Производство
серной
кислоты
I	———------—  _______
( в. и. гладушко	ПРОИЗВОДСТВО
СЕРНОЙ кислоты
I	. .
I
I
I
I
I
I
I
I
I
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ТЕХН1КА»
Киев — 1966
В книге изложены совре-
менные способы производства
серной кислоты, описано обору-
дование и технологические схе-
мы сернокислотных заводов,
освещены вопросы автоматиза-
ции и контроля производства,
а также техники безопасности
и обслуживания аппаратуры.
Книга предназначена для
рабочих и мастеров сернокис-
лотной промышленности н уча-
щихся профессиональных учи-
лищ.
6П7.2
Г52
661.25
3—14—2
326—65М
Рецензенты: канд. техн, наук Е. В. Яшке, инж.
М. Е. Гиллер
Редакция литературы по вопросам химической,
нефтяной и газовой промышленности
Заведующий редакцией инж. И. Б. Булгакова
ПРЕДИСЛОВИЕ
Серная кислота широко применяется в раз-
личных отраслях народного хозяйства: в про-
изводстве минеральных удобрений, органичес-
ких соединений, нефтяной, металлургической,
металлообрабатывающей, текстильной, коже-
венной, фармацевтической, пищевой и других
отраслях промышленности. Уровень производ-
ства серной кислоты в известной мере характе-
ризует общий уровень промышленного разви-
тия страны.
Основным потребителем серной кислоты
являются заводы минеральных удобрений,
производство которых в нашей стране разви-
вается быстрыми темпами и в 1970 г. составит
70—80 млн. т. Это потребует резкого увели-
чения производства серной кислоты не только
из природного сырья, но также за счет исполь-
зования серы, содержащейся в отходах раз-
личных производств (коксовый газ, газы ме-
таллургической и нефтеперерабатывающей
промышленности).
За последние годы сернокислотные заводы
оснащаются новой техникой, внедряются про-
грессивная технология, механизация и авто-
матизация технологических процессов. Освое-
ны обжиг серосодержащего сырья в кипящем
слое и производство серной кислоты из серы
по «короткой схеме». Обжиговый газ очища-
ется от пыли в настоящее время в высоко-
производительных трех- и четырехпольных
1
3
электрофильтрах. Сернистый ангидрид окис-
ляется в пятислойных контактных аппаратах,
что значительно повышает степень контакти-
рования. Окислы азота поглощаются в полых
башнях, при этом снижается гидравлическое
сопротивление в системе и повышается сте-
пень абсорбции и т. д.
Внедрение новой техники, комплексная ме-
ханизация и автоматизация сернокислотного
производства требуют повышения квалифика-
ции обслуживающего персонала.
Настоящая книга, написанная на основе
опыта действующих сернокислотных заводов
страны, предназначена для обучения и повы-
шения квалификации работников сернокислот-
ных заводов.
Автор приносит глубокую благодарность
инж. М. Е. Гиллеру, В. П. Афанасьеву,
Л. С. Поварову, О. И. Кулакову, канд. техн,
наук Е. В. Яшке за помощь, оказанную при
написании книги.
Отзывы и пожелания просим направлять
по адресу: Киев, 4, Пушкинская, 28, издатель-
ство «Техника».
ГЛАВА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
СОСТАВ И СВОЙСТВА
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
И ОЛЕУМА
Серной кислотой называют химическое соединение,
состав которого выражается формулой H2SO4
(мол. вес 98,08). Безводная серная кислота (моногид-
рат) образуется при присоединении 81,63 в. ч. серного
ангидрида и 18,37 в. ч. воды.
Безводная серная кислота представляет собой бес-
цветную маслянистую жидкость, кипящую при 304° С и
замерзающую при 10,4°С. При нагревании выше 150—
200° С безводная серная кислота заметно разлагается с
выделением паров воды и серного ангидрида SO3. Она
смешивается с водой во всех соотношениях с выделени-
ем тепла. При взаимодействии серной кислоты с водой
образуются соединения типа H2SO4 • Н2О; H2SO4 • 2Н2О;
H2SO4 • 4Н2О, называемые гидратами серной кислоты.
В технике серной кислотой называется не только
моногидрат, но и водные растворы его (H2SO4+H2O),
однако учет количества серной кислоты ведется в моно-
гидрате. Растворы серного ангидрида в серной кислоте
(H2SO4+SOs) называются олеумом, или дымящей сер-
ной кислотой.
С изменением содержания моногидрата в водных рас-
творах серной кислоты изменяются плотность (рис. 1),
температура кипения и замерзания, а также химические
свойства серной кислоты.
В нашей стране выпускаются следующие сорта тех-
нической серной кислоты: башенная, купоросное масло
и олеум (табл. 1). Для башенной кислоты и купоросного
масла нормируется содержание моногидрата и окислов
азота, для олеума — содержание свободного серного
ангидрида.
5
Для кислотных аккумуляторов выпускается купорос-
ное масло без примесей мышьяка, хлора, окислов азота,
металлов и органических веществ. Содержание железа
в аккумуляторной кислоте не должно превышать 0,015%.
На рис. 2 представлена кривая, выражающая зави-
симость температуры кристаллизации серной кислоты
от ее концентрации. Из
рисунка видно, что ба-
шенная серная кислота
замерзает при темпера-
туре от —30 до —40° С.
Купоросное масло мо-
жет замерзнуть лишь
при —27° С. Олеум, со-
держащий	18—20%
серного ангидрида, за-
мерзает при —11° С, а
температура замерза-
ния концентрированно-
Рнс. 1. Плотность серной кислоты
и олеума прн 20° С.
го олеума, содержаще-
го 62% свободного серного ангидрида, равна 0°С. Откло-
нение концентрации серной кислоты и олеума от стан-
дартных значений ведет к повышению температуры за-
мерзания, что затрудняет перевозку и хранение кислоты.
Так, башенная кислота, содержащая до 82% моногидра-
та, замерзает при 8° С, поэтому транспортировка и хране-
ние такой кислоты весной, осенью и зимой становится
невозможной.
Таблица 1
Технические сорта серной кислоты
Сорт	Содержание, %		
	H2SO,	no+no2	SO3 сво- бодиый
Башенная Купоросное масло Олеум	Не менее 75 .	92,5	Не более 0,03 0,05	18—20
При упаривании водных растворов серной кислоты ее
концентрация повышается до 98,3%, а температура—до
336,6°С. Такая кислота имеет одинаковый состав паро-
6
в разбавленных водных рас-
Рис. 2. Температура замерзания сер-
ной кислоты н олеума в зависимости
от концентрации.
вой и жидкой фазы, поэтому она перегоняется без изме-
нения состава.
В заводских условиях упариванием обычно получают
93—95%-ную кислоту. Кислоту с более высоким содер-
жанием моногидрата (до 100%) можно получить раство-
рением серного ангидрида
творах серной кисло-
ты. При дальнейшем
растворении серного
ангидрида в моногид-
рате получается олеум.
Обычно в стандартном
олеуме содержится 18—
21% свободного SO3. В
технике применяется и
более крепкий олеум с
содержанием 65—80%
SO3. Для специальных
целей выпускается так-
же 100%-ный олеум,
однако уже при содер-
жании 40—80% SOs
олеум замерзает при
температуре выше 10°С.
Высококонцентриро-
ванный олеум предо-
храняется от замерза-
ния добавлением к не-
му небольших коли-
честв (сотые доли процента) стабилизирующих добавок.
Эти добавки снижают температуру замерзания олеума,
не оказывая при этом влияния на его химические свой-
ства. Из олеума можно получить серную кислоту любой
концентрации.
СВОЙСТВА СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА
Сернистый ангидрид (SO2) является промежуточным
продуктом в производстве серной кислоты. Он получает-
ся при сжигании серы, сероводорода, при обжиге руд,
содержащих серу (сульфидных руд). х
В нормальных условиях сернистый ангидрид пред-
ставляет собой бесцветный газ, в 2,26 раза тяжелее воз-
7
духа, с острым запахом, вызывающим сильное раздра-
жение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей.
При охлаждении до —10° С сернистый ангидрид пре-
вращается в жидкость и затвердевает при —75,5° С. При
сжатии до 2,5 ат сернистый ангидрид остается жидким
и при комнатной температуре. Жидкий сернистый анги-
дрид— бесцветен, тяжелее воды в 1,4 раза.
В воде сернистый ангидрид растворяется в неболь-
ших количествах, образуя сернистую кислоту:
SO2-|-H,O = H2SO3.
Растворимость сернистого ангидрида в серной кисло-
те меньше, чем в воде и уменьшается с повышением
температуры. С увеличением концентрации серной кис-
лоты растворимость вначале уменьшается, достигает
минимума при 85% H2SO4, а затем вновь увеличивается.
В промышленности сернистый ангидрид применяется
в производстве целлюлозы, холодильной технике, пере-
работке нефти, при плавке магния, обогащении марган-
цевых руд, извлечении урана и кобальта из отработан-
ных шламов, при получении селена и теллура. Значи-
тельные количества сернистого ангидрида расходуются
для приготовления сульфитных солей. В пищевой про-
мышленности сернистый газ применяется для отбелки
и консервации зерна, сахарного сока, солода, крахмала,
фруктов. Широкое применение находит сернистый анги-
дрид в текстильной промышленности в качестве отбели-
вающего средства, в кожевенном производстве для из-
влечения хрома из отходов.
СВОЙСТВА СЕРНОГО АНГИДРИДА
Серный ангидрид (SO3) получают окислением сер-
нистого ангидрида или термическим разложением олеу-
ма. Это бесцветный газ, который при температуре 16,8° С
превращается в твердое вещество. Кипит серный анги-
дрид при температуре 44,8° С. Газообразный серный
ангидрид плохо поглощается водой, но легко реагирует
с ее парами, образуя туман, состоящий из взвешенных в
воздухе мельчайших частичек серной кислоты. При рас-
творении серного ангидрида в моногидрате и водных
8
растворах серной кислоты выделяется большое количе-
ство тепла.
Вдыхание серного ангидрида и тумана серной кисло-
ты вызывает воспаление верхних дыхательных путей.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Производство серной кислоты состоит из следующих
стадий:
1.	Получение сернистого ангидрида (сернистого га-
за) окислением элементарной серы или серного сырья
кислородом
s + o2 = so2 + q.
2.	Получение серного ангидрида окислением сернис-
того газа кислородом
SO2 + -i- O2 = SO3 + Q.
3.	Получение серной кислоты из серного ангидрида
и воды
SO3 + H2O = H2SO4 + Q.
В первой стадии кислород легко присоединяется к
сере, образуя сернистый ангидрид.
Окисление сернистого ангидрида в серный протекает
медленно. Для ускорения окисления сернистого ангидри-
да в промышленности применяют твердые катализаторы
(вещества, ускоряющие химические процессы) или скис-
лы азота.
В первом случае сернистый газ окисляется кислоро-
дом воздуха на поверхности твердых катализаторов.
Этот способ производства серной кислоты называется
контактным. Контактный способ заключается в том, что
сернистый ангидрид в газообразном состоянии пропус-
кается вместе с воздухом через контактную массу (твер-
дый катализатор), окисляясь при этом кислородом до
серного ангидрида. Серный ангидрид поглощается сер-
ной кислотой, растворяется в ней, а затем соединяется с
водой, содержащейся в кислоте, по реакции
п SO3 + Н2О = H2SO4 + (га - 1) SO3.
9
В зависимости от количественного соотношения воды
и серного ангидрида образуется серная кислота различ-
ной концентрации. Если и>1, образуется олеум, если
и = 1, получается моногидрат, а при п<1—разбавлен-
ная серная кислота.
Процесс производства серной кислоты нитрозным
способом состоит в том, что сернистый ангидрид окисля-
ется кислородом воздуха при помощи окислов азота, яв-
ляющихся передатчиком кислорода. Окисление сернис-
того ангидрида происходит в нитрозе, которая представ-
ляет собой раствор трехокиси азота (N2O3) в водном
растворе серной кислоты, поэтому сернистый ангидрид
предварительно растворяется в нитрозе. Образовавшийся
серный ангидрид, соединяясь с водой, находящейся в
нитрозе, превращается в серную кислоту. Этот процесс
может быть представлен следующими уравнениями:
^0газ растворение £0жидк в
sor№ + N,O3TO + Н2ОЖИДК = H2SOrJlK + ИОжидк ;
]\[0жидк f\[Qra3_
Образующаяся окись азота (NO) легко окисляется
кислородом в газовой фазе до двуокиси азота (NO2)
2NOra3-ф О"3 == 2NO"3 .
Из смеси окиси азота с двуокисью образуется трех-
окись
NOra3 -р NO"3 = N2O"3.
Газообразная трехокись азота поглощается водным
раствором серной кислоты с образованием нитрозы
Ny-хгаз растворение х т z-хжипк
2Оз----------->-1>2С»з	,
в которой вновь окисляется сернистый ангидрид до сер-
ного. Таким образом окислы азота принимают неодно-
кратное участие в процессе окисления сернистого анги-
дрида.
Серную кислоту нитрозным способом получают в
орошаемых башнях, поэтому этот способ часто называют
башенным. Раньше нитрозный процесс осуществлялся в
свинцовых камерах (камерный способ), но из-за малой
10
производительности камерный способ в нашей стране те-
перь не применяется. В некоторых странах и до настоя-
щего времени еще сохранились камерные установки.
В последние годы в СССР и за рубежом наблюдает-
ся преимущественное развитие контактных установок.
Это объясняется тем, что по контактному способу полу-
чаются высококонцентрированная серная кислота, вы-
сококонцентрированный олеум и 100%-ный серный ан-
гидрид. Контактный способ позволяет получать аккуму-
ляторную и химически чистую сернистую кислоту, так
как перед поступлением в контактный аппарат обжиговый
газ подвергается тщательной очистке. Контактные уста-
новки легче автоматизировать, аппаратурное оформле-
ние их (при переработке серы и сероводорода) более
простое, чем башенное.
Недостатком контактного способа производства сер-
ной кислоты является высокий расход серного колчеда-
на на тонну моногидрата, а также большая по сравне-
нию с башенным методом затрата средств на строитель-
ство контактного цеха.
При производстве серной кислоты из колчедана ба-
шенным методом получается серная кислота с более низ-
ким содержанием моногидрата и повышенным содержа-
нием примесей. Существенным недостатком башенного
способа является также трудность автоматизации произ-
водства и выброс окислов азота в атмосферу.
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕВОЗКА КИСЛОТЫ
Башенную кислоту, купоросное масло, олеум и креп-
кую азотную кислоту (меланж) на сернокислотных за-
водах хранят в нефутерованных стальных хранилищах
(баках). На строящихся заводах для хранения серной
кислоты устанавливают цилиндрические сварные храни-
лища диаметром 9 м, высотой 5 м, объемом 335 м3,
которые монтируют на высоких ленточных фундаментах.
На конической крышке хранилища имеется люк для
осмотра и ремонта,, а для обслуживания над хранилищем
устанавливают площадки с лестницами.
Башенная серная кислота и меланж хранятся на от-
крытом воздухе, олеум и купоросное масло — в отапли-
ваемых помещениях, причем для олеума (в северных
районах страны) необходимы подогреватели.
11
Загрузка серной кислоты и меланжа в железно-
дорожные цистерны, перекачка из одного хранилища в
другое и в цехи-потребители производятся специальными
насосами, склады на сернокислотных заводах распола-
гаются у железнодорожного полотна.
Серная кислота перевозится по железной дороге в
цистернах, грузоподъемностью 50 т, без нижнего слив-
ного отверстия, с горизонтальной желтой полосой по
цилиндрической поверхности цистерны и надписью
«Сернокислотная», меланж — в цистернах, имеющих
надпись «Меланжевая» и двухстороннюю желтую полосу.
Цистерны для олеума снабжаются паровыми змееви-
ками и утепляются.
Цистерны, не имеющие желтой полосы и соответст-
вующей надписи, перед загрузкой в них серной кислоты
тщательно осматриваются, промываются и пропари-
ваются.
Слив кислоты и меланжа из железнодорожных цис-
терн производится сифоном, один конец которого по-
гружается в цистерну, а второй — к насосу, который
перекачивает кислоту в хранилище.
При отсутствии насосов практикуется выдавливание
серной кислоты через опущенный в жидкость сифон
сжатым воздухом, нагнетаемым в цистерну.
При попадании влаги в цистерну серная кислота и
меланж разбавляются и вызывают коррозию. Поэтому
все люки и краны должны быть тщательно закрыты как
во время движения с кислотой, так и порожняком. Кроме
того, через плохо закрытый люк возможен выброс кисло-
ты из цистерны, что может привести к несчастным слу-
чаям, а также повреждению железной дороги.
Пустые железнодорожные цистерны и хранилища, в
которые длительное время после слива кислота не зали-
валась, перед загрузкой необходимо тщательно промыть
вначале водой, а затем слабым раствором соды.
Серная кислота наливается в автоцистерны из на-
порного бака-.мерника с поплавковым указателем уровня
кислоты, а в мерник — подается кислотным насосом или
поступает самотеком из хранилища.
Аккумуляторная и особо чистая кислота не пере-
возится в обычных незащищенных цистернах, так как
при этом она загрязняется сблями железа и органичес-
кими соединениями и становится непригодной к употре-
12
блению в производстве искусственного волокна и других
специальных отраслях.
Серную кислоту небольшими партиями перевозят
в стеклянных бутылях, но при этом из-за боя теряется
около 5% кислоты, а использование транспорта не пре-
вышает 25—30%.
Для перевозки аккумуляторной кислоты и особо
чистой технической НИУИФ (Научно-исследователь-
ский институт удобрений и инсектофунгицидов) разра-
ботал конструкцию контейнера, защищенного изнутри
фторопластом-3, емкостью 1 №. Наружная поверхность
такого контейнера покрывается перхлорвиниловой
эмалью. Контейнеры удобно перевозить автотранспортом
и по железной дороге.
Кислота концентрацией менее 70% перевозится в же-
лезнодорожных цистернах, покрытых изнутри полиизо-
бутиленом. Возможно также применение контейнеров
мягкого типа из фторопласта или других кислотостойких
пластических масс.
ГЛАВА
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АППАРАТУРЫ,
ПРИМЕНЯЕМОЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
В производстве серной кислоты применяются терми-
чески устойчивые материалы, а также химически
устойчивые к действию сернистого и серного ангидридов,
сероводорода, водных растворов серной кислоты, олеума,
газообразных окислов азота, азотной кислоты и нитрозы.
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Почти все аппараты сернокислотного производства
изготовляются из стали и чугуна. При воздействии на
них серной кислоты или нитрозы на поверхности обра-
зуется прочная пленка сернокислых солей или окислов
железа, которые плохо растворяются в кислоте и по-
этому предохраняют металл от дальнейшего разрушения.
Коррозионное действие серной кислоты увеличивается
при повышении скорости движения жидкости в аппара-
тах и трубопроводах, так как защитная пленка при этом
механически разрушается.
Углеродистые стали устойчивы к воздействию 78—
100%-ной серной кислоты. С повышением температуры
коррозионное действие серной кислоты на металлы резко
возрастает. Защита стальных деталей в горячей серной
кислоте достигается футеровкой их кислотоупорным бе-
тоном, плитками или кирпичом на кислотоупорной за-
мазке, а также нанесением кислотостойких пластических
масс и пленок.
Из стали изготовляются все газоходы, продукцион-
ные и абсорбционные башни, холодильники для кислоты
и другие аппараты башенной системы, так как присут-
ствие окислов азота в серной кислоте башенных уста-
14
новок способствует образованию защитной пленки окйс-
лов железа на поверхности стали. Для повышения устой-
чивости стальных деталей к действию нитрозы, содержа-
щей менее 2% трехокиси азота, при температуре выше
60—80° С проводится их обработка в течение 1—2 ч
нитрозой, содержащей от 5 до 10% трехокиси азота при
той же температуре.
В контактном производстве сталь применяется для
изготовления газоходов, расположенных за сушильны-
ми башнями, хранилищ для купоросного масла на скла-
де и цистерн для перевозки купоросного масла.
Чугун устойчив к воздействию концентрированной
серной кислоты, содержащей более 85% моногидрата,
а также к действию нитрозы. Поэтому значительная
часть аппаратуры контактного производства и детали,
соприкасающиеся с малонитрозной кислотой в башен-
ном производстве, выполняются из чугуна. При длитель-
ном воздействии олеума и серного ангидрида чугун рас-
трескивается. Это ограничивает его применение в аб-
сорбционном отделении контактного цеха.
Стойкость чугуна значительно повышается при до-
бавлении к нему небольших количеств хрома, марганца
и других металлов. Для перекачки продукционной кис-
лоты и нитрозы в башенном цехе применяются насосы
из серого (ЧНЗ), высокохром истого (ХНЗ) и высоко-
кремнистого (КНЗ) чугуна. Насосы для перекачки кис-
лоты первой промывной башни контактного цеха изго-
товляются из специальной стали ЭИ943.
В печном отделении для перегребающих лопаток и
гребков применяются высокохромистый сплав (Х28Л),
а также чугун, содержащий от 18 до 32% алюминия.
Для охлаждения кислоты моногидратного абсорбера
и сушильных башен успешно применяются кожухотруб-
ные холодильники из нержавеющих хромоникелевых
сталей, с добавками молибдена или титдна. Из не-
ржавеющей стали изготовляются также рабочие колеса
хвостовых вентиляторов, турбокомпрессоров и холодиль-
ники для нитрозы.
Высокой устойчивостью по отношению к серной кис-
лоте и меланжу обладает ферросплав, содержащий 80—
85% железа, 13—17% кремния, 2—5% марганца, 1,3%
углерода. Однако этот сплав легко растрескивается при
резких изменениях температуры и трудно поддается об-
15
работке. Эти свойства ферросплава ограничивают его
применение в производстве серной кислоты.
Для перекачки меланжа и азотной кислоты применя-
ются трубы из нержавеющей стали.
ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для защиты металлических деталей обжиговых пе-
чей, газоходов и газоочистительной аппаратуры от высо-
кой температуры широко применяется шамотный кирпич.
В шамоте содержится около 60% кремнезема и 20%
глинозема. Температура плавления шамота 1580—
1770° С. Он обладает большой механической прочностью
и выдерживает химическое воздействие газов при высо-
кой температуре.
Своды обжиговых печей выкладывают из фасонного
шамотного кирпича без кислотоупорных и жаростойких
растворов. Для защиты стенок печей, газоходов, электро-
фильтров и контактных аппаратов шамотный кирпич
укладывается на растворе из огнеупорной глины или
мелкого шамотного порошкд.
Вследствие повышенной пористости шамотного кир-
пича не рекомендуется применять его для защиты метал-
лических деталей от кислых растворов.
В последние годы при строительстве обжиговых пе-
чей все шире применяется жароупорный бетон и железо-
бетон. Наибольшее применение находит бетон на жид-
ком стекле с кремнефтористым натрием, который одно-
временно является жаро- и кислотоупорным. В этих
бетонах вяжущим является жидкое стекло, ускорителем
схватывания и твердения — технический кремнефторис-
тый натрий, содержащий не менее 85% основного веще-
ства.
В качестве заполнителя можно применять шамот,
кварц, андезит. Укрупнение тонкомолотого заполнителя
повышает жароупорность бетона.
Максимальный размер зерен шамотного щебня при
бетонировании сводов — 40 мм, стен — 35 мм.
Для приготовления 1 м3 жароупорного бетона тре-
буется следующее количество материалов, кг:
Шамотная смесь....................... 1500
Жидкое стекло с плотностью 1,38—1,40 .	350-—450
Кислотоупорный цемент марки	КЦФ	470
Кремнефторнстый натрий................ 30
16
При отсутствии кислотоупорного цемента можно при-
готовить жароупорный бетон из шамота, жидкого стекла
и кремнефтористого натрия. Для приготовления такого
бетона берется 94—95 в. ч. шамотной смеси, для ускоре-
ния схватывания добавляется 5—6 в. ч. кремнефтористо-
го натрия. Полученная сухая смесь загружается в бе-
тономешалку, туда же добавляется жидкое стекло до
получения раствора, хорошо заполняющего опалубку.
Для повышения прочности бетона при заполнении
опалубки его уплотняют пневматическими или электри-
ческими трамбовками. Время полного схватывания и
твердения бетона сокращается с увеличением количест-
ва добавляемого кремнефтористого натрия к смеси.
Жароупорный бетон полностью теряет воду при на-
гревании до 300° С. При температуре 500—600° С проч-
ность бетона несколько снижается, а при 700° С возра-
стает. Жароупорный бетон, приготовленный на жидком
стекле с шамотным заполнителем, применяется в нейт-
ральных и кислых средах при рабочей температуре до
900° С. Частичная замена шамотного заполнителя на
хромистый железняк может повысить жаростойкость бе-
тона до 1000° С. Бетон с андезитовым заполнителем при-
годен для температур не выше 600° С.
Таблица 2
Состав жароупорного бетона
Состав № 1		Состав № 2	
Компоненты	Количе- ство, кг	Компоненты	Количе- ство, кг
Шамотный порошок	160	Шамотный порошок	200
Шамотная крошка	550	Шамотная крошка	450
Шамотный щебень	850	Шамотный щебень	830
Нефелиновый шлам Жидкое стекло с плот-	160	Нефелиновый шлам Тонкошамотный и	80
ностью 1,38	450	гранулированный	200
		шлам	
Изготовление сводов и футеровки из жароупорного
бетона сокращает сроки монтажа и ремонта печей, эко-
номит дорогостоящий фасонный шамот и на 10—50%
удешевляет стоимость строительства и ремонта агрега-
тов.
2 1098
Существенным недостатком жароупорной футеровки,
приготовленной на основе кремнефтористого натрия, яв-
ляется выделение при эксплуатации соединений фтора,
которые вместе с обжиговыми газами попадают в очист-
ное отделение, вызывая разрушение футеровки и засо-
рение насадки.
Два состава такого бетона приведены в табл. 2.
КИСЛОТОУПОРНЫЙ БЕТОН И ФУТЕРОВКА
Для защиты от действия нитрозы, серной и азотной
кислот и их смесей применяется кислотоупорная футе-
ровка, состоящая из диабазовых литых плиток, кислото-
упорного кирпича или андезитовых тесаных плит, укла-
дываемых на кислотостойком растворе.
Трубопроводы для кислоты, напорные бачки, гидрав-
лические затворы и другую кислотную аппаратуру и ар-
матуру футеруют кислотоупорным бетоном, заливаемым
в специальную опалубку. Для приготовления такого бе-
тона смешивают 95—96 в. ч. мелкого порошка андезита
или диабаза и 4—5 в. ч. кремнефтористого натрия. К по-
лученной смеси добавляют при перемешивании жидкое
стекло до получения вязкого раствора.
Кислотоупорный бетон может применяться в качест-
ве связывадощего раствора при футеровке аппаратуры
андезитовыми или диабазовыми плитками, а также для
футеровки трубопроводов, желобов и другой арматуры.
Твердение кислотоупорного бетона наступает через
0,5—2 ч. Ускорение твердения происходит при постепен-
ном подогревании его до 60—80° С и при последующей
обработке футеровки подогретой кислотой. С повыше-
нием содержания кремнефтористого натрия в бетоне
время затвердевания также сокращается. Однако при
этом уменьшается механическая прочность покрытия.
Для защитных покрытий вращающихся деталей в со-
став бетона вводится не более 1—2% кремнефтористого
натрия. Для защиты валов разбрызгивающих турбинок
в продукционных башнях на очищенную поверхность
вала наносится жидкий кислотоупорный бетон неодно-
кратным погружением вала в жидкий раствор бетона и
медленной сушкой нанесенного слоя. В заводской прак-
тике для защиты валов разбрызгивающих турбинок
в продукционных башнях применяются фарфоровые или
18
стеклянные трубы, насаживаемые на вал, предваритель-
но покрытый тонким слоем жидкого кислотоупорного
бетона. Валы турбины, покрытые кислотоупорным бето-
ном или фарфоровой трубой, следует беречь от ударов,
так как при этом может разрушиться защитный слой.
Защитный слой на валы разбрызгивающих турбинок
наносится после посадки звездочки на вал и затяжки ее
конусной гайкой. Конусная гайка предохраняется от раз-
рушения кислотоупорным бетоном.
При отсутствии андезитового или диабазового порош-
ка кислотоупорный бетон можно приготовить из тонко-
измельченного кварца или песка с высоким содержанием
кремнезема, а также можно использовать тонкоизмель-
ченный колчеданный огарок с низким содержанием серы.
Однако на основе андезитового или диабазового по-
рошка получается бетон с более высокой устойчивостью
по отношению к серной кислоте.
В качестве насадки денитрационных, абсорбционных,
промывочных и сушильных башен применяются кислото-
упорные керамические или фарфоровые кольца.
ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ
Для защиты стальной аппаратуры от разрушения
слабой серной кислотой широко используются пласти-
ческие массы и пленки на основе различных смол. Наи-
более широкое применение получили: полиизобутилен,
фаолит, винипласт, перхлорвиниловые пленки.
Полиизобутилен — каучукоподобный материал, со-
храняющий эластичные свойства при температуре
—55 Ь 120е С. Смешиванием полиизобутилена с са-
жей или графитом и последующей прокаткой получа-
ют обкладочный материал в виде листов, которые на-
клеивают на металл, дерево, бетон при помощи клеев
№ 88 и 8. Такие покрытия устойчивы к 96 %-ной серной
кислоте при температуре 20°С, 90%-ной — при 40° С,
80 %-ной — при 60° С. При температуре 120° С полиизобу-
тиленовые покрытия размягчаются и сползают по стен-
кам аппарата вниз.
Устойчивым по отношению к башенной кислоте и ку-
поросному маслу при температуре до 60° С является
фаолит. В состав его входят феноло-формальдегидная
2*
19
смола и асбест или песок. При добавлении к смоле в ка-
честве наполнителя графита получается графолит.
Температурный предел применения фаолита в раз-
бавленной серной кислоте составляет 170° С. По отно-
шению к 96 %-ной серной кислоте фаолит устойчив при
30?С, предельно допустимой температурой для 96%-ной
кислоты является 60° С, а для 80 %-ной кислоты—160° С.
Для изготовления труб, плит, фасонных деталей, вен-
тилей, работающих в 40—80 %-ной серной кислоте, при
температуре до 60° С применяется винипласт. Примене-
ние винипласта ограничивается недостаточной морозо-
стойкостью (неустойчив ниже —10° С). Винипласт сва-
ривается горячим воздухом при температуре 220° С. Ме-
таллические поверхности аппаратуры обкладываются
тонкими листами винипласта, склеенными раствором
поливинилхлорида в дихлорэтане.
Кислотные холодильники, применяемые для промыв-
ных кислот в контактном производстве, изготовляются из
антегмита (АТМ-1), приготовленном на основе искус-
ственных углей и графитов. Выпускается он в виде труб
и плиток, которые легко обрабатываются на станках и
устойчивы до температуры 120° С при концентрации сер-
ной кислоты до 96%.
Среди органических антикоррозионных материалов
представляют интерес лаки и клеи, приготовленные на
основе поливинилхлоридных и перхлорвиниловых смол.
Наружные поверхности колчеданных печей, шнеков и
оросительных холодильников защищаются жаростой-
кими эмалями из кремнеорганического лакд ФГ-2.
При изготовлении фильтров для серной кислоты и
сернистого газа в производстве особо чистых сортов
серной кислоты применяются ткани из искусственного
волокна — фторолон, который устойчив до температуры
120° С. Получают фторолон из фтористого винила и фто-
ристого винилидена. По отношению к нитрозе устойчив
лавсан при температуре не выше 25° С.
ГЛАВА Л
J СЫРЬЕ
< ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
U СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Исходным веществом в производстве серной кисло-
ты является сернистый ангидрид. Для получения
сернистого ангидрида применяется серный колчедан,
элементарная сера, сероводородные газы, сернистые
газы, получаемые при переработке руд цветных и черных
металлов.
Данные, характеризующие потребление основных ви-
дов серосодержащего сырья в СССР, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Производство серной кислоты из различных видов сырья
(% от общего количества производимой кислоты)
Сырье	Годы	
	1959	1965
Серный колчедан Отходящие газы цветной и черной металлургии, содержащие сернистый	68	41
ангидрид	15	31
Элементарная сера	14	18
Сероводород	3	10
Из таблицы видно, что основным сырьем для полу-
чения серной кислоты в нашей странеявляется серный
колчедан. Однако в ближайшие годы должна увеличить-
ся выработка серной кислоты из отходящих газов, со-
держащих серу. Это позволит оздоровить условия труда
на предприятиях и улучшить санитарное состояние райо-
нов, прилегающих к заводам цветной и черной метал-
21
лургии. В настоящее время строительство цехов по из-
влечению соединений серы из отходящих газов цветной и
черной металлургии для получения серной кислоты ста-
ло обязательным в нашей стране.
Некоторые новые сернокислотные заводы СССР по-
лучают серную кислоту из газов глиноземного произ-
водства и агломерационных фабрик черной металлургии.
На коксохимических заводах намечается дальнейшее
увеличение переработки сероводорода коксового газа в
серную кислоту. Сероводород, получаемый из газов
нефтеперерабатывающей промышленности, предполага-
ется перерабатывать как в серную кислоту, так и в эле-
ментарную серу. Очистка газов от сероводорода также
необходима и по экономическим и санитарным сообра-|
жениям.
Небольшое увеличение производства серной кислоты
(см. табл. 3) из элементарной серы объясняется высокой!
стоимостью и меньшими масштабами добычи серы по|
сравнению с колчеданом. Применение самородной серы
является экономически выгодным лишь в юго-западных
районах нашей страны, т. е. там, где расположено основ-
ное ее месторождение.
Существенно возрастает использование отработанной
кислоты, являющейся отходом ряда производств. Это,
помимо большого экономического эффекта, позволит
устранить загрязнение водоемов и рек.
Для производства серной кислоты могут применяться
также природный гипс, фосфогипс, получающийся в ка-
честве побочного продукта при производстве фосфорной
кислоты, топочные газы котельных установок и желез-
ный купорос.
Наша страна располагает разнообразными видами
сырья, достаточного для резкого увеличения производ-
ства серной кислоты.
СЕРНЫЙ КОЛЧЕДАН
Главной составной частью серного колчедана явля-
ется двусернистое железо (FeS2), содержащее 53,5%
серы и 46,5% железа. Кроме FeS2 в природном серном
колчедане содержатся примеси кварца, глинозема, угле-
кислые соединения кальция и магния, а также сернис-
тые соединения меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля,
22
кобальта, селена и теллура, поэтому содержание серы в
колчедане колеблется от 38 до 47%.
Крупные залежи серного колчедана в нашей стране
находятся на Урале, в Сибири и на Кавказе. Залежи
чисто серноколчеданных руд открыты также в Киргиз-
ской ССР — месторождение Ачик-Таш, на Кавказе —
Таганалы, в северо-западных районах — Паранда и др.
Значительные ресурсы сульфидных серосодержащих руд
выявлены на Алтае и в Средней Азии.
Серосодержащую руду предварительно обрабатыва-
ют, чтобы отделить соединения серы от цветных метал-
лов. Руды, содержащие 0,8% меди (в виде халькопи-
рита CuFeS2), подвергаются дроблению и последую-
щему флотационному обогащению, основанному на раз-
личной смачиваемости отдельных составных частей
минералов. При этом получается медный концентрат, со-
держащий 18—21% меди, и отходы, называемые флота-
ционным колчеданом, с содержанием 32—40% серы.
После вторичной флотации получается пиритный кон-
центрат, содержащий от 48 до 50% серы.
Медный концентрат служит сырьем для производ-
ства меди, при этом в качестве отходов также получается
сернистый газ.
При низком содержании меди (до 0,7%) серный
(рядовой) колчедан, добываемый на рудниках в виде
кусков диаметром 40—50 мм, поступает непосредствен-
но на сернокислотные заводы. Рядовой колчедан, добы-
ваемый из рыхлых пластов, называется сыпучкой. Со-
став некоторых сортов колчедана приведен в табл. 4.
Таблица 4
Состав колчедана, %
Колчедан	S , общ	Fe	Си	Zn	А12О3	СаО	MgO	S1O2	н3о
Рядовой уральский	47,1	41,8	0,73		0,34	0,20	0,08	5,62	5,87
Среднеазиат- ский	30,75	18,47					0,32	2,08	0,53				
Флотацион- ный	38,61	34,40	0,80	0,70	4,60	1,19	0,65	18,72		
Пиритный концентрат	50,52	44,26	0,24	1,00	0,90	Следы	0,03	1,73	—
23
Сырьем для получения серной кислоты является и
железный колчедан, получаемый при обогащении камен-
ного угля, содержащего FeS2. Среднее содержание серы
в отечественных углях составляет около 1,5%, в донец-
ких углях — до 3%- При переработке угля, содержащего
более 3% серы, получается углистый колчедан, который
содержит 35—43% серы и 3—6% угля.
Для устранения спекания углистый колчедан перед
загрузкой в печь смешивают с флотационным или рядо-
вым.
Высокая стоимость добычи серного колчедана и не-
обходимость перевозки его на сернокислотные заводы
страны, а также сложность очистки обжиговых газов,
получаемых из колчедана, являются существенными
недостатками этого вида серосодержащего сырья.
ГАЗЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ промышленности
Для производства серной кислоты используются от-
ходящие газы металлургической промышленности, полу-
чаемые при переработке сернистых руд. Значительное
количество отходящих газов, содержащих сернистый
ангидрид, получается при производстве меди, цинка,
свинца, кадмия и некоторых других цветных металлов.
В черной металлургии при спекании сернистых руд
также выделяется большое количество отходящих газов,
содержащих 1 % сернистого ангидрида.
Отходящие газы, содержащие более 4% сернистого
ангидрида, уже давно используются в качестве сырья
для производства дешевой серной кислоты. Газы, содер-
жащие менее 4% сернистого ангидрида, обычно подвер-
гаются предварительной переработке с целью извлече-
ния из них сернистого ангидрида, который в виде креп-
кого газа перерабатывается в серную кислоту.
В последние годы советскими специалистами разра-
ботана) новая схема производства серной кислоты из
газов с низкой концентрацией SO2— схема «СГ». По
этой схеме значительно упрощены очистка газов и все
аппаратурное оформление, причем стоимость полученной
кислоты по схеме «СГ» значительно ниже стоимости
кислоты из колчедана.
Научно-исследовательский институт очистки газов
(НИИОГАЗ) и НИУИФ разработали магнезитовый спо-
24
соб использования отходящих газов, содержащих 1 %
сернистого ангидрида. По этому способу извлечение
сернистого ангидрида из газов ведется окисью магния.
Сернистый ангидрид с окисью магния образует мало-
растворимый в воде сульфит магния, который затем
обезвоживается и подвергается термическому разложе-
нию. В результате разложения получается газ, содержа-
щий 20% сернистого ангидрида и окись магния. Сернис-
тый газ используется для производства серной кислоты,
а окись магния возвращается в процесс улавливания
сернистого ангидрида из отходящих газов.
Из отходящих газов заводов цветной металлургии
можно получать элементарную серу, которую выгодно
перевозить в различные районы страны для получения
серной кислоты и сернистого газа.
При использовании газов металлургических печей
оздоровляется атмосфера вокруг металлургических заво-
дов. Причем серная кислота используется большей
частью непосредственно теми заводами, которые постав-
ляют сернистый газ, что снижает расходы на перевозку
кислоты и разгружает транспорт.
СЕРОВОДОРОДНЫЕ ГАЗЫ
Сероводородные газы получаются при очистке горю-
чих rapoB: коксового, нефтяного, попутного и природного.
При коксовании угля около половины содержащейся
в нем серы переходит в коксовый газ. Содержание серо-
водорода в коксовом газе колеблется от 0,3 до 1,5% по
объему. Сереводород поглощается из газа растворами
моноэтаноламина, поташа или соды. При нагревании
поглотительных растворов получают газ, содержащий
от 6 до 87% сероводорода. Состав сероводородного газа
(%), полученного при моноэтаноловой очистке коксового
газа, приведен ниже.
Сероводород......................... 43,3
Двуокись углерода	.	53,3
Водяные пары	3,2
Синильная кислота...................... 0,2
Очистка, горючих газов от сероводорода и других сер-
нистых соединений позволяет не только получить ценное
сырье для производства серной кислоты, необходимой
Для коксохимических и нефтеперерабатывающих заво-
25
дов, но и дает возможность оздоровить атмосферу вокруг
этих заводов.
Большим преимуществом производства серной кис-
лоты из сероводородных газов является простота тех-
нологической схемы, так как отпадает потребность в
очистке сернистого газа от пыли и ядов для контактной
массы.
ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СЕРА
В СССР для производства серной кислоты все боль-
шее применение находит элементарная сера. При сжи-
гании серы получается более концентрированный газ с
наибольшим содержанием кислорода, что весьма важно
в производстве серной кислоты контактным способом.
После сжигания серы не остается огарка, удаление кото-
рого при обжиге колчедана усложняет производство и
загрязняет территорию завода. Отсутствие в сернистом
газе огарковой пыли не требует сухой очистки газа и
облегчает эксплуатацию котлов-утилизаторов. При пере-
работке природной серы, не содержащей мышьяка, нет
надобности в мокрой очистке обжигового газа от ядов
для контактной массы. Все это упрощает схему произ-
водства серной кислоты из серы.
Добываемая из недр известковая порода, содержа-
щая 25—28% серы, подвергается предварительной обра-
ботке, т. е. дроблению и мокрой флотации. Концентрат,
содержащий 75% серы, обрабатывается паром в авто-
клавах. Полученный при этом концентрат содержит
97,5—99,5% серы, 0,3—2% золы, 0,2—0,5% влаги, 0,2—
1% битуминозных веществ и не более 0,002—0,003%
мышьяка.
Крупнейшими месторождениями самородной серы в
СССР являются Роздольское и Яворовское на западе
Украины, где добыча серы ведется открытым методом.
Важное значение имеет Водинское месторождение
серы в Средневолжском сероносном районе, а также
Каракумское, Шор-Су, Гаурдакское и Чангырташское в
Средней Азии.
ГЛАВА
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНИСТОГО ГАЗА
ХРАНЕНИЕ СЫРЬЯ
И ПОДГОТОВКА ЕГО К ОБЖИГУ
Колчедан и сера перевозятся в крытых или само-
разгружающихся железнодорожных вагонах, на
открытых платформах. При разгрузке железнодорож-
ных вагонов со смерзшимся колчеданом применяются
виброрыхлители, для зачистки вагонов — вибраторы
конструкции ЦНИ МПС. В последнее время стали при-
меняться разгрузочные машины и люкоподъемники.
Колчедан и сера хранятся в складах, защищенных от
дождя и снега. Предохранение сырья от увлажнения свя-
зано с тем, что во влажной сере образуется небольшое
количество серной кислоты, которая вызывает коррозию
металлических частей оборудования, а влажный колче-
дан в зимнее время смерзается.
Железнодорожные линии располагаются обычно с
двух сторон или внутри склада сырья. На новых серно-
кислотных заводах предусматривается сооружение вне
складов углубленных бункерных галерей, над которы-
ми будет производиться разгрузка железнодорожных
вагонов с колчеданом или серой. Такое устройство и на
действующих заводах позволит увеличить емкость скла-
дов сырья.
Распределение колчедана по складу и подача его в
бункера осуществляется мостовыми грейферными кра-
нами. В случае расположения железной дороги непосред-
ственно на складе мостовой кран используется также
для разгрузки вагонов.
Перед дроблением мелкий колчедан отсеивается на
грохоте. Крупные куски подаются в щековую дробилку,
где измельчаются до размеров 35—45 мм в диаметре.
Отсеянный на грохоте, раздробленный в щековой дро-
27
билке колчедан цепным ковшовым элеватором транспор-
тируется во вращающийся барабанный грохот, после ко-
торого частицы диаметром до 6 мм направляются в бун-
кер, подающий сырье на обжиг. Более крупные куски
после щековой дробилки подаются в вальцевую дробил-
ку, где измельчаются до 5—6 мм и также загружаются
цепным элеватором в бункер для дробленого колчедана.
Элементарную серу перед сжиганием в форсуноч-
ных печах расплавляют и подвергают вначале грубой
очистке — отстаиванию. Очистка серы от примесей га-
рантирует бесперебойную работу котлов-утилизаторов и
упрощает очистку обжигового газа. Тонкая очистка про-
изводится фильтрацией расплавленной серы при темпе-
ратуре 145—150° С через неокисляющиеся металлические
сетки, хлопчатобумажные ткани или слой инертного по-
рошкообразного материала. Для отделения жидкой серы
от примесей применяются также п центрифуги.
Сера не должна быть загрязнена керосином, солями
мышьяка, а также органическими соединениями — биту-
мами. В серной руде содержится не более 0,1% битумов,
однако при флотационном обогащении в руду вносятся
керосин, соляровое масло и другие осмоляющиеся в
автоклавах вещества, из которых образуются битумоноз-
ные вещества, вследствие чего общее содержание биту-
мов в сере иногда повышается до 0,2—1%.
На поверхности расплавленной серы битумы образу-
ют корку, которая затрудняет доступ кислорода к сере,
что существенно ухудшает работу таких печей, у кото-
рых нижний под является ванной для расплавленной се-
ры, частично падающей из форсунок вниз. Кроме того,
при горении битумов получается водяной пар, который,
соединяясь с серным ангидридом, содержащимся в газе
после контактного аппарата, дает тумдн серной кислоты,
загрязняющий атмосферу вокруг заводов. Вредной при-
месью в сере является также зола, которая засоряет
серные форсунки и может привести к остановке печи.
В печах для сжигания серы в псевдоожиженном (ки-
пящем) слое примеси, содержащиеся в сере, накаплива-
ются в слое песка, ухудшая псевдоожижение, и могут
вызвать остановку печи.
Пл.авление серы производится в плавилках, подогре-
ваемых паром или горячим воздухом. Расплавленную
серу перекачивают погружным насосом в подогревае-
28
мне отстойники, где происходит осаждение примесей.
В некоторых плавилках частично осаждаются и примеси,
но полная очистка серы осуществляется в отстойниках.
Рис. 3. Плавилка серы Винницкого завода.
Устройство сероплавилки Винницкого завода показа-
но на рис. 3. Плавилка состоит из цилиндрического
стального корпуса 4 диаметром 1200 мм, обогреваемого
29
паром давлением 6 ат и снабженного тепловой изоля-
цией 6. Паровая камера 5 вокруг корпуса плавилки
выполнена в виде шестнадцати отдельных вертикальных
каналов. Из бункера 7 сера загружается в верхйюю
часть плавилки, внутри которой размещены две секции
трубчатого подогревателя. Через штуцер в конической
части плавилки подается греющий пар в большое 10 и
малое 9 верхние распределительные кольца, состоящие
из труб диаметром 108 мм. Из распределительных колец
пар направляется по вертикальным греющим трубкам / /
в нижние кольца 12 и 13, где конденсируется, отдавая при
этом свое тепло сере, находящейся в межтрубном про-
странстве. Образовавшийся конденсат выводится из
нижних колец и направляется в сборник для конден-
сата.
Твердая сера внутри сероплавилки поддерживается
конусом 3, укрепленным на отстойнике 16. Регулирова-
ние зазора между конусом 3 и ножом-ограничителем 14
производится при помощи болтов 1, подвешенных к
стальному корпусу 4.
Примеси, содержащиеся в сере, накапливаются в ко-
нической части отстойника, а жидкая сера выводится че-
рез боковой штуцер в приемный бак. Из ба^ка сера по-
дается насосом в чугунные отстойники, а из них — в
печь для сжигания. Осевшие примеси периодически вы-
гружаются в виде шлама через штуцер в конической
части отстойника. Двойное отстаивание расплавленной
серы дает возможность отказаться от фильтрации.
На некоторых заводах плавление серы ведется не-
посредственно в бункерах.
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРНИСТОГО ГАЗА ИЗ КОЛЧЕДАНА
На практике сернистым газом называется газовая
смесь, содержащая 5—15% сернистого ангидрида, 0,1 —
0,5% серного ангидрида, а также кислород, азот и водя-
ной пар. Сернистый газ получается обжигом колчедана
в воздушном потоке.
Физико-химические основы обжига колчедана
Обжиг, или горение, колчедана представляет собой
процесс соединения FeS2 с кислородом, в результате чего
получается газообразный сернистый газ и твердая окись
30
железа (РегОз), называемая огарком. Температура вос-
пламенения колчедана около 400° С.
При обжиге колчедана протекает несколько реакций.
Вначале происходит термическое разложение колчедана
с выделением серы
FeS2-> FeS + S.
Выделяющаяся при этом сера сгорает по реакции
s + o2 = so2.
Односернистое железо (FeS) окисляется кислородом
с образованием сернистого ангидрида и окиси железа
4FeS + 7О2 = 2Fe2O3 + 4SO2.
Весь процесс горения колчедана выражается сле-
дующим суммарным уравнением:
4FeS2-|- 1102 = 2Fe20» + 8SO2 4-815,2 ккал.
Как видно из уравнения, процесс горения колчеда-
на требует большого расхода кислорода. Атмосферный
воздух содержит около 21% кислорода и 79% азота.
Поэтому с воздухом в печь подается значительное коли-
чество азота, который не участвует в процессе обжига и
является балластом, затрудняющим протекающие про-
цессы.
Для более полного выгорания серы при обжиге кол-
чедана поступление воздуха в печь регулируют таким
образом, чтобы в получаемом сернистом (обжиговом)
газе оставался избыток кислорода, который необходим
для окисления сернистого ангидрида в контактных ап-
паратах. Из данных, приведенных ниже, видно, что по
мере повышения содержания кислорода в обжиговом га-
зе уменьшается концентрация сернистого ангидрида.
Концентрация
сернистого
ангидрида, % об.
0
2
4
6
8
10 ...	.
12.........
14
16 . . .
Концентрация
кислорода, % об.
. . 21,0
18,2
15,4
12,6
9,8
7,0
4,2
1,4
. .	0
31
Наибольшее содержание (16%) сернистого ангидри-
да в обжиговом газе достигается при отсутствии кисло-
рода в нем, т. е. в том случае, когда весь кислород воз-
духа расходуется на горение колчедана.
Для получения высококонцентрированного сернисто-
го газа вплоть до 100%-ного можно окислять односер-
нистое железо ранее образовавшимся огарком по урав-
нению
FeS + 10Fe2O3=7Fe3O4 + SO2.
Это имеет важное значение для интенсификации
сернокислотного производства и получения высококон-
центрированного сернистого ангидрида для специальных
целей.
Расход воздуха при обжиге колчедана зависит от со-
держания серы и влаги в колчедане и получаемой кон-
центрации сернистого ангидрида в обжиговом газе. Рас-
ход воздуха на 1 г обжигаемого колчедана определяется
по номограмме (рис. 4).
Рис. 4. Номограмма для определения расхода воздуха на 1 т
колчедана.
При получении обжигового газа, содержащего 12%
сернистого ангидрида, из колчедана, в котором содер-
жится 42% серы и 12% влаги, в печь следует подадъ
2180 нм3 воздуха. Для получения того же газа из 1 т
сухого 42%-него колчедана необходимо 2500 нм3 воз-
духа.
32
Объем обжигового газа зависит от содержания сер-
нистого ангидрида в нем и концентрации серы в колче-
дане. При уменьшении концентрации сернистого анги-
дрида, объем обжигового газа увеличивается (табл. 5),
при снижении содержания серы в колчедане и постоян-
ной концентрации сернистого ангидрида в газе объем
его уменьшается. При обжиге колчедана наряду с сер-
нистым ангидридом образуется некоторое количество
серного ангидрида. Концентрация серного ангидрида в
обжиговом газе зависит от времени пребывания мате-
риала в печи, температуры и концентрации сернистого
ангидрида.
Таблица 5
Объем обжигового газа и вес огарка иа 1 кг колчедана
Содержа- ние серы в колче- дане, %	Вес огарка, т	Объем обжигового газа, м\ при содержании в нем SO2, %				
		8	10	12	14	15
40	0,745	3,34	2,68	2,23	1,97	1,79
42	0,731	3,52	2,82	2,35	2,02	1,88
44	0,719	3,70	2,96	2,46	2,12	1,97
45	0,713	3,79	3,03	2,53	2,17	2,02
46	0,708	3,87	3,10	2,58	2,22	2,06
48	0,700	4,03	3,22	2,68	2,30	2,14
В подовых печах колчедан сгорает за несколько ча-
сов, и концентрация серного ангидрида достигает поэ-
тому 0,5%- В современных печах кипящего слоя (печи
КС) колчедан сгорает за 6—12 сек, при этом получается
12—15% сернистого ангидрида и 0,1 % серного. По гра-
фику (рис. 5) можно определить процент серного анги-
дрида при различной концентрации сернистого ангид-
рида в обжиговом газе печей КС.
Повышенное содержание серного ангидрида в обжи-
говом газе является нежелательным, так как оно ведет
к ухудшению сыпучести огарковой пыли, что затрудняет
эксплуатацию сухих электрофильтров, газоходов и газо-
дувок вследствие их загрязнения налипающей пылью.
При обжиге колчедана выделяется значительное ко-
личество тепла, которое идет на нагревание обжигового
3 -1098	33
газа, огарка, частично используется в котлах-утилизато-
рах и теряется в окружающую среду. Количество выде-
ляющегося тепла зависит от содержания серы в колче-
дане и огарке. При горении пирита на I кг выгоревшей
серы выделяется 3180 ккал тепла. Для приближенного
расчета количества
тепла, выделяющегося
при обжиге 1 кг колче-
дана, следует умно-
жить процентное содер-
жание серы в колчеда-
не на 31,8.
На скорость горения
колчедана оказывают
влияние температура,
степень дробления кол-
чедана, эффективность
его перемешивания и
концентрация кислоро-
да в зоне обжига.
С повышением тем-
пературы скорость го-
при температуре выше
Рис. 5. Связь между содержанием
серного и сернистого ангидридов в
обжиговом газе печей КС.
рения колчедана возрастает, но
850—950° С наступает спекание колчедана, что затрудня-
ет работу печей, а в подовых печах ведет к повреждению
металлических частей печи.
При повышении степени дробления и при перемеши-
вании колчедана скорость горения возрастает вследст-
вие увеличения поверхности соприкосновения горящего
колчедана с кислородом воздуха.
С повышением концентрации кислорода в воздухе, по-
даваемом в печь, скорость горения колчедана также уве-
личивается. Применение кислорода вместо воздуха в
производстве серной кислоты позволит в несколько раз
увеличить производительность оборудования и получить
всю продукцию конта(Ктных заводов в виде жидкого сер-
ного ангидрида, из которого можно приготовить раз-
личные сорта серной кислоты и олеума на месте их
потребления.
Огарок, образующийся при обжиге колчедана, со-
стоит в основном из трехокиси железа РегО3 и неболь-
шого количества Fe3O4. Наряду с окисью железа в огар-
ке находятся также CuSO4, ZnSO4, AI2O3, SiO2, As2O3. \
34
Невыгоревшая сера в огарке содержится в основном в
виде односернистого железа, а также сернистых соеди-
нений других металлов, содержащихся в колчедане. При
нормальной работе обжиговых печей содержание серы
в огарке колеблется от 0,5 до 2%.
Количество получаемого огарка зависит от влажности
колчедана, содержания серы в колчедане и в огарке, а
для углистого колчедана — и от содержания углерода в
нем. Количество огарка (г), получаемого при обжиге
тонны колчедана, определяется из следующего соотно-
шения:
100 — 0,6445ск	100 —В 100 —С
А = 100 — 0,285Sor '	100	’	100	' „
где А — выход огарка из тонны влажного колче-
дана, т;
SCK —содержание серы в сухом колчедане, %;
Sor —содержание серы в огарке, %;
В — содержание влаги в обжигаемом колчеда-
не, %;
С — содержание углерода в сухом колчедане, %.
Для обжига колчедана в Советском Союзе применя-
ются печи трех типов: с кипящим (псевдоожиженным)
слоем колчедана — печи КС, печи пылевидного обжига—
с распылением колчедана в токе воздуха и механические
многоподовые печи, в которых колчедан перемеши-
вается в слое. Вращающиеся балабанные печи для об-
жига колчедана на отечественных сернокислотных заво-
дах не применяются вследствие их малой производитель-
ности и низкой концентрации сернистого ангидрида в
обжиговом газе.
Наиболее экономичными аппаратами для обжига
колчедана являются печи с кипящим слоем.
Теоретические основы кипящего слоя
Кипящий псевдоожиженный слой представляет собой
смесь сыпучего материала и газа с высокой концентра-
цией твердых частиц, которые под действием газового
потока находятся в непрерывном беспорядочном движе-
нии.
При продувке газа с небольшой скоростью через слой
зернистого или пылевидного колчедана газ проходит
между зернами, и слой остается неподвижным, так как
з*
35
подъемная сила газового потока пока меньше, чем вес
материала в слое. При постепенном увеличении скорости
дутья наиболее мелкие зерна в слое начинают двигаться.
Скорость движения частиц возрастает по мере повыше-
ния скорости газового потока. Первая степень движения
зерен характеризуется обычно заметным на глаз уве-
личением высоты слоя.
Дальнейшее повышение скорости дутья приводит к
еще большему увеличению высоты слоя. Поднимаясь
вверх под действием газового потока и опускаясь вниз
под действием собственного веса, частицы совершают
беспорядочное движение. Такое состояние слоя называ-
ется псевдоожиженным, или кипящим, оно наступает,
когда сила газового потока становится равной весу ма-
териала в слое.
Наименьшая скорость дутья, при которой происходит
псевдоожижение слоя, называется критической. Крити-
ческая скорость дутья зависит от размера зерен, их плот-
ности, а также от вязкости и плотности газа.
Псевдоожижение флотационного колчедана насту-
пает при скорости подаваемого воздуха 0,05 м/сек. Для
достижения хорошего перемешивания в промышленных
печах, работающих на влажном колчедане с наличием
комков, скорость воздуха должна быть 1—2 м/сек. При
дальнейшем увеличении скорости дутья увеличивается
скорость движения частиц. Скорость дутья, при которой
все частицы переходят во взвешенное состояние и в ви-
де непрерывно движущейся аэросмеси выбрасываются
далеко за пределы кипящего слоя, называется предель-
ной, а режим печи — фонтанирующим.
Сопротивление кипящего слоя зависит от его высоты,
плотности частиц и продуваемого газа, а также от раз-
мера и формы зерен. С увеличением высоты кипящего
слоя и плотности частиц сопротивление возрастает.
Уменьшение плотности продуваемого газа ведет также к
увеличению сопротивления слоя. При той же скорости
дутья увеличение диаметра частиц снижает сопротивле-
ние слоя, что объясняется меньшей степенью псевдоожи-
жения. Сопротивление кипящего слоя флотационного
колчедана практически равно высоте его в неподвижном
состоянии.
Степень псевдоожижения частиц в слое характери-
зуется числом псевдоожижения. Например, для флота-
36
ционного колчедана критическая скорость газового по-
тока в слое составляет 0,05 м/сек, рабочая скорость га-
за при 800° С равна 1 м/сек, тогда число псевдоожиже-
ния колчедана будет 1 : 0,05 = 20.
Количество подаваемого в печь воздуха зависит от
скорости, которая необходима для создания удовлетво-
рительного псевдоожиженного слоя. С увеличением диа-
метра печи расход воздуха повышается.
Высота кипящего слоя оказывает существенное влия-
ние на работу печи. При работе печи на высоком слое
(более 800 мм) резко повышается расход электроэнер-
гии, требуются воздуходувки высокого давления.
С уменьшением высоты слоя до 500 мм, уменьшается
способность частиц к перемещению в горизонтальном
направлении и легко образуются «продувы» и застои в
слое, что ухудшает выгорание серы. Кроме того, работа
печи при низком слое колчедана требует более совер-
шенные и надежные в работе дутьевые устройства.
При обжиге колчедана в печах с кипящим слоем
часть колчедана (более мелкие частицы) уносится из
аппарата вместе с газовым потоком. Из печи КС уно-
сится около 95% всего огарка. Унос огарка с газом за-
висит от скорости газового потока, размера частиц огар-
ка и вязкости образующегося обжигового газа.
В свою очередь, линейная скорость газа в слое зави-
сит от интенсивности загрузки колчедана, количества
выгоревшей серы, концентрации сернистого ангидрида
в обжиговом газе и температуры в слое.
Чем выше концентрация сернистого ангидрида в
обжиговом газе, тем меньше скорость газа в слое и
унос огарка из печи. Унос огарка повышается по мере
увеличения количества выгорающей серы и температуры
в слое. Для уменьшения уноса печь имеет расширение
в верхней части.
Во избежание спекания или плавления колчедана
необходимо отводить тепло из кипящего слоя. По усло-
виям теплопередачи кипящий слой ближе к жидкости,
чем к газу. Коэффициент теплопередачи от частиц слоя
к воде в трубах охлаждающих элементов достигает
252 ккал/м2 • ч °C для флотационного и 1792 —
2200 ккал/м2 • ч °C для рядового колчедана.
Химические реакции в кипящем слое протекают
37
быстро за счет большой поверхности контакта газа и
твердых частиц при их перемешивании.
Для догорания колчедана, улетающего из слоя в
верхнюю часть печи, подается дополнительный воздух
в количестве около 20% от общего расхода. Таким обра-
зом, в печах КС сочетается обжиг колчедана в кипящем
слое и пылевидный обжиг во взвешенном состоянии в
надслойном объеме печи. Температура газа в надслой-
ном объеме печи на 100—170°С выше, чем в кипящем слое.
ПЕЧИ КС
Печь КС представляет собой шахту (рис. 6) круглого
сечения со стальным кожухом 6, футерованным шамот-
ным кирпичом или жароупорным бетоном 7. Установле-
на шахта на опорах 1. Между стальным кожухом и фу-
теровкой засыпается слой шамотной -крошки 8.
В нижней части печи расположен разъемный непро-
вальный дутьевой под 13 с дутьевыми грибками. Воз-
дух к непровальному дутьевому поду подается через
стальную трубку 15, короб 14, откуда через дутьевые
грибки выходит в нижнюю часть колчеданного слоя.
Колчедан поступает в загрузочную камеру через верти-
кальную течку, под которой на уровне пода устанавли-
вается провальная трубчатая (диаметр трубы 108 мм)
дутьевая решетка 3 из хромистой стали. Воздух к про-
вальной решетке 3 подводится по отдельному коллек-
тору.
Выше зоны кипящего слоя через коллектор 10 и фур-
мы И вводится дополнительный воздух для дожигания
мелких частиц колчедана, уносимых обжиговым газом.
В кипящем слое размещаются охлаждающие элемен-
ты 12, выполненные из жароупорных металлических
труб. Нижние трубы охлаждающих элементов распола-
гаются на 100—150 лш выше уровня непровальной
дутьевой решетки, верхние — на 600 мм, при высоте слоя
колчедана в неподвижном состоянии 800 мм.
При производительности печи 100 т 45%-ного кол-
чедана в сутки необходимо иметь 10—15 м2 охлаждаю-
щей поверхности.
Пучки труб охлаждающих элементов присоединяются
к системе принудительной циркуляции парового котла-
утилизатора. В загрузочной камере также располага-
ются охлаждающие элементы 4, которые включены в
38
циркуляционную систему котла-утилизатора. Обжиго-
вый газ отводится через газоход, расположенный в верх-
ней части надслойного пространства. При расположении
выводящего газохода в верхнем своде печи объем ее ис-
пользуется более полно.
Рис. 6. Печь КС для обжига колчедана.
Для разжига печи устанавливаются форсунки 5, ко-
торые могут работать на газе и мазуте. Топочные газы
при разжиге выводятся через растопочную трубу 9.
39
из
| Колчедан
Рис. 7. Тарельчатый питатель с обра-
щенным бункером.
Равномерное питание печей КС колчеданом обеспечи-
вается установкой тарельчатых питателей с обращенным
бункером. Эти питатели удовлетворительно работают
при влажности колчедана ниже 5 %. При более высокой
влажности применяются пластинчатые или качающиеся
питатели.
Питатель с обращенным бункером (рис. 7) состоит
металлической тарелки 6, которая вращается на вер-
тикальном валу /.
Колчедан из обра-
щенного бункера 3
через штуцер 4 попа-
дает на вращающу-
юся тарелку 6, с ко-
торой снимается вер-
тикальным ножом 5
и выбрасывается в
течку 7. Для устра-
нения потерь колче-
дана тарелки и нож
питателя заключены
в металлический ко-
жух 2. В обращен-
ном бункере устра-
няется зависание
колчедана.
Для нормальной
работы печи загру-
жаемый рядовой кол-
чедан следует дро-
бить (диаметр ча-
стиц 4—6 мм), а фло-
тационный — просе-
ивать перед подачей
в печное отделение.
Огарок, уносимый из
печи обжиговым газом, улавливается в камере котла-
утилизатора (15%), циклонах (70%), электрофильтрах
(10%). Более крупный огарок (5%) попадает в бункерР,
расположенный под провальной решеткой 3. Огарок в
бункере охлаждается воздухом до 50—60° С и подается в
железнодорожные бункера скребковым транспортером.
Количество 45%-ного колчедана, сжигаемого на од-
40
ном квадратном метре дутьевого пода печи КС (подо-
вая интенсивность), достигает при флотационном колче-
дане 8—10 т, при рядовом 16—20 т. Объемная интенсив-
ность печи КС составляет 1—1,5 т 45%-ного колчедана
с 1 м3 в сутки. Производительность одной печи в пере-
счете на 45%-ный колчедан равна 100 или 200 т в сут-
ки. Содержание сернистого ангидрида в обжиговом газе
составляет 14—14,5%, среднее содержание серы в огар-
ке— 0,5—1%, температура газа в кипящем слое 700—
750° С, а на выходе из печи 850—900° С. Расход воздуха
на 1 т 45%-ного колчедана равен 2200 нм3, а удель-
ный расход воздуха, проходящего через решетку загру-
зочной камеры, составляет 1000—1500 нм3/м2-ч, на
основную же часть дутьевой решетки 600—950 нм3/м2  ч.
Хорошее псевдоожижение флотационного колчедана
достигается при линейной скорости газа в кипящем слое
1—1,1 м/сек, рядового—1,9—2 м/сек. Скорость истече-
ния воздуха из дутьевых грибков должна быть 8—
10 м/сен.
Дутьевые устройства печи КС бывают провального
и непровального типов. Первые позволяют удалять из
печи посторонние предметы и крупные куски, поэтому
они чаще устанавливаются под течкой для загрузки кол-
чедана в печь. Для предотвращения слипания огарка по-
дача воздуха под провальную часть дутьевого устройства в
1,7 раза должна превышать подачу в непровальную часть.
Наилучшим непровальным устройством является под
с большим количеством отверстий, расположенных близ-
ко друг от друга и обеспечивающих хорошее перемеши-
вание воздуха.
Обычно на 1 м2 поперечного сечения печи устанавли-
вают от 30 до 50 дутьевых грибков, площадь выходных
отверстий которых составляет 2% от площади пода. Ско-
рость истечения воздуха из грибков должна поддержи-
ваться 8—10 м/сек.
Непровальный дутьевой под (рис. 8, г) представляет
собой чугунную или стальную плиту 1 с отверстиями
для дутьевых грибков. Плита заливается жароупорным
бетоном 2.
Воздух поступает в центральный канал 3 чугунного
грибка 4 и выходит через отверстия под шляпкой в ниж-
ний слой колчедана.
•41
Элементы провальной дутьевой решетки из жаро-
упорных труб круглого сечения показаны на рис. 8, а.
овального сечения — на рис. 8, б, брусчатого с двумя ря-
дами непровальных грибков — на рис. 8, в.
Высокая производительность, наиболее полное ис-
пользование тепла, выделяющегося при обжиге колче-
дана, являются важнейшим преимуществом печей КС.
Немаловажным достоин-
ством печей КС является
возможность обжига в них
руд с'низким содержанием
серы и высокой влажностью.
При обжиге колчедана,
содержащего соединения
мышьяка, в огарках печей
КС остается основная часть
мышьяка. Это облегчает очи-
стку обжигового газа от оки-
си мышьяка, являющейся
ядом для ванадиевых ката-
лизаторов, применяемых при
Рис. 8. Элементы решеток:
а — провальной из круглых труб;
б — провальной из овальных труб;
в — провальной брусчатой с непро-
вальными грибками; г — непроваль-
ной грибкообразной.
сернокислотных установок
окислении сернистого ангид-
рида.
В колчеданных печах КС
можно обжигать также эле-
ментарную серу и расщеп-
лять отработанную серную
кислоту.
Высокая степень запы-
ленности обжигового газа
уносимым из печи огарком
является существенным не-
достатком печей КС.
При строительстве новых
принята блочная система
расположения оборудования, при которой каждая печь
имеет свой котел-утилизатор, группу циклонов и отделе-
ние сухих электрофильтров.
Все оборудование блока располагается по одной про-
дольной оСи, т. е. компактно. Это позволяет иметь еди-
ную транспортную линию для удаления огарка и пыли
из печи, котла-утилизатора, циклонов и электрофильт-
ров, а также производить текущий ремонт, очистку обо-
42
рудования и аппаратов, входящих в один блок, без оста-
новки сернокислотного цеха.
Наиболее совершенной является следующая схема
расположения аппаратов в блоке: печь КС, котел-утили-
затор, циклоны, электрофильтры. Расположение котла-
утилизатора непосредственно за печью позволяет наибо-
лее полно использ'овать тепло обжиговых газов. Быстрое
охлаждение газа (не более чем за 0,35 сек) в камере
котла препятствует образованию серного ангидрида.
В коротком и хорошо изолированном газоходе между
печью и котлом-утилизатором практически не происхо-
дит охлаждения газа, а также исключается подсос хо-
лодного воздуха, с которым вводится кислород, тоже
ускоряющий окисление сернистого ангидрида в серный.
Невысокое содержание серного ангидрида в обжиго-
вом газе уменьшает сульфатизацию пыли, вследствие
чего практически не происходит налипания сульфатов
на поверхности нагрева котла и на электродах сухих
электрофильтров. В камере котла-утилизатора оседает
15% огарковой пыли, что, в свою очередь, облегчает ра-
боту циклонов и электрофильтров. Кроме того, располо-
жение котла непосредственно за печью устраняет раз-
рушение поверхности нагрева котла конденсирующейся
серной кислотой. Снижение температуры газа в котле
до 450 — 500° С исключает конденсацию паров серной
кислоты на металлической поверхности внутри котла,
так как температура стенок металла при давлении 40 ат
превышает 200—220° С.
Утилизация тепла при обжиге колчедана в печах КС.
Схема утилизации тепла, выделяющегося при сжигании
колчедана в печах с кипящим слоем для получения пара
энергетических параметров, показана на рис. 9.
По этой схеме основная часть тепла реакции, которое
используется для получения пара, утилизируется в кипя-
щем слое печи. Интенсивность теплообмена в нем на
единицу поверхности в 6—10 раз больше, чем в камере
котла-утилизатора.
Умягченная вода и конденсат поступают в деаэра-
торную установку 10, где происходит дегазация и подо-
грев воды паром до температуры 101—103°. Полученная
таким образом питательная вода подается насосом 9 в
экономайзер 8 некипящего типа, находящийся в камере
котла-утилизатора 6, а из него — в барабан котла 4. Цир-
43
куляция воды осуществляется с помощью насоса 3.
Холодильные элементы 1 псевдоожиженного слоя вклю-
чаются в циркуляционные контуры единой системы отъе-
ма тепла, непосредственно отбираемого от кипящего
слоя и из отходящих обжиговых газов.
Рис. 9. Схема блока для обжига колчедана, очистки газа и
использования тепла:
/ — холодильные.элементы кипящего слоя; 2 — печь КС; 3 — циркуля-
ционный насос; 4 — барабан котла; 5 — вторая испарительная поверх-
ность; 6 — камера котла-утилизатора; 7 — пароперегреватель; 8 —
экономайзер; 9 — питательный насос; 10 — дэаэратор; 11 — циклоны;
12 — электрофильтр; 13 — клапанные затворы-, 14 — скребковый кон-
вейер.
Пароперегреватель 7 помещен в камере котла-ути-
лизатора. Расположение экономайзера некипящего типа
в псевдоожиженном слое является менее целесообраз-
ным вследствие того, что основная масса тепла в этом _
случае передается в печи некипящей воде, которую за-
тем необходимо испарять в котле-утилизаторе. Нецеле-
сообразно также помещать в кипящем слое и паропере-
греватель, так как это ведет к существенному увеличе-
нию теплообменной поверхности в кипящем слое. В ре-
зультате того, что расход тепла на перегрев пара неболь-
шой по сравнению со всем утилизируемым теплом, мо-
жет возникнуть необходимость поместить в кипящем
слое, наряду с пароперегревателем, также часть испари-
•тельной зоны котла, что усложнит конструкцию узла.
44
Преимуществом котлов с многократной принудитель-
ной циркуляцией воды и пароводяной смеси являются
предельно малые диаметры нагревательных трубок
(25X2,5; 38X3), что снижает расход металла и разме-
ры котла. К недостаткам котлов с многократной прину-
дительной циркуляцией воды и пароводяной смеси отно-
сятся повышенный расход электроэнергии и необходи-
мость установки дополнительного оборудования для
циркуляции.
Прямоточные котлы-утилизаторы не имеют бараба-
нов, а количество коллекторов у них меньше. Однако они
могут работать только с постоянной производитель-
ностью не менее 20% от номинальной. Гидравлическое
сопротивление их больше, а питательная вода для этих
котлов должна быть очень высокого качества, что также
является недостатком прямоточных котлов.
Рекомендуемая схема может быть осуществлена и
при естественной циркуляции воды и пароводяной смеси,
что несколько упрощает конструкцию химико-энергетй-
ческого узла. В котлах с естественной циркуляцией воз-
можен свободный доступ к поверхности нагрева, что
очень важно, так как облегчает очистку ее, но большие
габариты и высокий расход металла на 1 т вырабаты-
ваемого пара являются недостатком таких котлов.
Таким образом, водотрубные котлы-утилизаторы с
многократной принудительной циркуляцией следует счи-
тать наиболее рациональными для утилизации тепла при
обжиге колчедана и серы.
Типы котлов-утилизаторов, применяющихся для ис-
пользования тепла, выделяющегося при обжиге колче-
дана в печах КС, приведены в табл. 6.
Таблица 6
Типы и мощность котлов-утилизаторов
Производи- тельность печи, т 45%-ного колчедана в сутки	Тип котла-утилизатора	Мощность котла, т пара	Метод работы котла
100	УККС-4/40-2	5,7	С пароперегревателем
100	УККС-4/40-б/п	7,0	Без пароперегревателя
200	УККС-8/40-2	10,3	С пароперегревателем
200	УККС-8/40-б/п	14,0	Без пароперегревателя
45
Рис. 10. Котел-утилизатор УККС-4/40 без пароперегревателя:
/ — циркуляционные насосы; 2— барабан; 3— камера котла; 4— первая
городка; 7, 8 — коллекторы первой испарительной поверхности; 9 —
испарительная поверхность; 12 — бункер.
испарительная поверхность; 5 — коллектор насыщенного пара; 6 — пере-
сброс пароводяной смеси в барабан; 10 — шламоотделитель; 11 — вторая
47
На рис. 10 показано устройство котла-утилизатора
УККС-4/40-б/п с принудительной циркуляцией. Прямо-
угольная камера котла 3 разделена перегородкой 6 на
два отсека. В первом отсеке по ходу газа расположена
первая испарительная поверхность 4 в виде вертикаль-
ных труб. Огибая перегородку 6, газ направляется в
нижнюю часть второго отсека, в котором расположена
вторая испарительная поверхность //. Газ в этом отсеке
перемещается вверх и через отверствне в верхней части
камеры направляется в циклоны.
Вследствие уменьшения скорости газа и резкого из-
менения направления его в камере котла оседает грубая
пыль, которая собирается в бункере. Из бункера
пыль периодически выгружается в скребковый транс-
портер.
Для устранения завихрений газа, способствующих
загрязнению поверхности теплообмена, вход и выход
газа в камеру котла производится сверху. По этой при-
чине барабан 2 размещен в боковой части котла. Цирку-
ляция воды в котле осуществляется насосами 1.
На рис. 11 показан однобарабанный котел-утилиза-
тор УККС-8/40 общей поверхностью нагрева 157,2 м2.
Поверхности нагрева расположены в трех вертикальных
отсеках прямоугольной формы.
Обжиговый газ из печи КС поступает с температу-
рой 850° С в верхнюю часть первого отсека 2. На четы-
рех вертикальных стенках этого отсека расположены
экранные трубки 4 первой испарительной зоны. В пер-
вом же отсеке расположен и радиационный паропере-
греватель.
Во втором отсеке 6 помещен конвективный паропере-
греватель 5. В пароперегревателе насыщенный пар пере-
гревается от 250 до 450° С.
В третьем прямоугольном отсеке размещена вторая
испарительная зона. Из третьего отсека обжиговый газ
уходит в циклоны.
Третья испарительная поверхность располагается в
кипящем слое печи. Во все испарительные контуры вода
подается циркуляционным насосом через систему ниж-
них коллекторов 1. Пароводяная смесь их выходных
верхних коллекторов 3 поступает в барабан, где проис-
ходит отделение пара от воды.
Пар последовательно направляется в радиационный
48
-7 и конвективный 5 пароперегреватели, а затем — в
регулятор перегрева.
Рис. 11. Котел-утилизатор УККС-8/40.
Осевшая пыль собирается в бункере 7, расположен-
ном под тремя отсеками, откуда периодически выгру-
жается. Некоторые данные котлов-утилизаторов приве-
дены в табл. 7.
4- 1098
49
Таблица 7
Конструктивные и технологические данные некоторых типов
котлов-утилизаторов
Величина	УККС-4/40-6/П	УККС-8/40-2
Паропроизводительность, т/ч
Рабочее давление пара за глав-
ным вентилем, кГ/см2
Температура пара, °C
Температура питательной во-
ды, °C
Расход газов через котел, нм~!ч
Запыленность газов перед кот-
лом, г/нм3
Влажность газов перед кот-
лом, % об.
Температура газов перед кот-
лом, °C
Температура уходящих га-
зов, °C
Средняя скорость газов в 1-й
испарительной поверхности,
м)сек
То же, во 2-й испарительной
поверхности, м!сек
Поверхность нагрева 1-й испа-
рительной зоны, м2
То же, 2-й испарительной зо-
ны, м2
Диаметр барабана котла, мм
Габариты котла:
длина, мм
ширина, »
высота, »
7	10,3
44—46	46 (в барабане)
255 (насы-	450 (темпера-
щенный	тура перегрева)
пар)	
100	• —
10370	—
300	—
3,9	—
900	800—850
350	360—380
14,1	—
9,8	—
108	251,7
123,6	92
1580X36	—
5200	4300
3700	5690
13400	12500
Если имеется спрос на насыщенный пар низкого дав-
ления для технологических целей, то применяется схема
без котла-утилизатора (рис. 12).
Тепло обжигового газа в этом случае используется
для подогрева воздуха, нагнетаемого воздуходувкой 9
через воздухоподогреватель 6 в печь.
Избыточное тепло, отнятое воздухом от обжигового
газа, полностью воспринимается холодильными элемен-
тами 7 в кипящем слое.
Умягченная вода после подогревателя 1 насосами 2
подается в деаэраторную колонку 4, где дегазируется и
50
подогревается до 100° С. Из деаэраторного бака 3 пи-
тательная вода подается циркуляционными насосами 8
в холодильные элементы 7 кипящего слоя печи. Паро-
водяная смесь из холодильных элементов направляется
Рис. J2. Схема использования тепла без котла-утилизатора.
в центробежные сепараторы 5, где происходит отделение
пара от воды. Насыщенный пар из сепараторов посту-
пает к потребителям, а часть его расходуется в деаэра-
торной колонке 4 для подогрева воды. Вода из сепара-
4*
51
торов поступает в деаэраторный бак <?,, а из него насо-
сами 8 снова нагнетается в холодильные элементы 7.
Подогрев умягченной воды в подогревателе 1 осуще-
ствляется за счет тепла продувочной воды.
Для отвода тепла из кипящего слоя печи КС произ-
водительностью 100 т 45%-ного колчедана в сутки реко-
мендуется устанавливать холодильные элементы поверх-
ностью 15—17 м2.
Выход пара на 1 т сухого 45%-ного колчедана, сжи-
гаемого в печи КС, составляет 1,1—1,4 т. Давление его
равно 40 ат, а температура — 450° С.
Стоимость пара, полученного при использовании теп-
ла, выделяющегося при обжиге в печах КС 1 т 45%-ного
колчедана, составляет 2,5—3 руб., при затратах на об-
жиг колчедана 0,7—0,8 руб., при этом стоимость сер-
ной кислоты снижается на 8—10%.
Обслуживание печей с кипящим слоем. Перед пуском
печи следует проверить работу вентиляторов, питателя
и механизмов для удаления огарка. Во время испытания
дутьевого вентилятора проверяются дутьевая решетка и
запорная арматура на воздухопроводах. Испытание ре-
шетки заключается в измерении сопротивления воздуха
в каждой ее секции, а также в устранении возможных
«продувов» воздуха между отдельными плитами.
После устранения всех выявленных недостатков при-
ступают к сушке печи. Перед началом сушки печь загру-
жают огарком, слой которого на дутьевой решетке дол-
жен быть 600—700 мм. Для сушки и разжига печи луч-
ше всего применять жидкое или газообразное топливо.
При пуске нового цеха, продукты горения выводятся че-
рез котел-утилизатор, циклоны и электрофильтры, кото-
рые при этом также подсушиваются горячими газами.
Во время сушки холодильные элементы должны быть
заполнены водой. Сушка начинается на слабом огне от
одной или двух форсунок и ведется без подачи воздуха
под дутьевую решетку. После того, как температура в
печи достигнет 450—500° С, начинают подавать неболь-
шое количество воздуха под провальную дутьевую ре-
шетку для перемешивания и лучшего подогревания слоя
огарка. При повышении температуры огарка до 600—
650° С начинают загружать печь колчеданом. По мере
увеличения загрузки колчедана в печь постепенно уве-
личивают подачу воздуха под дутьевую решетку. Цирку-
52
ляцию воды в трубках холодильных элементов ускоря-
ют по мере увеличения температуры. При этом необхо-
димо следить за показаниями термопар в слое и над
слоем.
Увеличением загрузки колчедана и подачи воздуха
доводят температуру в печи до 750—850° С, после ч%го
растопочные форсунки удаляют и печь включают в си-
стему.
После кратковременной остановки печи, при которой
в слое колчедана не прекратился процесс обжига, пуск
осуществляется без разогрева форсунками. Для этого
необходимо открыть доступ воздуха под дутьевую ре-
шетку и загрузить колчедан в печь.
После остановки печи на холодный ремонт пуск ее на
одной мазутной форсунке можно осуществить за 3—6 ч.
Пуск больших печей желательно вести на 2—3 форсун-
ках, устанавливаемых через специальные окна.
Максимальное время простоя печи, после которого
возможен пуск без розжига форсунками, может дохо-
дить до 16—20 ч. Для подготовки печи к такой останов-
ке следует за 15—20 мин до полной остановки увеличить
загрузку колчедана в печь, прекратить подачу воздуха
под дутьевую решетку и постепенно уменьшить цирку-
ляцию воды в холодильных элементах. Рекомендуется
также устранить поступление воздуха в печь через не-
плотности.
Перед остановкой печи на холодный ремонт следует
прекратить загрузку колчедана, а после освобождения
дутьевой решетки от огарка прекратить подачу воздуха
под решетку и циркуляцию воды в холодильных элемен-
тах. При охлаждении печи не должно быть подсосов хо-
лодного воздуха.
Для бесперебойной работы печей КС загружаемый
колчедан просеивается для удаления посторонних пред-
метов и крупных кусков. Температура в различных точ-
ках слоя не должна отличаться больше, чем на 10—
15° С, иначе возможно сдекание колчедана в зоне более
высокой температуры.
Печи пылевидного обжига
Печи пылевидного обжига применяются для тонко-
измельченного флотационного колчедана, который сго-
рает по принципу сжигания пылевидного топлива. Суще-
53
ствуют печи пылевидного обжига с нижней и верхней
подачей материала.
В новых печах УНИХИМ с верхней подачей колче-
дана унос пыли с обжиговым газом снижается до 20—
25%, тогда как в печах с нижней подачей колчедана
унос пыли составляет 40—50%. В печах с верхней пода-
чей колчедана процесс ведется при более высокой тем-
пературе и лучшей подготовке воздушно-колчеданной
смеси, вследствие чего сера более полно выгорает из
колчедана. В новых печах 30—40% воздуха вводится
через слой огарка в нижнем бункере, при этом снижа-
ется температура огарка до 150—200° С, и происходит
псевдоожижение горячего огарка, в процессе которого
выгорает дополнительное количество серы. Содержание
серы в огарке, оседающем в бункере, составляет 1,5—
3%, а после продувки его воздухом содержание серы
снижается до 0,4—0,5%.
Важнейшим преимуществом печей с верхней пода-
чей является высокая суточная интенсивность обжига
45%-ого колчедана, достигающая 1200—1400 кг/м3.
Печи пылевидного обжига имеют меньшую по срав-
нению с печами КС производительность (до 100 т
45%-ного колчедана), более низкую степень использо-
вания тепла, выделяющегося при обжиге колчедана.
Кроме того, при неравномерной подаче колчедана в печь
концентрация сернистого ангидрида в обжиговом газе
резко изменяется, что отрицательно влияет на работу
кислотного отделения.
Схема установки печи пылевидного обжига с нижней
подачей флотационного колчедана приведена на рис. 13.
Флотационный колчедан ленточным транспортером 2
через весы <3 подается в бункер 4. Из бункера колчедан
поступает на тарельчатый питатель 5, при помощи кото-
рого регулируется количество подаваемого в печь кол-
чедана. Из тарельчатого питателя колчедан подается в
смеситель 6 воздуха и колчедана, где подхватывается
током воздуха, поступающего из воздуходувки /. Обра-
зовавшаяся колчеданно-воздушная смесь подается фор-
сункой со скоростью 25—70 м/сек в нижнюю часть пе-
чи 8. В верхнюю часть печи воздуходувкой 7 нагнетается
дополнительный воздух для догорания колчедана.
Газ после печи направляется в котел-утилизатор 9, в
котором часть тепла используется для получения пара,
51
затем обжиговый газ очищается от пыли в циклонах 10
и электрофильтрах 13.
После охлаждения огарка водой в барабанах или
шнеках-гасителях транспортерами 12 и 14 его загружают
Рис. 13. Схема установки для обжига колчедана в пылевидном
состоянии (с нижней подачей).
в бункер 15. Практикуется также охлаждение огарка
воздухом, вдуваемым в бункер печи.
Печь (рис. 14) представляет собой вертикальную ци-
линдрическую шахту высотой от 6,5 до 10 м и внутрен-
ним диаметром от 3,5 до 4,2 м. Снаружи печь заключена
в стальной корпус 4, футерованный жароупорным кир-
пичом или бетоном 5. Для предохранения корпуса от
перегрева пространство между корпусом и футеровкой
заполнено изоляционным материалом.
Частицы колчедана, подаваемые в печь форсункой 1,
поднимаются на некоторую высоту, а затем под дейст-
вием силы тяжести медленно падают вниз, в бункер 6
печи.
Устройство форсунки для нижней подачи колчедана
показано на рис. 15. С колчеданом в печь подается лишь
‘40—70% необходимого для обжига воздуха. Остальная
часть воздуха вводится в верхнюю часть печи из кол-
лектора 2. Время пребывания частиц колчедана в печи
составляет несколько секунд. Содержащаяся в колчеда-
не сера успевает за это время достаточно полно выго-
реть, так как в печь поступает хорошо подготовленная
смесь колчедана с воздухом.
Чтобы избежать налипания оплавленных частиц при
ударе их о верхний свод печи, на нем располагают ох-
55
лаждающие экраны 3. Экраны представляют собой тру-
бы диаметром от 426 до 800 мм, через которые пропус-
кают холодную воду. На один кубометр объема печи
необходимо иметь 1,1—1,5 м2 поверхности экранов. В за-
висимости от количе-
ства пропускаемой
воды в экранах полу-
чается пар низкого
давления	(0,5—
0,6 ат) или горячая
вода, которые могут
быть использованы
для бытовых нужд.
Обжиговый газ,
содержащий 14%
сернистого ангидри-
да с температурой
850—1000° С, выво-
дится через наклон-
ный газоход, распо-
ложенный в нижней
части печи. Содержа-
ние пыли в газе до-
стигает 100 г/нм?.
Интенсивность обжи-
га в печах с нижней
подачей составляет
600—800 кг 45 %-не-
го колчедана на 1 м3
печного объема в
сутки. Дальнейшее
повышение интен-
сивности тормозится неполным отбором тепла, выделяю-
щегося при обжиге.
На рис. 16 показана печь УНИХИМ с верхней пода-
чей и суточной производительностью 100 т 45%-ного
колчедана. Печь представляет собой цилиндрическую
шахту со стальным корпусом 1, футерованным внутри
огнеупорным кирпичом и бетоном 8 и с наружным тепло-
изоляционным слоем 2. Внутренний диаметр шахты
4230 мм, высота 10800 мм, объем печи 100 м3. Интен-
сивность обжига в сутки в такой печи достигает 1000—
1400 кг/м3.
56
Смесь воздуха с колчеданом вводится через форсун-
ку 6, вмонтированную в штуцер 5, расположенный в
колене газохода, отводящего обжиговый газ из печи.
Расположение выводящего газохода в центре свода
увеличивает степень использования печного объема
и уменьшает унос пыли с газом.
Основная часть образовавшегося „—।—„
огарка оседает в нижней конической ча- ;	.
сти. печи и после охлаждения воздухом •
выводится через течку.	;	:
Для подачи вторичного воздуха через : I -
слой огарка в нижней части печи имеется	:	|
кольцевой коллектор и 12 дутьевых фурм	; '
9, при помощи которых воздух равномер-
но распределяется по всему слою огарка. /	'	4
Воздух в слое огарка окисляет допол- | -JgQ
нительное количество невыгоревшей серы,
и полученный при этом сернистый ангид- Рис. 15. Форсунка
рид соединяется с общим потоком газа для нижней по-
в печи.	дачи колчедана-
Холодильные элементы 7 для отбора
тепла располагаются на боковых стенках печи. Поступ-
ление воды в элементы осуществляется через коллек-
тор 3, вывод — через коллектор 4.
На новых заводах для более полного использования
тепла, выделяющегося при обжиге колчедана, за печа-
ми пылевидного обжига устанавливают котлы-утилйза-
торы, дающие пар давлением 12 ат.
Котел-утилиз а тор (рис. 17) состоит из вертикальной
камеры прямоугольного сечения, в которой помеще-
ны четыре параллельные секции теплообменных сталь-
ных трубок с гладкой облицовкой- В двух верхних сек-
циях имеется по 96 трубок в каждой, а в двух ниж-
них — по 80 трубок. Общая поверхность нагрева кот-
ла 176 м2.
Питательная вода поступает в барабан 9, из которо-
го по циркуляционным трубам 7 направляется в нижние
водяные коллекторы 4. Отсюда вода проходит через
четыре последовательно соединенные горизонтальные
трубки 6. Полученная пароводяная смесь собирается в
верхних коллекторах 5, из которых по циркуляционным
трубам 8 поступает в барабан 9. После отделения от
воды пар направляется потребителям.
57
Обжиговый газ поступает сверху и, пройдя межтруб-
ное пространство котла, выводится через отверстие 10.
Пыль, осевшая в камере котла, периодически выгру-
жается из нижней конической части 11 и транспортирует-
ся вместе с огарком и пылью, выгружаемыми из печи и
электрофильтров. Лаз 3 служит для осмотра и ремонта.
На режим работы пе-
чей оказывают влияние
колебания в подаче кол-
чедана и воздуха, а так-
же изменение содержания
серы и влаги в загружае-
мом сырье. Для равно-
мерного питания печей
пылевидного обжига чаще
всего применяются секци-
онные питатели.
Секционный питатель
УНИХИМ (рис. 18) ме-
нее чувствителен к изме-
нению влажности колче-
дана.
Питатель состоит из
вращающейся звездочки
2, насаженной на вал 8,
который приводится во
вращение электродвига-
телем. Колчедан из бун-
кера 5 подается в горло-
вину 7, из которой выгру-
жается вращающейся
Комеданно-Воздушная смесь
Рис. 16. Печь УНИХИМ для пы-
левидного обжига с верхней по-
дачей колчедана.
звездочкой 2, и через теч-
ку 1 попадает в печь. Для
устранения подсоса возду-
ха в печь течка 1 перекры-
та корпусом 3, на котором имеется люк 4 со съемной
крышкой для осмотра звездочки. Задвижкой 6 отклю-
чается бункер при ремонте питателя.
Приготовление и подача в печь воздушно-колчедан-
ной смеси. Для приготовления и подачи в печь пылевид-
ного обжига воздушно-колчеданной смеси собирают
пневматическую установку (рис. 19), состоящую из вен-
тилятора высокого давления 1, воздушного коллектора
58
2, задвижки 3, сопла 4, диффузора 5, горизонтального
участка 6, колена 7 и форсунки 8.
Подача колчедана в пневматическую установку про-
изводится тарельчатым или секционным питателем. Сме-
Рис. 17. Котел-утилизатор	Рис. 18. Секционный питатель
печей пылевидного обжига.	УНИХИМ.
шение колчедана с воздухом происходит струей воздуха,
выходящего из сопла. Скорость струи должна быть до-
статочной для того, чтобы частицы колчедана подать
к форсунке и выбросить их на заданную высоту в печь.
59
При нижней подаче колчедана скорость воздуха должна
быть не менее 70 м!сек, давление воздуха перед соплом—
350 мм вод. ст. Однако для надежности работы поддер-
живают напор 600—800 мм вод. ст.
При нормальной работе пневматической установки
течка питателя должна находиться под небольшим раз-
режением, чтобы исключить выбрасывание пыли из пита-
теля. На 500—800 кг колчедана расходуется 1000 ж3
воздуха.
Схема установки диффузора и сопла под течкой пи-
тателя показана на рис. 20. Хорошая центровка сопла 1
в трубе устраняет
удары воздушной
струи о стенки воз-
духопровода, иначе
из питателя может
выделяться колче-
данная пыль. Диф-
Рис. 20. Схема установки сопла и фузор 2 устраняет
диффузора.	вредное влияние вих-
рей, образующихся
на периферии воздушной струи.
Для регулировки пневматической установки диффу-
зор может передвигаться по оси воздухопровода. По-
60
движность диффузора достигается прорезями 3, в кото-
рых он фиксируется зажимными шпильками.
Внутренняя поверхность воздухопровода, сопла и
диффузора не должна иметь выступов, так как это повы-
шает сопротивление пневмоустановки и мешает ее нор-
мальной работе.
Колена пневматической установки наиболее быстро
изнашиваются под действием воздушно-колчеданной
смеси. Для быстрой их замены они изготовляются разъ-
емными по оси.
Пуск, остановка и обслуживание печей пылевидного
обжига. После длительной остановки и капитального ре-
монта печей, а также перед пуском новых производится
проверка правильности установки форсунки, плотности
экранных труб и их соединений, качества работы пнев-
матической установки, работы питателя и затворов на
бункерах печей, циклонов и котлов-утилизаторов.
Правильность установки форсунки определяют при
помощи электрической лампочки, помещенной в отвер-
стие форсунки. Для этого отверстие форсунки закрывают
картоном, в центре которого имеется вырезка диамет-
ром 75—100 мм. Если пучок света от лампочки, находя-
щейся в форсунке, проходит через отверстие в картоне
и попадает в центр свода печи, то форсунка установ-
лена правильно.
Перед пуском печей обкатывают транспортеры для
подачи колчедана в бункера и удаления огарка и пыли.
Выверяют также контрольно-измерительные приборы,
определяют давление, максимальный расход первичного
и вторичного воздуха и исправность задвижек на воз-
духопроводах.
При пуске печей, после кратковременной их останов-
ки, следует проверить состояние и исправность питате-
лей и ламп для наблюдения за равномерной подачей
колчедана с питателя в пневматическую установку, убе-
диться, что фурмы вторичного воздуха и пневматическая
линия не засорены.
К началу пуска печи необходимо заготовить дрова
для разогрева и создания факела в момент пуска и гли-
ну для обмазки люков. Трубы экранов перед растопкой
следует заполнять водой.
Перед растопкой печь необходимо отключить от си-
стемы и открыть растопочные шибер или люки. Через
61
нижние люки печи закладывают дрова и начинают разо-
грев. Воздух для горения дров поступает через откры-
тые затворы бункера печи. Прогрев печи после останов-
ки продолжается от нескольких часов до двух суток, в
зависимости от длительности остановки. На новых печах
сначала просушивают футеровку, медленно нагревая
печь в течение 3—4 суток при температуре 100—150° С,
пропуская при этом через экраны небольшое количество
воды. При повышении температуры в газоходе до 200—
250°С подачу воды в экраны увеличивают. За 4—5 ч до
пуска печи усиливают подогрев ее и устанавливают нор-
мальный расход воды на экраны. Пуск печи производят
при достижении температуры в газоходе 500—550° С.
При более низкой температуре возможны хлопки из пе-
чи. Во время пуска все люки должны быть открыты.
Перекрывают шибер растопочной трубы, включают печь
в систему, закрывают и замазывают глиной растопочные
люки, после чего при помощи сухих мелких дров созда-
ют в печи большой факел и через пневмоустановку по-
дают около 50% воздуха от того количества, которое
необходимо для нормальной работы печи. Затем пуска-
ют питатель и следят за, тем, загорелась ли воздушно-
колчеданная смесь. Быстрое повышение температуры и
увеличение накала стенок указывают на то, что печь
зажжена. Далее подачу первичного воздуха и колчедана
доводят до нормальной и после повышения температуры
в газоходе до 6Q0—7000 С начинают подачу вторичного
воздуха.
При пуске необходимо следить, чтобы разрежение в
печи не превышало нескольких миллиметров водяного
столба, так как при большом разрежении горение мо-
жет прекратиться.
Если после остановки печи температура не упала ни-
же 500° С, то пуск можно вести без предварительного
разогревания дровами.
В процессе работы необходимо следить за нормаль-
ной работой печи, пневматической установки, котла-ути-
лизатора и транспортного оборудования. Постоянная за-
грузка печи гарантирует равномерное содержание сер-
нистого ангидрида в обжиговом газе и заданное содер-
жание серы в огарке.
При неравномерном поступлении колчедана в печь
возможны хлопки, которые могут вызвать несчастные
62
случаи и разрушение печи. При засорении пневмолинии
или зависании колчедана в бункере следует немедлен-
но остановить печь.
Выделение пыли из питателя указывает на ненор-
мальную работу пневматической установки. Оно может
появиться при чрезмерном расходе колчедана, повышен-
ном содержании катышей (более 5%), появлении в
колчедане камней, кирпичей и других посторонних пред-
метов, засоряющих линию. Неправильная установка соп-
ла, диффузора и некачественное их изготовление, высту-
пы прокладок также нарушают нормальную подачу
колчедана в печь.
Необходимо следить за температурой отходящего
газа и строго соблюдать установленные нормы воздуш-
ного дутья.
Повышение температуры обжига может наступить
при увеличении интенсивности обжига или повышении
концентрации газа, а также при ухудшении работы экра-
нов. В случае ухудшения отбора тепла экранами тем-
пература отходящей воды понизится до 50°С. Для очист-
ки экранных труб необходимо их продуть сжатым воз-
духом или пропарить. При перебоях подачи воды в
экраны печь следует немедленно остановить.
В печах с нижней подачей колчедана возможно на-
липание ошлакованных частиц колчедана на своде печи.
Падение спекшейся массы при последующем ее охлаж-
дении может выбросить огарок из течки питателя. Износ
форсунки, недостаточная подача воздуха, высокое со-
держание серы в огарке могут вызвать шлакование на
нижних боковых стенках печи.
Разрежение в печи должно быть 0—2 мм вод. ст.,
так как при большем разрежении снижается концентра-
ция газд, а при давлении обжиговый газ будет выде-
ляться из печи и загрязнять атмосферу. В случае умень-
шения разрежения следует снизить нагрузку на печь.
Для нормальной работы требуется равномерное и
бесперебойное удаление огарка из бункеров печей. Пос-
ле охлаждения огарка его температура не должна пре-
вышать 50—60° С. Выпуск более горячего огарка из
холодильных барабанов и шнеков-гасителей приводит к
загоранию ленты. *
Перед остановкой печи закрывают задвижку вторич-
ного воздуха, останавливают питатель, затем закрыва-
63
ют задвижку первичного воздуха. Перед кратковремен-
ной плановой остановкой необходимо накопить в бун-
керах достаточное количество огарка, который будет
удерживать тепло. После остановки печи выключают
электромотор воздуходувки. Для устранения возможного
выделения обжигового газа в атмосферу цеха через
пневматическую линию необходимо засыпать ее колче-
даном.
Многоподовые печи
До появления печей КС и пылевидного обжига в оте-
чественной и зарубежной сернокислотной промышлен-
ности для обжига колчедана применялись многоподовые
печи с механическим перемешиванием и перемещением
колчедана. При строительстве новых и реконструкции
действующих сернокислотных заводов в СССР с 1937
по 1950 г. устанавливались главным образом печи ВХЗ
(печи Воскресенского химического завода).
Существенным недостатком этих печей является низ-
кая производительность, вследствие чего на сернокислот-
ных заводах устанавливается большое количество печей.
В печах ВХЗ практически не используется тепло, выде-
ляющееся при горении колчедана, а обжиговый газ по-
лучается с низким содержанием сернистого ангидрида.
Наличие чугунных деталей в зоне высокой температуры
и необходимость их частой замены вызывает остановку
печи, при которой снижается концентрация сернистого
ангидрида в обжиговом газе, что отрицательно влияет
на работу башенного и контактного отделений.
Замена гребков и перегребающих лопаток в работаю-
щей печи является трудоемкой операцией, во время
которой часть обжигового газа выделяется в атмосферу
печного отделения, что вызывает дополнительные потери
сернистого газа и ухудшает условия труда. Обжиг кол-
чедана в печах ВХЗ практически невозможно автома-
тизировать.
Вследствие несовершенства печей ВХЗ прекращено
их проектирование и монтаж на новых сернокислотных
заводах.
Работающие печи ВХЗ подлежат замене на печи КС.
Учитывая однако, что эти печи еще продолжают эк-
сплуатироваться на большинстве сернокислотных заво-
64
\Колчейан
Ai66i6i6id66id
7
iiitiiiii4-£iFi,1’6'L'
ii6i6666i6iAi6
6дбАб6666АбАА6
йййййАййд156Ь|Ь6ддЬ
6di6i66t5iAAiA6
ДДАЛЛДТДДДДаАДДДД
.ДДДДДД ДДДДДД лр.1Д
ЛдЛЛЛЛлЛХЛДЛЛЛЛЛЛ


—. . йЬйййййййбббЬй
ббббдййбйЬЬбйй

6i66ii66iddd6idii
ВОЗДУХ
Рис. 21. Печь ВХЗ.
6Ai(b AAiiiiiiiiitii
5 1098
дов страны, целесообразно ознакомиться с их устрой-
ством, обслуживанием и режимом работы.
Печь ВХЗ (рис. 21) состоит из вертикального сталь
ного корпуса, футерованного жароупорным кирпичом
или бетоном. По высоте печь имеет семь рабочих гори-
зонтальных подов, выполненных из шамотных плит или
жароупорного бетона, общей поверхностью 140 м2. Верх-
ний под служит для подсушивания колчедана.
По вертикальной оси печи установлен пустотелый чу-
гунный вал 4* в гнездах которого на каждом своде за-
креплены чугунные гребки 6. Гребки нечетных подов на
рис. 22 условно показаны пунктиром в одной плоскости
с гребками четных подов. В действительности они рас-
положены перпендикулярно к осям гребков четных по-
дов. На полых гребках всех чугунных подов укреплены
съемные лопатки, при помощи которых производится
перемешивание и перемещение колчедана на подах. Вал
вместе с гребками и лопатками вращается приводным
механизмом 9 со скоростью один оборот за 1,5 мин.
На гребках сушильного пода укреплены штанги, ко-
торые выгружают колчедан из бункера 2 на под, где
колчедан перемещается от периферии к валу. При пере-
мешивании и перемещении на сушильном поду колчедан
подсушивается и через питатель 3, расположенный в
центре, загружается на первый рабочий под, на котором
колчедан воспламеняется и перемещается от вала к
стенкам, где через семь отверстий ссыпается на второй
под.
По второму поду колчедан передвигается к центру
печи и ссыпается на третий под через кольцевое отвер-
стие вокруг чугунного вала печи. Таким образом, кол-
чедан на нечетных подах перемещается от вала к пери-
ферии, а на четных — от периферии к валу.
Через течку 8, огарок высыпается в шнек-гаситель
или холодильный барабан, откуда транспортируется в
бункера.
Необходимый для горения колчедана воздух посту-
пает через двенадцать круглых каналов-воздушников,
которые расположены на кожухе у седьмого пода. Регу-
лирование подачи воздуха в печь производится заслон-
ками. Дополнительный воздух подается в печь на чет-
вертый под через четыре воздушника. Образующиеся
обжиговые газы поднимаются навстречу горячему кол-
66
чедану через те же отверстия в подах, через которые
ссыпается материал. Выводятся газы с первого рабо-
чего пода по двум газоходам.
Для обслуживания подов, смены гребков и лопаток
в корпусе печи каждого рабочего пода имеются четыре
плотно закрывающиеся дверки 1 с глазком для наблю-
дения за процессом горения.
Вал печи с наружным диаметром 920 мм и общей
длиной 7100 мм имеет два канала: внутренний, прямо-
угольного сечения и внешний, кольцеобразной формы.
На рис. 22 дана схема движения воздуха, охлаждаю-
щего вал и гребки. Холодный воздух подается снизу во
Рис. 23. Перегребаю-
щие лопатки печи
ВХЗ.
Рис. 22. Схема движения воздуха,
охлаждающего вал и гребки.
внутренний канал 1.
В верхней части ва-
ла внутренний канал
закрыт заглушкой 7.
Не имея выхода из
внутреннего канала
вверх, воздух через
отверстия 8 в торце
гребков 4 проходит внутрь гребка по одной стороне пере-
городки 9, огибает ее, идет по другой стороне перего-
родки и выходит через отверстия 3 и 6 в кольцевое про-
странство 5 между наружным корпусом вала 2 и стен-
ками внутреннего канала 1, откуда нагретый воздух вы-
водится в верхней части вала.
Перегребающие лопатки печи ВХЗ (рис. 23) состоят
из рабочей плоскости 1, валика 2, прорези 3 и хвостовой
части 4. На внешней стенке гребка имеются сережки. На
две смежные сережки валиком подвешивают одну ло-
5*
67
патку, при этом хвостовая часть лопатки снизу огибает
гребок и упирается в его стенку. Снимают лопатку с
гребка специальным ключом, вставляемым в прорезь 3,
отведя лопатку по ходу гребка, пока хвостовая часть ее
не отделится от стенки гребка. После этого лопатка при
поднятии вверх легко снимается с сережки гребка.
Питание печей ВХЗ колчеданом, загружаемым из
первого рабочего свода, осуществляется через питатель,
который должен быть герметичным, чтобы не происхо-
дило подсоса воздуха при загрузке.
Интенсивность обжига колчедана в печах ВХЗ со-
ставляет 200—250 кг/сут 45%-ного колчедана на 1 м2 ра-
бочих подов, суточная производительность — 28—35 т,
содержание серы в огарке—2—3%, концентрация в
обжиговом газе сернистого ангидрида — 8—10%, серно-
го ангидрида —0,3—0,5%. Для нормальной работы печи
необходимо поддерживать разрежение на первом рабо-
чем поду 1—2 мм вод. ст.
Обслуживание многоподовых печей. Обслуживание
печей ВХЗ сводится к наблюдению за равномерной за-
грузкой колчедана в печь, его горением, а также за нор-
мальной работой привода печи, вала с гребками и ло-
патками, воздуходувок, подающих воздух для охлажде-
ния вала и гребков. Следует заботиться о своевремен-
ном наполнении бункера колчеданом, так как для бес-
перебойного питания печи требуется некоторый его за-
пас в бункере.
Колчедан из бункера подается на сушильный под с
помощью выдвижного ножа, укрепленного на гребках,
при этом необходимо периодически разравнивать колче-
дан в бункерах во избежание его зависания. Влажный и
спрессованный колчедан неравномерно поступает на су-
шильный под, а толщина слоя колчедана на сушильном
поду должна поддерживаться такой, чтобы перегребаю-
щие лопатки наполовину были погружены в материал.
Во избежание поломки гребков сушильного пода и для
равномерного поступления колчедана необходимо сле-
дить за состоянием выдвижного ножа.
Перегрузка сушильного пода колчеданом, крупные
куски и посторонние предметы могут вызвать поломку
гребков или лопаток.
Следует наблюдать за количеством колчедана на по-
дах, за его горением и состоянием гребков и лопаток.
68
При нормальной загрузке печи горение колчедана си-
ним пламенем должно происходить на наружной полови-
не второго пода. В случае перемещения синего пламени
на внутреннюю часть следует уменьшить загрузку колче-
дана в печь. Если синее пламя распространяется меньше,
чем на наружную половину второго пода, то загрузку
колчедана в печь необходимо увеличить. Изменение за-
грузки колчедана в печь следует вести постепенно, во
избежание резких колебаний концентрации сернистого
ангидрида в обжиговом газе.
Для предохранения от поломки гребков и лопаток
спекающийся на горячих подах колчедан следует перио-
дически разрыхлять. Сломавшиеся и изношенные лопат-
ки пода надо немедленно заменять новыми, так как по-
ломанная лопатка может вызвать остановку печи из-за
среза шпилек на муфте привода.
В случае перегрузки печи колчеданом возможно за-
сорение воздушников на седьмом своде, вследствие чего
повысится содержание серы в огарке. Необходимо поэ-
тому регулярно очищать воздушники от огарка.
При повышении температуры воздуха, выходящего из
валов, до 220° С необходимо убедиться в нормальном
поступлении воздуха на охлаждение. Если воздух посту-
пает нормально, а температура его на выходе из вала
остается высокой, то следует уменьшить загрузку колче-
дана в печь.
Внезапное выделение обжигового газа из печи в ат-
мосферу печного отделения указывает на то, что в печь
попадает воздух, охлаждающий вал и гребки в резуль-
тате поломки гребка или же выпадения торцовой за-
глушки из него. В этом случае необходимо остановить
печь.
После остановки печи во избежание поломки греб-
ков и пробуксовывания приводного ремня горячие поды
у гребков следует очистить от колчедана. Во время крат-
ких остановок печи дутьевые вентиляторы должны пода-
вать воздух на охлаждение вала и гребков, но воздуш-
ники, дверки и отверстие для выхода огарка необходимо
держать закрытыми. При длительной остановке печи
через 3—4 ч останавливают вентилятор, подающий воз-
дух на охлаждение вала. Для устранения спекания кол-
чедана и поддерживания горения в течение нескольких
69
суток следует прокручивать вал остановленной печи 1—
2 раза в сутки.
Перед остановкой на холодный ремонт следует уда-
лить огарок, не производя при этом загрузки печи кол-
чеданом.
После остановки на холодный ремонт, а также при
пуске новых печей, требуется их разогреть и подсушить.
При постепенной сушке удаляется влага из новой футе-
ровки, что предотвращает обвал сводов. Сушка футе-
ровки ведется дровами или же газообразным топливом.
Черед началом сушки проверяют исправность и нор-
мальное вращение вала и гребков, затем останавливают
вал печи в таком положении, чтобы гребки второго ра-
бочего пода находились между дверками. Через одну
дверку на втором рабочем поду зажигают слабый огонь,
спустя некоторое время разжигают огонь с противопо-
ложной стороны этого же пода и постепенно усиливают
сушку. При этом удаляется влага со второго и первого
рабочих и сушильного подов.
Подсушка ниже расположенных подов производится
постепенным перемещением горения на нижние поды
печи, не прекращая горения на верхних подах. Это
устраняет конденсацию паров воды на поверхности верх-
них подов и их возможный обвал.
После окончания сушки печи удаляют несгоревшие
дрова и другие посторонние предметы и загружают кол-
чедан до третьего рабочего пода.
Разогрев печи начинают вести с первого и второго
рабочих подоз. Горение топлива на этих подах посте-
пенно усиливают до темно-красного каления футеровки.
Дымовые газы при сушке выбрасываются в атмосферу.
Подачу воздуха на охлаждение вала и гребков начи-
нают в начале разогрева печи. После провертывания ва-
ла вручную включают двигатель, приводящий вал в дви-
жение.
Во избежание резкого охлаждения и затухания печей
в начале пуска не следует допускать большой загрузки
печи и подачи значительного количества воздуха. Сле-
дует- помнить, что после первых оборотов вала на верх-
них сводах произойдет некоторое уменьшение накала
футеровки, однако потом горение колчедана усилится
и станет перемещаться вниз печи. При нормальном горе-
нии колчедана печь включают в систему газоходов.
70
Удаление и использование огарка
При сжигании колчедана получается большое коли-
чество огарка, выход которого составляет 72—75% от
веса колчедана. Огарок, выгружаемый из печи, имеет
высокую температуру, вследствие чего перед удалением
требуется его предварительно охладить. Для охлажде-
ния и транспортировки огарка применяются орошаемые
водой барабаны, охлаждаемые транспортные трубы и
шнеки-гасители. При гашении в шнеках происходит ув-
лажнение огарка, что уменьшает количество пыли при
его транспортировке. Быстрый износ шнека, выделение
водяного пара и пыли при вводе воды в шнек являются
существенным недостатком шнеков-гасителей.
Гидравлическое удаление огарка применяется в тех
случаях, когда местные условия позволяют, не загряз-
няя водоемов и подпочвенных вод, организовать отстаива-
ние смеси огарка и воды. При этом отпадает необходи-
мость в предварительном охлаждении огарка. Недостат-
ком гидравлического способа удаления огарка являются
высокий расход воды и невозможность сброса отрабо-
танной кислой воды в канализацию или водоемы.
Ограниченное распространение на отечественных за-
водах получил пневматический способ удаления огарка
и пыли, при котором сухая воздушно-огарковая смесь
транспортируется по трубопроводам к месту складиро-
вания или погрузки. Недостатком этого метода является
установка специальных фильтров для очистки воздуха.
Кроме того, воздушно-огарковая смесь быстро истирает
трубы в местах изгиба.
Наиболее совершенным механизмом для удаления
огарка и пыли можно считать конвейер с погружными
скребками.
Огарок содержит около 47—48% железа, а также не-
большие количества меди, кобальта, цинка, золота, се-
ребра, таллия и других элементов, поэтому он исполь-
зуется металлургическими и цементными заводами. Ка-
чество огарка как металлургического сырья можно улуч-
шить водным, и кислотным выщелачиванием меди, а
также магнитной сепарацией.
До настоящего времени в огарке содержалось до
0,5—0,8% меди. Для извлечения из огарка меди и дру-
гих ценных металлов его подвергают обжигу и после-
71
дующему выщелачиванию. При этом можно получить
ценные, содержащие медь ядохимикаты для сельско-
го хозяйства. Чрезвычайно перспективен метод получе-
ния губчатого железа с одновременным удалением из
огарка серы путем окислительного обжига и последую-
щего восстановления природным газом в кипящем слое.
При этом повышается степень использования серы, от-
падает необходимость в агломерации и доменной плавке.
Полученное губчатое железо можно перерабатывать в
мартеновских печах.
Колчеданные огарки применяются на болотистых и
торфяных почвах в качестве микроудобрений.
Цементные заводы испольЗуют колчеданный огарок
для получения портланд-цемента и высокожелезистых
рудных цементов. При смешивании огарка с известью
получается ферроцемент. Огарок может служить сырьем
для получения железного сурика и мумии.
С целью комплексного использования ценных ком-
понентов, содержащихся в колчеданных огарках, целе-
сообразно предварительно извлекать из них соединения
цветных металлов, после чего перерабатывать на пред-
приятиях черной металлургии. Из 1 млн. т огарка при
комплексной переработке можно получить 0,8 млн. т
концентрата с содержанием 55—63% железа, 3,3—
4 тыс. т меди, 3,3—4,3 тыс. т цинка, 0,8—1 т золота, до
10 т серебра, до 80 т кобальта и 70 тыс. т сульфата нат-
рия.
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРНИСТОГО ГАЗА
ИЗ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ серы
Физико-химические основы
сжигания серы
При сжигании элементарной серы получается обжи-
говый газ с высоким содержанием сернистого ангидрида
и кислорода. Сера сгорает по уравнению
S + ОГ = SO™3 + 70,9 ккал.
При сжигании серы в токе воздуха содержание сер-
нистого ангидрида в обжиговом газе не может превы-
шать 21%, но при таком содержании сернистого анги-
дрида в обжиговом газе отсутствует кислород. Для пол-
ного сжигания серы подача воздуха в печь регулируется
так, чтобы в обжиговом газе оставался избыток кисло-
72
рода и для контактного окисления сернистого ангидрида
в серный.
Расход воздуха на 1 кг серы составляет 4,8 ж3. В ре-
зультате получается 4,9 ж3 обжигового газа, содержаще-
го 14% сернистого ангидрида и 7% кислорода.
При горении 1 кг элементарной серы выделяется
2213 ккал тепла, которое расходуется на плавление се-
ры, нагревание обжигового газа, для получения пара и
частично теряется в окружающую среду. Скорость горе-
ния элементарной серы повышается с увеличением тем-
пературы и концентрации кислорода в зоне горения.
Однако с повышением температуры увеличивается дав-
ление паров серы, поэтому возможен унос их с обжиго-
вым газом. Несгоревшая парообразная сера при ох-
лаждении кристаллизуется и оседает на поверхности
теплообмена котлов-утилизаторов. Для уменьшения
уноса несгоревшей серы во всех типах печей предусмот-
рена подача дополнительного воздуха для дожигания
серы в камеру, из которой выводится обжиговый газ.
Печи КС
Наиболее совершенными печами для сжигания серы
являются печи с разбрызгивающими форсунками и печи
КС. Камерные одноподовые и горизонтально вращаю-
щиеся печи на отечественных сернокислотных заводах
в настоящее время не устанавливаются ввиду их несо-
вершенства и небольшой производительности.
Сжигание серы в печах КС имеет ряд преимуществ:
сера в печь КС подается в твердом виде, следовательно,
отпадает необходимость в предварительном ее плавле-
нии и подача в печь такой серы проще, чем распыление
форсунками расплавленной серы; кроме того, при полу-
чении башенной серной кислоты отпадает потребность в
очистке серы от битумов.
Кипящий слой при сжигании серы создается продув-
кой воздуха через слой инертного зернистого материала
или расплавленной серы, находящейся на пористой
дутьевой решетке. В СССР и за рубежом в промышлен-
ном масштабе освоены печи с кипящим слоем из инерт-
ного порошка. Печь такого типа (рис. 24) имеет цилин-
дрический стальной корпус 7, футерованный огнеупор-
ным кирпичом или жароупорным бетоном 9. Нижняя
конусная часть печи является дутьевой коробкой, в ко-
73
торую подается воздух для псевдоожижения инертного
порошка. В качестве такого материала применяют реч-
ной песок или шамотный порошок, диаметр зерен кото-
рых равен 0,5—1,0 мм. Для распределения воздуха и
Рис. 24. Печь КС для сжигания эле-
ментарной серы:
1 — бункер: 2 — провальная дутьевая решет-
ка; 3 — загрузочная камера; 4 — шнек-пи-
татель; 5 — бункер серы; 6 — коллектор
вторичного воздуха; 7 — корпус; 8 — выход
газа; 9 — футеровка; 10 — надслойное про-
странство; 11 — фурмы вторичного воздуха:
12 ~ форсунки для растопки; 13— охлажда-
ющие поверхности в слое; 14 — непроваль-
ная дутьевая решетка; 15 — подвод первич-
ного воздуха.
поддерживания пес-
ка имеется непро-
вальная дутьевая ре-
шетка 14. Вторичный
воздух из коллекто-
ра 6 через фурмы Н
вводится в надслой-
ное пространство пе-
чи 10.
Измельченная се-
ра из бункера 5 по-
дается шнековым пи-
тателем в загрузоч-
ную камеру 3, где
плавится и покрыва-
ет тонкой пленкой
частицы инертного
порошка, которые на-
ходятся в состоя-
нии псевдоожиже-
ния. Тепло из слоя
отводится холодиль-
ными элементами 13.
Печь растапливают
форсунками 12.
На поверхности
серной пленки часть
серы сгорает, а дру-
гая часть испаряется
и догорает в над-
слойном объеме пе-
чи. При нормальной
работе температура
в слое поддержива-
ется в пределах
600—700°С. Для удовлетворительного псевдоожижения
песка линейная скорость воздуха должна быть до 1 м/сек.
В процессе псевдоожижения песок постоянно истирается
и вместе с золой уносится из печи с обжиговым газом.
74
поэтому, один раз в 2—3 месяца песок добавляется в печь
до необходимого объема.
Обжиговый газ, содержащий 15% SO2, при темпе-
ратуре 950° С выводится через газопровод 8 в верхней
части печи и поступает в котел-утилизатор, где за 1—
2 сек охлаждается до 450° С. На 1 т серы в кипящем
слое и котле-утилизаторе можно получить до 2,8 т пара
давлением 40 ат и температурой перегрева 425° С.
В печи КС сжигается 42—45 т серы в сутки. Суточ-
ная интенсивность печи достигает 600 кг/м?, или 5,8 т/м2
дутьевой решетки.
Форсуночные печи
Форсуночные печи работают на жидкой очищенной
сере. Печи этого типа могут быть вертикальными и гори-
зонтальными.
Схема установки для сжигания серы в распыленном
состоянии показана на рис. 25. Измельченная сера транс-
портером загружается в сероплавилку 1, в нижней час-
ти которой отделяются примеси (зола и битумы), а жид-
‘=ь-)Серо
Рис. 25. Схема установки для сжигания жидкой серы.
кая сера стекает в приемник 3, обогреваемый паром.
Погружным насосом 2 жидкая сера через фильтр 4
транспортируется в обогреваемый отстойник-копитель 7,
расположенный в кирпичной камере 5, а из него насосом
6 — в напорный бак 11, откуда самотеком поступает в
разбрызгивающие форсунки печи 12.
75
Воздух, поступающий в печь, должен быть освобож-
ден от пыли и влаги. Для этого воздуходувкой 8 воздух
нагнетается в фильтр 9 и сушильную башню 10, оро-
шаемую концентрированной серной кислотой.
Сернистый газ, получаемый
Рис. 26. Вертикальная форсуночная
печь с нижней подачей серы.
при сжигании серы, по-
ступает в паровой
котел-утилизатор 13,
где охлаждается до
450° С.
Конструкция вер-
тикальной печи с
нижней подачей се-
ры показана на
рис. 26.
Печь представля-
ет собой вертикаль-
ную цилиндрическую
шахту, наружный
диаметр которой ра-
вен 4000 мм, высота
7000 мм. Стальной
корпус 2 печи футе-
рован шамотным
кирпичом 3. Шамот-
ная перегородка 5,
не доходящая до
свода печи на 700 мм.
делит печное про-
странство на два неравных отсека. В большем отсеке
устанавливают форсунки 6 для распыления жидкой серы.
В форсунки компрессором нагнетается воздух. Через три
патрубка 7, расположенные в нижней части большего
отсека, поступает в печь вторичный воздух. С целью раз-
рушения битуминозной корки на дно печи через три
патрубка 8 вводится барботажный воздух. Для сжига-
ния паров серы в верхнюю часть печи через четыре
патрубка 4 поступает третичный воздух. Обжиговый газ
с температурой 1000° С уходит из меньшего отсека печи
и по газоходу 1 направляется в котел-утилизатор.
Для сжигания жидкой серы применяются также вер-
тикальные печи с верхней подачей серы (рис. 27). Вер-
тикальная шахта такой печи разделена сводами 1 и 2
на две зоны. Жидкая сера разбрызгивается тремя фор-
76
количестве 20—25% от
сунками, размещенными в верхнем своде 4 печи. Верх-
няя камера 3 является зоной испарения серы, нижняя
камера 7—зоной горения серы. В камеру испарения 3
подается первичный воздух в количестве 20—25% от
общего расхода. Осталь-
ная часть воздуха вводит-
ся через два патрубка
между сводами 1 и 2 и
после смешения с газовой
струей в узкой части печи
•направляется в камеру 7.
В нижней части каме-
ры 7 имеется насадка 8
высотой 1405 мм, состоя-
щая из шамотного кирпи-
ча. Обжиговый газ выво-
дится с температурой
1000°С через патрубок,
расположенный в камере
7. Корпус печи стальной,
футерованный слоем ша-
мотного кирпича толщи-
ной 343 мм. Между футе-
ровкой и стальным кожу-
хом прокладывается изо-
ляционный слой из легко-
весного шамотного кирпи-
ча толщиной 230 мм.
Внутреннюю поверхность
стального кожуха покры-
вают листовым асбестом.
Разбрызгивание жидкой
серы в печах производит-
ся пневматическими или
механическими форсунка-
ми. Для бесперебойной
работы форсунок требует-
ся хорошая очистка рас-
плавленной серы от золы
и битумов.
Механические форсун-
ки разбрызгивают серу
насосом, который подает
Рис. 27. Вертикальная форсу-
ночная печь с верхней подачей
серы:
/, 2 — промежуточные своды: 3 —
верхняя камера; 4 — верхний свод;
5 — отверстия для форсунок; 6 — за-
вихрители вторичного воздуха; 7 —
нижняя камера; 8 — кирпичная на-
садка; 9 — футеровка: 10 — изоляция.
под давлением, создаваемым
расплавленную серу непосред-
77
ственно в форсунки. Устройство механической форсунки
показано на рис. 28. Жидкая сера от насоса нагнетается
в трубу 3, обогреваемую паром, который вводится в
кольцевое пространство между трубами 3 и 4. По коль-
цевому простраеству между трубами 4 и 5 конденсат
направляется к выводящему патрубку 1, а сера через
Серо
конденш^. ~
тройник 6 и циклон 7 выбрасы-
вается в печное простран-
ство в виде мелких капелек,
где сгорает в воздухе, пода-
Рис. 28. Механическая
форсунка для разбрыз-
гивания серы.
ваемом в печь вентилятором. Для освобождения от пы-
ли воздух предварительно пропускают через фильтры.
Осушка воздуха производится в сушильной башне, ори-
гинальной концентрированной кислотой.
Все трубки и циклоны форсунки изготовляются из
специальной хромоникелевой стали.
В пневматические форсунки жидкая сера поступает
из напорного бака. Для распыления серы в форсунку
компрессором подается воздух под давлением 6 ат, пред-
варительно подогретый до 125—140° С. Кроме того, к
факелу горящей серы вентилятором подается дополни-
тельный воздух.
Устройство пневматической форсунки для распыле-
ния серы показано на рис. 29. Жидкая сера подается в
центральную трубу, обогреваемую паром. Воздух для
распыления серы вводится в наружное пространство
между паровой трубой и воздушной закрытой снаружи
керамической трубой.
Для форсунки производительностью до 20 т серы в
сутки расход воздуха составляет 100 л/3 на 1 т серы.
78
Для легкого и плавного регулирования расхода жид-
кой серы устанавливают запорные устройства с конус-
ными клапанами. Менее совершенными являются обыч-
ные пробковые устройства.
Рис. 29. Пневматическая
Суточная интенсивность форсуночных печей состав-
ляет 600—900 кг/л3. На новых сернокислотных заводах
устанавливаются печи производительностью 45—60 и
100 т серы в сутки. В настоящее время для сжигания
серы наряду с вертикальными применяются также высо-
копроизводительные горизонтальные печи.
Утилизация тепла при сжигании серы
Тепло обжигового газа серных печей используется
для получения пара в котлах-утилизаторах. При произ-
водстве серной кислоты контактным способом в котлах-
утилизаторах частично используется также тепло, выде-
ляющееся в процессе окисления сернистого ангидрида.
Некоторые данные котлов-утилизаторов, устанавли-
ваемых при сжигании элементарной серы приведены
в табл. 8.
Котел-утилизатор СКУ-14/40 устанавливается за пе-
чами и предназначается для охлаждения двух потоков
сернистых газов, поступающих из печи и контактного
аппарата.
79
Таблица 8
Типы и мощность котлов- утилизаторов серных печей
Производи- тельность печи, т серы в сутки	Тип котла- утилизатора	Характеристика рабо- ты котла-утилизатора			Метод работы
		Мощ- ность, т/ч	Давле- ние, ат	Темпе* ратура пара,°C	
60	СКУ-8-40	8	40	450	С наддувом
60	СКУ-7/40	7	40	400	Без наддува
60	СКУ-7/40-2	7	40	250	Без наддува и без пароперегревателя
100	СКУ-14/40	14	40	450	С наддувом
Характеристика котла С КУ-14/40 приведена ниже:
Производительность, т/ч .	12,25—16,95
Давление пара (в барабане), кг/см2	46
» перегретого пара кг!см2	39
Температура перегретого пара, °C	450
» питательной воды, °C	.	150
Количество газа 1-го потока, поступаю-
щего в испарительную часть котла,
нм'/ч ...	.	32400—39600
Количество газа 2-го потока, поступаю-
щего в пароперегреватель, нм‘!ч .	41157—50303
Температура газа 2-го потока на входе
в котел, °C .	.	980—1080
Температура газа 1-го потока на выходе
из испарительной части котла, °C	438—472
Температура газа 2-го потока на входе
в пароперегреватель, °C .	604
Температура уходящего газа 2-го пото-
ка, °C ................................ 475-481
Газовое сопротивление котла, мм вод.	ст.	180
Поверхность нагрева испарительной час-
ти, м2 .	............... 228
Поверхность нагрева пароперегрева-
теля, м2	.	................ '72
Принципиальная схема котла-утилизатора СКУ-14/40
с многократной принудительной циркуляцией, спираль-
ными змеевиками и горизонтальным ходом газа показа-
на на рис. 30.
Обжиговый газ из печи поступает в первый отсек
горизонтальной камеры котла, в которой расположен
80
6—1098
Рис. 30. Принципиальная схема котла-утилизатора СКУ-14/40.
входной экранирующий виток 3 пароперегревателя и
змеевики испарительной поверхности 4 котла.
Горизонтальная камера котла разделена на два от-
сека кирпичной стенкой. Из первого отсека через боко-
вой выход газ с температурой 450° С направляется
в первый слой катализатора контактного аппарата,
где окисляется сернистый ангидрид и выделяется теп-
ло, за счет которого температура газа повышается
до 604° С.
Дальнейшее охлаждение газа происходит во втором
отсеке горизонтальной камеры котла, в котором распо-
ложены входной экранирующий виток 8, экранирующие
витки 11 пароперегревателя, первая 9 и вторая 10 части
поверхности пароперегревателя.
Из второго отсека горизонтальной камеры котла газ
направляется во второй слой катализатора контактного
аппарата, где происходит дальнейшее окисление сернис-
того ангидрида.
Насосы 1 типа НКУ-150 из барабана 2 нагнетают во-
ду по циркуляционным трубам в коллектор 5, а из него
в испарительные змеевики 4. Образовавшаяся пароводя-
ная смесь поступает в барабан 2, в котором пар отде-
ляется от воды. Насыщенный пар выводится из верх-
ней части барабана и, поступает в коллектор 6 паропере-
гревателя. После промывки в увлажнителе 7 перегретый
пар проходит через змеевики 10 пароперегревателя и
через коллектор 12 подается потребителю.
Обслуживание сероплавилок и лечей
Температура жидкой серы в сероплавилке должна
поддерживаться в пределах 145—155° С. При повышении
температуры вязкость серы увеличивается и при 190° С
сера превращается в темно-коричневую густую массу,
которую невозможно перекачивать и разбрызгивать.
Уровень жидкой серы в отстойнике не должен опускать-
ся ниже 200 мм от верхней крышки, а в напорном бач-
ке должен подниматься до переливного отверстия. Дав-
ление греющего пара в плавилке и отстойнике необходи-
мо держать в пределах 5,2—6,0 ат.
Количество серы, поступающей в форсунку, опреде-
ляется по величине факела. Следовательно, чтобы гаран-
тировать полное сжигание серы, подача ее регулируется
82
так, чтобы видимость факела исчезала на расстоянии
метра от форсунки.
Для равномерного использования всего объема печи
необходимо работать на трех или на двух форсунках, по
с резервной третьей.
Контроль за режимом горения ведется через смотро-
вое стекло, и при нормальной работе форсунки на про-
тивоположной стенке должны быть видны отчетливо
швы кладки стенки.
Перед пуском печи необходимо включить насос для
жидкой серы, проверить циркуляцию серы из отстойника
в напорный бак и по переливной линии снова в отстой-
ник. Затем разогреть печь дровами до 150° С, разжечь
мазутную или газовую форсунку и постепенно поднимать
температуру печи на 40—50° в час до 700° С, после чего
включить воздушный компрессор и дать воздух в фор-
сунку для распыления серы. При включении форсунки
сначала открыть воздух для распыления и убедиться, что
он поступает под давлением 6 ат, затем открыть кран
жидкой серы. Несоблюдение такой последовательности
* может привести к попаданию жидкой серы в воздушные
коммуникации. При минимальном расходе серы отрегу-
лировать факел форсунки, выключить мазутную форсун-
ку, а подачу серы и воздуха вести таким образом, чтобы
температура повышалась на 10—20° за 10—15 мин.
При нормальной работе плавилки и устойчивом по-
вышении температуры печь при температуре 900° С
включается в систему.
Перед остановкой форсунки необходимо перекрыть
кран на трубопроводе жидкой серы и после прекраще-
ния горения закрыть воздушный кран. В случае плано-
вой остановки печи необходимо перекрыть кран на выхо-
де жидкой серы из напорного бачка и после освобожде-
ния трубопровода от серы закрыть кран жидкой серы
возле форсунки, перекрыть воздух и остановить воздухо-
дувку, а печь отключить от системы.
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРНИСТОГО ГАЗА ИЗ СЕРОВОДОРОДА
Физико-химические основы сжигания сероводорода
При сжигании сероводородных газов образуется сер-
нистый ангидрид с повышенным содержанием водяных
паров, поэтому дальнейшее окисление сернистого анги-
6*
83
дрида в серный происходит в присутствии паров воды,
вследствие чего этот процесс получил название «метод
мокрого катализа». Горение сероводорода происходит
по следующей реакции:
2H2S -г ЗО2 = 2SO2 + 2Н2О + 246 ккал.
Скорость горения возрастает с повышением темпера-
туры и содержания кислорода в зоне горения. Однако
увеличение содержания кислорода в газе снижает кон-
центрацию сернистого ангидрида в нем. При сжигании
сероводородных газов в смеси с воздухом на 1 нм3 газа
необходимо ввести в печь 6—7 нм3 воздуха, при этом
получается 6 нм3 газовой смеси, содержащей 7% сернис-
того ангидрида, 6% кислорода, 5% водяного пара и
82% азота.
При горении 1 нм3 сероводорода выделяется 5566 ккал
тепла, которое расходуется на подогрев образующихся
газов и частично теряется в окружающую среду. Дли-
тельное время сжигание сероводородных газов велось в
печах, напоминающих обычные топки для газового топ-
лива. В печь через газовую форсунку вводили сероводо-
родный газ и воздух, при этом температура образующих-
ся газов достигала 1000—1100° С. При этой температуре
и избытке кислорода в печи образовывалась окись азота
в результате горения синильной кислоты, содержащейся
в сероводородном газе:
2HCN + 4О2 = 2NO -ф 2СО2 + 2Н2О.
Окись азота в дальнейшем превращалась в трехокись,
которая растворялась в готовой серной кислоте, загряз-
няла ее окислами азота до 0,5% при норме 0,05%.
Для устранения образования окислов азота инженер
А. П. Сергеев на Макеевском коксохимическом заводе
предложил сжигать сероводородный газ ступенчато, т. е.
вместе с сероводородом в печь подавать лишь часть
необходимого для горения воздуха, так как синильная
кислота в недостатке воздуха сгорает с образованием
инертного азота
2HCN + ЗО2 = 2Н2О + 2СО2 + N2.
Остальную часть воздуха вводить в камеру дожигания,
тем самым растянуть зону горения в печи. Кроме того,
84
ступенчатая подача воздуха и наличие охлаждающих
труб с циркулирующей водой позволяют поддерживать
температуру в печи не выше 800—850 С, последнее
также способствует горению синильной кислоты с обра-
зованием азота. Ступенчатая подача воздуха в печь тор-
мозит окисление сернистого ангидрида в серный, кото-
рый образуется на поверхности огнестойкой футеровки и
экранных труб печи. Содержание серного ангидрида в
обжиговом газе сероводородных печей обычно не пре-
вышает 0,1%.
Состав газа, полученного при сжигании сероводород-
ного газа, содержащего 43,3% сероводорода и 3,2%
водяных паров с различным избытком воздуха, но по-
стоянным содержанием в нем водяных паров, равным
1,4%, приведен в табл. 9.
Таблица 9
Состав газа
Коэффициент избытка воз- духа	Расход воздуха на 1 нм3 серо- водородного газа, нм3/нм3	Состав обжигового газа, %		
		Сернистый ангидрид	Кислород	Водяной пар
1	3,14	11.4			13,1
1.5	4,63	8.2	5,34	9,75
1,8	5,64	6,71	8,6	8,4
1,9	5,94	6,41	8,2	8,1
2	6,28	6,1	10,8	7,91
Из таблицы видно, что для получения обжигового га-
за, содержащего 6,71 % сернистого ангидрида, в печь
необходимо подать 5,64 м3 воздуха. При меньшем коли-
честве воздуха получается обжиговый газ с повышенным
содержанием сернистого ангидрида. При окислении та-
кого газа в контактных аппаратах будет выделяться
большее количество тепла, которое может привести к
разрушению катализатора.
При получении обжигового газа, содержащего 7%
сернистого ангидрида на 1 нм3 85%-ного сероводород-
ного газа, необходимо подать в печь 12 нм3 воздуха.
Обжиговый газ, полученный из сероводорода, содер-
жит значительное количество водяных паров (см.
табл. 9), источником которых в обжиговом газе является
сероводородный газ, содержащий 3—5% Н2О, и воздух,
85
содержащий 1,5—2°/о водяных паров. Кроме того, при
горении сероводорода образуется один объем водяного
пара на каждый объем сернистого ангидрида.
Сероводород с воздухом или кислородом могут обра-
зовывать взрывоопасные смеси, которые самовоспламе-
няются при нагревании. Предел горючести сероводород-
но-воздушных смесей зависит от условий распростране-
ния пламени. Если пламя направляется вниз, то взрыво-
опасными являются смеси, содержащие от 4,5 до 19%
сероводорода. При движении пламени вверх опасными
являются смеси, содержащие 4,3—45,5% сероводорода.
Горизонтально перемещающееся пламя вызывает взрыв
смесей, содержащих от 5,9 до 27,2% сероводорода.
Температура самовоспламенения смесей зависит и от
влажности газовой смеси.
Для предупреждения взрыва при прекращении по-
ступления сероводородного газа или внезапном отклю-
чении воздуха на газоходах, подающих сероводородный
газ в печь, устанавливаются автоматические предохра-
нительные клапаны. Подача газа в печь и его зажигание
производятся только специально обученными работни-
ками, которые обязаны строго соблюдать инструкцию.
Печь-котел Гипрококса
При строительстве новых и реконструкции действую-
щих цехов для производства серной кислоты из серо-
водорода по методу мокрого катализа устанавливают
печи, совмещенные с котлом-утилизатором. Конструкция
печи Гипрококса показана на рис. 31.
Цилиндрическая камера печи-котла сложена из ша-
мотного кирпича 2 толщиной 230 мм. Внутренняя по-
верхность стального корпуса 5 печи покрыта слоем лис-
тового асбеста толщиной 10 мм. Между шамотной клад-
кой 2 и листовым асбестом имеется 120-ти мм слой тер-
моизоляционного бетона 4. Шамотный свод 8 засыпан
слоем шлака 12, нижняя часть камеры сгорания футе-
рована слоем красного кирпича 17.
Сероводородный газ и первичный воздух для горения
вводятся через три подовые горелки 1, вмонтированные
в футеровку пода. Сероводород сгорает в цилиндричес-
кой камере, на стенках которой расположена экранная
система котла. Циркулирующая вода из барабана 9 по
86
трубам 11 через нижний коллектор 15 поступает в
экранные трубки 3, где за счет тепла горячих газов про-
исходит частичное испарение воды. Пароводяная смесь
Рис. 31. Печь-котел Гипрококса для сжигания серово-
дородного газа.
собирается в верхнем коллекторе 6, из которого по тру-
бам 10 направляется в барабан, где пар отделяется от
воды и выводится из котла. В горелку 1 поступает лишь
87
часть воздуха, необходимого для горения сероводорода.
Недостаток первичного воздуха и отбор тепла экранны-
ми трубками позволяют поддерживать температуру газа
в камере в пределах 800—850° С. Дополнительный воз-
дух, необходимый для дожигания сероводорода, вводит-
ся через фурмы 13 в верхнюю часть камеры дожигания
Рис. 32. Подовые горелки:
/—балка; 2 — стальной лист; 3— кладка из красного кирпича; 4— шамот-
ная кладка; 5 — асбестовая изоляция; 6 — каналы для смешивания воздуха
и сероводородного газа; 7 — каналы со щелью для воздуха; 8 — труба со
щелью для сероводорода.
14. Обжиговый газ из камеры дожигания через канал 18
направляется в контактный аппарат для окисления сер-
нистого ангидрида. Лаз 16 служит для ремонта и ос-
мотра.
Для предохранения печи от разрушения при воспла-
менении взрывоопасной газовой смеси имеется предохра-
нительный клапан 7, состоящий из стальной заглушки
толщиной 0,8 juju и листового асбеста.
Установка подовых горелок показана на рис. 32.
В шамотной футеровке 4 пода печи расположены три
горелки. Сероводородный газ поступает в трубопровод 8
круглого сечения, в верхней части которого имеется щель
для истечения газа в канал 6. Воздух нагнетается в за-
зор между прямоугольным каналом 7 и трубопроводом
88
8. Смешение воздуха с сероводородным газом происхо-
дит в канале 6.
В печи с внутренним диаметром камеры 4110 мм и
высотой 10000 мм можно сжигать 1400 кг/ч 100%-ного
сероводорода. При использовании тепла в котле-утили-
заторе получается 5,7 т/ч насыщенного пара давлением
13 кг!см2.
Печь-котел работает под наддувом газовоздушной
смеси 600—800 мм вод. ст.
Печи с верхней подачей газа
Сероводородный газ, содержащий более 40% серо-
водорода, сжигается на некоторых заводах в печах с
верхней подачей газа и шамотной насадкой в нижней
части шахты (рис. 33). Сероводородный газ под давле-
нием 1,1 —1,2 ат подается в горелки 9, где смешивается
с воздухом и сгорает.
Печь имеет стальной корпус 1, футерованный шамот-
ным кирпичом 3. Между стальным корпусом и шамот-
ной футеровкой проложен слой асбестовой изоляции 2
толщиной 6 мм.
В нижней части шахты расположена насадка 10 из
шамотного кирпича, которая поддерживается колосни-
ками 11. На каждые 1000 ju3 газовой смеси необходимо
иметь 1,5 jw3 шамотной насадки. Верхний свод 8 печи
имеет тепловую изоляцию 6 и отверстия для термо-
пары 7.
При сушке и разжиге печи отходящие газы выво-
дятся через трубу 5. Обжиговый газ отводится через
газоход в нижней части печи.
Предохранительный клапан 4 легко вырывается при
воспламенении взрывоопасной смеси, тем самым предот-
вращает разрушение печи.
Печь диаметром 3800 мм и высотой 8600 мм имеет
объем шамотной засыпки 15 м3. Производительность
такой печи равна 9000 нм3/ч газовой смеси. Газ из печи
с температурой 900° С поступает в котел-утилизатор
типа Н-113, Н-175 и СКУ-8/40, где охлаждается до
400—450° С.
Общая поверхность нагрева котла Н-175 составляет
75 м2, паропроизводительность—1925 кг/ч, давление —
13 ат.
89
УДАЛЕНИЕ ПЫЛИ ИЗ ОБЖИГОВОГО ГАЗА
При обжиге колчедана с газом уносится значитель-
ное количество огарка в виде пыли. Запыленность обжи-
гового газа зависит от типа печи, качества колчедана и
режима обжига. В печах КС при сжигании флотацион-
ного колчедана запыленность достигает 200—300 г!нм3.
В газе печей пылевидного обжига, работающих на фло-
тационном колчедане, пыли содержится 70—100 г!нм3,
а в газе печей ВХЗ—10—20 г!нм3. Отходящие газы ме-
таллургических печей также содержат значительное ко-
личество пыли, которая состоит из мелких частей пере-
рабатываемой руды и некоторых окислов металлов.
Присутствие в обжиговом газе печей КС значитель-
ного количества огарка объясняется тем, что подъемная
сила газового потока, движущегося вверх, превышает
90
вес частиц колчедана и образовавшегося в слое огарка.
Под действием газового потока из печей КС уносится
от 60 до 100% огарка.
В печах ВХЗ и пылевидного обжига с газом уносят-
ся в основном мелкие частицы колчедана и огарка. Унос
пыли из печей ВХЗ происходит главным образом при
пересыпании колчедана с пода на под и при его пере-
мешивании перегребающими лопатками. При обжиге
рядового колчедана растрескиваются крупные кусочки
на более мелкие, что также способствует уносу огарка
с газом. Запыленность обжигового газа увеличивается
при обжиге мелкого флотационного колчедана.
В печах пылевидного обжига мелкий колчедан сго-
рает во взвешенном состоянии (в полете), при этом мел-
кие частицы образовавшегося огарка уносятся с ухо-
дящим газом.
Запыленный газ не пригоден для производства сер-
ной кислоты, так как огарковая пыль засоряет аппара-
туру, повышает гидравлическое сопротивление, умень-
шает теплопередачу, загрязняет готовую продукцию и
т. п. В некоторых случаях пыль цементируется на поверх-
ности внутренних частей аппаратов, и удалить ее про-
мывкой не удается, поэтому приходится останавливать
цех на ремонт.
Осаждение пыли из обжиговых газов производится
механическим и электрическим способами.
Механический способ осаждения пыли
При механическом способе очистки частицы пыли
осаждаются под действием собственного веса, центро-
бежных или инерционных сил. Аппараты, в которых
осаждение пыли происходит под влиянием собственного
веса частиц, называются пыльными камерами, а под
влиянием центробежных сил — циклонами.
Инерционными пылеосадителями (ИП) называются
аппараты, в которых используется инерция движения
газового потока.
Полые пыльные камеры имеют большой объем, зани-
мают много места, поэтому на современных сернокислот-
ных заводах они не устанавливаются.
Обжиговые газы печей ВХЗ очищаются от пыли в
инерционных пылеосадителях (рис. 34). Осаждение пы-
91
ли в них происходит благодаря изменению направления
и уменьшению скорости движения газового потока. При
изменении направления газового потока частицы пыли
по инерции продолжают свой полет прямолинейно. До-
стигнув противоположной стенки или дна пылеосади-
теля, частицы ударяются о них, теряют при этом сооб-
щенную им энергию движения и падают в конусную
часть осадителя. Газ, будучи более легким по сравнению
Рис. 34. Инерционные пылеосадители.
с пылинками, после перемены направления продолжает
двигаться к выводящему отверстию пылеосадителя, а из
него — за пределы аппарата. Осевшая пыль выгружается
и транспортируется вместе с огарком на склад.
.Недостатком инерционных пылеосадителей является
неполная очистка газа от пыли и сравнительная гро-
моздкость.
При обжиге колчедана в печах КС и пылевидного
обжига камеры котлов-утилизаторов выполняют роль
инерционных пылеосадителей, в которых, наряду с
охлаждением газа, улавливается до 15% всей огарковой
пыли.
Более совершенными аппаратами для очистки газа
от пыли являются циклоны, которые устанавливаются
после котлов-утилизаторов. Циклон (рис. 35) состоит из
двух цилиндров 2 и 3, вставленных один в другой. На-
ружный цилиндр 3 заканчивается внизу конусом 1. За-
пыленный газ через патрубок 4 входит в наружный ци-
92
линдр по касательной и движется по окружности в коль-
цевом пространстве между цилиндрами 2 и 3.
Центробежной силой пылинки отбрасываются к стен-
кам наружного цилиндра и под влиянием своего веса
падают вниз и накапливаются в
конической части циклона. Газ,
освобожденный от пыли, выхо-
дит из циклона по внутреннему
цилиндру 2.
Степень очистки газа от пы-
ли в циклонах зависит от раз-
мера пылинок и конструкции
циклона. С уменьшением диа-
Рис. 36. Батарейные цик-
лоны НИИОГАЗ.
Рис. 35. Центро-
бежный циклон.
метра наружного цилиндра циклона степень очистки до-
стигает 80—90%.
В настоящее время для очистки обжиговых газов пе-
чей КС и пылевидного обжига после котлов-утилизато-
ров устанавливают батарейные циклоны НИИОГАЗ
(рис. 36).
93
Батарея состоит из шести элементов. Газ входит по
касательной между выхлопными трубами 2 параллельно
во все элементы 1 циклона, приобретает вращательное
движение по направляющим плоскостям 3 и выходит
через трубы 2 в верхней камере 4. Пыль из элементов
опускается в пылевой бункер 5, откуда выгружается и
транспортируется вместе с огарком на склад.
Для нормальной работы циклонов важно хорошее
уплотнение пылевого бункера и затвора для спуска
пыли. На течке под бункерами циклонов устанавливают
герметические устройства — две асинхронно действую-
щие конические или шаровые «мигалки» с приводом.
Содержание пыли после батарейных циклонов не
должно превышать 10—20 г/нм3.
При хорошей тепловой изоляции циклонов и отсут-
ствии подсосов холодного воздуха осевшая в циклонах
и бункерах пыль сохраняет свою сыпучесть и легко уда-
ляется из аппарата.
Электрический способ осаждения пыли
Для удаления из газа очень мелкой пыли, которая
не оседает при механической очистке, применяются су-
хие электрофильтры. Запыленность газа после таких
фильтров составляет 0,05—0,1 г)нм3.
Осаждение пыли в электрофильтрах происходит при
прохождении запыленного газа через электрическое по-
ле, создаваемое двумя электродами с разноименнььм
электрическим зарядом. В электрическом поле происхо-
дит ионизация газа, в результате которой в межэлек-
тродном пространстве появляются заряженные частицы,
называемые ионами. Образовавшиеся ионы, сталкиваясь
с пылинками, передают им свой заряд и превращаются
в электрически нейтральные молекулы. Частицы пыли,
имеющие положительный или отрицательный заряд, при-
тягиваются к противоположно заряженному электроду,
на котором разряжаются и осаждаются. Лучшая очистка
газа достигается тогда, когда осадительный электрод
имеет положительный заряд, так как скорость движения
частиц с отрицательным зарядом больше, чем у поло-
жительно заряженных частиц, поэтому частицы с отри-
цательным зарядом быстрее достигнут положительного
электрода. Отрицательные электроды называются коро-
94
пирующими, па них оседает меньше пыли, чем па оса-
дительных. Осадительные электроды заземляются.
Количество движущихся ионов зависит от напряже-
ния в электрофильтре. В промышленности аппараты,
имеющие расстояние между разноименными электро-
дами 125 мм, работают при напряжении 40—60 кв.
Для питания электрофильтров необходим ток одного
направления, который получают выпрямлением перемен-
ного тока. При питании переменным током очистка газа
от пыли ухудшается (до 50%)- Это объясняется тем, что
в электрическом поле переменного тока заряженные пы-
линки часто изменяют направление своего движения,
вследствие чего значительная часть их не успевает до-
стигнуть противоположно заряженного электрода и уно-
сится с газом из аппарата.
Конструкции электрофильтров. В производстве сер-
ной кислоты для очистки обжигового газа от пыли при-
меняются электрофильтры (однопольные) с вертикаль-
ным и многопольные с горизонтальным ходом газа.
В первом случае газ проходит через электрическое поле
один раз. Производительность у этих электрофильтров
небольшая, а остаточное содержание пыли достигает
обычно 0,15—0,2 z!hmz. Во втором случае газовая смесь
проходит три или четыре электрических поля, чем и до-
стигается более высокая степень очистки.
Электрофильтры с вертикальным ходом газа рабо-
тают на действующих сернокислотных заводах, обжи-
гающих колчедан в подовых печах.
Чаще всего встречаются электрофильтры с пластин-
чатыми и трубчатыми осадительными электродами.
Осаждение пыли в пластинчатых аппаратах происходит
на заземленных пластинах, состоящих из металлической
рамы и натянутой на нее проволочной сетки. В трубча-
тых — пыль оседает на цилиндрических или шестигран-
ных трубах, заряженных положительно.
К аппаратам с вертикальным ходом газа относятся
пластинчатые электрофильтры типа ХК (химические
кирпичные). Электрофильтр ХК-45 (рис. 37) состоит из
вертикальной кирпичной камеры /, разделенной кирпич-
ной перегородкой на два отделения, которые называются
секциями. Секции внизу заканчиваются бункером 9, в
нижней части которого имеется дисковый затвор 10.
В каждой секции установлено по девять осадительных
95
сеток 2, расстояние между которыми составляет 250 мм.
Между каждой парой сеток подвешено по восемь рядов
коронирующих электродов 6 из нихромовой проволоки
диаметром 2 мм. Расстояние между коронируюшими
электродами равно 200 мм. В каждой секции установ-
лено по 64 коронирующих электрода, а всего в аппара-
те — 128, с полезной дли-
ной 3 м каждый. Нижний
конец коронирующего
электрода заканчивается
чугунным грузом, который
создает натяжение прово-
локи. Груз свободно вхо-
дит в отверстие нижней
рамы 7 коронирующих
электродов, которая пре-
дохраняет их от раскачи-
вания. Верхняя 5 и ниж-
няя 7 рамы связаны меж-
ду собой стальными стер-
жнями и подвешены к ко-
ромыслам, укрепленным
на четырех изоляторах.
Питание электрофильтра
осуществляется через
разъединитель 4.
Равномерное распреде-
ление газа по секции до-
стигается установкой вни-
зу камеры стальных рас-
пределительных решеток 8
Рис. 37. Электрофильтр ХК-45 с
вертикальным ходом газа.
с отверстиями диаметром 50 мм. Для перекрытия каждой
секции на входе и выходе газа установлены чугунные ко-
локола 3 или поворотные заслонки. Это позволяет выклю-
чать одну из секций для ремонта и очистки, не нарушая
работы кислотного и печного отделений.
Для удаления осевшей пыли электроды встряхивают-
ся специальными молотками, а нижние распределитель-
ные решетки поворачиваются в вертикальное положе-
ние. Пыль из бункеров периодически выгружается и
вместе с огарком удаляется из цеха.
Верхняя часть камеры покрывается металлическими
листами, в которых имеются люки для ремонта электро-
фильтра. Для изоляции и предохранения от утечки газа
верхняя крышка и люки засыпаются песком, чтобы
устранить подсос холодного воздуха. При охлаждении
конденсируются пары серной кислоты. Образовавшаяся
кислота разрушает металл, а также вызывает налипа-
ние пыли на внутренней части крышки электрофильтра.
Для нормальной очистки газа от пыли скорость дви-
жения последнего в электрическом поле должна быть не
более 0,8 м/сек. Повышение температуры газа на входе
в электрофильтр (выше 500° С) может вызвать дефор-
мацию металлических частей, вследствие чего расстоя-
ние между электродами уменьшится, что вызовет пробой
и отключение тока.
Снижение температуры газа ниже 275° С ведет к
конденсации паров серной кислоты, которая разрушает
электроды и другие металлические детали, а также мо-
жет вызвать пробой кварцевых изоляторов.
Конструкция трубчатых электрофильтров отличается
от пластинчатых формой осадительных электродов. Для
очистки обжигового газа, полученного при горении цин-
кового, свинцового и медного колчеданов, часто приме-
няют электрофильтры с осадительными электродами’ в
виде сот. Такие аппараты называются сотовыми секцион-
ными (СС-6). Цифра 6 справа указывает площадь по-
перечного сечения аппарата (м2) в электрическом по-
ле, по которому движется газ. Однопольные электро-
фильтры имеют небольшую производительность, вслед-
ствие чего для очистки газа на строящихся современных
сернокислотных заводах необходимо устанавливать боль-
шое число их. Кроме того, однопольные аппараты дают
хорошую очистку газа лишь в том случае, когда содер-
жание пыли в нем на входе не превышает 5—6 г/мг.
На строящихся сернокислотных установках, обору-
дованных печами пылевидного обжига или КС, очистка
обжигового газа от огарковой пыли ведется в трех- или
четырехпольных электрофильтрах с горизонтальным хо-
дом газа. Длина одного электрического поля в трехполь-
ном аппарате равна 2 м, а в четырехпольном — 1,5 м.
Активная площадь сечения многопольных электрофильт-
ров составляет 8 или 16 м2. Для лучшей герметизации
многопольные аппараты изготовляют односекционными,
корпус которых выполнен из стали без внутренней футе-
ровки с наружной теплоизоляцией корпуса и бункера.
7—1098
97
Осадительные электроды в многопольных электро-
фильтрах представляют собой пластинчатые стальные
прутья диаметром 8 мм, коронирующие выполняются из
нихромовой проволоки диаметром 2 мм с вибрационным
встряхиванием. Встряхивание коронирующих и осади-
тельных электродов электровибраторами производится
без отключения тока высокого напряжения. Электроды
Рис. 38. Четырехпольный электрофильтр ОГ-4.
вибрируют в вертикальной плоскости и при этом проис-
ходит сползание осажденных и вновь осаждаемых пыли-
нок вниз по поверхности электродов. При ручной очист-
ке необходимо отключать ток и останавливать печной
агрегат с котлом-утилизатором на длительное время.
Для нормальной работы электрофильтров и циклонов
удаление пыли из них следует вести непрерывно при
сохранении полной герметизации.
Устройство четырехпольного несекционного электро-
фильтра с горизонтальным ходом газа показано на
рис. 38. Корпус аппарата 2, изолированный слоем тепло-
вой изоляции 1, выполнен из стали. Запыленный газ про-
ходит последовательно через четыре электрических поля
3 общей длиной 6 м, в которых пыль оседает на прутко-
98
вых осадительных электродах. При встряхивании элек-
тродов пыль ссыпается в щелевой бункер 5, из которого
скребковым транспортером 6 или пневмоустановкой
транспортируется на склад.
Ток высокого напряжения из повысительно-выпрями-
тельной подстанции подводится по высоковольтному
кабелю через разъединители 4 к системе электродов.
Рис. 39. Принципиальная
схема установки для элек-
трической очистки газа от
пыли.
Корпус электрофильтра сохраняет герметичность при
разряжении в аппарате 150 мм вод. ст. Если на входе в
электрофильтр газ содержит до 20 г/нм3, то на выходе
содержание пыли в очищенном гнезде не должно пре-
вышать 0,05—0,1 г!нм\ При более высоком содержании
огарновой пыли обжиговый газ пропускают последова-
тельно через два электрофильтра.
В кипящем слое печи КС огарковая пыль приобре-
тает положительный электростатический заряд, это су-
щественно затрудняет ее осаждение в электрофильтрах.
Для улучшения очистки газа от пыли, имеющей положи-
тельный заряд, необходимо установить перед электро-
фильтрами камеру электрической нейтрализации объем-
ных зарядов газа или в циклонах на выхлопную трубу —
специальную металлическую сетку.
Выпрямление тока. Преобразование переменного то-
ка в постоянный пульсирующий ток высокого напряже-
7*
99
пня производится на повысительно-выпрямительной под-
станции. Установка для преобразования тока (рис. 39)
состоит из ступенчатого автотрансформатора с коммута-
тором для регулирования первичного напряжения, вы-
соковольтного повысительного трансформатора, синхрон-
ного электродвигателя и механического выпрямителя.
Рис. 40. Схема устройства механического преобразователя
тока.
Ток от заводской электрической сети через автотранс-
форматор идет в первичную обмотку высоковольтного
трансформатора 2, в котором напряжение переменного
тока повышается до 50—70 кв (коэффициент трансфор-
мации 190). Другая часть переменного тока поступает к
синхронному электродвигателю 1, от которого вращается
выпрямитель 4. Переменный ток высокого напряжения
в выпрямителе преобразуется в выпрямленный пульси-
рующий ток высокого напряжения. По высоковольтному
кабелю выпрямленный ток подводится к коронирующим
электродам электрофильтра 3. Осадительные электроды
электрофильтра и одна из токоснимающих щеток выпря-
мителя заземлены.
Выпрямление однофазного тока высокого напряже-
ния осуществляется при помощи механического выпря-
мителя, принцип работы которого показан на рис. 40.
100
На валу синхронного электромотора 9 насажен крест
6 из непроводящей пластической массы или сухого де-
рева. Концы этого креста соединены между собой по-
парно токоотводящими полосами I и II. Крест враща-
ется вместе с ротором электромотора со скоростью
1500 об1мин, т. е. делает один оборот за два периода
переменного тока. К боковым токоподводящим щеткам 3
и 7 подводится переменный ток высокого напряжения с
частотой колебания 50 периодов в секунду.
Для питания коронирующих электродов электро-
фильтра ток снимается при помощи токоснимающей
щетки 4, щетка 8 заземлена.
Крест вращается по часовой стрелке и через каждую
0,01 сек делает четверть оборота. Положения креста,
которые он занимает через каждую 0,01 сек, показаны
на рис. 40 а, б, в. Во всех этих положениях благодаря
совпадению вращения креста с частотой переменного
тока на щетку 4 поступает ток одного и того же знака
(минус).
В настоящее время на строящихся сернокислотных
заводах для питания электрофильтров устанавливают
полупроводниковые автоматизированные электроагре-
гаты. Такой электроагрегат позволяет автоматически
поддерживать напряжение в камере электрофильтра на
границе пробоя. Практикуется такая схема питания
многопольных электрофильтров, при которой полупро-
водниковый электроагрегат питает два первых, два вто-
рых либо два третьих поля электрофильтров. Первые
поля электрофильтров должны иметь автономное пита-
ние током, так как электростатическое электричество
огарковой пыли печей КС ухудшает вольтмиллиампер-
пую характеристику первых полей.
Степень очистки обжигового газа от огарковой пыли
в многопольных электрофильтрах достигает 99,5—99,9%.
Потребляемая мощность однопольного электрофильт-
ра ХК-45 составляет 12—14 кет, трехпольного ОГ-3-20—
60—70 кет. Расход электроэнергии на очистку обжиго-
вого газа, полученного из 1 т 45%-ного колчедана, в
однопольных электрофильтрах составляет 5—6 кет, в
трехпольных— 10—12 кет.
Обслуживание электрофильтров. Перед пуском но-
вых электрофильтров, а также после ремонта кирпичной
или бетонной кладки действующих небходимо предвари-
101
тельно произвести их сушку. Сушка производится горя-
чим воздухом или дымовыми газами, полученными при
горении кокса. Возможно применение также несмолис-
тых пород дров или природного газа. Греющий газ или
воздух подается снизу через отверстие для выгрузки
огарка. Отходящие газы и пары воды, выделяющиеся
при сушке, выбрасываются в атмосферу через люки в
верхней крышке аппарата. Время сушки и скорость по-
вышения температуры в камере подсушиваемого элек-
трофильтра устанавливаются специальным графиком.
Высушенный аппарат разогревается обжиговыми или
дымовыми газами до тех пор, пока температура на вы-
ходе из электрофильтра не достигнет 275° С. После уста-
новления нормального температурного режима подают
ток в камеру.
Частота встряхивания электродов устанавливается в
зависимости от содержания пыли в газе. Нерегулярная
выгрузка пыли из бункеров может привести к тому, что
слой пыли достигнет электродов и вызовет пробой кро-
ны. Перед встряхиванием электродов закрывают коло-
колом или поворотной заслонкой отверстие для выхода
газа из данной секции, направляя газ в соседнюю парал-
лельную секцию. После этого в очищаемой камере вы-
ключают ток и затем встряхивают осадительные и коро-
нирующие электроды и нижнюю распределительную
решетку. Нельзя производить встряхивание и выгрузку
из бункеров пыли без перекрытия выходного отверстия
газа, так как при этом вместе с газом уносится значи-
тельное количество пыли.
После встряхивания и выгрузки пыли следует вклю-
чить ток, затем открыть колокол или заслонку на выходе
газа.
Фарфоровые изоляторы, кварцевые трубы и воронки
периодически протирают от пыли сухой тряпкой. Очист-
ка кварцевых труб и воронок от кислой огарковой грязи
производится сухой содой или слабым содовым раство-
ром. После очистки от кислой грязи кварцевые трубы
протирают сухой тряпкой или спиртом. Очистка и про-
тирка производятся при выключенном токе и заземлен-
ных коронирующих электродах.
ГЛАВА ₽
L ПРОИЗВОДСТВО
| СЕРНОЙ кислоты
V КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ
Получение серной кислоты контактным способом,
т. е. окисление сернистого ангидрида кислородом
на поверхности твердых катализаторов, впервые было
предложено в 1831 г. Однако промышленное внедрение
контактный способ получил лишь в 80-х годах прошлого
столетия, после того как были установлены причины
снижения активности катализаторов и найдены пути
очистки газов от вредных примесей и прежде всего от
мышьяка.
Для окисления сернистого ангидрида в серный вна-
чале применялись платиновые катализаторы. Они отли-
чались повышенной чувствительностью к ядам и были
дорогими. В 30-х годах XX столетия платиновые ката-
лизаторы были заменены ванадиевыми.
Крупный вклад в развитие контактного способа по-
лучения серной кислоты внесли советские ученые. .На
основании этих работ в нашей стране создана мощная
сернокислотная промышленность.
Контактный метод производства серной кислоты со-
стоит из четырех основных стадий: 1) получение сернис-
того газа; 2) очистка обжигового газа от примесей;
3) контактное окисление сернистого ангидрида в сер-
ный; 4) абсорбция серного ангидрида и получение сер-
ной кислоты.
При получении серной кислоты из колчедана и газов
цветной металлургии технологическая схема производст-
ва усложняется, так как вводится дополнительная
аппаратура для очистки обжигового газа от вредных
примесей и прежде всего от мышьяка. Замена колчеда-
на серой или сероводородом, в которых не содержится
103
мышьяк, позволяет значительно упростить технологи-
ческую схему, а следовательно, снизить расход воды и
электроэнергии.
МОКРАЯ ОЧИСТКА ГАЗА
После сухой очистки от пыли обжиговый газ направ-
ляется в отделение мокрой очистки для удаления соеди-
нений мышьяка, селена, фтора и остатков огарковой пы-
ли. Количество этих примесей зависит от исходного
сырья и способа его сжигания. На содержание пыли в
газе влияет также степень его очистки в сухих элек-
трофильтрах.
При обжиге колчедана в печах КС основная часть
мышьяка остается в огарке, вследствие чего в обжиго-
вом газе этих печей мышьяк содержится в меньших ко-
личествах.
Выделение туманообразных примесей. Для нормаль-
ной работы контактного отделения содержание мышьяка
в обжиговом газе не должно превышать 0,005 г!нмй.
В процессе мокрой очистки газа достигается достаточно
полное выделение пыли, поэтому горячий обжиговый газ
после очистки в сухих электрофильтрах промывается хо-
лодной серной кислотой. При этом газ охлаждается и
примеси (серный, мышьяковистый, селенистый анги-
дриды) образуют туман. Наиболее быстрое охлаждение
обжигового газа происходит в первой промывной башне,
где пары серной кислоты конденсируются в объеме в
виде мелких взвешенных в газе капель, т. е. тумана.
Наличие в обжиговом газе даже следов такого тумана
вызывает разрушение контактного аппарата, теплооб-
менников и особенно турбокомпрессора, где из-за боль-
шой окружной скорости из газа выделяется значитель-
ное количество мелких капель кислоты, которая может
разрушить его в короткий срок. В контактном отделе-
нии продукты разрушения металлических частей загряз-
няют поверхности теплообменников и способствуют
образованию твердых корок на первых слоях контакт-
ной массы.
Полное удаление тумана серной кислоты из газа до-
стигается в мокрых электрофильтрах, которые распола-
гаются за промывными башнями.
В обжиговом газе мышьяк содержится в виде паров
104
трехокиси мышьяка AS2O3. При охлаждении газа в про-
мывных башнях часть трехокиси мышьяка растворяет-
ся в орошающей серной кислоте. Вследствие быстрого
охлаждения газа орошающей кислотой большая часть
трехокиси мышьяка образует мелкие, взвешенные в газе
частицы, которые растворяются в каплях тумана серной
кислоты и, следовательно, удаляются из газа в мокрых
электрофильтрах.
При сжигании газовой серы, содержащей повышенное
количество мышьяка, получается обжиговый газ с не-
большим содержанием серного ангидрида и повышенным
содержанием трехокиси мышьяка. После промывки та-
кого газа мышьяк в нем может присутствовать в виде
мелких кристаллов, не связанных с серной кислотой.
Содержащаяся в обжиговом газе двуокись селена не
оказывает заметного действия на ванадиевую контакт-
ную массу, но селен является весьма ценным продуктом,
поэтому при очистке обжигового газа его полностью из-
влекают. Около половины селена осаждается в мокрых
электрофильтрах и увлажнительной башне. В шламе
электрофильтров содержание селена достигает 50%. Из
селенистых шламов на сернокислотных заводах полу-
чают технический селен, содержащий 95% селена.
Туман серной кислоты образуется не только при про-
мывке газа кислотой, но и при последующих стадиях
контактного процесса: при осушке газа и при абсорбции
серного ангидрида.
До настоящего времени для более полного выделения
тумана обжиговый газ увлажняли перед поступлением
в мокрые электрофильтры. На многих заводах увлажне-
ние газа производится и сейчас.
Предполагалось, что при увлажнении газа происхо-
дит его дальнейшее охлаждение, насыщение водяными
парами и укрупнение частиц тумана. Более крупные ча-
стицы тумана серной кислоты и содержащийся в них
мышьяковистый ангидрид легче улавливаются в мокрых
электрофильтрах. Однако на основании теоретических
данных и опыта работы сернокислотных заводов в по-
следние годы установлено, что при улавливании серно-
кислотного тумана в электрофильтрах увлажнение газа
оказывает незначительное влияние на степень его очист-
ки. Вместе с тем, установлена возможность удовлетво-
рительной рчистки газа с одновременной осушкой его
105
горячей кислотой с соответствующим содержанием моно-
гидрата— способ ПКГ. При этом можно подобрать
температуру и концентрацию орошающей кислоты в та-
ких пределах, при которых туман не будет образовы-
ваться, а конденсация паров серной кислоты на поверх-
ности орошаемой насадки будет полной.
После выделения тумана серной кислоты и мышьяко-
вистого ангидрида в мокрых электрофильтрах газ под-
вергается осушке серной кислотой в сушильных башнях.
Осушка газа. Пары воды безвредны для ванадиевой
контактной массы, однако наличие паров воды в газе
приводит к образованию тумана в абсорбционном от-
делении, а следовательно, к потерям серной кислоты в
виде тумана с выхлопными газами. Поэтому в очистном
отделении производится осушка газа, которая осущест-
вляется в башнях с насадкой, орошаемых концентриро-
ванной серной кислотой, выпускаемой контактным цехом
в виде купоросного масла. Содержание влаги в серни-
стом газе после сушильных башен не должно превы-
шать 0,01%.
При осушке газа происходит насыщение серной
кислоты сернистым ангидридом. Из сушильной башни
серная кислота, содержащая растворенный сернистый
ангидрид, направляется в абсорбционное отделение, в
поглотительных башнях которого сернистый ангидрид
выдувается из кислоты и вместе с выхлопными газами
выбрасывается в атмосферу. Потери сернистого ангидри-
да с сушильной кислотой возрастают при снижении тем-
пературы и повышении концентрации серной кислоты.
Для уменьшения потерь сернистого ангидрида на неко-
торых заводах установлена специальная башня, в кото-
рой для отдувки из сушильной кислоты сернистого анги-
дрида подается атмосферный воздух. Воздух, содержа-
щий сернистый ангидрид, направляется в газоход перед
сушильной башней. Таким образом сернистый ангидрид
возвращается в систему.
При поглощении паров воды серной кислотой в су-
шильных башнях выделяется тепло, вследствие чего сер-
ная кислота нагревается и частично испаряется. Пары
серной кислоты, смешиваясь с более холодным газом,
поступающим на осушку, конденсируются с образова-
нием тумана. С повышением температуры сушильной
кислоты содержание тумана увеличивается. По мере
106
повышения содержания моногидрата в сушильной кисло-
те возрастает содержание тумана в газе и потери сер-
нистого ангидрида с ним.
Очистное отделение контактного цеха
Схема очистного отделения производства серной
кислоты по контактному методу при работе на колче-
дане приведена на рис. 41. Обжиговый газ после очист-
Рис. 41. Схема очистного отделения.
ки от пыли поступает в промывную башню 1, орошаемую
60—70%-ной серной кислотой, и охлаждается до 80° С.
Из первой промывной башни газ поступает во вторую
промывную башню 2, орошаемую 30%-ной серной кисло-
той, в которой дополнительно охлаждается до 30—40° С.
В промывных башнях газ освобождается от остатков пы-
ли, частично улавливается трехокись мышьяка и туман
серной кислоты. Для окончательной очистки газа от ту-
мана серной кислоты, соединений мышьяка и селена
газ последовательно пропускают через первый мокрый
электрофильтр 3, увлажнительную башню 4 и второй
мокрый электрофильтр 5. Увлажнительная башня оро-
шается 5%-ной серной кислотой, при этом мелкие ча-
стицы тумана укрупняются и полностью оседают во вто-
ром мокром электрофильтре. После выделения остатков
пыли, тумана и селена газ поступает в сушильную баш-
ню 6, орошаемую серной кислотой 95%-ной концентра-
ции, а затем турбокомпрессором подается в контактное
отделение.
Охлаждение кислоты, вытекающей из промывных и
увлажнительной башен, производится водой в ороситель-
107
ных холодильниках 7. После охлаждения кислота цен-
тробежными насосами 9 вновь подается из сборников 8
на орошение башен. Нагрев кислоты в промывных баш-
нях происходит за счет тепла обжигового газа, в сушиль-
ной башне кислота нагревается за счет тепла, выделяю-
щегося при поглощении паров воды серной кислотой.
Вследствие частичного осаждения кислотного тумана
в промывных и увлажнительных башнях концентрация
кислоты этих башен увеличивается, поэтому для разбав-
ления орошающей кислоты в сборник увлажнительной
башни непрерывно подается вода в таком количестве,
чтобы орошающая кислота циркулировала определенной
концентрации, при этом избыточная кислота из сбор-
ника увлажнительной башни поступает в сборник второй
промывной башни, а из нее — в сборник кислоты первой
промывной башни и затем загрязненная кислота выво-
дится из системы.
Конденсат из мокрых электрофильтров поступает в
сборник для кислоты второй промывной башни.
На сернокислотных заводах, перерабатывающих от-
ходящие газы цветной металлургии, кислотная промывка
газа иногда заменяется водной. Так как содержание сер-
ного ангидрида в отходящих газах цветной металлургии
очень незначительное, то в промывной башне образуется
мало серной кислоты и концентрация циркулирующей
кислоты остается почти постоянной, поэтому вода в
сборник увлажнительной башни или совсем не подается,
или в очень незначительном количестве. Следовательно,
кислота из системы не выводится, и все примеси, нахо-
дящиеся в Ней, осаждаются в холодильниках и на насад-
ке башни.
При водной же промывке газа увлажнительная баш-
ня орошается водой, которая передается на орошение
второй промывной башни, а из нее—на первую промыв-
ную башню и выводится из системы. При этом теряется
весь серный ангидрид, содержащийся в газе, и большое
количество сернистого, растворяющегося в воде, выте-
кающего из первой промывной башни, что ведет к боль-
шим потерям сырья. Поэтому очистка газов цветной ме-
таллургии от пыли должна быть особенно тщательной,
тогда возможно без особых затруднений орошать увлаж-
нительную башню кислотой, не применяя водной про-
мывки.
108
Рис. 42. Первая промывная башня.
Аппаратура очистного отделения. Охлаждение обжи-
гового газа, основное выделение пыли и частичное осаж-
дение тумана происходят в первой промывной башне
(рис. 42).
Башня имеет стальной корпус 1, футерованный кисло-
тоупорной керамикой. Футеровка сужена в нижней ча-
сти для равномерного распределения газа. Толщина фу-
теровки в нижней части башни 250—300 мм, в верхней —
150—200 мм. Газ с температу-
рой 350—400°С через газо-
вую коробку поступает в ниж-
нюю часть башни и выходит
через патрубок на верхней
крышке.
Рис. 43. Центробежный Кислота для орошения баш-
распылитель.
ни подается насосом в коллек-
тор, а из него в одинарные 2 и
двойные 3 распылители, расположенные в верхней и сред-
ней частях башни. Кислота выходит из промывной башни
через коробку 4. Шлам из коробки удаляется через же-
лоб 5.
Башня диаметром 4,5 м и высотой 12—14 м может
пропустить 50 тыс. нм31ч газа при плотности орошения
10—15 м3 кислоты в час на каждый м2 поперечного се-
чения насадки. Хорошее соприкосновение газа с жид-
костью достигается распылением кислоты в центробеж-
ных распылителях (рис. 43). Кислота под давлением по-
ступает по касательной в головку распылителя и выхо-
дит из центрального отверстия с большой скоростью в
виде конуса, состоящего из мелких капель, которые со-
прикасаются с газовым потоком и хорошо его промы-
вают.
Отсутствие насадки в первой промывной башне уст-
раняет засорение ее и обеспечивает бесперебойную ра-
боту очистного отделения. Кроме того, для нормальной
работы первой промывной башни орошающая кислота
должна быть определенной концентрации. Обжиговый
газ, соприкасаясь с более холодной кислотой, охлаж-
дается в первой промывной башне до 80—90° С, а кисло-
та нагревается до 60—80° С. Затем кислота охлаждается
в холодильнике водой до 30—40° С и подается опять на
орошение башни.
Во второй промывной башне газ охлаждается до
ПО
30—40° С, частично поглощается туманообразная серная
кислота и улавливаются мышьяк, селен и другие при-
меси.
Башня (рис. 44) имеет стальной корпус 3, футерован-
ный кислотоупорной керамикой 4. Газ поступает в ниж-
нюю часть башни и выходит через штуцер на верхней
крышке. Для лучшего соприкосновения газа с жид-
костью башня наполнена кольцами 5 из фарфора или
кислотоупорной керамики. Для орошения на м2 насадки
башни подаются 10—12 м3/ч кислоты.
В нижней части башни уложены крупные кольца
(100x100 и 120X120 мм), выше — более мелкие (50х
Х50 и 80x80 мм). Кольца укладывают правильными
рядами на колосниковую решетку 6, выполненную из
111
андезитовых или керамиковых кислотоупорных плит,
поставленных на поддерживающие стойки 7 из кислото-
упорного материала.
В верхней части башни оставляют свободное про-
странство высотой 1—1,5 м, в котором располагают рас-
пылители 2 для орошающей кислоты. Во вторую про-
мывную башню поступает газ, почти полностью осво-
божденный от пыли. Поэтому из второй промывной
башни вытекает чистая орошающая кислота. Насадка
этой башни и распределители кислоты работают дли-
тельное время без засорения и не нуждаются в про-
мывке.
Наиболее совершенной конструкцией мокрых элек-
трофильтров являются двухсекционные свинцовые аппа-
раты типа М, работающие при разрежении до 300 лш
вод. ст. и ШМК с шестигранными осадительными элек-
тродами из листового свинца. В электрофильтрах с
трубчатыми и сотовыми осадительными электродами,
уложенными в пакет, электрическое поле распределяется
равномерно по всему сечению камеры, благодаря чему
при одинаковых размерах производительность их выше,
чем пластинчатых. Расход свинца для сотовых электро-
фильтров ниже, чем для трубчатых.
Для герметического отключения мокрых электро-
фильтров устанавливают кислотоупорные затворы с
эластичным уплотняющим кольцом на входе и выходе
газа в каждый электрофильтр или его секции.
Устройство двухсекционного электрофильтра
ШМК-168 прямоугольного сечения показано на рис. 45.
Стальной корпус 5 электрофильтра футерован кислото-
стойким кирпичом 6 по подслою полиизобутилена.
Крышка 10 покрыта изнутри листовым свинцом. В ниж-
ней части каждой секции имеется отверстие для входа
газа. Равномерное распределение газа по сечению каме-
ры достигается при помощи двойной решетки 3 из
фаолита, расположенной внизу камеры над отверстием
для входа газа. Газ двигается снизу вверх и выходит
через патрубки в верхней части каждой секции.
Коронирующие электроды длиной 3,5 м каждый пред-
ставляют собой стальную проволоку диаметром 1,8 мм,
покрытую свинцом, в виде шестигранника с наружным
диаметром 9 мм. Всего в аппарате имеется 168 корони-
рующих электродов 8, которые подвешены к верхней
112
Рис. 45. Мокрый электрофильтр ШМК-168.
8—1098
раме 9, соединенной тягами, с опорными изоляторами,
помещенными в коробку 11. Тяги изолированы кварце-
выми трубами. Натяжение коронирующих электродов
создается при помощи грузов 4.
Осадительные электроды 7 представляют собой па-
кет из 168 шестигранных свинцовых труб длиной 3,5 м
и диаметром вписанной окружности 250 мм. Пакет кре-
пится к стенкам камеры электрофильтра. Кислота из
электрофильтров выводится через отверстие 1 в нижней
части каждой секции. Через патрубки 2 вводится пар
при пропаривании электродов. Люки 12 служат для ос-
мотра и ремонта.
Контроль за очисткой газа осуществляется через
смотровые стекла, устанавливаемые на прямых участ-
ках газохода после второй ступени мокрых электро-
фильтров.
С этой целью у одного из стекол помещают электри-
ческую лампочку. Если в газе отсутствует туман, то
лампочка видна через стекло на противоположном конце
газохода. При появлении в газе тумана свет будет затем-
нен или совсем не виден.
На качество очистки газа в мокрых электрофильтрах
влияют температура, количество газа, содержание водя-
ных паров в нем и сила тока в аппарате.
Увлажнение и охлаждение газа осуществляется в ув-
лажнительной башне, установленной после первой сту-
пени мокрых электрофильтров. Увлажнительная башня
имеет такое же устройство и размеры, как и вторая про-
мывная башня. Она не футерована, но заполнена кера-
мическими кольцами и орошается 5%-ной серной кисло-
той.
После увлажнительной башни кислота охлаждается
водой в холодильнике и вновь подается на орошение.
Обычно температура газа в отделении мокрой очистки
снижается на 8—10° С.
После второй ступени мокрых электрофильтров газ
подается в сушильную башню. Сушильная башня
(рис. 46) представляет собой стальной цилиндрический
корпус 2, футерованный кислотоупорным кирпичом 3.
На сферической крышке 5 располагаются патрубки для
вывода газа и распылители 6 для орошающей кислоты.
Башня заполнена насадкой 8, состоящей из кислотоупор-
ных керамических колец размером 50X50 мм. На
114
1 тыс. нм3 газовой смеси требуется 200—500 м2 поверх-
ности насадки, которая поддерживается колосниками 1
из кислотоупорного кирпича или плит.
Кислота	газ
Рис. 46. Сушильная башня.
Для распределения орошающей кислоты в башнях
применяются оросительные плиты со стаканчиками (см.
рис. 56), отражательно-щелевые распылители (см.
рис. 59) и оросительные желоба. В верхней части башни
8*
115
имеются два смотровых стекла 4 и лаз 7 для загрузки
и выгрузки насадки.
В сушильную башню для осушки газа непрерывно
подается 93—95%-пая серная кислота в количестве 6—
10 jw3/« на 1 № сечения насадки. Содержание влаги в
сернистом газе после сушильной башни составляет
0,01% (объемных). Концентрация кислоты, вытекающей
из башни, должна быть на 0,3—0,5% ниже концентрации
орошающей кислоты, поэтому в сборник для орошающей
кислоты непрерывно добавляют моногидрат. Одновре-
менно избыток сушильной кислоты передается насосом
в абсорбционное отделение. Температура кислоты на
входе в башню должна быть 30—40° С, на выходе —
45—50° С.
Часто устанавливают последовательно две сушиль-
ные башни, причем первую из них орошают 90—93 % -
ной, вторую — 94—95 %-ной серной кислотой.
В газоход перед сушильной башней вводят воздух,
необходимый для снижения содержания сернистого ан-
гидрида в газе с 10—15% до 7—8%.
Для улавливания брызг серной кислоты за сушиль-
ной башней устанавливают брызгоуловитель.
Обслуживание очистного отделения. Контроль за ра-
ботой очистного отделения сводится к наблюдению за
напряжением, температурой, разрежением в электро-
фильтрах, количеством орошения, концентрацией кисло-
ты в башнях, чистотой газа и содержанием в нем влаги.
Для каждого цеха устанавливаются нормы технологи-
ческого режима с учетом особенностей аппаратуры
очистного и технологических показателей других отделе-
ний. Примерные нормы технологического режима очист-
ного отделения приведены в табл. 10. Строгое соблюде-
ние норм технологического режима гарантирует удовле-
творительную и бесперебойную работу не только очист-
ного отделения, но также абсорбционного и контакт-
ного.
При несоблюдении нормы по содержанию пыли в
обжиговом газе ухудшается работа холодильников, за-
соряется насадка второй промывной башни, а поэтому
увеличивается нагрузка на компрессор и снижается вы-
работка кислоты.
Увеличение разрежения после аппаратов указывает
на засорение пылью газоходов между сухими электро-
не
фильтрами и первой промывной башней. Для устране-
ния указанных отклонений следует повысить напряже-
ние на с^хих электрофильтрах и очистить распредели-
тельную решетку от пыли.
Таблица 10
Нормы технологического режима очистного отделения		
Что нормируется	Единица измерения	Норма
Содержание ныли в газе после сухих элек-		Не более 0,1
трофильтров	г/нм*	
Концентрация сериой кислоты, поступаю- щей на орошение:		60—70
первой промывной башни	%	
второй	»	»	Я	25—35
увлажнительной	»	Я	3—5
сушильной	» Температура газа:		93-95
на выходе из первой промывной		60—80
башни	°C	
на выходе из второй промывной		Не выше 40
башии	я	
после мокрых электрофильтров	и	.	. .32
на выходе из сушильной башии	я	.	.	50
Разность температуры газа, входящего в мокрые электрофильтры и выходящего из		Не ниже 8
НИХ	я	
Содержание в газе:	г/нм3	Не более 0,000005
мышьяка и селена после мокрых элек- трофильтров		
влаги после сушильной башни	% об.	Не более 0,01
туманообразной серной кислоты после сушильной башии	а/ нм3	Не более 0,005
Появление тумана в газе после мокрых электрофильт-
ров вызывается низким напряжением тока в них или за-
грязнением коронирующих электродов. Следует поэтому
поддерживать нормальное напряжение и вовремя очи-
щать электроды. Температура газа после промывных
башен может измениться в результате изменения или
прекращения орошения башен кислотой или недостатка
воды в холодильниках. Повышение температуры газа пе-
ред мокрыми электрофильтрами может возникнуть
вследствие недостаточного орошения или неудовлетво-
рительного его распределения в промывных башнях.
117
Причиной недостаточного орошения может явиться;
низкий уровень кислоты в сборнике, неисправность насо-
са или распылителя кислоты. Неудовлетворительное
охлаждение циркулирующей кислоты в промывных баш-
нях в результате загрязнения холодильников или недо-
статок охлаждающей воды также повышает температуру
раза после промывных башен и вызывает ухудшение ра-
боты мокрых электрофильтров и сушильных башен. Для
снижения температуры газа рекомендуется очистить хо-
лодильники и увеличить подачу охлаждающей воды.
При увеличении концентрации орошающей кислоты
повышается температура газа после промывных башен,
а следовательно, ухудшается очистка газа. Причиной
этого может быть уменьшение количества кислоты, вы-
текающей из второй промывной башни в сборник пер-
вой промывной башни, поэтому следует разбавить кис-
лоту до нормальной концентрации и увеличить количест-
во кислоты, вытекающей из второй башни в сборник пер-
вой промывной башни.
Очистка газа ухудшается при разбавлении кислоты,
орошающей первую промывную башню, вследствие течи
змеевиков холодильника или чрезмерного увеличения
количества слабой кислоты, поступающей из второй про-
мывной башни.
При обслуживании мокрых электрофильтров следует
поддерживать заданную силу тока. Снижение напряже-
ния на электродах или отключение аппарата может про-
изойти при неудовлетворительной работе выпрямителя
тока, загрязнении изоляторов, обрыва коронирующих
или деформации осадительных электродов. Это может
вызвать повышенное содержание мышьяка и тумана в
газе, а следовательно, загрязнение и порчу контактной
массы и разрушение контактных аппаратов и теплооб-
менников.
При разбавлении орошаемой кислоты в сушильной
башне и неудовлетворительном ее распределении по на-
садке увеличивается содержание влаги в газе перед кон-
тактным аппаратом. Влага, соединяясь с серным анги-
дридом, образует серную кислоту, которая разрушает
аппаратуру и ухудшает поглощение серного ангидрида
в поглотительном отделении.
Для снижения содержания влаги в газе необходимо
добавить в сушильную кислоту моногидрат и проверить
118
оросительные устройства. Причиной разбавления кисло-
ты в сушильной башне может быть подсос воздуха в
газоходах между башней и вентилятором или недоста-
точное охлаждение кислоты в холодильнике.
ОКИСЛЕНИЕ
СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА В СЕРНЫЙ
Основы процесса
окисления сернистого ангидрида
на катализаторах
Окисление сернистого ангидрида кислородом в при-
сутствии твердого катализатора называют контактиро-
ванием, так как этот процесс протекает при соприкос-
новении (контактировании) газовой смеси с катализато-
ром. На заводах катализатор называют контактной мас-
сой. В промышленных условиях сернистый ангидрид
окисляется кислородом воздуха в присутствии катали-
затора при температуре от 250 до 700° С. Полнота пре-
вращения сернистого ангидрида в серный определяется
отношением количества окислившегося сернистого ан-
гидрида к первоначальному его количеству в газе, по-
ступающем на контактирование. Это отношение называ-
ется степенью контактирования, которая показывает, ка-
кая доля сернистого ангидрида превратилась в серный.
Степень контактирования, выраженная в процентах, на-
зывается процентом контактирования.
На современных контактных заводах степень контак-
тирования достигает 97—98%, т. е. из каждых 100 м3
сернистого ангидрида образуется 97—98 м3 серного.
Остальные 2—3 м3 сернистого ангидрида выбрасывают-
ся в атмосферу с выхлопными газами или частично
извлекаются из выхлопных газов и перерабатываются
в сульфитные соли.
Катализаторами, ускоряющими окисление сернистого
ангидрида, являются: металлическая платина, окислы
ванадия, хрома, олова, железа, меди и др. Каждое из
перечисленных веществ дает определенный, характерный
для него процент контактирования.
Наибольший процент контактирования получается
при применении платинового катализатора, состоящего
из асбеста или силикагеля, на которые наносится мелко-
раздробленная платина (до 8%). Но платина — дорогой
119
металл, и, кроме того, процент контактирования плати-
нового катализатора снижается при содержании в газе
незначительных количеств мышьяка, хлора и других при-
месей, называемых ядами контактной массы. Поэтому
в нашей стране платиновые катализаторы заменены пол-
ностью на более дешевые и менее чувствительные к ядам
ванадиевые.
Каждый катализатор имеет свою температуру, при
которой начинается контактирование. Для каждой тем-
пературы и данного состава газа имеется свой предель-
ный процент контактирования, называемый теоретичес-
ким. Теоретический процент контактирования не зави-
сит от количества контактной массы.
С повышением температуры теоретический процент
контактирования снижается, так как при этом происхо-
дит обратная реакция — разложение серного ангидри-
да на сернистый и кислород по уравнению
2SO3 -> 2SO2 + О2.
Изменение теоретического процента контактирования
с изменением температуры для газа, содержащего 7%
сернистого ангидрида и 11 % кислорода, показано в
табл. 11.
Таблица 11
Влияние температуры
на теоретический процент контактирования
Темпера- тура, СС	Теоретиче- ский процент контактиро- вания	Темпера- тура, °C	Теоретиче- ский процент контактиро- вания	Темпера- тура, °C	Теоретиче- ский процент контактиро- вания
420	98,8	490	94,8	560	83,9
430	98,5	500	93.8	570	81,8
440	98,1	510	92,5	580	79,3
450	97,6	520	91,5	590	76,8
460	97,2	530	89,7	600	73,9
470	96,4	540	88,1	650	58,5
480	95,6	550	86,2	700	43,6
Состав обжигового газа также влияет на теоретичес-
кий процент контактирования. Чем больше в газовой
смеси кислорода и меньше сернистого ангидрида, тем
120
выше теоретический процент контактирования. Зависи-
мость теоретического процента контактирования от соста-
ва газовой смеси показана в табл. 12.
Производительность контактного аппарата будет тем
больше, чем выше скорость окисления сернистого анги-
дрида.
Скорость окисления измеряется количеством сер-
нистого ангидрида, которое превращается в серный за
единицу времени одной весовой единицей катализатора,
следовательно, чем больше скорость окисления, тем
меньше расход катализатора и размеры контактного ап-
парата.
Таблица 12
Таблица 13
Влияние состава
газовой смеси
на теоретический
процент
контактирования
при
температуре 475° С
2
3
4
5
6
7
8
9
10
18,14
16,72
15,28
13,86
12,43
11,0
9,58
8,15
6,72
97,1
97,0
96,8
96,5
96,2
95,8
94,3
92,3
Влияние температуры на скорость окисления
сернистого ангидрида (скорость окисления при
температуре 440°С принята за единицу)
Из табл. 13 видно, что с повышением
температуры скорость окисления уве-
личивается.
При повышении температуры от
480 до 500°С скорость окисления сернистого ангидрида
возрастает больше, чем в два раза, а теоретический про-
цент контактирования при этом снижается до 88.
Следовательно, при высокой температуре можно пе-
реработать большое количество сернистого ангидрида,
но с низким процентом контактирования.
121
При заданном проценте контактирования скорость
окисления с повышением температуры вначале увеличи-
вается, достигает наибольшей величины, а затем умень-
шается, так как по мере приближения процента кон-
тактирования к теоретической величине скорость окисле-
ния уменьшается. В начале
Рис. 47. Влияние температуры
на скорость окисления сернисто-
го ангидрида при различном
проценте контактирования.
окисления, когда процент
контактирования далек от
теоретического, скорость
окисления будет наиболь-
шей.
Влияние температуры
на скорость окисления
сернистого ангидрида при
различном проценте кон-
тактирования показано на
рис. 47.
Из рис. 47 видно, что
для каждого процента
контактирования имеется
своя температура, при ко-
торой окисление сернис-
того ангидрида протекает
с наибольшей скоростью.
Такая температура назы-
вается оптимальной. Она
наиболее выгодна для ве-
дения процесса.
Окисление сернистого
ангидрида сопровождает-
ся выделением тепла, ко-
торое расходуется на повышение температуры газа и
частично теряется в окружающую среду.
При окислении сернистого газа, содержащего 7%
сернистого ангидрида, на каждый процент контактиро-
вания температура газовой смеси изменяется приблизи-
тельно на два градуса.
На ванадиевых катализаторах контактирование на-
чинают после предварительного подогревания газа до
380—440° С. При 70% контактирования температура га-
за повышается до 580° С, а скорость реакции при этом
увеличивается во много раз.
Дальнейшее повышение температуры нецелесообраз-
но, так как при 592° С контактирование достигает теоре-
122
тического предела, при котором только 76% сернистого
ангидрида окисляется в серный, поэтому более полное
окисление сернистого ангидрида, а следовательно и бо-
лее высокий выход серного ангидрида, возможно лишь
после некоторого снижения температуры газа.
Газ охлаждается в теплообменниках. Кроме того, до-
бавление холодного воздуха или свежего неконтактиро-
ванного газа также снижает температуру газовой смеси.
В промышленности окисление сернистого ангидрида на
95—98% достигается поочередным контактированием и
охлаждением или одновременным проведением контак-
тирования и охлаждения газовой смеси.
Для контактирования и охлаждения контактная мас-
са в аппарате располагается несколькими слоями, меж-
ду которыми помещаются теплообменники для охлажде-
ния контактированного и нагревания свежего газов. При
переработке газа с высоким содержанием сернистого ан-
гидрида, который обычно получается при сжигании серы,
после контактирования к газовой смеси добавляют хо-
лодный воздух. В некоторых аппаратах для понижения
температуры газовой смеси добавляют неконтактирован-
ный газ.
Катализаторы для окисления сернистого ангидрида.
Отечественные ванадиевые катализаторы достаточно ак-
тивные и дают высокий процент контактирования. В за-
висимости от условий приготовления и специальных до-
бавок эти катализаторы имеют различную температуру
начала контактирования. На контактных установках
нашей страны уже более 25 лет применяют бариево-алю-
мо-ванадиевые (БАВ) контактные массы. В состав их
входят окислы ванадия (УгО5), алюминия (AI2O3), ба-
рия (ВаО), калия (КгО), а также кремнезем (SiOz) и
некоторые другие добавки, повышающие активность ка-
тализатора. Выпускается контактная масса в виде таб-
леток, гранул, гладких и ребристых колец. При степени
контактирования ниже 90% диаметр таблеток катализа-
тора должен быть 7 мм. Для слоев, в которых процент
контактирования выше 90, требуются зерна или таблет-
ки диаметром 9 мм. Кольцеобразный катализатор имеет
меньшее гидравлическое сопротивление, чем гранулиро-
ванный, поэтому его загружают в последние слои кон-
тактного аппарата, в которых объем катализатора боль-
ше, чем в первых.
123
Недостатками катализаторов типа БАВ являются:
недостаточная механическая прочность и термостой-
кость; высокая температура начала контактирования.
Кроме того, активность этих катализаторов проявляется
в довольно узком температурном интервале. Температу-
ра начала контактирования, т. е. температура зажигания
катализатора БАВ, равна 430—440° С. Уменьшение по-
ристости и активности этих катализаторов наступает уже
при температуре 600—620° С. При перегреве катализа-
тора возможно его спекание и снижение процента кон-
тактирования.
Применяемая на заводах ванадиевая контактная мас-
са БАВ не представляет собой готового катализатора.
Катализатор БАВ к работе подготавливают после за-
грузки контактной массы в аппарат. Загруженная масса
насыщается сернистым ангидридом в условиях специаль-
ного пускового режима. Перед насыщением контактную
массу нагревают сухим воздухом до температуры 420—
440° С, затем к воздуху добавляют сернистый газ в та-
ком количестве, чтобы его концентрация не превышала
0,3—0,5%. При более высокой концентрации сернистого
ангидрида возможны перегрев и спекание контактной
массы. После окончания насыщения контактной массы
(снижения ее температуры) концентрацию сернистого
ангидрида повышают и устанавливают нормальный тех-
нологический режим.
Предварительная обработка контактной массы БАВ
сокращает время продуктивной работы аппаратов и за-
грязняет систему контактного узла соединениями хлора.
Катализатор СВД (сульфо-ванадиевый на доломите)
не требует предварительного насыщения сернистым га-
зом, обладает более высокой механической прочностью,
высокой активностью и термической устойчивостью. При
содержании в обжиговом газе 7% сернистого ангидрида
и 11 % кислорода температура зажигания катализатора
СВД равна 410—415° С. Контактная масса верхних сло-
ев катализатора содержит 4% пятиокиси ванадия, ниж-
них — 6%.
Для окисления сернистого ангидрида в аппаратах с
псевдоожиженным слоем применяется износоустойчивый
катализатор, технология приготовления которого разра-
ботана в Ленинградском технологическом институте под
руководством проф. И. П. Мухленова.
124
Такой катализатор имеет диаметр зерен 1,5 мм, он
не истирается в процессе работы в псевдоожиженном
слое и является устойчивым к температурам до 700—
750° С.
НИОХИМ и УНИХИМ разработана рецептура при-
готовления катализаторов с низкой температурой нача-
ла контактирования и высокой термостойкостью, что
позволяет применять их при контактировании газов с
повышенным содержанием сернистого ангидрида. Такой
газ получают при сжигании серы и колчедана в воздухе,
обогащенном кислородом. Контактирование крепкого
газа дает возможность увеличить выработку серной кис-
лоты на существующих установках.
Ванадиевые катализаторы снижают свою активность
при попадании в аппарат соединений мышьяка, фтора,
хлора и тумана серной кислоты. Туман серной кислоты
разрушает металлические детали аппарата, образую-
щийся при этом сульфат железа забивает поры кон-
тактной массы и вызывает ее спекание. Особо опасной
примесью в газе является фтор и его соединения, кото-
рые снижают процент контактирования, а также разру-
шают футеровку промывных башен и загрязняют сер-
ную кислоту.
Источником загрязнения газа соединениями фтора
являются некоторые руды цветных металлов, содержа-
щие от 0,001 до 0,005% фтора. Жаростойкая футеровка
обжиговых печей, в состав которой входит кремнефто-
ристый натрий (NasSiFe), также загрязняет обжиговый
газ соединениями фтора.
Для очистки газа от фтора и его соединений необхо-
димо производить специальную отмывку газа в очист-
ном отделении.
Ванадиевая контактная масса нормально работает
не менее 3-х лет. При хорошей очистке газа контактная
масса может удовлетворительно работать до 4—6 лет.
Полная или частичная замена контактной массы про-
изводится после предварительной продувки аппаратуры
сухим воздухом при температуре 440° С в течение 20—
30 ч до прекращения выделения сернистого ангидрида.
В конце продувки температуру воздуха постепенно сни-
жают, охлаждают аппарат и выгружают контактную
массу. После отделения мелочи контактная масса может
загружаться во второй слой контактного аппарата. Пер-
125
вый, третий и последующие слои загружаются свежей
контактной массой.
Схема узлов и аппаратура контактного отделения.
В промышленности применяются контактные аппараты
с внутренним и промежуточным теплообменом, а также
с промежуточным охлаждением газа путем добавления
холодного воздуха или неконтактированного газа.
Процент контактирования в первом слое контактной
массы в аппаратах с промежуточным теплообменом
обычно равен 70. С увеличением числа слоев и промежу-
точных теплообменников суммарный процент контакти-
рования повышается, а расход контактной массы на 1 т
кислоты снижается.
В настоящее время на отечественных сернокислотных
установках применяются четырех- и пятислойные кон-
тактные аппараты.
Схема пятислойного контактного аппарата произво-
дительностью 360 т!сут моногидрата показана на
рис. 48. Аппарат имеет стальной корпус 10 цилиндри-
ческой формы, футерованный шамотным кирпичом 7 тол-
щиной 113 мм. Контактная масса в аппарате укладыва-
ется на слой мелкого кварца толщиной 50 мм (диаметр
кусков 10—15 мм), поддерживаемый металлической сет-
кой, опирающейся на стальную решетку 8.
Обжиговый газ, подогретый до 440° С в выносном
теплообменнике, через патрубок крышки поступает в
первый слой 9 контактной массы. Для охлаждения га-
зовой смеси после первого слоя добавляют неконтакти-
рованный газ. После второго слоя 6 газ охлаждается в
выносном теплообменнике, после чего направляется в
третий слой 5 контактной массы.
После третьего и четвертого 3 слоев контактной мас-
сы имеются теплообменники-смесители 4. В первый
слой и до четвертого загружается контактная масса
в виде колец, в пятый слой 2 — гранулированная. Кон-
тактированный на 98—98,5% газ после пятого слоя
охлаждается в выносном теплообменнике свежим об-
жиговым газом, поступающим в первый слой. Конт-
роль за температурой процесса осуществляется термо-
парами 1.
При содержании в поступающем газе 7,5% сернис-
того ангидрида аппарат диаметром 8 м и общей высотой
18 м может пропустить 46 тыс. нмР/ч газовой смеси.
126

В четырех- и пятислойных контактных аппаратах ти-
па К-39 все слои контактной массы и промежуточные те-
плообменники объединены в один корпус. Для уменьше-
ния сопротивления слоев корпус внизу расширен.
На рис. 49 показана схема контактного узла с пяти-
слойным контактным аппаратом К-39-5 производитель-
ностью 180 т/сут моногидрата. Узел состоит из кон-
тактного аппарата и выносного теплообменника.
Из коллектора 9 часть сернистого ангидрида посту-
пает в выносной теплообменник 8, где подогревается и
затем направляется в межтрубное пространство внут-
ренних теплообменников 5, расположенных после пер-
вого 7 и второго 6 слоев. Остальная часть сернистого ан-
гидрида, минуя выносной теплообменник, двумя парал-
лельными потоками поступает во внутренние теплооб-
менники 3, расположенные после третьего 4 и четвер-
того 2 слоев, а оттуда в пятый 1 слой контактной массы.
Для регулирования температуры газа, выходящего из
нижнего теплообменника 3, расположенного после чет-
128
вертого слоя, предусмотрена подача холодного сернис-
того газа из коллектора 9 в вертикальный стояк.
Температура газа, поступающего в первый слой, ре-
гулируется изменением потока неконтактированного газа
по внутренним теплообменникам.
Аппарат К-39-5 (рис. 5U) состоит из стального кор-
пуса, футерованного шамотным кирпичом. Внутри аппа-
рата имеются пять слоев контактной массы и четыре
теплообменника 2 и 5. Для равномерного распределения
газа по сечению аппарата перед первым, после третьего
и четвертого слоев контактной массы установлены рас-
пределительные решетки 10.
Подогретый до 420—440° С обжиговый газ проходит
газоход 9 и через распределительное устройство 8 посту-
пает в первый слой 7 контактной массы высотой 560 мм.
После контактирования на 70% газовая смесь направ-
ляется в трубчатый теплообменник 5, а из него во вто-
рой слой 6 контактной массы высотой 760 мм. Из вто-
рого трубчатого теплообменника 5 газ направляется в
третий слой 4 высотой 850 мм. Четвертый 3 и пятый 1
слои контактной массы имеют высоту по 790 мм каждый.
Общий объем контактной массы в аппарате 29,5 'м3.
Диаметр верхней части аппарата 3374 мм, нижней —
4374 мм.
При пуске контактных аппаратов газ предварительно
нагревается до температуры начала контактирования в
пусковом подогревателе. На каждые два контактных
аппарата обычно устанавливается один пусковой подо-
греватель.
Подогреватель (рис. 51) состоит из топки 12 с ка-
мерой смешения 3 и теплообменника 10, соединенного
газоходом 4 с камерой. Топка и камера смешения сло-
жены из огнеупорного кирпича. В топку подается жидкое
или газообразное топливо и воздух для горения. Тем-
пература топочных газов снижается до 650—700° С в
вертикальной камере смешения, куда дополнительно по-
дается воздух.
Из камеры топочные газы направляются по футеро-
ванному газоходу в приемную камеру 5 теплообмен-
ника 10.
Теплообменник состоит из цилиндрического корпуса
с верхними и нижними решетками, в которые ввальцо-
ваны трубы
9—1098
129
Рис. 50. Пятислойный контактный аппарат К-39-5 с промежу-
точными теплообменниками.
Топочный газ проходит по трубам сверху вниз, от-
дает тепло идущему навстречу в межтрубном простран-
стве сернистому ангидриду, охлаждается до 250—300° С
и через кирпичный канал уходит в дымовую трубу. Сер-
нистый ангидрид при этом
нагревается от 40—50° до
450° С.
Для подачи сухого воз-
духа при разогревании и
продувке контактных ап-
паратов в контактном от-
делении часто устанавли-
вают отдельную воздухо-
дувку и специальную су-
шильную башню с ороси-
тельными холодильника-
ми, сборниками для кис-
лоты и насосами для ее
перекачки.
При пуске контактных
аппаратов, загруженных
свежей ненасыщенной
контактной массой, в ко-
торой всегда содержится
некоторое количество во-
ды, можно применять и
неосушенный воздух. Од-
нако перед остановкой та-
кого аппарата необходи-
Рис. 51. Пусковой подогреватель:
1 — отверстие для форсунки; 2, 11 —ввод
воздуха; 3 — камера смешения; 4 — га-
зоход; 5 — приемная камера; 6— крыш-
ка; 7 — распределительная решетка; S —
футеровка; 9— выход подогретого сер-
нистого газа; 10 — теплообменник; 12 —
топка.
мо тщательно продуть
контактную массу хотя и неосушенным воздухом, но при
нагревании до полного удаления сернистого ангидрида,
чтобы предохранить контактную массу от поглощения
влаги и тем самым обеспечить нормальное протекание
технологического процесса в контактных аппаратах.
Выше были описаны контактные аппараты с катали-
затором в неподвижном состоянии. Аппараты с не-
подвижным слоем катализатора имеют ряд недостатков:
в неподвижном слое можно использовать лишь сравни-
тельно крупные гранулы или зерна катализатора не
менее 4—6 мм в поперечнике, но при этом внутренняя
поверхность крупных частиц катализатора мало исполь-
зуется, а применение более мелкого катализатора в этих
9 *
131
аппаратах увеличивает гидравлическое сопротивление,
что снижает их производительность.
В аппаратах с неподвижным слоем происходит спе-
Рис. 52. Принципи-
альная схема кон-
тактного аппарата
с кипящим слоем
катализатора.
кание и слеживание массы, ко-
торые возникают при перегре-
ве, измельчении и засорении ка-
тализатора. Спекшаяся и сле-
жавшаяся масса имеет высокое
гидравлическое сопротивление
и пониженную каталитическую
активность.
Поэтому контактные аппа-
раты с неподвижными слоями в
последние годы заменяют ап-
паратами с псевдоожиженным
(кипящим) слоем катализа-
тора.
В аппаратах с кипящим
слоем газовая смесь проходит
через мелкозернистый катали-
затор снизу вверх и приводит
весь слой в состояние псевдо-
ожижения. Важнейшим преи-
муществом псевдоожиженного
слоя является повышение ак-
тивности катализатора в ре-
зультате уменьшения размера
зерен до 1,5 мм. В таких аппа-
ратах возможно перерабаты-
вать обжиговый газ с более вы-
соким содержанием сернистого
ангидрида, который получается
при обжиге колчедана в печах
КС и при сжигании элементар-
ной серы.
Применение более крепкого
обжигового газа повышает про-
изводительность сернокислот-
ных установок.
Принципиальная схема контактного аппарата с ки-
пящим слоем катализатора для окисления сернистого
ангидрида показана на рис. 52. Обжиговый газ, содер-
жащий 15% сернистого ангидрида, через газораспреде-
132
лительную коробку 1 и колпачки 2 непровальной решет-
ки поступает в слой катализатора 3. При прохождении
газа катализатор в слое переходит во увешенное со-
стояние, и сернистый ангидрид интенсивно окисляется
с выделением тепла. Для отвода выделяющеюся тепла
в псевдоожиженном слое катализатора располагаются
охлаждающие элементы 5, в которых циркулируются
вода, воздух или холодный обжиговый газ. Интенсив-
ный отвод тепла из кипящего слоя устраняет его пере-
грев и обеспечивает заданный температурный режим.
После первого слоя газовая смесь последовательно про-
ходит второй, третий и четвертый слои и после достиже-
ния 98%-ного контактирования направляется в расши-
ренную часть 4 аппарата. Расширение уменьшает ско-
рость газа, поэтому частицы катализатора, унесенные
газом, осаждаются.
Высокая интенсивность передачи тепла от псевдоожи-
женного слоя катализатора к охлаждающим поверх-
ностям позволяет упростить конструкцию теплообмен-
ников. Общая поверхность холодильников в кипящем
слое значительно меньшая, чем в аппаратах с неподвиж-
ным слоем катализатора.
В контактных аппаратах с псевдоожиженным слоем
катализатора не требуется предварительного подогрева
обжигового газа до температуры начала контактирова-
ния, так как подогрев обжигового газа легко осуще-
ствляется за счет высокой теплопроводности псевдо-
ожиженного слоя. Благодаря постоянной температуре по
всему слою легко осуществляется автоматическое ре-
гулирование температурного режима.
Недостатком установок со взвешенным слоем катали-
затора является истирание и унос мелких его частиц
с газом.
Обслуживание контактного отделения. Высокий про-
цент контактирования достигается при соблюдении норм
технологического режима в контактном отделении. Важ-
нейшим показателем технологического режима, влияю-
щим на процент контактирования, является температура
во всех аппаратах контактного узла. Температурный ре-
жим зависит от количества и концентрации поступаю-
щего газа. Для получения высокого процента контакти-
рования необходимо поддерживать постоянную концен-
трацию сернистого ангидрида в газе.
133
Изменение температуры газа на входе в контактный
аппарат оказывает быстрое влияние на весь темпера-
турный режиц. Следует поэтому особенно тщательно
следить за показанием приборов, фиксирующих темпе-
ратуру газа в этой точке узла.
Наблюдение за давлением газа после каждого аппа-
рата контактного узла позволяет контролировать со-
противление каждого из них. Увеличение сопротивления
контактного аппарата указывает на спекание контакт-
ной массы или образование окалины, которая засоряет
отверстия для прохода газа.
Если при пуске отходящие из подогревателя топочные
газы имеют вид белого дыма, то это указывает на при-
сутствие в них серного ангидрида. Появление серного
ангидрида объясняется недостаточной герметичностью
труб подогревателя, вследствие чего газы из межтруб-
ного пространства проникают в трубы подогревателя и
выходят с дымовыми газами в атмосферу. Для устра-
нения «проскока» газа следует остановить подогрева-
тель на холодный ремонт.
При снижении температуры на входе в первый слой
контактной массы необходимо проверить нагрузку на
аппарат по газу, концентрацию сернистого ангидрида и
температуру в различных точках контактной массы.
Если причиной снижения температуры явилась чрезмер-
ная нагрузка по газу, то ее необходимо снизить до нор-
мальной, т. е. перекрыть задвижку на компрессоре, по-
дающем газ в аппарат. В случае снижения концентра-
ции сернистого ангидрида следует увеличить нагрузку
на обжиговые печи или снизить тягу на компрессоре.
Равномерный разогрев контактной массы по сечению
слоя регулируется нагрузкой по газу. Снижение концен-
трации сернистого ангидрида в газе и нагрузки на ап-
парат может повлечь падение температуры в нижних
слоях контактной массы при сохранении нормальной
температуры в первом слое.
При повышении температуры первого слоя контакт-
ной массы следует отрегулировать концентрацию сер-
нистого ангидрида. Недостаточная нагрузка на аппарат
и недостаточная подача обжигового газа через обвод-
ной газоход также могут повысить температуру первого
слоя.
Высокая нагрузка при слабой концентрации сернис-
134
того ангидрида, избыточная подача «холодного» газа
снижают процент контактирования в первом слое и
нарушают работу всего узла. Для ее устранения следует
уменьшить подачу «холодного» газа, выравнять концен-
трацию SO2 и нормализовать нагрузку по газу. Если
эти меры не позволяют повысить процент контактирова-
ния, тогда следует включить пусковой подогреватель и
работать по пусковой схеме с пониженной нагрузкой до
установления нормального режима.
Низкое контактирование в первом слое может явить-
ся следствием высокой температуры газа на входе в
аппарат, для его устранения требуется увеличить подачу
свежего или контактированного газа. При снижении про-
цента контактирования после теплообменников их оста-
навливают на холодный ремонт.
АБСОРБЦИЯ СЕРНОГО АНГИДРИДА
Основы процесса абсорбции
серного ангидрида
Извлечение газообразного серного ангидрида из га-
зовой смеси и перевод его в серную кислоту осуществля-
ются в абсорбционном отделении контактного цеха. Сер-
ный ангидрид, содержащийся в газе, растворяется в
серной кислоте, а затем соединяется с водой, содержа-
щейся в ней. Таким образом, при извлечении газообраз-
ного серного ангидрида из газовой смеси одновременно
с физическим процессом растворения газа в жидкости
протекает также химический — взаимодействие погло-
щенного серного ангидрида с водой. В процессе такого
взаимодействия образуется дополнительное количество
серной кислоты с выделением тепла.
Абсорбция серного ангидрида и образование серной
кислоты происходят следующим образом:
SO™ + Н2Опар = H2SO?ap + 29,8 ккал\
H2SO4nap = Н,5ОГДК + П,9 ккал.
Полнота и скорость абсорбции серного ангидрида за-
висят от температуры и поверхности соприкосновения
газа и жидкости.
Полнота абсорбции серного ангидрида возрастает
при снижении температуры. При повышении концентра-
135
ции поглощающей серной кислоты полнота абсорбции
серного ангидрида увеличивается. Наибольшей погло-
тительной способностью обладает 98,3 %-ная серная
кислота (см. рис. 53).
Эти свойства серной кислоты объясняются тем, что
над кислотой, содержащей менее 98,3% моногидрата,
находятся главным образом пары воды и незначитель-
ное количество паров сер'
ной кислоты. Над кисло-
той, содержащей более
98,3% H2SO4, в парах на-
ходится в основном сер-
ный ангидрид. При об-
работке газовой смеси,
содержащей серный ан-
гидрид, слабой серной
кислотой (менее 98,3%
моногидрата), часть SO3
соединяется с парами во-
Рис. 53. Влияние концентра-
ции кислоты и температуры
на полноту поглощения сер-
ного ангидрида.
ды и образуется туман
серной кислоты. Этот ту-
ман плохо улавливается в
абсорберах и в основном
выбрасывается с отходя-
щими газами в атмосферу. Потери серного ангидрида в
виде тумана будут тем больше, чем ниже концентрация
серной кислоты и выше ее температура.
При обработке газа кислотой, более крепкой, чем
98,3%, содержащийся в газовой смеси сернистый анги-
дрид поглощается неполностью, так как кислота сама
выделяет SO3. Поэтому серный ангидрид выбрасывает-
ся с выхлопными газами в атмосферу, где, соединяясь
с парами Воды окружающего воздуха, образует туман
серной кислоты.
Таким образом, в обоих случаях уменьшается аб-
сорбция серной кислоты и наблюдается выделение ту-
мана.
Серный ангидрид в заводских условиях абсорбирует-
ся на 98,9—99%). Для абсорбции применяется 97,7—
98,9%-ная серная кислота при температуре не выше
60° С. Так как поглощение серного ангидрида серной
кислотой сопровождается выделением тепла, то разница
136
концентраций серной кислоты на входе и выходе из аб-
сорбционной башни не должна быть более 0,5—1%.
Контактные сернокислотные заводы выпускают наи-
более концентрированную серную кислоту — олеум. Для
его получения серный ангидрид подается в абсорбер,
орошаемый олеумом. Не поглощенный в олеумном аб-
сорбере серный ангидрид направляется на окончатель-
ное поглощение во второй абсорбер, орошаемый моно-
гидратом.
Полнота абсорбции серного ангидрида в олеумном
абсорбере зависит от температуры, концентрации сер-
ного ангидрида в газе, поступающем на абсорбцию, и
концентрации олеума, применяемого для орошения. Кон-
струкция олеумного абсорбера также влияет на полноту
поглощения серного ангидрида из газа.
Таблица 14
Зависимость абсорбции серного ангидрида (при содержании в газе
7% SO3) от температуры
Температура, °C	30	40	50	60	70	75	79
Полнота абсорб- ции , %	90	86	76	61	34	16,5	0
В табл. 14 приведены данные о влиянии температуры
на полноту абсорбции серного ангидрида. Из приведен-
ных данных видно, что полнота абсорбции снижается
при повышении температуры. С увеличением концентра-
ции серного ангидрида в газе полнота абсорбции увели-
чивается. При температуре 40° С и 5%-ном содержании
SO3 в газе полнота абсорбции составляет 80%, а при
содержании в газе 7% SO3 и той же температуре — 94%.
Повышение концентрации олеума, орошающего абсор-
бер, снижает абсорбцию, так как более концентриро-
ванный олеум выделяет большее количество SO3 в газ.
При удовлетворительной абсорбции серного анги-
дрида в олеумном абсорбере количество получаемого
олеума зависит от количества воды, передаваемого с
сушильной кислотой из очистного отделения в абсорб-
ционное. Чем меньше воды передается с сушильной
кислотой, тем больше получается олеума цехом. Разбав-
137
ление кислоты в сушильной башне происходит в резуль-
тате поглощения паров воды из газа.
Содержание паров воды в газе, поступающем в су-
шильные башни, зависит от его температуры. Следова-
тельно, и количество выпускаемого олеума зависит от
температуры газа перед сушильными башнями. С повы-
шением температуры содержание паров воды увеличи-
вается, поэтому выход олеума уменьшается. При более
низкой температуре газа перед сушильной башней полу-
чается большее количество олеума. При недостатке воды
для получения олеума в абсорбционное отделение вво-
дится вода. Выпуск олеума можно увеличить, если в си-
стему вместо воды подавдть промывную кислоту или
купоросное масло из другой контактной установки.
В табл. 15 приведены данные о концентрации полу-
чаемого олеума в зависимости от температуры абсорб-
ции.
Таблица 15
Максимальная концентрация олеума, получаемого при различной
температуре абсорбции (при содержании в газе 7% SO3)
Темпера- тура, °C	Содержание свободного S03 в олеуме, %	Темпера- тура, СС	Содержание свободного S08 в олеуме, %	Темпера- тура, °C	Содержание свободного S03 в олеуме, %
20	50	50	38	80	21
30	45	60	33	90	14
40	42	70	27	100	7
Для улучшения поглощения серного ангидрида и по-
лучения более крепкого олеума тепло, выделяющееся в
процессе абсорбции, отводится выносными холодильни-
ками. Но более совершенным является процесс погло-
щения серного ангидрида с одновременным отводом
тепла.
Схема и аппаратура
абсорбционного отделения
Для поглощения серного ангидрида из газовой смеси
применяются пленочные, барботажные и пенные аппара-
ты. Наибольшее распространение на отечественных
138
сернокислотных заводах получили пленочные аппараты,
в которых поглощение ведется на поверхности тонкой
пленки кислоты, стекающей по насадке башни.
В барботажных аппаратах серный ангидрид погло-
щается при прохождении газа через слой серной кис-
лоты.
В пенных аппаратах SO3 поглощается в нескольких
последовательно расположенных слоях кислотной пены,
Рис. 54. Схема абсорбционного отделения.
образующейся при прохождении газа через полки про-
вального типа. В пенных аппаратах серный адгидрид
поглощается с одновременным отводом выделяющегося
тепла из слоя пены.
В пленочных аппаратах абсорбция серного ангидри-
да ведется в двух последовательно соединенных башнях:
первой — олеумной, второй — моногидратной.
Схема абсорбционного отделения показана на
рис. 54. После охлаждения в выносном теплообменнике
газ поступает в нижнюю часть олеумного абсорбера 1,
орошаемого охлажденным олеумом. При поглощении
серного ангидрида олеум закрепляется до 22% SO3
(своб.) и одновременно нагревается за счет тепла реак-
ции. Для разбавления вытекающего из абсорбера 1 оле-
ума до 18,5—20% SO3 (своб.) в сборник 6 добавляется
небольшое количество охлажденного моногидрата. Затем
горячий олеум охлаждается водой в оросительном
холодильнике 4, после которого опять поступает на оро-
139
шение олеумного абсорбера. Часть олеума из сборника
6 откачивается на склад или в цех для приготовления
купоросного масла. Циркуляция олеума осуществляется
центробежным насосом 7.
В олеумных абсорберах с насадкой поглощается 40—
70%, а в полых— 15—45% всего серного ангидрида, по-
ступившего с газом в отделение абсорбции.
Непоглощенный серный ангидрид поступает в ниж-
нюю часть моногидратного абсорбера 2, орошаемого
97,3—98,4 %-ной серной кислотой. При поглощении сер-
ного ангидрида кислота нагревается и концентрация ее
повышается до 98,7—99%. Для промежуточного хране-
ния кислоты, вытекающей из моногидратного абсорбера,
имеется сборник 6, в который подается сушильная кис-
лота или вода для разбавления моногидрата. Из сбор-
ника горячий моногидрат центробежным насосом пере-
каливается в выносной оросительный холодильник, а из
него вновь поступает на орошение моногидратного аб-
сорбера.
Часть моногидрата подается в сборник олеума для
разбавления и в сушильную башню.
Из моногидратного абсорбера выходит газ с содер-
жанием 0,14—0,2% SO2, 0,05—0,1 % SO3. При контакти-
ровании ниже 97% и степени абсорбции ниже 98% для
более полного использования сернистого ангидрида газ
после моногидратного абсорбера и фильтра 5 направля-
ется в башню 3 для получения сульфита и бисульфита
аммония. После бисульфитного отделения или же после
моногидратного абсорбера при высоком проценте кон-
тактирования и абсорбции отходящие газы направля-
ются в мокрые электрофильтры.
Скорость газа в электрическом поле таких фильтров
составляет не более 1 м/сек.
Олеумный абсорбер (рис. 55) представляет собой вер-
тикальный стальной цилиндрический корпус 1 с крыш-
кой. В нижней части абсорбера на стальных балках
помещена колосниковая решетка 6. На решетке располо-
жена насадка 2 из керамических колец диаметром 25
или 50 мм. Балки, поддерживающие колосниковую ре-
шетку и насадку, прикреплены к корпусу 1 и опираются
на стойку 7.
Для распределения орошающего олеума по всему
сечению абсорбера над насадкой устанавливаются рас-
140
Кислота	Гоз
Рис. 55. Олеумный абсорбер:
1 — корпус; 2 — насадка; 3 — смотровое стекло; 4 — распылитель
олеума; 5 — лаз; 6—колосниковая решетка; 7 — опорная стойка.
пылйтели 4. Стекающая по насадке жидкость собирает-
ся на дне башни и выводится через патрубок в нижней
части корпуса.
Газ же вводится через газовую коробку в нижнюю
часть абсорбера и после прохождения через орошаемую
насадку выводится через патрубок в крышке.
Моногидратный абсорбер по устройству не отличает-
ся от сушильной башни (см. рис. 46). Скорость газа в
Рис. 56. Оросительная плита с труб-
ками для прохода газа:
/ — распределительная плита; 2— трубки
для кислоты; 3 — трубки для прохода газа.
моногидратных абсор-
берах поддерживается
в пределах от 0,7 до
1,7 м/сек. Поверхность
насадки в олеумных и
моногидратных абсор-
берах, пропускающих
1000 hjh3 газа в час,
равна 225—680 м2.
Для обеспечения
полноты поглощения
серного ангидрида решающее значение имеет равномер-
ное распределение орошающей кислоты, по верхнему се-
чению насадки абсорбционных башен.
Такие оросители (рис. 56) состоят из чугунной плиты
1, в которой установлены чугунные трубки 2 диаметром
20 мм, выступающие над верхней частью плиты на
80 мм, а снизу —на 50 мм. Для прохода газа из нижней
в верхнюю часть абсорбера в плите имеются отверстия
диаметром 120 мм с патрубками 3, выступающими над
плитой на 260 мм.
Благодаря такому устройству плита заполняется кис-
лотой до кромки трубки 2. Это обеспечивает непрерыв-
ное поступление кислоты на насадку полным сечением
патрубков и равномерное ее распределение по насадке.
Против каждой кислотной трубки 2 над насадкой рас-
положены отражатели. Струя кислоты, вытекающая из
трубки, ударяясь об отражатель, разбрызгивается, и та-
ким образом достигается сплошное орошение насадки.
Более совершенное оросительное устройство показа-
но на рис. 57. В стальную распределительную плиту 1
вставляются фарфоровые или стальные трубки 2 диа-
метром 38 мм и длиной 800 мм, через отверстия в кото-
рых насадка орошается кислотой. Диаметр отверстий
для входа кислоты в трубки 2 равен 8—12 мм.
142
В моногидратных абсорберах применяются Щелевые
(рис. 58) и отражательно-щелевые (рис. 59) оросители.
Плотность орошения олеумных абсорберов на 1 м2
поперечного сечения башни должна быть от 8 до 15 м3/ч
и моногидратных — от 10 до 20 м3/ч.
Кислота в абсорбционных установках охлаждается в
оросительных трубчатых холодильниках. Для каждого
абсорбера устанавлива-
ются отдельные холодиль-
ники, одинаковые по прин-
ципу действия, но из раз-
личных материалов и не-
одинакового размера.
В последние годы для
охлаждения олеума и мо-
ногидрата стали приме-
нять кожухотрубные и
спиральные холодильники
из спецстали. Холодиль-
Рис. 57. Оросительная плита с
фарфоровыми трубками для
кислоты.
К концам труб при-
ник для олеума (рис. 60)
состоит из пяти последовательно включенных секций, из-
готовленных из цельнотянутых труб диаметром 250 мм.
варена трубная ре-
шетка с фланцами.
В трубной решетке
имеется 7 отверстий,
в которые разваль-
цовываются цельно-
тянутые стальные
трубы диаметром
51—57 мм и длиной
5 м. Общая поверх-
ность всех труб —
30 м2.
По трубам посту-
пает вода, а между
трубами проходит
олеум, подаваемый
насосом из олеумно-
Кислот
Рис. 58. Щеле-
вой ороситель.
Кистю
Рис. 59. Отража-
тельно-щелевой
ороситель.
го сборника. Темпе-
ратура олеума на входе в холодильник — 78—82° С, на
выходе — 47—50° С, а температура воды на входе равна
143
Рис. 60. Трубчатый
холодильник из
специальной стали.
17—20° С и на выходе — 43—45° С, скорость кислоты в
холодильнике составляет 0,63 м/сек.
На рис. 61 показан оросительный чугунный холодиль-
ник для моногидрата, состоящий из четырех секций.
В каждой секции имеется по два вертикальных ряда па-
раллельных труб. Верхние концы труб соединены кол-
лектором 2, а нижние—коллектором У; холодильник
укреплен в стальном каркасе. Для
стока воды внизу сделан бетонный
поддон 6. Горячая кислота поступа-
ет в нижний коллектор 1, распреде-
ляется на параллельные потоки и
собирается в верхнем коллекторе 2,
из которого направляется в сборник
для кислоты.
Над каждым рядом труб имеется
желоб 3, из которого на трубы 4
льется охлаждающая вода. Равно-
мерное распределение воды достига-
ется при помощи деревянных реек 5.
Обслуживание абсорбционного
отделения. Контроль за работой аб-
сорбционного отделения сводится к
наблюдению за качеством готовой
продукции, работой контрольно-измерительных приборов,
бесперебойной работой кислотных насосов, а также вы-
полнением установленных норм технологического ре-
жима.
Для достижения полного поглощения серного анги-
дрида необходимо в первую очередь строго следить за
концентрацией и температурой орошающей кислоты по
башням.
Регулирование концентрации кислоты, орошающей
моногидратный абсорбер, производится изменением ко-
личества сушильной кислоты или воды, поступающей
на разбавление моногидрата.
Полнота абсорбции серного ангидрида в олеумном
абсорбере зависит главным образом от температуры
орошающего олеума. Концентрация орошающего олеума
поддерживается путем изменения количества моногидра-
та, добавляемого в сборник олеума.
Недостаточное орошение и плохое охлаждение кис-
лоты повышает температуру в башнях и снижает полно-
144
ту поглощения серного ангидрида. Для снижения темпе-
ратуры следует отрегулировать орошение или увеличить
подачу воды на оросительные холодильники.
Повышение температуры орошающего олеума приво-
дит к разбавлению его, что усиливает разрушающее
Рис. 61. Оросительный чугунный холодильник.
действие олеума на аппаратуру и ведет к выпуску не-
стандартной продукции.
При недостаточной подаче моногидрата в бак для
олеума повышается концентрация последнего и ухуд-
шается поглощение серного ангидрида в олеумном аб-
сорбере. Кроме того, крепкий олеум может замерзнуть
в хранилищах или холодильниках. Ухудшение абсорб-
ции в олеумной башне повлечет увеличение нагрузки на
моногидратный абсорбер, вследствие чего потери серно-
го ангидрида с отходящими газами могут возрасти.
Ухудшение абсорбции серного ангидрида в моно-
гидратной башне наблюдается при разбавлении кислоты,
орошающей эту башню, так как при низкой концентра-
ции кислоты серный ангидрид образует трудно абсорби-
руемый туман.
Если в выхлопных газах непосредственно у выхода
из трубы появляется туман светло-молочного цвета, то
10—1098
145
это указывает либо на разбавление кислоты, либо па
снижение температуры ее.
Появление в выхлопных газах тумана коричневого
оттенка на некотором расстоянии от трубы указывает на
повышение концентрации кислоты.
Перед длительной остановкой отделения в зимнее
время необходимо разбавить моногидрат до 97% и спу-
стить кислоту из холодильников в сборники.
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ кислоты
ИЗ СЕРЫ И ДРУГОГО СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Производство серной кислоты
из серы
Природная сера перерабатывается в серную кисло-
ту по так называемой «короткой» схеме, в которой от-
сутствует отделение мокрой очистки обжигового газа.
После расплавления, отстаивания и фильтрации от меха-
нических примесей сера сжигается в печах. Полученный
сернистый газ охлаждается в котлах-утилизаторах до
450° С, проходит через контактные аппараты, ангидрид-
ные холодильники и направляется на поглощение сер-
ного ангидрида.
Основными преимуществами «короткой» схемы явля-
ются: простота и компактность установки, возможность
автоматизации процесса, высокая степень использова-
ния тепла горения серы и окисления сернистого анги-
дрида. Капитальные затраты на строительство заводов
по «короткой» схеме и стоимость получаемой серной
кислоты гораздо ниже, чем при производстве кислоты
из колчедана.
Схема производства контактной серной кислоты из
элементарной серы показана на рис. 62.
Сера, очищенная от битумов, золы и керосина, из
сборника 1 подается погружным насосом 2 в механичес-
кие форсунки печи 3. В печь 3 для сжигания серы на-
гнетается сухой воздух. Образующийся обжиговый газ
с температурой 950° С поступает в котел-утилизатор 4.
После разбавления холодным воздухом газ нагревается
(до 600° С) в первом слое контактной массы пятислой-
ного аппарата 6, затем в пароперегревателе 5 охлаж-
дается до 450—480° С. Из пароперегревателя газ направ-
146
Газ из пускового
подогревателя
Рис. 62. Схема производства контактной серной кислоты из элементарной серы.
10*
ляется во второй слой контактной массы, где нагревает-
ся до 520° С, после чего охлаждается воздухом в вынос-
ном теплообменнике до 480° С. Из выносного теплооб
менника 7 газ направляется для охлаждения в ангид-
ридные холодильники 8, а затем поступает в абсорбцион-
ное отделение.
Для понижения температуры газа после третьего и
четвертого слоев контактной массы к газу добавляется
холодный осушенный воздух.
Осушка воздуха производится в сушильной башне,
орошаемой 92,5—95%-ной кислотой.
Основная часть сухого горячего воздуха подается в
печь для сжигания серы. Избыток воздуха расходуется
для обогрева отстойников.
При сжигании серы, загрязненной битумами, содер-
жание водяных паров в обжиговом газе достигает
1 г!нм3, в этом случае невозможно выпускать готовую
продукцию в виде олеума. Кроме того, серный ангидрид
образует с водяными парами туман серной кислоты.
Туманообразная серная кислота неполностью улавли-
вается в абсорбционных башнях и выбрасывается в ат-
мосферу, загрязняя воздух вокруг завода. В выхлопных
газах контактных установок, работающих на сере, содер-
жащей до 0,3% битумов, концентрация туманообразной
серной кислоты в 5—6 раз выше, чем при работе на
колчедане.
Для улавливания туманообразной серной кислоты
устанавливают барботажные конденсаторы (рис. 63).
Конденсатор состоит из стального горизонтального
корпуса, футерованного кислотоупорным кирпичом или
бетоном. В конденсаторе имеется перегородка из кис-
лотоупорного кирпича, в нижней части которой находят-
ся четыре прямоугольных отверстия для перетока
кислоты.
Конденсация тумана серной кислоты происходит при
контакте и частичном барботировании газа через серную
кислоту, содержащую 99,4—99,6% моногидрата. Кислота
вводится в камеру 3. Газ из ангидридного холодильника
6 поступает в конденсатор с температурой 330° С и ох-
лаждается в нем до 160° С. При указанной концентра-
ции кислоты можно применять чугунные холодильники.
Для снижения температуры кислоты в камеру 2 вво-
дится ранее охлажденная в холодильнике 5 кислота той
148
же концентрации. Для поглощения тумана в конденса-
тор можно вводить также олеум, содержащий 3—3,5%
SO3 (своб.). Температура газа на входе в конденсатор
при этом должна быть 250°С, на выходе— 140°С, темпе-
ратура олеума, вытекающего из конденсатора, — ПО —
115° С.
Конденсатор диаметром 2200 мм и длиной 5800 мм
пропускает в час 26 тыс. нм3 газа. Недостатком такого
Рис. 63. Схема улавливания тумана серной кислоты в бар-
ботажном конденсаторе:
/ — брызгоосадитель; 2 —камера для ввода кислоты; 3 — камера для
осаждения тумана; 4 — сборник; 5 — холодильник; 6— трубчатый ан-
гидридный холодильник.
конденсатора является высокое гидравлическое сопро-
тивление.
Более совершенным аппаратом для конденсации ту-
манообразной серной кислоты является вертикальный
трубчатый конденсатор барботажного типа (рис. 64).
Стальной корпус 2 аппарата футерован кислотоупор-
ным бетоном. В верхней части его имеется трубная ре-
шетка, выполненная из стальных балок 4, залитых
кислотоупорным бетоном 3. В трубной решетке заде-
ланы верхние концы ферросилидовых труб 8 диаметром
126 мм, нижние концы труб погружены в кислоту.
Горячий газ через патрубок 6 поступает в приемную
камеру 5, по трубам 8 направляется вниз, барботирует
149
через слой холодной кислоты и по межтрубному про-
странству перемещается к боковому выходному отвер-
стию
Кислота для охлаждения газа и улавливания серно-
Рис. 64. Трубчатый ангидридный холодильник-конденсатор.
кислотного тумана заливается через патрубок 9, соби-
рается в коробке 1 и выводится через патрубок 10.
Содержание туманообразной серной кислоты в вы-
хлопных газах после барботажных конденсаторов не
должно превышать 0,001—0,0005%.
150
Рис. 65. Пятислойный контактный аппарат.
Пятислойный контактный аппарат, производитель-
ностью 180 т]сут моногидрата для окисления сернистого
газа, получаемого из элементарной серы, показан на
рис. 65.
151
Стальной цилиндрический корпус 13 аппарата футе-
рован шамотным кирпичом 14. Контактная масса загру-
жается через лазы 6, на слой кварца 7, под которым
имеется стальная сетка, опирающаяся на решетку 1.
Обжиговый газ через боковой штуцер поступает в
первый слой 3 контактной массы, выходит через шту-
цер из аппарата и направляется в пароперегреватель
котла-утилизатора. Из пароперегревателя газ поступает
во второй слой 2 контактной массы, пройдя который вы-
ходит из нижней части контактного аппарата и направ-
ляется на охлаждение в выносной теплообменник.
После выносного теплообменника по газоходу 8 газ
поступает в распределительный конус 9 и слой кварца 7,
при помощи которых равномерно распределяется по все-
му сечению третьего слоя 10 контактной массы.
Газ после третьего и четвертого 12 слоев охлажда-
ется воздухом, который входит через отверстия в цент-
ральной трубе 11 и смешивается в смесителях 5 с газом.
После пятого слоя 4 горячий серный ангидрид на-
правляется в трубы выносного теплообменника, где ох-
лаждается холодным сернистым ангидридом, который
поступает в межтрубное пространство теплообменника
через нижний патрубок.
Нагретый сернистый ангидрид выводится из тепло-
обменника через нижний патрубок, а охлажденный сер-
ный— через верхний. Таким образом, теплообменник ра-
ботает по принципу противотока. Трубчатый теплообмен-
ник имеет несколько недостатков. Если в газе, выходя-
щем из сушильной башни, содержится туман серной
кислоты, то он частично осаждается в межтрубном про-
странстве, вызывая коррозию труб с внешней стороны,
если сернистый газ содержит повышенное количество
влаги перед контактным аппаратом, то трубы разру-
шаются с внутренней стороны.
При малейших неплотностях труб увеличивается со-
держание сернистого ангидрида в газе, поступающем на
абсорбцию, а следовательно, и потери его с выхлопными
газами. Для охлаждения и улучшения абсорбции серного
ангидрида на некоторых заводах газ перед поступлением
в абсорбционное отделение пропускают через ангидрид-
ные трубчатые холодильники, где серный ангидрид ох-
лаждается воздухом, подаваемым вентилятором.
Без ангидридных холодильников невозможно полу-
152
чить купоросное масло при переработке серы по «корот-
кой» схеме. По своему устройству ангидридные холо
дильники с воздушным охлаждением газа мало отлича-
ются от выносных теплообменников.
Т аблица 16
Температура газа и высота слоев контактной массы пятислойного
аппарата производительностью 180 т/сут
Показатель	1	Слои			5
		2	3	4	
Высота слоя контактной массы, мм	350	450	650	500	350
Температура газа, СС: вход	440	475	440	430	425
выход	600	515	450	435	425
Температурный режим и высота слоев контактной
массы для аппарата диаметром 6 м и высотой 15,5 м,
перерабатывающего 25 тыс. нм?!ч газа, приводятся в
табл. 16.
Производство серной кислоты
из сероводорода
Сероводородный газ, получаемый при очистке горю-
чих газов, не содержит примесей, отравляющих ванадие-
вый катализатор, и поэтому не подвергается специаль-
ной очистке. Это значительно упрощает технологическую
схему производства серной кислоты.
Схема производства серной кислоты из сероводород-
ного газа высокой концентрации показана на рис. 66.
Газ, содержащий 85—98% H2S, поступает в печь 4 че-
рез мембранный клапан 3, который автоматически от-
ключает подачу сероводородного газа в печь, если вне-
запно прекратится подача воздуха.
Образующийся влажный обжиговый газ с темпера-
турой 950—975° С охлаждается в котле-утилизаторе 5
до 470—480° С и поступает в контактный аппарат 6. Для
понижения температуры после первого, второго и третье-
го слоев контактной массы в газ добавляется холодный
воздух.
Из контактного аппарата газовая смесь при 425—
430° С поступает в башню-конденсатор 7, заполненную
153
кольцевой насадкой. Башня орошается 92—93%-ной
серной кислотой, которая подается из сборника 11 насо-
сом 12. Кислота, вытекающая из башни, охлаждается
водой до 40° С в оросительном холодильнике 10.
При охлаждении газа в башне-конденсаторе происхо-
дит конденсация паров серной кислоты, при этом выде-
ляется тепло, за счет которого нагревается вытекающая
Рис. 66. Схема производства серной кислоты из сероводородного газа
высокой концентрации:
1— фильтр воздуха; 2, 14 — воздуходувки; 3 — мембранный клапан; 4 — печь;
5 — котел-утилизатор; 6 — контактный аппарат; 7 — башня-конденсатор: 8 —
брызгоосадитель; 9 — электрофильтр; 10 — холодильник; 11, 13 — сборники; 12 —
насосы; 15— газовая топка: 16 — теплообменник.
кислота. .Вследствие быстрого охлаждения газа часть
паров серной кислоты не успевает конденсироваться и в
виде тумана улавливается в мокром электрофильтре 9
Конденсат из электрофильтра и задержанные в брызго-
уловителе 8 капли кислоты стекают в сборник 11. Про-
дукционная кислота поступает в сборник 13 и насосом
12 перекачивается на склад.
Готовая продукция по описанной схеме получается в
виде 92,5—93%-ного купоросного масла.
Сернистый ангидрид окисляется в серный в присут-
ствии паров воды (метод мокрого катализа) в четырех-
слойном контактном аппарате типа МК-54 производи-
154
воздух
Зоздух
Воздух
S03
num art
lllllllllllllllllll
Ц'111ЦТ1!
Рис. 67. Четырехслойный
контактный ’ аппарат ти-
па МК-54:
1	— колосниковые решетки;
2	— смесители газа и возду-
ха; 5 — распределительные
решетки; 4 — распределитель-
ный конус; 6 — термопары;
5, 7, 8, 9 — первый, второй,
третий и четвертый слон кон-
тактной массы.

тельностью 180 т!сут (рис. 67). Внутренний диаметр
верхней части аппарата равен 3,6 м, нижней — 4,5 м,
высота аппарата— 10,2 м. Аппарат изготовлен из листо-
вой стали и футерован шамотным кирпичом. Газ посту-
пает в аппарат через патрубок в верхней крышке. Кон-
тактная масса загружается на решетки 1 из полосовой
стали. Между решеткой и контактной массой помещает-
ся металлическая сетка, на которой находится слой
кварца, высотой 50 мм.
После каждого слоя газ проходит через распредели-
тельные решетки 3, смесители 2 и направляется в сле-
дующий слой контактной массы. Воздух для охлаж-
дения газа подается после 1-го, 2-го и 3-го слоев кон-
тактной массы через патрубки в центральную трубу и
через прорези выходит в межслойное пространство аппа-
рата. В последний слой контактной массы поступает
6,6%-пый сернистый ангидрид, перед первым слоем кон-
центрация его должна быть около 10%.
Для окисления сернистого газа, полученного из серо-
водорода, применяются также контактные аппараты с
промежуточным теплообменом типа К-39.
Башня-конденсатор, в которой охлаждается газ пос-
ле контактного аппарата и происходит конденсация сер-
ной кислоты, по устройству не отличается от мопо-
гидратного абсорбера и сушильной башни (см. рис. 46).
Серный ангидрид из газа улавливается и в вертикальных
конденсаторах барботажного типа.
Туман серной кислоты осаждается в мокрых электро-
фильтрах типа ЦМВТ. Электрофильтр представляет
собой односекционный цилиндрический стальной корпус,
футерованный диабазовой плиткой и кислотоупорным
кирпичом. Осадительные электроды выполнены из чугун-
ных труб, коронирующие — из стальной проволоки. Для
нормальной очистки необходимо, чтобы скорость газа в
электрическом поле не превышала 0,8 м/сек, а темпера-
тура газа на входе в электрофильтр была не выше 60° С.
В газе, поступающем в мокрый электрофильтр, содер-
жится 80 г/нм3 тумана и брызг серной кислоты, после
электрофильтра—0,05 г/нм3.
На 1 т моногидрата серной кислоты, полученной из
сероводородного газа, расходуется 235 нм3 100%-ного
сероводорода, 50 кет • ч электроэнергии, 70 м3 воды и
160 г контактной массы.
156
Для получения серной кислоты из сероводородного
газа высокой концентрации по методу мокрого катализа
строятся установки производительностью до 300 т/сут
моногидрата.
Схема производства серной кислоты по методу мок-
рого катализа довольно проста и компактна, поэтому
возможна полная автоматизация процесса.
Производство олеума
из отработанной серной кислоты
При очистке нефти от сернистых соединений, а также
при алкилировании органических продуктов получается
отработанная серная кислота, загрязненная органичес-
кими примесями. Такая кислота расщепляется в печах с
образованием сернистого ангидрида, из которого полу-
чают олеум. В ближайшие годы в нашей стране из отра-
ботанной кислоты будет производиться около 10% всей
серной кислоты.
Схема получения сернистого газа из отработанной
кислоты, содержащей около 83% моногидрата, 5% воды
и 12% углеводородов, показана на рис. 68. Отработан-
ная кислота из бака 3 поступает в смеситель 1, снаб-
женный паровым змеевиком и мешалкой, откуда насо-
сом 12 перекачивается в напорный бак 4. Из напорного
бака кислота подается в печь 5 для расщепления, где
разбрызгивается специальными форсунками. В печь 5
подается также сероводородный газ, при сжигании кото-
рого поддерживается температура 700—750° С. При этой
температуре в печи происходит расщепление серной
кислоты на 93—95% с образованием сернистого ангидри-
да по уравнению
H2SO4 -> SO2 + — 09 + Н2О.
Газ из печи 5 поступает в печь дожигания 6, где
происходит дальнейшее расщепление кислоты и окисле-
ние образующихся в печи окиси углерода и серы. В печь
6 подается также горячий воздух из теплообменника.
Температура в печи дожигания повышается до 800—
850° С.
Полученный газ охлаждается до 500° С в газоходе из
специальной стали, который обдувается холодным возду-
157
хом. Дальнейшее снижение температуры газа до 300° С
происходит в теплообменнике 7, охлаждаемом воздухом.
После теплообменника горячий воздух подается в печи
5 и 6.
Охлажденный газ отмывается от соединений мышья-
ка, селена и других примесей в промывных башнях 8 и 9.
Рис. 68. Схема получения сернистого газа из отработанной серной
кислоты:
1 — смеситель; 2, 3 — баки; 4 — напорный бачок; 5 — печь расщепления; 6 —
печь дожигания; 7 — теплообменник; 8, 9 — промывные башии; 10 — мокрый
электрофильтр; 11 — сборники; 12 — насосы; 13 — холодильники; 14 — нагнетате-
ли воздуха.
Безнасадочная башня 8 орошается 15%-ной серной кис-
лотой, башня 9 (с насадкой) —5 %-ной. В мокром элек-
трофильтре 10 улавливается туманообразная сердая
кислота.
Орошающая кислота, вытекающая из сборников И,
охлаждается в оросительных холодильниках 13.
Устройство печи для расщепления отработанной сер-
ной кислоты показано на рис. 69. Стальной корпус 4 пе-
чи, футерованный шамотным кирпичом 5, в верхней час-
ти имеет газовую горелку. Ввод и разбрызгивание кисло-
ты производятся форсункой. Клапан 3 предохраняет
158
печь от разрушения в случае внезапного воспламенения
взрывоопасной газовой смеси.
Кислота
Рис. 69. Печь для разложения отработанной серной кислоты:
/ — защитный экран; 2 — крышка; 3 — предохранительный клапан;
4 — корпус; 5 — футеровка; 6 — днище печи.
Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду
корпус печи имеет слой тепловой изоляции из диатоми-
тового кирпича.
159
На 1 т получаемого моногидрата серной кислоты
расходуется 1,23 т отработанной кислоты, более 0,3 т
жидкого кислого гудрона и около 30 лг3 концентрирован-
ного сероводородного газа.
Перемещение газа
Общее гидравлическое сопротивление аппаратуры
контактного цеха достигает 1700—2500 мм вод. ст. При
этом наибольшее сопротивление создается контактным
отделением.
На контактных установках число турбокомпрессоров
соответствует числу контактных систем с добавлением
одного резервного, который включают при осмотре или
ремонте какого-либо из компрессоров. Турбокомпрес-
соры устанавливают после сушильного отделения, поэто-
му охлажденный и очищенный от всех примесей газ не
вызывает коррозии турбокомпрессора.
В настоящее время устанавливают одноступенчатые
центробежные турбокомпрессоры типа производитель-
ностью до 66 тыс. нж3 газа в час с общим напором 1800—
2600 мм вод. ст.
При плохой очистке газа от туманообразной серной
кислоты, а также при орошении сушильной башни
крепкой или горячей кислотой в компрессоре может осе-
дать часть сернокислотного тумана. Осевшая кислота
вызывает разрушение рабочего колеса и других деталей
турбокомпрессора, что снижает его производительность
и может вывести из строя машину.
На контактных установках, работающих на сере, для
сжатия и подачи воздуха в систему применяются одно-
ступенчатые центробежные вентиляторы, повышающие
давление на 2150 мм вод. ст. Вентилятор приводится во
вращение непосредственно от электродвигателя, который
делает 2975 об]мин. Подача воздуха регулируется при
помощи задвижек, устанавливаемых на всасывающем
воздухопроводе.
Все детали рабочего колеса изготовляются из вы-
сококачественной стали. Посадка колеса на вал произ-
водится в горячем состоянии и на шпонке. Для устране-
ния подсоса воздуха в корпусе вокруг вращающегося
вала делают лабиринтное уплотнение.
Смазка шеек вала осуществляется при помощи мас-
160
ляного насоса, подающего в систему масло под давле-
нием. Циркулирующее масло охлаждается водой в
маслоохладителях до температуры 65° С.
Пуск турбокомпрессора или воздуходувки произво-
дится при закрытой задвижке на всасывающем и пол-
ностью открытой на нагнетающем газоходе. Постепен-
ное открытие задвижки на всасывающем газоходе про-
изводится лишь после достижения нормального числа
оборотов электродвигателем. Регулирование количества
подаваемого воздуха или газа осуществляется также с
помощью задвижки на всасывающем газоходе. Практи-
куется также, регулирование количества подаваемого
газа при помощи задвижки на нагнетающем газоходе.
Задвижка на всасывающем газоходе при этом должна
быть полностью открыта.
Воздуходувки и турбополирессоры контактного цеха
обычно устанавливаются в помещении, изолированном
от других отделений цеха.
11—1098
ГЛАВА
ПРОИЗВОДСТВО
СЕРНОЙ кислоты
НИТРОЗНЫМ СПОСОБОМ
Производство серной кислоты нитрозным способом
состоит в том, что обжиговый газ, очищенный от
пыли, обрабатывается нитрозой. Получение серной
кислоты нитрозным способом ведется в башнях, орошае-
мых нитрозой, вследствие чего этот метод производства
называют башенным.
В 1961 г. в СССР было получено башенным способом
46% от всего количества выпускаемой кислоты. К концу
1965 г. выработка кислоты этим методом снизится до
26%.
Несмотря на то, что количество серной кислоты, вы-
рабатываемой контактным способом, увеличивается,
башенный метод имеет важное значение в обеспечении
промышленности минеральных удобрений дешевой сер-
ной кислотой.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
НИТРОЗНОГО СПОСОБА
Образование серной кислоты в башнях происходит
при взаимодействии сернистого ангидрида и окислов азо-
та в жидкой нитрозе. Сернистый ангидрид обжигового
газа поглощается нитрозой, а затем окисляется актив-
ными окислами азота, содержащимися в ней.
Свойства окислов азота
Азот образует с кислородом ряд окислов: N2O — за-
кись азота; NO — окись азота; N2O3 — трехокись, или
азотистый ангидрид; NO2 — двуокись азота; N2O4 —
162
четырехокись азота, являющуюся полимером двух моле-
кул двуокиси азота, и, наконец, N2O5 — пятиокись азота,
или азотный ангидрид. В производстве башенной сер-
ной кислоты участвуют NO, NO2 и N2O3.
Окись азота — бесцветный газ, способный окислять-
ся кислородом до двуокиси азота по уравнению
2NO + О2 = 2NO2 + 26,9 ккал.
В воде и серной кислоте окись азота очень мало
растворима. Но если серная кислота содержит азотную
кислоту, то NO растворяется в ней с образованием трех-
окиси азота
2HNO3 + 4NO = 3N2O3 + Н2О.
Двуокись азота — газ красно-бурого цвета. Растворя-
ясь в воде, NO2 превращается в азотную кислоту по
уравнению
3NO2 + Н2О = 2HNO3 + NO.
В серной кислоте NO2 растворяется с образованием
азотной и нитрозилсерной кислоты
2NO2 + H2SO4 = HNO3 4- HSNO5 + 5,7 ккал.
Азотистый ангидрид устойчив лишь при низкой тем-
пературе. Образуется N2O3 по уравнению
NO 4- NO25=±N2O3 4- 7,9 ккал.
В обычных условиях, т. е. при 25° и 760 мм рт. ст.,
И2Оз в значительной степени разлагается на NO и NO2.
Соединяясь с водой, N2O3 дает азотистую кислоту, суще-
ствующую лишь в водных растворах:
N2O8 4~ Н2О = 2HNO2.
При соединении с серной кислотой азотистый анги-
дрид образует нитрозилсерную кислоту и воду
N2O3 4- 2H2SO4 = 2HSNO5 4- Н2О + 20,6 ккал.
Смесь равных объемов NO и NO2 также растворяется
в водных растворах серной кислоты с образованием
нитрозилсерной кислоты. Реакция растворения N2O3 и
11*	163
смеси из равных объемов NO и NO2 в водных раство-
рах серной кислоты имеет важное значение в производ-
стве серной кислоты башенным методом.
Свойства нитрозы
Нитрозилсерная кислота, полученная растворением
трехокиси азота в безводной серной кислоте, вполне
устойчива. В водных растворах серной кислоты она
гидролизуется, образуя при этом в растворе окислы
азота, которые активно окисляют сернистый ангидрид в
серную кислоту.
Свойства нитрозы зависят от ее состава. Состав
нитрозы характеризуется содержанием в ней трехокиси
азота и концентрацией исходной серной кислоты, т. е.
Рис. 70. Плотность и нитрозность нитрозы и исходной кислоты.
концентрацией кислоты после удаления из нитрозы всех
окислов азота.
Для определения концентрации исходной серной кис-
лоты необходимо знать плотность нитрозы и содержание
в ней растворимых окислов азота. По плотности нитрозы
при 20°С и содержанию окислов азота (% N2O3) по
номограмме рис. 70 находят концентрацию исходной сер-
164
ной кислоты. Например, если плотность нитрозы при
20° С равна 1,785 г)см\ а содержание окислов азота в
нитрозе (нитрозность) в пересчете на HNO3 составляет
16,6%, то для определения концентрации исходной сер-
ной кислоты поступают следующим образом: проводят
из точки А, соответствующей плотности 1,785, горизон-
тальную, а из точки В, соответствующей 16,6% HNO3 —
вертикальную линии. Из точки D пересечения этих двух
линий проводят третью линию, параллельную наклонной,
до пересечения с вертикальной шкалой.
Точка пересечения С соответствует плотности исход-
ной серной кислоты 1,770 г!см3 и концентрации 84,2%
H2SO4 исходной.
Температура замерзания нитрозы зависит от нитроз-
исходной серной кислоты
Таблица 17
ности и концентрации
(табл. 17).
На практике нитро-
зу получают из кисло-
ты, содержащей от 78
до 86% H2SO4. Нитроз-
ность заводской нитро-
зы при такой концент-
рации исходной серной
кислоты поддерживают
от 1—2% до 8—11%
N2O3. Дальнейшее по-
вышение нитрозности
было бы полезно для
окисления сернистого
ангидрида, но при этом
Температура замерзания нитрозы
Содержание N2O3 в нит- розе, %	Температура замерзания- нитрозы, °C	
	80% H2SO.i в исходной кислоте	85% H2SO4 в исходной кислоте
1,50	—10,5	+ 5,0
3,01	—13,0	— 0,5
4,52	— 9,5	— 6,0
6,02	— 1,0	— 4,0
7,53	+ 7,0	0,0
9,03	+ 18,0	+ 6,0
10,50	+28,0	+15,0
12,00	+35,0	+29,0
13,50	+41,0	+38,5
в зимнее время воз-
можно замерзание нит-
розы.
В заводской практи-
ке нитрозность иногда выражают в пересчете на HNO3,
для этого процент HNO3 надо разделить на 1,66.
Над нитрозой в зависимости от ее состава и темпера-
туры имеется определенное давление окислов азота и
паров воды, которое называют упругостью пара. Чем
выше упругость пара над нитрозой, тем больше окислов
азота из раствора нитрозы переходят в газообразное со-
стояние.
165
Давление окислов азота над заводскими нитрозами
определяют по номограмме рис. 71. Например, над ни-
трозой, содержащей 9% N2O3 и 83,5% исходной серной
кислоты при температуре 70° С, давление паров окислов
азота равняется 25 мм рт. ст.
концентрация исходной	Упругость окислов азота мм рт. ст.
серной кислоты, %
Рнс. 71. Номограмма для определения давления окислов азота
над нитрозой.
На рис. 72 приведена номограмма для определения
давления паров воды над заводскими нитрозами. Из но-
мограммы видно, что над нитрозой, содержащей 6%
опоТ? и '° исх°Дн°й серной кислоты при температуре
oil С, давление водяных паров составляет 12,3 мм рт. ст.
Окисление сернистого ангидрида нитрозой
Реакционная способность нитрозы по отношению к
сернистому ангидриду зависит от концентрации исход-
ной серной кислоты и температуры. Чем выше концен-
166
трация исходной серной кислоты, тем. медленнее она
реагирует с сернистым ангидридом.
С повышением температуры скорость взаимодействия
нитрозы с сернистым ангидридом увеличивается. Чем
Упругость водяных паров, мм рт. ст.
Концентрация исходной серной кислоты, %
Рис. 72. Номограмма для определения давления паров воды над
нитрозой.
выше концентрация исходной серной кислоты, тем при
более высокой температуре начинает реагировать нитро-
за с сернистым ангидридом.
167
Реакционная способность нитрозы по отношению к
сернистому ангидриду в значительной мере зависит от
содержания окислов азота в ней. С повышением содер-
жания окислов азота в нитрозе в два раза скорость окис-
ления сернистого ангидрида увеличивается больше, чем
вдвое.
При содержании в нитрозе выше 5—8% N2O3 влия-
ние нитрозности на скорость окисления SO2 возрастает.
По этой причине в производстве башенной кислоты целе-
сообразно применять нитрозу, содержащую более 8%
N2O3.
Для получения нитрозы, содержащей более 8% N2O3,
применяется 82—86%-ная исходная кислота. Чем выше
содержание H2SO4 в водном растворе серной кислоты,
тем больше окислов азота растворяется в ней. Водные
растворы серной кислоты, содержащие менее 82%
H2SO4, не могут поглотить более 8% N2O3. При любой
температуре каждой нитрозности отвечает определенная
концентрация исходной серной кислоты, при которой ни-
троза сохраняет высокую реакционную способность.
Окисление сернистого ангидрида происходит следую-
щим образом. Под влиянием высокой температуры и
разбавления нитрозы водой образовавшаяся нитрозил-
серная кислота гидролизуется с образованием в жидко-
сти окислов азота, активных по отношению к сернистому
ангидриду
2HSNO5 + Н2О s=± N2O3 + 2H,SO4.
Одновременно нитроза поглощает из обжигового га-
за сернистый ангидрид с образованием сернистой кисло-
ты по реакции
SO"3 + Н2О 7Z* Н28О3<ил,< .
Образовавшиеся в нитрозе активные окислы азота
взаимодействуют с сернистой кислотой, при этом обра-
зуется серная кислота:
Н25ОЛИДК + N,O3 = Н28ОГдк + 2NOra3.
Окись азота, выделившаяся в процессе образования сер-
ной кислоты, частично окисляется кислородом, содержа-
щимся в газе, до двуокиси.
168
Возможно также окисление окиси азота растворен-
ным в жидкой среде кислородом до того, как она успе-
ет выделиться из нитрозы.
На скорость образования серной кислоты в нитрозе
оказывает влияние концентрация сернистого ангидрида
в обжиговом газе (рис. 73). Из рисунка видно, что ско-
рость образования серной кислоты и степень переработ-
ки сернистого ангидри-
да достигают максиму-
ма при содержании сер-
нистого ангидрида в га-
зе 10—15%.
При более высокой
концентрации сернисто-
го ангидрида уменьша-
ется степень его пере-
работки, следователь-
но, получается «про-
скок» SO2 в абсорбци-
онные башни, в резуль-
тате чего резко возра-
стают потери окислов
азота с выхлопными га-
зами, что загрязняет
атмосферу в цехе и во-
круг завода.
Скорость окисления
Рис. 73. Влияние концентрации сер-
нистого ангидрида в обжиговом
газе на коэффициент скорости
окисления SO2 (кривая 1) и сте-
пень переработки сернистого ан-
гидрида (кривая 2).
сернистого ангидрида зависит
также от плотности орошения башен нитрозой, т. е. от
количества нитрозы, подаваемой на орошение башен.
Повышение плотности орошения до 6—15 мъ1м2-ч уве-
личивает скорость окисления сернистого ангидрида в
серную кислоту.
Дальнейшее повышение плотности орошения практи-
чески не влияет на скорость образования серной кислоты
в нитрозе, так как для каждого состава нитрозы имеется
предельное значение плотности орошения, выше которо-
го нецелесообразно увеличивать количество нитрозы.
На скорость окисления сернистого газа нитрозой
влияет также линейная скорость газа в башнях. При
повышении скорости газа до определенной величины ско-
рость окисления сернистого ангидрида повышается.
169
Однако с увеличением линейной скорости газа возра-
стает гидравлическое сопротивление башен и унос с га-
зом нитрозы в виде брызг.
Поглощение окислов азота нитрозой
Нитроза из продукционных башен поступает в аб-
сорбционные, следовательно, от температуры и состава
нитрозы зависит полнота улавливания окислов азота.
На современных башенных установках при получе-
нии 1 т моногидрата серной кислоты выделяется из нит-
розы в газ от 400 до 800 кг окислов азота (NO+NO2).
Для того чтобы выделившиеся окислы аз.ота не выбра-
сывались в атмосферу вместе с отходящим газом, их по-
глощают серной кислотой, содержащейся в нитрозе.
Поглощение окислов азота из газа осуществляется в
башнях такого же типа, которые применяются для окис-
ления сернистого ангидрида. На орошение абсорбцион-
ных башен поступает нитроза с пониженным содержани-
ем окислов азота. При поглощении окислов азота из га-
за содержание их в нитрозе повышается. Нитроза с по-
вышенным содержанием окислов азота подается в про-
дукционные башни для окисления сернистого ангидрида.
Таким образом, окислы азота многократно возвращают-
ся из абсорбционных башен в продукционные.
Окислы азота из продукционных башен передаются
в абсорбционные газовым потоком.
На полноту поглощения окислов азота в абсорбцион-
ных башнях, кроме температуры и состава нитрозы,
влияет также степень окисления окиси азота в двуокись.
Наиболее полное поглощение окислов азота происходит
при окислении половины всей окиси азота. При этом
на один объем образовавшейся двуокиси будет прихо-
диться один объем оставшейся окиси азота. Такая смесь
окислов азота называется стехиометрической. Она хоро-
шо растворяется в водных растворах серной кислоты с
образованием нитрозилсерной кислоты, что, в свою оче-
редь, повышает нитрозность циркулирующей нитрозы:
NO + NO2 + 2H2SO4 = 2HSNO5 + Н2О.
Полнота поглощения окислов азота нитрозой возра-
стает с повышением концентрации исходной серной кис-
170
лоты и снижением температуры. Поэтому нельзя пода-
вать в продукционные башни нитрозу с температурой
выше 55—60°С, так как при этом увеличивается упру-
гость паров и в газ перейдет много окислов азота. При
«горячем» режиме орошения продукционных башен на-
ряду с хорошим окислением сернистого ангидрида будут
перегружаться окислами азота абсорбционные башни.
Это вызовет дополнительные потери их с выхлопными
газами, а следовательно, увеличится расход азотной
кислоты, добавляемой в систему для пополнения этих
потерь.
Скорость поглощения окислов азота в абсорбционной
башне увеличивается при снижении концентрации погло-
щенных окислов азота в орошающей нитрозе. Однако
вследствие обмена нитроз между абсорбционными и про-
дукционными башнями не представляется возможным
снижать концентрацию окислов азота в нитрозе, посту-
пающей на орошение абсорбционных башен, поэтому для
повышения скорости поглощения окислов азота нитрозой
поддерживают высокую концентрацию исходной серной
кислоты.
Скорость поглощения окислов азота нитрозой повы-
шается с увеличением плотности орошения башен до
определенного предела. Положительное влияние на ско-
рость поглощения окислов азота оказывает линейная
скорость газа в башнях. Однако повышение ско-
рости газа выше 0,4—0,6 м/сек нецелесообразно, так
как при этом скорость поглощения изменяется незна-
чительно.
Для выдачи из башен готовой кислоты, содержащей
не более 0,03% N2O3, часть циркулирующей нитрозы
обрабатывают обжиговым газом в специальной башне,
которая называется денитратором. Скорость денитрации
нитрозы возрастает с повышением температуры и содер-
жания сернистого ангидрида в обжиговом газе. Раз-
бавление нитрозы водой до концентрации серной кис-
лоты, равной 75—76%, также ускоряет денитрацию
нитрозы.
Полное удаление окислов азота из башенной серной
кислоты достигается добавлением к ней сульфата аммо-
ния, мочевины и других восстановителей.
171
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
И АППАРАТУРА ПРОИЗВОДСТВА
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ БАШЕННЫМ МЕТОДОМ
В отличие от контактного способа в производстве
башенной серной кислоты обжиговый газ предваритель-
но очищается только от пыли.
Технологическая схема производства
Очищенный от пыли обжиговый газ, содержащий
10—14% SO2, нагретый до температуры 350—450°С, по-
ступает в башни 1 и 2 (рис. 74). В денитрационную баш-
ню 1 направляется около 30% всего обжигового газа,
остальные 70%—в башню — денитратор-концентра-
тор 2.
Денитрированная кислота из башни / при темпера-
туре 120—130° С после охлаждения в холодильнике до
30—40° С поступает в сборник 15 для готовой продукции.
Часть денитрированной кислоты передается в сборник
башни 2.
В денитрационной башне одновременно с денитра-
цией происходит также поглощение сернистого анги-
дрида нитрозой и окисление его в серную кислоту.
В башнях 1 и 2 происходит также отмывка газа от
остатков пыли и конденсация ларов серной кислоты с
образованием тумана, который частично поглощается в
башне нитрозой.
В башне 2, называемой концентратором, также по-
глощается сернистый ангидрид из газа и окисляется ни-
трозой в серную кислоту. Концентрация исходной сер-
ной кислоты в нитрозе после второй башни достигает
80—83%, а концентрация окислов азота—1—2,5%
N2O3. Такая нитроза после охлаждения от 130—140° С
до 40° С хорошо поглощает окислы азота из газа в по-
следней абсорбционной башне 10. Для повышения плот-
ности орошения башни 10 часть вытекающей из нее ни-
трозы поступает снова на эту же башню.
Окисление сернистого ангидрида практически закан-
чивается в продукционной башне 3, которая орошается
нитрозой, содержащей 84—86% исходной серной кисло-
ты и 9—11% N2O3. Температура нитрозы, поступающей
на орошение башен 1, 2, 3, поддерживается в пределах
55—60° С. Башни 1, 2, 3 являются продукционными, так
172

как в них в той или иной степени происходит окисление
SO2 и образование серной кислоты.
В процессе окисления сернистого ангидрида нитрозой
в продукционных башнях концентрация окислов азота
в газе достигает 5—6% (NO + NOj). Часть окислов
азота успевает абсорбироваться нитрозой в башне 3.
Большая часть их поступает вместе с газом в безнаса-
дочную неорошаемую башню 6, которая называется оки-
слительной. Здесь происходит окисление окиси азота в
двуокись.
Для регулирования степени окисления имеется дрос-
сельная заслонка 4, поворотом которой можно часть
газа направить по обводному газоходу 5, минуя баш-
ню 6.
После окислительной башни газ направляется в баш-
ни 7, 8, 10, где происходит абсорбция окислов азота сер-
ной кислотой, содержащейся в орошающих нитрозах.
Абсорбционная башня 7 орошается нитрозой, вытекаю-
щей из башен 3 и 8. Для лучшей абсорбции окислов азо-
та нитроза после башни 3 охлаждается водой в холо-
дильниках до 40—45° С.
На орошение башни 8 подается нитроза, вытекающая
из башни 10.
Передача газа в башенной системе осуществляется
вентилятором 9, устанавливаемым перед последней аб-
сорбционной башней 10j
После башни 10 газ содержит 0,1—0,25% (NO + NO2),
0,1% SO2, до 5 г/нм3 тумана и брызг серной кислоты.
Для улавливания брызг и тумана серной кислоты уста-
навливают мокрый электрофильтр 11 или циклон-брызго-
уловитель.
В процессе производства неизбежны потери окислов
азота с отходящими газами вследствие неполноты по-
глощения, с готовой продукцией и т. д. Для компенса-
ции этих потерь в башни 2 и 3 из напорного бачка
подается меланж (азотная кислота). На некоторых за-
водах в продукционные башни вводят окислы азота,
получаемые при контактном окислении аммиака.
Вода, необходимая для образования и разбавления
серной кислоты, вводится в башни 1 и 3.
Образование серной кислоты, окисление окиси азота
и абсорбция окислов азота протекают с выделением
большого количества тепла. Кроме того, тепло вводится
174
в систему с обжиговым газом. Для поддержания необ-
ходимого температурного режима нитроза после башен
1, 2, 3 охлаждается в холодильниках.
Технологический режим башенных систем, имеющих
интенсивность кислотообразования до 200 кг/м3 • сут, при-
веден в табл. 18.
Таблица 18
Технологический режим высокоинтенснввой башенной системы
Показатель	Единица измерения	Норма
Содержание пыли в обжиговом газе	г) нм'	Не более 0,1
Содержание сернистого ангидрида в обжиговом газе	% об.	10—14
Плотность орошения башен (кроме денитратора)	М3]Мг  ч	7—12
Температура нитрозы, орошающей продукционные башни Состав нитрозы, орошающей продук- ционные башни:	°C	55—60
нитрозность N2O3	%	8—11
содержание H2SO4HCX		83—86
плотность Состав газовой фазы перед абсорб- ционными башнями:	г/л3	1,767—1,790
содержание SO2	%	Не белее 0,1—0,15
содержание NO+NO2	»	5—6
На 1 т моногидрата башенной серной кислоты расхо-
дуется 790—810 кг 45%-ного колчедана, 10—18 кг
100%-ной азотной кислоты и 40—50 м3 воды. В произ-
водстве башенной серной кислоты сера используется на
95%.
Аппаратура башенных систем
Окисление сернистого ангидрида и поглощение окис-
лов азота происходят в орошаемых башнях. Окисление
окиси азота в двуокись протекает в стальной башне без
насадки.
При определении общего объема всех башен исходят
из интенсивности системы, которую принимают равной
не менее 200 кг/м3 в сутки (в пересчете на моногидрат).
175
На отечественных заводах устанавливают от 5 до 7 ба-
шен высотой 14—16 м. Диаметр денитрационной башни
3—4 м, первой продукционной и последней абсорбцион-
ной 4,5—6 м, остальные башни имеют диаметр 6—8,5 м.
Продукционная башня (рис. 75) имеет стальной кор-
Рис. 75. Продукционная и абсорб-
ционная башни:
1 — выход нитрозы; 2 — корпус; 3— фу-
теровка; 4 — приводная разбрызгиваю-
щая турбина; 5 — крышка; 6 — насад-
ка; 7 — колосниковая решетка; 8—
стойки.
Рис. 76. Сливная воронка и
турбина для разбрызгивания
нитрозы.
пус 2, футерованный кислотоупорными плитами 3, кото-
рые защищают корпус от разрушения и в то же время
являются термоизоляцией. В качестве футеровочных ма-
териалов применяются андезитовые или диабазовые
плиты, сложенные на кислотостойком растворе.
Для увеличения поверхности соприкосновения нитро-
зы с газом башни заполняют насадкой 6 из кислото-
упорных керамических или фарфоровых колец размером
50X50 мм в верхней части и 120X120, 100X100, 80Х
Х80 мм в нижней части башни.
Обжиговый газ поступает в нижнюю часть башни и
выходит через отверстие в верхней крышке 5 из армиро-
176
ванного кислотоупорного бетона. В абсорбционных баш;
нях, где температура ниже и практически отсутствует
сернистый ангидрид, крышки делают из стали. В дени-
трационной башне толщина футеровки больше, чем в
других башнях системы, так как в эту башню поступает
газ с более высокой температурой.
Для разбрызгивания нитрозы по сечению башни при-
меняются разнообразные устройства. В настоящее время
наибольшее распространение получили центробежные
разбрызгиватели, называемые приводными турбинами
(рис. 76), которые устанавливают на верхней крышке
орошаемых башен.
Нитроза из трубопровода 3 стекает через конусную
сливную воронку 2 на вращающуюся звездочку 1, наса-
женную на стальной вал 6, который приводится во вра-
щение электродвигателем 4 через редуктор 5. При вра-
щении турбины нитроза равномерно разбрызгивается
по насадке башни.
Чугунная турбина (рис. 77) имеет ребристые лучи
1 разной длины; чем длиннее ребро, тем дальше отбра-
сывается нитроза. Длина ребер подбирается так, чтобы
нитроза равномерно распределялась по сечению башни.
В ступице 2 турбины имеются каналы 3, через которые
орошается центр башни.
В последние годы стали устанавливать полые (без-
насадочные) абсорбционные башни. Это позволило по-
высить интенсивность башенных установок, снизить ги-
дравлическое сопротивление системы и ликвидировать
простои из-за промывки башен.
Безнасадочная абсорбционная башня показана на
рис. 78. Для равномерного распределения газа по сече-
нию башни в нижней части расположена колосниковая
решетка 9, на которой уложен слой насадочных колец /
высотой 1—1,75 м. Верхняя часть насадки выложена
кислотоупорным кирпичом 8, поставленным на ребро.
При падении струй нитрозы на ребро кирпича происхо-
дит дополнительное разбрызгивание жидкости.
Распыление нитрозы в безнасадочных башнях произ-
водится спиральными (рис. 79) и колпачковыми
(рис. 80) распылителями. Обычно в башне устанавли-
вают несколько распылителей. На периферии башни диа-
метром 5 м (рис. 79) устанавливают три колпачковых
распылителя длиной 6 Л! и три—длиной 3 м. Длинные
12—1098
177
и короткие распылители чередуются между собой. В га-
зоход для отвода газа из башни также помещают рас-
пылители 5, что увеличивает поверхность соприкоснове-
ния газа с нитрозой.
В нижней части башни размещены пять спиральных
распылителей 2.
Рис. 77. Турбина для раз-
брызгивания кислоты и нит-
розы:
/ — ребристые лучи; 2—ступица;
3 — каналы с лопастями для оро-
шения центра башни; 4— вал;
5 — конусная гайка.
Рис. 78. Безнасадочная абсорбци-
онная башня:
1 — слой насадочных колец; 2—спи-
ральные распылители; 3 — колпачко-
вые распылители; 4 — коллектор нитро-
зы; 5 — распылители нитрозы в газо-
ходе; 6— выход газа; 7 — фильтр для
нитрозы; 8— кислотоупорный кнрпи4;
9 — колосники;
Колпачковый распылитель (рис. 80) состоит из сталь-
ной или чугунной трубы 3, длина и диаметр которой
определяются по расчету. По длине трубы через опреде-
ленное расстояние располагаются отверстия 5 для исте-
чения нитрозы. Отверстия перекрываются чугунными
колпаками 2 таким образом, что вылетающие струи ни-
трозы касаются нижней кромки колпаков. При этом про-
исходит дополнительное разбрызгивание. Нижняя часть
трубы распылителя закрыта концевой муфтой 1. Колпа-
ки укрепляются на трубах стопорными болтами 4.
Окислительная (безнасадочная) башня изготовля-
ется из стали. Для лучшего охлаждения газа, более пол-
178
кого окисления окиси азота в двуокись и частичного
поглощения окислов азота в последнее время на некото-
рых заводах окислительные башни орошают нитрозой,
распыляемой спиральными или колпачковыми распыли-
телями.
Для улавливания брызг и тумана серной кислоты из
отходящих газов применяются мок-
рые электрофильтры типа МТ-9,5.
Стальные осадительные электроды в
электрофильтре размещены в сталь-
ном цилиндрическом корпусе, футе-
рованном кислотоупорными кирпи-
чом или плитками. Коронирующие
электроды изготовлены из ферроси-
лида. Остаточное содержание брызг
и тумана серной кислоты в газе пос-
ле электрофильтров должно быть
40 л«г/ля3.
Для охлаждения циркулирую-
щей нитрозы применяют спираль-
ные, оросительные и погружные
холодильники.
Спиральные холодильники изго-
товляют из двух длинных стальных
листов, свернутых в спираль. При
этом образуются два узких спираль-
ных канала. По одному из каналов
движется нитроза, по другому — ох-
лаждающая вода. Так как скорость
нитрозы в каналах достигает 1,2—
1,5 м!сек, то через небольшую по-
верхность холодильника отводится
значительное количество тепла. Эти
холодильники компактны, герметич-
ны, изготовление их обходится де-
Рис. 79. Спиральный
распылитель.
шевле, чем оросительных.
Погружные холодильники для охлаждения нитрозы
имеют змеевики из стальных труб. Наружную поверх-
ность стальных змеевиков пассивируют, обрабатывая их
нитрозой, с максимальным содержанием окислов азота
при температуре 70° С в течение нескольких часов. Ко-
нец пассивирования определяется по прекращению вы-
12
179
деления пузырьков газа на поверхности нитрозы и по
блестящей поверхности змеевиков.
Оросительные холодильники для охлаждения нитро-
зы устроены так же, как в контактном производстве (см.
рис. 61).
Рис. 80. Колпачковый распылитель.
Нитроза
I
Материалом для изготовле-
ния оросительных холодильни-
ков в башенном производстве
служат чугуны и сталь. В ка-
честве прокладочного материа-
ла для фланцевых соединений
применяется асбест. Для защи-
ты асбестовых прокладок от
размывания водой все фланце-
вые соединения прикрываются
разъемными муфтами из же-
сти или пластмассы. При не-
плотности соединений муфты
исключают попадание воды в
вытекающую нитрозу, чем пре-
дохраняют фланцы от разру-
шения.
Готовую серную кислоту охлаждают в холодильниках
из специальной стали или антегмита.
180
Перемещение кислоты и газа
Для орошения башен, перекачки готовой кислоты и
меланжа в сернокислотном производстве применяются
центробежные насосы различной конструкции. Насосы
для перекачивания меланжа и готовой продукции обыч-
но работают периодически, на орошение башен — не-
прерывно, так как башни орошаются большим количест-
вом кислоты, которая
должна поступать равно-
мерно и непрерывно. Пе-
ребои в подаче кислоты
нарушают технологиче-
ский режим, и поэтому со-
вершенно недопустимы.
Кислотные и серные
насосы. В контактном и
Рис. 81. Схема рабочего колеса
центробежного насоса:
1,2 — ДИСКИ: 3 — вал; 4 — втулка; 5 —
лопасти.
башенном производствах
применяются центробеж-
ные насосы горизонталь-
ного и вертикального ти-
ПОВ.
Устройство рабочего колеса центробежного насоса
показано на рис. 81. При вращении рабочего колеса
кислота попадает на лопатки в центре колеса и отбра-
сывается центробежной силой к стенкам корпуса. При
этом в корпусе создается давление, которое выбрасыва-
ет кислоту в трубопровод.
На рис. 82 показан горизонтальный центробежный
кислотный насос с сальниковым уплотнением. Внутри
корпуса насоса помещено рабочее колесо 6, жестко на-
саженное на вал 8, который укреплен на чугунной ста-
нине 1 при помощи шарикоподшипников 9 и 11.
Вращение от электродвигателя передается валу че-
рез муфту 13. При вращении рабочего колеса кислота
входит в корпус 3 через всасывающее отверстие 5 и вы-
ходит из него через нагнетательный патрубок.
Для сальникового уплотнения вращающегося вала
применяют асбестовый шнур, пропитанный тавотом, сме-
шанным с графитовым порошком.
Бессальниковый горизонтальный центробежный на-
сос (рис. 83) отличается от сальникового специальным
приспособлением, которое при пуске насоса сдвигает вал
18!
по направлению к насосу на 0,5 мм, вследствие чего
обеспечивается плотность и устраняется износ подо-
гнанных деталей.
Горизонтальные насосы подключаются к сборникам
по схеме, показанной на рис. 84.
Рис. 82. Центробежный кислотный насос с
сальниковым уплотнением:
В связи с увеличением орошения башен нитрозой на
башенных сернокислых системах в последние годы уста-
навливаются циркуляционные насосы производитель-
ностью 250 №/«.
Для перекачки кислот и жидкой серы промышлен-
ность химического машиностроения выпускает верти-
кальные центробежные погружные насосы. В отличие от
центробежных насосов, описанных выше, они устанав-
ливаются на опорном кольце сборника и погружаются в
перекачиваемую жидкость.
Преимуществом вертикальных насосов является от-
сутствие сифонов, подводящих • кислотопроводов и саль-
ников. Кроме того, насос занимает мало места и может
быть очень быстро пущен в работу. Схема вертикального
насоса показана на рис. 85.
Устройство вертикального погружного насоса пока-
182
зано на рис. 86. Насос состоит из вертикального вала 8,
иа котором укреплено рабочее колесо 14, подающее
кислоту в нагнетающий кислотопровод 11, внутри кото-
Рис. 83. Бессальниковый центробежный насос:
1 — крышка; 2 — корпус; 3 — рабочее колесо; 4 — вал; 5 — стани-
на; 6 — устройство для смазки подшипников; 7 — муфта.
рого проходит защитная труба с валом. Электродвига-
тель 5 насоса крепится к верхнему фланцу 9 нагнета-
тельной трубы.
Рис. 84. Схема подключения насоса к сборнику кислоты:
а — непосредственное подключение; б — подключение через сифон; в — подклю-
чение через полусифои; 1 — сборник; 2—кислотопровод; 3— насос; 4 — электро-
двигатель.
Характеристики погружных вертикальных насосов
для перекачивания серной кислоты различной концен-
трации и расплавленной серы приведены в табл. 19.
183
Таблица 19
Характеристика погружных вертикальных насосов (напор 35 м)
Марка насоса	Производи- тельность, м'Чч	Высота вса- сывания, м	Концентрация HaSO4, %		1емпература кислоты, °C	Мощность электродви- гателя, кет	Число оборо- тов электро- двигателя, мин
ЗХП-6И	60	3,24	30—40	35	—40	20	2940
	60	1,42	65—75	40	—70	20	2940
ЗХП-6Е	60	0,70	93-98	30—70		28	2940
ЗХП-6Л	60	0,56	Олеум	45	н-75	28	2940
4ХП-9И	90	2,20	30—40	35—40		28	2940
	90	0,5*3	65—75	40	—70	28	2940
4ХП-9Е	90	-0,02	93—98	зс	—70	40	2950
4ХП-9А	90	—0,25	Олеум	45—70		40	2950
5ХП-6И	150	5,51	30-40	35-40		55	1470
	150	3,72	65—75	40	—70	55	1470
5ХП-6Е	150	3,01	93—98	30—70		75	1470
5ХП-6А1	150	2,77	Олеум	45	—70	75	1470
5ХП-6А2	150	3,01	93—98	30	-70	75	1470
7ХП-9И	250	3,11	• 30-40	35	—40	75	1470
	250	1,32	65—75	40	—70	100	1470
7ХП-9Е	250	0,61	93—98	30	—70	100	1470
7ХП-9А	250	0,376	Олеум	45	—70	100	1470
1,5 ВХС-4Х2	3-5	—	40	120		5,5	3000
ЗВХС-6	20	—	0,2—75		50	10	2930
2ВХС-1.5	1.6	—	Расплавлен- ная сера	145	—148	7	2900
Вентиляторы башенных систем. Для перемещения
газа в башенных системах применяются центробежные
вентиляторы, которые располагаются перед последней
абсорбционной башней, где газ имеет температуру око-
ло 35—40°С и практически не содержит сернистого ан-
гидрида и окислов азота.
На рис. 87 показан хвостовой вентилятор, сварной
корпус которого изготовлен из листовой стали толщиной
6—8 мм. Рабочее колесо 4 вентилятора изготовлено из
хромоникелевой стали толщиной 7 мм с присадкой ти-
тана. Стальная ступица 2 рабочего колеса укреплена на
стальном валу 8 шпонкой.
Производительность хвостовых вентиляторов совре-
менных башенных систем составляет 30—50 тыс. нмъ1ч
газовой смеси.
184
Обычно в башенной системе устанавливается один
работающий и второй резервный хвостовой вентиля-
торы.
Обслуживание башенного отделения
Контроль за работой башенного отделения сводится
к наблюдению за температурой и составом циркулирую-
щей нитрозы, тягой, количеством орошения в башнях,
распределением воды и нитрозы в
холодильниках, содержанием окис-
лов азота в отходящих газах, свое-
временной выдачей качественной
продукции. Для каждого цеха уста-
навливаются нормы технологическо-
го режима с учетом особенностей ап-
паратуры и технологических показа-
телей печного отделения.
Соблюдение установленных норм
технологического режима гаранти-
рует удовлетворительную и беспере-
бойную работы башенного отделе-
ния. Равномерная работа башенно-
го отделения обеспечивается при
отсутствии резких колебаний содер-
жания сернистого ангидрида в об-
жиговом газе.
Длительное несоблюдение нормы
содержания пыли в печном газе мо-
жет вызвать засорение насадки в
башнях и в холодильниках, что при-
ведет к снижению выработки кисло-
Рис. 85. Схема ус-
тановки вертикаль-
ного погружного
насоса
на сборнике:
1 — корпус с рабочим
колесом; 2 — муфта;
3 — электродвига-
тель.
ты или к остановке цеха для очистки аппаратуры.
Перебои в подаче нитрозы на орошение башен или
недостаточное количество орошения могут вызвать по-
тери окислов азота с отходящими газами. Бесперебой-
ное и достаточное орошение башен обеспечивается при
удовлетворительной подаче нитрозы работающими насо-
сами и при исправных резервных насосах.
Повышение температуры циркулирующей нитрозы
может возникнуть при неравномерном распределении
охлаждающей воды или кислоты по холодильникам. При
недостатке воды или загрязнении холодильников также
повысится температура кислоты.
185
Подача в продукционные башни необходимого коли-
чества меланжа и воды гарантирует постоянный состав
нитрозы. При повышении плотности нитрозы необходимо
Рис. 86. Центробежный вер-
тикальный насос:
1 — бессальниковое уплотнение;
2, 6 — муфты; 3 — опорное коль-
цо сборника; 4 — сальниковое
уплотнение; 5 —- электродвига-
тель; 7 — шарикоподшипники;
8 — вал; 9 — фланцы; 10 — на-
гнетательный патрубок; 11 — наг-
нетательная труба; 12 — корпус
насоса; 13 — болты; 14 — рабочее
колесо; 15 — всасывающий пат-
рубок.
усилить подачу воды в про-
Аукционные башни.
Изменяя температуру и
состав циркулирующей ни-
трозы, можно регулировать
степень окисления окислов
азота.
Уровень нитрозы в сбор-
нике не должен превышать
2/з высоты. Это создает бла-
гоприятные условия для хо-
рошей работы циркуляцион-
ных насосов и предотвра-
щает перелив кислоты при
внезапной остановке цеха.
При остановке цеха сле-
дует немедленно выключить
все работающие электро-
двигатели, прекратить пода-
чу воды и меланжа в баш-
ни и перекрыть воду на хо-
лодильники.
Положением дроссельных
заслонов на газоходе, под-
водящем газ в первую аб-
сорбционную башню также
можно измерять степень
окисления окислов азота.
Соблюдение технологи-
ческого режима в башенном
отделении зависит от посто-
янства количества и соста-
ва обжигового газа, посту-
пающего из печного отде-
ления. При отсутствии авто-
матического регулирования
количества и состава обжи-
гового газа требуется под-
держивать постоянную связь
с печным отделением. Это
186
позволяет принимать нужные меры по устранению нару-
шений режима, возникающих по вине печного отделения.
Равномерное распределение подаваемого орошения
по всему поперечному сечению каждой башни также яв-
ляется залогом хорошей работы отделения. Поддержа-
башенной системы:
1 — корпус; 2 — ступица колеса: 3—
подшипники; 4—рабочее колесо;
5 — направляющий патрубок; 6 —
вход газа; 7 — сальниковое уплотне-
ние; 8 — вал.
ние в удовлетворительном состоянии оросительных уст-
ройств — необходимое условие нормальной работы от-
деления. Крайне нежелательными для процесса являют-
ся подсосы воздуха, возникающие вследствие неплотности
аппаратуры и газоходов. Засасываемый воздух выносит
влагу, которая разбавляет кислый конденсат на внутрен-
ней поверхности газоходов и вентиляторов, вследствие
чего возможно их быстрое разрушение.
Пуск башенной системы после длительной остановки
производится по специальной инструкции. При пуске
системы вначале включают поочередно все циркуля-
ционные насосы, далее пускают турбинки для распреде-
ления орошения по насадке башен, затем воду на
холодильники и включают хвостовой вентилятор.
187
Комбинированный контактно-башенный
способ производства серной кислоты
Разработка комбинированного контактно-башенного
способа получения серной кислоты в СССР начата одно-
временно с появлением башенных систем (1927 г.). В на-
стоящее время производство серной кислоты контак-
тно-башенным способом освоено в промышленном мас-
штабе.
Преимуществом этого способа является возможность
получения крепкой кислоты с высокой степенью чистоты
при более низкой стоимости ее, чем в контактном про-
изводстве.
Сущность контактно-башенного процесса состоит в
том, что весь обжиговый газ или часть его перед посту-
плением в башенную систему пропускают через контакт-
ный аппарат. Полученный в аппарате серный ангид-
рид используется для получения концентрированной
серной кислоты, а оставшийся непоглощенный сернис-
тый ангидрид перерабатывается обычным башенным
методом.
Для упрощения технологической схемы необходимо,
чтобы серосодержащее сырье для контактно-башенного
производства не содержало мышьяка и селена. Таким
сырьем является элементарная сера Раздольского мес-
торождения.
При контактном окислении сернистого ангидрида
обжигового газа, не подвергшегося тонкой очистке, реко-
мендуется применять контактные аппараты с псевдоожи-
женным слоем катализатора. В качестве контактной
массы в аппаратах, в которых не требуется достигать
высокого процента контактирования, целесообразно при-
менять механически прочный железный катализатор,
изготовленный на основе колчеданных огарков. Достоин-
ствами этого катализатора по сравнению с широко при-
меняемыми ванадиевыми контактными массами являют-
ся его низкая стоимость и устойчивость к действию кон-
тактных ядов. На железных катализаторах легко дости-
гается 30—40% контактирования.
При комбинированном способе производства серной
кислоты резко снижается расход азотной кислоты на 1 т
моногидрата и повышается степень использования тепла
обжиговых газов и тепла, выделяющегося при окисле-
нии сернистого ангидрида.
188
Особенностью комбинированного метода является то,
что оставшийся в обжиговом газе сернистый ангидрид
окисляется нитрозой в присутствии остатков серного ан-
гидрида.
Комбинированные контактно-башенные установки
позволяют выдавать готовую продукцию в виде башен-
ной кислоты, или концентрированную, содержащую 92—
98% моногидрата или то и другое.
Технологическая схема комбинированной установки
с выдачей продукции в виде обычной башенной кислоты
показана на рис. 88. Сера из плавилки 1 погружным на-
сосом 2 через фильтр 5 подается в сборник 3, откуда
насосом 4 нагнетается в форсунки печи 6. Обжиговый
газ, содержащий 14% SO2 при температуре 950° С, по-
ступает в котел-утилизатор 7, где охлаждается до 450° С.
Весь обжиговый газ или часть его после разбавления
подогретым воздухом для снижения содержания сер-
нистого ангидрида от 14 до 8% поступает в контактный
аппарат 8. После контактирования на 50—70% газ, со-
держащий 2,4—4,0% сернистого ангидрида при тем-
пературе 450° С, направляется в денитрационную башню
10 и концентрационную башню 12. В этих двух башнях
сернистый ангидрид окисляется нитрозой на 80—90%
в серную кислоту.
Газ с содержанием 0,24—0,4% сернистого ангидрида
поступает в башню 14, где поглощаются окислы азота и
заканчивается переработка сернистого ангидрида в сер-
ную кислоту.
После окислительной башни 15 газ поступает в аб-
сорбционные башни 16, 17, 19, в которых орошающая
нитроза поглощает серный ангидрид и окислы азота.
В башне 16 поглощается основная часть серного анги-
дрида и окислов азота, поэтому нитроза с высоким со-
держанием окислов азота после этой башни направляет-
ся на орошение продукционных башен 10, 12, 14. В мок-
ром электрофильтре 20 улавливаются туман и брызги
серной кислоты из отходящих газов. Готовая продукция
из денитрационной башни 10 выводится в виде 76 %-ной
серной кислоты.
Производительность башенной системы по такой схе-
ме значительно выше, а расход азотной кислоты на 1 т
моногидрата ниже, чем при получении серной кислоты
в обычной башенной системе.
189
Рнс. 88. Схема производства башенной кислоты контактно-башенным способом:
1 — плавилка серы; 2, 4 — насосы д^ля серы; 3 —сборник серы; 5— фильтр серы; 6—печь; 7—котел-утилизатор; 8 — контак-
тный аппарат; 9 — теплообменник; 10 — денитратор; 11— бак для азотной кислоты; 12 — башня.концентратор: 13— бак для
воды; 14— продукционная башня; 15 — окислительная башня; 16, 17, 19 — абсорбционные башни; 18— хвостовой вентилятор;
20 — электрофильтр; 21 — сборники; 22 — насосы.
Рис. 89. Схема производства концентрированной кислоты контактно-башенным способом:
1 — плавилка серы; 2, 5— иасосы для серы; 3—фильтр; 4 — сборник серы; 6—печь; 7 — котел-утнлизатор; 8—
контактный аппарат: 9 — пароперегреватель; 10 — теплообменник; 11 — концентратор-абсорбер; 12 — денитратор;
13—бак для азотной кислоты; 14 — бак для воды; 15 — продукционная ба ши я; 16— окислительная башня; 17, 18,
20 — абсорбционные башни; 19 — хвостовой вентилятор; 21 — электрофильтр; 22—сборники; 23 — иасосы.
Для получения всей продукции в виде концентриро-
ванной кислоты необходимо весь обжиговый газ направ-
лять в контактный аппарат (рис. 89).
Газ после контактного аппарата 8, пройдя паропере-
греватель 9 и теплообменник 10, поступает в башню-
концентратор-абсорбер 11. В этой башне происходит по-
глощение серного ангидрида кислотой. Вытекающая из
башни продукционная кислота, содержащая 92% моно-
гидрата, после охлаждения в холодильнике собирается в
сборнике 22, откуда насосом перекачивается на склад.
В башне 12 происходит денитрация нитрозы. Полу-
ченная при этом 72%-ная кислота после охлаждения на-
правляется на орошение абсорбера И. Окисление сер-
нистого ангидрида нитрозой происходит в башне 12 и
завершается в башне 15. Перешедшие из нитрозы в газ
окислы азота подготавливаются к поглощению в окис-
лительной полой башне 16. Абсорбция окислов азота
происходит в башнях 17, 18, 20.
Мокрый электрофильтр 21 служит для улавливания
брызг и тумана серной кислоты из отходящих газов.
Орошение последней абсорбционной башни купорос-
ным маслом существенно улучшает абсорбцию окислов
азота, что в конечном итоге снижает расход азотной
кислоты на 1 т моногидрата.
1
ГЛАВА
КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВА
СЕРНОЙ кислоты
Производство серной кислоты является непрерыв-
ным. Это облегчает контроль и автоматизацию
отдельных его стадий.
В производстве серной кислоты все аппараты соеди-
нены последовательно, поэтому нарушение работы одно-
го аппарата или узла влияет на режим всей системы. При
соблюдении технологического режима сернокислотный
завод может работать длительное время без регули-
ровки.
Автоматические методы контроля и регулирования в
производстве серной кислоты более полно гарантируют
соблюдение заданного режима, а также позволяют вы-
вести обслуживающий персонал из вредных для здо-
ровья производственных помещений. При автоматичес-
ких методах контроля измерения производятся непре-
рывно.
Автоматические приборы не только указывают, но и
регистрируют показания, а также подают сигнал при
отклонении от нормального режима.
Контроль производства должен обеспечить своевре-
менное выявление отклонений технологического режима,
с тем, чтобы вовремя их устранить и этим предупре-
дить нарушения на других участках.
Кроме того, контроль способствует более полному
использованию установленной аппаратуры, сырья и
вспомогательных материалов.
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Для измерения температуры
применяют ртутные термометры,
газа, кислоты и воды
термометры сопротив-
13*/2—1098
193
ления и термопары. Температуру до 300—500° С заме-
ряют термометрами сопротивления и ртутными. Прин-
цип действия термометра сопротивления основан на
свойстве металлов изменять проводимость при измене-
нии температуры. Основной частью термометра сопро-
тивления является тонкая проволочка, которая присое-
динена к прибору для измерения сопротивления (лого-
метру).
Температуру до 100° С измеряют медными термомет-
рами сопротивления. Более высокую температуру (до
300° С) измеряют платиновыми термометрами сопротив-
ления.
Для измерения температуры от 300 до 1800° С приме-
няют термопары. Действие термопары основано на появ-
лении электрического тока в месте спая двух проволо-
чек из разных металлов или сплавов. Измерение возни-
кающего тока производится гальванометром. Для за-
щиты от разрушения термопара помещается в защитную
гильзу из спецстали, фарфора или кварца.
Давление и разрежение измеряют U-образными мано-
метрами и микроманометрами. U-образный манометр
состоит из изогнутой стеклянной трубки, заполненной
водой, ртутью или другой жидкостью. Один конец труб-
ки присоединяют к аппарату или газоходу, в котором из-
меряют давление, а второй оставляют открытым. Если
давление в аппарате или газоходе равно атмосферному,
то жидкость в обоих коленах трубки устанавливается на
одном уровне. При повышенном давлении в аппарате
или газоходе уровень жидкости в открытом колене под-
нимается, при разрежении — опускается.
Разрежение или давление измеряется разностью
столбов жидкости в обоих трубках манометра в мм. На-
пример, если при замерах давления в газоходе U-образ-
ным манометром, залитым водой, уровень в открытом
колене поднялся на 136 мм выше уровня в колене, при-
соединенном к газоходу, то давление в газоходе выше
атмосферного на 136 мм вод. ст. В заводской практике
давление или разрежение часто выражают в мм ртут-
ного столба.
Измерение давления или разрежения до 50 мм вод.
ст. производят наклонным микроманометром, который
состоит из наклонной трубки, соединенной с резервуа-
ром, заполненным этиловым спиртом или водой. Возле
194
трубки укрепляется шкала с делениями, указывающими
разрежение или давление в мм. Микроманометр позво-
ляет измерять давление или разрежение с точностью до
0,1 мм вод. ст. Микроманометры и U-образные мано-
метры могут быть указывающие, записывающие и ди-
станционные.
Расход газа и жидкости измеряют при помощи диа-
фрагмы, устанавливаемой на прямом участке газохода
или трубопровода. Диафрагма представляет собой ме-
таллический диск с отверстием в центре. Диск закре-
пляется между двумя фланцами трубопровода. По пере-
паду давления до и после диафрагмы вычисляют ско-
рость потока и расход газа и жидкости.
В колчедане и огарке определяют содержание серы.
Для определения содержания серы сжигают навеску
колчедана или огарка в трубчатой электрической печи,
в токе воздуха или кислорода, образующийся при этом
сернистый ангидрид окисляют перекисью водорода в по-
глотительном сосуде. Полученную при поглощении сер-
ную кислоту титруют едкой щелочью, по количеству
которой рассчитывают процент серы.
В поступающем на обжиг колчедане определяют со:
держание влаги взвешиванием навески до и после сушки
в сушильном шкафу при температуре 80—100°С.
Содержание сернистого ангидрида в газе контроли-
руют автоматически при помощи термокондуктометри-
ческих газоанализаторов ТКГ-4, ТКГ-5 или электрохи-
мических ЭХГ-5 и ГЭБ-У2.
Газовая смесь перед подачей в газоанализатор пред-
варительно очищается от пыли и высушивается. Содер-
жание пыли в газе определяют при пропускании изме-
ренного количества анализируемого газа через взвешен-
ный стаканчик с дырчатым дном, наполненный стеклян-
ной ватой. Стаканчик вставляют в железный патрон с
отверстием в крышке. Патрон помещают в газоход и по
привесу стаканчика и объему прошедшего через него
газа рассчитывают запыленность газа. Имеются также
автоматические пылемеры, измеряющие содержание пы-
ли в газе при помощи фотоэлементов.
Уровень серы в сероплавилках, отстойниках и на-
порных баках измеряют пьезометрическими уровнеме-
рами. Измерение и автоматическое регулирование кон-
центрации моногидрата, олеума и сушильной кислоты
13'/2*
195
производятся с помощью кондуктометрических концен-
тратомеров типа КСО-3.
Периодическое измерение плотности нитрозы и вод-
ных растворов серной кислоты производится при помощи
ареометра, который представляет собой стеклянный по-
лый цилиндр, в верхней части заканчивающийся труб-
кой. В трубке помещена шкала, в нижней широкой ча-
сти цилиндра—груз. Ареометр погружают в цилиндр,
наполненный нитрозой или кислотой, таким образом,
чтобы он плавал свободно, не касаясь стрнок цилиндра.
Шкала ареометра указывает плотность жидкости при
температуре замера. Ареометр градуирован при темпера-
туре 20°С. Если температура серной кислоты или нитрозы
при измерении плотности отклоняется от 20° С, то необ-
ходимо ввести поправку. Если температура кислоты или
нитрозы во время замера выше 20° С, то поправку при-
бавляют к показаниям ареометра, если ниже, то отни-
мают.
Плотность
по замеру, г/мл
1,000-1,170
1,170—1,450
1,450—1,580
1,580—1,750
1,750—1,820
1,820—1,840
Поправка при отклонении
температуры иа 1° С
±0,0006
±0,0007
±0,0008
±0,0009
±0,001
±0,0008
Например, при измерении кислоты ареометром при
температуре 60° С плотность равна 1,752. Разность тем-
пературы в данном случае составляет 40° С, поправка
на 1° — 0,001, следовательно на 40° С она составит
0,001X40=0,04. Плотность кислоты, приведенная к 20°С
будет 1,792. Зная плотность кислоты, по специальной та-
блице (см. приложение 8) можно определить и содержа-
ние моногидрата в кислоте.
Концентрация серной кислоты и олеума на отечест-
венных заводах измеряется в последние годы при по-
мощи специальных приборов, называемых концентрато-
мерами. Измерение концентрации серной кислоты и
олеума основано на измерении их электропроводности.
Для определения концентрации серной кислоты и
олеума в лабораторных условиях пользуются концен-
тратомером конструкции УНИХИМ, типа ЛК-3. Этот
196
прибор может измерять концентрацию серной кислоты в
пределах 65—70, 72—78, 93—96, 96—99% моногидрата
и олеума в пределах 15—25% свободного серного анги-
дрида. Длительность одного измерения прибором ЛК-3
не превышает 3-х мин.
Для непрерывного измерения концентрации серной
кислоты в отдельных аппаратах применяют концентра-
томеры типа КСО-2 и КСО-3, которые являются автома-
тическими непрерывно действующими приборами, изме-
ряющими концентрацию серной кислоты и олеума, про-
ходящих через датчик прибора со скоростью 2 л/мин.
Концентрацию окислов азота в нитрозе башенного
производства определяют титрованием нитрозы отме-
ренным объемом перманганата до исчезновения розово-
го окрашивания и по количеству израсходованной ни-
трозы по таблицам определяют содержание трехокиси
азота.
Концентрацию исходной серной кислоты в нитрозе
определяют по ее плотности и нитрозности при помощи
номограммы (см. рис. 70).
Загрузка железнодорожных цистерн контролируется
при помощи сигнализатора СНЦ-2.
Появление серной кислоты в сточных водах холо-
дильников обнаруживается светозвуковыми сигнализа-
торами СК-4 и СЭ-1. Наличие тумана серной кислоты
после мокрых электрофильтров определяют туманомет-
ром типа АФТ.
Серная кислота в отходящих газах контактных уста-
новок определяется при пропускании газа через увлаж-
ненную гигроскопическую вату, которая задерживает
брызги и туман серной кислоты. Раствор, полученный
после промывки ваты, титруют сначала раствором иода,
а затем едкой щелочью. По объему израсходованного
иода определяют количество поглощенного сернис-
того ангидрида, а по объему едкой щелочи — общую
кислотность. По этим данным рассчитывают содержание
серной кислоты в газе.
Содержание влаги в газе перед контактным аппара-
том определяется влагомером. Влага в газе определя-
ется также при поглощении ее фосфорным ангидридом в
двух последовательно соединенных U-образных трубках,
наполненных смесью асбестовой ваты с фосфорным анги-
дридом.
197
Содержание окислов азота в отходящих газах башен-
ной системы и степень окисления окиси азота в двуокись
определяют колориметрическим методом, при котором
измеряют интенсивность темно-бурой окраски двуокиси
азота. Определение интенсивности производится сравне-
нием окраски исследуемого газа в рабочей трубке, под-
ключенной к газоходу, с окраской эталонных трубок, в
которых известно содержание двуокиси. Для определе-
ния концентрации окиси азота производят второе опре-
деление интенсивности окраски, для чего исследуемый
газ выдерживают 10 мин в рабочей трубке для окисле-
ния окиси азота в двуокись, затем определяют содер-
жание двуокиси сравнением с эталонными трубками и
вычисляют общее содержание и степень окисления окис-
лов азота в газе. Содержание окиси азота находят по
разности между вторым и первым определениями.
Температура и концентрация сернистого ангидрида
перед контактным аппаратом поддерживаются постоян-
ными. Это достигается автоматической дозировкой холод-
ного и подогретого воздуха, добавляемого к газу. Для
регулировки концентрации сернистого ангидрида при-
меняется газоанализатор ТКГ-4 в комплексе с электрон-
ным потенциометром ЭПД-32. В качестве регулятора
температуры газа используется электронный потенцио-
метр с изодромным регулирующим устройством ЭПД-32
с хромель-алюмелевой термопарой ТХА. Регулирование
подачи воздуха к газу осуществляется дроссельной за-
слонкой ПРЗ, вращаемой пневматическим приводом
МПП-250.
Давление воздуха, подаваемого в сушильные башни,
печное и контактное отделения, регулируется автома-
тически сбросом избыточного холодного воздуха перед
выносным теплообменником контактного аппарата.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
Автоматизация печей для сжигания серы. При плав-
лении элементарной серы автоматически регулируются
количество загружаемой серы для поддержания постоян-
ного уровня жидкой серы в плавилке, и температура в
пределах 145° С для бесперебойной подачи жидкой серы
в печь, так как при этой температуре сера имеет наи-
большую текучесть.
198
На рис. 90 показана принципиальная схема автома-
тизации загрузки твердой серы в плавилку. Твердая сера
из склада грейферным краном подается в бункер 2, из
которого при помощи лоткового питателя 1 загружается
в сероплавильную ванну 4,. Сухая сера в плавильной
ванне перемешивается мешалкой 3 с жидкой серой,
имеющей температуру 145° С. Расплавленная сера по-
гружным насосом 6 подается в напорный бак 7, обогре-
ваемый паром или горячим воздухом. Из напорного бака
жидкая сера с температурой 150°С самотеком поступает
в пневматические форсунки 8 печи 10. Для распыления
серы в форсунки подается воздух давлением 6 ат. Вто-
ричный воздух нагнетается вентилятором в печь.
Электродвигатель лоткового питателя включается
при снижении уровня серы в плавилке ниже установлен-
ной нормы. При этом поплавок опускается вниз и тянет
за собой сердечник, находящийся в индукционной маг-
нитной катушке. Сердечник, в свою очередь, вызывает
управляющее напряжение, которое передается на вто-
ричный электронный прибор 5 ЭПИД-03, включающий
магнитный пускатель электродвигателя лоткового пита-
теля, и происходит загрузка твердой серы до восстанов-
ления нормального уровня. Затем сердечник в катушке
поднимается, электродвигатель отключается, загрузка
серы прекращается.
На вторичном приборе имеется диаграмма, на кото-
рой записывается количество загрузок. По ранее уста-
новленному весу одной загрузки определяют расход
серы.
Заданная температура в плавилке и напорном баке
поддерживается при помощи пневматических изодром-
ных регуляторов, состоящих из термометра сопротивле-
ния ЭТП-111, вторичного электронного моста ЭМД-232,
которые изменяют подачу греющего пара или воздуха в
змеевики.
Автоматическое регулирование концентрации сернис-
того ангидрида в обжиговом газе серных печей осуще-
ствляется изменением количества подаваемого в печь
воздуха при заданном расходе жидкой серы, который
устанавливается по производительности насоса, подаю-
щего серу на разбрызгивание. Количество воздуха изме-
няется автоматически в зависимости от концентрации
сернистого ангидрида в газе. В качестве регулятора кон-
199
- Пор из котла
утилизатора
Рис. 90. Автоматическое регулирование подачи серы в сероплавилку:
/—лотковый питатель; 2 — бункер серы, 3 — мешалка; 4 — ванна; 5 — электронный прибор ЭПИД-03; 6 — погруж-
ные насосы; 7 — напорный бак; 8 — форсунки; 9 — воздухопровод; 10 — печь; // — камера догорания серы; 12 — воз-
духодувка; 13 — компрессор; 14— ресивер.
центрации газа используются термокондуктометрические
газоанализаторы ТКГ-4 или ТКГ-5.
Автоматизация печей для обжига колчедана. По-
стоянная концентрация сернистого ангидрида в обжиго-
вом газе обеспечивается равномерной и непрерывной
загрузкой печей колчеданом при помощи питателей,
которые могут бесперебойно работать только при непре-
рывном поступлении материала из бункера. Прекраще-
ние подачи материала в питатель может быть при зави-
сании влажного колчедана в бункере.
Зависание колчедана устраняется установкой обра-
щенных бункеров и применением автоматических вибро-
обрушителей колчедана. Виброобрушитель состоит из
вибратора, укрепленного на ложной стенке бункера.
Вибратор представляет собой трехфазный асинхронный
электродвигатель, на выходнО1М валу которого укреплены
два неуравновешенных груза. Мощность электродвига-
теля — 0,4 кет, число оборотов — 2800 об!мин, напряже-
ние — 36 вт.
Включение вибратора в работу производится элек-
тронным сигнализатором, который срабатывает при от-
сутствии колчедана в горловине бункера. После загруз-
ки колчедана в бункер вибратор автоматически выклю-
чается.
Автоматизация печей для пылевидного обжига фло-
тационного колчедана. Автоматизация печей для пыле-
видного обжига позволяет снизить содержание серы в
огарке до 0,5% и устранить шлакование печей. Постоян-
ное содержание сернистого ангидрида в обжиговом газе
дает возможность увеличить процент контактирования
и абсорбции на контактных установках.
При башенном способе получения серной кислоты
автоматизация печей для обжига колчедана ведет к сни-
жению расхода азотной кислоты и повышению процента
переработки сернистого ангидрида в продукционных
башнях. Автоматизация печей пылевидного обжига об-
легчает их обслуживание.
На рис. 91 приведена принципиальная схема автома-
тизации печи для пылевидного обжига флотационного
колчедана. Подача колчедана в печь 8 автоматически
регулируется в зависимости от температуры обжигового
газа, измеряемой при помощи термопары, установлен-
ной в газоходе за печью. Вторичный прибор 17, установ-
13—1098
201
Воздух
В. < х ч в >>
2)2
ленный на центральном щите, записывает и указывает
температуру обжигового газа на выходе. От термопары,
установленной в газоходе, подается электрический им-
пульс на автоматический регулятор 16, который изме-
няет положение ножа на тарельчатом питателе 5. Поло-
жение ножа показывает прибор 22, установленный на
центральном щите. Указывающие и самопишущие при-
боры 12 служат для контроля за температурой обжиго-
вого газа до и после электрофильтра 10. Содержание
сернистого ангидрида в газе контролируется при помощи
вторичного указывающего прибора 14, установленного
на щите у печи, и самопишущего прибора 15 на цент-
ральном щите.
Расход воздуха, подаваемого в печь, показывают
приборы 19 и 23, давление воздуха — приборы 18, 20
и 21.
Автоматизация печей КС. Основным требованием к
работе печи является получение постоянного количества
обжигового газа с постоянным содержанием сернистого
ангидрида в нем. Для этого необходимо: поддерживать
постоянный расход первичного воздуха, автоматически
регулировать подачу колчедана в печь и давление газа
в верхней ее части.
Схема автоматизации печи КС показана на рис. 92.
Автоматический регулятор И, обеспечивает подачу за-
данного количества воздуха при помощи заслонки, уста-
новленной на воздухопроводе между вентилятором 1 и
печью 3. Автоматическое регулирование подачи колче-
дана в печь осуществляется регулятором 9 при вращении
реостата в цепи электропривода тарельчатого пита-
теля 2.
Регулятор 10 работает от импульса манометра, изме-
ряющего давление под сводом печи 3. При изменении
давления регулятор 10 изменяет положение заслонки
перед дымососом 6. Высота кипящего слоя в печи под-
держивается постоянной автоматическим регулято-
ром 8, при помощи которого изменяется скорость вра-
щения шнека (транспортера) 7, выгружающего огарок
из печи.
Кроме регуляторов, имеются также приборы для
автоматического контроля температуры в слое и под
сводом печи, до и после котлов-утилизаторов и электро-
фильтров. Измеряется также давление и количество во-
13*
203
ды, поступающей в холодильные элементы, а также дав-
ление и расход получаемого пара.
Автоматизация промывного отделения. Основным по-
казателем работы отделения очистки являются постоян-
ная заданная температура газа на входе в первую су-
шильную башню и отсутствие тумана серной кислоты и
мышьяка в газе после второй ступени электрофильтров.
Рис. 92. Схема автоматизации печи КС:
1 — нагнетатель воздуха; 2 — тарельчатый питатель; 3 — печь КС; 4 — ко-
тел-утилизатор; 5 — электрофильтр; 6 — дымосос; 7 — шнек; S — регулятор
высоты кипящего слоя; 9 — регулятор тарельчатого питателя; 10— регуля-
тор тяги; 11 — регулятор подачи .воздуха.
Схема автоматизации промывного отделения с кис-
лотной промывкой газа показана на рис. 93.
Автоматическое регулирование содержания моноги-
драта в цикле первой промывной башни 4 осуществля-
ется регулятором 26 по показаниям концентратомера 27,
импульс от которого передается клапану на линии пода-
чи кислоты из цикла второй промывной башни 5 в сбор-
ник первой промывной башни 4.
Уровень кислоты в сборниках 1, промывных, увлаж-
нительной 8 и сушильной 10 башен регулируется авто-
матическими поплавковыми регуляторами 18, 12, 22, 25.
Регулирование температуры и концентрации газа на
входе в сушильную башню 10 осуществляется при по-
мощи регуляторов 17 и 20. При изменении темпера-
204

туры газа после второй промывной башни 5, регулятор
20 изменяет подачу воды на оросительный холодильник
6 для охлаждения кислоты, вытекающей из башни 5.
Автоматическое регулирование содержания сернис-
того ангидрида в газе осуществляется регулятором 16 из-
менением количества воздуха, подаваемого в газоход
перед первой сушильной башней 10. По содержанию сер-
Рис. 94. Схема автоматизации сушилыю-абсорбционного отделения:
1. 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16 — клапаны; 2 — нарорныс баки; 3, 4 — сушильные
башни; 5—моногидратная башня; 6— олеумиый абсорбер; 14 — насосы;
15 — сборники; 17, 19, 21, 23 — регуляторы содержания моногидрата; 18. 20,
22, 24 — регуляторы уровней.
нистого ангидрида после газодувки 12 и по температуре
газа перед первой сушильной башней 10 регулятор 17
корректирует работу регулятора 20.
Автоматизация сушильно-абсорбционного отделения.
На рис. 94 представлена схема автоматического регу-
лирования сушилыю-абсорбционного отделения при ра-
боте на газе с переменной концентрацией (газы цветной
металлургии). Концентрация олеума, моногидрата и су-
шильной кислоты регулируется автоматически при помо-
щи регуляторов 17, 19, 21, 23 по импульсам, получаемым
от концентратомеров КСО-3, измеряющих концентрацию
206
жидкости, поступающей на соответствующие башни. По-
дача моногидрата в сборники регулируется при помощи
клапанов 11 и 13, подача олеума в сборник моногидрат-
ной башни — клапаном 12, количество сушильной кисло-
ты, поступающей в сборник моногидратной башни, —
клапаном 10.
Уровень кислоты в сборниках башен 3 и 6 поддержи-
вается постоянными регуляторами 24 и 18, которые по
импульсам от поплавковых указателей клапанами 7 и 1
регулируют количество откачиваемой кислоты на склад.
В сборниках башен 4 и 5 уровень кислоты поддержи-
вается регуляторами 20 и 22 и клапанами 9 и 8.
Определенный температурный режим в промывном
и сушильно-абсорбционном отделениях поддерживается
автоматическим изменением подачи воды на ороситель-
ные холодильники при помощи клапанов, которые полу-
чают импульсы от термометров сопротивления, измеряю-
щих температуру кислоты.
Автоматизация контактных узлов. Основной задачей
автоматического регулирования контактного аппарата
является сохранение такого температурного режима,
при котором заданный процент контактирования дости-
гается при наибольшей скорости реакции. Для этого в
аппарате концентрация сернистого ангидрида в посту-
пающем газе должна быть постоянной.
При работе на отходящих газах металлургической
промышленности с переменным содержанием сернистого
ангидрида температурный режим контактного аппарата
поддерживается изменением температуры сернистого
газа на входе в нижний внутренний теплообменник.
Схема автоматизации контактного аппарата при ра-
боте на газе переменного состава приведена на рис. 95.
Регулятор 17 поддерживает заданную температуру на
входе в последний слой контактной массы, изменяя по-
дачу холодного газа в нижний внутренний теплообмен-
ник при помощи дроссельной заслонки через исполни-
тельный механизм 11 от термопары 10. Регулятор 17
срабатывает при изменении концентрации сернистого
ангидрида в газе, которая контролируется газоанализа-
тором 13, импульс от которого поступает на вторичный
прибор 14, а из него—на регулятор 17.
Температура на входе в первый слой контактной мас-
сы регулируется изменением подачи холодного газа в
207
S03 на абсорбцию
Рис. 95. Схема автоматизации контактного аппарата:
/. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10— термопары; 11, 12 — исполнительные механизмы; 13 — газоанализатор;
14 — указатель содержания сернистого ангидрида; 15, /7 — регуляторы температуры; 16, 18, 19 —
указатели температуры.
208
газоход перед первым слоем. Термопара 9 через регу-
лятор 15 и исполнительный механизм 12 изменяет поло-
жение заслонки, которая регулирует количество холод-
ного газа, добавляемого к подогретому.
Температура в остальных слоях контактного аппа-
рата поддерживается изменением количества газовой
смеси, подаваемой в промежуточный теплообменник
после первого, второго и третьего слоев катализатора.
При работе на газе, полученном из сероводорода или
серы, температура газовой смеси после первого, второго
и последующих слоев регулируется при помощи термо-
пар в слоях, которые через импульс исполнительных ме-
ханизмов изменяют положение заслонки на входе хо-
лодного воздуха в межслрйное пространство.
ГЛАВА
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ,
ПРОМСАНИТАРИЯ И ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ
МЕРОПРИЯТИЯ
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
И ПРОМСАНИТАРИЯ
Производство серной кислоты связано с такими
вредными химическими веществами, как сер-
нистый и серный ангидриды, окислы азота, пары азот-
ной и серной кислот, пыль, селен, теллур, мышьяк и се-
роводород.
Некоторые аппараты и оборудование сернокислотных
заводов работают под давлением: кислотные насосы,
кислотопроводы, серо- и паропроводы, холодильники, пе-
чи для сжигания сероводорода и т. д.
В печах, котлах-утилизаторах и электрофильтрах под-
держивается высокая температура, вследствие чего воз-
можны ожоги горячими поверхностями и коммуникация-
ми. При обслуживании вращающихся и движущихся
механизмов и аппаратов следует соблюдать меры предо-
сторожности. Опасным может быть также и электри-
ческий ток.
Отклонения технологического режима от нормы мо-
гут вызвать нарушения техники безопасности и несча-
стные случаи.
Сернистый ангидрид раздражает верхние дыхатель-
ные пути и глаза, а также селезенку и костный мозг.
Имеются данные о том, что сернистый ангидрид нару-
шает некоторые биохимические и физиологические про-
цессы.
Порог восприятия запаха сернистого ангидрида —
0,006 мг!л. Концентрация, вызывающая раздражение
глаз, — 0,05 мг]л, раздражение в горле — 0,02—0,03 мг!л,
кашель — 0,05 мг/л.
Предельно допустимая концентрация сернистого ан-
гидрида в воздухе не должна превышать 0,01 мг!л. Дли-
210
тельное вдыхание воздуха, в котором концентрация сер-
нистого ангидрида превышает предельно допустимую,
вызывает хронические воспалительные процессы дыха-
тельных путей, желудка, коньюктивы глаза, а также раз-
рушение зубов. При содержании SO2 в воздухе выше
0,06 мг/л наблюдаются отеки легких.
Очень высокие концентрации приводят к одышке,
кашлю, синюшности слизистых оболочек кожи и к поте-
ре сознания.
При аварийном выделении сернистого ангидрида не-
обходимо надеть фильтрующий противогаз. В случае
отравления сернистым ангидридом надо немедленно вы-
нести пострадавшего на свежий воздух, напоить слабым
раствором соды, а при сильных отравлениях необходимо
производить искусственное дыхание и одновременно
вызвать врача.
Серный ангидрид раздражает и прижигает слизистые
оболочки верхних дыхательных путей. Выделяясь в ат-
мосферу, серный ангидрид соединяется с парами воды,
имеющимися в воздухе, и образует туман серной кисло-
ты, состоящий из мелких капель ее.
Вдыхание тумана серной кислоты затрудняет дыха-
ние и вызывает кашель. Выделение серного ангидрида
возможно в контактном и абсорбционном отделениях, а
также на складе олеума. Предельно допустимая концен-
трация серного ангидрида в воздухе—0,001 мг!л.
Окислы азота и пары азотной кислоты проникают в
организм человека через дыхательные пути. Вдыхание
окислов азота вызывает кашель, ощущение удушья, рво-
ту и головную боль.
Окись азота вызывает синюшность через несколько
часов после вдыхания. При сильных отравлениях окисью
наступают удушье, одышка, сердцебиение, ослабление
пульса, лихорадка, отделение буро-красной мокроты.
Возможен смертельный исход.
Предельно допустимая концентрация окислов азота
в воздухе в пересчете на N2O5 — 0,005 мг/л.
Выделение окислов азота возможно на складах ме-
ланжа, в башенном и насосно-холодильном отделениях,
особенно при ремонте и аварии. Работа в это время без
фильтрующего противогаза может привести к тяжелым
отравлениям.
211
Пострадавшего в случае отравления окислами азота
необходимо вынести на свежий воздух и вызвать врача.
Серная кислота, попадая на кожу, вызывает сильные,
долго не заживающие ожоги. Ожоги кислотой чаще все-
го бывают при обслуживании насосов, кислотопроводов,
хранилищ, холодильников. При разбавлении кислоты
водой следует вливать кислоту в воду, а не наоборот,
так как возможен выброс горячей жидкости. При попа-
дании на кожу серной кислоты рекомендуется быстро
смыть ее сильной струей холодной воды, а затем смочить
пострадавшую поверхность 5%-ным раствором соды.
Для этих целей во всех местах, где возможно поражение
серной кислотой, необходимо иметь водопроводы с кра-
нами и бачки с содовым раствором. Пролитую кислоту
необходимо быстро смыть, а остатки нейтрализовать
известью.
Водород образуется при действии кислоты на метал-
лические поверхности хранилищ и другой аппаратуры и
дает взрывоопасные смеси с воздухом. Взрывы в виде
хлопков возможны в хранилищах меланжа, серной кис-
лоты при ремонте их.
Водород дает такие ядовитые соединения, как серо-
водород и селенистый водород.
Источником появления опасных концентраций соеди-
нений водорода являются сборники, электрофильтры,
башни, газоходы и другие аппараты.
Сероводород — ядовитый и горючий, а также взрыво-
опасный газ в смеси с кислородом и воздухом. При вды-
хании воздуха, загрязненного сероводородом, появляют-
ся тошнота, головокружение и головная боль. Высокая
концентрация сероводорода вызывает рвоту и удушье,
возможен смертельный исход. Предельно допустимая
концентрация сероводорода в воздухе —0,01 мг/л.
При отравлении сероводородом пострадавшего не-
обходимо вынести на свежий воздух и вызвать врача.
Ядовитыми соединениями являются также селенистый
и мышьяковистый ангидриды. Предельно допустимые
концентрации в рабочей зоне селенистого ангидрида
— 0,0001 мг!л, мышьяковистого —0,0003 мг!л.
При дроблении, сушке, транспортировке, погрузке и
разгрузке колчедана, а также удалении огарка, выделя-
ется пыль в помещения цеха. Колчеданная и огарковая
пыль при вдыхании накапливается в легких и вызывает
212
бронхит и силикоз легких. Длительное вдыхание запы-
ленного воздуха может привести к отеку легких.
Предельно допустимое содержание колчеданной и
огарковой пыли в воздухе — 2 мг!нм?.
Для обеспечения безопасной работы и создания нор-
мальных санитарных условий в производстве серной
кислоты контактным и башенным способами необходимо
иметь герметичную аппаратуру и арматуру, исправно
действующие вентиляционные установки.
Все фланцевые соединения напорных трубопроводов
должны иметь защитные кожухи. При обслуживании и
ремонте насосов, вентилей, кислотопроводов, набивке
сальников следует надевать резиновые фартуки, перчат-
ки и защитные очки, а при промывке и ремонте сбор-
ников, хранилищ и холодильников — резиновые сапоги.
Контактные аппараты, теплообменники, пусковые подо-
греватели и газоходы к ним должны иметь изоляцию,
обеспечивающую санитарно-гигиенические условия воз-
душной среды производственных помещений.
Во избежание ожогов горячими поверхностями и ин-
струментом при обслуживании печей необходимо наде-
вать соответствующую спецодежду, рукавицы и очки.
Запрещается поливать водой спекшийся слой колчедана
на поду печей при его удалении, так как может быть
выброс парогазовой смеси через двери.
Для безопасной работы обслуживающего персонала
вокруг всех аппаратов должны быть железные площад-
ки с перилами.Уклон марша лестниц должен быть не
менее 1 : 1 при ширине марша 0,8 м. Количество ступе-
ней в одном марше не должно превышать 18.
Склад серы должен обеспечиваться хорошей вентиля-
цией, так как серная пыль в смеси с воздухом взрыво-
опасна.
Все движущиеся части машин и механизмов должны
быть ограждены сплошными объемными кожухами и ме-
таллическими сетками. Горизонтальные ременные пере-
дачи ограждаются со всех сторон, вертикальные — на
высоту до 2-х м. Для предотвращения несчастных слу-
чаев при ремонте и осмотре элеваторов и наклонных
транспортеров устанавливаются механизмы, тормозящие
обратный ход ковшей и лент. При применении транспор-
теров большой длины через каждые 15—20 м следует
устанавливать аварийные выключатели.
213
В печном отделении, оборудованном печами ВХЗ,
подъем и спуск гребков и других деталей должны быть
механизированы. Во время работы печей ВХЗ запре-
щается находиться на сушильном своде, становиться на
борт печей и производить осмотр и очистку питателя су-
шильного свода. На верхней площадке сушильного сво-
да печей ВХЗ должен быть установлен аварийный вы-
ключатель мотора печи.
Электрический ток при неосторожном обращении вы-
зывает тепловые (ожоги) и механические (разрывы
тканей) поражения. Электрический удар может вызвать
общее поражение всего организма. Особо опасным, а
часто и смертельным, является поражение током высо-
кого напряжения, при котором работают сухие и мокрые
электрофильтры.
Исход поражения зависит от силы тока, продолжи-
тельности его воздействия, пути тока и состояния здо-
ровья человека. Разрешается пользоваться переносными
лампами напряжением не более 12 в.
Для предупреждения поражений электрическим то-
ком каждый работающий должен знать и строго соблю-
дать инструкцию по технике безопасности. Не разреша-
ется: прикасаться руками к оголенным проводам, нахо-
дящимся под током, производить самостоятельно ремонт
электроосвещения и моторов, включать и выключать
электрические моторы без резиновых перчаток, произ-
водить ремонт и осмотр электрофильтров, находящихся
под током. Вход за распределительные щиты, трансфор-
маторные будки, электрофильтры и другие места, где
расположены провода, шины и апараты высокого на-
пряжения, следует держать закрытыми.
При поражении током следует как можно скорее
освободить пострадавшего от действия тока, сделать ему
искусственное дыхание и вызвать врача.
ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
В производстве серной кислоты башенным и контакт-
ным способами не применяются опасные в пожарном от-
ношении вещества, поэтому в цехах не требуется прове-
дения особых противопожарных мероприятий. Пожар
может возникнуть при небрежном обращении с огнем.
214
коротком замыкании неисправной электропроводки или
электрооборудования;
Для предупреждения пожара необходимо соблюдать
общие правила противопожарного режима. Исправность
электрических сетей и электрооборудования, чистота
цеховых помещений, отсутствие загромождения проходов
и проездов, исправность противопожарного инвентаря
являются лучшей гарантией предупреждения пожаров.
Следует следить за тем, чтобы подъезд пожарных машин
был обеспечен с двух сторон по всей длине цеха.
Все производственные и вспомогательные помещения
должны быть обеспечены необходимыми средствами ту-
шения пожара: водой, огнетушителями, ящиками с по-
жарным инвентарем.
При возникновении пожара в цехе необходимо, поль-
зуясь пожарной сигнализацией или телефоном, немед-
ленно вызвать заводскую пожарную команду, а до ее
прибытия принять меры к ликвидации пожара.
Все работающие в цехе должны знать и выполнять
правила противопожарной безопасности и уметь пользо-
ваться цеховыми средствами противопожарной защиты.
Все вновь поступающие на работу должны пройти ин-
структаж по технике безопасности и противопожарным
правилам.
ПРИЛОЖЕНИЯ
В октябре 1960 г. XI Генеральная конференция по
мерам и весам приняла «Международную систему еди-
ниц». Некоторые из единиц этой системы и эквивалент-
ные им измерения, употреблявшиеся до сих пор, приве-
дены в приложении 1.
Приложение 1
Некоторые единицы измерения различных систем и внесистемные и
их перевод в единицы СИ
Величина	Единица измерения		Сокращенное обозначение		Перевод единиц систем СГС, МКГСС и вне- системных в еди- ницы СИ, разме- ры единиц
	Системы СГС, МКГСС и внесистемные	си	Системы СГС и МКГСС и внесистем- ные	си	
Длина	Микрон	Микро- метр	мк О	мкм	1 МК = 1 мкм О
и	Ангстрем	Нанометр	А	нм	1 А =0,1 нм
Объем	Литр	Метр	Л	м	1 л=1,000028Х Х10-3 м'л
Масса	Тонна	Кило- грамм	т	кг	1 т = 1000 кг
	Карат	•	—		1 карат= =2-10~4 кг
Сила	Тоина-сила	Ньютон	тс, т	н	1 тс=9,8-103н
Работа и энергия	Килограмм- сила-метр	Джоуль	кгсм кГ-м	дж	1 кГм=9,8 дж
216
Продолжение прилож. 1
Величина	Единица измерения		Сокращенное обозначение		Перевод единиц систем СГС, МКГСС и внесистемных в единицы СИ, размеры единиц
	Системы СГС, МКГСС и внесистемные	СИ	Системы СГС и МКГСС • и вне- системные	си	
Работа и энергия	Киловатт- час	Джоуль	КвТП'Ч	дж	1 квт-ч= =3,6-106 дж
И	Эрг	>	эрг	я	1 эрг=10—2дж
в	Калория	-	кал	в	1 кал= —4,1855 дж
•	Электрон- вольт	и	эв	я	1 зв=1,60207Х XI О—18 дж
•	Кило-элек- трон-вольт	я	кэв	я	1 кэв=1,60207Х ХЮ—10 дж
	Мега-элек- 'тровольт	Джоуль	МЭВ	дж	1 жэв=1,60207х ХЮ-13 дж
Мощность	—	Ватт	кгм-м/сек кГ-м/сек	вт	1 кгм-м!сек= =9,8 вт
я	Лошади - иая сила	-	л.с.	я	1 л. с. = =735,499 вт
я	Килокало-	»	эрг 1 сек	я	1 эрг/сек— = 10—7 вт
•	рия в час Калория	я	ккал/час	и	1 ккал/час— = 1,163 вт
	в секунду	я	кал/сек		1 кал]сек= —4,1868 вт
Давление	Бар	Ньютон на квад- ратный	бар	н)м2	1 бар=105 н/м2
в	Длина на квадратный сантиметр	метр я	дин 1см2	я	1 дин/см2= =0,1 н1м2
я	Миллиметр водяного столба	я	мм вод. ст.	я	1 мм вод. ст,— =9,80665 н/л2
	Миллиметр ртутиого столба	я	мм рт. ст.	Я	1 мм рт. ст.= = 133,322 н!м2
14-1098
217
Продолжение прилож. J
Величина	Единица измерения		Сокращенное обозначение		Перевод единиц систем СГС, МКГСС и вне- системных в еди- ницы СИ, раз- меры единиц
	Системы СГС МКГСС и внесистемные	си	Системы СГС и МКГСС и вне- системные	си	
Давление	Атмосфера техническая		ат	н)м2	1 ат=98066,5 н/л2=9,8Х ХЮ4 и/-и2
	Килограмм на квадрат- ный метр	»	Кг]М2	-	1 кг/л2= =9,8 н[м2
»	Атмосфера физическая нормальная	N	атм	*	1 ати= = 101325 я/ж2
Динами- ческая вяз- кость	Пуаз	Ньютон секунда на квад- ратный метр	пз	н-сек]м*	1 пз= =0,1 н-сек]м*
я	Сантипуаз		спз	»	1 спз =0,001 н-сек/м2
Удельная теплоем- кость	Килокало- рия иа ки- лограмм и градус	Джоуль на ки- лограмм и градус	ккал/кгХ Хград	дж1кгх хград	1 ккал/кгХ Хград=4186,8 дж]кг  град
»	Калория на килограмм и градус		кал/кгХ X г рад	»	1 кал/кгХ Хгрлд=4,1868 дж/кг  град
Коэффи- циент теп- лоотдачи и теплопере- дачи	Килокало- рия на квад- ратный метр, час и градус	Ватт на квадрат- ный сан- тиметр и градус	ккал/м2х Хч-град	emjcM*X Хград	1 ккал/м2-чХ Хград=1,1бХ ХЮ-4 вт/см2х Хград
»	Калория на сантиметр квадратный, секунду и градус		кал/см2 х хград	Я	1 кал!см2Х Хград=4,2 вт/см1- град
218
Приложение 2
Характеристика насадок
Вид и размер (лш) насадок	Удельная по- верхность,	Свободный объем,	Объемный вес, кг/м3
Правильно уложенная насадка
Керамические кольца	ПО	0,735	650
50x 50x5			
80 X80x8	80	0,72	670
100X100X10	60	0,72	670
Спиральные кольца		0,59	
75X75	140		930
100x75	100	0,6	900
150Х 150	65	0,67	750
Кольца с перегородками			
75X75	135	0,44	1250
100x100	105	0,58	940
150Х150	65	0,52	1070
Пропеллерная			
100Х 100	82	0,8	465
1500X150	57	0,8	545
Беспорядочно засыпанная насадка
Керамические кольца 10X10X1,5	440	0,7	700
1'5X15X2	330	0,7	690
25X 25X3	200	0,74	530
35x35x4	140	0,78	530
50x 50x5	90	0,785	530
Приложение 3
Расход условного колчедана (сухого 45%-ного) на 1 т 100%-иой
серной кислоты в зависимости от степени использования серы
Расход колчедана	Использо- вание серы, %	Расход колчедана	Использо- вание серы, %	Расход колчедана	Использо- вание серы, %
0,7265	100,0	0,820	88,5	0,915	79,5
0,730	99,5	0,825	88,0	0,920	79,0
0,735	98,9	0,830	87,6-	0,925	78,5
0,740	98,2	0,835	87,0	0,930	78,0
0,745	97,5	0,840	86,5	0,935	77,6
0,750	96,9	0,845	86,0	0,940	77,2
0,755	96,1	0,850	85,5	0,945	76,9
0,760	95,5	0,855	85,0	0,950	76,5
0,765	94,9	0,860	84,5	0,955	76,1
0,770	94,3	0,865	84,0	0,960	75,7
0,775	93,7	0,870	83,5	0,965	75,4
14*
219
П родолжение прилож. 3
Расход колчедана	Использо- ванне серы, %	1 .	Расход колчедана	Использо- вание серы, %	Расход колчедана	Использо- вание серы, %
0,780	93,1	0,875	83,0	0,970	75,0
0,785	92,5	0,880	82,5	0,975	74,5
0,790	92,0	0,885	82,1	0,980	74,1
0,795	91,4	0,890	81,6	0,985	73,8
0,800	90,8	0,895	81,2	0,990	73,4
0,805	90,2	0,900	80,8	0,995	73,0
0,810	89,6	0,905	80,4	1,000	72,7
0,815	89,1	0,910	79,9		
Приложение 4
Общее давление паров над серной кислотой н олеумом
Концен- трация, %	Общее давление паров, мм рт. ст., температура, °C									
	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200
Серная кислота
0	17,5	55,3	149	135	760	—	—	.—	—	—
10	16,6	52,9	143	337	720	—	—	—	—	—
20	15,4	48,6	133	314	678	—	—	—	—	—
30	13,2	41,7	116	273	590	—	—	—	—	—
40	9,95	31,8	87,3	211	574	—	—	—	—	—
50	6,20	20,3	58,0	143	326	670	—	—	—	—
55	4,43	14,8	43,0	108	253	522	.—	—	—	—
60	2,87	9,85	29,3	75,3	178	377	760	—	—	—
65	1,61	5,66	18,6	47,0	114	251	525	—	—	—
70	0,723	2,75	9,12	26,0	67,0	153	332	665	—	—
75	0,284	1,14	3,98	12,0	32,0	76,5	173	354	685	—
80	0,084	0,381	1,47	4,77	13,9	35,6	85,5	188	378	735
85	0,026	0,125	0,411	1,77	5,39	14,5	36,3	82	169	340
90	0,005	0,027	0,120	0,450	1,49	4,19	11,2	27,7	59	120
95	—	0,002	0,013	0,061	0,237	0,79	2,4	6,5	15,9	36,7
Олеум*
5	—	—	1,8	5,3	17	32	71	145	275	501
10	—	1,0	3,7	11	30	72	169	328	635	—
15	—	2,0	7,4	22	60	148	331	692	—	—
20	0,8	3,3	12	39	107	267	606	—	—	—
25	1,5	5,8	22	71	191	477	—	—	—	—
30	2,0	9,1	36	115	312	—	—	—	—	—
35	3,6	15	59	191	—	—	— ,	—		—
Приведена концентрация SO3 (своб.).
220
Приложение 5
Давление насыщенного водяного пара
Темпе- ратура,	Давление пара, мм рт. ст.	Содержание воды во влаж- ном газе, г!м3	Темпе- ратура,	Давление пара, мм pm. cm. 1	Содержание воды во влаж- ном газе, г/л3
0	4,579	4,85	31	33,69	32,02
1	4,926	5,20	32	35,55	33,78
2	5,294	5,56	33	37,73	35,62
3	5,685	5,95	34	39,9	37,55
4	6,101	6,363	35	42,17	39,55
5 '	5,543	6,80	36	44,56	41,66
6	7,013	7,26	37	47,07	43,87
7	7,513	7,75	38	49,69	46,16
8	8,048	8,27	39	52,44	48,56
9	8,609	8,82	40	55,32	51,06
10	9,227	9,42	41	58,34	53,68
11	9,844	10,01	42	61,50	56,41
12	10,518	10,66	43	64,80	59,24
13	11,281	11,40	44	68,26	62,21
14	11,987	12,07	45	71,88	65,30
15	12,788	12,83	46	75,65	68,42
16	13,63	13,63	47	79,60	71,86
17	14,530	14,48	48	83,71	75,34
18	15,477	15,37	49	88,62	75,51
19	16,477	16,30	50	92,71	82,84
20	17,535	17,25	51	97,20	86,67
21	18,650	18,327	52	102,09	90,76
22	19,827	19,42	53	107,2	95,00
23	21,068	20,56	54	112,51	99,4
24	22,377	21,77	55	118,04	104,0
25	23,756	23,03	56	123,80	108,7
26	26,74	25,75	57	129,82	113,7
27	26,74	25,75	58	136,1	117,9
28	28,35	27,21	59	142,6	124,1
29	30,04	28,34	60	149,4	129,7
30	31,62	30,34			
221
Приложение 6
Определение процента контактирования (до и после контактного аппарата)
Содержа- ние SO2 перед кон- тактным аппаратом, %	Содержание SO, после контактного аппарата, %														
	3,0	2,8	2.6	2,5	2,4	2,3	2,2	2,1	2,0	1,9	1,8	1,7	1,6	1,5	1.4
9,0	69,8	71,9	74,0	75,0	76,1	77,1	78,1	79,2	80,2	81,2	82,2	83,2	84,2	85,2	86,2
8,5	67,7	70,0	72,2	73,3	74,1	75,5	76,6	77,7	78,8	79,9	81,0	82,0	83,1	84,2	85,3
8,2	66,4	68,7	71,2	72,2	73,4	74,5	75,7	76,8	77,9	79,1	80,2	81,6	82,4	83,6	84,7
8,0	65,4	67,8	70,2	71,4	72,6	73,8	75,0	76,1	77,3	78,5	79,6	80,8	82,0	83,1	84,3
7,8	64,4	66,9	69,4	70,6	71,8	73,0	74,2	75,4	76,6	77,9	79,0	80,2	81,4	82,6	83,8
7,6	63,4	65jg	68,4	69,7	71,0	72,2	73,5	74,7	76,0	77,2	78,4	79,6	80,0	82,1	83,3
7 5	62,8	65,4	68,0	69,3	70,5	71,8	73,1	74,3	75,6	76,8	78,1	79,3	80,5	81,8	83,1
7,4	62,2	64,9	67,5	68,8	70,0	71,4	72,7	73,9	75,2	76,5	77,8	79,0	80,2	81,5	82,8
7,3	61,7	64,3	67,0	68,3	69,6	70,9	72,2	73,5	74,8	76,1	77,4	78,7	79,9	81,3	82,5
7,2	61,1	63,8	66,5	67,8	69,1	70,5	71,8	73,1	74,4	75,8	77,1	78,3	79,6	81,0	82,2
7 J	60,5	63,2	65,9	67,3	68,7	70,0	71,4	72,7	74,0	75,4	76,7	78,0	79,3	80,7	81,9
7,0	59,8	62,6	65,5	66,8	68,2	69,5	70,9	72,3	73,6	75,1	76,3	77,6	79,0	80,3	81,7
6,9	59^2	62’0	64,8	66,2	67,6	69,0	70,4	71,8	73,2	74,6	76,0	77,3	78,7	80,0	81,4
6,8	58,5	61,4	64,3	65,7	67,1	68,5	69,9	71,4	72,8	74,2	75,6	76,9	78,3	79,1	81,0
6,7	57,8	60,8	63,7	65,1	66,6	68,0	69,4	70,9	72,3	73,7	75,2	76,4	77,9	79,4	80,7
6,6	57', 1	60,1	63,1	64,5	66,0	67,5	68,9	70,4	71,8	73,3	74,7	76,0	77,5	79,0	80,3
6,5	56,4	59’4	62,4	63,9	65,4	66,9	68,4	69,9	71,4	72,8	74,3	75,6	77,1	78,6	80,0
6,4	55,6	58,7	61,8	63,8	64,8	66,3	67,9	69,4	70,9	72,4	73,9	75,2	76,7	78,3	79,9
Приложение 7
Продолжение прилож. 7
Содержание, % вес			Плотность (при 20°С), г/сл3	Теплоем- кость (при ?0°С). .. кал!гграо	Темпера- тура кри- сталлиза- ции, 'С	Темпера- тура ки- пения, “С
SO3 (сноб.)	SO3 (общ.)	H3SO2				
44	89,71	109,90	1,9717			35,65	92,4
45	89,90	110,12	1,9742	0,3631	35,85	90,5
46	90,09	110,35	1,9766	0,3654	35,45	88,7
47	90,27	110,58	1,9789	—	34,8	87,0
48	90,45	110,80	1,9812	0,3706	33,85	85,3
49	90,63	111,02	1,9834	—	32,75	83,7
50	90,82	111,25	1,9855	0,3764	31,5	82,2
51	91,01	111,48	1,9875	—	30,1	80,7
52	91,19	111,70	1,9894	—	28,4	79,3
53	91,37	111,92	1,9912	—	26,6	78,0
54	91,55	112,15	1,9930	—	24,55	76,7
55	91,74	112,38	1,9946	0,3943	22,5	75,4
56	91,92	112,60	1,9961	—	20,05	74,2
57	92,10	112,82	1,9975	—	17,25	73,0
58	92,98	113,05	1,9989	—	14,15	71,9
59	92,47	113,28	1,9999	—	10,35	70,8
60	92,65	113,50	2,0012	0,4172	7,1	69,8
61	92,83	113,72	2,0020	—	3,75	68,8
62	93,02	113,95	2,0030	—	+1,2	67,2
63	93,21	114,18	2,0029	-—.	+0,35	66,9
64	93,39	114,40	2,0029	—	—0,7	66,0
65	93,57	114,62	2,0028	0,4452	-0,35	65,2
66	93,75	114,85	2,0028	—	+ 1,45	64,4
67	93,94	115,08	2,0027	—	2,3	63,6
68	94,12	115,30	2,0027	—	3,7	62,8
69	94,30	115,52	2,0026	—	4,9	62,0
70	94,49	115,75	2,0025	0,4766	6,1	61,3
71	94,67	115,98	2,0024			7,0	60,5
72	94,85	116,20	2,0023	—	8,2	59,9
73	95,03	116,42	2,0022	—	9,5	59,3
74	95,22	116,65	2,0019	—	10,8	58,6
75	95,41	116,88	2,0013	0,514	12,0	58,0
76	95,60	117,10	2,0004	—	13,2	57,4
77	95,78	117,33	1,9992	—	14,3	56,8
78	95,96	117,55	1,9979	. —	15,3	56,2
79	96,14	117,78	1,9964	—	16,15	55,6
80	96,32	118,60	1,9947	‘0,552	16,9	55,0
81	96,51	118,22	1,9930	—	17,5	54,5
82	96,69	118,45	1,9909	—	18,1	53,9
83	96,88	118,68	1,9888	—	18,5	53,4
84	97,06	118,90	1,9864	—	18,8	52,8
85	97,24	119,12	1,9836	0,588	19,05	52,3
86	97,43	119,35	1,9808	—	19,25	51,8
87	97,61	119,58	1,9778	—	19,35	51,3
88	97,80	119,80	1,9745	—	19,4	50,7
89	97,98	120,02	1,9712		19,35	50,2
224
Продолжение прилож. 7
Содержание, % вес			Плотность (при 20°С), г/сл3	Теплоем- кость (при 20°С), кал/г-град	Темпера- тура кри- сталлиза- ции, °C	Темпера- тура ки- пения, °C
SO3 (своб.)	SO3 (обш.)	HaSOa				
90	98,16	120,25	1,9678	0,620	19,25	49,7
91	98,35	120,48	1.9638	—	19,15	49,2
92	98,53	120,70	1,9599	—	19,0	48.7
93	98,72	120,92	1,9557	—.	18,8	48,2
94	98,90	120,15	1,9512	—	18,6	47,7
95	99,08	121,38	1,9467	0,641	18,35	47,2
96	99,27	121,60	1,9419	—	18,1	46,7
97	99,45	121,82	1,9369	—	17,8	46,2
98	99,64	122,05	1,9315	—	17,5	45,7
99	99,82	122,28	1,9260	—	17,15	45,2
100	100,0	122,50	1,9203	0,644	16,8	44,7
Приложение 8
Свойства серной кислоты
Содержа- ние h2sq4, % вес	Содержа- ние SO3 (общ.), % вес	Плотность (при 20°С), г/см3	Теплоемкость (при 20®С ), кал]г-град	Температура ' кристалли- зации, °C	Температура кипения, °C
1	0,816	1,0049	0,990	— 0,2	100,2
2	1,633	1,0116	0,980	— 0,5	100,4
3	2,45	1,0183	0,970	— 0,8	100,6
4	3,265	1,0250	0,961	— 1,2	100,8
5	4,08	1,0317	0,951	— 1,75	101,0
6	4,90	1,0385	0,942	— 2,3	101,2
7	5,71	1,0453	0,932	— 3,0	101,4
8	6,53	1,0522	0,923	— 3,7	101,6
9	7,35	1,0591	0,914	— 4,6	102,8
10	8,16	1,0661	' 0,905	— 5,5	102,0
11	8,98	1,0731	0,986	— 6,5	102,2
12	9,80	1,0802	0,887	— 7,6	102,4
13	10,61	1,0874	0,878	— 8,7	102,7
14	11,43	1,0947	0,869	— 9,9	102,9
15	12,25	1,1020	0,861	—11,25	103,1
16	13,06	1,1094	0,852	—12,6	103,4
17	13,88	1,1168	0,844	—14,1	103,6
18	14,69	1,1243	0,835	—15,7	103,8
19	15,51	1,1318	0,827	—17,3	104,1
20	16,33	1,1394	0,819	—19,0	104,4
21	17,14	1,1471	0,811	-20,8	104,6
22	17,96	1,1548	0,8025	—22,7	104,9
23	18,78	1,1625	—	—24,6	105,2
24	19,59	1,1704	—	—26,7	105,5
25	20,41	1,1783	0,779	-28,8	105,9
225
Продолжение прилож. 8
Продолжение прилож. 8
Содержа- ние HaSO4, % вес	Содержа- ние SO8 (общ.)» % вес	Плотность (при 20°С) г/слс3	Теплоемкость (при 2О°С), кал]гград	Температура кристалли- зации, °C	Температура кипения, °C	Содержа- ние HaSO4, % вес	Содержа- ние SO3 (обш.),  % вес	Плотность (при 20сС), г/см3	Теплоемкость (при 20°С), кал}г-град	Температура кристалли- зации, °C	Температура кипения, °C
26	21,22	1,1862			—31,1	106,3	72	58,78	1,6338	0,4787	- 39,8	176,2
27	22,04	1,1942	—	—33,4	106,6	73	59,59	1,6456	0,4734	- 39,6	179,9
28	22,86	1,2023	—	—35,85	107,0	74	60,41	1,6574	0,4682	—40,0	183,8
29	23,67	1,2104	—	—38,4	107,4	75	61,22	1,6692	0,4629	—51,0	187,8
30	24,49	1,2128	0,741	—41,2	107,9	76	62,04	1,6810	0,4577	—28,1	191,2
31	25,31	1,2267	—	—44,1	108,3	77	62,86	1,6927	0,4525	-19,4	196,2
32	26,12	1,2349	—	—47,2	108,8	78	63,67	1,7043	0,4473	—13,6	200,7
33	26,94	1,2432	—	—50,6	109,0	79	64,49	1,7158	0,4422	— 8,2	205,4
34	27,75	1,2515	—	—54,3	109,9	80	65,30	1,7272	0,4371	— 3,0	210,2
35	28,57	1,2599	0,704	—58,5	110,5	81	66,12	1,7383	0,4320	+ 1,5	215,2
36	29,39	1,2684	—	—63,3	111,1	82	66,94	1,7491	0,4269	4- 4,8	220,4
37	30,20	1,2769	—	—68,5	111,7	83	67,75	1,7594	0,4218	+ 7,0	225,7
38	31,02	1,2855	—.	—74,5	112,4	84	68,57	1,7693	0,4168	+ 8	231,3
39	31,84	1,2941	—	—69,6	113,1	85	69,39	1,7786	0,4118	+ 7,9	237,1
40	32,65	1,3028	0,670	—65,2	113,9	86	70,20	1,7872	0,4068	+ 6,6	243,0
41	• 33,47	1,3116	—	—61,0	114,7	87	71,02	1,7951	0,4018	+ 4,1	249,2
42	34,28	1,3205	—	—57,1	115,6	88	71,84	1,8022	0,3968	+ 0,5	255,5
43	35,10	1,3294	—	—53,4	116,5	89	72,65	1,8087	0,3918	- 4,2	262,1
44	35,92	1,3384	—	—50,0	117,4	90	73,47	1,8144	0,3869	—10,2	268,9
45	36,73	1,3476	0,637	—46,8	118,4	91	74,28	1,8195	0,3820	—17,3	275,9
46	37,55	1,3569	-—	—43,8	119,5	92	75,10	1,8240	0,3771	—25,6	283,2
47	38,37	1,3663	—	—41,0	120,6	93	75,92	1,8279	0,3721	—35,0	290,6
48	39,18	1,3758	—	—38,5	121,8	94	76,73	1,8312	0,3672	—30,8	298,4
49	40,00	1,3854	—	—36,2	123,1	95	77,55	1,8337	0,3624	-21,8	306,3
50	40,82	1,3951	0,605	—34,2	124,4	96	78,36	1,8355	0,3575	—13,6	314,5
51	41,63	1,4049	0,599	—32,3	125,8	97	79,18	1,8363	0,3526	— 6,3	323,0
52	42,45	1,4148	0,592	—30,9	127,2	98	80,00	1,8365	0,3477	+ 0,1	332,4
53	43,26	1,4248	0,586	—29,6	128,7	99	80,81	1,8342	0,3429	+ 5,7	318,0
54	44,08	1,4350	0,580	—28,3	130,4	100	81,63	1,8305	0,3380	+10,45	296,2
55	44,90	1,4453	0,574	—27,1	132,0						
56	45,71	1,4557	0,568	—25,9	133,8						
57	46,53	1,4662	0,562	—24,8	135,7						
58	47,35	1,4768	0,557	—24,5	137,6						
59	48,16	1,4875	0,551	—24,85	139,6						
60	48,98	1,4983	0,545	—25,8	141,8						
61	49,79	1,5091	0,539	—27,5	144,0						
62	50,61	1,5200	0,534	—28,85	146,4						
63	51,43	1,5310	0,528	—30,8	148,8						
64	52,24	1,5421	0,522	—33,0	151,4						
65	53,06	1,5533	0,517	—35,3	154,1						
66	53,88	1,5646	0,511	-37,75	156,8						
67	54,69	1,5760	0,506	—40,3	159,7						
68	55,51	1,5874	0,5003	—	162,8						
69	56,53	1,5989	0,4948	—44	165,9						
70	57,14	1,6105	0,4894	—42,0	169,2						
71	57,96	1,6221	0,4841	—40,6	172,6						
226
ЛИТЕРАТУРА
контактным и башенным способами, М., Госхпм-
издат, 1961.
15.	Сб. «Ванадиевые катализаторы для контактного
производства серной кислоты», М., Госхимнздат,
1963.
16.	Тезисы докладов на отраслевом научно-техническом
совещании работников промышленности серной
кислоты н фосфорных удобрений, М., ГОСИНТИ,
1961.
17.	Тезисы докладов и сообщений к Всесоюзному отрас-
левому совещанию работников промышленности
серной кислоты и фосфорных удобрений, М„
ГОСИНТИ, 1964.
18.	Фиалков Г. М., Автоматизация производства сер-
ной кислоты, изд. 2-е, М., Изд-во «Машино-
строение», 1964.
1.	А м е л и н А. Г., Производство серной кислоты, М..
Госхимнздат, 1956.
2.	А м е л и и А. Г., Производство серной кислоты кон-
тактным способом, М., Госхимнздат, 1950.
3.	Амели и А. Г., Производство серной кислоты из
сероводорода по методу мокрого катализа, М.,
Госхимнздат, 1960.
4.	Альбом-справочник по котлам-утилизаторам, М.,
Г ПАП, 1964.
5.	Г л а д у ш к о В. И., Обжиг колчедана в кипящем
слое, Киев, Гостехиздат УССР, 1961.
6,	Г л а д у ш к о В. И., Пути снижения расхода азот-
ной кислоты при высокой интенсивности башенных
систем, Днепропетровск, Областное отделение
ВХО нм. Д. Й. Менделеева, 1958.
7.	Егоров Е. П., 1П е р е ш е в с к н й А. И., Ш ма-
не н к о в И. В., Общая химическая технология
неорганических веществ, М., Изд-во «Химия»,
1964.
8.	Кузьминых И. Н. Технология серной кислоты,
М., Госхимнздат, 1955.
9.	К у з н е ц о в Д. А., Производство серной кислоты,
М., Трудрезервиздат, 1947.
10.	К а л и н ч у к А. К., Анализ работы отдельных
сернокислотных контактных цехов, М., Госхим-
комитет, НИУИФ, 1959.
11.	Комбинированный контактно-башенный процесс по-
лучений серной кислоты, М., Госхимкомитет,
НИУИФ-ГИПРОХИМ, 1962.
12.	Ляпустина Е. М., Пылевидный обжиг флота-
ционного колчедана, М., Госхимнздат, 1957.
13.	Мух ле но в И. П., Кузнецов Д. А., Авер-
бух А. Я., Т у м а р к и н а Е. С., Ф у р м е р И. Э.,
Общая химическая технология, М., Изд-во «Выс-
шая школа», 1964.
14.	Правила и нормы техники безопасности и промыш-
ленной санитарии для проектирования, строитель-
ства и эксплуатации производства серной кислоты
228
СОДЕРЖАНИЕ
Стр
Предисловие ......................................... 3
Глава 1. Общие сведения...............................5
СОСТАВ И СВОЙСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И	ОЛЕУМА	5
СВОЙСТВА СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА	...	7
СВОЙСТВА СЕРНОГО АНГИДРИДА .	.	8
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ	.	.	9
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕВОЗКА КИСЛОТЫ	.11
Глава 2. Материалы для аппаратуры, применяемой
в производстве серной кислоты........................14
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ...................................  14
ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ................................16
КИСЛОТОУПОРНЫЙ БЕТОН И ФУТЕРОВКА .	.	.	18
ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ .	.19
Глава 3. Сырье для производства серной кислоты .	21
СЕРНЫЙ КОЛЧЕДАН......................................22
ГАЗЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ....	24
СЕРОВОДОРОДНЫЕ ГАЗЫ .................................25
ЭЛЕМЕНТАРНАЯ СЕРА .	 26
Глава 4. Производство сернистого газа ...	27
ХРАНЕНИЕ СЫРЬЯ И ПОДГОТОВКА ЕГО К ОБЖИГУ ....	27
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРНИСТОГО ГАЗА КОЛЧЕДАНА .	30
Физико-химические основы обжига колчедана	.30
Теоретические основы кипящего слоя
Печи КС........................................
Печи пылевидного обжига .	.	.
Многоподовые печи..........................
Удаление и использование огарка................
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРНИСТОГО ГАЗА ИЗ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ
Физико-химические основы сжигания серы
Печи КС .	.	...........................
Форсуночные печи ..............................
Утилизация тепла при сжигании серы ....
Обслуживание сероплавилок и печей .
ПОЛУЧЕНИЕ СЕРНИСТОГО ГАЗА ИЗ СЕРОВОДОРОДА .
Физико-химические основы сжигания сероводорода .
Печь-котел Гипрококса ....
Печь с верхней подачей газа....................
OOOOQOQ0O0-4-‘J*-J*qM--JO5tnO0O0
СО СП Q0 w ЬЭ СО СП СЮ to to •— Ф* СЮ 00 СП
230
УДАЛЕНИЕ ПЫЛИ ИЗ ОБЖИГОВОГО ГАЗА	»
Механический способ осаждения пыли	91
Электрический способ осаждения пыли	94
Глава 5. Производство серной кислоты контактным
способом................................................ЮЗ
МОКРАЯ ОЧИСТКА ГАЗА .	....................	.	104
Очистное отделение контактного цеха	107
ОКИСЛЕНИЕ СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА В СЕРНЫЙ ...	119
Основы процесса окисления сернистого ангидрида на катали-
заторах ...............................................119
АБСОРБЦИЯ СЕРНОГО АНГИДРИДА	135
Основы процесса абсорбции серного ангидрида .	135
Схема и аппаратура абсорбционного отделения ....	138
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ СЕРЫ И ДРУГОГО СЕРО-
СОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ......................................146
Производство серной кислоты из серы................146
Производство серной кислоты из сероводорода ....	153
Производство олеума из отработанной серной кислоты .	.	157
Перемещение газа............................. .	.	160
Глава 6. Производство серной кислоты нитрозным
способом...............................................162
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НИТРОЗНОГО СПОСОБА	162
Свойства окислов азота .............................. 162
Свойства нитрозы..................................... 164
Окисление сернистого ангидрида нитрозой..............166
Поглощение окислов азота нитрозой....................170
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И АППАРАТУРА ПРОИЗВОДСТВА СЕР-
НОЙ КИСЛОТЫ БАШЕННЫМ МЕТОДОМ...........................172
Технологическая схема производства	172
Аппаратура башенных систем	175
Перемещение кислоты и газа	181
Обслуживание башенного отделения ...	185
Комбинированный контактно-башенный способ производства
серной кислоты.........................................188
Глава 7. Контроль и автоматизация производства
серной кислоты.........................................193
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ	193
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА	198
Глава 8. Техника безопасности, промсанитария
и противопожарные мероприятия ....	210
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОМСАНИТАРИЯ...................210
ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ............................214
Приложения........................................... 216
Литература...........................................228
231
Владимир Иванович Гладушко, канд. техн, наук
ПРОИЗВОДСТВО	Редактор издательства
СЕРНОЙ	инж' Л- Уманская
Переплет художника
КИСЛОТЫ	и. //. Васильченко
Художественный редактор
В. И. Березовый
Технический редактор
Т. М. Тачалович
Корректор
М. И. Козиненко
Сдано в набор 30. VI. 1965 г. Подписано к печати
19.1. 1966 г. Формат бумаги 84X108V32. Объем: 7,25
физ. л.; 12,18 усл. л., 12,05 учет-изд. л. Тираж 3000.
Зак. 1098. БФ 07418. Цена 57 коп.
Издательство «Техн1ка»,
Киев, 4, Пушкинская, 28.
Киевская книжная типография № 6, Киев, Выборгская, 84.