15. Получение чугуна

Для выплавки железа из руды разработан доменный процесс с получением в нем чугуна, поступающего затем на выработку стали. Домна — высокая шахтная печь высотой до 30 м, шириной более 6 м. Стенки доменной печи выложены из огнеупорного кирпича, а снаружи кладка заключена в стальной кожух толщиной 20—40 мм. Загрузка рудой, коксом, флюсом послойная, причем обычно железо­рудный материал переводится в сыпучий агломерат. Схема работы доменной печи (рис. 1): в нижней части домны сгорает кокс: С + О₂ = СО₂. Углекислый газ, поднимаясь, соприкасается с раска­ленным коксом и переходит в оксид углерода: СО₂ + С = 2СО. Еще выше в шахте оксид углерода взаимодействует с раскаленной рудой: СО + Fе₂Oз = 2FеО + СО₂ и далее: FеО + СО = Fе + С0₂. Чугун сте­кает в нижнюю часть домны. Из домны чугун выпускают через спе­циальное отверстие — летку. Первые капли чугуна образуются при температуре 1250°С и стекают между кусками кокса в горне. Темпе­ратура чугуна в домне равна 1480—1520°С. Содержание углерода в чугуне составляет 4—4,5%.

Чугун выплавляется в домнах. Это сложное инженерное сооружение, работающее непрерывно в течение 5..10 лет.

Печь работает по принципу противотока. Сверху загружается руда ,флюсы и кокс, а снизу подается воздух. Кокс служит для нагревания и расплавления руды , а также участвует в восстановлении железа из окислов руды. В коксе должно быть минимум серы и фосфора.  Флюсы (известняки, кремнеземы,..) необходимы для получения шлаков  При сгорании топлива образуется окись углерода, которая и является главным восстановителем железа.

16.Абсорбция серного ангидрида. Получение могогидрата и олеума

Изобретение относится к крупномасштабному производству серной кислоты. Способ абсорбции серного ангидрида из газовой смеси, содержащей 7-20 об.% SO₃ и имеющей температуру 150-260^oС, заключается в контактировании в две стадии с серной кислотой, имеющей концентрацию 98-101% Н₂SО₄ и температуру 120-240^oС, при прямоточном взаимодействии газа и кислоты без отвода тепла. На первой стадии поглощают 25-90% исходного SO₃ при повышении концентрации кислоты на 0,3-1,83% H₂SO₄ и повышении ее температуры на 11-46^oС. Газожидкостную смесь после первой стадии направляют на вторую стадию, где поглощают остальную часть SO₃, при этом процесс ведут при прямоточном контактировании внутри рабочих труб при одновременном отводе тепла через стенки хладоагентом с понижением общей температуры газожидкостной смеси на 0-65^oС. Изобретение позволяет разработать экономичный способ абсорбции SO₃, при котором возможно использование теплоты технологических процессов для получения водяного пара низкого и среднего давления.

Способ осуществляют в установке, изображенной на фиг.1. Она включает абсорбер 1, содержащий кипятильник 2, брызгоуловитель 3, сборник 4, насос 5, барабан котла 6. Главным элементом установки является комбинированный аппарат - сернокислотный абсорбер-котел

Он представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд, в средней части которого расположена трубчатая секция. Горизонтальные рабочие трубы укреплены в вертикальных решетках. По обе стороны трубчатой секции расположены полые камеры: входная и выходная. Входная камера имеет штуцер входа газа и ороситель, состоящий из множества форсунок, факелы которых направлены на торец трубчатой секции со стороны входа газа. Выходная камера содержит штуцер выхода газа (верхний) и штуцер выхода кислоты (нижний)

Способ осуществляется следующим образом. Горячий газ (150-260^oС), содержащий 7-20 об. % SO₃, поступает во входную камеру абсорбера 1 и направляется в рабочие трубы кипятильника 2. В эту же камеру через ороситель в виде факелов брызг поступает кислота концентрацией 98-99% Н₂SО₄ при температуре 120-220^oС. Капли кислоты пронизывают газ и поглощают SO₃ в количестве 25-90% от исходного содержания. При этом концентрация кислоты возрастает на 0,34-1,83% Н₂SО₄, а ее температура увеличивается на 11-46^oC.

После входной камеры газожидкостная смесь при температуре 150-237^oC поступает в рабочие трубы кипятильника 2. Здесь при прямоточном взаимодействии кислота поглощает остальную часть SO₃, ее концентрация повышается до 99-101% Н₂SО₄; вследствие отвода теплоты водой, кипящей в межтрубном пространстве, температура кислоты и газа при прохождении в трубах понижается на 0-65^oС. Поскольку в трубах одновременно происходит выделение теплоты вследствие абсорбции SO₃ и отвод теплоты через стенки труб, то результатом этих двух противоположных процессов может быть нулевое отклонение температуры смеси на выходе от температуры на входе в трубы.

После выхода из рабочих труб кислота и газ разделяются в выходной камере абсорбера. Газ с некоторым содержанием брызг кислоты направляется в брызгоуловитель 3, а кислота через нижний штуцер поступает в сборник 4. Часть этой кислоты выводится как продукция. В сборник поступает также кислота из брызгоуловителя и технологическая вода.

Из сборника 4 кислота заданной концентрации и температуры поступает в ороситель первой ступени абсорбции.

Кипятильник 2 связан с барабаном котла 6 циклом естественной циркуляции пароводяной смеси. В барабан подают деминерализованную воду и выводят продукционный пар.

Основной отличительный признак нового способа состоит в том, что в первой ступени абсорбции поглощают ограниченную долю исходного SO₃ (25-90%). Это позволяет уменьшить рабочий объем абсорбера и обеспечить более узкий интервал температур в рабочих трубах кипятильника, что благоприятно как с точки зрения надежности (меньшая вероятность коррозии), так и с точки зрения теплопередачи (большая средняя движущая сила) и массопередачи (более низкая пиковая температура).

Получение моногидрата (серной кислоты) Первой стадией сернокислотного производства по любому методу является получение сернистого газа при сжигании сернистого сырья. После очистки сернистого газа (особенно в контактном способе) его окисляют до серного ангидрида, который, соединяясь с водой, образует серную кислоту. Окисление SО₂ в SО₃ протекает крайне медленно. Для ускорения процесса применяют катализаторы.

В контактном методе окисление сернистого ангидрида в серный осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства себестоимость более чистой и высококонцентрированной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В н.в. около 80 % всей кислоты производится контактным способом.

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Окисление БО₂ происходит, в основном, в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность башенного способа заключается в том, что полученный при сжигании сернистого сырья сернистый газ, содержащий примерно 9% SО₂ и 9-10% О₂, очищается от пыли и поступает в башенную систему, состоящую из нескольких башен с насадкой. В башнях протекает ряд абсорбционно-десорбционных процессов, осложненных химическими превращениями. В первых двух-трех башнях насадка орошается нитрозой, в которой растворенные оксиды азота химически связаны в виде нитрозилсерной кислоты КОНSО₄. В последующих трех – четырех башнях десорбированные в газовую фазу в результате реакции окислы азота поглощаются серной кислотой, образуя вновь нитрозилсерную кислоту. Таким образом, окислы азота совершают кругооборот и теоретически не должны расходоваться. Нитрозным способом получают загрязненную примесями и разбавленную 70–75 % серную кислоту, которая используется в основном в производстве минеральных удобрений.

Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серосодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы.

Олеум представляет собой вязкую маслянистую бесцветную жидкость или легкоплавкие кристаллы, которые, однако, могут приобретать самые различные оттенки вследствие наличия примесей. На воздухе «дымит», реагирует с водой с выделением очень большого количества тепла. Концентрация серного ангидрида может варьировать в очень широких пределах: от единиц до десятков процентов. Олеум по сравнению с концентрированной серной кислотой обладает ещё большим водоотнимающим и окислительным действием.