книги из ГПНТБ / Добыча и переработка серных руд Роздольского месторождения

и содержанием этих веществ в сере. Эта зависимость описывается уравнением

где F — степень очистки серы, %;

Ѳ— содержание органических веществ в сере после I ступени очистки, %;

Ф— расход хлористого алюминия, % к весу серы.

Максимальная степень очистки серы (90—93%) достигается

Ф р-

при -|j- SÏ 7.

Технико-экономический анализ стадий очистки серы дал воз­ можность вывести уравнение условий стоимости ее на I и II ста­ диях:

Проведенные исследования, полученные выводы и закономер­ ности дают возможность рекомендовать для повышения качества серы при существующей технологии ее производства и очистки использовать в качестве собирателя осветительный керосин марки КО-20 плотностью 0,81 г/см3 и интервалом выкипания 180— 270° С. Это сведет до минимума загрязнение серы вторичными угле­ водородами типа масел, очистку от которых можно осуществить только при помощи дорогостоящего хлористого алюминия. Таким образом, на первой стадии очистки будет снижаться содержание органического вещества в сере до 0,04—0,05% (вместо 0,07—0,09% при существующей технологии), а следовательно, уменьшится удель­ ный расход хлористого алюминия, причем последний будет расхо­ доваться только по прямому назначению — для очистки серы от первичных (рудных) высокомолекулярных веществ.

§ 3. ОЧИСТКА СЕРЫ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Природная сера, получаемая автоклавной плавкой флотацион­ ных серных концентратов, содержит не менее 99,5% серы, осталь­ ное — это примеси, ухудшающие ее качество. Основными за­ грязнителями, снижающими сортность природной серы, являются неорганические вещества (зола) и органические соединения.

Органические примеси в автоклавной сере представлены угле­ водородами различных групп при содержании их 0,2—0,5%. Они

вносятся в готовую продукцию преимущественно в процессе произ­ водства, так как при переработке серных руд и концентратов в ка­ честве реагентов применяется значительное количество нефтепро­ дуктов и других органических соединений. Очистка серы от орга­ нических веществ сложна, поскольку они хорошо растворяются в сере. Известно несколько методов очистки серы от органических соединений: химическая очистка, продувка серы нагретым возду­ хом, с помощью селективных растворителей и другие.

На Роздольском горно-химическом комбинате применяется двух­ ступенчатый метод очистки серы от органических веществ: отгонка легких углеводородов из расплавленной серы горячим воздухом с последующей доочисткой серы безводным хлористым алюминием.

Сущность процесса отгонки легких органических веществ заклю­ чается в том, что через слой расплавленной серы, температура которой 130—135° С, продувают горячий воздух в аппарате, где имеется большая площадь соприкосновения жидкой серы с возду­ хом. В качестве такого аппарата применяют колонну с ситчатыми тарелями, на каждой из которых поддерживается постоянный слой жидкой серы. Воздух, барботируя через серу, насыщается угле­ водородами и уносит их из колонны. Таким образом, на ситчатой колонне, имеющей 10 тарелей, удается снизить содержание в сере органических веществ с 0,3 до 0,08—0,1%. Оставшиеся в ней более тяжелые примеси органических веществ в данных условиях не мо­ гут быть удалены воздухом. Дальнейшее повышение температуры серы от 135 до 150° С малоэффективно, а повышение температуры выше 150° С нецелесообразно, так как вязкость жидкой серы резко возрастает и она теряет текучесть.

На качество серы, очищаемой воздухом в колонне, оказывают влияние следующие факторы: природа органических примесей в сере: чем выше их температура кипения и молекулярный вес, тем труднее они отгоняются воздухом; удельный расход воздуха: увеличение подачи воздуха до некоторого предела снижает содержа­ ние органических веществ в сере. При расходе воздуха более 500 м3/т серы эффект отгонки резко снижается.

Доочистка серы безводным хлористым алюминием имеет целью довести содержание примесей до требований к сере высшего сорта (не более 0,05% органических веществ, не более 0,05% золы и не менее 99,9% серы). Эта операция осуществляется в реакторах (ме­ шалках) периодического действия. Хлористый алюминий в темпе­ ратурных условиях процесса очистки (125—135° С), не взаимодей­ ствуя с серой, взаимодействует только с органическими веществами, растворенными в ней. Под его воздействием органические вещества дегидрируются, расщепляются, полимеризуются. При этом увели­ чивается их молекулярный вес, и из растворимых в сере органи­ ческих соединений они превращаются в нерастворимую смолообраз­ ную массу. Хлористый алюминий, будучи хорошим катализатором, одновременно играет роль сорбента, способствуя укрупнению и со­ биранию продуктов реакции, которые при отстаивании всплывают

на поверхность жидкой серы и удаляются из нее в специальных аппаратах-отстойниках. Степень очистки серы хлористым алюминием зависит от природы органических примесей и требует увеличения удельного расхода хлористого алюминия. Технологическая схема очистки серы от органических примесей представлена на рис. 54.

Рис. 54. Технологическая схема очистки серы от органических примесей:

1 — напорный бак исходной серы; 2 — ситчатая колонна; з — воздуходувка; і — калорифер; 5 — приемник некондиционной серы; в — напорный бак некондиционной серы; 7 — реактор; 8 — дозатор хлористого алюминия; 9 — отстойник; 10 — шлаковый бак; 11 — чан известко­ вого молока; 12 — насос; 13 — абсорбер; 14 — вентилятор высокого давления; 15 — скруб­ бер

Исходная сера периодически закачивается в напорный бак, откуда непрерывно двумя потоками подается в верхнюю и нижнюю секции ситчатой колонны. В каждой секции сера проходит десять тарелей, встречая восходящий поток воздуха, нагретого до темпе­ ратуры 120° С. Воздух нагнетается воздуходувкой и подогревается в калориферах. Проходя через тарели, воздух насыщается парами углеводорода и выбрасывается через скруббер в атмосферу. Сера, очищенная от легких углеводородов в колонне, направляется в при­ емник некондиционной серы. Отсюда сера погружным насосом закачивается в напорный бак некондиционной серы и периодически загружается в реактор. В реактор весовым дозатором подается также безводный хлористый алюминий. Здесь жидкая сера пере­ мешивается хлористым алюминием, взаимодействующим с органи­ ческими веществами, растворенными в сере. Содержимое реактора

периодически сливается в отстойник, где сера отстаивается от шла­ ков — продуктов взаимодействия хлористого алюминия с органи­ ческими веществами. Более легкие шлаки сбрасываются из отстой­ ника в шлаковый бак, где измельчаются, нейтрализуются известко­ вым молоком и направляются в хвостохранилище. Очищенная сера сливается на склад. Выход серы высшего сорта от общего количества очищенной серы составляет в среднем 95%. Для очистки воздуха от образующихся в данном процессе газов используется известковое молоко. Из чана известковое молоко насосами подается на орошение насадочного абсорбера, очищающего воздух, отсасываемый из реак­ тора и отстойника вентилятором высокого давления. Воздух, выбра­ сываемый из колонны, очищается в скруббере, орошаемом также известковым молоком.

Приведенная схема очистки от органических примесей обеспе­ чивает получение серы высшего сорта. Внедрение предварительной отгонки легких углеводородов в колонне с ситчатыми тарелями дало возможность снизить расход хлористого алюминия в процессе очистки с 5 до 0,8 кг/т очищенной серы и увеличить производитель­ ность основных аппаратов цеха.

На комбинате проводятся работы по дальнейшему совершенство­ ванию процесса очистки серы, внедрению новой техники и аппара­ турному оформлению.

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗМОЛА СЕРЫ

Отечественная серная промышленность в настоящее время произ­ водит только молотую серу. В ближайшие годы будет выпускаться более тонко измельченная сера в виде смачивающегося порошка и в других видах.

§ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛОТОЙ СЕРЫ

Молотая сера является продуктом размола серы комовой, гра­ нулированной или чешуированной. Она характеризуется строго определенным гранулометрическим составом, а также соответ­ ствует всем физико-химическим показателям, которые предъяв­ ляются к сере. Действующие отечественные нормативы допускают производство молотой серы по гранулометрическому составу двух классов по следующим показателям:

Молотая сера употребляется преимущественно в виде добавок в резинотехнической промышленности и как готовый продукт в сель­ ском хозяйстве, а особенно в виноградарстве для борьбы с грибко­ выми заболеваниями виноградной лозы. Резинотехническая про­ мышленность предъявляет более высокие требования к содержанию

влаги в молотой сере. Например, в сере высшего сорта допускается влажность не более 0,05%. Для других потребителей влажность может быть увеличена до 0,5%.

§ 2. МЕЛЬНИЧНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ РАЗМОЛА СЕРЫ

Размол серы производится на мельничных установках, у кото­ рых в качестве основного агрегата применяют ролико-кольцевые

стично при пересечении его роликами, а в основном — за счет подъ­ ема плужками, которые вращаются вместе с роликами. Воздух или инертный газ входит в мельницу через окна, находящиеся над раз­ мольным кольцом. Измельченный материал выносится потоком воз­ духа в сепаратор, где происходит его классификация, причем круп­ ные частицы возвращаются в мельницу для доизмельчения. Готовый продукт размола после сепаратора осаждается в циклоне. Неосажден­ ный в циклоне продукт улавливается в рукавном фильтре.

Процесс размола серы — взрывоопасное производство. Поэтому, в отличие от размола других материалов, он ведется в среде инерт­ ного газа при ограниченном содержании в нем кислорода. Отече­ ственные нормы ограничивают содержание кислорода до 4%, зару­ бежные— до 8%. Мельницы, циклон и рукавный фильтр снаб­ жаются взрывными клапанами. Инертный газ подводится непре-

рывно в мельницу, а избыток газовой среды выводится после рукав­ ного фильтра. Для предотвращения подсоса наружного воздуха, согласно требованиям правил безопасности, вся установка должна находиться под избыточным давлением.

Газовая среда и измельченный материал

В системе имеются четыре шибера для регулирования потоков: на всасе вентилятора для регулирования подачи газового потока, циркулирующего в мельничной установке (при нормальной работе системы он должен быть полностью открыт); на нагнетающей сто­ роне вентилятора (за выводом в рукавный фильтр, но перед вводом инертного газа) для регулирования подачи инертного газа и удержа­ ния подсоса воздуха в мельницу (должен быть частично закрыт);

на трубе к рукавному фильтру для регулирования напора перед фильтром; на выводной трубе рукавного фильтра для регулирования режима работы фильтра.

Регулирование тонины размола продукта производится двумя способами: изменением скорости вращения отбойных лопастей сепа­ ратора (увеличение скорости повышает тонину помола, уменьшение скорости дает более грубый продукт); изменением числа отбойных лопастей сепаратора (увеличение числа лопастей повышает тонину помола, уменьшение — дает грубый продукт). Лопасти следует удалять так, чтобы сохранилась балансировка лопастных колес.

Сепаратор с отбойными лопастями может обеспечивать полу­ чение 99,9% готового продукта крупностью до 35 мк. Иногда при­ меняют двойные конические сепараторы, обладающие более грубой системой регулирования тонины размола продукта.

Производительность мельничных установок во многом зависит от качества исходной серы и ее подготовки для размола. Физи­

и ее вида (комовая, гранулированная или чешуированная). Чем чище сера и чем меньше срок хранения ее до размола, тем меньше производительность мельничной установки. Характерно, что чистая молотая сера способна комковаться после размола. Поэтому в за­ рубежной практике применяются различные добавки в серу в про­ цессе ее размола (от 1 до 10% от веса серы): ракушечник, диатомит бентонит и др.

§ 3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЛЬНИЧНЫХ УСТАНОВОК

Ролико-кольцевая мельница

Процесс размола в мельнице происходит нормально, когда исходный материал имеет определенную крупность. Слишком круп­ ные куски не затягиваются между кольцом и роликами, окатываются до шарообразной формы и засоряют мельницу. Между диаметрами кольца и ролика и размером максимальных кусков исходного мате­ риала существует определенная зависимость [40].

На попавший в зону размола кусок материала (рис. 57) действует выталкивающая сила Sp, представляющая собой равнодействующую сжимающих сил Р:

и удерживающая сила ST — равнодействующая сил трения Т , дей­ ствующих по касательным к точкам соприкосновения куска с коль­ цом и роликом:

где а — угол захвата, образованный касательными к точкам сопри­ косновения куска с кольцом и роликом.

Очевидно, чтобы кусок не вытолкнулся, необходимо условие

который для данного материала может меняться в зависи­ мости от состояния поверхности. Последняя в производ­ ственных условиях может быть сухой, мокрой или обле­ денелой.

удвоенного угла трения. Если а будет больше удвоенного угла трения, то куски материала будут выбрасываться из зоны измельче­ ния, это исключит возможность разрушения материала.

Угол трения определяется опытным путем. Но, с другой стороны, угол захвата зависит от соотношения размеров кольца, ролика и куска материала. Выведем эту зависимость. Рассмотрим треуголь­ ник АВС на рис. 57.