книги из ГПНТБ / Амелин, А. Г. Производство серной кислоты учебник

Г Л А В А 13.

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГАЗА И КИСЛОТЫ. ХРАНЕНИЕ, ПЕРЕВОЗКА, РАЗБАВЛЕНИЕ И СМЕШИВАНИЕ

КИСЛОТЫ И ОЛЕУМА

§ 52. Перемещение газа и серной кислоты

Турбокомпрессоры. Для перемещения газа служат турбоком­ прессоры (турбогазодувки). Их называют иногда также нагнетате­ лями или газодувками. В турбокомпрессор поступает охлажденный и очищенный от примесей газ. В контактной системе (см. рис. 44) турбокомпрессор устанавливают между очистным и контактным отделениями. Все аппараты, находящиеся перед ним (печное и очи­ стное отделения), работают под разрежением, а после него (кон­ тактное и абсорбционное отделения) — под давлением.

Обычно для одной системы устанавливают один рабочий и один резервный нагнетатель, для двух систем — два рабочих и один ре­

170

туры на одном из контактных заводов. Общее гидравлическое со­ противления системы 22 360 Н/м2 (2280 мм вод. ст.).

На рис. 89 показан нагнетатель производительностью 42 000 м3/ч газа. Внутри чугунного корпуса (улитки) 1 проходит укрепленный в подшипниках стальной вал 3, на который насажено рабочее коле­ со 2. Газ поступает в середину вращающегося рабочего колеса, сжимается при его вращении и направляется в улитку. Засасыва­ ние влажного атмосферного воздуха в турбокомпрессор и выделе­ ние сернистого ангидрида в помещение устраняются благодаря ла­ биринтному уплотнению 4. Оно соединено с улиткой перепускной трубой, по которой в лабиринтное уплотнение подается небольшое количество газа, благодаря чему уменьшается подсос воздуха. На перепускной трубе установлен манометр, по его показаниям регули­ руют открытие крана на этой трубе.

Подшипники вала непрерывно смазываются и охлаждаются спе­ циальным турбинным маслом, которое подается насосом, имеющим привод от вала нагнетателя. Смазочное масло, в свою очередь, охлаждается водой, циркулирующей в змеевиках, помещенных в маслосборнике.

В настоящее время в производстве серной кислоты контактным способом применяют преимущественно одноступенчатые нагнета­ тели, характеристики которых приведены в табл. 11.

Для регулирования количества газа, подаваемого нагнетателем, на всасывающих и нагнетательных трубопроводах установлены за­ движки. При пуске нагнетателя закрывают задвижку на линии вса­ сывания и полностью открывают на линии нагнетания. По достиже­ нии нормального числа оборотов электродвигателя постепенно от­

171

крывают задвижку на линии всасывания до тех пор, пока нагне­ татель не будет подавать необходимое количество газа. Дальней­ шее регулирование количества перемещаемого газа осуществляется также с помощью задвижки на линии всасывания. Пуск нагнетате­ ля можно проводить при открытой задвижке на линии всасывания и закрытой — на линии нагнетания. В этом случае для дальнейшего регулирования пользуются задвижкой на линии всасывания газа.

Производительность нагнетателя можно значительно повысить, если уменьшить общее гидравлическое сопротивление системы.

В нагнетатель иногда попадает серная кислота, которая вслед­ ствие большой окружной скорости газа осаждается из него под дей­ ствием центробежной силы. Это может вывести нагнетатель из строя. Кислота попадает в нагнетатель в результате нарушения ре­ жима очистки газа от тумана серной кислоты в очистном отделе­ нии, а также в сушильной башне, когда в ней образуется туман серной кислоты. Появление кислоты в нагнетателе может быть так­ же следствием уноса брызг кислоты, орошающей сушильную баш­ ню, либо конденсации паров серной кислоты, всегда находящихся в газовой смеси в количестве, соответствующем давлению насыщен­ ного пара над кислотой, орошающей сушильную башню. При пони­ жении температуры газа в нагнетателе пары кислоты конденсиру­ ются на стенках аппарата. Однако при сжатии газа в нагнетателе температура газовой смеси повышается, что снижает степень кон­ денсации этих паров.

Для подачи воздуха в печи КС и на охлаждение валов меха­ нических печей, а также для перемещения сернистого газа в башен­ ных системах устанавливают турбовоздуходувки и специальные

вентиляторы.

172

На некоторых заводах газ направляют из газодувок на очистку от твердых частиц и тумана серной кислоты в фильтры, называе­ мые маслоотделителями. Наиболее простой фильтр представляет со­ бой стальной цилиндрический сосуд со сферическими крышкой и днищем. Внутри фильтра размещены стальные решетки, между ними уложены слои волокнистого асбеста (или стеклянной ваты), в которых задерживаются присутствующие в газе твердые и жид­ кие примеси. Кислота собирается на дне фильтра и отводится из него через специальный штуцер.

При нормальной работе очистного отделения туман и брызги сер­ ной кислоты в газе отсутствуют, кислота не накапливается в фильт­ ре и в течение длительного времени его фильтрующая насадка со­ храняется сухой и чистой. В последние годы на новых контактных заводах фильтры после нагнетателей не устанавливают, газ из на­

гнетателя непосредственно поступает в теплообменники контакт­ ного отделения.

выталкивает жидкость в нагнетательный трубопровод. Создаваемое давление пропорционально диаметру рабочего колеса и квадрату числа оборотов этого колеса.

Центробежный насос для перекачивания кислоты показан на рис 91. К фланцу 2 чугунной станины 8 прикреплен корпус 1 на­ соса, вынесенный за пределы станины, благодаря чему на нее не попадают капли кислоты, которые могут вытекать из сальника. Часть вала 7, проходящего через сальник 6, защищена от действия кислоты втулкой 3, на которую насажено рабочее колесо 5. Поверх­ ности втулки и рабочего колеса пришлифованы и притерты так, чтобы нужное уплотнение между ними достигалось без прокладки. При сборке насоса эти поверхности дополнительно защищают кис­ лотостойким лаком, что полностью предотвращает их соприкосно­

вение с кислотой.

Вал 7 монтируется на шарикоподшипниках 9, один из которых (ближайший к муфте 12) воспринимает максимальную нагрузку. В крупных насосах для этой цели установлен специальный упорный подшипник. Станина насоса имеет крышку 10, через которую в ван­

173

ну 4 заливают масло. Вал насоса соединен с валом электродвига­ теля эластичной муфтой 12.

В зависимости от назначения перекачиваемой жидкости кислот­ ные центробежные насосы изготовляют из различных материалов: для кислоты низкой и средней концентрации — из ферросилида, для концентрированной серной кислоты — из высококачественного чу­ гуна, для олеума — из стали.

Кислота

Р ис. 91. Ц ен тробеж н ы й насос дл я перекачивания кислоты:

1 — корпус; 2 — фланец станины; 3 — защитная втулка; 4 — масляная ванна; 5 — рабочее колесо; 6 — сальник; 7 — вал; 8 — станина; 9 — шарикоподшипники; 10 —

крышка станины; 11 — заглушка; 12 — эластичная соединительная муфта

Перед пуском насос и всасывающий кислотопровод необходимо заполнить кислотой. Кислота поступает в насос непосредственно из сборника либо самотеком через патрубок (рис. 92,а), либо через сифон (рис. 92,6) или полусифон (рис. 92, в). При непосредствен-

1

174

ном соединении насоса со сборником для заливки кислоты необхо­ димо только открывать вентиль; простота пуска является большим достоинством данной схемы. Недостаток ее состоит в том, что при ремонте вентиля необходимо удалять всю кислоту из сборника; ре­ монтировать же запорные устройства приходится довольно часто,, так как они недостаточно надежны в работе.

Сифонное присоединение также очень простое. Для отключе­ ния насоса по этой схеме нужно впустить воздух в сифон 5 («раз­ рядить» сифон). При этом подача кислоты по нему прекращается и можно приступать к ремонту вентиля и насоса. Однако монтаж сифона и особенно его «зарядка» путем заливки кислоты или заса­ сывания ее, в вакууме связаны с некоторыми трудностями.

Для «зарядки» полусифона достаточно повысить уровень кис­ лоты в сборнике до верхнего колена полусифона и открыть верх­ ний вентиль, выпуская таким образом воздух. При этом сифон «за­ ряжается» и насос заливается кислотой.

Помимо центробежных насосов для перекачивания кислоты при­ меняют бессальниковые и вертикальные погружные насосы центро­ бежного типа.

Принцип работы вертикального погружного насоса такой же, как центробежного насоса. В отличие от него погружной насос рас­ положен вертикально и погружен в сборник с перекачиваемой жид­ костью. Поэтому здесь отсутствует необходимость в сифонах, под­ водящих кислотопроводах, сальниках. Кроме того, погружной на­ сос занимает мало места и может быть очень быстро включен, что значительно упрощает его обслуживание. Для ремонта или смены деталей насос вынимают из сборника при помощи лебедки или спе­ циального приспособления и вновь устанавливают на место по окон­ чании ремонта.

§ 53. Склад и условия хранения и разлива серной кислоты и олеума

Производство серной кислоты — процесс непрерывный, поэтому готовая продукция — кислота — также непрерывно поступает на хранение. Отгружают же серную кислоту периодически, поэтому на каждом сернокислотном заводе имеется склад готовой продукции.

На складе серная кислота хранится в баках, размещенных в здании или под навесом, предохраняющим от воздействия атмос­ ферных осадков верхнюю часть баков, где находятся люки, рас­ пределительные вентили, сифоны и т. д.

Баки для хранения готовой кислоты представляют собой гори­ зонтальные или вертикальные цилиндрические резервуары емко­ стью до 3000 м3 из листовой стали. Общая емкость баков на складе должна быть рассчитана на хранение количества кислоты, равного не менее чем десятисуточной продукции цеха. Обычно уста­ навливают несколько баков, чтобы при их чистке и ремонте можно было не останавливать завод. Вдоль резервуаров прокладывают железнодорожный путь и оборудуют площадку, на которой уста­ навливают цистерны для налива кислоты.

175

Концентрированную серную кислоту (башенную, контактную) и олеум хранят в стальных нефутерованных баках. Стальные баки для хранения особенно чистой, а также низкоконцентрированной серной кислоты футеруют кислотоупорной керамикой.

В северных районах СССР, где температура зимой может быть значительно ниже температуры кристаллизации серной кислоты, все баки для хранения готовой продукции размещают в утеплен­ ном помещении. В средней полосе и в южных районах страны такие склады предусматриваются только для хранения безводной серной кислоты, а баки для башенной и концентрированной контактной серной кислоты размещают вне здания на открытой площадке. Чтобы предотвратить возможность замерзания олеума в цистернах во время его перевозки, перед наливом в цистерны олеум подогре­ вают. В цистерне,олеум остывает медленно и даже при длительном пребывании в пути зимой поступает к потребителю в жидком виде. Для подогрева олеума на складах устанавливают специальный по­ догреватель.

На складах часто размещают смесители для приготовления кис­ лоты требуемых концентраций и аккумуляторной кислоты, а также приспособления для разлива акккумуляторной кислоты в бутыли и упаковки бутылей.

Для перекачки кислоты потребителю или в железнодорожные цистерны на складе используют специальные насосы, которые обыч­ но находятся в отдельной пристройке.

Для удобства обслуживания баков-хранилищ над ними устанав­ ливают площадки с лестницами.

Рис. 93. Схема работы склада готовой продукции:

/ — бак-хранилище; 2, 3 — трубы для подачи кислоты в хранили­ ще; 4 — напорный бак; 5, 6 — пробки; 7 — сифонная труба; 8, 12 — вентили; 9 — труба; 10 — труба для подачи кислоты потребите­ лю; // — закрытый резервуар (бурак); 13 — насос; И — приемный бак

На рис. 93 показана схема работы склада готовой продукции. Кислота поступает в бак-хранилище 1 из цеха по трубе 2. Если в хранилище длительное время не заливали серную кислоту, то его тщательно осматривают и промывают вначале водой, а затем сла­

176

бым раствором кислоты. Из бака выливают кислоту чаще всего при помощи стальной сифонной трубы 7. Около бака-хранилища устанавливают ниже, его дна маленький герметически закрытый ре­ зервуар (бурак) 11, служащий для заполнения сифона кислотой.

Заряжать сифонную трубу можно также путем заливки в нее кислоты из напорного бака 4, соединенного трубой и вентилем на ней с коленом сифона. При заливке сифона отверстие на конце си­ фонной трубы, находящейся в баке-хранилище, закрывают проб­ кой 6. При этом способе зарядки напорный бак 4 всегда должен быть заполнен кислотой.

Для зарядки сифона можно использовать и сжатый воздух, под­ водимый к бураку. При этом закрывают вентиль 12 и в бурак, за­ полненный кислотой, подают сжатый воздух, который вытесняет кислоту, и она по трубам 7 и 9 начинает поступать в бак-хранили­ ще. Конец трубы 9 расположен в бураке выше, чем конец сифон­ ной трубы 7, а другой находится выше уровня кислоты в бакехранилище. Поэтому когда уровень кислоты в бураке опустится ниже конца трубы 9, сжатый воздух по трубе 9 поступает в бакхранилище; сифонная труба 7 останется заполненной кислотой. По­ сле этого подачу сжатого воздуха в бурак прекращают и, открыв вентиль 12, соединяют бурак с насосом 13, при создании разреже­ ния в бураке кислота из бака-хранилища по сифонной трубе 7 по­ ступает в бурак, а из него по трубе 10 к потребителю.

При поступлении на завод серной кислоты в цистерне ее за­ гружают в приемный бак 14, откуда насосами по трубе 3 подают в бак-хранилище.

Для полного удаления кислоты из бака-хранилища используют трубу с вентилем 8. Обычно эта труба надежно закрыта проб­ кой 6.

§54. Перевозка серной кислоты и олеума

Всоответствии с нуждами и запросами потребителей серную кислоту разливают в тару различной емкости. На дальние расстоя­ ния ее большей частью перевозят в железнодорожных цистернах грузоподъемностью до 60 т. При отправке небольших партий сер­ ной кислоты местным потребителям пользуются автоцистернами, контейнерами, стальными бочками вместимостью от 0,2 до 1 т или стеклянными бутылями емкостью от 30 до 45 л; аккумуляторную

иреактивную кислоту разливают также в стеклянные бутыли ем­

костью до 1л.

Железнодорожная цистерна представляет собой сварной ци­ линдрический резервуар, укрепленный на раме вагона. На случай возможного увеличения объема кислоты (при повышении темпера­ туры) в верхней части цистерны имеется купол. Там же находится люк для осмотра, промывки и ремонта цистерны. Цистерна имеет соответствующие устройства для подачи в нее воздуха и кислоты, а также слива кисдогы. Цистерны разгружают при помощи сифона или сжатого воздуха. В последнем случае верхний штуцер цистер­

ны соединяют с источником сжатого воздуха; кислота выливается из цистерны по трубе, доходящей до дна цистерны.

Загрязненные цистерны перед наливом кислоты промывают во­ дой, остатки которой должны быть удалены. Резервуары из-под нефтепродуктов перед наливом в них серной кислоты подвергают специальной очистке и продувают воздухом. При попадании в ци­ стерну влаги серная кислота разбавляется и становится коррозионно активной. Поэтому все люки и краны на цистернах должны быть герметично закрыты. Металл для изготовления цистерн дол­ жен быть возможно более однородным во избежание образования гальванических пар, действие которых вызывает коррозию.

В обычных стальных железнодорожных цистернах перевозят олеум, концентрированную контактную кислоту, башенную кисло­ ту и меланж. Для аккумуляторной и улучшенных сортов серной кислоты применяют цистерны из кислотостойкой стали; менее кон­ центрированную серную кислоту перевозят в стальных цистернах, освинцованных или футерованных изнутри кислотоупорными мате­ риалами (полиизобутиленом, винипластом и др.). Цистерны для перевозки олеума снаружи покрывают теплоизоляцией во избежа­ ние его замерзания в пути.

Стеклянные бутыли с серной кислотой перед отправкой потре­ бителям помещают в корзины или обрешетки. Промежутки между бутылью и стенками корзины или перекладинами обрешетки запол­ няют соломой либо древесной стружкой.

На каждую отправляемую цистерну с серной кислотой состав­ ляется паспорт, в котором должны быть указаны сорт серной кис­ лоты, основные данные ее анализа, дата отгрузки и отгружаемое количество. Бочки, бутыли и другую более мелкую тару снабжают ярлыком (биркой) с характеристикой и обозначением количества залитой серной кислоты.

§55. Разбавление и смешивание серной кислоты

Взаводских условиях нередко бывает необходимо разбавить концентрированную серную кислоту водой или повысить концентра­ цию разбавленной кислоты, добавляя к ней концентрированную. Для этого предварительно надо установить или проверить концен­

трацию исходных кислот, определив в них содержание H2S 0 4. При добавлении воды к концентрированной кислоте (олеуму или

моногидрату) можно получить кислоту любой концентрации, одна­ ко при смешивании концентрированной серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла. Кислота может нагреться до кипения, произойдет бурное выделение паров и возможен выброс раствора из сосуда. Поэтому кислоты смешивают в специальных аппаратах — смесителях, соблюдая соответствующие меры предо­ сторожности.

Смесители для приготовления кислоты низкой концентрации делают из кислотостойкого материала, для приготовления концен­ трированной кислоты — из чугуна. В производстве серной кислоты используют смесители разнообразного устройства. В некоторых

178

случаях смеситель представляет собой чугунный эмалированный изнутри котел, помещенный в стальной кожух и закрытый крыш­ кой. Смешиваемые кислоты поступают в чугунный эмалированный с обеих сторон конус, в котором они перемешиваются, после чего вытекают в котел. Для отвода тепла, выделяющегося при смеши­ вании кислот, в пространство между котлом и кожухом непрерыв­ но подается струя воды, омывающая стенки аппарата.

В некоторых случаях кислота после смешивания в небольшом резервуаре поступает в трубы, орошаемые снаружи водой, где одно­ временно охлаждается и дополнительно перемешивается.

При смешивании концентрированной серной кислоты с водой или с более разбавленной серной кислотой необходимо рассчиты­ вать количество смешиваемых кислот. Расчеты проводят по так называемому правилу креста. Ниже приводится несколько приме­ ров такого расчета.

1. Определить количества 100%-ной серной кислоты и воды, которые необхо­ димо смешать для получения 45%-ной H2S04.

Слева указывают концентрацию более концентрированной кислоты (в данном случае 100%), а справа — более разбавленной (в данном случае 0%— вода). Ниже, между ними, указывают заданную концентрацию (45%). Через цифру, обо­ значающую эту концентрацию, проводят две перекрещивающиеся линии, а на их концах указывают соответствующую разность чисел:

Полученные под кислотами исходных концентраций цифры показывают, сколь­ ко частей кислоты каждой из указанных концентраций необходимо смешать для получения кислоты заданной концентрации. В нашем примере для приготовления 45%-ной кислоты следует смешать 45 частей 100%-ной кислоты и 55 частей воды.

Эту же задачу можно решить исходя из общего баланса H2S04 (или S03) в серной кислоте:

10%-ной серной кислотой для получения 98%-ной кислоты.

Задача решается также по правилу креста, однако концентрацию олеума в этом примере нужно выразить в % H2S04, используя уравнения (9) н (10):

По правилу креста