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

и огарка образуется при сгорании определенного количества кол­ чедана.

Для упрощения приводимого ниже расчета атомные веса элементов округлим: Fe — 56, S — 32, О — 16. Сначала рассчитаем молекулярные веса вступающих в ре­

коэффициентов, получим весовые соотношения вступивших в реакцию и образо­ вавшихся веществ: 4 • 120 + 11 • 32 = 2 • 160 + 8 - 64, или 480 + 352 = 320 + 512.

Это означает, что из 480 г 100%-ного пирита можно получить 512 г сернистого ангидрида и 320 г огарка.

§ 16. Состав и количество обжигового сернистого газа

Для обжига серосодержащего сырья необходим кислород. С этой целью в обжиговую печь подают воздух. Кислород воздуха исполь­ зуется для горения серосодержащего сырья и образования SO2, а азот, являющийся основной составной частью воздуха, входит в состав обжигового газа в виде N2.

Обычно применяют для обжига сырья избыток кислорода по от­ ношению к тому количеству, которое требуется по уравнению реак­ ции (стехиометрическому соотношению), т. е. в печь подают избы­ ток воздуха. Это положительно влияет на скорость процесса горе­ ния. Кроме того, кислород необходим в производстве серной кисло­ ты и для окисления сернистого ангидрида S 0 2 до серного ангидрида

S 0 3.

В печь подают неосушенный воздух, а сырье, поступающее на обжиг, также содержит некоторое количество влаги. При сжигании сырья вода из него испаряется. Таким образом в состав обжигового таза попадают пары Н20 .

Селен, находящийся в сырье, при обжиге окисляется с образова­ нием двуокиси селена Se02, которая также находится в газовой сме­ си. Мышьяк окисляется при горении сырья до трехокиси мышьяка As2D3, которая является летучим соединением и поступает в состав обжигового газа. Количество селена и мышьяка в газе зависит в ■большой степени от условий обжига (температуры и способа обжи­ та). Так, в печах с кипящим слоем (печах КС) трехокись мышьяка АэгОз адсорбируется огарком и окисляется до нелетучего соедине­ ния As20 5. Поэтому в газе после печей КС содержится значительно меньше мышьяка, чем после механических печей. Установлено, что при сжигании одних и тех же сортов колчедана содержание мышь­ яка в газе после механических печей составляет 30 мг/м3, а после печей КС только 0,1—1 мг/м3.

Содержащийся в сырье фтор в процессе обжига переходит в со­ став обжигового газа в виде фтористого водорода HF, который с по­ нижением температуры газа может соединяться с двуокисью крем­ ния Si02, содержащейся в футеровке аппаратов и в пыли. При этом

•образуется четырехфтористый кремний SiF4, который также посту­ пает в состав обжигового газа.

3 6

В обжиговом газе может содержаться и серный ангидрид SO3. Количество его зависит от температуры обжига, концентрации кис­ лорода в обжиговом газе, конструкции печи и некоторых других факторов. Вследствие большой концентрации сернистого ангидрида, низкой концентрации кислорода и высокой температуры обжига в печах КС степень окисления сернистого ангидрида до серного в них в 30—20 раз ниже, чем в механических. Она тем ниже, чем вы­ ше концентрация S 0 2 в обжиговом газе. В обжиговом газе после механических печей содержание S 0 3 составляет 5—10% концентра­ ции S 0 2.

Рассмотрим, каково соотношение сернистого ангидрида и кисло­ рода в газовой смеси в зависимости от количества воздуха, взятого для обжига сырья. С этой целью разберем следующий пример.

Предположим, что на обжиг сырья израсходовано 100 объемов воздуха, со­ держащего 21 объем кислорода и 79 объемов азота. Примем, что весь кислород расходуется на образование S02. Из уравнения (23) следует, что из 11 объемов кислорода получается 8 объемов S 02. Следовательно, из 21 объема кислорода по­ лучится: (21 - 8): 11 = 15,27 объемов S02, а общий объем газа после обжига, со­ держащего S 02 и N2, будет 15,27 + 79 = 94,27.

Процентное содержание сернистого ангидрида и азота в полученной газовой смеси будет:

Содержание S 0 2, равное 16,2%, является наивысшим (теорети­ чески) в газовой смеси, получаемой при сжигании колчедана в кис­ лороде воздуха. Практически такое содержание S 0 2 в обжиговом газе в указанных условиях получить невозможно, так как при сжи- га-нии колчедана необходим избыток воздуха, а при увеличении из­ быточного воздуха содержание в газовой смеси сернистого ангидри­ да снижается и увеличивается количество кислорода и азота.

Если в рассматриваемом выше примере увеличить количество подаваемого на обжиг воздуха до 200 объемов (т. е. на 100 объемов), то объем газовой смеси уве­ личится до 94,27+100=194,27. В этой смеси содержание сернистого ангидрида, кислоро­ да и азота соответственно составит:

15,27 • 100

37

зультатами произведенного выше расчета. Кривыми, приведенными на рис. 14, с достаточной точностью можно пользоваться для опре­ деления соотношения S 0 2 и 0 2 при обжиге колчедана и серы (кри­ вая 2) в воздухе.

Для приближенного вычисления объема газовой смеси, получае­

где А — содержание серы в колчедане, %; В — количество невыгоревшей серы в огарке, %; С — содержание сернистого ангидрида в газе, %; V — объем газа, по­

лучаемого из колчедана, м3.

Например, содержание серы в колчедане составляет 40%, сернистого ангидри­

1 Значения объемов приведены к нормальным условиям, т. е. рассчитаны для 0° С и давления 760 мм рт. ст.

При нагревании газа объем его увеличивается согласно закону Гей-Люссака приблизительно на У27з на 1 град. Так, если при 0°С объем газа составлял 100 м3, то при 500° С его объем будет равен

VW c = 100 (1 + — ) = 283 м3.

\' 237 /

§17. Выход огарка

При обжиге колчедана образуется огарок, состоящий в основном из Fe2C>3. Кроме того, в огарке находятся сера в виде соединений FeS и FeS2 и в виде сульфатов кальция и бария, а также силикаты и продукты окисления различных примесей, присутствующих в кол­ чедане (например, мышьяка, селена и др.).

Количество образующегося огарка зависит от содержания серы в сырье, полноты выгорания серы, условий обжига и пр. Чем мень­ ше серы в сырье, тем больше образуется огарка.

38

§ 18. Теплота горения серного колчедана

Процесс горения колчедана идете выделением тепла (экзотерми­ ческий процесс), поэтому уравнение (23) может быть записано сле­ дующим образом:

реакции (26), соответствует сжиганию 4 моль пирита. Теплотой го­ рения называют количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг сырья. Следовательно, теплота горения 100%-ного (химически чистого) серного колчедана FeS2 может быть рассчитана следую­ щим образом:

где 119,98 — масса FeS2, численно равная его молекулярному весу, кг.

Количество тепла, выделяющееся при горении колчедана, зави­ сит от степени выгорания серы. Оно может быть найдено по урав­ нению

39