Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топ

Рис. 4.11. Технологическая схема процесса концентрирования сер­ ной кислоты в трехступенчатом барботажном концентраторе с очисткой газов в электрофильтре:

1 — воздуходувка, 2 —топка, 3 — концентратор, 4 — напорный бак постоянного давления, 5 —расходометр, 6 — электрофильтр, 7 — сборник продукционной серной кислоты, 8 —холодильник

Установки для концентрирования серной кислоты включают следующее основное оборудование:

топку для сжигания природного газа или мазута: концентраторы барботажные, капельные или

концентраторы с вихревым распылением кислоты; устройства для очистки отходящих газов.

На практике наибольшее распространение полу­ чили барботажные аппараты. Барботажная труба, по которой поступают топочные газы с температу­ рой 900—1000 °С, погружается в жидкость. Из-за локальных перегревов происходит термическое раз­ ложение кислоты с образованием газового выброса в виде паров и тумана серной кислоты, сернистого ангидрида. Концентрация смеси тумана серной кис­ лоты и сернистого ангидрида после концентраторов находится в пределах 30 —40 г/м3 ПДК этих компо­ нентов в атмосфере 0,3—0,5 мг/м3. При работе то­ пок на мазуте резко возрастает не только концент-

Рис. 4.12. Схема установки двухступенчатого концентрирования серной кислоты в распылительных аппаратах типа "труба

Вентури":

1 —топка, 2 —труба-концентратор, 3, 5 — циклоны, 4 —труба-тума- ноуловитель, 6 —дозатор, 7 — напорный бак, 8 — насос

рация тумана серной кислоты, но и сернистого ангидрида. Поэтому после действующих промышлен­ ных концентраторов серной кислоты предусмотрена мощная система очистки отходящих газов.

Капитальные затраты на очистку отходящих га­ зов обычно в десятки раз превышают капитальные затраты на основной процесс концентрирования серной кислоты, при этом санитарные нормы очи­ стки газов не всегда обеспечиваются. Поэтому ис­ следования и разработки эффективных способов и аппаратов для очистки газов продолжаются.

Для очистки отходящих газов от тумана серной кислоты после барботажных и распылительных ап-

Газ 180 °С

70 % -пая

W H 2SO4

Рис. 4.13. Схема струйно-щелевого концентратора серной кислоты: 1 — труба, 2, 3, 4 — первая, вторая и третья камеры по ходу газа соответственно, 5, 6 — нижняя и верхняя перегородки соответст­ венно, 7 — щель между уровнем жидкости и верхней перегородкой

паратов концентрирования в основном применяются электрофильтры. Электрофильтр представляет со­ бой камеру с кислотоупорной футеровкой, запол­ ненную системой осадительных и коронирующих электродов. Схема осадительного коронирующего элемента показана на рис. 4.14. Электрофильтр КТ-144 содержит 144 осадительных коронирующих элемента. Осадительный электрод представляет со­ бой трубу внутренним диаметром 250 мм и длиной 4000 мм, которая установлена на ферросилидовую плиту и заземлена. Коронирующий электрод состо­ ит из восьми звеньев, проходит в центре трубы и соединен с отрицательным проводом выпрямителя. На коронирующих электродах поддерживается на­ пряжение более 80 кВ, сила тока кроны — 100— 125 мА. Частицы тумана и брызги серной кислоты, содержащиеся в газах, получают отрицательный за­ ряд у коронирующего электрода и притягиваются к положительно заряженной трубе, осаждаются на ее внутренней поверхности и стекают вниз. Степень очистки газов от тумана серной кислоты зависит от

юз

Рис. 4.14. Осади­ тельный коронирующий элемент:

1 — осадительный электрод, 2 — коронирующий электрод, 3 — выпрямитель, 4 — груз

Конденсат 70 %-ной H2S04

скорости потока в осадительных трубах, которая должна быть 1,0—1,2 м/с. Чтобы получить конден­ сат с концентрацией серной кислоты 68 —70 %, в электрофильтре поддерживают температуру не ни­ же 130 °С.

Электрофильтры имеют большую материалоем­ кость (масса до 900 т), не достаточно надежны в ра­ боте и сложны в эксплуатации, не обеспечивают требования санитарных норм по содержанию в га­ зовых выбросах серной кислоты и сернистого анги­

дрида.

Наиболее эффективным и перспективным являет­ ся разработанный в последние годы А.Ф. Махоткиным, С.Г. Богатыревым с сотрудниками специальный аппарат для малоотходного концентрирования сер­ ной кислоты — вихревая ферросилидовая колонна (ВФК) [34]. ВФК исключает локальные перегревы

кислоты на первой ступени контакта фаз, туманообразование на последующих ступенях, обеспечива­ ет улов брызг кислоты. Технологический процесс на базе аппарата ВФК обеспечивает эффективную очистку отходящих газов перед выбросом в атмо­ сферу, и при этом не требуется применение гро­ моздкого электрофильтра.

По данным А.Ф. Махоткина, для первой ступени вихревого концентратора скорость абсорбции паров серной кислоты определяется уравнением

пени концентратора, Ср — равновесная концентра­ ция насыщенного пара серной кислоты над жидкос­ тью.

Для второй ступени 0 2 = К2-{С — Ср). Отношение

0 2/0 , = K ^K ^S2 - 1)/S2,

где S = С/Ср — степень пересыщения газа; С — те­ кущая концентрация паров серной кислоты в газо­ вой фазе.

При одинаковых значениях коэффициента массопередачи на ступенях для произвольной ступени скорость абсорбции определяется уравнением:

(0„_, - <?„_,)/<?„ = S„/(S„ - 1).

Материалоемкость ВФК составляет около 40 т. В качестве материала использован ферросилид, кото­ рый является коррозионно-стойким в среде горячей серной кислоты. Так как при резком перепаде тем­ ператур ферросилид растрескивается на первой ступени контакта фаз, где температура газов на входе составляет 900—1000 °С, ферросилид имеет термическую защиту-футеровку.

Схема вихревой ферросилидовой колонны пред­ ставлена на рис. 4.15.

Рис. 4.15. Схема вих­ ревой ферросилидовой колонны для ма­ лоотходного концен­ трирования серной

кислоты:

1 — нижняя часть колонны, 2 — ниж­

5 — завихритель, 6 — тарелка, 7 — линия перетока кислоты, 8 — полая царга, 9 — отбойник, 10 — брызгоуловительная сту­ пень, 11, 12 — аб­ сорбционные ступе­ ни, 13 — крышка,

14 — сопло, 15, 17 —

ротаметры, 16, 18 — вентили

ВФК состоит из следующих основных зон: ступени контакта фаз, совмещенной с футеро­

ванным основанием колонны; зоны абсорбции паров серной кислоты в режиме

без образования тумана (зона предварительного концентрирования серной кислоты);

зоны улова брызг кислоты после концентрирова­ ния;

зоны нейтрализации газового выброса аммиачной водой;

основания, опускается вниз в основание колонны, затем разворачивается вверх, проходит через все элементы колонны и выходит в верхней части ко­ лонны через эжекционное сопло. Исходная кислота и горячий газовый поток в колонне движутся на­ встречу друг другу в противотоке.

Техническая характеристика ВФК

Концентрация кислотных компонентов в газовом выбросе зависит от наличия подачи в верхнюю часть колонны воды и аммиака и составляет (средние концентрации тумана серной кислоты и сернистого ангидрида соответственно):

без введения воды и без нейтрализации газового выброса — 0,3 и 0,06 г/м3;

свведением воды с расходом 1,5—3,0 л/мин — 0,15 и 0,04 г/м3;

сдополнительным введением аммиачной воды с расходом воды 0,5 л/мин и расходом аммиака, пре­ вышающим стехиометрию на 20 % — 0,01 г/м3, при

этом средняя концентрация аммиака составляет 0,02 г/м3.

Внедрение ВФК обеспечивает исключение из тех­ нологической схемы дорогих и громоздких элект­ рофильтров, сокращение капитальных затрат, уменьшение потерь кислоты и соблюдение требова­ ний санитарных норм по концентрации серной кис­ лоты и сернистого ангидрида в газовых выбросах.

Несмотря на использование указанного выше оборудования для очистки газов, отходящих с раз­ личных фаз производства, не исключаются случаи содержания вредных веществ в газах после очистки выше ПДК. Поэтому предусматривается рассеива­ ние выбросов в атмосфере, для чего газы после очи­ стных сооружений выпускаются в атмосферу на определенной высоте. Минимальная высота од­ ноствольной трубы для рассеивания газо-воздушных выбросов, имеющих температуру выше темпера­ туры окружающего воздуха, рассчитывают по фор­ муле _________

(обозначения входящих в формулу параметров при­ ведены в гл. 2).

Перспективная комплексная очистка кислотных газовых выбросов производства нитратов целлюло­ зы должна предусматривать следующие процессы на базе оборудования вихревого типа:

очистку отходящих газов от азотной кислоты и части окислов азота абсорбционным методом с воз­ вратом уловленной кислоты в производство;

очистку отходящих газов от окислов азота мето­ дом каталитического селективного восстановления аммиаком, при этом целесообразно объединить в одну систему все газовые выбросы от процессов, на которых выделяются окислы азота (этерификация целлюлозы, денитрация отработанных кислот, кон­ центрация азотной кислоты и др.);

использование горячих отходящих газов после их каталитической очистки от окислов азота для кон­ центрирования серной кислоты с полной утилизаци­ ей тепла и газов;

использование вихревых ферросилидовых колонн для концентрирования серной кислоты.