое железо FeS_2, В химически чистом виде он содержит 33,46 % S и 46,54 % Fe. Однако колчедан содержит к некоторое количество посторонних примесей (пустую породу, сернистое соединения меди, мышьяка и др.). Наиболее распространенным в природе является пирит (удельный вес 4,95–5,0) и менее распространенным марказит (удельный вес 4,55).

Насыпной вес 1 м^3 серного колчедана 2500–3000 кг, цвет зеленовато-серый.

Рядовой колчедан бывает кусковой и сыпучка. Он получается при добыче медистых серных руд. По своему химическому составу рядовой колчедан является высококачественным сырьем с содержанием серы до 50 %. Допустимая норма содержание селена в колчедане, применяемом в промышленности, не более 120 г/т (0,012 %).

Флотационный колчедан получается на обогатительных фабриках в виде отходов при флотации медных и полиметаллических руд. Содержание серы в нем достигает 47–50 %.

Сухой флотационный колчедан обладает гигроскопичностью, поэтому в зимнее время он легко смерзается, что создает трудности при сто транспортировке.

Углистый колчедан получается при обогащении подмосковного каменного угля. Высокое содержание угля (15–18 %) понижает содержание в нем серы и затрудняет обжиг, который становится возможным только с добавкой безуглистого колчедана при содержании угля в смеси не более 5–6 %.

Известняк — горная порода, состоящая из минерала кальцита CaCO_2 (CaO 56 % и SO_2 44 %) и различных примесей в виде магния, железа, глины, песка и др. Удельный вес его колеблется от 0,8 до 2,2. По своему составу известняк, применяемый в кислотных цехах, должен содержать не менее 99 % СаСО_3. Нежелательны примеси MgCO2, а также значительных количеств, железа и марганца.

Известь CaO получается путем обжига известняка, доломита и прочих карбонатных пород при температуре выше 900 °C. При взаимодействии с водой образуется белый порошок гидроокиси кальция Ca(ОН)2 (гашеная известь), малорастворимый в воде. При гашении извести выделяется значительное количество тепла (277 ккал/кг).

Известь для приготовления сульфитной кислоты должна содержать при обжиге известняка не менее 85 % CaO, не более 3 % Fe_2O_3 и Al_2O3, а при обжиге доломита — не менее 55,4 % CaO, 39.4 % MgO и не более 3 % Fe_2O_3 и Al_2O_3.

Каустический магнезит MgO получается путем обжига природного магнезита MgCO_3 при температуре 750–800 и последующего помола. Удельный вес каустического магнезита 3,1–3,4. Теоретический химический состав: 47,82 % MgO и 52,18 % CaO. Однако в каустическом магнезите содержится значительное количество примесей, которое затрудняет его применение: особенно это относится к окиси магния, полученной при обжиге магнезита, применяемого на металлургический заводах.

Содо-поташная смесь является отходом производства-глинозема из нефелина. В состав ее входят Na_2CO_3 (не менее 82,5 %), K_2SO_4 (не более 8,0 %) и другие соединения. Влажность не должна превышать 0,3 %.

Сода кальцинированная Na_2CO_3 в зависимости от степени чистоты разделяется на техническую и фотографическую (содержание Na_2CO_3 не менее 95 %) и оптическую (содержание Na_2CO_3 не менее 96 %). В ней содержится некоторое количество NaCl (1,0–0,5 %), Na_2SO_4 (0,1–0,05 %) и других веществ.

Аммиачная вода представляет собой раствор газообразного аммиака NH_3 с очень резким характерным запахом. На заводы обычно доставляется аммиачная вода с содержанием аммиака 25 %, удельный вес ее 0,91 (при 15°).

Хранение сырья и химикатов

Сырье и химикаты поступают на целлюлозно-бумажные приятия периодически, поэтому для обеспечения бесперебойной работы кислотных цехов необходимо иметь определенный запас всех используемых для получения кислоты химикатов. Минимальный запас, на который рассчитываются склады, определяется удаленностью комбината от источников сырья и обычно составляет 1–3 месяца.

Склады колчедана. На рис. 1 показан кислотный цех, которому примыкает склад для хранения флотационного колчедана. Колчедан доставляется на комбинат в железнодорожных вагонах, для приема которых в складе прокладывается железнодорожный путь. Разгрузка вагонов производится механическими лопатами в траншею, расположенную вдоль пути, откуда колчедан грейферным краном укладывается в штабеля. Подача колчедана из штабеля в производство осуществляется краном, которым колчедан подается в бункер с питателем в нижней его части. Далее колчедан подается к бункерам печей при помощи системы транспортеров.

Рис. 1 Кислотный цех со складом серного колчедана (план на отм. 0.00):

1 — колчеданная течь; 2 — воздушный холодильник; 3 — циклоны для очистки газа; 4 — сухой электрофильтр; 5 — теплообменник; 6 — насосы; 7 — вентилятор; 8 — абсорбер; 9 — мокрый электрофильтр; 10 — скруббер; 11 — бункер для колчедана; 12 — питатель пластинчатый; 13 — транспортер; 14 — элеватор.

При использовании в качестве серусодержащего сырья кускового колчедана при складах организуется дробильное отделение (рис. 2).

Рис 2. Схема дробильного отделения:

1 — транспортер; 2 — бункер колчедана; 3 — тарельчатый питатель; 4 — грохот; 5 — наклонный ссып; 6 — щековая дробилка; 7 — ковшовый элеватор; 8 — просевной барабан; 9 — бункер; 10 — вальцовая мельница.

Из приемного бункера колчедан поступает на грохот — ящик, установленный под углом 35–40°, имеющий в днище отверстия размером 40 мм. Крупные куски отделяются за счет вибрации ящика и направляются в щековую дробилку, где они измельчаются, проходя между подвижной и неподвижной щеками, имеющими рифленую поверхность.

Измельченный колчедан ковшовым элеватором в просевной вращающийся барабан, на корпус которого натянута сетка с отверстиями диаметром 7–8 мм. Барабан располагается под некоторым углом, достаточным для продвижения не прошедших через отверстия кусков колчедана. Эти куски поступают для тонкого измельчения в вальцовую мельницу, состоящую из двух валов, вращающихся навстречу друг другу, в зазор между которыми и подается колчедан. Измельченный до размеров 5–7 мм, колчедан вновь направляется на просевной барабан, откуда, отделившись от крупных включений, подается на сжигание.

Склады серы. Располагаются они в закрытых помещениях, в непосредственной близости от кислотного цеха и по устройству аналогичны колчеданным.

Склад известкового камня. Известковый камень доставляется на комбинат на открытых платформах, и для его хранения не требуется специальных помещений. Единственное требование, предъявляемое к открытые складам известкового камня, — это хорошо подготовленная площадка, расположенная в непосредственной близости от турм для облегчения подачи его к подъемным механизмам.

Склад извести. Известь, доставляемая из карьеров, где организован ее обжиг, или обожженная непосредственно на предприятии, хранится либо в складах в насыпном виде, либо в специальных железобетонных бункерах. При складе извести размещается оборудование для ее гашения и разводки. Наиболее распространенным оборудованием для этой цели являются аппараты Мика.

Аппарат Мика представляет собой вращающийся на роликах барабан, внутрь которого подается известь и вода. Перемешивание и передвижение извести с одного конца барабана на другой происходит за счет лопаток на внутренней поверхности барабана. У выходного отверстия барабана расположен ковш, вычерпывающий шлам в отвал: известковое молоко отводится по специальному желобу.

Полученное известковое молоко содержит значительное количество примесей (песка и недожога), которые должны быть удалены во избежание забивания коммуникаций и аппаратуры для приготовления кислоты. Для очистки известкового молока часто применяют мешалки Русселя. Они представляют собой горизонтальную цилиндрическую ванну, разделенную на ряд отделении поперечными стенками. В этих отделениях оседают примеси, выпадающие из протекающего по мешалке известкового молока. Осевшая грязь продвигается в направлении, противоположном движению известкового молока, при помощи гребков, насаженных на вращающийся вал.

Более совершенным аппаратом для гашения извести является, гаситель-классификатор — бак с мешалкой, совмещенной со шнековым наклонным классификатором, для удаления крупных примесей.

Эффективной является очистка известкового молока в вихревых очистителях, где отделение тяжелых примесей происходит за счет центробежной силы. Вихревой очиститель (фортрап) представляет собой циклон, в который по касательной под давлением питательного насоса вводится известковое молоко. Тяжелые частички под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам циклона и отводятся в нижней его части. Очищенное известковое молоко поднимается вверх и отводится через центр верхней части аппарата.

Склады окиси магния. Окись магния хранят подобно извести в специальных бункерах, куда она подается из вагонов элеваторами. Для гашения окиси магния применяют баки емкостью 10 и 45 м^3, с вертикальными скоростными мешалками (рис. 3). Гашение окиси магния происходит при температуре 90–95 °C в течение 5–6 ч. Поддержание нужной температуры осуществляется подачей острого пара. Гидроокись магния концентрацией 200 г/л из гасителей направляется в баки-мешалки для хранения. При подаче гидроокиси магния в расходную мешалку она разбавляется до концентрации 50 г/л.

Рис. 3. Бак для гидратации:

1 — штуцер для подачи магнезита, 2 — перелив, 3 — диффузор, 4 — мешалка, 5 — выход, 6 — грязевик, 7 — лаз, 8 — штуцер для разбавления, привод мешалки.

Склад соды. Существуют два способа хранения кальцинированной соды — сухой и мокрый. При сухом способе складом служат обычные бункера (как для извести и окиси магния). Более прогрессивным способом является мокрое хранение соды (рис. 4).

Рис. 4. Схема мокрого хранения соды:

1 — мешалка для разводки соды; 2 — бак для мокрого хранения и растворения соды; 3 — смесители; 4 — бак для хранения раствора соды.

Сода из железнодорожных вагонов выгружается в мешалку, где происходит приготовление раствора концентрацией около 700 г/л. Собственно складом служит специальный бак; в нижней части его находится барботер для подачи перемешивающего воздуха и пара, при помощи которого поддерживается определенная температура. Температура 35° является оптимальной, так как при ней не происходит кристаллизации соды. Перед подачей в производство раствор разбавляется до концентрации 100–200 г/л.

Склад аммиачной воды. Аммиачная вода поступает на заводы в виде 25 %-ного раствора и при такой концентрации хранится в металлических (в черном исполнении) баках различной емкости.

Склад жидком двуокиси серы. Жидкая двуокись серы поступает на склад в железнодорожных цистернах и передавливается в танки сжатым воздухом (давление 8–12 кг/см^2). Обычно устанавливаются три танка: приемный, расходный и резервный. Из танков SO_2 сухим сжатым воздухом передавливается в испаритель (змеевиковый подогреватель), где испаряется за счет тепла горячей воды. Подогрев воды до 50° ведется острым паром (с температурой 142,9° и давлением 3 ат), подаваемым в испаритель. Газообразная SO_2 после испарителя направляется в производство.

ТЕОРИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Сжигание серусодержащего сырья

Сжигание серы и состав газовой смеси

При горении серы происходит следующая основная реакция

S + O_2 = SO_2 + 70 900 кал.

Так как молекулярный вес серы и кислорода одинаков (32), то на 1 кг серы расходуется 1 кг кислорода и образуется 2 кг SO_2.

При сгорании 32 г серы выделяется 70 900 кал, следовательно, при сгорании 1 кг серы выделится тепла

(70 900 1000) / 32 = 2 210 000 кал.

Содержание кислорода в воздухе по объему составляет 21 %, остальные 79 % занимает азот; в случае полного расходования кислорода воздуха на горение максимальное содержание SO_2 в газовом смеси составит 21 %. Однако сжигание серы практически происходит с некоторым избытком воздуха, поэтому концентрация SO_2 меньше теоретически возможной и составляет 12–15 % (в печах новейшей конструкции до 18 %). Содержание SO_2 можно приблизить к теоретически возможному, сжигая серу в чистом кислороде.

Коэффициент избытка воздуха α по по отношению к теоретически необходимому можно вычислить по формуле

α = 21 / %SO_2 в газовой смеси.

Для вращающихся печей он составляет 1,25–1,5; для стационарных 1,1–1,2.

Объем воздуха, необходимый для горения 1 т серы, можно подсчитать по формуле

V = 70 °Cs / CSO_2

где: V — объем воздуха при нормальных условиях (при 0 °C и 760 мм рт. ст.), м^3;

Cs — содержание выгорающей серы в сырье, %;

CSO_2 — содержание SO_2 в обжиговом газе, объемных %;

Объем газовой смеси, образующейся при сжигании 1 кг серы, можно подсчитать следующим образом.

Объем 1 кг SO_2 при 0° и 760 мм рт. ст. составляет 0,35 м^3, следовательно, при сжигании 1 кг серы образуется около 0,7 м^3 SO_2. Если содержание SO_2 в газовой смеси CSO_2, %, то объем всей газовой смеси составит

V0°; 760 мм = (0,70 / CSO_2) 100 = 70 / CSO_2 м^3.

При крепости газа 14 % SO_2 объем газовой смеси при сгорании 1 кг серы составит

V0°; 760 мм = 70 / 14 = 5 м^3.

Состав газовой смеси: 14 % SO_2; 79 % N_2; (21–14)=7 % O_2 или в объемном выражении:

SO_2 = 5 x 0,14 = 0,70 м^3,

N_2 = 5 x 0,79 = 3,95 м^3,

O_2 = 5 x 0,07 = 0,35 м^3.

В весовом выражении 1 м^3 SO_2 весит: 2,85 кг; 1 м^3 N_2 — 1,257 кг; O_2 — 1,43 кг. Состав газовой смеси равен:

SO_2 = 0,70 x 2,85 = 2 кг, или 26,8 %;

N_2 = 3,95 x 1,257 = 4,96 кг, или 66,5 %;

O_2 = 0,35 x 1,43 = 0,50 кг, или 6,7 %;

Итого: 7,46 кг, или 100 %.

Для сжигания 1 кг серы при данных условиях потребуется 5 м^3 воздуха или 5,0 x 1,293 = 6,46 кг (1 м^3 воздуха при 0° и 760 мм рт. ст. весит 1,293 кг), т. е. вес полученной газовой смеси на 1 кг больше затраченного воздуха, так как к весу воздуха присоединяется 1 кг сгоревшей серы.

Объем полученного газа при сжигании 1 т серного сырья определяется по формуле

VH = (100 °Cs x 22,4 x 100) / 100 x 32 CSO_2 = 70 °Cs / CSO_2 м^3,

VH — объем газа при 0° и 760 мм рт. ст., полученный при сжигании 1 т сырья, м^3;

Cs — содержание выгорающей серы в сырье, %;

CSO_2 = содержание SO_2 в газе, объемных %.

Для определения объема газа при условиях, отличающиеся от нормальных, необходимо его объем пересчитать по формуле

Vраб = (VH x (273 — t)) / 273p м^3,

Vраб — объем газа при заданной температуре t и заданном давлении p, мм рт. ст.;

VH — объем газа при нормальных условиях (t=0° и p=760 мм рт. ст.). Количество газа, образующегося при сжигании 1 кг серы, показано в табл. 1.

Таблица 1

Объем газовой смеси, образующейся при сжигании 1 кг серы, в зависимости от концентрации SO_2 и температуры

Сжигание колчедана и состав газовой смеси

Основная реакция горения колчедана следующая

4FeS_2 + 11O_2 = Fe_2O_3 + 8SO_2 + 815 200

Кроме того, происходит ряд побочных реакций с образованием Fe_3O; и FeO.

Вычисление объема обжигового газа на 1 т колчедана производится по тем же формулам, что и при сжигании серы.

При сжигании серусодержащего сырья наряду с SO_2 образуется и SO_3. Образование SO_3 в газе ведет к потерям серы (до 3–5 %), затруднениям при получении кислоты и осложнениям в процессе варки. Образованию серного газа способствует недостаточно высокая температура обжига (700–250°), каталитическое действие некоторых металлов и избыточное количество воздуха, подаваемого в печь.

Для снижения содержания SO_3 в газах на стадий обжига серусодержащего сырья необходимо, чтобы избыток воздуха составлял 25–30 % от теоретически необходимого для горения, а температура горения 800–900°, при которой содержание SO_3 не превышает 0,4–0,6 %.

Объем воздуха, необходимый для сжигания 1 т колчедана, можно определить по формуле

где:

V — объем воздуха, м 3 (при 0° и 760 мм рт. ст.);

CSO_2 — содержание SO_2 в обжиговом газе, объемных %;

CS — содержание выгорающей серы в сырье, %.

Коэффициент избытка воздуха, т. е. отношение количества фактически затраченного воздуха к теоретически потребному, определяется по формуле

где:

n — содержание кислорода в воздухе, объемных %;

m — отношение числа молекул кислорода, вступающих в реакцию, к числу молекул образующегося SO_2 (при сжигании колчедана в среде воздуха m = 1,375);

CSO_2 — содержание SO_2 в обжиговом газе, объемных %. Для случая обжига колчедана в воздухе

Теоретически концентрация SO_2 в обжиговом газе при обжиге колчедана в воздухе (при а=1) составляет 16,2 объемных %.

Но опытным данным, наименьший коэффициент избытка воздуха при обжиге колчедана можно принять для флотационного колчедана равным 1,2, для рядового 1,4.

Очистка и охлаждение газа

Несмотря на то, что характер и количество загрязнений, а также температура печного газа зависят от вида и качества серусодержащего сырья и способа его сжигания, принципы охлаждения и очистки газа являются общими для различных условий. Основные требования к очистке газа заключаются в том, чтобы не допустить попадания в башенную кислоту примесей, вредно влияющих на качество целлюлозы. К таким примесям относятся серный ангидрид SO_3, селен, мышьяк, пыль, огарок и др.

Для обеспечения нормальных условий поглощения печной газ охлаждают до температуры 30–35°. Рассмотрим характер основных загрязнений.

SO_3 образуется уже в момент сжигания серусодержащего сырья за счет избытка кислорода воздуха. Кроме того, часть сернистого ангидрида под воздействием катализаторов — окислов железа, мышьяка и селена, которые присутствуют в газе, переходит в серный ангидрид. На образование SO_3 влияет также время воздействия критической температуры в печи и по тракту очистки и охлаждения газа (рис. 5).

При обжиге колчедана от 5 до 15 % SO_2 окисляется в серный ангидрид.

Рис. 5. Зависимость перехода SO_2 в SO_3.

1–19,5 % SO_2; 2–16,5 % SO_2; 3–14,0 % SO_3; 4–10,5 % SO_3.

При работе на кальциевом оснований SO_3 способствует образованию гипса CaSO_4 который засоряет аппараты приготовления кислоты.

Селен содержатся в печных газах в виде SeO_2.

Под действием сернистого ангидрида SeO_2 восстанавливается в металлический селен, мелкодисперсной пыли

SeO_2 + 2SO_2 = Se + 2SO_3.

Образующийся при этом серный ангидрид увеличивает потери серы. При обжиге колчедана образуется значительное количество огарковой пыли, которая выносится из печи вместе с газом (табл. 2). Пыль способствует образованию SO_3 и загрязняет кислоту.

Таблица 2

Практические данные по запыленности газов, поступающих на очистку

УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА………………ЗАПЫЛЕННОСТЬ ГАЗА, г нм^3

Механические печи (28 т/сутки)

колчедан рядовой ……………………………………… 2,95÷4,16

колчедан рядовой с добавлением 30–50 % флотохвостов ……………………………………… 4,2÷4,8

Механические печи ВХЗ с короткими газоходами и добавлением к рядовому колчедану до 50 % флотохвостов ……………………………………… 5,1÷8,5

Горизонтальные колчеданные печи

колчедан рядовой ……………………………………… 5,85

Печи для обжига колчедана во взвешенном состоянии

короткие газоходы, небольшие пыльники ……………………………………… 40÷45

длинные газоходы, большие пыльники и воздушные холодильники для газа ……………………………………… 20÷25

Печи для обжига колчедана в кипящем слое системы Гипрохим ……………………………………… 400

Очистка газа основана на физико-химических свойствах тех или иных загрязнений. Серный ангидрид хорошо растворим в воде и может быть удален путем промывки газа в различного рода аппаратах При этом для снижения потерь SO_2 применяется замкнутый цикл использования оборотной воды, повышенная температура которой (до 60°), а также образовавшаяся серная кислота снижают растворимость SO_2.

Одновременно с улавливанием SO_3 и очисткой от минеральных загрязнений в промывных аппаратах происходит охлаждение газа Очистка газа от SO_3 и селена производится в электрофильтрах (селеновых камерах).

Огарок и прочие минеральные загрязнения отделяются от газа сухим способом (механическим) и электроочисткой.

Мокрая очистка газа осуществляется в аппаратах, где происходит распыление воды в виде мельчайших брызг в среде очищаемого газа или ее распределение тонкой пленкой на поверхности какой-либо насадки, сквозь которую проходит газ.

Можно также заставить газ пробулькивать через слой жидкости. Первоначально это были аппараты типа форвашера. В последнее время широкое применение находят аппараты с перфорированными решетками (тарелками). Тарелки способствуют равномерному распределению газа и более эффективному барботированию его через жидкость.

Сухая механическая очистка печных газов происходит под действием силы тяжести или центробежной силы. Частички пыли в газовом потоке относительно свободно передвигаются под воздействием какой-либо внешней силы. Сила тяжести заставляет двигаться частички пыли вниз, переводя их из верхних слоев газа в нижние; сила инерции заставляет двигаться частички пыли в прежнем направлении при изменении направления потока газа; центробежная сила перемещает частички во вращающемся газовом потоке от оси вращения к периферии.

Во всех этих случаях частички пыли могут вырваться из потока газа и достигнуть ограничивающей поверхности — стенки или дна аппарата, прежде чем они будут унесены газом из аппарата.

Для определения скорости осаждения пылинок под действием силы тяжести справедливо следующее уравнение:

где:

d — диаметр частиц, м;

γ_1 — плотность частиц, кг/м^3;

γ_2 — плотность газа, кг/м^3;

η — вязкость газа, кг/секм3.

Так как γ_2 для сернистого газа очень мала по сравнению с γ_1 огарка, ее можно но учитывать, а расчет вести по упрощенной формуле

Скорость газа в пыльных камерах должна быть в пределах 0,2–0,8 м/сек.

Степень очистки газа сухим механическим способом не превышает 20 %, так как мелкую пыль практически уловить не удается.

Электрическая очистка печных газов от взвешенных частиц пыли и тумана SO_3 основана на использовании явления ионизации газовых молекул электрическим зарядом в электрическом поле.

Любой газ, в том числе и печной газ кислотных цехов, представляет собой скопление беспорядочно движущихся молекул, большая часть которых лишена электрического заряда. Но в газе содержится некоторое число положительно или отрицательно заряженных молекул и свободных электронов. Заряды возникают под действием ультрафиолетовых лучей, высокой температуры и т. д.

Если газ, содержащий некоторое количество носителей зарядов, поместить между электродами, соединенными с источником тока высокого напряжения, ионы и электроны начнут двигаться под действием электрического поля.

При достаточно высоком напряжении электрического поля движущийся носитель заряда приобретает столь высокую скорость, что, столкнувшись на своем пути с нейтральной молекулой газа, способен выбить из нее один или несколько электронов. Вновь образовавшиеся электроны в свою очередь приходят в движение и вызывают дальнейшую ионизацию газа (ударная ионизация) В результате число образовавшихся ионов растет и они заполняют все пространство между электродами.

Движущиеся ионы и электроны оседают на частичках пыли или тумана и сообщают им свой заряд. Заряженные, взвешенные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них, а очищенный газ направляется на дальнейшую обработку.

Оптимальная температура газа для сухой электрической очистки 450–500 °C, для мокрой 35–40 °C.

Ожидаемый эффект очистки в сухом электрофильтре может быть определен по формуле

η = I — KL,

I = L/Sωr - удельное время пребывания газа в электрофильтре (параметр, характеризующий режим работы электрофильтра), сек/м;

ωr - скорость газа в активной зоне электрофильтра (0,5 м/сек);

L = nl — суммарная активная длина полей l электрофильтра по ходу газа, м;

n — число полей;

S — Расстояние между осадительными и коронирующими электродами (для электрофильтров типа ОГ S=0,13 м);

K — коэффициент, характеризующий скорость осаждения частиц пыли в электрическом поле.

Для электрофильтров типа ОГ при работе на колчеданной пыли К=0,95.

Охлаждение печного газа до температуры 35–40° производится в две стадии. Сначала газ быстро охлаждают до температуры 450–500°, в случае работы на колчедане, и до 300 °C, в случае работы на сере, чтобы уменьшить возможность образования SO_3.

Вторая стадия — охлаждение газа с температурой 300–500° до температуры 35–40°.

Не следует охлаждать газ в первой стадии до температуры ниже 300 °C, так как в этом случае происходит конденсация серной кислоты, которая может подвергнуть разрушению оборудование.

Более интенсивно процесс охлаждения газа за счет непосредственного контакта газа с жидкостью проходит в барботажных и пенных аппаратах с перфорированной решеткой. Кроме того, охлаждение газа может происходить и через разделяющую стенку. Наиболее старым способом такого рода охлаждения являются свинцовые погружные холодильники, в которых охлаждающей средой служит вода. Для охлаждения используются и трубчатые холодильники, в которых охлаждающим элементом является атмосферный воздух.

Поглощение сернистого газа и получение сырой кислоты

До недавнего времени для варки сульфитной целлюлозы применяли кислоту только на кальциевом основании. Существовало два способа получения сырой кислоты: турменный и известково-молочный. В настоящее время все большее значение приобретают другие виды основания — магниевое, натриевое, аммониевое, которые применяются в чистом виде или в смеси с кальциевым основанием В основе приготовления сырой кислоты любого состава и с любым видом основания лежит процесс абсорбции.

Абсорбция — это процесс поглощения газа за счет проникновения его в массу жидкости, в результате чего происходит образование раствора определенного состава.

При соприкосновении газа с жидкостью часть молекул газа растворяется в ней, а затем частично выделяется обратно в газовую фазу, При этом через некоторое время количество молекул, переходящих в жидкость и возвращающихся в газовую фазу, становится одинаковым. Такое положение называется состоянием равновесия. Содержанию растворенного газа в жидкости при данной температуре соответствует определенное содержание его в газовой фазе, которое называется парциальным давлением.

Парциальное давление газа над жидкостью выражается обычно в мм рт. ст. или в ата и составляет часть общего давления над данным раствором. Следовательно, на процесс абсорбции газа жидкостью влияют два основных фактора — парциальное давление и температура, меняя которые можно регулировать состав раствора.

Таким образом, если печной газ с определенным содержанием сернистого ангидрида в нем С% и под некоторым давлением p мм рт. ст. вступает в соприкосновение с водой, имеющей температуру t°С, растворимость газа в воде X определяется по формуле Гумма, как

X = 0.03Cp / (100x1.0363t) %.

Из приведенной формулы исходят следующие основные выводы:

1. С повышением давления растворимость SO_2 в воде повышается. Это объясняется тем, что с повышением общего давления растет и парциальное давление, составляющее часть общего, а с повышением парциального давления газа над его раствором состояние равновесия смещается в сторону увеличения количества поглощенного газа.

2. Чем выше концентрация SO_2 в поступающем газе (т. е. выше парциальное давление), тем большее его количество может перейти в раствор.

3. С повышением температуры раствора количество SO_2, способного раствориться, понижается.

Процесс поглощения сернистого газа водой сопровождается химической реакцией образования сернистой кислоты

SO_2 + H_2O ↔ H_2SO_3.

Количество сернистой кислоты при 10° составляет 80 % от всего растворенного SO_2. С повышением температуры равновесие реакции смещается влево и при 90° сернистой кислоты содержится всего 10 %.

Максимальная концентрация SO_2 в воде при атмосферном давлении 22,8 %. Повышая давление, можно довести концентрацию до 24–25 % SO_2. При дальнейшем повышении содержания SO_2 раствор распределяется на два слоя: нижний — жидкий 98,6 % SO; и верхний раствор, содержащий 24–25 % SO_2. Повысить содержание SO_2 до 29,2 % можно охлаждением раствора до -3°. При температуре -3,5° раствор замерзает. Однако растворы указанных выше концентраций практического применения не имеют. Обычно концентрация водного раствора SO_2, используемого, например, на второй ступени варки ацетатной целлюлозы, не превышает 7–10 %.

Варочная кислота для кислой сульфитной варки состоит из бисульфитного раствора и свободного SO_2, а для бисульфитной арки — без свободного SO_2, поэтому в производственных условиях приходится иметь дело с абсорбцией SO_2 растворами бисульфита.

Естественно, что в данном случае на насыщение растворов оказывает влияние, кроме температуры, давления и концентрации SO_2, концентрация самого бисульфита. На рис. 6 приведена номограмма для определения теоретического содержания всего SO_2 в кислоте (т. е. того количества SO_2, которое может быть поглощено при заданной температуре кислоты), содержание CaO в ней и концентрации SO_2 в газе (парциальном давлении). По номограмме находим (пунктирная линия), что при температуре 25° и парциальном давлении 0,1 ата (концентрация печного газа 10 %) в растворе, содержащем 1,2 % CaO, может раствориться 3,44 % SO_2. Подобным образом по номограмме может быть определен состав сырой кислоты при разных условиях.

Из номограммы видно, что с повышением количества основания в кислоте растворимость SO_2 в растворе бисульфита возрастает. Однако одновременно с этим содержание свободного SO_2 уменьшается. Так, в приведенном выше случае при содержании в растворе 1,37 % связанного SO_2 (1,2 % CaO) в виде бисульфита Ca(HSO_3)2 будет находиться 2,74 % SO_2, а свободного SO_2 1,7 %. При тех же условиях, но при содержании связанного SO_2 1,6 % (1,4 % CaO) или 3,2 % в виде бисульфита, общее SO_2 будет составлять 3,92 %, т. е. растворенного SO_2 из них всего 0,72 %.

Рис 6. Номограмма для определения содержания SO_2 в башенной кислоте.

Дальнейшее увеличение содержания основания в кислоте при данном парциальном давлении возможно только до некоторого предела, называемого равновесным состоянием. Переход через его границы вызовет выпадение из раствора моносульфита CaSO_3. Для устойчивости бисульфита кальция в растворе обязательным является наличие некоторого избытка свободного SO_2, соотношение между общим и связанным SO_2 всегда должно быть больше 2.

Растворы бисульфита магния устойчивы и без избыточного SO_2; наряду с бисульфитом Mg(HSO_3)2 может содержаться и некоторое количество моносульфита MgSO_3, а отношение общего SO_2 к связанному в равновесном растворе будет всегда около 1,95. Такое положение определяется большей растворимостью бисульфита магния. Растворимым является и моносульфит, причем его растворимость растет с повышением температуры и зависит от концентрации общего SO_2 в кислоте. При температуре ниже 43° растворимость MgSO_3 понижается с увеличением концентрации общего SO_2 до определенного предела, а за тем начинает расти. При температуре выше 43° растворимость растет с повышением содержания общего SO_2. Такое явление объясняют тем, что в первом случае определяющей является растворимость SO_2 в воде, во втором в Mg(HSO_3)2.

Моносульфиты натрия и аммония хорошо растворимы вводе, и так как в растворах, применяемых в производстве, содержание основания ограничено — получение в этом случае растворов, насыщенных по сульфиту, исключено.

Свойства насыщенных по сульфиту растворов определяются видом основания, т. е. парциальное давление SO_2 над такими растворами различно при одном и том же содержании связанного и общего SO_2. При наличии избыточного SO_2 в растворе эти индивидуальные свойства бисульфитов исчезают и парциальное давление при данной температуре и содержании связанного SO_2 определяется только содержанием свободного SO_2 в растворе.

Таким образом, приготовление кислоты можно представить в виде следующих последовательно протекающих процессов.

1. На кальциевом основании. Турменный способ основан на поглощении сернистого газа в башнях (турмах), заполненных известковым камнем (СаСОз). Вода, подаваемая в турму, поглощает SO_2 с образованием сернистой кислоты по реакции

SO_2 + Н_2O → H_2SO_3.

Сернистая кислота, стекая по насадке из известкового камня, вступает с ним в реакцию

H_2SO_3 + СаСО_3 → CaSO_3 + Н_2О + СО_2

CaSO_3 + H_2SО_3 → Са (HSО_3)2.

Образовавшийся бисульфит абсорбирует дополнительное количество SO_2 в соответствии с температурой орошающей жидкости, концентрацией печного газа и его давлением, в результате чего получается сырая кислота.

Известково-молочный способ заключается в поглощении сернистого газа известковым молоком в специальных абсорберах по реакциям:

SO_2 + Н_2О → H_2SО_3

H_2SО_3 + Са(ОН)2 → CaSO_3 + 2H_2O

CaSО_2 + H_2SO_3 → Ca(HSO_3)2.

Для поддержания нужного соотношения между свободным и связанным SO_2 его вводят в таком количестве, чтобы некоторая часть SO_2 не соединялась с известью.

2. На магниевом основании. Для получения кислоты, содержащей бисульфит магния, применяются барботжные колонны, насадочные абсорберы или скрубберы Вентури, на орошение которых подается магнезиальное молочко. При этом происходят реакции, аналогичные предыдущим. Если готовится кислота для бисульфитной варки, где не требуется свободного SO_2, процесс на этом заканчивается. Следовательно, можно приготовить кислоту, содержащую некоторое количество моносульфита и применяющуюся для специальной варки, — нейтральный магнефит

2Mg(HSO_3)2 + Mg(ОН)2 → Mg(HSO_3)2 + 2MgSO_3 + H_2O.

Приготовление кислоты для обычной кислой сульфитной варки заканчивается дальнейшим насыщением раствора сернистым газом до получения заданного количества свободного SO_2.

3. На натриевом основании. Для приготовления кислоты с натриевым основанием используется кальцинированная сода (Nа_2СO_3), и процесс протекает следующим образом

SO_2 + H_2O → H_2SO_3

2Nа_2СO_3 + H_2SO_3 → 2NaHСO_3 + Nа_2SO_3,

2NaHCO_3 + H_2SO_3 → Nа_2SO_3 + 2H_2O + СO_2,

Nа_2SO_3 + H_2SO_3 → 2NaHSO_3.

Так же, как в случае магниевого основания, дальнейшее продолжение процесса или прекращение его на этой стадии зависит от способа варки, для которого готовится кислота. В отличие от магниевого основания на натриевом можно приготовить растворы, содержащие только моносульфит (Nа_2SO_3), которые применяются для варки полуцеллюлозы по нейтрально-сульфитному способу.

4. На аммониевом основании. Кислоту с аммониевым основанием готовят поглощением сернистого ангидрида аммиачной водой (NH_4OH)

SO_2 + H_2O → H_2SO_3

2NH_4OH + SO_2 → (NH_4)2SO_3 + H_2O,

(NH_4)2SO_3 + H_2SO_3 → 2NH_4HSO_3.

Возможности аммониевого основания с точки зрения состава кислоты подобны натриевому. Однако в практике применение нашли только растворы для кислой и нейтрально-сульфитной варок.

ОБОРУДОВАНИЕ КИСЛОТНОГО ЦЕХА

Оборудование для сжигания серусодержащего сырья

Серные печи

Вращающиеся серные печи. Вращающаяся серная печь (рис. 7) Представляет собой склепанный или сваренный из стальных листов цилиндр с конусами на обоих концах. Корпус печи с помощью роликов, на которые он опирается бандажами, вращается от электродвигателя через трансмиссию и червячную передачу. Печь делает 1–1,5 оборота в минуту.

Рис. 7. Установка вращающейся серной печи:

1 — транспортер для серы; 2 — бункер; 3 — питатель; 4 — серная печь; 5 — камера дополнительного сгорания.

Сера подается в печь в твердом виде с помощью шнека или в расплавленном виде. Воздух поступает в печь с переднего торца через регулируемые прорези. Расплавленная сера прилипает к стенкам вращающейся печи тонким слоем и сгорает, образуя газ SO_2.

Для уменьшения потерь тепла за счет лучеиспускания печь иногда внутри футеруют огнеупорным кирпичом.

Производительность вращающихся серных печей может быть увеличена за счет подачи подогретого воздуха и установки камеры дополнительного сгорания. Пропуская воздух перед подачей в печь между корпусом печи и специальным металлическим кожухом, можно подогреть его до температуры 200°, что приведет к увеличению производительности печи и пониженному содержанию SO_3 в газовой смеси.

Камера дополнительного сгорания может быть или металлической с внутренней футеровкой огнеупорным кирпичом, или кирпичной. Для лучшего смешивания с несгоревшими частицами серы воздуха, подаваемого в камеру дополнительного сгорания через регулируемые заслонкой отверстия, в камере делают перегородки. Камеру дополнительного сгорания рекомендуется делать в 3–5 раз больше объема печи.

Основное внимание при работе печи должно быть обращено на правильное соотношение количества серы и воздуха для горения. Нарушение этого соотношения почти всегда приводит к сублимации (возгонке) серы, при которой в газе наблюдается присутствие паров нес горе вшей серы. Сублимация серы может привести к частичному забиванию газоходов и увеличению сопротивления тракта очистки и охлаждения газа.

Температура газов ил выходе из печи без обмуровки 700–800°, а из печи с обмуровкой 900–1000°.

Производительность вращающейся серной печи может быть рассчитана по формуле

Q = kF кг/сутки,

где:

k — съем сгорающей серы с 1 м^2 поверхности печи, кг/сутки;

F — поверхность горения, м^2.

k = 200(1 + b),

где Ь — отношение объема камеры дополнительного сгорания к объему печи.

F = DL + ηDL / 2 = 2,5DL м^2,

где:

D — диаметр печи, м;

L — длина печи, м.

Здесь в поверхность горения включается не только зеркало расплавленной серы, но и верхняя полуповерхность цилиндра.

Подставляя полученные значения в первую формулу, находим, что

Q = 200 (1 + b) x 2,5 DL = 500 DL (1 + b)

при b = 2,5 Q = 1750 DL (k = 700 кг/сутки);

при b = 3 Q = 2000 DL (k = 800 кг/сутки);

при b = 5 Q = 3000 DL (k = 1200 кг/сутки);

Характеристика существующих вращающихся серных печей при установке камеры дополнительного сгорания с b = 2,5 в зависимости от тяги приведена в табл. 3.

Характеристики вращающихся серных печей

Таблица 3.

Стационарные серные печи. Стационарная серная печь представляет стальной сварной цилиндр, футерованный внутри огнеупорным кирпичом и имеющий несколько перегородок для лучшего смешения серы с воздухом (рис. 8). Сера подается в печь в расплавленном виде с температурой 120–125° по трубопроводу, снабженному паровой рубашкой. Распыление серы производится через форсунки с помощью сжатого воздуха, пара или насосом для расплавленной серы. Вводимая в печь сера распыляется на мельчайшие капельки и хорошо перемешивается с воздухом.

Печной газ на выхода из стационарных серных печей имеет концентрацию SO_2 18–19 % и температуру 1300–1500°. Высокая температура внутри печи и незначительный избыток воздуха, подаваемого в печь вентилятором через регулируемые прорези около форсунок, почти полностью исключают образование SO_2.

Рис. 8. Стационарная серная печь:

1 — корпус; 2- футеровка; 3 — перегородки; 4 — подача воздуха; 5 — подача расплавленной серы; 6 — подача мазута; 7 — выход газа; 8 — опоры.

Тепло печных газов может быть использовано для получения пара при установке после печи котла-утилизатора. Количество получаемого пара составляет 3–3,5 кг на 1 кг сжигаемой серы.

Часовая производительность стационарных серных печей составляет 40–50 кг серы на 1 м^3 объема печи.

Производительность печи определяется по формуле

где:

К — напряжение печи, равное 80 000–100 000 ккал/м^3ч;

V — объем печи, м^3;

q — тепловой эффект при сгорании 1 кг серы (для чистой серы равен 2211 ккал/кг).

Характеристика стационарных серных печей приведена в табл. 4.

Характеристика стационарных серных печей

Таблица 4.

Печь для сжигания серы в жидком кипящем слое. В последнее время на Константиновском химическом заводе разработана новая конструкция печи для сжигания серы в жидком кипящем слое, в котором материалом слоя служит сама расплавленная сера. Производительность сконструированной опытно-промышленной печи составляет 20–25 т/сутки по сжигаемой сере. Концентрация SO_2 17,5–18,6 %. температура на выходе из печи 940°.

Печь состоит из стального вертикального цилиндра, в нижней части переходящего в конус. Внутренняя поверхность печи футерована двумя слоями огнеупорного кирпича. В нижней части печи установлена решетка, состоящая из керамических плиток с мелкими отверстиями, и съемная камера для воздуха.

Подача серы осуществляется шнеком, расположенным выше верхнего уровня кипящего слоя. Печь имеет специальные приспособления для спуска жидкой массы из нижней части кипящего слоя и воздушной камеры. Воздух, необходимый для горения серы, подается тангенциально расположенными соплами.

Для создания кипящего слоя под слой серы через съемную камеру подается небольшое количество воздуха (50–100 м^3/т серы давлением 0,2–0,3 атм). Образующийся в результате сгорания сернистый газ отводится через штуцер в крышке либо сбоку печи.

Пуск печи в работу производится после ее разогрева и накаливания жидкого слоя серы. Путем подачи под слой постоянного количества воздуха температура жидкой массы повышается до 300–380°, при этом верхние слои закипают и происходит интенсивное испарение серы. Регулирование количества испаряемой серы производится изменением количества воздуха, подаваемого в низ печи. Тангенциальная подача воздуха для горения серы создает турбулентное движение паров серы и способствует полному сгоранию без образования сублимированной серы. Для создания завихренного потока по всей высоте печи отношение ее высоты к диаметру должно быть не менее 5:1.

Для поддержания постоянного состава жидкой массы часть ее периодически или непрерывно выводится из слоя и гасится струей воды в желобе.

Циклонные печи для сжигания серы. Другим видом современного оборудования для сжигания серы является изобретенная на Невском химическом заводе циклоннаяпечь, которая компактна и высокопроизводительна. В печи с метром 1 м и длиной 1,5 м можно сжечь до 60 т/сутки серы, а в печи диаметром 1,4 л и длиной 2.5 м — до 150 т/сутки.

Печь (рис. 9) представляет собой стальной сварной цилиндр, футерованный жаростойким кирпичом. Внутри печь сужается и образует так называемый пережим, за которым создается камера дополнительного сгорания серы и гашения турбулентного потока, образуемого в первом отсеке за счет тангенциальной подачи воздуха. Пережим располагают на расстоянии равном 3–4 диаметра его отверстий от заднего торца печи. Снаружи печь защищена металлическим кожухом, создающим кольцевой зазор между ним, и наружной поверхностью корпуса печи по всей ее длине.

Рис. 9. Эскиз печи циклонного типа для сжигания серы:

1- кожух; 2 — корпус; 3 — футеровка; 4 — выход газа; 5 — подача первичного воздуха в печь; 6 — пережим; 7 — подача вторичного воздуха; 8 — штуцер подачи воздуха; 9 — подача расплавленной серы.

Воздух подается под кожух печи, откуда подогреваясь за счет тепла, выделяемого корпусом печи поступает внутрь печи через тангенциально расположенные щели у переднего горца боковой поверхности печи. Часть воздуха подается в пережим через отверстия в корпусе и футеровке.

Расплавленная сера с помощью насоса вбрызгивается через форсунку в печь. Давление серы перед форсункой 3–4 атм. Форсунки располагаются под углом 15° по отношению оси отверстия подачи воздуха. Тангенциальная подача воздуха, кроме создания благоприятных условий для сжигания серы за счет хорошего контакта серы с воздухом, создает на внутренней поверхности печи воздушную подушку, которая способствует снижению температуры обмуровки на 250–350° по сравнению с температурой в ядре газового потока. Снижение температуры обмуровки удлиняет срок ее службы.

Расход воздуха, подаваемого на горение, составляет 4000–5000 нм^3/т серы, из них около 10 % подается в пережим. Давление воздуха перед печью при установке для охлаждения газа котла-утилизатора 350 мм. Коэффициент избытка воздуха составляет 1,15. Концентрация получаемого газа до 18 % SO_2. Теплонапряжение 3–4 Мкал/м^3ч. Температуре газа на выходе из печи 1200–1250°; в пережиме 1350–1400°. Окружная скорость газа 27–30 м/сек.

Колчеданные печи

Для обжига колчедана применяются полочные механические печи, горизонтальные вращающиеся печи, камерные печи пылевидного обжига, печи для обжига в кипящем слое.

Существуют и другие типы печей, например: циклонные, пылевидного обжига со спекающимся огарком, с двойным кипящим слоем и другие. Однако они мало применяются в промышленности и поэтому здесь не рассматриваются.

Полочные механические печи. Полочные механические печи являются самыми распространенными на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. Они бывают разных систем: Ведже, Лурги, Гересгофа, Гумбольдта, ВХЗ, типа Г и некоторые другие.

Все эти печи отличаются только количеством сводов, способом охлаждения перемещающих устройств и некоторым конструктивным оформлением отдельных узлов.

Полочные печи (рис. 10) состоят из металлического сварного или клепаного кожуха, футерованного огнеупорным кирпичом или жаростойким бетоном. По высоте печь разделена кольцевыми сводами из огнеупорного (шамотного) кирпича на несколько этажей. Первый свод (верхний) называется сушильным, остальные — рабочими. Счет рабочих сводов ведется сверху. В центре печи установлен полый чугунный вал, опирающийся нижним концом на подпятник. На уровне каждого этажа на валу имеются два диаметрально расположенных гнезда, в которые вставляются ручки с водяным или воздушным охлаждением, на ручки надевают съемные гребки, предназначенные для перемешивания колчедана по сводам.

Рис. 10. Установка полочной колчеданной печи:

1 — бункер; 2 — вал; 3 — отверстие в сводах печи; 4 — корпус; 5 — ручка; 6 — гребки; 7 — опора; 8 — выход газа.

Вращение вала осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу, редуктор и пару конических шестерен. Для равномерного питания печи колчеданом над верхним сушильным слоем установлен металлический бункер.

В стенке бункера, обращенной к печи, имеется щель, ширина которой регулируется заслонкой. Колчедан из бункера захватывается (срезается) ножом, укрепленным на конце ручки. Выдвигая нож на меньшую или большую длину, можно регулировать количество колчедана, выгребаемого из бункера да один оборот вала. Иногда ниже ножа к ручке прикрепляется тарелка. Тогда часть колчедана, выгребаемого из бункера, попадает на под печи, а часть на тарелку, откуда снимается неподвижным ножом, закрепленным на кожухе печи в противоположной стороне от бункера. Это способствует более равномерному распределению колчедана на сушильном своде. Колчедан с свода с помощью гребков постепенно продвигается от периферии к центру и через зазор между валом и сводом (специальный питатель, препятствующий проникновению воздуха на рабочий свод) проваливается на первый рабочий свод. Попадая на первый рабочий свод, колчедан с помощью гребков перемещается к периферии и проваливается через восемь отверстий, расположенных по окружности у корпуса печи, на второй свод и т. д. Отверстия для ссыпа огарка у всех нечетных этажей расположены на периферии, у четных — в центре у пала. С последнего этажа обожженный колчедан в виде огарка высыпается у периферии через снабженное заслонкой отверстие в приемное устройство тракта удаления огарка.

Подача воздуха в печь для горения производится через шесть отверстий (регистров), расположенных на уровне нижнего этажа. Регистры снабжены заслонками, которые регулируют количество поступающего воздуха.

У печи ВХЗ (Воскресенского химического завода) для подачи воздуха предусмотрены четыре дополнительных отверстия против четвертого этажа. Ими пользуются при форсировании производительности печи или при сжигании углистого и флотационного колчедана. Газовую смесь из печи выводят через газовое окно четырехугольного сечения, расположенное на высоте первого этажа. Скорость газа на выходе во избежание уноса пыли должна быть не более 2–3 м/сек.

Эксплуатация механических колчеданных печей. Для получения газа с наиболее высокой концентрацией SO_2 и более полного выгорания серы из колчедана необходимо:

поддерживать достаточную тягу в печах, которая обеспечивает подачу необходимого количества воздуха для горения;

подавать колчедан в печь ровными порциями;

охлаждать арматуру печи;

своевременно очищать отверстие для выхода огарка на последнем этаже печи и отверстия для перехода колчедана с этажа этаж;

систематически контролировать состояние вала, ручек и гребков, обеспечивать полное перемешивание колчедана.

Кроме того, необходимо помнить, что излишнее количество воздуха приводит к снижению концентрации SO_2 в газе. При недостаточном количестве воздуха, подаваемого в печь, происходит снижение накала колчедана и возможно выпадение сублимированной серы. Наиболее крепкий газ получается, если разрежение в газоходе на выходе из печи поддерживается в пределах 1–2 мм вод. ст. и в нижнем этаже 3–5 мм вод. ст.

Распределение температур но сводам для семиэтажной 12-тонной печи при нормальном режиме обжига колчедана приведено в табл. 5.

Таблица 5.

Некоторые параметры механических печей

Концентрация SO_2 в газе, % …………………… 7–10

Содержание серы в огарке, % …………………… 1–3

Температура печного газа на выходе из печи, С ……………………500–700

Концентрация SO_3 в газе, % …………………… 0,5

Температура охлаждающего воздуха (при воздушном охлаждении) не более, С …………………… 250

Давление воздуха, мм вод. ст. …………………… 200–300

Температура охлаждающей воды на выходе (при водяном охлаждении), С …………………… 40

Производительность печи характеризуется количеством колчедана (кг), пересчитанного на абсолютно сухой колчедан с содержанием серы 45 % (сжигаемого в печи за.24 я на 1 м^2 рабочей площади печи).

Суточную производительность печи можно определить по формуле

Q = K (n(D^2 — d^2) / 4) n,

где:

Q — количество колчедана, обжигаемого в сутки, кг;

К — удельная производительность, кг/м^2 сутки;

D — внутренний диаметр печи, м;

d — наружный диаметр вала, м;

n — число этажей печи.

Удельная производительность работающих печей на целлюлозных заводах составляет 100–110 кг/м^2 сутки; на сернокислотных заводах она достигает 250–300 кг/м^2 сутки.

Основные данные печен распространенных типов приведены в табл. 6.

Основные данные печей распространенных типов

Таблица 6.

Порядок пуска печи в работу. Перед загрузкой печи огаркамн все этажи посыпают тонким слоем (1–2 см) нагретого мелкого песка Во избежание образования корок от пригоревших огарков. После заполнения всех этажей печи огарками в нижнем этаже разводят огонь и прогревают печь около двух суток. Дверки на этажах должны быть открыты для удаления влаги. Через двое суток разводят огонь в первом этаже, через трое суток в пятом, а через четверо суток — в четвертом этаже. Если печь 9-этажная, то на шестой день разводят огонь в третьем этаже и интенсивно топят в четвертом и третьем этажах до получения красного каления.

После того как обмуровка сводов и а третьем и втором этажах нагревается до красного каления, из печи удаляют недогоревшие поленья и золу.

Сначала печь пускают в работу на холостом ходу для удаления остатков угля, песка, золы и огарка, а затем начинают вводить колчедан. Воздух для горения подводится в печь через отверстия на нижнем этаже.

Горизонтальные вращающиеся печи для обжига колчедана. Горизонтальные вращающиеся печи в СССР применяются сравнительно редко.

Вращающаяся колчеданная печь представляет собой длинную футерованную огнеупорным кирпичом металлическую трубу вращающуюся на роликах от трансмиссии через систему передач. Внутри печь имеет несколько продольных полочек, выполненных с помощью кирпичей, выступающих над поверхностью кладки на 100–130 мм. Иногда в задней половине печей такие полочки заменяют вставленными лопастями из гуронита (чугун с 12 %-ным содержанием марганца). При вращении печи колчедан захватывается полочками и ссыпается вниз, в результате чего он хорошо перемешивается с воздухом и сгорает.

По длине печь кольцевыми рядами выступающих кирпичей разделена на несколько равных отсеков, которые задерживают продвижение колчедана, увеличивая тем самым время пребывания его в печи для снижения содержания серы в огарке. На торцах печи имеются неподвижные головки. Через головку у переднего конца печи загружают колчедан и отводят газовую смесь; через головку у заднего конца печи отводят огарок. Воздух для горения подают через специальные сопла, расположенные по длине печи.

Содержание SO_2 в газах из вращающихся печей выше, чем в полочных печах, и составляет 10–11 %. Количество серы в огарке 1–2,5 %, вынос пыли из печи составляет примерно 5–10 % от загружаемого колчедана, количество SO_2 в газе порядка 0,5 %. Наибольшая температура в печи 1050°, температура газа на на выходе около 520°, температура огарка 600°. Разрежение в передней головке 18–20 мм вод. ст. Число оборотов печи в минуту 0,20–0,33. Производительность вращающихся печей, отнесенная к единице их внутренней поверхности, составляет около 130 кг/м^2 сутки, а отнесенная к единице полного объема печи — до 250 кг/м^3 сутки.

Характеристика горизонтальных вращающихся печей в зависимости от их размеров приведена в табл. 7.

Характеристика горизонтальных вращающихся печей

Таблица 7.

Производительность печи определяется по формуле

q — интенсивность печи, кг/м^3 сутки;

V — объем печи, м^3.

К преимуществам вращающихся колчеданных печей следует отнести простоту их конструкции, надежность в работе, пригодность для сжигания рядового и флотационного колчедана без предварительной его подсушки. Кроме того, они обладают вполне удовлетворительными технологическими показателями и легко поддаются регулированию.

К недостаткам печи следует отнести их малую производительность, большую по сравнению с полочными печами занимаемую площадь, высокую стоимость печен из-за большого расхода металла и футеровочных материалов.

Камерные печи пылевидного обжига. Эти печи применимы только для флотационного колчедана. Специальный размол кускового колчедана для обжига во взвешенном состоянии невыгоден, так как слишком дорог.

Печи пылевидного обжига (печи Никольс-Фримена) получили широкое распространение и Америке и в Европе. Смесь флотационного колчедана с воздухом подается в печь сверху через центр свода.

В Советском Союзе получили распространение печи с нижней подачей колчедана в печь.

Печь представляет собой железный цилиндрический резервуар с нижним коническим основанием, футерованный внутри огнеупорным кирпичом или жаропрочным бетоном.

Флотационный колчедан в смеси с воздухом вдувается в печь с помощью форсунки, установленной в печах с верхней подачей в крышке, а в печах с нижней подачей — в нижнем конусе.

Для защиты верхнего свода от действия высокой температуры и снижения температуры газов у печей с нижней подачей колчедана верхнюю крышку изнутри экранируют стальными трубками, в которых циркулирует вода (5 м^3 на 1 т колчедана). Выход газов из печи производится через боковой штуцер, расположенный внизу под углом к вертикальной оси печи. Газ из печи поступает в пыльник для очистки его от крупной пыли.

Запыленность газа на выходе из пыльника составляет 100 г/нм^3.Требуемое давление воздуха при нижней подаче не ниже 600 мм вод. ст., при верхней подаче 100–150 мм вод. ст. Скорость в пневмолинии не менее 20 м/сек, при выходе из форсунки 27–35 м/сек.

Частицы колчедана, вдуваемые в печь снизу, под действием сильной струи воздуха поднимаются вверх, а затем медленно падают вниз. Двойной путь движения колчедана способствует более полному выгоранию серы. В связи с высокой температурой огарков их необходимо охлаждать. Охлаждение осуществляется в футерованном барабане, орошаемом водой.

Ввод вторичного воздуха у печей с нижней подачей колчедана производится в верхнюю часть печи, при верхней подаче — в нижнюю часть. Отношение объема первичного воздуха подаваемого в форсунку, к вторичному 1:0,4.

Влажность колчедана, сжигаемого в таких печах, должна быть не более 4 %. В случае повышенной влажности его необходимо подсушивать в специальной сушильной установке.

Интенсивность печей для обжига флотационного колчедана во взвешенном состоянии составляет 600–100 кг колчедана на 1 м^3 объема печи в сутки. Для увеличения производительности печь может быть снабжена боковыми экранами.

Нормальный режим работы печи определяют следующие параметры:

Влажность колчедана, % ……………… 1,5–3

Интенсивность печи, кг/м^3 сутки ……………… 500

Концентрация SO_2 в газе, % ……………… 11–11,5

Температура газа на выходе из печи, °С ……………… 850

Разрежение в печи, мм рт. ст. ……………… 0–4

Содержание серы в огарке, % ……………… 0,9–1,9

Преимущества данных печей по сравнению с ранее рассмотренными следующие:

1. Более высокая производительность на единицу объема (превышает по производительности полочную в 2.5–3 раза).

2. Тепло газов может быть использовано в котлах-утилизаторах для получения пара (съем пара 0,5 кг на 1 кг колчедана).

3. Просты по конструкции, компактны, не содержат вращающихся частей.

4. Легко поддаются регулировке; контроль и управление режимом могут быть автоматизированы.

5. Незначительное содержание в газе SO_2.

К недостаткам печей пылевидного обжига колчедана можно отнести следующие:

1. На качество работы этих печей сильно влияет степень распыления колчедана по всему сечению печи. Для равномерного распыления необходимы сушка и отсев колчедана перед подачей его в печь, что усложняет и удорожает систему получения SO_2 (приводит к потерям колчедана до 4 % от общего его расхода и вызывает дополнительные расходы на оборудование, топливо и рабочую силу).

2. Печи пылевидного обжига очень чувствительны к изменениям загрузки и тяги, что вызывает колебания концентрации SO_2 в отходящих газах.

3. Пылеунос этих печей велик и при интенсивности обжига 800–1000 кг/м^3 сутки составляет 60–70 %, что очень усложняет очистку газа от пыли.

4. Недожог серы в огарке достигает 2,5 %.

Печи для обжига колчедана в кипящем слое. В печах для обжига в кипящем слое горение колчедана происходят при продувании через него воздуха, который обволакивает отдельные частицы материала и приводит их в движение, создавая тем самым по внешнему виду процесс, напоминающий кипение. Этот способ обжига колчедана наиболее прогрессивен. В результате хорошего контакта частичек колчедана высокая концентрация SO_2 в газе (до 15 %) и происходит более полное выгорание серы из колчедана. Содержание серы в огарке составляет 0,5–1,5 %. В печах кипящего слоя, в отличие от печей пылевидного обжига, может обжигаться как флотационный, так и дробленый колчедан. Высокая интенсивность обжига в печах кипящего слоя дает возможность получить достаточно крепкий газ из малосернистых видов колчедана.

В зарубежной практике печи для сжигания колчедана в кипящем слое используются довольно широко. Корпус печей изготовляется круглым (печи Лурги) или прямоугольным, скомпонованным с котлом-утилизатором (печи фирмы Альстрем). Печи, выпускаемые компанией Дорр, применяются для флотационного колчедана, который подается в печь в виде пульпы с содержанием воды 20–25 %.

В Советском Союзе печи для сжигания колчедана в кипящем слое находят широкое применение в химической промышленности (сернокислотные заводы), а также на цинковых и медеплавильных заводах. В целлюлозно-бумажной промышленности печь для обжига колчедана в кипящем слое работает на Калининградском ЦБК № 1, проектируется установка печи конструкции Гипрохим на Камском ЦБК и печи конструкции НИИХИММаш — на Балахнинском ЦБК.

В химической промышленности существуют два типа печей печь для сжигания колчедана с постоянным сечением кипящего слоя (печи конструкции Гипрохим типа КС) и печь для сжигания колчедана в расширяющемся кипящем слое (печи конструкции ЛенНИИХИММаш типа УРКС). Основное их отличие в форме образующегося кипящего слоя: в печах типа КС сечение кипящего слоя постоянно, в печах типа УРКС форма кипящего слоя конусообразно-кольцевая, расширяющаяся кверху. Площадь воздухораспределительного пода в печах УРКС в 6–7 раз меньше площади верхнего основания. Такое соотношение площадей дает возможность создавать большие скорости воздуха в нижней части кипящего слоя.

Большая скорость воздуха на поде вызывает энергично кипение, предупреждающее скопление на нем крупных частиц, а небольшая скорость газов на выходе из кипящего слоя способствует малому пылеуносу. Если в печах типа КС при обжиге флотационного колчедана пылеунос может доходить до 100 %, в печах типа УРКС пылеунос составляет 26–30 %. Скорость газов на выходе из кипящего слоя в печи с постоянным сечением примерно в 8 раз больше, чем в печи УРКС.

Второй отличительной чертой печи УРКС по сравнению с печью типа КС и другими конструкциями печей кипящего слоя является тангенциальная подача вторичного воздуха из сопла с большой выходной скоростью (50–60 м/сек). Благодаря этому в шахте печи образуется турбулентный вращающийся поток, который обеспечивает хорошее перемешивание продуктов горения кипящего слоя с воздухом и полное выгорание серы.

Благодаря большой скорости воздуха под кипящим слоем и малой скорости на выходе из кипящего слоя печь типа УРКС применима как для обжига дробленого, так и флотационного колчедана. Печь работает устойчиво при колебаниях нагрузки в пределах 25 % от расчетной производительности в ту или иную сторону.

НИИХИММаш разработал четыре типоразмера печей типа УРКС с производительностью 60, 100, 140, и 200 т/сутки.

Колчеданные печи типа типа УРКС (рис. 11) имеют цилиндрическую форму. Стенки печей выложены из шамотного кирпича с тепловой изоляцией из легковеса и диатомитовой засыпки между кладкой и кожухом. Свод печи может быть выполнен в двух вариантах: плоский из жароупорного бетона со стальным каркасом или сферический из шамотного кирпича.

Нижняя часть печей высотой около 1000 мм (высота кипящего слоя) выполнена в виде усеченного конуса. Нижнее основание конуса представляет собой под, выполненный в виде плиты из жароупорного бетона толщиной 200 мм, с гнездами для установки сопел подачи первичного воздуха. На поду установлены концентрические кольцевые насадки с треугольным сечением, изготовленные из жароупорного чугуна или бетона. В центре пола печи установлен сварной конус диаметром 1860 мм и высотой 1452 мм, с водяной рубашкой.

Кольцевые насадки вместе с центральным конусом и стенками печи образуют расширяющиеся кверху концентрические каналы.

Литые чугунные сопла с внутренним диаметром 35 мм и толщиной стенки 8,5 мм вставляются снизу в предназначенные для них гнезда и закрепляются клиньями. В боковых стенках сопла имеется семь отверстий диаметром 5 мм для выхода воздуха.

Под подом печи расположена кольцевая воздушная камера высотой около 1800 мм. Воздух подается в камеру тангенциально, по двум трубам, направленным под углом 30° к радиусу камеры.

В шахте печи на высоте 1,5 м над уровнем кипящего слоя под утлом 10° к радиусу установлены четыре сопла для подачи вторичного воздуха. Воздух поступает в сопла из кольцевого коллектора.

Для отвода от кипящего слоя избыточного тепла применяются охлаждающие элементы (змеевики из труб). В охлаждающие элементы подается свежая умягченная вода. Тепло, отбираемое от кипящего слоя, может быть использовано на получение пара высокого или низкого давления или на нагревание воды до 60 °C.

В шахте печи над кипящим слоем установлены два сопла для подачи воды на случай внезапного подъема температуры в кипящем слое (при выходе из строя охлаждающих элементов).

Рис 11. Колчеданная печь тип УРКС:

1 — вариант с плоским сводом из жароупорного бетона; 2 — вариант со сферическим свода из шамота.

Подача в печь колчедана осуществляется электровибрационным питателем, установленным на высоте 260 мм над уровнем кипящего слоя под углом 4° к горизонту. Часть питателя, находящегося внутри печи, защищена водяной рубашкой. Питатель обеспечивает равномерную подачу колчедана и исключает необходимость применения течки и форкамеры, что имеет место у печи конструкции Гипрохим. Над питателем устанавливается бункер объемом 1,5 м^3 с электровибрационным встряхивателем по избежание зависания материала.

Выгрузка огарка из печи производится по течке сечением 200 x 200 мм, расположенной диаметрально противоположно загрузке колчедана. Низ течки выполнен на одном уровне с подом печи, что предупреждает накапливание на поде крупных кусков. Количество огарка, выходящего из кипящего слоя, регулируется секторным затвором, который выпускает огарок через заданные промежутки времени.

Рис. 12. График зависимости производительности печей типа УРКС от концентрации газов.

На верхнем уровне кипящего слоя установлена течка диаметром 120 мм с углом наклона 45° к горизонту, позволяющая регулировать и контролировать высоту уровня кипящего слоя.

Отвод газа из печи производится через боковой штуцер, расположенный под верхним сводом печи.

Для пускового разогрева печи предусмотрены мазутные форсунки.

Основные параметры и размеры печей типа УРКС приведены в табл. 8.

Основные параметры и размеры печей типа УРКС

Таблица 8.

Границы производительности печей УРКС-60, УРКС-100, УРКС-140 и УРКС-200 в зависимости от получаемой крепости газа (от 10 до 15 %), а также количество необходимого воздуха показаны на рис. 12. Оптимальная производительность печей обозначена штрих-пунктирной линией.

Оборудование для охлаждения и очистки печных газов

В сульфитно-целлюлозном производстве широкое применение нашли различного рода промывные аппараты. Это промывалки системы Доренфельда, Лурги и др.

Промывалка системы Доренфельда, применяемая для охлаждения и очистки газа после механических полочных печей, состоит из наружного металлического корпуса диаметром 1,2–1,5 м и высотой 3,5÷4,0 м и внутреннего свинцового цилиндра диаметром 0,8÷1,0 м и высотой 3,0÷3,5 м. Между цилиндрами циркулирует холодная вода, подаваемая в систему снизу и отбираемая сверху. Газ подается по чугунному газоходу сверху во внутренний цилиндр, в верхней части которого имеются спрыски для подачи промывной воды (давлением 30÷40 м вод. ст.) Промывка газа, т. е. очистка его от примесей, происходит тем лучше, чем больше воды поступает в промывалку при условии ее хорошего разбрызгивания. Но при этом возрастают и потери сернистого газа. Для снижения их при промывке газа необходимо применять оборотную воду, очищенную от огарковой пыли.

В промывалках Доренфельда газ охлаждается с 450–500 до 150–120°. Сопротивление таких промывалок 10–15 мм вод. ст. Производительность промывалки 8–12 т колчедана в сутки. Эффект очистки от пыли 50–60 %, от SO_3 30–40 %.

В промывалках системы Лурги устранен прямоток (недостаток промывалок Доренфельда), когда газ и промывная вода движутся в одном направлении. При прямотоке эффект очистки газа значительно меньше, чем при противотоке.

Промывалка Лурги представляет железобетонную башню, облицованную внутри кислотоупорными шамотными плитками. Газ подводится сверху в центральную трубу, не доходящую до дна промывалки, затем газ изменяет направление и движется вверх навстречу промывной воде, подаваемой к спрыскам под давлением 1,5–2,5 атм. Расход воды 2,5–4,2 м^3/ч.

В настоящее время для охлаждения и промывки печного газа применяются скрубберы I и II ступени.

Скруббер I ступени (полый) служит для охлаждения газа 1200 до 350 °C. Корпус скруббера стальной, футерованный кислотоупорным кирпичом (рис. 13). В нижней его части, где возможно скопление промывной воды, на высоту 0,4–0,7 м под футеровку укладывается свинцовая прокладка для защиты корпуса от возможного воздействия серной кислоты. Штуцера также защищены под слоем кислотоупорного кирпича свинцовым вкладышем.

Газ входит в нижнюю часть скруббера и выходит через штуцер, расположенный в верхней крышке или в боковой стенке.

В средней средней части скруббера имеются два ряда спрысков для охлаждения газа. Некоторые конструкции скрубберов имеют в нижней части сужение сечения скруббера, создаваемого футеровкой. Нижний ряд спрысков располагается над этим сужением, благодаря чему обеспечивается более интенсивное перемешивание по-тока газа с водой. Для орошения используется горячая оборотная вода с температурой 60–70°. Количество подаваемой воды, а следовательно, и температуру газа следует регулировать отключением отдельных форсунок. Работу каждой форсунки следует проверять не реже одного раза в сутки.

Расчетный расход воды при охлаждении газов, полученных в серной печи, с 1200 до 350° составляет 0,1 м^3/ч на 1 т сжигаемой серы в сутки.

Рис 13. Скруббер I ступени:

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — штуцер для газа; 4 — распылитель; 5 — трубопровод воды; 6 — окно смотровое; 7 — промывной штуцер.

Техническая характеристика полого скруббера I ступени

Производительность по сжигаемой сере в сутки, т ……………… 30

Начальная температура газа, °С ……………… 1300

Конечная температура газа, °С ……………… 300

Диаметр корпуса, мм ……………… 2500

Высота корпуса, мм ……………… 10 200

Диаметр входного патрубка дли газа (в свету), мм ……………… 1300

Диаметр выходного патрубка для газа (в свету), мм мм ……………… 1000

Спрыски мм ……………… 2 ряда по 3 шт.

Скруббер с насадкой II ступени. Посадочный скруббер служит для охлаждения газа после полого скруббера с 350 до 35°.

Скруббер (рис. 14) представляет стальной цилиндр, футерованный внутри кислотоупорным кирпичом на диабазовой замазке. Между корпусом и кирпичом прокладывается слой полиизобутилена.

Рис 14. Скруббер II ступени:

1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — штуцер для газа; 4 — брызгало; 5 — площадка; 6 — насадка из колец Рашига; 7 — колосниковая решетка; 8 — люк; 9 — промывной штуцер.

В нижней части скруббера находится сборник оборотной воды. Штуцера входа и выхода газа защищены, кроме полиизобутилена, свинцовыми вкладышами Для укладки керамической насадки (кольца Рашига) в скруббере имеется колосниковая решетка, выполненная из андезитового камня.

В некоторых конструкциях скрубберов насадка укладывается в два яруса, каждая на свою колосниковую решетку. Это дает возможность в случае забивания нижнего ряда насадки сублимированной серой заменить часть насадки, не разгружая весь скруббер.

В скруббере используется принцип противотока: газ входит в нижнюю часть скруббера под колосниковую решетку, а выходит в верхней части корпуса. Орошающая вода подается на насадку сверху. Для работы скруббера большое значение имеет степень орошения насадки, причем существует много различных устройств для орошения насадок. Плотность орошения скруббера с насадкой обычно находится в пределах 18–25 м^3 воды на 1 м^2 сечения скруббера в час.

Скруббер имеет несколько люков, расположенных на различной высоте корпуса и служащих для укладки и замены насадки.

По орошающей воде для уменьшения потерь SO_2 скруббер должен быть замкнут на себя, т. е. оборотная вода из нижней части скруббера с температурой 60–70° направляется в тепло-обменник и, охладившись в нем до температуры 20–30°, подастся на орошение в верхнюю часть. Характеристика оборотной воды приведена в табл. 9.

Характеристика оборотной воды

Таблица 9.

Кроме охлаждения газа, в скруббере с насадкой происходит улавливание пыли. На степень улавливания пыли влияют скорость газа в скруббере, интенсивность орошения, вид насадки, режим охлаждения, размер частиц пыли, запыленность газа.

Техническая характеристика насадочных скрубберов II ступени

Производительность по сжигаемой сере, т …………… 30

Начальная температура газа, °С …………… 300

Конечная температура газа, °С …………… 35–40

Диаметр корпуса, мм …………… 3000

Толщина футеровки, мм …………… 250

Диаметр входного патрубка для газа в свету, мм …………… 1010

Диаметр выходного патрубка для газа (в свету), мм ……………700

Число рядов колосников …………… 2

Насадка:

I решетка — керамические кольца

120 x 120 мм …………… 2 ряда

100 x 100 мм …………… 15 рядов

II решетка — керамические кольца

120 x 120 мм …………… 2 ряда

100 x 100 мм …………… 2 ряда

80 x 80 мм …………… 2 ряда

50 x 50 мм …………… 138 рядов

Общая высота насадки, мм …………… 9240

Расход воды на охлаждение, м^3/ч …………… 90

Нагрев воды, °С …………… 30–60

Пенные аппараты. Широкое применение в промышленности находят пенные аппараты. Они бывают двух типов: с перекрестным током газа и жидкости при перетекании жидкости по переливным устройствам; с противотоком газа и жидкости при перетекании (провале) жидкости через отверстия решеток. Пенные аппараты малогабаритны, просты в изготовлении и эксплуатации, обеспечивают высокую степень очистки при малом расходе и большом диапазоне изменения нагрузки.

В пенных аппаратах идет одновременный процесс охлаждения и очистки газа от огарковой пыли, селена и его соединений, от SO_3.

Пенные аппараты могут работать при скорости газа в полном сечении аппарата 0,5–3,5 м/сек. Оптимальная скорость газа зависит от интенсивности работы, полноты протекания процесса очистки и охлаждения (к. п. д.), гидравлического сопротивления, брызгоуноса и т. д. Работа пенного аппарата определяется в основном высотой слоя пены и степенью ее турбулентности.

Основным конструктивным элементом пенного аппарата является решетка, которая вместе с находящейся на ней жидкостью (пеной) называется полкой аппарата. Число полок в аппарате зависит от его назначения.

Для охлаждения температуры печных газов с 900 до 350° используется аппарат с одной полкой. Коэффициент полезного действия одной полки пенного аппарата в некоторых случаях достигает 99 %.

Пенный аппарат (рис. 15) представляет собой резервуар прямоугольного, реже круглого сечения, разделенный горизонтальными решетками. В нижней части аппарата имеется сборник оборотной воды.

Рис. 15. Пенный аппарат:

1 — корпус; 2 — порог; 3 — сливная коробка; 4 — решетка; 5 — гидравлический затвор; 6 — приемная коробка.

Решеткой в пенных аппаратах служит перфорированный лист из кислотостойкого материала с круглыми или прямоугольными (щелевидными) отверстиями. Решетка может состоять из отдельных колосников (в случае большого сечения аппарата).

Вода подается на верхнюю решетку через приемную коробку, которая обеспечивает равномерное поступление жидкости по всей ширине решетки. Вода движется по решетке в виде пены, затем переливается через порог, попадает в сливную коробку, где происходит разрушение пены. Затем через гидравлический затвор и перелив жидкость стекает на следующую решетку, где снова вспенивается и т. д, Газ подается под нижнюю решетку. Проходя через все решетки, он вспенивает находящуюся на них жидкость, взаимодействуя с ней, охлаждается и очищается от загрязнений. Очищенный газ выходит через верхний штуцер.

Кроме аппаратов, работающих с удалением пены через сливное устройство с порогом (т. е. при перекрестном токе газа в жидкости на решетке), имеются аппараты, в которых вся жидкость протекает сквозь отверстия решетки. Конструктивно эти аппараты отличаются отсутствием порога и сливной коробки. В зависимости от температуры поступающих газов корпус аппарата изготовляется в жароупорном или обычном исполнении.

На Светогорском ЦБК установлен двухполочный пенный аппарат. Диаметр аппарата 1600 мм, расстояние между решетками 600 мм. Отверстия в верхней решетке диаметром 3 мм с шагом 5 мм. Диаметр отверстий на второй решетке 4 мм, шаг 6 мм. Сопротивление каждой решетки 50 мм вод. ст., площадь перфорированной части 77 % от общей площади поперечного сечения аппарата. Для орошения используется оборотная вода.

На Калининградском ЦБК № 2 работает установка для охлаждения горячего печного газа, состоящая из трех аппаратов; двух барботажных газопромывателей провального типа (горячего и холодного) и одного десорбера.

Первый газопромыватель полый футерованный цилиндр с одной перфорированной тарелкой. Газ с температурой 500–700° охлаждается до 50–60°.

Охлаждающая вода подается через форсунки в верхней части промывателя. Площадь тарелки 1 м^2, она выполнена из стали марки Х18Н9Т толщиной 6 мм. Диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм. Сопротивление промывателя 20–25 мм вод. ст.

Второй промыватель имеет две тарелки площадью 0,95 м^2. Расстояние между тарелками 400 мм Тарелки выполнены из винипласта толщиной 8 мм, диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм. Корпус аппарата защищен внутри обкладкой из свинца.

На орошение подается вода с температурой 20°. Газ охлаждается до 30–35°. Вытекающая вода имеет 30–38° и содержит 0.4–0.5 % SO_2. Оборотная вода от второго промывателя подается на орошение в горячий промыватель.

Сопротивление холодного газопромывателя 130–140 мм вод. ст. Степень улавливания сернокислого тумана достигает 90 %.

Для сокращения потерь SO_2 оборотня вода после горячего промывателя подается на десорбер, аналогичный по конструкции холодному промывателю, но с большим числом тарелок. Внутренний диаметр аппарата 0,67 м. Степень отдувки SO_2 80–90 % при расходе воздуха 50–60 м^3 на 1 м^3 воды.

Степень очистки газа на пенных аппаратах примерно соответствует очистке его на сухих и мокрых электрофильтрах, т. е. 95–99 %.

Воздушно-газовые теплообменники. В настоящее время для охлаждения печных газов после колчеданных печей кипящего слоя с успехом применяются воздушно-газовые теплообменники.

Воздушно-газовый теплообменник представляет собой трубчатый холодильник. В верхней части его находится приемная камера, в которую сбоку подается печной газ. Приемная камера стальная, футерованная жароупорным бетоном. Для удобства чистки камера имеет съемную крышку. Приемная камера при помощи фланцев соединена со средней трубной частью холодильника (рис. 16). Трубки холодильника выполнены из кислотоупорной стали и завальцованы в трубную решетку, которая сверху защищена слоем жароупорного бетона. Нижняя трубная решетка соединена с двухлинзовым компенсатором. В межтрубное пространство подастся охлаждающий воздух.

Рис. 16. Установка воздушно-газовых теплообменников:

1 — компенсатор; 2 — бункер; 3 — газоход; 4 — верхняя секция; 5 — нижняя секция; 6 — приемная коробка; 7 — трубчатка.

Газ, пройдя трубную часть, поступает в нижнюю камеру. Нижняя камера стальная, футерованная жароупорным бетоном, имеет конус для сбора огарка. Газ выводится из камеры вверх под углом около 50°. Благодаря этому часть огарка за счет инерционных сил остается в конусной части камеры и через затвор-мигалку поступает в тракт удаления огарка. В нижней камере сбоку имеется лаз для чистки.

Для предотвращения забивания трубного пространства скорость газа должна поддерживаться в пределах 20–23 м/сек. Температура отходящего газа регулируется путем изменения количества воздуха, подаваемого на охлаждение. Такие теплообменники хорошо зарекомендовали себя в кислотном цехе Воскресенского химического комбината.

Характеристика воздушно-газовых теплообменников для печи КС-100

I ступень

Количество охлаждаемого газа, нм^3/ч …………… 9700–10000

Количество охлаждающего воздуха, нм^3/ч …………… 8000

Температура поступающего газа, °С …………… 850–900

Температура выходящего газа, °С …………… 700

Принцип работы теплообменника (воздух-газ) …………… Прямоток

Температура поступающего воздуха, °С …………… 30

Температура отходящего воздуха, °С …………… 350

Поверхность теплообмена, с учетом коэффициента запаса 1,5 при забивании части трубок, м^2 …………… 72

Скорость газа в пространстве, м/сек …………… 22

Диаметр трубок, мм …………… 89 x 4,5

Рабочая длина трубок, мм …………… 3100

II ступень

Количество охлаждаемого газа, нм^3/ч …………… 9700–1000

Количество охлаждающего воздуха, нм^3/ч …………… 11 000

Температура поступающего газа, °С …………… 700

Температура выходящего газа, °С …………… 490

Принцип работы теплообменника (воздух-газ) …………… Противоток

Температура поступающего воздуха, °С …………… 30

Температура отходящего воздуха, °С …………… 350

Поверхность теплообмена, с учетом коэффициента запаса 1,5 при забивании части трубок, м^2 …………… 124

Скорость газа в пространстве, м/сек …………… 20

Диаметр трубок, мм …………… 89 x 4,5

Рабочая длина трубок, мм …………… 6200

Для удобства обслуживания воздушно-газовые теплообменники устанавливаются в две ступени.

Трубки воздушно-тазовых теплообменников должны периодически (раз в квартал) осматриваться и в случае необходимости прочищаться. Снижение температуры выходящего воздуха при постоянном его расходе и температуре печного газа свидетельствует о забивании трубок огарком.

На газоходах входа и выхода газа и между теплообменниками устанавливаются термометры сопротивления и газозаборные устройства.

Циклоны — центробежные пылеуловители. Отделение пыли от газа в циклоне основано на использовании центробежной силы. Это объясняется тем, что частица, приведенная во вращение по окружности радиуса R, приобретает центробежную силу. Скорость осаждения частиц шарообразной формы под действием этой силы выражается формулой

ω = (d^2/υ^2) / 18ηgR м/сек,

где:

R — радиус вращения, м;

η — вязкость среды, кг/секм^2:

υ — окружная скорость потока, м/сек;

g — ускоренно силы тяжести, м/сек^2.

Газ подводится к циклону по касательной, пройдя входной патрубок, он завихряется и, огибая выхлопную трубу, направляется вниз по цилиндрической части корпуса. По мере движения газового потока вниз к конусной части взвешенная пыль отбрасывается к стенке корпуса и движется к пылевыпускному отверстию, а затем в бункер для пыли.

Очищенный таз движется по восходящей спирали в центральной части циклона и по выхлопной трубе выводится из циклона. К нижней части бункера для пыли примыкает пылевой затвор. Скорость газа во входном патрубке циклона должна быть 12–22 м сек. С помощью циклонов можно улавливать частицы размером 10–200 мк. Диаметр циклона зависит от характера пыли и величины газового потока. Для более полного удаления частичек пыли с минимальными размерами применяются батарейные мультициклоны. Диаметр корпуса циклонов 100–1000 мм, а батарейных мультициклонов 40–250 мм.

В табл 10. приведены приближенные значения коэффициента очистки газов от пыли для циклонов НИИОГАЗ и батарейных мультициклонов.

Коэффициенты очистки газов от пыли

Таблица 10.

Циклоны, предназначенные для очистки газов с температурой более 400, футеруют жароупорными материалами (бетон, керамика и др.). При температуре газа до 400° их изготавливают из обычной стали.

Батарейные мультициклоны компонуются в едином корпусе.

Приведение газового потока во вращательное движение обеспечивается при помощи различного рода завихряющих устройств, которые делятся на два основных вида: винт и розетка.

Винт имеет две лопасти, расположенные между корпусом циклона и отводящей трубой, угол наклона 25°.

Розетка расположена в верхней части корпуса циклона и снабжена восемью лопатками с углом наклона 25–30°.

Электрофильтры. Действие электрофильтров основано на использовании явления ионизации газов с помощью электрических разрядов.

Установка электрофильтров состоит из собственно электрофильтра — осадительной камеры, через которую проходит печной газ, подлежащий очистке, и из высоковольтной аппаратуры, устанавливаемой в преобразовательной подстанции и предназначенной для питания электрофильтра током высокого напряжения. Преобразовательная подстанция состоит из регулятора напряжения, высоковольтного трансформатора, преобразующего переменный ток напряжением 220–380 В в ток напряжением до 100 000 В, и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.

Очистка газа в сухих электрофильтрах. Печные газы, охлажденные до 400–500°, проходят через осадительную часть электрофильтра, где. монтированы электроды двух типов: осадительные и коронирующие. Между пластинами осадительных электродов, соединенных с положительным полюсом выпрямителя, размена мы проволочные коронирующие электроды, изолированные от земли и соединенные с отрицательным полюсом выпрямителя. При подаче напряжения на электроды в пространстве между ними возникает электрическое поле, величину которого можно регулировать путем изменения подаваемого напряжения. При увеличении напряжении до определенной величины в пространстве между электродами образуется разряд. Основная масса взвешенных части и осаждается на осадительных электродах. Пылевидные частицы удаляются с электродов встряхиванием, которое производится при помощи кулачков, насаженных на вращающийся вал. Уловленная пыль собирается в нижней конусной части электрофильтра, откуда периодически удаляется.

Корпус электрофильтра кирпичный или металлический с тепловой изоляцией.

Электрофильтры в зависимости от направления движения газа бывают вертикальные типа ХК-30 и ХК-45 и горизонтальные типа ОГ-3–120, ОГ-4–8 (рис. 17) и ОГ-4–16.

Рис. 17. Электрофильтр ОГ-4–8:

1 — коронирующий электрод; 2 — осадительные электроды; 3 — газораспределительная решетка; 4 — встряхивание газораспределительных решеток; 5 — молотковый встряхиватель электродов; 6 — изоляторная коробка; 7 — встряхиватель электродов.

По числу осадительных полей, расположенных последовательно по ходу газа, электрофильтры могут быть трех и четырехпольные (ОГ-4–8 — четырехпольный электрофильтр).

Многопольные электрофильтры имеют более высокий коэффициент очистки газа от огарковой пыли. Нормальный коэффициент очистки газа от огарковой пыли в электрофильтрах ОГ-4–8 и ОГ-4–16 96–99 %.

Для очистки газа от селена и SO_3 устанавливаются мокрые электрофильтры. По принципу действия они аналогичны сухим электрофильтрам. В качестве осадительных электродов в мокрых электрофильтрах используются трубчатые или шестигранные коронирующие электроды из свинца. Корпус электрофильтров (рис. 18) выполняется из свинцового листа, укрепленного на корпусе из профильного железа.

Рис. 17. Электрофильтр ОГ-4–8:

1 — изоляторная коробка; 2 — отвод газа; 3 — система подвески коронирующих электродов; 4 — осадительный электрод; 5 — корпус; 6 — газораспределительная решетка; 7 — отвод конденсата; 8 — подача газа.

Печной газ при охлаждении до температуры 35–40° в скрубберах насыщен водяными парами. При этих условиях серная кислота находится в виде мельчайших капель тумана. Иногда газ дополнительно пропускают через специальную увлажнительную колонку или другие устройства.

При работе электрофильтра пары серной кислоты конденсируются на осадительных электродах и стекают вниз вместе с осевшими частичками селена. Селенсодержащий конденсат направляется на установку по сбору селенового шлама. Раз в 10 суток мокрые электрофильтры промываются горячей водой и паром.

Удаление колчеданного огарка. Колчеданный огарок от печей обжига и от аппаратов сухой очистки газов (пыльная камера, циклоны, электрофильтры и др.) по течкам и через специальные затворы попадает в тракт удаления огарка. Обычно это всевозможные транспортеры.

Например, на Камском комбинате огарок от полочных печей поступает на ленточный транспортер, затем в приемную камеру элеватора и в бункер, установленный вне здания. Из бункера огарок вывозят в отвал на автомашинах.

Для удаления огарка от полочных печей применяется также шнековая труба, которая представляет собой цилиндрический барабан с внутренним винтовым устройством. Труба бандажами опирается на ролики и приводится во вращение при помощи зубчатой передачи.

Огарок из печи по патрубку поступает в загрузочную коробку, откуда черпаками забирается в шнековую трубу. В нижней части загрузочной коробки имеется водяная рубашка для предварительного охлаждения огарков.

Дальнейшее охлаждение производится с помощью спрысков, установленных над шнековой трубой. Из шнековой трубы огарок поступает в ковшевой элеватор, затем подается в бункер, откуда ссыпается на железнодорожную платформу и отвозится в отвал.

Более совершенным способом удаления огарка является транспортер типа Рэдлер, представляющий собой обычный скребковый транспортер в герметическом корпусе. Дно корпуса охлаждается водой. Огарок поступает в транспортер через двойные пылевые затворы или мигалки, затем наклонным скребковым транспортером или элеватором его подают в бункер и далее в отвал.

На Калининградском ЦБК № 1 для удаления огарка от печи КС применена система шнеков.

Все эти транспортные устройства выполнены с учетом максимальной герметизации, однако в местах пересыпания огарка с одного транспортера на другой наблюдается значительное пыление.

Наиболее прогрессивным способом удаления огарков при обжиге колчедана является гидроудаление. При этом огарок от всех точек выделения через специальное устройство попадает в трубопровод, в которым подается оборотная вода. Смытый огарок поступает в приемную камеру с конусным дном, которая разделена на две секции для удобства обслуживания и чистки. Из приемных камер огарок насосами подается по чугунным трубопроводам в железобетонные отстойники прямоугольной формы. В отстойниках имеются две секции, работающие поочередно: в одной происходит отстаивание огарка, в другой — удаление его при помощи грейферных кранов на гусеничном ходу. Отстоявшаяся вода возвращается в кислотный цех на гидроудаление огарка. Расход воды 30 м^3 на 1 т транспортируемого огарка. Для высаживания вредных примесей — селена, мышьяка и др., а также для нейтрализации SO_3 в оборотную воду добавляется известковое молоко.

Оборудование для получения кислоты

Турмы. Турма (рис. 19) представляет цилиндрическую башню, которая несколько расширяется книзу для обеспечения движения известняка. Отношение верхнего диаметра к нижнему обычно принимается равным 0,85. На высоте 3–7 м от основания башни устраивается колосниковая решетка для поддержания камней известняка. Решетка выполняется с некоторым наклоном в сторону выгрузочного отверстия. Ниже этой решетки на высоте 4 м устанавливается вторая решетка с более часто расположенными колосниками. Назначение ее — задерживать обломки известковых камней, образующихся при загрузке в результате раскалывания, и камней, объем которых уменьшился при растворении. Газ вводится в турму между колосниковыми решетками, проходит сквозь слой известкового камня и выводится через верхнюю крышку или сбоку. В нижней части турмы располагается сборник для кислоты, которая непрерывно откачивается насосом.

Рис. 19. Турмы.

Равномерное орошение жидкостью всего сечения турмы является одним из условий эффективности ее работы. Для этой цели в верхней части турмы располагаются различные устройства. Наиболее распространенными являются кольцевая труба с мелкими отверстиями и колокольный затвор (рис. 20). Последний представляет трубочку, вставленную в отверстие диаметром 20–30 мм и неплотно прикрытую свинцовым колпачком, нижняя часть которого погружена в воду, образуя гидравлический затвор. Вода поступает в турму, переливаясь через край трубочки. Так как все трубочки, образующие данное питательное устройство, расположены строго на одном уровне от поверхности (на котором разлита вода), орошение происходит равномерно по всему сечению.

Эффективным орошающим устройством являются к форсунки (спрыски), однако, чтобы они не забивались, необходимо применять только фильтрованную воду.

Загрузка турмы известковым камнем производится обычно через люки в ее верхней части и по высоте. Известковый камень подается на турмы подъемником в вагонетках, которые подвозятся к загрузочному отверстию по рельсам, проложенным на верхней площадке турм. На ряде заводов для подачи известняка применяется скиповой подъемник. В этом случае камень из ковша подъемника высыпается в специальный бункер над турмами.

Известняк, по мере расходования на химические реакции, уменьшается в объеме и постепенно опускается вниз. При этом он крошится, забивая промежутки между отдельными кусками, препятствуя проходу газа и увеличивая сопротивление турмы, поэтому турмы приходится периодически чистить и догружать свежим известняком.

Рис. 20. Приспособления для орошения:

а — колокольный затвор с гидравлическим колпачком: 1 — колпачок; 2 — свинцовый патрубок; 3 — трубка;

б — брызгало с креплением: 1 — кольцевая труба; 2 — крюки; 3 — отверстия для воды;

в — форсунка с завихрителем: 1 — шпиндель с двухходовой прямоугольной нарезкой; 2 — корпус;

г — форсунка с отражательным конусом: 1 — конус; 2 — сопло;

д — форсунка с отражателем: 1 — сопло; 2 — отражатель.

Над колосниковыми решетками устраивают специальные люки, через которые очищают решетки от мелочи, а затем удаляют и нижний слой камня для того, чтобы вызвать смещение верхних слоев камня и обновить его реакционную поверхность.

Раньше турмы сооружали из деревянной клепки и защищали от ударов камня обшивкой из досок или деревянными шашками. Сборники для кислоты облицовывали свинцом. Современные турмы выполняются из железобетона и защищаются облицовкой из кислотоупорных плиток и кирпича.

Турмы — это громадные сооружения диаметром до 3,8 м, высотой около 50 м, которые дополнительно утяжеляются известковым камнем. В связи с этим к фундаментам турм предъявляются высокие требования — необходимо тщательно следить за их состоянием, не допуская разъедания кислотой.

Производительность турмы характеризуется количеством кислоты (м^3), получаемой в сутки с 1 м^3 сечения. Расчетное сечение определяется по среднему диаметру турмы. Необходимый диаметр турмы находят по формуле

где:

D — диаметр башни, м;

Q — средняя производительность турмы м^3/сутки;

k — количество орошающей жидкости, м^3/сутки, на 1 м^2/сутки сечения турмы.

Для однобашенной установки принимают съем с 1 м^2 сечениятурмы 100–150 м^3/сутки. Диаметр турмы должен выбираться с таким расчетом, чтобы скорость прохождения газа соответствовала необходимой продолжительности реакции. Эта величина составляет 0,25–0,5 м^3 в секунду на 1 м^2 сечения турмы.

Высоту насадки из известкового камня определяют исходя из крепости печного газа, допустимых потерь с непоглощенными газами и температуры орошающей воды. Все эти величины увязаны между собой через формулу, описывающую эффективность работы турмы на основе понятия высоты половинного поглощения

где:

С_1 — концентрация SO_2 в уходящих газах, %;

С — концентрация SO_2 в печных газах, %;

Н — высота столба известняка, м;

h — высота половинного поглощения, м.

Под высотой половинного поглощения понимают высоту, на которой поглотится половина всего SO_2, поступившего в башню. Высота половинного поглощения зависит от температуры.

Температура вода, °С …………………………… 5…10…12…15…18…20

Высота половинного поглощения, м …… 1,55…2,8…3,25…4,05…4,85…5,50

Считается, что для нормальной работы турмы отношения H/h не должно быть ниже 7.

При определении необходимое высоты насадки учитывается, что в процессе работы общая высота столба известняка падает, уменьшается соответственно и отношение H/h, следовательно, ухудшается эффективность работы турмы. Исходя из этого принимается запас высоты насадки и выбирается продолжительность работы турмы от загрузки до загрузки.

Башня Гиллера. В свое время башня Гиллера была единственным аппаратом, применявшимся в СССР для приготовления кислоты по известково-молочному способу. Башня строится из дерева и имеет прямоугольное сечение с размером в плане 2,0 x 2,2 м. По высоте она делится на 14 этажей.

Известковое молоко с концентрацией 1 % CaO подается на 14-й этаж и последовательно проходит все этажи, перетекая через переливные трубы. Газ подается в башню снизу, двигаясь противотоком по отношению к известковому молоку. Газ, имеющий большую скорость, как бы проталкивается через известковое молоко, в результате чего происходит бурление и интенсивное перемешивание газа и жидкости. На каждом из рабочих этажей расположены специальные перегородки, которые делят этаж на четыре секции и имеют в нижней части отверстия. Газ может проникнуть из одной секи и и в другую только через эти отверстия, которые погружены в известковое молоко, и таким образом он дополнительно перемешивается с жидкостью.

Готовая кислота собирается в сборник кислоты в нижней части башни; газ отводится с последнего этажа турбогазодувкой Основное затруднение, с которым приходится сталкиваться при работе, — частые засорения башни. Существенным недостатком башни является ее большое сопротивление (1800–2000 мм вод. ст.) движению газа.

Производительность башни 650–700 м^3 кислоты в сутки.

Барботажная колонна. Производительность барботажной колонны в 6 раз больше, чем у башни Гиллера того же объема. Этот аппарат может применяться для получения кислоты со всеми видами основания, т. е. кальциевым, магниевым, натриевым и аммониевым.

Барботажная колонна (рис. 21) состоит из отдельных цилиндрических секций (царг), соединяющихся на фланцах в единую башню высотой 8–9 м. В каждой царге через 250 мм устанавливаются тарелки с некоторым уклоном (угол 3–5°). Для производства сульфитной кислоты применяются тарелки провального типа с отверстиями 4–6 мм и шагом 11–12 мм. В корпусе колонны предусматриваются специальные люки для осмотра и чистки тарелок.

Газ подводится снизу и проходит через отверстия в тарелках навстречу стекающей жидкости. В результате высокой скорости в отверстиях газ создает на тарелке барботажный слой, где газ и жидкость интенсивно перемешиваются. Жидкость подается в колонну сверху. Готовая кислота собирается в нижней части. Установленные на некоторых наших заводах барботажные колонны имеют диаметр 1,5 1 высоту 10 м и оборудованы 20 тарелками с отверстиями 6 мм к шагом 12 мм. Корпус колонны и сами тарелки изготовляются из кислотоупорной стали Х17Н13М2Т. Производительность такой колонны по кислоте 120 м^3/ч, по газу 10 000 м^3/ч. Сопротивление каждой тарелки 40–50 мм.

Рис. 21. Колонна барботажная:

1 — царга; 2 — тарелка с перфорацией.

Абсорбционные колонны. Абсорбционные колонны, подобно барботажным, также состоят из отдельных металлических цилиндрических царг, внутри которых имеется инертная насадка. Колонна (рис. 22), применяемая на ряде предприятий, состоит из трех зон насадки. Насадка из колец Рашига выкладывается на специальной решетке. Каждая зона заканчивается конусной тарелкой с патрубками одинаковой высоты, вставленными в отверстия. Через эти патрубки раствор равномерно распределяется над следующей зоной насадки.

Поглощающая жидкость подается через боковой штуцер и разливается по верхней распределительной тарелке, снабженном патрубками для орошении. Диаметр патрубков 50 мм, высота над уровнем дна тарелки 50 мм, количество их 260 штук. Газ вводится под нижнюю насадку и удаляется через штуцер в верхней крышке абсорбера. Каждая секция колонны снабжена люками для осмотра и замены насадки. Внутренний диаметр колонны 2600 мм, общая высота 18 490 мм. Колонна изготавливается из кислотоупорной стали Х17Н13М2Т.

Рис. 22. Абсорбер насадочный:

1 — тарелка верхняя; 2 — лаз; 3- тарелка с конусом; 4 — решетка под насадку; 5 — опоры; 6 — кольца Рашига.

Абсорбер распыливающего типа. Эффективным поглотительным аппаратом является абсорбер распыливающего типа (APT), изобретенный советскими химиками (рис. 23). Абсорбер делится на три зоны: распылительную, абсорбционную и разделительную.

Распылительная часть снабжена соплами (3–7 штук), заделанными в освинцованной решетке. Жидкость равномерно переливается через верхнюю часть сопел. Газ подводится сверху и, проходя через сопла со скоростью 20–25 м/сек, распыляет пленку жидкости, стекающей по внутренней поверхности сопел. Сам процесс абсорбции происходит во второй зоне на поверхности капель жидкости. В третьей зоне происходит отделение жидкости от газового потока. По сравнению с насадочными абсорберами интенсивность абсорбции в APT в 15–30 раз выше.

Рис. 23. Абсорбер распыливающего типа (АРТ):

I — распылительная зона; II — абсорбционная зона; III — разделительная зона: 1 — распылительные сопла; 2 — штуцер; 3 — цилиндр; 4 — газоход; 5 — штуцер.

Прочее оборудование для абсорбции. Большое распространение получили для абсорбции газов скрубберы Вентури, которые широко применяются для получения кислоты в системах регенерации химикатов. Основным рабочим элементом скруббера Вентури является сужающая горловина.

Газы поступают в скруббер, где движутся со скоростью 60 м/сек. В горловину вводится через спрыски жидкость. В уз* ком сечении трубы (в горловине) скорость газа резко возрастает (до 120 м/сек), происходит энергичное перемешивание газа и жидкости, в результате чего обеспечивается эффективная абсорбция газа. В системах регенерации основания обычно устанавливают два или три скруббера, обеспечивающих улавливание до 90 % SO_2.

Для приготовления кислоты на магниевом основании в последнее время начал применяться турбулентный абсорбер, имеющий по высоте несколько решеток. Специальные шарики из пропилена, расположенные на каждой решетке, при движении газа через абсорбер беспорядочно перемещаются, создавая высокую турбулентность при смешивании газа и жидкости и в результате достигается высокая степень поглощения.

Хранение башенной кислоты. Сырая башенная кислота после абсорбционных аппаратов перекачивается на хранение в кислотные баки. Бак (рис. 24) емкостью 550 м^3 имеет диаметр 8,2 м и общую высоту 16 м.

Бак внутри защищен керамической облицовкой. Конструкция облицовки и применяемые материалы зависят от вида основания кислоты. Бак снабжается необходимыми штуцерами для поступления кислоты и ее отбора, выхода непоглощенных газов и уровнемерами. Для выравнивания состава кислоты необходимо иметь не менее чем суточный запас ее, поэтому на целлюлозных заводах всегда имеется несколько баков.

Рис. 24. Бак для кислоты:

1 — корпус; I — футеровка; 3 — термоизоляция; 1 — штуцер ввода кислоты; 5 — штуцер забора кислоты; 6 — штуцер барботера; 7 — труба промывки; 8 — уровнемер.

Кислота на кальциевом и магниевом основании может содержать некоторое количество нерастворимого моносульфита, гипса и других включений, пагубно влияющих на ход варочного процесса. Ряд примесей может оказаться катализаторами реакции саморазложения кислоты. В связи с этим кислота перед хранением обязательно отстаивается или фильтруется. Кислота поступает в отстойник (рис. 25) по центральной трубе. В верхней части отстойника располагается кольцевой желоб в который переливается осветленная кислота и отводится через специальный штуцер. В нижней части отстойника имеется штуцер для отвода грязи и промывки аппарата. Для ускорения процесса отстаивания к кислоте иногда добавляют полиакриламид. Меньшее распространение для очистки кислоты получили песочные фильтры, в которых фильтрация происходит через последовательно расположенные слои гравия и песка с зернами различного размера.

Рис. 25. Отстойник для кислоты:

1 — желоб; 2 — корпус: 3 — футеровка; 4 — термоизоляция; 5 — распределительная труба; 6 — штуцер выхода шлама; 7 — штуцер для слива кислоты.

Вспомогательное оборудование

Трубчатый аппарат для плавления серы состоит из двух вертикальных стальных труб, вставленных одна в другую, в зазор между которыми полается пар давлением 5 атм и температурой 150 °C. Сера поступает сверху внутрь трубы меньшего диаметра и, двигаясь вниз, расплавляется под действием температуры, создаваемой паром в межтрубном пространстве. Производительность плавильников такого типа (при высоте 3,5 ж, диаметре внутренней трубы 0,5 м) достигает 25 т/сутки.

Бункер-плавильник для серы (рис. 26) состоит из металлического короба, сужающегося в нижней части, с расположенными на его внутренних стенках паровыми батареями, иногда змеевиками. Сера грейферным краном загружается в бункер и, постепенно расплавляясь, стекает в отстойник (с паровой рубашкой), откуда насосом подается на сжигание. Производительность такого типа плавильников достигает 100 т/сутки.

Рис. 26. Бункер-плавильник для серы:

1 — бункер-плавильник; 2 — паровые батареи; 3 — кран с паровым обогревом; 4 — отстойник для серы; 5 — насос для серы; 6 — заборная камера.

Оборудование для транспортирования газа. При прохождении газа через систему охлаждения и поглощения ему приходится преодолевать сопротивление, создаваемое различными аппаратами. Примерные величины сопротивления (мм вод. ст.) некоторых аппаратов следующие:

Серная печь ……………………… 15–18

Колчеданная печь ……………………… 2–3

Циклоны НИИОГАЗ ……………………… 52,6

Промывалка спрысковая ……………………… 3–5

Скруббер ……………………… 12–20

Барботажный газопромыватель ……………………… 60–150

Электрофильтр (сухой или мокрый) ……………………… 12–25

Турмы ……………………… 50–120

Барботажная колонна ……………………… 800

Сопротивление одной тарелки ……………………… 30–40

Система газоходов ……………………… 40–50

Таким образом, для транспортировки газа следует создать необходимое разрежение или давление по всей системе, которое может составить 180–1500 мм вод. ст., в зависимости от выбранной схемы приготовления сульфитной кислоты.

Обычно для перемещения газа по системе применяются эксгаустеры и турбовоздуходувки, которые в зависимости от места расположения в системе могут изготавливаться в черном и кислотоупорном исполнении.

При небольших сопротивлениях в системе (150–400 мм под. ст.) используются эксгаустеры (вентиляторы), корпус которых изготовлен из твердого свинца, кислотоупорной стали, винипласта и т. п. При значительных сопротивлениях в системе (до 1500 мм вод. ст.) при наличии барботажной аппаратуры используют одно- и многоступенчатые воздуходувки или турбовоздуходувки (рис. 27), которые изготовляются из кислотостойких материалов.

Рис. 27. Турбовоздуходувка ТВ-250–1,12:

1 — турбовоздуходувка (250 м^3/мин), 2 — электродвигатель (N=100 кВт, n=3000 об/мин).

Насосы. Наибольшее распространение в кислотных цехах получили центробежные насосы, которые в зависимости от перекачиваемом жидкости могут быть в черном или кислотоупорном исполнении (керамические, фарфоровые, из кислотостойкой стали и т. д.).

Для перекачки расплавленной серы обычно используется вертикальным погружной насос 2ВХС-1,5 производительностью 4–8 м^3/я с напором 40–36 м.

Антикоррозийная защита

Антикоррозийная защита оборудования и трубопроводов кислотного отдела имеет большое значение для нормальной эксплуатации.

Для сухого сернистого газа применяются следующие материалы:

при температуре до 1200° — углеродистая сталь, футерованная жароупорным кирпичом;

при температуре до 700° — серый чугун, углеродистая сталь. Для влажного и сухого сернистого ангидрида, а также кислоты и полукислоты при низких температурах применяются винипласт (до 40°); углеродистая сталь, защищенная асбовинилом, полиэтиленом, фаолитом, эпоксидной смолой; сталь марки Х17Н13М2Т и т. д.

Для прокладок между фланцевыми соединениями горячих газоходов применяется асбестовый картон; для кислоты и полукислоты — асбестовый картон, пропитанный силикатом (ГОСТ 2850–58); для щелочей и горячей воды — паронит (ГОСТ 481–58) и резина (ТУ МХП 233Н).

Пароэжекторные установки

При отсутствии на комбинате артезианской воды для приготовления варочных растворов в летний период появляется необходимость в получении холодной воды на специальных установках. Как правило, это пароэжекторные холодильные установки.

Охлаждение в пароэжекторной установке основано на способности воды вскипать в условиях глубокого вакуума, который создается паровым эжектором. Испаряясь под влиянием вакуума, вода выделяет тепло и тем самым снижает температуру оставшейся воды.

Пароэжекторная установка состоит:

из испарителя, в котором происходит испарение и охлаждение воды под вакуумом;

эжекторов, отсасывающих пары из испарителя;

конденсатора, в котором происходит конденсация паров;

многоступенчатой вакуум-эжекционной установки, отсасывающей воздух из конденсатора.

Вода, предназначенная для охлаждения, поступает в испаритель, проходит последовательно три ступени и, охладившись вытекает через барометрическую трубу в приемный резервуар.

Техническая характеристика пароэжекторной установки типа ПУ-9

Таблица 11.

Схема работы пароэжекторной установки типа ПУ-9 конструкции Проектбуммаша холодопроизводительностью 900 000 ккал/ч показана на рис. 28.

Рис. 28. Схема работы пароэжекторной установки типа ПУ-9:

1 — испаритель; 2 — эжекторы 1-й ступени; 3 — конденсатор; 4 — эжекторы 2-й ступени; 5 — эжекторы 4-й ступени; 6 — хвостовой конденсатор; 7 — эжектор 5 2-й; 8 — эжекторы 3-й ступени; 9 — барометрические ящики; 10 — водоотделитель; 11 — конденсационный горшок.

Техническая характеристика установки ПУ-9 в зависимости от температуры воды, поступающей на охлаждение, приведена в таблице 11.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Технология охлаждения и очистки печных газов

Для достижения нужных параметров газа применяются различные схемы охлаждения и очистки его.

В кислотных цехах, работающих на колчедане, непосредственно за полочной печью устанавливаются промывалки, откуда по свинцовым газоходам газ поступает в холодильники погружного или оросительного типа. Окончательная очистка производится в две ступени на селеновых камерах с промежуточным увлажнением газа. Описанная схема достаточно эффективна и при соблюдении режима работы каждого из агрегатов дает хорошие результаты, но она очень громоздка и, кроме того, имеет место большой расход дефицитного свинца.

При обжиге колчедана в печах типа КС охлаждение и очистка газа производятся двумя способами:

1. Комбинированная схема с использованием аппарата сухой и мокрой очистки газа.

2. Мокрый способ очистки и охлаждение газа.

При комбинированной очистке газ из печей КС поступает в двухступенчатые воздушно-газовые холодильники, затем в циклоны типа НИИОГАЗ (батарея четырех или шести циклонов). Окончательная очистка газа от огарковой пыли производится в электрофильтрах типа ОГ-4–8 или ОГ-4–16.

Для охлаждения газа с 400 до 35 °C используются насадочные скрубберы, а для очистки от селена и SO_3 — мокрые электрофильтры.

Для увлажнения газа между ступенями мокрых электрофильтров используется ультразвуковой распылитель РУЗ (рис. 29), который устанавливается непосредственно в газоходе. За счет разбрызгивания капель воды в мелкодисперсном виде при небольшом расходе воды (500 л/ч) ультразвуковой распылитель обеспечивает насыщение газа и тем самым усиливает эффект очистки газа от селена и SO_3. В описанной схеме охлаждающий воздух после воздушно-газовых холодильников направляется в калориферы, где, охлаждаясь до 30 °C, нагревает свежую воду до 60–70 °C.

Рис. 29. Ультразвуковое распылительное устройство (РУЗ):

1 — магнитостриктор; 2 — концентратор; 3 — пленкообразователь; 4 — кожух.

При работе печей типа КС, особенно печей типа УРКС, где унос огарка значительно ниже, можно ограничиться следующей схемой: циклоны типа НИИОГАЗ, затем две ступени пенных аппаратов (I ступень — однополочный, II ступень — трехполочный) и две ступени мокрых электрофильтров. Для снижения потерь оборотная вода продувается воздухом в барботажном аппарате, а полученный газ направляется в хвостовую башню.

На Калининградском ЦБК № 1 с успехом работает следующая схема очистки газа после печей КС: пыльная камера (бывшая полочная печь, в которой разобраны все своды), батарея из шести циклонов, скруббер, трубный холодильник с охлаждением газа водой, селеновые камеры.

При работе кислотных цехов на сер с схема очистки и охлаждения газа значительно упрощается. Как правило, эта схема состоит из двухступенчатой установки скрубберов (I ступень — полый скруббер, II ступень — скруббер с насадкой) и мокрых электрофильтров. В случае применения бесселенистой серы очистка газа может быть ограничена одними скрубберами. Замена скрубберов на пенные аппараты упрощает схемы и повышает степень очистки газа от SO_3.

Технология приготовления кислоты

Приготовление кислоты на кальциевом основании

Турменный способ

В настоящее время распространены три системы приготовления кислоты с использованием турм, заполненных известковым камнем: однобашенная система (Митчерлиха), двухбашенная система (Иенсена) и трехбашенная система (рис 30).

Однобашенная система (Митчерлиха). При однобашенной системе турма орошается свежей водой, навстречу которой поднимается газ. Получающаяся сырая кислота собирается в сборнике и откачивается в систему регенерации сернистого газа для приготовления варочной кислоты.

На характеристику получающейся кислоты и эффективность работы турмы (при постоянной концентрации печного газа и давлении) оказывают влияние температура орошающей воды, количество орошающей воды и качество известняка.

Известно, что растворимость SO_2 в воде и растворе бисульфита уменьшается с повышением температуры. Следовательно, чем меньше температура, тем интенсивнее будет поглощаться газ.

В табл. 12 показано изменение содержания SO_2 в газе по высоте башни при разных температурах. Если на высоте 2,42 м от колосниковой решетки при температуре воды 5° в газе остается всего 3,8 SO_2, то при температуре 20° его содержится в 2 раза больше. С повышением температуры высота, необходимая для поглощения половины количества введенного SO_2, увеличивается, ухудшается эффективность работы турмы, потери SO_2 с непоглощенными газами возрастают.

Изменение содержания SO_2 от температуры

Таблица 12.

С повышением температуры раствора количество известняка, участвующего в реакции получения бисульфитного раствора, увеличивается. В результате в готовой кислоте повышается содержание основания, а количество свободного SO_2 уменьшается. Изменение состава кислоты по высоте башни при разных температурах воды показано в табл. 13.

Изменение состава кислоты при разной температуре воды

Таблица 13.

В летние месяцы, когда вода теплая, могут возникнуть затруднения, связанные с избыточным содержанием в кислоте и понижением общей крепости кислоты. Обычно на заводах в этот период используют артезианскую или охлажденную в пароэжекторных установках речную воду. Зимой же содержание основания может упасть ниже необходимого уровня и воду приходится специально подогревать.

Рис. 30. Способы получения кислоты на кальциевом основании:

а — способ Митчерлиха; б — способ Иенсена; в — трехбашенный способ; 1 — турмы; 2 — насадочные абсорберы.

При определении температуры воды для получения заданного состава кислоты необходимо помнить о том, что реакции, приводящие к образованию бисульфитного раствора, протекают с выделением тепла. На каждый процент свободного (растворенного) SO_2 температура кислоты повышается на 1 °C. На каждый процент связанного SO_2 (в виде бисульфита) повышение составляет 7,2°. На повышение температуры кислоты может оказать влияние, хотя и весьма незначительное, температура окружающего воздуха и температура печного газа. Горячие печные газы, особенно при недостатке орошающей воды, приводят к образованию моносульфита и сульфата, которые образуют нерастворимый слой на известковом каине Это уменьшает реакционную поверхность, увеличивает потери серы и известняка. Обычные производственные потеря серы вследствие образования гипса составляют 0,5–2 %.

Количество орошающей воды является важнейшим фактором, влияющим на состав кислоты. В условиях производства это по существу единственный доступный для кислотчика способ оперативно воздействовать на крепость кислоты и соотношение между свободным и связанным SO_2. С увеличением количества воды крепость кислоты падает, уменьшается также содержание основания, причем уменьшение последнего происходит значительно быстрее, чем снижение содержания всего SO_2. Таким образом, соотношение между свободным и связанным SO_2 изменяется в сторону увеличения процента свободного SO_2.

Надлежащее качество известкового камня является одним из условий получения качественной кислоты. Чем выше содержание в нем CaCO_3, тем больше его растворимость, и тем легче получить в кислоте заданное содержание CaO. Примеси MgCO_2 в большинстве случаев ухудшают пригодность известняка для турменного способа, так как уменьшается механическая прочность камня и увеличивается его пористость.

Однако содержание магния в кислоте значительно улучшает свойства кислоты как варочного раствора, повышая качества целлюлозы. Поэтому применение доломитных известняков, обладающих высокой плотностью, с малым содержанием приме сей иногда оправдано и находит применение в практике.

Содержание других химических примесей в известняке нежелательно. Например, железо, растворяясь в бисульфите кальция, приводит к потерям серы и ухудшает цвет целлюлозы. Соединения кремния увеличивают зольность целлюлозы. Нерастворимые примеси ухудшают прозрачность готовой кислоты — один из важнейших ее показателей. Ниже приведена зависимость степени прозрачности и содержания нерастворимых.

Содержание нерастворимого остатка в известняке, % ………… До 0,3 ………… До 0,5 ………… До 1,0 ………… 3,0

Прозрачность кислоты, мм ………… Свыше 100 ………… 70–80 ………… 50 ………… 20 и ниже

Кроме химического состава известняка, не меньшее значение имеют его физические свойства и размеры кусков.

Растворимость известняков улучшается, если они имеют кристаллическое строение, большую плотность и удельный вес не менее 2,5. Известняк выполняет в турме роль насадки, поэтому чем больше развита ее поверхность, тем больше контакт жидкости с газом. Размер кусков известняка должен быть в пределах 250–400 мл. Превышение его снижает поверхность контакта, уменьшение размеров кусков приводит к забиванию проходов между отдельными камнями, препятствуя нормальному прохождению газа.

Работа однобашенной системы во многом несовершенна. Довольно трудно регулировать состав кислоты. Производительность башни не превышает 150 м^3/м^2 сечения башни в сутки. Требуется периодический останов через 3–7 дней на догрузку камня. Более совершенной является двухбашенная система.

Двухбашенная система (Иенсена). Двухбашенная система по существу может рассматриваться, как однобашенная, по большей высоты и разделенная на две части. Увеличение высоты известняка позволяет свести к минимуму потери SO_2, а деление на две части делает систему более гибкой в смысле регулирования состава кислоты. Производительность такой системы 150–300 м^3 кислоты с 1 м^2 сечения в сутки.

Печной газ поступает вниз первой турмы, называемой башней крепкой кислоты, где SO_2 поглощается на 75–90 %. Непоглощенные газы отводятся сверху и подаются в башню слабой кислоты. Жидкость и газ движутся противотоком. Башня слабой кислоты орошается водой, первая башня — полукислотой из сборника под второй башней. Через 1–2 дня работы крепкий газ при помощи многоходового устройства переключается на вторую башню, слабый на первую. Аналогично меняется и орошение башен.

После переключения турма, ставшая башней слабой кислоты, догружается без останова известняком, т. е. эффективность работы башен долгое время поддерживается постоянной. При частых переключениях турмы периодически промываются слабой кислотой, в результате чего удаляются гипс и моносульфит.

На работу двухбашенной системы оказывают влияние те же факторы, что и на однобашенную, но возможности регулирования состава кислоты значительно больше. Направляя часть крепкого газа в башню слабой кислоты или подавая полукислоту в среднюю часть башни крепкой кислоты, можно изменять содержание основания в кислоте и соотношение между свободным и связанным SO_2. С этой точки зрения еще большие возможности имеет трехбашенная система.

Трехбашенная система. Трехбашенная система состоят из трех турм, первая и последняя из которых заполнены инертной насадкой из колец Рашига, а средняя известковым камнем. Вместо турм для первой и последней башни могут использоваться обычные абсорберы. Подвод газа к башням осуществляется таким образом, что он может весь поступать в первую очередь в насадочную башню или распространяется между насадочной башней и башней с известняком. Непоглощенный газ из первой башни (башни насыщения) подается полностью в известковую, а из нее в хвостовую башню. Таким образом, меняя соотношение крепкого газа, поступающего в башни, можно регулировать состав и крепость кислоты, например, для уменьшения содержания основания в кислоте необходимо прибавить количество газа, поступающего в башню насыщения; для увеличения — направить большую часть газа в известковую башню; можно увеличивать и количество воды, подаваемой на орошение, без опасения ослабить кислоту, поскольку всегда есть возможность укрепить ее в башне насыщения.

Обычный состав кислоты по ступеням поглощения следующий: после хвостовой башни 0,2–0,3 % SO_2; после известковой башни — весь SO_2 3,27–3,36 %, CaO 0,96–1,0 %; после башни насыщения — весь SO_2 3,27–3,36 %, CaO 0,98–1,01 %. Таким образом, крепость кислоты в башне насыщения повышается на 0,15–0,36 %.

При такой системе необходимо иметь резервную башню, которая постоянно находится на чистке и догрузке известковым камнем.

Известково-молочный способ

При приготовление кислоты с известковым молоком оказывают влияние те же факторы, что и при турменном способе, т. е. крепость печного газа, его давление и температура (при известково-молочном способе разогрев кислоты в результате химических резкими значительно выше и составляет 13,9° на каждый процент связанного в бисульфит SO_2). Следовательно, методы регулирования кислоты в этом случае в основном одинаковы Применяя для приготовления кислоты барботажные колонны, можно регулировать процесс путем изменения количества работающих тарелок.

В связи с тем, что известковое молоко перед подачей на поглощение тщательно очищается, требования к качеству исходного известняка значительно ниже, чем при турменном способе.

Применение доломитов при этом способе даже желательно, так как моносульфит магния в 144 раза более растворим, чем моносульфит кальция, а следовательно, гипсация в верхней части аппарата будет значительно меньше. Для получения кислоты можно использовать вместо известкового молока тонко-размолотый известняк с размерами частиц 0,1–0,2 мм. В этом случае SO_2 будет реагировать на поверхности взвеси CaCO_3 с образованием моносульфита, а затем бисульфита. Интенсивность процесса абсорбции будет такой же, как и при использовании известкового молока.

Оба способа приготовления кислоты на кальциевом основании с точки зрения качества получающейся кислоты одинаковы, хотя в случае известково-молочного способа требуется более тщательная очистка кислоты.

Приготовление кислоты на магниевом основании

Получение кислоты на магниевом основании показано на рис. 31 (отсутствует в скане). Установка состоит из трех барботажных колонн. В одну из них подается крепкий газ, во вторую — непоглощенные газы из первой колонны. Вторая по ходу газа колонна орошается раствором Mg(ОН)2 с концентрацией окиси магния 50 г/л. Температура орошающего раствора 45–50 так как он поступает на поглощение после гашения, которое ведется при высокой температуре. В отличие от процесса приготовления кислоты на кальциевом основании, где требуется обязательное использование холодной воды, в данном случае специального охлаждения раствора не требуется.

Связывание SO_2 происходит за счет химических реакций с образованием моносульфита MgSO_3, а затем бисульфита Mg(HSO_2)3, причем при повышении температуры растворимость этих соединений увеличивается. Полученный моносульфит-бисульфитный раствор в зависимости от pH частично возвращается на рециркуляцию, а основное количество направляется на вторую ступень поглощения. Если готовится кислота для бисульфитной варки, где не требуется содержания свободного SO_2, раствор может быть направлен прямо на орошение в первую колонну, где весь моносульфит будет переведен в бисульфит. Для приготовления обычной сульфитной кислоты раствор необходимо охладить, чтобы обеспечить оптимальные условия для абсорбции SO_2.

Для предотвращения выпадения нерастворимой части моносульфита раствор со второй колонны нужно подать в специальную мешалку-реактор, где он перемешивается с частью готовой кислоты. За счет избыточного SO_2 весь моносульфит переходит в бисульфит и раствор и после охлаждения в теплообменниках направляется ка орошение первой барботажной колонны. Готовая кислота направляется на использование, часть ее поступает в мешалку-реактор. Для регулирования количества основания в кислоте на орошение первой барботажной колонны может быть подведен свежий раствор гидроокиси магния.

Возможны другие схемы получения кислоты на магниевом основании с применением насадочных колонн, скрубберов Вентури и турбулентных абсорберов. Повышение температуры раствора в результате химических реакций при магниевом основании 11,9° на каждый процент связанного SO_2.

Приготовление кислоты на натриевом основании

Для приготовления кислоты на натриевом основании раствор соды определенной концентрации, в соответствии с заданным расходом сернистого газа, подается на орошение абсорбера. Готовая кислота по уровню в сборнике откачивается на использование.

При получении кислоты в две ступени (для бисульфитного способа варки) один из абсорберов орошается раствором моносульфита, который готовится в специальном реакторе при смешении бисульфитного раствора с раствором соды. На орошение второго абсорбера подается раствор бисульфита после первого абсорбера. Такая система может быть применена в случае наличия регенерации основания, когда необходимо выделить чистый углекислый газ СО_2 для процесса карбонизации.

Повышение температуры раствора при приготовлении кислоты на натриевом основании — 6,7° на каждый процент связанного SO_2.

Для приготовления кислоты на натриевом основании можно использовать барботажные колонны или обычные турмы, заполненные инертной насадкой из колец Рашига.

Приготовление кислоты на аммониевом основания

Подобно натриевому, аммониевое основание легко связывает SO_2. Затруднения, возникающие в этом случае, связаны лишь с летучестью аммиака, что может привести к большим потерям последнего с непоглощенными газами.

Для улавливания аммиака, выделяющегося из раствора, необходимо в верхней части абсорбера предусмотреть специальную зону с насадкой. Эта зона должна орошаться водой, которая связывает аммиак. При этом орошение абсорбера должно осуществляться таким образом, чтобы половина всей необходимой жидкости подавалась над зоной улавливания, а вторая половина (т. е. собственно аммиачная вода) — над основной насадкой. Другой путь избежать потерь аммиака — это орошение абсорбера раствором моносульфита аммония, приготовленного в специальном смесителе, путем смешения части готовой кислоты с аммиачной водой. Готовая кислота подается в смеситель в соответствии с pH получающегося раствора. Второй способ более рационален и надежен, не требует увеличения высоты абсорбера для устройства зоны улавливания Недостатком его является увеличение плотности орошения за счет рециркуляция части кислоты, что может вызвать увеличен не необходимого диаметра абсорбера.

На Волошском целлюлозном заводе в течение ряда лет практикуется несколько иной способ получении кислоты на аммониевом основании. Крепкий газ подается в барботажную колонну, а непоглощенные газы из нее поступают и абсорбер с насадкой из колец Рашига. В абсорбер подается вода, которая взаимодействует со слабым газом и поступает в сборник. Раствор аммиака (25 %-ной концентрации) подается в сборник полукислоты после абсорбера, откуда перекачивается насосом на барботажную колонну для взаимодействия с крепким газом.

Полученная в барботажной колонне кислота направляется в регенерацию варочного отдела. При таком способе потери аммиака сводятся к минимуму, так как часть улетучившегося аммиака при подаче на барботажную колонну вместе с непоглощенными газами улавливается в абсорбере.

Повышение температуры раствора для аммониевого основания — 6,3° на каждый процент связанного SO2.

Получение кислоты на смешанном основании

Для варки целлюлозы может применяться кислота, содержащая смешанное основание: кальциево-натриевое, кальциево-аммониевое, кальциево-магниевое. С последним типом смешанного основания работают все заводы, применяющие для приготовления кислоты известково-молочный способ или доломитные известняки. Кальциево-натриевое основание применяется в переходящий период при внедрении заводом варки на растворимом основании или для экономии дорогостоящей и дефицитной соды. Кальциево-аммониевое основание применяется на тех заводах, где отработанные щелока используются для получения спирта. Однако добавка в смесь более 40 % аммония значительно ухудшает показатели этого производства.

При кальциево-натриевом основании простейшим способ получения кислоты заключается в орошении турмы, заполненной известковым камнем, раствором соды. Можно также орошать турмы полукислотой, полученной при поглощении слабого газа содовым раствором в специальном абсорбере. Существуют схемы, где кислоты на кальциевом и натриевом основаниях готовятся отдельно и смешиваются уже в кислотных баках.

Для приготовления кислоты в барботажных колоннах соду и известковое молоко смешивают перед подачей на орошение.

При кальциево-аммониевом основании часть крепкого газа поглощается в абсорбере аммиачной водой. Получившаяся полукислота направляется на орошение турм с известняком, куда подается остальное количество крепкого газа и не поглощенный газ из абсорбера вместе с частью улетучившегося аммиака Полученная кислота направляется на использование.

Приготовление кислоты в барботажных колоннах ведется при совместной подаче известкового молока и аммиачной воды, но при этом известковое молоко подается сверху, а аммиачная вода вводится в среднюю часть колонны.

Укрепление башенной кислоты

На практике по ряду причин иногда необходимо повысить крепость башенной кислоты, увеличить содержание всего SO_2 при сохранении основания на определенном уровне.

Повысить крепость башенной кислоты можно тремя путями: снизив температуру поглощающей жидкости, повысив давление печных газов или увеличив концентрацию SO_2 в них.

Снижение температуры воды — основной способ повышения содержания всего SO_2 в кислоте, применяемый производстве. Например, при концентрации печных газов 10 % и заданном содержании CaO в кислоте 1 %, применяя воду с 15°, можно получить кислоту крепостью около 3,25 % всего SO_2. Снижение температуры воды на 10° повышает содержание всего SO_2 примерно до 3,9 %. Для получения холодной воды большинство заводов использует пароэжекторные установки. Понижение температуры воды связано с ухудшением растворимости известняка и может привести к затруднениям с получением нужного количества CaO.

Рис. 32. Способы укрепления кислоты:

а — компрессионный; б — абсорбционно-десорбционный: 1 — турма; 2 — башня давления; 3 — компрессор; 4 — вентилятор; 5 — абсорбер; 6 — десорбер.

Более рациональным способом является повышение давления печного газа за счет сжатия его компрессором (рис. 32). Для того чтобы получить кислоту с тем же содержанием связанного SO_2 (1,0 %) и всего SO_2 (3,9 %) при начальной температуре 15°, необходимо увеличить давление газа на 0,5 ата.

В практике повышение давления может составлять 1,5–2 ата и более. В качестве абсорбера обычно применяется башня давления (металлическая колонна с инертной насадкой, рассчитанная на давление до 1,5 атм). Непоглощенные газы поступают на допоглощение в основной абсорбционный аппарат. Компрессор в этом случае должен быть в кислотоупорном исполнении. Можно использовать вместо компрессора струйные аппараты, но расход энергии на сжатие газа при этом в 2 раза выше.

Повышение концентрации печного газа в обычных условиях возможно только до некоторого предела. Дальнейшее повышение концентрации становится возможным только при использовании для горения чистого кислорода при сжигании серы (концентрация газа 90 % SO_2) или парокислородного дутья при сжигании колчедана (концентрация газа 80 % SO_2).

Существует способ укрепления башенной кислоты за счет получения газа с высоким содержанием SO_2. Это так называемый абсорбционно-десорбционный способ (см рис. 32). Суть его заключается в отгонке SO_2 из раствора. Прежде всего получают водный раствор SO_2 в обычном абсорбере. Затем, нагрев его предварительно в теплообменниках до 100°, подают в десорбер. Здесь раствор нагревают паром и выделяют концентрированный сернистый газ вместе с парами воды. Пар конденсируют в теплообменнике, подогревающем раствор перед десорбером, и отделяют таким образом 100 %-ный сернистый газ. Жидкость из десорбера, охлажденная в теплообменнике направляется на получение свежего раствора SO_2.

Сбор селена

В оборотных водах скрубберов и других промывалок газа, а также в конденсате и промывных водах селеновых камер содержатся различные соединения селена. Селен является ценным сырьем для приборостроительной, радиотехнической и других отраслей промышленности. Вследствие этого на ряде комбинатов уже сейчас организован сбор селенового шлама. Действующие установки просты по аппаратурному оформлению, но имеют недостаточно большой коэффициент улавливания селена, так как они не отбирают селен, находящийся к растворенном состоянии в виде селенистой кислоты в оборотной воде и конденсате селеновых камер.

Действующие установки представляют собой прямоугольные ямы-отстойники, где собирается оборотная вода, конденсат селеновых камер и промывная вода от периодической последних. После отстаивании осветленную жидкость сливают, а шлам, содержащий селен, промывают водой, отфильтровывают через шерстяную ткань, вторично промывают горячей водой до нейтральной реакции, а затем нейтрализуют содой до слабощелочной реакции. Промытый шлам сушат при 100 °C в сушильных шкафах, упаковывают и деревянную тару и отправляют потребителю. Более совершенной является схема, приведенная на рис. 33.

Рис. 33. Принципиальная схема сбора селена:

1 — бак аккумулятор; 2 — инжектор; 3 — отстойник;4 — известковая мешалка; 5 — рамный фильтр-пресс; 6 — сушильный шкаф.

Избыточная оборотная вода от скрубберов второй ступени (0,5–1 м^3/ч) с температурой 60–70 °C поступает в горизонтальный металлический сборник емкостью 12 м^3. Внутренняя сборника освинцована. Сюда же поступает конденсат от селеновых камер и промывные воды от них. Из сборника селеносодержащая жидкость откачивается в один из двух или трех (в зависимости от производительности установки) цилиндрических вертикальных отстойников. После заполнения одного из них происходит переключение подачи жидкости на второй отстойник.

Отстойник имеет стальной корпус, защищенный с внутренней стороны свинцовой обкладкой. Нижняя коническая часть отстойника служит для сбора селеносодержащего шлама. В месте перехода цилиндрической части в коническую имеется карман для слива осветленной жидкости. По высоте конической части имеется еще ряд штуцеров для постепенного слива осветленной жидкости. После заполнения отстойника производится циркуляция жидкости циркуляция жидкости по системе отстойник-насос-отстойник через инжектор в течение 1 ч.

В инжектор подается небольшое количество сернистого газа, который при взаимодействии с селенистом кислотой образует металлоидный селен.

В это же время производится нагрев всей жидкости до температуры 90°, что также способствует переходу селена в нерастворимое состояние. Затем производится отстаивание в точение 8–12 ч. После отстаивания осветленная жидкость, пройдя через мешалку с известковым молоком, где она нейтрализуется до слабокислой или нейтральной среды, сбрасывается в канализацию. Оставшийся в отстойнике осадок разбавляется свежей водой и после кратковременной циркуляции (отстойник-насос-отстойник) опять отстаивается в течение 8 ч. Осветленная вода сливается в канализацию через мешалку с известковым молоком. После этого шлам нейтрализуется в отстойнике до слабощелочной среды и откачивается на рамный фильтр-пресс. Отбор жидкости на рамный фильтр-пресс производится при разбавлении содержимого отстойника горячей водой и циркуляции (отстойник — насос — фильтр-пресс — отстойник).

После осветления фильтра циркуляцию прекращают. Содержимое отстойника сливают в канализацию. Остаток ни рамах фильтр-пресса промывают горячей водой и производят подщелачивание до слабощелочной среды и отжим.

Осадок счищают с рам фильтр-пресса деревянными лопатками в бункер или на специальный поддон. Затеи шлам укладывают на многоярусную тележку с противнями и помещают ее в сушильный шкаф, где производятся сушка селена горячим воздухом. Воздух забирается из верхней зоны сушильного шкафа и, пройдя паровой калорифер, подается под нижний противень. Сушка производится при температуре 105 °C. Высушенный шлам упаковывают и отправляют заказчику.

Указанный способ дает возможность улавливать до 60 % всего селена, находящегося в серусодержащем сырье.

Устройство кислотных цехов

Площадь, занимаемая кислотным цехом, зависит от его производительности, вида применяемого сырья, технологической схемы сжигания серусодержащего сырья, очистки и охлаждения сернистого газа, а также получения сырой кислоты.

Кислотные цехи по возможности блокируются со складами серусодержащего сырья и основания. В случае работы кислотного цеха на расплавленной сере плавление ее обычно производится в здании склада. Расплавленная сера насосом подается в печное отделение.

При работе кислотного цеха на колчедане тракт подачи колчедана в печь и бункер огарка (во избежание пыления) выгораживают от основного цеха. Установка по сбору селена располагается в отдельном помещении.

Турбовоздуходувки для подачи воздуха в печь при установке печен для сжигания колчедана в кипящем слое располагаются или в отдельном помещении, или вне здания.

При строительстве кислотных цехов в районах с умеренным климатом для уменьшения капитальных затрат на строительство здания часть оборудования (скрубберы, абсорберы, электрофильтры и т. д.) может быть расположена вне помещения.

Обычно кислотный цех представляет собой одноэтажное здание каркасного типа. При размещении оборудования соблюдается поточность и стремление к наиболее рациональной компоновке.

Участки газоходов между оборудованием должны быть минимальными, особенно это важно в цехах при установке печей для сжигания колчедана с большим пылеуносом.

Приготовление варочной кислоты

Сырую кислоту перед использованием для варки целлюлозы укрепляют сернистым газом, выделяющимся при сдувках из варочного котла. За время варки в систему регенерации возвращается 45–65 % SO_2 от поступившего в котел с варочной кислотой. Кроме SO_2, в сдувочных газах содержатся водяные пары, инертные газы и летучие органические вещества, часть которых остается в кислоте. Одновременно с насыщением кислоты дополнительным количеством SO_2 в системе регенерации происходит нагрев кислоты частично за счет тепла сдувок, частично-за счет свежего пара. С тем чтобы хранить горячую кислоту с содержанием всего SO_2 до 9 %, в регенерации устанавливаются цистерны, работающие под давлением 1,5; 3,5 и 6 атм.

Необходимы следующие условия для получения варочной кислоты:

противоточное движение кислоты и сдувочных газов;

поглощение сдувочных газов кислотой достаточно холодной для улучшения абсорбции SO_2;

нагрев уже готовой варочной кислоты;

создание условий для хорошего контакта кислоты и поглощаемого газа (использование барботеров, различных насадочных колонн, эдукторов и т. п.);

уменьшение количества инертных газов, поступающих со сдувками, за счет вытеснения в варочном котле воздуха из щепы пропариванием и вакуумизацией ее, закачкой кислоты с применением прокачки ее по системе регенерация-варочный котел-регенерация и т. д.;

достаточная емкость баков и цистерн, обеспечивающих выравнивание крепости сырой и варочной кислоты. Общин запас кислоты должен быть не менее 36 ч (18 ч для сырой кислоты к 18 ч для варочной);

поддержание в регенерационных емкостях давления, превышающего требуемое, для состояния равновесия бисульфитных растворов;

равномерное поступление в систему кислоты и сдувочных газов;

отбор части горячей жидкости из варочного котла путем проведения перепусков из котла в котел или буферную емкость.

Схемы регенерации SO_2 и тепла сдувочных газов делятся на три группы:

1. Холодная регенерация — парогазовые сдувки после охлаждения их в теплообменнике, поглощаются сырой кислотой при атмосферном или чуть повышенном (до 0,25–0,5 атм) давлении. Крепость кислоты при этом достигает 5–6 % всего SO_2.

2. Горячая регенерация — парогазовые сдувки и жидкостные оттяжки направляются без охлаждения в регенерационные цистерны, где SO_2 поглощается при определенном давлении (3,5 атм). Крепость кислоты при этом достигает 8–9 % всего SO_2.

3. Комбинированная или холодно-горячая регенерация — парогазовые сдувки после теплообменников направлен на поглощение холодной кислотой, которая затем используется как охлаждающий элемент в теплообменниках. Кислота нагревшись за счет тепла сдувок, направляется в цистерны, где хранится при повышенном давлении. Крепость кислоты достигает 9–10 % всего SO_2.

ОБСЛУЖИВАНИЕ КИСЛОТНОГО ЦЕХА

Квалификационная характеристика рабочих

Бригада рабочих-кислотчиков обычно состоит из старшего кислотчика-оператора (6-й разряд для кислотных цехов производительностью более 1200 м^3 кислоты в сутки, 5-й разряд — от 600 до 1200 м^3, 4-й разряд — до 600 м^3) и подручного кислотчика (4-й разряд более 1200 м^3 кислоты в сутки, 3-й разряд — менее 1200 м^3).

Кислотчик должен уметь вести процесс приготовления варочной кислоты; регулировать работу всех агрегатов кислотного отдела (серных и колчеданных печей, насосов, эксгаустеров, поглотительной и очистной аппаратуры и т. д.) наблюдать за процессом горения серы или колчедана, крепостью и качеством башенной кислоты; соблюдать удельные нормы расхода основных химикатов.

Кислотчик должен знать режим и схему производства приготовления варочной кислоты; правила эксплуатации оборудования и коммуникаций; необходимое количество химикатов и воды; методы определения основных качественных показателей кислоты; местоположение вентилей и управление ими, правила пользования необходимыми контрольно-измерительными поборами; основные правила техники безопасности и производственной санитарии.

Кислотчик должен своевременно получать необходимые данные по химическим анализам кислоты; регулярно делать соответствующие записи, фиксирующие основные показатели работы кислотного цеха в журнале приема и передачи смен.

В кислотных цехах, работающих на колчедане, в состав бригады входят дробильщики и загрузчики колчедана (2-й разряд), которые должны знать основные правила дробления, сортирования и загрузки колчедана в печь и уметь вести процесс приготовления колчедана надлежащего качества и своевременной загрузки колчеданной печи.

При работе на турмах в состав работников цеха входят турмовщики (3-й разряд), которые занимаются периодической загрузкой турм известковым камнем, встряхиванием насадки турм, выгрузкой отработанного камня.

Основные правила технической эксплуатации

Необходимым условием нормальной работы цеха является максимально возможная степень чистоты в цехе. Масла и грязи на оборудовании и в цехе не должно быть.

Необходимо своевременно проводить планово-предупредительные ремонты, в намеченные сроки производить разборку, осмотр, чистку различного оборудования и его ремонт.

Кислотчик должен тщательно наблюдать за состоянием различных механизмов, газоходов и трубопроводов в своем цехе; своевременно оповещать дежурный ремонтный персонал (электриков, слесарей, шорников-смазчиков) о замеченных неисправностях, активно участвовать в устранении различных неполадок.

Работа кислотного цеха должна проходить по строго заданному определенному режиму, чтобы получить кислоту высокого и стабильного качества. Резкие колебания концентрации и количества газа и различных химикатов, подачи воды, уровень в емкостях недопустимы.

В случае каких-либо изменений в ходе процесса получения кислоты открывать или закрывать необходимые вентили или задвижки следует понемногу, поворачивая маховичок примерно на четверть оборота, чтобы не вызвать резких колебаний в составе приготовляемой кислоты.

Правильная дозировка различных химикатов имеет большое значение не только для получения продукта нужного качества, но и для их экономии. Используя современные способ автоматического контроля, дозирования и регулирования концентрации и количества химикатов, воды и т. д., кислотчик может получить кислоту высокого качества.

Однако независимо от наличия автоматических средств ведения процесса рабочий должен сам уметь налаживать работу различных узлов и агрегатов кислотного цеха как в процессе его работы, так и во время запуска.

После окончания предупредительного или капитального ремонта необходимо тщательно прочистить всю систему газоходов и трубопроводов, емкости, корпуса эксгаустеров и другое оборудование; проверить прокладки во фланцевых соединениях труб, сальники насосов и т. д.

Производственный контроль

Назначение производственного контроля

Для нормального ведения технологического процесса приготовления кислоты для сульфитной варки целлюлозы необходим постоянный контроль на всех этапах производства, начиная от сжигания серусодержащего сырья и кончая готовым продукта цеха — сырой кислотой.

Качественный и количественный состав химикатов и сырья, концентрация печного газа, температура, разрежение или давление на различных стадиях охлаждения и очистки газа, содержание основания и SO_2 в кислоте и т. д. — необходимые данные, которые должен знать кислотчик.

Современные кислотные цехи имеют высокий уровень автоматизации. Умение правильно использовать различные способы автоматического контроля и регулирования помогает кислотчику успешно вести сложный процесс приготовления кислоты хорошего качества, облегчает ручной труд и повышает культуру производства.

Часть необходимых контрольных измерений проводится силами цеховой или заводской лаборатории, но большая часть должна проводиться непосредственно кислотчиком через определенные промежутки времени и регистрироваться в специальном журнале.

Методы производственного контроля

Горение в печи контролируется по цвету пламени и температуре, определяемой посредством специальных приборов.

Анализ газа обычно производится аппаратом Рейха (рис. 34), который состоит из поглотительного сосуда А, аспиратора Б и мерного цилиндра В, соединенных между собой резиновыми трубками с зажимами. Перед анализом аспиратор Б доверху наполняют водой и проверяют плотность всех зажимов, так как при малейшей неплотности результаты анализа будут неверными. Далее при закрытом зажиме на трубке газохода выпускают избыток воды из аспиратора Б.

После этого в поглотительный цилиндр пипеткой вводят 100 мл воды, 10 мл 0,1 н. раствора йода и 1 мл крахмального раствора. В отверстие газохода вставляют специальную пробку с резиновой трубкой, открывают зажимы и газ пропускается через водный раствор при непрерывном встряхивании поглотительного цилиндра А до полного обесцвечивания жидкости.

Рис. 34. Аппарат Рейха:

А — поглотительный сосуд; Б — аспиратор; В — мерный цилиндр.

При поглощении SO_2 в сосуде происходит следующая реакция

SO_2 + I_2 + 2H_2O = H_2SO_4 + 2HI

После обесцвечивания зажим перед газоходом закрывают и в поглотительный сосуд вводят 10 мл 0,1 н. раствора йода, затем снова открывают зажим и газ засасывается до появления первого пузырька в поглотительном сосуде. Под отводную трубку аспиратора подставляют мерный цилиндр для воды и пропускают газ через аппаратуру до полного обесцвечивания раствора йода. Скорость поступления газа регулируют при помощи зажима. Замеряют количество вытекшей воды и температуру газового пространства в аспираторе и по таблице 14 определяют процент SO_2 в газе.

Для определения состава SO_3 в газе используют тот же метод только вместо йода берется 0,1 н. раствор NaOH и индикатор фенолфталеин. Процент SO_3 находится также по табл. 14.

Определение содержания SO_2 в газе, %

Таблица 14.

Давление и разрежение в системе измеряется тягомером (изогнутая стеклянная трубка, заполненная жидкостью, один конец которой соединяется с газоходом, а второй конец остается открытым). По разности уровней в обеих коленах тягомера определяется величина давления или разрежения.

Наличие сублимированной серы определяется путем введения внутрь газохода толстостенной пробирки, в которую при помощи двух трубок пропускают воду. Белый налет на наружной поверхности пробирки свидетельствует о наличия сублимированной серы.

Наличие пыли в газе определяется путем введения внутрь газохода фарфоровой палочки, на которой оседает пыль.

Состав известкового молока и других растворов основания может определяться ареометром, который представляет собой запаянную стеклянную трубку с грузом на нижнем конце. Трубка, погруженная в исследуемую жидкость, налитую в сосуд, находится в вертикальном положении. По шкале (в единицах удельного веса или в градусах Боме), нанесенной на корпусе ареометра, определяют показания прибора, так как в зависимости от плотности раствора степень погружения трубки различна.

Состав башенной кислоты определяют при помощи ареометра. По табл. 15, согласно показаниям ареометра, определяют содержание извести.

Другие способы определения состава кислоты и основания производятся химическим путем — титрованием.

Зависимость между составом кислоты и ее плотностью

Таблица 15.

Количество выработанной кислоты определяется по показаниям уровнемеров в емкостях или расходомеров на трубопроводах.

Прозрачность кислоты определяют высотой столба жидкости, налитой в цилиндр, под который подложен четкий печатный шрифт с размером букв 5 мм. Максимальная высота столба кислоты, выраженная в линейных сантиметрах, при которой можно прочесть шрифт, определяет степень прозрачности. Удовлетворительной для башенной кислоты считается прозрачность 12–20 см.

Большую помощь кислотчику в работе оказывает использование методов автоматического контроля и регулирования.

Автоматический контроль и регулирование

Автоматизация цеха включает в себя автоматический контроль, управление и регулирование.

Автоматический контроль заключается в непрерывной проверке тех или иных показателей, заданных технологическим режимом.

Автоматическое управление выполняет те же задачи, позволяя прекратить действие того или иного оборудования в случае необходимости.

Автоматическое регулирование поддерживает заданные параметры технологического процесса, осуществляет функцию управления и контроля.

К системам контроля и управления относятся визуальный контроль с ручным управлением, осуществляемый показывающими приборами, которые размещаются по месту измерения, централизованная система контроля с ручным управление, выполняемая на расстоянии и передающая показания на расстояние.

Современные контрольно-измерительные приборы, применяемые в кислотных цехах, делятся на следующие группы:

1. Указывающие приборы, требующие непосредственного наблюдения за положением стрелки или другого элемента на шкале.

2. Регистрирующие приборы (самопишущие), ведущие непосредственную запись показаний. В них применяется дисковая диаграммная или ленточная бумага (шириной 100–300 мм), закладываемая в прибор в виде рулонов. На бумаге прочерчивается в результате ведения процесса линия, которая характеризует положение (величину) нужного параметра в определенный момент.

3. Суммирующие или интегрирующие приборы автоматически суммируют показания измеряемой величины за определенный промежуток времени.

4. Специальные приборы, подающие световой или звуковой сигнал при достижении заранее установленного уровня.

5. Регулирующие приборы, автоматически поддерживающие на определенном уровне заданную величину или изменяющие ее по определенному режиму.

6. Приборы телеметрические имеют указывающую и регистрирующую часть на самом приборе и дублирующие показания на вторичном приборе, который находится на значительном расстоянии.

В современных кислотных цехах в связи с непрерывным характером работы предусматривается автоматизированное, централизованное управление на щитах и пультах, которые размещаются в специальном помещении.

На пультах имеется мнемосхема, на которой условными линиями показан весь технологический процесс с сигнальными лампами и ключами управления.

На щитах находятся вторичные приборы, которые регистрируют различные факторы технологического процесса; указатели положения всех основных задвижек и вентилей на газоходах, трубопроводах химикатов, воды и т. д., а также кнопки «пуск» и «стоп» приводов основного технологического оборудования.

Рассмотрим некоторые виды приборов, применяемых в кислотных цехах.

1. Для измерения температуры применяют:

приборы термомонометрические, использующие свойство различных веществ изменять свой объем в зависимости от температуры, — термометры ртутные, жидкостные, газовые;

приборы термоэлектрические, использующие изменение сопротивления и электродвижущей силы при пропускании тока через металлические устройства, которые находятся в контакте с измеряемой средой, — термометры сопротивления, термопары.

2. Для измерения давления применяют:

приборы, использующие разность давления в U-образном сосуде, заполненном жидкостью, возникающей при изменении давления, — тягомеры;

приборы, использующие изменение гибкой мембраны, разделяющей камеры низкого и высокого давления, — дифференциальные манометры.

3. Для измерения концентрации применяют электрические газоанализаторы; индукционные и мембрано-дифференциальные плотномеры.

4. Для измерения расхода жидкости, пара или газа применяют: приборы, измеряющие перепад давления в сужающем устройстве, встроенном в трубопровод. — диафрагмы и трубки Вентури;

приборы, использующие появление электродвижущей силы возникающей при полном заполнении движущимся потоком трубопровода, на котором смонтирован электромагнит, создающий магнитное поле в сечении трубы, типа 4РИ, 5РИ (расходомер индукционный).

5. Для измерения уровня жидкости применяют:

приборы, использующие изменение поплавка в зависимости от уровня жидкости в емкости, — поплавковые уровнемеры;

приборы, измеряющие давление столба жидкости, — пружинные манометры.

6. Для измерения pH применяют приборы, использующие изменение величины потенциала, возникающего на электроде, погруженном в испытываемую среду в зависимости от pH среды, типа ДП-2 (датчики погружного типа) и т. д.

7. Для регулирования расхода сырья и химикатов, воды, пара, газа и температуры применяются пневматические регулирующие устройства и мембранно-регулирующие механизмы, электрические газоанализаторы с регулятором.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ КИСЛОТНОГО ЦЕХА

Правильный выбор оборудования и схемы для приготовления кислоты, а также эксплуатация без нарушения технологического режима является залогом экономичной работы кислотного цеха.

Расход серусодержащего сырья и основания на 1 т целлюлозы зависит от сорта вырабатываемой целлюлозы (табл. 16).

Расход серусодержащего сырья и основания

Таблица 16.

Примечания:

Сера ГОСТ 127–61.

Колчедан ГОСТ 441–51, содержание серы 45 %.

• Известковый камень с содержанием CaO 12 %.

•• Каустический порошок магнезита с содержанием MgO 10 %.

••• Кальцинированная сода с содержанием Na_2CO3 16 %.

•••• аммиак, считан на 100 % NH_2.

Расход башенной кислоты на 1 т целлюлозы зависит от сорта вырабатываемой целлюлозы и вида древесины (табл. 17).

Расход башенной кислоты

Таблица 17.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При работе в кислотном цехе, как и в любом другом цехе целлюлозно-бумажного производства, необходимо руководствоваться следующими основными правилами:

1. Содержать в чистоте рабочее место, не допуская захламленности и грязи, так как можно загрязнить кислоту, легко поскользнуться и упасть.

2. Следует носить спецодежду в соответствии с физико-гигиеническими и защитными свойствами, специфичными для данного цеха.

3. Не ремонтировать, не чистить и не смазывать движущиеся части на ходу.

4. Во время работы механизма не заходить за ограждения.

5. При необходимости подняться вверх или спуститься — пользоваться прочными лестницами.

6. При пуске оборудования оповещать других рабочих условным сигналом.

7. При использовании пара для очистки оборудования, отогрева замерзших трубопроводов, прежде чем открыть пар, проверить надежность крепления шланга к паровой трубе; вентиль на паропроводе следует открывать медленно.

8. Пользоваться исправными переносными лампами, пусковыми устройствами и прочим электрооборудованием.

9. При работе на высоте более 3 м над уровнем земли, а также в емкостях, колодцах и т. д. необходимо пользоваться специальными предохранительными поясами.

Кроме выполнения обычных правил техники безопасности, работающим в кислотных цехах приходится иметь дело с профессиональными вредностями и опасностями, характерными для этого производства.

Воздух в помещении может быть загрязнен колчеданной пылью, сернистым ангидридом и т. д. При работе с аммонийным основанием возможны взрывы аммиачных паров. Имеется аппаратура и трубопроводы, работающие под значительном давлением (башни давления, теплообменники, воздухо-, газо-паропроводы и т. д.).

Следует учитывать возможность загорания серы от искр, которые могут возникнуть в случае небрежного обращения с огнем, использования различных дробилок серы, выполненных из искрящих материалов.

Во избежание ожога брызгами расплавленной серы необходимо тщательно следить за своевременной набивкой сальников, исправностью прокладок серопроводов, форсунок и серных насосов.

При эксплуатации электрофильтров следует помнить о необходимой предосторожности при работе с током высокого напряжения.

Во время работы эксгаустера необходимо своевременно отводить жидкость из его корпуса, следить за тем, чтобы не было вибрации крылатки, а также за давлением и разрежением в газоходах.

Кислотчику нужно тщательно следить за герметичностью всех соединений трубопроводов химикатов, арматуры и аппаратов.

При чистке и осмотре сводов колчеданной печи нужно пользоваться респиратором, предохранительными очками и рукавицами.

Во избежание выделения вредных газов сборники селенового шлама, система очистки, охлаждения и поглощения газа обычно находятся под разрежением.

В случае работы под давлением необходимо обеспечить особо надежную герметичность всей системы.

При встряске камня в турме запрещается выбирать камень руками и находиться близко у люка. Перед началом загрузки камня в турму следует убедиться в отсутствии внутри турмы людей.

Некоторое оборудование кислотного характеризуется выделением большого количества тепла (плавильники серы, печи, газоходы), поэтому следует остерегаться ожогов.

В кислотных цехах должны периодически проводиться исследования воздушной среды помещений. Предельно допустимая концентрация SO_2 в воздухе рабочей зоны 10 мг/м^3, серной и колчеданной пыли — 2 мг/м^3.

Необходимо носить при работе в цехе рабочий костюм из грубошерстного сукна для защиты от вредного воздействия кислоты.

Для защиты органов дыхания от вредных газов и пыли следует пользоваться противогазами и респираторами.

Респираторы применяются дли очистки воздуха от пыли и газа при сравнительно небольших концентрациях газа.

Для защити от воздействия сернистого ангидрида значительной концентрации применяются промышленные противогазы марки В с желтой коробкой, а в случае концентрации газа, в тысячи раз превышающей предельно допустимую, — аварийный противогаз БОАМB-1.

В цехе должна быть аптечка первой помощи пострадавшим с необходимыми медикаментами, снабженными ярлыками с четко обозначенными названиями.

ЛИТЕРАТУРА

Несемин Н. Н. Технология целлюлозы. М., Гослесбумиздат, 1956.

Козмал Ф. Производство бумаги в теории и практике М., изд-во «Лесная промышленность», 1964.

Справочник бумажника, т. 1, М., изд-во «Лесная промышленность», 1964.

Баранов Н. А. Пособие кислотчику. М., Гослесбумиздат, 1963.

Элиашберг М. Т. Спутник кислотчика сульфитцеллюлозного завода. Л., Гослестехиздат, 1935.

Content

В. С. Потапов, В. Е. Шамко
ПОСОБИЕ КИСЛОТЧИКУ СУЛЬФИТНО-ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

СОСТАВ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

ХИМИКАТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Химикаты для приготовления кислоты

Хранение сырья и химикатов

ТЕОРИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Сжигание серусодержащего сырья

Сжигание колчедана и состав газовой смеси

Очистка и охлаждение газа

Поглощение сернистого газа и получение сырой кислоты

ОБОРУДОВАНИЕ КИСЛОТНОГО ЦЕХА

Оборудование для сжигания серусодержащего сырья

Оборудование для охлаждения и очистки печных газов

Оборудование для получения кислоты

Вспомогательное оборудование

Антикоррозийная защита

Пароэжекторные установки

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Технология охлаждения и очистки печных газов

Технология приготовления кислоты

Приготовление кислоты на кальциевом основании

Приготовление кислоты на магниевом основании

Приготовление кислоты на натриевом основании

Приготовление кислоты на аммониевом основания

Получение кислоты на смешанном основании

Укрепление башенной кислоты

Сбор селена

Устройство кислотных цехов

Приготовление варочной кислоты

ОБСЛУЖИВАНИЕ КИСЛОТНОГО ЦЕХА

Квалификационная характеристика рабочих

Основные правила технической эксплуатации

Производственный контроль

Автоматический контроль и регулирование

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ КИСЛОТНОГО ЦЕХА

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

ЛИТЕРАТУРА