Файл: Технология гидролизных производств учебник..pdf

Температура газа, в зависимости от конструкции печи, находится в пределах 1000— 1200° С.

Серный колчедан перед сжиганием измельчают до зерен разме­ ром 3—5 мм в дробилке, сортируют на цилиндрическом сите и ос­ тавшиеся крупные куски размалывают в вальцовой мельнице.

При горении колчедана образуется сернистый ангидрид и так называемый пиритный огарок:

4FeS2+ 1102— 8SÜ2+ 2 F e 20 3.

Теоретическая концентрация S 0 2 в газе составляет 16,2%, прак­ тически же она не превышает 8 — 1 0 %.

Сжигают серный колчедан в многоэтажной печи, представляю­ щей собой вертикальный цилиндр, по оси которого проходит вал. Цилиндр внутри, а вал снаружи футерованы огнеупорным кирпи­ чом. Печь разделена на 5— 10 этажей. В каждом этаже на валу закреплены весла (ручки), на которые насажены гребки. Верхний этаж называют сушильным, остальные — рабочими. Над верхним этажом установлен бункер для подачи колчедана. Воздух подается в печь через отверстия, расположенные в нижней части.

При очень медленном вращении вала (1 оборот за 2 мин) вместе с ним поворачиваются весла и при помощи гребков перемешивают и перемещают колчедан, поочередно меняя направление, по этажам: на одном этаже от центра к периферии, на следующем — от перйферии к центру и т. д. Соответственно на каждом этаже имеются сквозные отверстия, расположенные на периферии или у вала, через которые колчедан пересыпается с этажа на этаж.

На верхнем этаже колчедан подсушивается выходящим газом, на остальных этажах происходит его горение. Из нижнего этажа вы­ сыпаются прогоревшие огарки, а газ с температурой 600—700° С выводится через окно, расположенное в верхнем, сушильном, этаже.

В последнее время получает распространение способ сжигания колчедана в «кипящем слое».

Полученные при сжигании серы или колчедана газы содержат различные примеси. Механические примеси представляют собой пы­ левидные частицы колчедана и огарка, увлеченные из печи пото­ ком газа. К химическим примесям относятся серный ангидрид SO3, селен Se и селенистый ангидрид S e02, мышьяк, присутствую­ щий в виде A S 20 3, и сублимированная сера.

Наиболее опасными из перечисленных примесей являются селен и селенистый ангидрид: уже при их концентрации 0,65 ла/л проис­ ходит почти полное окисление S 0 2 в SO3 :

Se0 2+ 2 S 0 2-^ 2 S 0 3+ S e .

Элементарная сера также катализирует реакцию окисления S 0 2, однако она действует значительно слабее, чем селен. Мышьяк, хотя и не влияет на стабильность варочной кислоты, но, накап­ ливаясь в белковых кормовых дрожжах, выращиваемых на суль­ фитных щелоках, может привести к отравлению животных, если в их кормовой рацион добавить дрожжи.

104

Для удаления механических примесей газ пропускают через элек­ трофильтры. Электрофильтр представляет собой выложенную из кирпича камеру, в которой подвешены натянутые на металлический каркас проволочные сетки (осадительные электроды). Между сет­ ками натянуты на растяжках электроды из хромоникелевой про­ волоки (коронирующие электроды). К последним подводят посто­ янный ток отрицательного заряда напряжением 50 000 В. Осади­ тельные электроды заземляют, в результате чего при прохождении тока с отрицательным зарядом по коронирующим электродам сетки заряжаются положительно.

Газ поступает в электрофильтры с температурой около 500° С. При прохождении газа между сетками со скоростью около 0,5 м/сек содержащиеся в нем твердые частицы приобретают от коронирующих электродов отрицательный заряд и притягиваются положи­ тельно заряженными сетками. Степень очистки газа 95—98%. Для удаления с сеток осевшей пыли камеру периодически обесточивают

исетки встряхивают с помощью кулачковых валов. Пыль падает

вбункер и удаляется из камеры.

Очистка газа от химических примесей требует его предваритель­ ного охлаждения до температуры 35—40° С. При такой температуре и увлажнении газа серный ангидрид и образующаяся серная ки­ слота конденсируются в капельки тумана, в которых растворяется селенистый ангидрид.

До температуры 150° С газ охлаждают в оросительном аппарате, в котором распыленная с помощью форсунки вода проходит через газ, или в барботируЮщем аппарате, в котором газ проходит через слой воды. Для снижения потерь с промывной водой повышают ее температуру и эту воду многократно используют. Далее газ очи­ щают на 2-й ступени электрофильтра. Для дальнейшего охлажде­ ния газ проходит через холодильники.

Кислоту, содержащую кальциевое основание, приготовляют в ки­ слотной башне, представляющей собой несколько сужающийся кверху цилиндр (высота 30—40 м, нижний диаметр 2—2,5 м, верх­ ний диаметр 1,5—2 м), выполненный из железобетона, футерован­ ного кислотоупорными плитками. На высоте 3—7 м от дна башни установлена колосниковая решетка (ложное дно), на которую через отверстие в верхней части башни загружают известняк. Сверху на­ сосом в башню подается вода, орошающая ее равномерным пото­ ком по всему сечению. Снизу в башню поступает охлажденный очищенный газ. Вода, стекая по известняку, насыщается поднимаю­ щимся вверх SO2 . Одновременно в образующейся сернистой ки­

слоте растворяется часть известняка:

S 0 2 + H 20 — H2S 0 3;

CaC03 -f-2H2S03 — Ca(HS03)2 + C 0 2- f H20 .

Для уменьшения потерь S 0 2 и повышения его концентрации

в кислоте последовательно соединяют две башни.

105

Воду, поступающую в башню, охлаждают в пароинжекционных установках или берут из артезианских скважин.

Полученная кислота называется с ыр о й к и с л о т о й . В ней содержится 3—4% всего S 0 2 и 1,2— 1,4% связанного S 0 2. Для по­

вышения крепости кислоты в нее направляют сдувочные газы из ва­ рочного котла, содержащие неиспользованный при варке S 0 2. Ук­ репленная S 0 2 кислота называется варочной кислотой.

Существуют два способа регенерации S 0 2 из сдувочных газов:

холодный и горячий. При холодной регенерации сдувочные газы охлаждают в теплообменниках до температуры 35—40° С, после чего направляют в нижнюю часть поглотительного бака, в который из башни поступает сырая кислота. При горячей регенерации газы направляют в находящийся под давлением поглотительный бак, в ко­ тором тепло газов используется для нагрева кислоты.

В результате укрепления кислоты сдувочными газами концент­ рация всего S 0 2 достигает 7—8 % при концентрации связанного S 0 2 0,9— 1,1%.

Для получения кислоты на натриевом основании соду предвари­ тельно растворяют в баке и раствор с концентрацией Na20 около 2 0 г/л насосом подают на орошение башни, заполненной инертной

насадкой (булыжником, деревянными шашками) или кольцами Рашига.

Для приготовления кислоты на магниевом основании водную су­ спензию магнезита M gC03 с концентрацией около 25% гидрати­

руют в течение нескольких часов, после чего очищают от крупных взвешенных частиц и в виде раствора с концентрацией 15—30 г/л подают в барботажную установку. На одном из отечественных за­ водов эта установка состоит из двух последовательно соединенных абсорберов, представляющих собой насадочную и ситчатую ко­ лонны. В первом абсорбере раствором гидроокиси магния поглоща­ ется из газа 30—40% S 0 2, во втором — остальное количество.

Применяемые в настоящее время варианты сульфитных варок подразделяются на одноступенчатые и двухступенчатые. Общая характеристика одноступенчатых варок дана в табл. 1 1 .

Двухступенчатые варки проводятся с варочными растворами, обычно содержащими магниевое или натриевое основание, и де­ лятся в свою очередь на две подгруппы. В первой подгруппе вели­ чина pH варочного раствора на первой ступени варки больше, чем на второй. Например, на первой ступени при температуре 110° С щепа обрабатывается растворами бисульфита натрия (pH 4), или смеси бисульфита и сульфита натрия (pH 6 ), или раствором моно­ сульфита натрия (pH 8 ). По окончании такой обработки и удале­

нии свободно стекающей жидкости вводят водный раствор S 0 2, который вместе с оставшимися в щепе сернист'окислыми солями

106

107

образует нормальную варочную кислоту, и проводят вторую сту­ пень варки при температуре 135° С и выше.

При двухступенчатых варках второй подгруппы величина pH ва­ рочного раствора на первой ступени меньше, чем на второй. Один из режимов проведения такой варки следующий: на первой ступени щепу обрабатывают нормальной варочной кислотой (pH 1,5) на на­ триевом, основании или раствором бисульфита натрия (pH 4), да­ лее, после сдувки газа и удаления свободно стекающей жидкости, вводят концентрированный раствор соды (pH 8 —9) и проводят вто­

рую ступень варки при температуре 150— 170° С.

Режимными условиями проведения сульфитной варки определя­ ется возможность получения товарных продуктов из образующихся сульфитных щелоков. Органические вещества сульфитных щелоков одноступенчатых сульфитных варок могут быть утилизированы пол­ ностью, а одноступенчатых бисульфитных варок и некоторых вари­ антов двухступенчатых варок — частично.

Варку проводят в варочном котле, представляющем собой сталь­ ной цилиндр, переходящий в верхней и нижней частях в конусы (угол верхнего конуса 90°, нижнего 60°). Объем котла колеблется в пределах 130—320 ж3, отношение высоты к диаметру — в преде­ лах 2,5—2,8. Высота котла емкостью 280 ж3 составляет около 17 ж, диаметр 6 ж.

Учитывая агрессивные условия сульфитной варки, внутреннюю поверхность котла защищают от действия кислоты и кислых паров. Например, поверхность котла обмуровывают бетоном (толщиной 70—-150 жж), по которому на подмазке укладывают кислотоупор­ ные керамические плитки толщиной 35—40 мм. Швы между плит­ ками промазывают кислотостойкой замазкой (свинцовым глетом на глицерине или жидким стеклом). Иногда укладывают трй ряда ки­ слотоупорных плиток без бетонного слоя под ними. При такой за­ щите внутренней поверхности котла теряется от 7 до 15% его полезного объема. Поэтому в последнее время применяют биме­ таллические котлы, в которых в корпус котла впрессован лист высоколегированной кислотоупорной стали толщиной 4 жж.

Щепа в котел загружается через верхнюю горловину, а целлю­ лоза выгружается через нижнюю. Котел снабжен системой штуце­ ров для подачи кислоты и пара, удаления сдувочных газов, отбора и циркуляции сульфитного щелока. Для предотвращения потерь волокна со сдувочными газами и отбираемой жидкостью в верхней горловине котла устанавливают цилиндрическое сито, а внутри котла — соединенные с соответствующими штуцерами кольцевые сетки.

Отсортированная щепа поступает в бункер, емкость которого составляет 1,5—2 объема котла, и из него через верхнюю горло­ вину попадает в котел. При свободной засыпке щепы в 1 ж3 ем­ кости котла будет находится в среднем 0,35 пл. ж3 щепы. Щепу

можно загрузить в большем количестве, если применить специаль­ ные уплотнители, с помощью которых загружаемая в котел щепа увлекается струей сжатого воздуха или пара и, ориентируясь в по­

108