Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топ
..pdfРасход абсорбирующей жидкости определяется из соотношения:
Жр = Гр-(увх - улш)/{хвш - хвх).
Скорость абсорбции Q паров' азотной кислоты можно оценить по уравнению
О = P-F(C-CP),
где Р — коэффициент массоотдачи в газовой фазе (значения Р можно найти в справочнике [50]); F — площадь поверхности контакта фаз; С — текущая концентрация паров азотной кислоты в газовой фазе; Ср — равновесная концентрация паров азот ной кислоты в газовой фазе.
При концентрации азотной кислоты в жидкости менее 30 % константа равновесия приближается к нулю.
Из приведенного уравнения скорости абсорбции следует, что для интенсификации процесса абсорб ции паров азотной кислоты необходимо использо вать аппараты, обеспечивающие высокие значения площади поверхности контакта фаз и коэффициен та массоотдачи в газовой фазе.
На пороховых предприятиях для очистки газов от паров и тумана азотной кислоты, а также частично оксидов азота, в производстве НЦ используются три типа абсорбционных установок: насадочные верти кальные абсорберы, пленочные многоступенчатые горизонтальные абсорберы и вихревые абсорберы.
Технологическая схема улова азотной кислоты с помощью абсорберов в виде насадочных колонн приведена на рис. 4.1.
Установка поглощения паров азотной кислоты в большинстве случаев состоит из трех последова тельно расположенных вертикальных абсорберов — колонн, загруженных кольцами Рашига.
SO %- ной HN03 |
воды |
Рис. 4.1. Схема наиболее распространенной промышленной уста новки очистки отходящих газов процесса этерификации целлюлозы в трех насадочных башнях:
1 —насадочные башни, 2 —насосы, 3 — вентилятор, 4 — труба
Технические характеристики установки с насадочными колоннами
Размеры насадочных колонн: |
До 4,8 м |
диаметр................................................ |
|
высота................................................... |
До 20 м |
Количество абсорберов........................ |
3, 9 или 12 |
Расход отходящих газов....................... |
28 —36 тыс. м3/ч |
Количество насосов............................... |
3 или 12 |
Мощность электродвигателей насосов 14—22 кВт |
|
Мощность электродвигателей |
газо- |
дувки........................................................... |
От 125 до 160 кВт |
Эффективность очистки (по |
общей |
кислотности в пересчете на HN03): |
|
на входе............................................... |
6—10 г/м3 |
на выходе............................................. |
В среднем 1,8 г/м3 |
Степень очистки: |
78 % |
по общей кислотности..................... |
|
от паров азотной кислоты.............. |
До 85 % |
Отходящие газы поступают в нижнюю часть пер вой абсорбционной башни. Скорость газового пото
ка должна быть не более 0,5 м/с. Пары азотной кис лоты поглощаются орошающей слабой азотной кис лотой, которая насосом подается на распределитель ную плиту абсорбера. В третью (последнюю) башню из напорного бака постоянного уровня через рота метр подают воду в таком количестве, чтобы полу чить азотную кислоту с концентрацией 50—55 %. Азотная кислота из первого абсорбера подается в бак-сборник, а из него перекачивается на регенера цию. Очищенные газы после абсорберов поступают в циклон-аппарат для отделения капель азотной кис лоты, а затем через эжекторное сопло и смеситель ную трубу (для разбавления воздухом) попадают в атмосферу.
Недостатки схем с насадочными колоннами: гро моздкость, большая металлоемкость, высокая стои мость — стоимость насадочных колонн для очистки газов в десятки раз больше стоимости технологиче ских аппаратов (этерификаторов), большие энерге тические затраты, недостаточная эффективность очистки газов, особенно от оксидов азота; не обес печивается очистка залповых газовых выбросов.
С целью интенсификации контакта фаз, умень шения металлоемкости и стоимости оборудования для очистки газов Р.Г. Фридлендером (КНИИХП) разработан пленочный абсорбер, который представ ляет собой полый многоступенчатый аппарат в виде трубы с циркуляцией жидкости насосом на каждой ступени и противотоком между ступенями.
Схема очистки отходящих газов от азотной кислоты на пленочных абсорберах представлена на рис. 4.2.
Абсорбер разделен на шесть секций. В каждой секции имеются четыре разбрызгивающих сопла, против которых установлены диски на расстоянии 3—4 мм, а также циркуляционные баки и центро бежные насосы. Такое устройство обеспечивает по-
Рис. 4.2. Схема пленочного многоступенчатого абсорбера для очист ки отходящих газов:
1 — корпус, 2 —каплеуловитель, 3 —вентилятор, 4 —промежуточ ная емкость с насосом
лучение сплошной пленки орошающей кислоты толщиной 1 мм по всему сечению абсорбера. Погло щение паров азотной кислоты и частично оксидов азота происходит за счет контакта с орошающей кислотой, которая разбрызгивается внутри абсорбе ра. Отходящие газы поступают в первую секцию абсорбера, проходят все его секции, а затем через брызгоуловитель, эжекционное сопло и смеситель ную трубу выбрасываются в атмосферу. Орошаю щая слабая кислота в каждой секции абсорбера циркулирует по замкнутому циклу за счет непре рывной подачи жидкости насосом к соплам. В цир куляционный бак последней секции из напорного бака постоянного уровня через ротаметр подается вода. Таким образом, образуется противоток газов и орошающей жидкости. Орошающая жидкость при
прохождении через все секции поглощает пары азотной кислоты, за счет этого концентрация азот ной кислоты в жидкости повышается до 50—55 %. Кислота с такой концентрацией из циркуляционного бака первой секции поступает в ^бак-сборник, а за тем подается на регенерацию.
Технические характеристики установки с пленочным абсорбером
Количество абсорберов.............................. |
1 |
Размеры абсорбера: |
1,8 м |
диаметр...................................................... |
|
длина........................................................... |
27 м |
высота выброса газов в атмосферу... |
10—22 м |
Расход отходящих газов............................ |
30 —35 тыс. м3/ч |
Количество насосов..................................... |
7 пгг. |
Мощность электродвигателей насосов... |
14 кВт |
Эффективность очистки (по общей кис |
|
лотности в пересчете на HN03): |
6 —10 г/м3 |
на входе..................................................... |
|
на выходе.................................................. |
В среднем 2,0 |
Степень очистки по общей кислотности |
В среднем 72 % |
Степень улова азотной кислоты.............. |
До 90 —92 % |
Пленочный абсорбер при эффективности очист ки газов на одном уровне с насадочными колоннами по стоимости в 3 раза меньше, чем насадочные ко лонны.
К недостаткам пленочных абсорберов относятся: необходимость большого количества кислотных на сосов (7 рабочих и 7 запасных) и промежуточных кислотных емкостей, отсутствие элементов для уло ва тумана и брызг кислоты между ступенями кон такта фаз. Поэтому работа пленочного абсорбера сопровождается уносом кислоты в виде тумана и брызг, не обеспечивается очистка залповых газо вых выбросов.
В пленочных абсорберах, как и в насадочных ко лоннах, плохо улавливаются водой оксиды азота, что объясняется, в частности, низкой скоростью химической реакцией N20 4 с водой при малой кон центрации оксидов азота.
Эффективность очистки кислых газов в указан ных абсорберах не удовлетворяла современным нормам по содержанию азотной кислоты и оксидов азота.
Более эффективной и экономически оправданной является технология очистки газов от паров и тума на азотной кислоты на основе вихревого абсорбера, разработанного А.Ф. Махоткиным. При разработке конструкции вихревых абсорберов предусматривал ся эффективный контакт фаз, учитывались особен ности механизма улова паров и тумана, исходя из отличия их физического состояния. Для улова тума на кислоты предложены волокнистые фильтры, на которых оседают частицы (капли) кислоты.
Основным элементом аппарата является вихревая ступень, которая представляет собой царгу с вихре вым контактным устройством, расположенным сим метрично по оси аппарата. Схемы вихревого абсор бера с волокнистыми фильтрующими элементами показаны на рис. 4.3 и 4.4.
Завихритель вихревого контактного устройства собран из набора согнутых пластин. Контактное ус тройство имеет дно в виде конической емкости. По сле отключения аппарата жидкость остается на дне емкости. Благодаря этому при включении газодувки все контактные устройства начинают работать од новременно при интенсивном орошении жидкостью за счет ее циркуляции. Газовый поток поступает снизу и проходит между пластинами завихрителя. По мере переполнения днища контактного устрой ства жидкость падает вниз на нижележащую сту пень контакта фаз.
Туман кислоты улавливается волокнистыми филь трами и в виде капель жидкости стекает по переточным трубкам на тарелку брызголовушки, а за тем стекает на тарелку верхней ступени контакта фаз.
Рис. 4.3. Схема одноступенчатого вихревого абсорбера с низкоско ростными фильтрующими элементами:
1 —корпус, 2 —патрубок входа газов, 3 — патрубок входа кислоты (воды), 4 —вихревое контактное устройство, 5 — центральная тру ба, 6 —рукавный фильтр, 7 — патрубок выхода газа, 8 — патрубок выхода жидкости, 9 —труба циркуляции жидкости, 10 —труба пере тока
Разработаны различные варианты технологичес кой схемы улова смеси паров и тумана азотной кис лоты с использованием вихревых абсорберов. Тех нологическая схема с вихревыми аппаратами пока зана на рис. 4.5. ,
Установка обычно состоит из трех последова тельно расположенных вихревых абсорберов. Отхо дящие газы подаются в первый абсорбер, где проис ходит контакт с диспергированной азотной кисло той, а затем, после прохождения через фильтры, по ступают последовательно во второй и третий абсор беры.
Рис. 4.4. Схема вихревого одноступенчатого абсорбера с двухкрат
ной фильтрацией газа:
1 — корпус, 2 — патрубок входа газа, 3 —патрубок выхода газа, 4 — пластины вихревого контактного устройства, 5 — сепаратор, 6 — рукавный фильтр первичной фильтрации, 7 — рукавный фильтр вторичной фильтрации, 8 — патрубок входа жидкости, 9 — патру бок выхода жидкости, 10 — патрубок циркуляции жидкости, 11 — рубашка для обогрева зимой, 12, 13 —патрубки входа и выхода теп
лоносителя
Газовый поток по касательной входит в нижнюю часть аппарата. На дно аппарата подается вода или слабая азотная кислота. Жидкость внутри вихревого устройства раскручивается газовым потоком, дис пергируется на капли и движется верх. В верхней части вихревого контактного устройства жидкость отделяется от газа, выходит из аппарата и по цирку ляционной трубе поступает на многократную цир куляцию.
Газы в вихревом абсорбере поднимаются вверх, проходят через центральную трубу и входят в ряд вертикальных рукавных фильтров, закрепленных на верхней тарелке. Основной элемент фильтра —
LВ атмосферу
I I I
SO % -ноя HNO,
Вода
Рис. 4.5. Схема установки улова смеси паров и тумана азотной кислоты в трех одноступенчатых вихре вых абсорберах с волокнистыми фильтрующими элементами:
1, 2, 3 — вихревые абсорберы, 4 — вентилятор, 5 —труба
полипропиленовый волокнистый иглопробивной ма териал. Уловленные на фильтре туман и брызги кислоты стекают по фильтру вниз. Жидкость скап ливается на нижней тарелке и выводится из аппара та в виде раствора кислоты.
Потоки газов и орошающей жидкости имеют противоположные направления. В третий абсорбер из напорного бака постоянного уровня через рота метр поступает заданное количество воды. Пары азотной кислоты поглощаются орошающей жидкос тью. Из первого абсорбера азотная кислота с кон центрацией 50 —55 % поступает в бак-сборник, откуда насосом подается на регенерацию. Очищен ные газы воздуходувкой выбрасываются в атмо сферу.
Для предотвращения засорения волокнистых фильтров целлюлозной пылью и продуктами непол ного разложения нитроцеллюлозы в схему может быть включен вихревой аппарат без волокнистых фильтров для предварительного улова пыли кис лотой.
Вихревые абсорберы с фильтрами по сравнению с насадочными колоннами и пленочными абсорберами имеют ряд существенных преимуществ: относитель но дешевы, не имеют кислотных насосов, отсутст вуют вращающиеся и трущиеся узлы, не требуют помещения и постоянного технологического обслу живания, работают под разрежением, самонастраи ваются на высокоэффективный режим работы при изменении расхода газа. Брызгоунос после вихре вых абсорберов не наблюдается.
Многолетняя эксплуатация вихревых абсорбе ров для очистки отходящих газов производства НЦ показала, что концентрация смеси паров, тумана азотной кислоты и окислов азота на выходе из ап парата составляет 0,6—1,5 г/м3 в пересчете на азот ную кислоту (степень улова около 85 %). При этом в