Сушильно –абсорбционное отделение производства серной кислоты Основной аппарат – олеумный абсорбер

Размеры олеумного абсорбера и количество олеума, подаваемого на орошение, зависит от производительности сернокислотной системы. Обычно на 1 т/ч продукции требуется поверхность насадки в абсорбере от 600 до 1000 м² при скорости газа в насадке до 1 м/с и плотности орошения 10-12 м³/м² сечения олеумного абсорбера.

Моногидратный абсорбер устроен так же, как сушильная башня орошается 98,3%-ной серной кислотой. В абсорбере кислота поглощает SO3 и концентрация ее повышается. В сборнике моногидрата кислота разбавляется водой или сушильной кислотой до, начальной концентрации и через холодильник вновь поступает на орошение моногидратного абсорбера; плотность орошения составляет около 20м³/(м^2*ч).

На некоторых установках олеумный абсорбер подключен к моногидратному абсорберу в шунт. В этом случае газ после ангидридного холодильника разделяется на два потока, один из которых направляется непосредственно в моногидратный абсорбер, а второй вначале поступает в олеумный абсорбер, а из него в моногидратный. Такая схема позволяет включать в работу олеумный абсорбер только в тех случаях, когда необходимо выпускать олеум.

Смесители кислоты. При добавлении воды к концентрированной кислоте (олеуму или моногидрату) можно получить кислоту любой концентрации. При смешении концентрированной серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла, возможно бурное выделение паров и выброс раствора из сосуда, поэтому кислоту смешивают с водой в специальных аппаратах, называемых смесителями, соблюдая соответствующие меры пред-осторожности.

Смесители для приготовления  кислоты низкой концентрации выполняются из кислотостойкого материала, для приготовления концентрированной кислоты - из чугуна.

При выпуске товарной продукции  в виде технической контактной кислоты ее обычно выводят из сушильных башен. Для этого в одной из сушильных башен поддерживают концентрацию кислоты, соответствующую стандартным требованиям на контактную техническую серную кислоту, и по мере накопления ее передают из сборника на склад. В таких случаях в абсорбционном отделении (где происходит разбавление) выделяется значительно больше тепла, чем при выпуске олеума, поскольку моногидрат приходится разбавлять водой.

При смешении концентрированной  кислоты с водой или с более  разбавленной серной кислотой необходимо рассчитать количество смешиваемых кис< лот. Расчеты производятся по так называемому правилу креста

 

 

Рис. 3 Технологическая схема производства серной кислоты из флотационного колчедана:

 

1,  10 —-нагнетатели;  2 - печь   КС:   3 - котел-утилизатор;   4 - циклон;   5 - сухой   электрофильтр;   6, 7-1-я и 2-я промывные башни;  8- мокрые электрофильтры;  9 - сушильная башня;  11- теплообменники;  12 –конта-ктный аппарат;  13, 14 - моногидратные абсорберы; 15-холодильники кислоты.

Технологический режим  абсорбции

 

Схемы абсорбционных отделений  на заводах мало отличаются друг от друга, сходны также применяемые технологические режимы. Ниже приведены примерные нормы технологического режима абсорбционного отделения на одном из контактных заводов:

Температура на выходе из абсорбера, °С, не более

олеумного  60

моногидратного  60

Концентрация  орошающей кислоты в абсорбере

в олеумном, % S0₃  (своб)  20±1

в моногидратном, % H2SO4  98,6±0,2

Степень абсорбции, %, не менее  99,95

 

Современная схема производства серной кислоты из флотационного колчедана с окислением SО₂ в процессе двойного контактирования показана на рис.3. Из нагнетателя 10 газ, проходит теплообменники 11 и поступает на первый, а затем на второй и третий слои контактной массы аппарата 12. После третьего слоя газ подают в промежуточный моногидратный абсорбер 13, а затем в теплообменник и в четвертый "слой контактной массы. Охлажденный в теплообменнике газ проходит абсорбер 14 и далее выводится в атмосферу.

 

 

 Материальный баланс сушильно-абсорбционного отделения

 

Исходные  данные:

Производительность      завода,       т/ч

H_aS0₄ …………..10

Степень превращения х    .     .     .     0,98

 Полнота  поглощения SO3

в олеумном абсорбере y .     .     .     0,5

общая z     .     ....     .     .     0,9995

Концентрация

олеума,   орошающего    олеумный

абсорбер  С0, %  SO₃  (своб) .     .     20 [85,3%  SO₃  (общ)]

моногидрата С_м,  %  HaSOi        .     98 [80%  SO₃ (общ)]

сушильной кислоты С_п, % H2SC4      93 Расход обжигового газа,  м³/ч    .     .     ……..  26820 в том числе:

SЩ₂ …………….2350

Щ₂ …………….2220

N₂  …………….21460

пары   Н2О…………………………660

SO3 ……………………....................130

Барометрическое давление P, Па …… 1,01*10/5

Разрежение  перед сушильной башней

P_р Па 2,9.10»

Температура газа на входе в сушиль 
ную башню, °С 32

Давление  паров воды   в   этом   газе

РН.О, Па 4,75-10»

Содержание   SO2  в газе  после разбавления воздухом и осушки а,   % ………………7

     Перед сушильной башней концентрация диоксида серы в газе снижается до 7% путем добавления воздуха при температуре 20 °С, насыщенного на 50% парами воды. В результате промывки обжигового газа разбавленной серной кислотой в промывных башнях, а затем водой в увлажнительной башне газ практически полностью насыщается парами воды.

Находим общее количество газа, поступающего в контактное отделение

Vконт =VSO2 / a = 2350/0,07 =33660 м³

Количество  добавляемого воздуха определяем по разности

33 660 - (2350 + 2220 + 21 460) = 7630 м³/ч

В этом воздухе  содержится (в м³/ч):

кислорода         7630 -0,21 = 1600

азота                7630-1600 = 6030

.Количество паров воды в поступающем воздухе (давление насыщенного пара воды при 20 °С составляет 2,34-10³Па)

     VH2O=7630*2,34*10⁵*0,5/1,01*10³*2,34*10³*05= 88 м³/ч

Содержание  паров воды в газе после мокрых электрофильтров

 

VH2O = (V2-VH2O-VSO3)pH2O / P-pp-pH2O

 

VH2O = (26820-660-130)4.75*10³/1,01*10³-2,9*10³-4,75*10³= 1520м³/ч

 

Таким образом, общее количество кислорода, азота и паров воды в газе перед  сушильной башней составит (в м³/ч)

V_O2 = 2220 + 1600 = 3820

V_N2 = 21 460 + 6030 = 27 490

У_Н2O = 1520 + 88 + 1608 (g _H2O = 1286 кг/ч)

Количество моногидрата Y_с, подаваемого в сборник сушильной башни для связывания воды, находим из уравнения баланса серной кислоты

СmYс = n(Y_с + g_H2O)

98Yс = 93 (Y_c + 1286)

откуда  Yс=23 920 кг/ч.

Количество  триоксида серы, образующегося в контактном   отделения, равно

Vso₃= V_SO2x = 2350*0,98 = 2304 м³/ч

 

2304*80/22,4 =8240 кг/ч

В пересчете  на олеум оно будет равно

 

8240/0,853 = 9660

 

Количество  SO3 в готовой продукции составит

 

G so₈= 10000-0,816 = 8160 кг/ч

 

Расхождение в балансе примерно на 1%  (8240—8160=80 кг) составляет потери серной кислоты в абсорбционном отделении и на складе.

Количество  абсорбируемого SO3 (в кг/ч)

в    олеумном    абсорбере      8240*0,5=4120

в моногидратном абсорбере    8240-0,499=4120

Количество моногидрата Y_m, передаваемого в сборник олеумного абсорбера для связывания SO₃, определяется из уравнения баланса серного ангидрида в сборнике олеумного абсорбера

0,8Y_m + 4120 = 0,853 {Y_m + 4120)

Откуда  Y_m = 11434 кг/ч.

Количество олеума, образующегося  в олеумном абсорбере, равно сумме моногидрата и SO3

Q₀ = 4120 + 11434 = 15 554 кг/ч

Часть образующегося олеума передают на склад (9660 кг), а остаток в cборнике моногидратного абсорбера составляет 15 554-9660=5894 кг/ч.

Количество воды g н₂о, добавляемой в сборник моногидратного абсорбера, можно найти по уравнению баланса серного ангидрида в сборнике моногндратдого абсорбера

 

5894-0,853 + 4112 = 0,8 (5894 +4112+gH2O)

 

Откуда  g н₂о=142 кг/ч.

Количество  образующегося моногидрата

5894 + 4120 + 142 = 10 756 кг/ч

Материальный баланс сушильно-абсорбционного отделения приведен в табл. 1, состав и количество газа — в табл. 2

 

Таблица 1. Материальный баланс сушильно-абсорбционного отделения

 

Приход

Количество, кг/ч

Расход

Количество, кг/ч

 
Сушильная башня

 

Вода с газом Моногидррат .	1286 23920	Сушильная кислота	25206
Итого:	25206	Итого:	25206

Олеумный абсорбер

 

Серный ангидрид Моногидрат	4120 11434	Олеум на склад Олеум в сборник моногидратного абсорбера	9660    5894
Итого:	15554	Итого:	15554

Моногидратный абсорбер

 

Серный ангидрид Сушильная кислота  Олеум Добавляемая вода	4112   25206   5894 142	Моногидрат   в   сборник олеумного абсорбера Моногвдрат   в   сборник сушильной башни	11434     23920
Итого:	35354	Итого:	35354

Общий баланс

 

Вода с газом Добавляемая вода Серный ангидрид	1286 142   8232	Олеум на складе	9660
Всего:	9660	Всего:	9660

 

Таблица 2. Состав газовых потоков на различных участках контактной системы

 

			Состав, м3/ч
	So2	So3		О2	N2	Н2о
После печей	2350	130	2220		21460	660
После     мокрых     электро-фильтров	2350	-	2220		21460	1520
Перед  контактным   отделе-	2350	-	3820		27464	-
отделением
После контактного л контактного   отделе-	48	2302	2666		27464	-
отделения
Отходящие газы
м3/ч	48	2,4	2666		27464	-
г /м3	4,5	0,28	-		-	-