Файл: Амелин, А. Г. Производство серной кислоты учебник.pdf

Рис. 62. Контактный аппарат с добавлением холодного газа после первого слоя:

I—V — слои контактной массы; / —3 — промежуточные теплообменники; 4 — смесители; 5 — слои кварца (15—20 мм)

обменникам и внутри них, что имеет большое значение для дости­ жения высокой степени превращения.

Контактный аппарат с выносными теплообменниками произво­ дительностью 1000 т/сут H2S 0 4 показан на рис. 64. Его диаметр — 12 м, общая высота — 22 м.

SO;

а)

Рис. 63. Контактный аппарат с добавлением воздуха после первого слоя:

а — с внешними теплообменниками; б — с кольцеобразным (внутренним) теплооб­ менником; 1 — слои контактной массы; 2 — внешние теплообменники; 3 —

кольцеобразный теплообменник; 4 — промежуточный холодильник

В контактном аппарате с кипящими слоями контактной массы газ последовательно проходит снизу вверх через слои контактной массы, расположенные на газораспределительных решетках 2 (рис. 65). Избыточное реакционное тепло отводится при помощи теплообменных элементов 3. Верхняя часть аппарата расширена и снабжена отбойником 5 для уменьшения уноса катализатора из. слоя.

Газораспределительные решетки представляют собой колпачко­ вые решетки, доля живого сечения в которых составляет 6%; на них расположена ванадиевая контактная масса с зернами разме ром 0,75—1 мм. Температура газа на входе в аппарат 300—350° С, гидравлическое сопротивление 800—900 мм вод. ст., общая степень превращения 95—98%. Потери контактной массы вследствие ее истирания в процессе интенсивного перемешивания в кипящем слое составляют 10% за 1 год (установлено на основании пятилетнего опыта работы промышленного аппарата).

С начала разработки контактного способа производства серной кислоты сконструировано большое число разнообразных контакт­ ных аппаратов. Они отличаются конструкцией, расположением по­ лок с контактной массой, устройством теплообменников и их разме-

117

тцением, приспособлениями для распределения газа по сечению контактного аппарата, устройствами для смешивания холодного таза или воздуха, добавляемых для понижения температуры газо­ вой смеси после выхода из слоев контактной массы, и т. д. Обшир­ ные исследования в области усовершенствования конструкций кон­ тактных аппаратов непрерывно проводятся во многих странах, по-

скольку процесс окисления S 0 2 до S 0 3 является наиболее важной стадией контактного процесса. Аппаратурное оформление и техно­ логический режим контактного отделения определяются коэффи­ циентом использования сырья (зависит от степени превращения), расходом электроэнергии (зависит от гидравлического сопротивле­ ния контактного аппарата) и другими технико-экономическими по­ казателями сернокислотных систем.

Теплообменник представляет собой стальной вертикальный ци­ линдр с верхней и нижней решетками 1 (рис. 66), в которые ввальцованы цельнотянутые стальные трубы. Внутри корпуса для более равномерного распределения газа по сечению межтрубного про­ странства и увеличения коэффициента теплопередачи горизонталь­ но расположены перегородки 2 или решетки. Горячий газ (SO3) из контактного аппарата проходит по трубам теплообменника

J 18

сверху вниз противотоком сернистому газу, поступающему снизу в межтрубное пространство (или наоборот).

Если обжиговый газ, поступающий в контактное отделение, со­ держит туман серной кислоты, то она частично осаждается в меж­ трубном пространстве теплообменника, из-за чего стенки труб бы­

из ангидридного холодильника используют для отопления помеще­ ний или для других целей.

Подогреватель наиболее распространенного типа показан на рис. 68. Топка 4 сложена из огнеупорного кирпича и представляет собой прямоугольную камеру, в которую через отверстие 3 форсун­ кой вдувается жидкое топливо или газ. Продукты горения смеши­ ваются с воздухом, засасываемым через окна 2 и 5, и при 650—700° С поступают в шахту 1. Отсюда топочные газы через чу­ гунную или стальную футерованную трубу 6 направляются в сталь­ ную приемную камеру 7 подогревателя, перекрытую чугунной крышкой 8 и футерованную огнеупорным кирпичом.

Теплообменник (подогреватель) 11 представляет собой стальной цилиндр с верхней и нижней решетками, в которые ввальцованы

119-'

трубки; он установлен на кирпичном фундаменте. Иногда над верх­ ней решеткой находится куполообразный свод 9 с отверстиями раз­ мером 80X80 мм, предназначенный для равномерного распределе­ ния газа по сечению подогревателя. Топочные газы проходят подо­ греватель сверху вниз, отдавая тепло сернистому газу, идущему противотоком в межтрубном пространстве, охлаждаются до •300—350° С и выходят в дымовую трубу. Сернистый газ при 50—60°С поступает снизу в межтрубное пространство подогрева­ теля и, проходя снизу вверх противотоком топочным газам, движу­ щимся по трубам, нагревается до 450—500° С.

ха

Описанный подогреватель имеет малые размеры, быстро вводит­ ся в рабочий режим, процесс подогрева легко регулируется и т. д. Однако такой подогреватель может быть рекомендован только для непродолжительной работы, иначе в верхней трубной решетке под действием горячих топочных газов образуются трещины, через ко­ торые происходит утечка газа. Если по недосмотру топочные газы поступят в камеру 7 при чрезмерно высокой температуре, верхняя трубная решетка перегорает и подогреватель выходит из строя.

120

При контактировании газа с низким содержанием S02 требуется постоянный подогрев. В этих случаях устанавливают подогревате­ ли с чугунными трубами U-образной формы. Они помещаются в кирпичной камере, куда поступают горячие газы из топки подо­ гревателя.

На некоторых заводах контактные аппараты разогреваются то­ почными газами, образующимися при сжигании газового топлива. Продукты его сгорания не оказывают вредного действия на кон­ тактную массу, если температура топочных газов достаточно высо­ кая и обеспечена полнота сжигания топлива; для этого в топке не­ обходимо автоматически поддерживать температуру 1100—1200° С. По выходе из топки газы разбавляют воздухом для снижения их температуры перед подачей в контактный аппарат.

На отдельных заводах применяют простые и дешевые электри­ ческие подогреватели, имеющие малые размеры; эти приборы бы­ стро приводятся в рабочее состояние и легко регулируются. Несмот­ ря на большой расход электроэнергии установка электрического подогревателя иногда экономически целесообразна, так как подо­ греватель на контактных заводах включается очень редко, обычна во время пуска, когда часть электрооборудования отключена или работает с недостаточной нагрузкой и в цехе имеется резерв элек­ трической мощности.

Технологический режим окисления S 0 2 до S 0 3. Показателем работы контактного отделения служит степень окисления и воз­ можность работы без подогревателя (автотермичность процесса). Степень окисления определяется температурным режимом аппара­ та, который зависит от количества и концентрации поступающего-

устойчивой и режим работы нарушится Обычно концентрацию S 0 2 поддерживают на уровне 7—7,5%. Тепло реакции расходуется в ос­ новном на нагревание поступающего газа.

Концентрацию газа и его температуру измеряют каждый час.. Особенно тщательно следят за температурой на входе в первый слой, так как понижение ее может вызвать прекращение процесса окисления в первом слое контактной массы и нарушение баланса тепла в системе, что в конечном счете выведет контактный аппарат из строя.

На рис. 62 была показана схема контактного аппарата с вводом холодного газа после первого слоя и промежуточными теплообмен­ никами после остальных слоев. Ниже приводятся данные об опти­ мальном режиме такого аппарата при концентрации в поступаю­ щем в него газе: S 0 2—7%, 0 2—11,3% и температуре добавляемого

1 2 1 :