ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 5
центраторы и грубы Вентури, для концентрирования по второму способу — дефлегматоры, в которых производится кипячение кисло
ты в реторте с отводом паров H2S 0 4 в дефлегматорную |
колонну, |
где происходит ее концентрирование. |
|
Аппараты для концентрирования по первому способу обладают |
|
следующими преимуществами: в них создаются хорошие |
условия |
для теплообмена и кислота не доводится до кипения. Расход топ лива на концентрирование снижается. Кроме того, при движении газов над поверхностью серной кислоты интенсивно удаляются вы деляющиеся пары воды, что способствует ускорению процесса кон центрирования. В аппаратурном оформлении и в подборе соответ ствующих материалов для изготовления аппараты этого типа также имеют преимущества. Их недостатки — частичное загрязнение сер ной кислоты топочными газами, что вызывает необходимость при менять в топках высококачественное топливо (кокс, мазут, антра цит, горючие газы), дающее более чистые продукты горения.
Аппараты для концентрирования с внешним обогревом обла дают тем преимуществом, что в них получается кислота с концен трацией до 98% H2S 0 4 (чего нельзя достичь в аппаратах с непо средственным соприкосновением газа и кислоты). В этих аппаратах топочные газы не соприкасаются с серной кислотой и не загрязня ют ее в процессе концентрирования, поэтому в их топках можно сжигать низкосортное топливо. Однако эти аппараты имеют суще ственный недостаток, заключающийся в сложности подбора таких материалов, которые одовременно обладали бы большой стойко стью к горячей серной кислоте, теплопроводностью и были бы тер мически стойкими. Кроме того, в этих аппаратах увеличивается расход топлива, так как коэффициент теплопередачи через стейку меньше, чем при непосредственном соприкосновении газа и концен трируемой жидкости.
Концентрирование серной кислоты проводят в настоящее время обоими способами.
§ 49. Физико-химические основы процесса концентрирования
При нагревании водных растворов серной кислоты состав полу чающейся газовой фазы и состав жидкой фазы неодинаковы — га зовая фаза содержит больше воды, чем жидкая (см. рис. 3). По этому при нагревании водных растворов серной кислоты в газовую фазу переходит больше паров воды, чем серной кислоты, в резуль тате чего концентрация H2S 0 4в растворе повышается. Соотношение концентрации серной кислоты в газовой и в жидкой фазах может быть рассчитано по значениям общего давления паров и давления насыщенного пара серной кислоты и водяных паров [см. уравнение (11) и значения коэффициентов А и Б, стр.].
Из рис. 3 следует, |
что с повышением |
концентрации серной кис |
лоты разность между |
содержанием H2S |
0 4 в жидкой газовой фа- |
162
зах уменьшается. Так, если пары над 80%-ной серной кислотой со держат только следы H2SO4, то над 90%-ной серной кислотой кон центрация H2S 0 4 в парах составляет примерно 10%, а над 98,3%-ной серной кислотой состав жидкой и газовой фаз одинаков. Отсюда следует, что при упаривании серной кислоты ее концентра ция постепенно повышается до 98,3% H2S 0 4 и при дальнейшем на гревании остается постоянной. Таким образом, упарить серную кис лоту до концентрации выше 98,3% H2S 0 4 невозможно.
Состав газовой фазы над серной кислотой, имеющей концентра цию более 98,3% H2S 0 4 (т. е. над моногидратом и олеумом), так же отличается от состава жидкой фазы; газовая фаза содержит больше H2SO4 или SO3, чем жидкая фаза. Поэтому в процессе упа ривания высококонцентрированной серной кислоты и олеума содер жание H2S 0 4 в растворе понижается и по достижении 98,3% H2SO4 остается постоянным.
|
При |
концентрирова |
|
|
|
|
|
|
|||
нии серной |
кислоты про |
Конечное |
содержание |
n2 S04, % |
|
|
|
||||
текают два основных про |
90 |
91 94 |
96 |
15132 |
|
|
|||||
цесса: |
|
передача |
тепла |
|
|
|
|
|
|||
кислоте и испарение воды. |
|
|
|
201,6 |
|
|
|||||
Расход тепла складывает |
|
|
|
|
|
|
|||||
ся |
при |
этом |
из |
следую |
|
|
|
252.0 |
£ ё |
||
щих статей: |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
302,4 |
|
|
||||
|
1) тепло, необходимое |
|
|
|
s I |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
для нагревания |
кислоты |
|
|
|
352.8 |
||||||
от исходной |
температуры |
|
|
|
|
с; |
$ |
||||
до |
температуры |
концен |
|
|
|
003,2 |
|||||
|
|
|
Си |
Э - |
|||||||
трирования, |
|
|
|
|
|
|
5 Ь |
||||
|
|
|
|
|
0 5 3 ,5 , |
|
|
||||
|
2) |
тепло |
дегидрата |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ции, необходимое для уда |
|
|
|
500.0 |
|
С : |
|||||
ления воды из разбав |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
550 4 . |
|
|||||||
ленной серной кислоты, |
|
|
|
|
|||||||
|
3) |
тепло, |
расходуемое |
|
|
|
600.8 |
|
|
||
на |
испарение удаляемой |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
воды (теплота парообра |
|
|
|
|
|
|
|||||
зования), |
|
|
|
|
концентрирования t °С |
> |
|
||||
|
4) |
потери |
тепла в ок |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ружающую среду. |
|
Рис. 86. Номограмма для определения обще |
|||||||||
|
При |
упаривании сер |
го расхода тепла для концентрирования кис |
||||||||
ной кислоты |
одновремен |
|
лоты |
|
|
|
|||||
но |
с |
испарением |
воды |
|
|
|
|
|
|
происходит также испарение H2S 04, приводящее к ее потерям. Ко личество испаряемой серной кислоты тем больше, чем выше содер жание H2S04 в растворе. В современных концентрационных установ ках это количество невелико, поэтому в общем тепловом балансе его обычно не учитывают.
Примерный расход тепла для концентрирования с достаточной для заводской практики точностью и без учета потерь в окружаю щую среду можно определить по номограмме (рис. 86).
11* |
163 |
Приводим пример расчета расхода общего количества тепла для концентриро вания 76%-ной серной кислоты до 92%-ной при температуре концентрирования
220° С.
От точки, соответствующей начальной концентрации кислоты 76% H2S0 4 на
левой оси ординат, ведут нисходящую линию параллельно наклонной линии до пересечения с вертикалью, опущенной из точки, отвечающей конечной концентра ции 92% H2S0 4 (на верхней шкале). Из точки пересечения наклонной и вертикали
проводят горизонтальную линию до ее пересечения с перпендикуляром, восставлен ным из точки 220° С — температуры концентрирования (см. на нижней оси абс цисс). Затем ведут восходящую наклонную параллель до пересечения ее с правой осью ординат. Точка на этой оси (примерно 260 тыс. ккал, или около 1,1 МДж) соответствует количеству тепла, расходуемому на получение 1 т концентрирован
ной (92%-ной) серной кислоты (из 76%-ной).
§ 50. Концентрирование при непосредственном соприкосновении горячих газов с кислотой
Установка с барботажным концентратором. Наибольшее рас пространение получила установка для концентрирования серной кислоты в барботажных аппаратах. Она состоит из топки 2 (рис. 87) и концентратора 3, который Представляет собой горизон тальный цилиндр (барабан), разделенный вертикальными перего родками на три камеры. Разбавленная серная кислота поступает
Рис. 87. Схема установки с барботажным концент ратором:
/ — воздуходувка; 2 — топка; |
3 — барботажный |
концент |
ратор; 4 — электрофильтр; |
5 — холодильник |
кислоты; |
6 — сборник кислоты; 7 — насос |
|
в третью (по ходу газа) камеру и по внутренним каналам в пере городках постепенно перетекает из третьей камеры во вторую и за тем в первую. Горячие газы из топки последовательно движутся по трубам и коленам и барботируют через слой кислоты в каждой камере концентратора. При этом создается тесный контакт газа и кислоты, благодаря чему между ними происходит интенсивный теплообмен. По мере перетекания из камеры в камеру кислота по степенно нагревается, давление пара над ней повышается, вода ис паряется и концентрация H2S 0 4 в растворе кислоты увеличивается.
164
а |
В первой камере температура кислоты |
достигает 230—250° С, |
ее концентрация 93—95% H2SO4. Поэтому одновременно с водой |
||
в |
этой камере испаряется и серная кислота. |
Благодаря интенсив |
ному теплообмену газ, выходящий из первой камеры, насыщается парами H2SO4 (до 50 г/м3). Во второй камере давление насыщенно го водяного пара над разбавленной серной кислотой выше, чем в газах, поступающих в эту камеру. Поэтому здесь происходит испа рение воды и, следовательно, кислота несколько концентрируется. Давление насыщенного пара H2S 0 4 во второй камере в сотни раз меньше, чем в поступающем газе, поэтому во второй камере пары серной кислоты конденсируются.
До 40 г/м3 этой кислоты (при нормальных условиях) конден сируется в объеме с образованием тумана, который осаждается в электрофильтре 4. Конденсат из электрофильтра возвращается в концентратор. Концентрированная серная кислота вытекает из пер вой камеры, проходит холодильник 5, поступает в сборник 6 и за тем на склад.
Барботажный концентратор представляет собой горизонтальный стальной цилиндр, футерованный изнутри кислотоупорным кирпи чом. В первой камере концентратора установлены три барботажные трубы, во второй — одна труба. Барботажные трубы первой камеры изготовлены из хромистой стали и в нижней части имеют зубцы для лучшего распределения газа в кислоте. Во второй каме ре барботажная труба состоит из двух частей: верхней — из хро мистого чугуна и нижней — из ферросилида. Для перехода газа из одной камеры в другую в каждой перегородке предусмотрено по три барботажных ферросилидовых колена.
Из топки газ поступает одновременно в первую (до 60%) и вто рую камеры. Температура газа, входящего в первую камеру, до стигает 900° С. Концентрируемая кислота поступает в третью ка меру и через специальные каналы в перегородках перетекает во вторую, а затем в первую камеру, из которой выдается в виде про дукции.
Газ, поступающий в концентратор, не должен содержать про дуктов неполного сгорания топлива, иначе увеличиваются потери серной кислоты из-за восстановления части кислоты до S 0 2 при нагревании. Кроме того, недостаточно эффективно используется топливо, что повышает себестоимость готовой продукции.
Кислота, поступающая на концентрирование, не должна содер жать большого количества вредных примесей. Допускается содер жание не более 0,1% окислов азота, так как выделение их при на гревании кислоты вызывает сильную коррозию аппаратуры. Неже лательно также наличие в кислоте солей и взвешенных примесей, осаждающихся в виде шлама, который загрязняет аппараты и кислотопроводы. Недопустимо присутствие в кислоте органических ве ществ.
Примерный режим работы трехкамерного барботажного кон центратора:
165
|
|
Камеры |
|
|
Температура газа, °С: |
1-я |
2-я |
З-я |
|
820 |
255 |
185 |
||
ьа входе . . . |
||||
на выходе ........................... |
255 |
185 |
153 |
|
Концентрация H2SO4, %: |
80 |
76 |
68 |
|
на входе .................................. |
||||
на выходе . . . . |
94 |
80 |
76 |
|
Температура кислоты в каме |
250 |
163 |
140 |
|
рах, ° С .................................. |
||||
Давление воздуха перед топ |
1000 |
_ |
_ |
|
кой, мм вод. ст......................... |
Если поддерживать в камерах концентратора высокую темпе
ратуру, можно |
получать более |
концентрированную кислоту (до |
96% H2S 0 4). |
Однако при этом |
понижается производительность |
установки и увеличивается содержание сернокислотного тумана в газе после второй камеры. Частицы тумана плохо улавливаются в электрофильтре и составляют основные потери серной кислоты с отходящими газами.
Уносимые газовым потоком брызги серной кислоты, количество которых тем больше, чем выше скорость газа в барботажных тру бах и больше их погружение в серную кислоту, имеют сравнитель но большие размеры и легко выделяются в электрофильтре. В уста новках с барботажным концентратором в электрофильтре улавли вается 6— 13% серной кислоты от общей производительности кон центрационной установки.
Очистка газа от тумана в электрофильтрах связана со значи тельными затратами электроэнергии, поэтому большой практиче ский интерес представляет достижение необходимой степени очист ки газа в электрофильтрах меньшей мощности. В настоящее время разработаны мероприятия, позволяющие снизить содержание тума на после концентратора в 3—4 раза, что снижает в свою очередь нагрузку на электрофильтр.
Установка с трубами Вентури. Рост мощностей установок для производства кислоты заставляет изыскивать более интенсивные аппараты, чем барботажные концентраторы. Большой практиче ский интерес представляет концентратор, в котором кислота распыливается потоком горячего газа в трубе. Благодаря высокой ско рости газа и огромной поверхности образующихся мелких капель серной кислоты процесс концентрирования протекает весьма интен сивно.
На рис 88 изображена схема установки из двух распыливающих аппаратов в форме труб Вентури, в которых происходят те же процессы, что и в камерах барботажного двухкамерного концентра тора.
Процесс концентрирования состоит в следующем. Концентри руемая серная кислота поступает во вторую (по ходу газа) трубу Вентури 6 (туманоуловитель), распыливается и в виде мелких ка пель уносится газовым потоком в циклон 7, где капли осаждаются (размер образующихся капель уменьшается с увеличением скоро сти газового потока). Накапливающаяся в циклоне 7 серная кис
166