Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топ

Расход 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.

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

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