В. Потапов - Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

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 2сухим 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 2после испарителя направляется в производство.

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 2в газовом смеси составит 21 %. Однако сжигание серы практически происходит с некоторым избытком воздуха, поэтому концентрация SO 2меньше теоретически возможной и составляет 12–15 % (в печах новейшей конструкции до 18 %). Содержание SO 2можно 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 2в 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 °C s/ C SO 2

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

C s— содержание выгорающей серы в сырье, %;

C SO 2— содержание SO 2в обжиговом газе, объемных %;

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

Объем 1 кг SO 2при 0° и 760 мм рт. ст. составляет 0,35 м 3, следовательно, при сжигании 1 кг серы образуется около 0,7 м 3SO 2. Если содержание SO 2в газовой смеси C SO 2, %, то объем всей газовой смеси составит

V 0°; 760 мм= (0,70 / C SO 2) 100 = 70 / C SO 2м 3.

При крепости газа 14 % SO 2объем газовой смеси при сгорании 1 кг серы составит

V 0°; 760 мм= 70 / 14 = 5 м 3.

Состав газовой смеси: 14 % SO 2; 79 % N 2; (21–14)=7 % O 2или 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 3SO 2весит: 2,85 кг; 1 м 3N 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 3воздуха или 5,0 x 1,293 = 6,46 кг (1 м 3воздуха 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

V H= (100 °C sx 22,4 x 100) / 100 x 32 C SO 2= 70 °C s/ C SO 2 м 3,

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

C s— содержание выгорающей серы в сырье, %;

C SO 2= содержание SO 2в газе, объемных %.

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

V раб= (V Hx (273 — t)) / 273p м 3,

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

V H — 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.

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 2образуется и SO 3. Образование SO 3в 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 3в 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 3не 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.);

C SO 2 — содержание SO 2в обжиговом газе, объемных %;

C S— 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);

C SO 2 — содержание SO 2в обжиговом газе, объемных %. Для случая обжига колчедана в воздухе

Теоретически концентрация SO 2в 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.

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.