Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства - В. Потапов

N2 = 3,95 x 1,257 = 4,96 кг, или 66,5 %;

O2 = 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 м3 воздуха или 5,0 x 1,293 = 6,46 кг (1 м3 воздуха 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

VH = (100 °Cs x 22,4 x 100) / 100 x 32 CSO2 = 70 °Cs / CSO2 м3,

VH — объем газа при 0° и 760 мм рт. ст., полученный при сжигании 1 т сырья, м3;

Cs — содержание выгорающей серы в сырье, %;

CSO2 = содержание SO2 в газе, объемных %.

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

Vраб = (VH x (273 — t)) / 273p м3,

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

VH — 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.

Таблица 1 Объем газовой смеси, образующейся при сжигании 1 кг серы, в зависимости от концентрации SO2 и температуры

Сжигание колчедана и состав газовой смеси

Основная реакция горения колчедана следующая

4FeS2 + 11O2 = Fe2O3 + 8SO2 + 815 200

Кроме того, происходит ряд побочных реакций с образованием Fe3O; 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 SO2 образуется и SO3. Образование SO3 в 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 SO3 в 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 SO3 не 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.);

CSO2 — содержание SO2 в обжиговом газе, объемных %;

CS — 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 SO2 (при сжигании колчедана в среде воздуха m = 1,375);

CSO2 — содержание SO2 в обжиговом газе, объемных %. Для случая обжига колчедана в воздухе

Теоретически концентрация SO2 в 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.

Очистка и охлаждение газа

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 SO3, селен, мышьяк, пыль, огарок и др.

Для обеспечения нормальных условий поглощения печной газ охлаждают до температуры 30–35°. Рассмотрим характер основных загрязнений.

SO3 образуется уже в момент сжигания серусодержащего сырья за счет избытка кислорода воздуха. Кроме того, часть сернистого ангидрида под воздействием катализаторов — окислов железа, мышьяка и селена, которые присутствуют в газе, переходит в серный ангидрид. На образование SO3 влияет также время воздействия критической температуры в печи и по тракту очистки и охлаждения газа (рис. 5).

При обжиге колчедана от 5 до 15 % SO2 окисляется в серный ангидрид.

Рис. 5. Зависимость перехода SO2 в SO3.

1–19,5 % SO2; 2–16,5 % SO2; 3–14,0 % SO3; 4–10,5 % SO3.

При работе на кальциевом оснований SO3 способствует образованию гипса CaSO4 который засоряет аппараты приготовления кислоты.

Селен содержатся в печных газах в виде SeO2.

Под действием сернистого ангидрида SeO2 восстанавливается в металлический селен, мелкодисперсной пыли

SeO2 + 2SO2 = Se + 2SO3.

Образующийся при этом серный ангидрид увеличивает потери серы. При обжиге колчедана образуется значительное количество огарковой пыли, которая выносится из печи вместе с газом (табл. 2). Пыль способствует образованию SO3 и загрязняет кислоту.

Таблица 2 Практические данные по запыленности газов, поступающих на очистку

УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА………………ЗАПЫЛЕННОСТЬ ГАЗА, г нм3

Механические печи (28 т/сутки)

колчедан рядовой ……………………………………… 2,95÷4,16

колчедан рядовой с добавлением 30–50 % флотохвостов ……………………………………… 4,2÷4,8

Механические печи ВХЗ с короткими газоходами и добавлением к рядовому колчедану до 50 % флотохвостов ……………………………………… 5,1÷8,5

Горизонтальные колчеданные печи

колчедан рядовой ……………………………………… 5,85

Печи для обжига колчедана во взвешенном состоянии

короткие газоходы, небольшие пыльники ……………………………………… 40÷45

длинные газоходы, большие пыльники и воздушные холодильники для газа ……………………………………… 20÷25

Печи для обжига колчедана в кипящем слое системы Гипрохим ……………………………………… 400

Очистка газа основана на физико-химических свойствах тех или иных загрязнений. Серный ангидрид хорошо растворим в воде и может быть удален путем промывки газа в различного рода аппаратах При этом для снижения потерь SO2 применяется замкнутый цикл использования оборотной воды, повышенная температура которой (до 60°), а также образовавшаяся серная кислота снижают растворимость SO2.

Одновременно с улавливанием SO3 и очисткой от минеральных загрязнений в промывных аппаратах происходит охлаждение газа Очистка газа от SO3 и селена производится в электрофильтрах (селеновых камерах).

Огарок и прочие минеральные загрязнения отделяются от газа сухим способом (механическим) и электроочисткой.

Мокрая очистка газа осуществляется в аппаратах, где происходит распыление воды в виде мельчайших брызг в среде очищаемого газа или ее распределение тонкой пленкой на поверхности какой-либо насадки, сквозь которую проходит газ.

Можно также заставить газ пробулькивать через слой жидкости. Первоначально это были аппараты типа форвашера. В последнее время широкое применение находят аппараты с перфорированными решетками (тарелками). Тарелки способствуют равномерному распределению газа и более эффективному барботированию его через жидкость.

Сухая механическая очистка печных газов происходит под действием силы тяжести или центробежной силы. Частички пыли в газовом потоке относительно свободно передвигаются под воздействием какой-либо внешней силы. Сила тяжести заставляет двигаться частички пыли вниз, переводя их из верхних слоев газа в нижние; сила инерции заставляет двигаться частички пыли в прежнем направлении при изменении направления потока газа; центробежная сила перемещает частички во вращающемся газовом потоке от оси вращения к периферии.

Во всех этих случаях частички пыли могут вырваться из потока газа и достигнуть ограничивающей поверхности — стенки или дна аппарата, прежде чем они будут унесены газом из аппарата.

Для определения скорости осаждения пылинок под действием силы тяжести справедливо следующее уравнение:

где:

d — диаметр частиц, м;

γ1 — плотность частиц, кг/м3;