Автор: Малин К.М.
Теги: производство серы и её производных химическая промышленность справочник серная кислота
Год: 1971
Текст
ЩЕООТЗШЗЙЕ
СЕРНОКИСЛОТЧИКА
ИЗДАНИЕ 2-е ДОПОЛНЕННОЕ
И ПЕРЕРАБОТАННОЕ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ
ДОКТОРА ТЕХН. НАУК
ПРОФЕССОРА
К. М. МАЛИНА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ»
МОСКВА 1971
УДК 661.25(031)
, С 74
Справочник сераокислотчика. Коллектив авторов, под ред. проф.
К- М. Малина. Издание 2-е, дополненное и переработанное.
В книге обобщены необходимые общетехнические справочные
данные, приведена подробная характеристика сырья, промежуточных,
вспомогательных и сопутствующих веществ и конечных продуктов сер-
нокислотного производства. Изложены физико-химические основы кон-
тактного и нитрозного методов получения серной кислоты. Рассмотрены
технологические схемы и аппаратурное оформление всех стадий произ-
водственного процесса, описаны основные конструкционные материалы.
Даны методики материальных и тепловых расчетов, освещены вопросы
хранения и транспортирования серной кислоты.
Справочник предназначен для широкого круга инженерно-техни-
ческих работников предприятий, научно-исследовательских, проектно-
конструкторских и других организаций химической и ряда смежных
отраслей промышленности. Он представит несомненный интерес для
преподавателей и студентов вузов, специализирующихся в области тех-
нологиц неорганических веществ.
Справочник содержит 744 стр., около 350 таблиц и 340 рисунков
и необходимей библиографический материал.
3-14-3
30-71
СПРАВОЧНИК сернокислотчика
Издательство «Химия», М., 1971 г.
741 с.
Редакторы; Н. С. Аврамова, И, В. Лебедева, Р. Е. Маневич
^хнический редактор В. В. Коган
'’Художник И. В. Носов
Корректор И. Д. Король
Т-14553. Подписано к печати 1/Х 1971 г.
Формат бумаги 60X90*/i«- Печ. л. 46,5
Уч.-изд. л. 65,17 Тираж 8600 экз. Типогр. бум. № 2
Цена 3 р. 49 к. Тем. план 1971 г., № 30. Зак. 1158
Ленинградская типография № 6 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10.
СОДЕРЖАНИЕ
От редактора.................................................. 4
Раздел I. Воздух и некоторые газы. Вода и водяной пар.
. А. С. Ленский, П. А. Семенов........................... 7
Раздел II. Исходные, промежуточные, конечные, сопутст-
вующие и вспомогательные вещества в производстве
серной кислоты. А. С. Ленский, П. А. Семенов ... 37
Раздел III. Материалы для аппаратов сернокислотного
производства. Г, А. Максудов........................... 155
Раздел IV. Хранение и транспорт серной кислоты, рас-
плавленной серы и газов. И. А. Иш...................... 205
Раздел V. Трубы и арматура кислотопроводов, газопрово-
дов и серопроводов. Желоба. | И. Л. Аркин |, И. А. Иш 259
Раздел VI. Сырье для производства серной кислоты и под-
готовка колчедана и серы к обжигу. М. А. Гурфинкель 293
Раздел VII. Обжиг серосодержащего сырья. М. А. Гурфин-
кель, Я- Г. Коренберг, К. М. Малин, М. И, Ракович,
А. И. Терновскач...................................... 347
Раздел VIII. Очистка газов в производстве серной кислоты.
А. П. Андрианов, В. Н. Ужов............................ 425
Раздел IX. Производство серной кислоты контактным ме-
тодом. В. С. Бесков, В. П. Козлов, К. М. Малин,
М. Г. Слинько, Д. Ф. Терентьев........................ 481
Раздел X. Производство серной кислоты иитрозиым ме-
тодом. | Н. Л. Аркин |, К. М. Малин.................... 621
Раздел XI. Концентрирование серной кислоты. А. Я- Лебе-
дев ......................... 659
Раздел XII. Холодильники в производстве серной кислоты.
М. А. Гурфинкель, М. И. Ракович...... 699
Приложение. Международная система единиц — СИ. 716
Предметный указатель..............'. . . . 72з
ОТ РЕДАКТОРА
Со времени выпуска первого издания «Справочника сернокислот-
чика», вышедшего в 1952 г., отечественная сернокислотная промышлен-
ность получила значительное развитие. В 1953 г. в СССР было произ-
ведено 2,92 млн. т серной кислоты, в 1970 г. ее выпуск достиг
12,06 млн. т. По пятилетнему плану развития народного хозяйства
СССР на 1971—1975 гг. намечен большой рост всех отраслей промышлен-
ности, потребляющих серную кислоту, в особенности производства ми-
неральных удобрений. По этому плану выпуск серной кислоты к 1975 г.
должен значительно увеличиться (напомним, что в 1913 г. в России
было произведено менее 200 тыс. т серной кислоты).
За последнее десятилетие существенно повысился также техни-
ческий уровень сернокислотного производства. Еще в начале 60-х Годов
в СССР строились контактные цехи производительностью 80 и 120 тыс. т
кислоты в год, в последние годы мощность их увеличилась до 180 тыс. т
в год. В текущем пятилетии контактные системы будут строиться в основ-
ном на 360 тыс. т H2SO4 в год (1000 т!суткЩ. При такой большой
единичной мощности новых сернокислотных систем использование ряда
применявшихся ранее типов основной технологической аппаратуры
оказалось нецелесообразным. Так, для одной системы мощностью
1000 т!су тки кислоты пришлось бы устанавливать около 30 механи-
ческих печей ВХЗ. Это вызвало бы необходимость в очень больших
производственных площадях под отдельные установки (что резко уве-
личило бы удельные капиталовложения) и весьма затруднило бы управ-
ление технологическим процессом. Значительное же укрупнение неко-
торых аппаратов старых конструкций в ряде случаев оказалось эконо-
мически неприемлемо, а иногда и технически почти невозможно.
Применительно к процессу обжига сернистого сырья проблема
резкого увеличения производительности технологического оборудова-
ния была решена внедрением печей кипящего слоя (КС). В настоящее
время мощность печей КС составляет 200 и 450 т 45%-ного колчедана
в сутки. Крупный технический прогресс в последние годы наблюдается
и в области обжига серы; в этот процесс внедрены печи типа циклон-
ной топки.
Современные контактные аппараты имеют повышенную мощность —
540 и 1000 т!су тки H2SO4. Разрабатываются и внедряются новые
конструкции контактных аппаратов (с кипящими и с вертикальными
слоями контактной массы), получила широкое применение новая кон-
тактная масса СВД, разрабатываются и внедряются другие более
эффективные катализаторы окисления SO2. С внедрением печей КС
во все больших масштабах осуществляется использование тепла горе-
ния серосодержащего сырья.
Для сухой и мокрой очистки газов используются мощные элек-
трофильтры улучшенных конструкций. Конструктивно усовершенство-
От редактора
5
ваны также детали ряда других технологических аппаратов. Значи-
тельно улучшено аппаратурное оформление механических процессов
удаления колчеданного огарка.
В связи с укрупнением мощности сернокислотных систем и повы-
шением санитарных требований к условиям труда на химических пред-
приятиях, состоянию воздушного бассейна населенных мест и чистоте
водоемов, а также в связи с усилением внимания к проблемам охраны
природы проводится целый комплекс мероприятий, направленных на
уменьшение вредных промышленных стоков и выбросов в атмосферу.
К таким мероприятиям, реализуемым на сернокислотных заводах, от-
носятся повышение полноты окисления SO2 и абсорбции SOg, улавли-
вание остатков сернистого ангидрида растворами сульфит-бисульфита
аммония с получением товарных солей, каталитическое окисление SO2
в отходящих газах озоном или кислородом в слабых растворах серной
кислоты и т. д.
Существенным изменениям подверглось и вспомогательное обору-
дование сернокислотных систем: применяются новые типы кислотных
холодильников (в частности, кожухотрубных), насосов, компрессоров
новые виды силового оборудования и др. Все шире используются
новые более кислотостойкие материалы для изготовления химической
аппаратуры, трубопроводов, арматуры. -
Перечисленные изменения и усовершенствования нашли соответ-
ствующее отражение в новом издании «Справочника сернокислотчика»,
общая структура которого примерно соответствует первому изданию
за исключением того, что в него введен дополнительный раздел V
«Трубы и арматура кислотопроводов, газопроводов и серопроводов.
Желоба», а сведения о кислотных холодильниках объединены в XII
(заключительном) разделе.
По сравнению с первым изданием значительно расширены раз-
делы I и II, в которых приведены более полные сведения о свойствах
сырья, промежуточных и вспомогательных веществ, серной кислоты,
олеума и т. д. В некоторых случаях эти сведения даны по нескольким
первоисточникам, так как авторы полагают, что некоторые читатели
сочтут целесообразным использовать и сравнить различные из приве-
денных в «Справочнике» данные.
Раздел III дополнен данными о новых конструкционных и анти-
коррозионных материалах, получивших применение в химической про-
мышленности за последние годы и перспективных для внедрения в бли-
жайшем будущем. В разделе VII подробно освещены вопросы гидроди-
намики и кинетики процесса обжига серосодержащего сырья в кипящем
слое, конструктивное оформление печей КС и технология этого метода
обжига; необходимое внимание уделено также использованию тепла
процесса обжига и котлам-утилизаторам.
В соответствии с преимущественным развитием контактного ме-
тода производства серной кислоты раздел IX, посвященный этому
методу, пополнен новыми сведениями о теоретических основах кон-
тактного процесса, его аппаратурном оформлении и необходимыми рас-
четными данными. В частности, значительно расширено и углублено
изложение вопросов кинетики контактного окисления SO2. Раздел X,
в котором рассмотрен нитрозный метод производства серной кислоты,
несколько сокращен. В остальных разделах «Справочника» также
помещены сведения о новых процессах и аппаратах, внедренных и пред-
полагаемых к внедрению в сернокислотную промышленность, и исклю-
чены устаревшие данные.
В настоящее время техника сернокислотного производства продол-
жает развиваться. Близко к внедрению применение кислорода в кон-
тактном и нитрозном процессах, двухстадийное контактирование с про-
6
От редактора
межуточной абсорбцией SO3 при окислении сернистого ангидрида,
проходит промышленную проверку новая схема контактного процесса,
названная СО (сухая очистка), разрабатывается контактная система
с применением новых принципов использования тепла и охлаждения
кислот и с полной ликвидацией вредных выбросов в атмосферу и во-
доемы. Широко проводятся работы, имеющие целью повышение эффек-
тивности способов удаления и использования колчеданного огарка
и др. Некоторые из этих усовершенствований не получили достаточно
полного освещения в «Справочнике». Однако авторский коллектив и ре-
дактор рассчитывают, что «Справочник сернокислотчика» окажет
определенную помощь в работе инженерно-техническому персоналу
предприятий, сотрудникам проектных, конструкторских и научно-
исследовательских организаций сернокислотной и других отраслей
химической индустрии и будет полезен преподавателям и студентам
химико-технологических вузов и факультетов.
Замечания и пожелания читателей по улучшению содержания
«Справочника» будут приняты нами с благодарностью.
Редактор весьма признателен ряду специалистов (см. примечания
в тексте), предоставивших ценные материалы, которые были исполь-
зованы при составлении «Справочника», и выражает благодарность за
помощь в подборе данных Н. И. Галееву, В. С. Епифанову, М. Н. Ле-
вину, Е. Г. Пастухову, М. М. Шарову, Г. А. Кузьмину, Ф. Т. Па-
рамонову и 10. В. Ласточкину, а также сотрудникам УНИХИМа:
А. А. Ефимовой, Ю. Н. Бардину, Е.М. Ляпустиной, А. И. Фефелову
и др.
/С. М. МАЛИН
РАЗДЕЛ I
ВОЗДУХ И НЕКОТОРЫЕ ГАЗЫ.
ВОДА И ВОДЯНОЙ ПАР
V А, С. ЛЕНСКИЙ, П. А. СЕМЕНОВ
1. Воздух и некоторые газы................................... 8
2. Вода и водяной пар....................................... 23
1. ВОЗДУХ И НЕКОТОРЫЕ ГАЗЫ
Состав сухого воздуха на уровне моря:
объемы- % вес. % объемы. % вес. %
Азот 78,08 75,60 Гелий 510~4 7-10-»
Кислород 20,95 23,10 Криптон 1,08-10-4 3-Ю"4
Аргон 0,9325 1,286 Водород 5-10-6 ЗЮ’8
Двуокись Ксенон 810~* 4 • 10-5
углерода 0,030 0,046 Озон МО"6 210-6
Неон 1,8-10-3 1,2 -10~» Радон 610"18 8 IO"17
Таблица 1-1. Давление насыщенных паров азота и кислорода
о о р мм рт. ст. t, °C р, атм □о 0 i ? ? о о р, атм
—296,1 (тв) —219,1 (тв) —214,0 (тв) —210 (ж) —205 —200 — 195,8 — 195,0 — 190,0 Т а б А 3 1 10 40 94 218 459 760 833 1428 Л И Ц 2 о т —180 —170 —160 —147,16 (кр) 1-2. Давлен» 4,74 9,88 17,36 33,50 ie насы1 —219,1 (тв) —210 (ж) —205 —200 —195 —190 —185 —182,97 —180,0 денных паре К и с л 1 11,5 33,0 80,7 174,4 340,7 611,6 760 1023 в двуоки э р о д —180 —160 —150 —140 —130 —118^84 (кр) си углерода 7,62 12,05 20,87 32,36 49,71
и Р мм рт. ст. О о § i ft.? О О *-* ? ci о ? 1
—134,3 (тв) —119,5 —108,6 —100,2 —93,75 —89,35 1 10 40 100 200 300 —86,28 —83,87 —81,75 —80,0 —78,5 —75 400 500 600 700 760 1008,2 (1,32 атм) —70 —60 —56,7 (жидк) —50,0 —40 —39,5 —30 —20 2,02 4,18 5,0 6,74 9,92 10,0 14,10 19,44 —18,9 —10 0 + 10 20 30 31,1 (кр) 20,0 26,13 34,38 44,42 56,49 71,14 72,95
Т а б л ид а 1-3- Основные свойства важнейших газов
Метан 16,04303 190,65 —82,5 1 47,4 162 0,00617 — 182,5 — 161,5 ' 138 17,889 22,380
Св л S 55 | Ю о см см LO
о5 о о ОС см 132,9 о* 7 35,74 301 0,003с —206 — 191 50,4 26,411 22,40
Двуокись углерода 44,0995 I 304,25 31,10 to _ ю о - to ю $< 0,00217 —56,6 1 1 1 1 94,0518 22,259
tc о Ю 06* ю см со см см ,?5 |
сх ш см см о см о СМ 1 1 2? 1
ес о О со’ со со см СО —• — со со сэ Ю см V5 с 1 1 । 2 1 см сч
га см’ 1 o' 1 1
tc । о о. 1 о 00 00 ст> со_ 8,84 44 ю i232 8,8 2,97 1 1 °- 393
ч СЛ ^^4 - * CQ О 00 1 1 о
о S & СО to 7 id м' 0,0 7 7 ю 22
о 1 ,99 7,16 to. — 321 О 5,82 64 1 ЮЗ
сп о ^4* * о О 1 1 t- 1 ла
28, см со со 0'0 см 7 СМ см
ео
।
и ОО =х X о’ см о см о о Т £ ,
tc СО О ао § 1 <з> rJ' 1/3 со со 1 1 о см о 1 1
га см о" 1 о см
мм :ло- при тых ь юр-
=> • с S о о о *
• £> S’ X X •
03 и : вес « X Н о ° с О О со • S? а о при / М3 альных * К SC • = it . сх 5 ьг S к * S . ем пр гловия.
9S X г* к • -2 s Е И . X X
са О /лярны ческие яперат А вление отност S 0J на >атура, авлени К Ь <м G. s u -2 Е U л ® 5 Ё н е 2 S о СХ, К к g 'ом 5 1 разова вещест ю о х £ =х 3 §
ек1 s аз " tt с \о о t-ц с: £ с s 2 о, М ® Е * gS о х £ м
Мол S £ S [<р О t! с н 8 2 3
Мольный объем идеального газа 22,414 м3/кмоль.
Таблица 1-4. Вязкость (ц, кгс-сек/м2), плотность (р, кг/м3)
и теплопроводность [X, ккал/{м- ч-град)] важнейших газов
t, °C Азот Кислород Водород Двуокись углерода 1 Окись углерода
И Р 1 И 1 Р X Ц 1 Р 1 1 И 1 Р 1 Ц 1 Р Л
0 1,70 1,250 21,38 1,98 1,429 21,55 0,85 0,0899 150 1,43 1,977 12,42 1,69 1,250 20,0
20 1,78 1,183 22,52 2,08 1,353 22,84 0,89 0,0851 157 1,52 1,871 13,84 1,77 1,183 21,2
40 1,86 1,116 23,66 2,17 1,277 24,13 0,93 0,0802 164 1,60 1,765 15,26 1,86 1,116 22,4
60 1,95 1,050 24,81 2,27 1,202 25,41 0,97 0,0754 172 1,69 1,659 16,68 1,94 1,050 23,5
80 2,03 0,983 25,95 2,36 1,126 26,70 1,01 0,0705 179 1,77 1,553 18,10 2,03 0,983 24,7
100 2,11 0,916 27,09 2,46 1,05 27,99 1,05 0,0657 186 1,86 1,447 19,52 2.Н 0,916 25,9
120 2,18 0,877 28,13 2,55 1,055 29,27 1,09 0,0629 193 1,94 1,386 20,96 2,19 0,877 27,0
140 2,25 0,839 29,17 2,64 0,960 30,54 1,12 0,0602 200 2,03 1,325 22,39 2,26 0,839 28,1
160 2,33 0,800 30,22 2,73 0,916 31,82 1,16 0,0574 208 2,11 1,265 23,83 2,34 0,800 29,2
180 2,40 0,762 31,26 2,82 0,871 33,09 1,19 0,0547 215 2,20 1,204 25,26 2,41 0,762 30,3
200 2,47 0,723 32,30 2,91 0,826 34,37 1,23 0,0519 222 2,28 1,143 26,70 2,49 0,723 31,4
220 2,54 0,698 33,30 2,99 0,797 35,62 1,27 0,0501 229 2,36 1,103 28,13 2,56 0,698 32,4
240 2,61 0,673 34,30 3,07 0,768 36,88 1,30 0,0483 236 2,44 1,063 29,56 2,63 0,672 33,5
260 2,68 0,647 35,31 3,15 0,740 38,13 1,34 0,0464 244 2,53 1,024 31,00 2,71 0,647 34,5
280 2,75 0,622 36,31 3,23 0,711 39,39 1,37 0,0446 251 2,61 0,984 32,43 2,78 0,621 35,6
300 2,82 0,597 37,31 3,31 0,682 40,64 1,41 0,0428 258 2,69 0,944 33,86 2,85 0,596 36,6
320 2,89 0,579 38,34 3,39 0,662 41,84 1,44 0,0415 265 2,77 0,916 35,26 2,92 0,577 37,6
340 2,95 0,561 39,36 3,47 0,641 43,04 1,47 0,0402 272 2,85 0,887 36,65 2,98 0,560 38,6
360 3,02 0,544 40,39 3,54 0,621 44,25 1,51 0,0390 280 2,92 0,859 38,05 3,05 0,542 39,7
380 3,08 0,526 41,41 3,62 0,600 45,45 1,54 0,0377 287 3,00 0,830 39,44 3,11 0,525 40,7
400 3,15 0,508 42,44 3,70 0,580 46,65 1,57 0,0364 294 3,08 0,802 40,84 3,18 0,508 41,7
420 3,21 0,495 43,46 3,78 0,565 47,80 1,60 0,0355 301 3,16 0,781 42,19 3,25 0,495 42,7
440 3,27 0,482 44,45 3,85 0,550 48,95 1,63 0,0345 308 3,23 0,760 43,54 3,31 0,482 43,6
460 3,34 0,468 45,46 3,93 0,534 50,10 1,66 0,0336 316 3,31 0,740 44,90 3,38 0,468 44,6
480 3,40 0,455 46,46 4,00 0,519 51,25 1,69 0,0326 323 3,38 0,719 46,25 3,44 0,455 45,5
500 3,46 0,442 47,47 4,08 0,504 52,40 1,72 0,0317 330 3,46 0,698 47,60 3,51 0,442 46,5
520 3,52 0,432 48,45 4,15 0,493 53,46 1,75 0,0310 337 3,54 0,682 48,89 3,57 0,432 47,5
540 3,58 0,422 49,42 4,22 0,481 54,53 1,78 0,0303 344 3,61 0,666 50,19 3,63 0,422 48,4
560 3,64 0,412 50,40 4,30 0,470 55,59 1,81 0,0295 352 3,69 0,650 51,48 3,70 0,412 49,4
580 3,70 0,402 51,37 4,37 0,458 56,66 1,84 0,0288 359 3,76 0,634 52,78 3,75 0,402 50,3
600 3,82 0,384 53,30 4,51 0,438 58,74 1,87 0,0281 366 3,84 0,618 54,07 3,81 0,392 51,3
640 3,87 0,376 54,24 4,58 0,429 59,76 1,90 0,0275 373 3,91 0,605 55,31 3,87 0,384 52,2
660 3,93 0,368 55,19 4,65 0,420' 60,78 1,93 0,0269 380 3,98 0,593 56,55 3,93 0,376 53,1
680 3,98 0,360 56,13 4,72 0,411 61,80 1,95 0,0264 388 4,05 0,580 57,79 4,00 0,367 54,1
700 4,04 0,352 57,08 4,79 0,402 62,82 1,98 0,0258 395 4,12 0,568 59,03 4,06 0,359 55,0
720 4,09 0,345 57,99 4,86 0,394 63,79 2,01 0,0252 402 4,19 0,555 60,27 4,12 0,351 55,9
740 4,15 0,338 58,90 4,92 0,386 64,77 2,04 0,0247 409 4,26 0,544 61,44 4,18 0,344 56,8
760 4,20 0,332 59,81 4,99 0,379 65,74 2,07 0,0242 416 4,33 0,534 62,61 4,24 0,337 57,7
780 4,26 0,325 60,72 5,05 0,371 66,72 2,09 0,0238 424 4,41 0,523 63,78 4,29 0,331 58,5
800 4,31 0,318 61,63 5,12 0,363 67,69 2,12 0,0233 431 4,48 0,513 64,95 4,35 0,324 59,4
820 4,37 0,313 62,51 5,19 0,357 68,55 2,15 0,0228 438 4,55 0,502 66,12 4,41 0,317 60,3
840 4,42 0,307 63,39 5,25 0,351 69,41 2,18 0,0224 445 4,62 0,494 67,24 4,47 0,312 61,2
860 4,48 0,302 64,27 5,32 0,345 70,28 2,20 0,0220 452 4,69 0,485 68,37 4,52 0,307 62,1
880 4,53 0,296 65,15 5,38 0,339 71,14 2,23 0,0217 460 4,77 0,477 69,49 4,58 0,301 63,1
900 4,59 0,291 66,03 5,45 0,333 72,00 2,25 0,0213 467 4,84 0,468 70,62 4,63 0,296 64,0
920 4,64 0,286 66,88 5,51 0,328 72,87 2,28 0,0209 474 4,91 0,460 71,74 4,69 0,291 64,9
940 4,69 0,282 67,73 5,57 0,322 73,74 2,31 0,0206 481 4,98 0,453 72,81 4,73 0,286 65,8
960 4,74 0,277 68,57 5,64 0,317 74,62 2,34 0,0202 488 5,05 0,445 73,88 4,78 0,282 66,7
980 4,79 0,273 69,42 5,70 0,311 75,49 2,64 0,0199 496 5,11 0,438 74,82 4,82 0,277 67,5
1000 4,84 0,268 70,27 5,76 0,306 76,36 2,39 0,0195 503 5,18 0,430 76,03 4,87 0,273 68,4
2,42 0,0192 510 5,25 0,423 77,10 4,91 0,268 69,3
12
/. Воздух и газы. Вода и водяной пар
Таблица 1-5. Давление насыщенных паров метана
О р мм рт. ст. и о р мм рт. ст. и р, атм Эо Ч р, атм
—209,5 (тв) 1 —168,7 400 —160 1,13 —120 11,84
—195,5 ' 10 —166,2 500 —152,3 2,00 —ПО 17,83
—187,7 40 —164,2 600 —150 2,35 —108,5 20,00
—181,5 (ж) 100 —162,4 700 —140 4,38 —100 25,7
—175,2 200 —161,5 760 —138,3 5,00 —90 35,9
—171,9 300 —130 7,45 —86,3 40,0
—124,8 10,00 —82,5 47,1
Таблица 1-6. Растворимость
воздуха и его компонентов
в воде [1—3, 6]
t, °C Растворимость, л/м3 % О2 t, °C Растворимость воздуха, л/м.3
азота кислорода всего
Общее давление воздуха, насыщенного парами воды, 760 лш рт. ст.
0 5 10 15 20 25 30 19 16,8 15,0 13,5 12,3 11,3 10,4 10,19 8,9 7,9 7,0 6,4 5,8 5,3 29,19 25,7 22,9 20,5 18,7 17,1 15,7 34,9 34,7 34,5 34,2 34,0 33,8 33,2 35 40 45 50 60 70 80 90 100 14,2 13,16 12,28 11,41 9,77 8,02 5,95 3,42 0,0
t, °C л/м3 t, °C л/м3 t, °C л/м3 1, °C л/м3
Парциальное давление сухого воздуха 760 jhjh рт. ст.
0 28,85 20 18,71 40 14,19 70 11,51
5 25,47 25 17,24 45 13,52 80 11,25
10 22,6 30 16,07 50 12,89 90 11,10
15 20,48 35 15,07 60 12,16 100 11,10
Примечание Объем растворенных газов приведен к нормальным условиям (0° С
и 760 мм рт. ст.).
1. Воздух и некоторые газы
13
Пример. Определить объем и состав газов, растворенных в 1 м3 воды при 80° С
и общем давлении влажного воздуха 1420 мм рт. ст.
Решение. По табл. 1-6 находим, что растворимость воздуха в воде при
80° С равна 11,25 л/м3 (парциальное давление сухого воздуха 760 мм рт. ст.). Пар-
циальное давление воздуха в условиях примера составляет:
1420 — 355,1 = 1064,9 мм. рт. ст.
где 355,1 —давление водяного пара при 80° С.
Поскольку растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению,
объем растворенного газа будет равен:
11,25-^|^= 15,76 л
/ьи
Массу и состав растворенных газов при температурах выше 30° С можно опре-
делить приблизительно. С помощью табл. 1-7 находим, что при 760 мм рт. ст. и
80° С в 1 л3 воды растворяется 9,58 л азота и 17,61 л кислорода. Парциальное давле-
ние этих газов в условиях примера составляет:
азота .................... 0,79*1064,9 = 841,3 мм рт. ст.
кислорода ............. 0,21 -1064,9 = 223,6 мм рт. ст.
поэтому применительно к условиям примера в 1 м3 воды растворится:
азота . . 9,58-841,3 ]П_П_ 10,605 л /ьи
кислорода 17,61-223,6 с 1О 760
Пользуясь табл. 1-2, находим количество растворенных газов
10,605-1,25+ 5,18-1,429 = 20,65 г
Т а б л и ц а 1-7. Растворимость некоторых газов в 1 м3 серной кислоты
при 20° С и парциальном давлении газов 760 лъи рт. ст.
Концентра- ция HjSO*, г/л Азот Кислород Водород при 25° С Двуокись углерода
г/л’ л/л’ г/л’ л/м* г/л’ л/м* г/м* л/л*
0 19,31 15,45 44,34 31,03 1,58 17,54 1735,8 878,0
240 11,38 9,10 27,86 19,50 1,46 16,20 1314,7 665,0
435 9,0 7,2 22,15 15+0 — — — —
1750 1,61 1,29 39,30 27,50 1,34 14,90 1830,7 926,0
Примечание. Объем газов приведен к нормальным условиям (0° С и 760 мм рт. ст.).
Растворимость воздуха в серной кислоте при 18°С и его давлении760мм рт. ст.:
Концентрация H2SO4, % .. , 49,5 59,5 71,0 79,7 90,0 98,0
Растворимость, л/м3 H2SO4 7,2 5,55 5,26 6,44 10,0 16,2
Таблица 1-8. Растворимость газов в воде
t, °C Атмосферный азот Кислород Водород Двуокись углерода Окись углерода Метан
л/м* г л/м* г л/м* г л/м* г л/м* г л/м* г
1000 г Н2О 1000 г Н.О 1000 г Н2О 1000 г Н2О 1000 г Н,0 1000 г Н.О
0 23,54 29,42 48,89 69,45 21,48 1,922 1713 3346 35,37 43,97 55,63 39,28
5 20,86 26,00 42,87 60,72 20,44 1,824 1424 2774 31,49 39,03 48,05 34,02
10 18,61 23,12 38,02 53,68 19,55 1,740 1194 2318 28,16 34,79 41,77 29,57
15 16,85 20,85 34,15 48,02 18,83 1,668 1019 1970 25,43 31,30 36,90 25,93
20 15,45 19,01 31,03 43,39 18,19 1,603 878 1688 23,19 28,38 33,09 23,21
25 14,34 17,51 28,31 39,31 17,54 1,535 759 1449 21,42 26,03 30,06 20,85
30 13,42 16,24 26,08 35,88 16,99 1,474 665 1257 19,98 24,05 27,62 18,96
35 12,56 15,01 24,40 33,15 16,66 1,425 592 1105 18,77 22,31 25,46 17,26
40 11,84 13,91 23,06 30,82 16,44 1,384 530 973 17,75 20,75 23,69 15,84
45 11,30 13,00 21,87 28,58 16,24 1,341 479 860 16,90 19,33 22,38 14,60
50 10,88 12,16 20,90 26,57 16,08 1,287 436 761 16,15 17,97 21,34 13,52
55 10,55 11,34 19,18 24,66 16,04 1,232 398 668 15,51 16,59 20,44 12,46
^60 10,23 10,52 19,46 22,74 16,00 1,178 359 576 14,88 15,22 19,54 11,41
65 10,00 9,51 18,99 20,65 16,00 1,099 / 14,64 13,99 18,89 10,32
70 9,77 8,51 18,33 18,56 16,00 1,020 14,40 12,76 18,25 9,24
75 9,67 7,55 17,97 16,18 16,00 0,905 14,35 11,28 17,97 8,09
80 9,58 6,60 17,61 13,81 16,00 0,790 14,30 9,80 17,70 6,94
85 9,55 7,57 17,41 10,84 16,00 0,625 14,25 7,75 17,52 5,45
90 9,52 3,80 17,23 7,87 16,00 0,460 14,20 5,70 17,35 3,96
95 9,49 1,90 17,11 3,93 16,00 0,230 14,15 2,85 17,18 1,98
100 9,47 0,00 17,00 0,00 16,00 0,000 14,10 0,00 17,00 0,00
• Растворимость выражена в л газа,
а также в г иа 1000 г воды, насыщенной
приведенного к 0° С и 760 мм рт. ст., при его парциальном
газом при общем давлении рГ рцаО = 760 мм Рт- ст-
давлении, равном 760 мм рт. ст.,
16
/. Воздух и газы. Вода и водяной пар
Продолжение табл. 1-9
t, °C <р — 80 ф = 100
d р н ДУ d р Н ДУ
г/кг г/м* г/кг г м*
— 15 0,83 1.Н 1,3400 —3,10 0,1341 1,04 1,39 1,3397 —2,98 0,1742
—10 1,30 1.71 1,3140 — 1,63 0,2104 1,63 2,14 1,3138 — 1,43 0,2630
—5 2,02 2,59 1,2891 0,00 0,3227 2,52 3,24 1,2886 0,30 0,4130
0 3,07 3,87 1,2646 1,83 0,4941 3,85 4,84 1,2641 2,30 0,6081
4-5 4,40 5,44 1,2409 3,83 0,7092 5,51 6,80 1,2401 4,50 0,8834
10 6,21 7,52 1,2177 6,13 0,9900 7,78 9,40 1,2165 7,08 1,2466
15 8,66 10,26 1,1948 8,82 1,3932 10,86 12,82 1,1932 10,15 1,7535
20 11,94 13,83 1,1722 18,02 1,9124 15,00 17,29 1,1700 13,88 2,4082
25 16,29 18,43 1,1495 15,89 2,6233 20,50 23,03 1,1468 18,45 3,2965
30 22,03 24,29 1,1268 20,63 3,5388 27,78 30,36 1,1231 24,14 4,4635
35 29,54 31,67 1,1038 26,48 4,6507 37,37 39,59 1,0991 31,27 5,9973
40 39,35 40,90 1,0804 33,78 6,3101 49,98 51,13 1,0741 40,31 8,0230
45 52,14 52,34 1,0560 42,96 8,3759 66,57 65,42 1,0482 51,86 10,6820
50 68,79 66,35 1,0308 54,59 11,0302 88,42 82,94 1,0208 6674 14,1786
55 90,60 83,42 1,0042 69,49 14,5328 117,50 104,28 0,9917 86,18 18,8357
60 119,35 104,07 0,9761 88,82 19,1233 156,64 130,09 0,9906 112,05 25,0753
Примечание. Обозначения: <р — относительная влажность воздуха, %; d — вла-
госодержание, г/кг сухого воздуха, или г/м* влажного воздуха; р — плотность влажного
воздуха, кг/м*\ ДУ — увеличение объема сухого воздуха при насыщении влагой, %; Н —
энтальпия влажного воздуха, ккал/кг сухого воздуха.
Примеры использования таблицы. Обозначим:
Р — общее давление влажного воздуха, мм рт. ст.',
р — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе, мм рт. ст.’,
t — температура, °C;
рн — давление насыщенного водяного пара при температуре t\
Рн — р" — плотность насыщенного водяного пара при температуре t.
Величины, приведенные в табл. 1-9, можно приближенно вычислить по следу-
ющим формулам: "
ф=-^7 (в долях единицы), или ф = -^--100 (в %) (1-1)
d — ЮООр" (в г/л3 влажного воздуха),
(Ь2>
или
d = ^.—-------1000 (в г
29 Р — фрм v
р==(рро + 21.Л-ФРн.
Р тР -Г22 4 760
водяного пара на 1 кг сухого воздуха)
(1-3)
273 ,
273 (в кгс/м3 влажного воздуха)
Н = (0,24 + 0,00048d) /+ 0,595d (в ккал/кг сухого воздуха) (1-4)
1. Воздух и некоторые газы
17
примет вид:
пара на 1 м3 сухого воздуха, (1-5)
Если расчет влагосодержания ведется на 1 м3 сухого воздуха, приведенного
к нормальным условиям, то уравнение (1-3)
ФРн 18 ,
“ = (В “ В0ДЯН°Г°
приведенного к нормальным условиям),
или
„ 760 273+/
" =₽ p=w7--273~
(1-6)
Пример 1. Сухой воздух в количестве 240 кг насыщают влагой при 745 мм рт. ст.
и 40° С. Определить увеличение объема воздуха при увлажнении.
Решение. Находим при ф = 0 (табл. 1-9) плотность сухого воздуха при
40° С. Она составляет 1,1051 кг/л3. Значит, объем сухого воздуха равен 240 : 1,1051 —
= 217,17 м3. При ф = 100% увеличение объема воздуха после увлажнения состав-
ляет 8,023% объема сухого газа, т. е.
217,17-0,08023= 17,424 м3
Пример 2. В сушильную башню при 745 мм рт. ст. и 20° С поступает
10 000 л3 атмосферного воздуха с о носительной влажностью 60%. Найти объем
и количества сухого воздуха и водяного пара, поступивших в башню.
Решение. По табл. 1-9 находим: при увлажнении объем воздуха увеличился
на 1,4284%, поэтому объем сухого воздуха, поступившего в башню, равен
10 000 (100 : 101,4284) = 9859 л3
а его количество
9859-1,1805= 11 638 кг
Количество поступившей с воздухом влаги равно
11 638 (8,91 : 1000) = 10 000 (10,37 : 1000) = 103,7 кг
Пример 3. Воздух выходит из сушильной башни при 735 мм рт. ст. и 40° С
и содержит 0,02 объемн. % влаги. Найти объем выходящего из башни сухого воздуха
и количество влаги, удаленной в башне при условиях, указанных в примере 2.
Решение. Количество абсолютно сухого воздуха, выходящего из башни,
равно 11 638 кг. Объем его составляет:
(11 638 : 1,1051)-(745 : 735) = 10 675 л3
Объем высушенного воздуха:
10 675 : 0,9998 = 10 677 л3
Объем влаги, оставшейся в высушенном воздухе:
1 0677-0,0002 = 2,135 л3
Количество влаги в высушенном воздухе:
2,135-(735 : 760)-(273 : 313)-(18 : 22,4) = 1,447 кг
Количество влаги, поглощенной в башне:
103,7 — 1,447 = 102,3 кг
Т аблицч 1-10. Истинная изобарная теплоемкость [ср, ккал!(кг-град)} и энтальпия (Н, ккал/кг) некоторых газов
Температура Воздух Азот Кислород Водород Двуокись углерода Окись углерода
°C °К ср Н Ср Н ср Н ср н СР н СР н
—20 253,15 0,2393 0,2461 0,2175 - . 3,3784 0,1892 0,2481
— 10 263,15 0,2395 — 0,2461 — 0,2180 — 3,3844 0,1923 0,2482
0 273,15 0,2397 0 0,2461 0 0,2185 0 3,3904 0 0,1946 0 0,2483 0
-j-10 283,15 0,2399 2,40 0,2462 2,46 0,2190 2,20 3,3964 34,28 0,1970 2,07 0,2484 2,49
20 293,15 0,2400 4,81 0,2463 4,93 0,2194 4,41 3,4025 68,56 0,1993 4,14 0,2485 4,98
30 303,15 0,2402 7,21 0,2463 7,39 0,2198 6,62 3,4086 102,84 0,2017 6,20 0,2487 7,46
40 313,15 0,2403 9,61 0,2464 9,86 0,2203 8,82 3,4146 137,12 0,2040 8,27 0,2488 9,95
50 323,15 0,2405 12,02 0,2465 12,32 0,2208 11,03 3,4206 171,40 0,2064 10,34 0,2489 12,44
60 333,15 0,2407 14,42 0,2466 14,78 0,2212 13,23 3,4267 239,68 0,2088 12,41 0,2490 14,93
70 343,15 0,2408 16,82 0,2467 17,25 0,2216 15,44 3,4328 239,98 0,2111 14,48 0,2491 17,42
80 353,15 0,2410 19,22 0,2467 19,71 0,2221 17,64 3,4388 274,24 0,2135 16,54 0,2493 19,91
90 363,15 0,2411 21,63 0,2468 22,18 0,2226 19,84 3,4448 ’308,52 0,2158 18,61 0,2494 22,39
100 373,15 0,2413 24,03 0,2469 24,64 0,2230 22,05 3,4509 342,8 0,2182 20,68 0,2495 24,88
ПО 383,15 0,2416 26,46 0,2471 27,02 0,2237 24,31 3,4522 377,41 0,2201 22,96 0,2498 27,39
120 393,15 0,2420 28,89 0,2473 29,60 0,2244 26,58 3,4536 412,02 0,2220 25,24 0,2502 29,90
130 403,15 0,2423 31,32 0,2476 32,07 0,2251 28,84 3,4549 446,63 0,2239 27,52 0,2505 32,41
140 413,15 0,2427 33,75 0,2478 34,55 0,2258 31,10 3,4563 481,24 0,2258 29,80 0,2508 34,92
150 423,15 0,2430 36,17 0,2479 37,03 0,2265 33,36 3,4576 515,85 0,2276 32,08 0,2512 37,43
160 433,15 0,2433 38,60 0,2482 39,51 0,2272 35,63 3,4589 550,45 0,2295 34,36 0,2515 39,94
170 443,15 0,2437 41,03 0,2484 41,99 0,2279 37,89 3,4603 585,07 0,2317 36,64 0,2518 42,45
180 453,15 0,2440 43,46 0,2487 44,46 0,2286 40,15 3,4616 619,68 0,2333 38,92 0,2521 44,96
190 463,15 0,2444 45,89 0,2489 46,94 0,2293 42,43 3,4630 654,29 0,2352 41,20 0,2525 47,47
200 473,15 0,2447 48,32 0,2491 49,42 0,2300 44,68 3,4643 688,9 0,2371 43,48 0,2528 49,98
210 483,15 0,2452 50,79 0,2495 51,93 0,2308 47,02 3,4650 723,5 0,2386 45,93 0,2533 52,53
220 493,15 0,2457 53,26 0,2499 54,44 0,2315 49,36 3,4657 758,1 0.2402 48,38 0,2538 55,09
230 503,15 0,2461 55,73 0,2503 56,95 0,2323 51,70 3,4664 792,7 0,2417 50,83 0,2544 57,64
240 513,15 0,2466 58,20 0,2507 59,46 0,2330 54,04 3,4671 827,3 0,2432 53,28 0,2549 60,19
250 523,15 0,2471 60,67 0,2512 61,97 0,2338 56,38 3,4678 862,0 0,2448 55,73 0,2554 62,74
260 533,15 0,2476 63,14 0,2516 64,48 0,2346 58,71 3,4684 896,6 0,2463 58,18 0,2559 65,30
270 543,15 0,2481 65,61 0,2520 66,99 0,2353 61,05 3,4691 931,2 0,2478 60,63 0,2564 67,85
280 290 300 310 320 553,15 563,15 573,15 583,15 593,15 0,2485 0,2490 0,2495 0,2501 0,2506 68,08 70,55 73,02 75,54 78,06 0,2524 0,2528 0,2532 0,2537 0,2542 69,50 72,01 74,52 77,08 79,64 0,2361 0,2368 0,2376 0,2383 0,2390 63,39 65,73 68,07 70,48 72,90 3,4698 3,4705 3,4712 3,4723 3,4735 965,8 1000,4 1035 1070 1105 0,2493 0,2509 0,2524 0,2534 0,2550 63,08 65,53 67,98 70,57 73,16 0,2570 0,2575 0,2580 0,2586 0,2592 70,40 72,96 75,51 78,12 80,73
330 603,15 0,2512 80,59 0,2548 82,19 0,2397 75,31 3,4746 1139 0,2562 75,75 0,2598 83,34
340 613,15 0,2518 83,11 0,2553 84,75 0,2404 77,72 3,4758 1174 0,2575 78,34 0,2604 85,95
350 623,15 0,2524 85,63 0,2558 87,31 0,2411 80,14 3,4769 1209 0,2588 80,93 0,2610 88,56
360 633,15 0,2629 88,15 0,2563 89,87 0,2417 82,55 3,4780 1244 0,2601 83,52 0,2617 91,16
370 643,15 0,2535 90,67 0,2568 92,43 0,2424 84,96 3,4792 1279 0,2614 86,11 0,2623 93,77
380 653,15 0,2541 93,20 0,2574 94,98 0,2431 87,37 3,4803 1313 0,2626 88,70 0,2629 96,38
390 663,15 0,2546 95,72 0,2579 97,54 0,2438 89,79 3,4815 1348 0,2639 91,29 0,2635 98,99
400 673,15 0,2552 98,24 0,2584 100,1 0,2445 92,20 3,4826 1383 0,2652 93,88 0,2641 101,6
410 683,15 0,2558 100,83 0,2590 102,7 0,2451 94,67 3,4845 1418 0,2663 96,59 0,2647 104,3
420 693,15 0,2563 103,41 0,2595 105,3 0,2457 97,14 3,4865 1453 0,2673 99,30 0,2654 107,0
430 703,15 0,2569 106,00 0,2601 107,9 0,2463 99,61 3,4884 1488 0,2684 102,02 0,2660 109,6
440 713,15 0,2575 108,58 0,2607 110,5 0,2469 102,08 3,4904 1523 0,2694 104,73 0,2666 112,3
450 723,15 0,2581 111,17 0,2612 113,1 0,2474 104,55 3,4923 1558 0,2705 107,44 0,2672 115,0
460 733,15 0,2586 133,76 0,2618 115,7 0,2480 107,02 3,4942 1593 0,2716 110,15 0,2679 117,7
470 743,15 0,2592 116,34 0,2624 118,3 0,2486 109,49 3,4962 1628 0,2726 112,86 0,2685 120,4
480 753,15 0,2598 118,93 0,2630 120,9 0,2492 111,96 3,4981 1663 0,2737 115,57 0,2691 123,0
490 763,15 0,2603 121,51 0,2635 123,5 0,2498 114,43 3,5000 1698 0,2747 118,29 0,2698 125,7
500 773,15 0,2609 124,10 0,2641 126,20 0,2504 116,9 3,5020 1733 0,2758 121,0 0,2704 128,4
510 783,15 0,2614 126,73 0,2647 128,87 0,2409 119,44 3,5048 1768 0,2767 123,8 0,2710 131,1
520 793,15 0,2620 129,36 0,2653 131,54 0,2514 121,98 3,5076 1803 0,2776 126,6 0,2716 133,8
530 803,15 0,2625 131,99 0,2658 134,21 0,2519 124,52 3,5103 1838 0,2785 129,4 0,2722 136,6
540 813,15 0,2631 134,62 0,2664 136,88 0,2524 127,06 3,5131 1873 0,2794 132,2 0,2728 139,3
550 823,16 0,2636 137,25 0,2670 139,55 0,2528 129,60 3,5159 1908 0,2802 135,0 0,2734 142,0
560 833,15 0,2644 139,88 0,2676 142,22 0,2533 132,14 3,5187 1944 0,2811 137,8 0,2739 144,7
570 843,15 0,2647 142,51 0,2682 144,89 0,2538 134,68 3,5215 1979 0,2820 140,6 0,2745 147,4
580 853,15 0,2652 145,14 0,2687 147,56 0,2543 137,22 3,5242 2014 0,2829 143,4 0,2751 150,2
590 863,15 0,2658 147,77 0,2693 150,23 0,2548 139,76 3,5270 2049 0,2838 146,2 0,2757 152,9
600 873,15 0,2663 150,40 0,2697 152,90 0,2553 142,3 3,5298 2084 0,2847 149,0 0,2763 155,6
610 883,15 0,2668 153,09 0,2702 155,63 0,2557 144,87 3,5334 2120 0,2854 151,9 0,2768 158,4
620 893,15 0,2673 155,78 0,2707 158,36 0,2561 147,44 3,5370 2155 0,2862 154,8 0,2774 161,2
Продолжение табл. 1.10
Температура Воздух Азот Кислород Водород Двуокись углерода Окись углерода
°C °к СР н СР Н ср н ср н СР Н СР Н
630 903,15 0,2678 158,47 0,2713 161,09 0,2565 150,01 3,5407 2190 0,2869 157,7 0,2779 164,0
640 913,15 0,2683 161,16 0,2718 163,82 0,2569 152,58 3,5443 2226 0,2877 160,6 0,2784 166*8
650 923,15 0,2688 163,85 0,2723 166,55 0,2573 155,15 3,5479 2262 0,2884 163,4 О; 2790 169,6
660 933,15 0,2692 166,54 0,2728 169,28 0,2577 157,72 3,5515 2297 0,2891 166,3 0,2795 172,3
670 943,15 0,2697 169,23 0,2733 172,01 0,2581 160,29 3,5551 2332 0,2899 169,2 0,2800 175' 1
680 953,15 0,2702 171,92 0,2739 174,74 0,2585 162,86 3,5588 2368 0,2906 172,1 0,2805 177 9
690 963,15 0,2707 174,61 0,2744 177,47 0,2589 165,43 3,5624 2404 0,2914 175,0 0,2811 180 7
700 973,15 0,2712 177,30 0,2749 180,2 0,2593 468,0 3,5660 2439 0,2921 177,9 0*2816 183,5
710 983,15 0,2716 180,0 0,2754 183,0 0,2596 170,6 3,5704 2475 0,2927 180,8 0,2821 186 3
720 993,15 0,2721 182,8 0,2758 185,7 0,2600 173,2 3,5748 2511 0,2934 183,8 0,2825 189,2
730 1003,15 0,2725 185,5 0,2763 188,5 0,2603 175,8 3,5792 2547 0,2940 186,8 0,2830 192 0
740 1013,15 0,2730 188,2 0,2768 191,3 0,2607 178,4 3,5836 2583 0,2946 189,7 0^2835 194 9
750 1023,15 0,2734 191,0 0,2772 194,0 0,2610 181,0 3,5880 2618 0,2952 192,6 0^2840 197,7
760 1033,15 0,2738 193,7 0,2777 196,8 0,2613 183,7 3,5925 2654 0,2959 195,6 0,2844 200^5
770 1043,15 0,2743 196,4 0,2782 199,6 0,2617 186,3 3,5969 2690 0,2965 198,6 0,2849 203,4
780 1053,15 0,2747 199,1 0,2787 202,4 0,2620 188,9 3,6013 2726 0,2971 201,5 0,2854 206,2
790 1063,15 0,2752 201,9 0,2791 205,1 0,2624 191,5 3,6057 2762 0,2978 204,4 0,2858 209j
800 1073,15 0,2756 204,6 0,2796 207,9 0,2627 194,1 3,6101 2798 0,2984 207,4 0,2863 211’9
810 1083,15 0,2760 207,4 0,2800 210,7 0,2630 196,7 3,6148 2834 0,2989 210,4 0^2867 214 8
820 1093,15 0,2764 210,2 0,2804 213,5 0,2633 199,4 3,6195 2871 0,2995 213,4 0,2871 217,7
830 1103,15 0,2768 213,0 0,2809 216,4 0,2636 202,0 3,6242 2907 0,3000 216,4 0,2875 220,6
840 1113,15 0,2772 215,8 0,2813 219,2 0 2639 204,7 3,6289 2943 0,3005 219,4 0,2879 223 5
850 1123,15 0,2776 218,6 0,2817 222,0 0,2642 207,3 3,6336 2980 0,3010 222,4 0,2884 226 4
860 1133,15 0,2779 221,3 0,2821 224,8 0,2644 209,9 3,6384 3016 0,3016 225,4 О’2888 229 2
870 1143,15 0,2783 224,1 0,2825 227,6 0,2647 212,6 3,6431 3052 0,3021 228,4 0,2892 232’1
880 1153,15 0,2787 226,9 0,2830 230,5 0,2650 215,2 3,6478 3088 0,3026 231,4 0,2896 235,0
890 1163,15 0,2791 229,7 0,2834 233,3 0,2653 217,9 3,6525 3125 0,3032 234,4 0,2900 237,9
900 1173,15 0,2795 232,5 0,2838 236,1 0,2656 220,5 3,6572 3161 0,3037 237,4 0^2904 240,8
910 1183,15 0,2798 235,3 0,2842 240,0 0,2659 223,2 3,6621 3198 0,3041 240,5 0,2908 243,7
920 1193,15 0,2802 238,1 0,2845 241,8 0,2661 225,8 3,6670 3235 0,3046 243,5 0,2911 246,6
930 1203,15 0,2805 240,9 0,2849 244,6 0,2664 228,5 3,6719 3271 0,3050 246,6 0,2914 249,6
940 1213,15 0,2809 243,7 0,2852 247,5 0,2666 231,2 3,6768 3308 0,3055 249,7 0,2918 252,5
950 1223,15 0,2812 246,5 0,2856 250,4 0,2669 233,8 3,6818 3345 0,3059 252,8 0,2922 255,4
960 1233,15 0,2815 249,3 0,2860 253,2 0,2672 236,5 3,6867 3382 0,3063 255,8 0,2925 258,3
970 1243,15 0,2819 252,1 0,2863 256,0 0,2674 239,2 3,6916 3419 0,3068 258,9 0,2928 261,2
980 1253,15 0,2822 254,9 0,2867 258,9 0,2677 241,9 3,6965 3455 0,3072 262,0 0,2932 264,2
990 1263,15 0,2826 257,7 0,2870 261,8 0,2679 244,5 3,7014 3492 0,3077 265,0 0,2936 267,1
1000 1273,15 0,2829 260,5 0,2874 264,6 0,2682 247,2 3,7063 3529 0,3081 268,1 0,2939 270,0
1010 1283,15 0,2832 263,4 0,2877 267,5 0,2684 249,9 3,7115 3566 0,3085 271,2 0,2942 272,8
1020 1293,15 0,2835 266,2 0,2881 270,4 0,2686 252,6 3,7167 3604 0,3088 274,3 0,2945 275,7
1030 1303,15 0,2838 269,0 0,2884 273,3 0,2688 255,3 3,7219 3641 0,3092 277,4 0,2948 278,6
1040 1313,15 0,2841 271,9 0,2887 276,2 0,2690 258,0 3,7271 3678 0,3096 280,5 0,2951 281,4
1050 1323,15 0,2844 274,8 0,2890 279,0 0,2692 260,6 3,7324 3716 0,3100 283,6 0,2954 284,2
1060 1333,15 0,2847 277,6 0,2894 281,9 0,2695 263,3 3,7376 3753 0,3103 286,7 0,2958 287,1
1070 1343,15 0,2850 280,4 0,2897 284,8 0,2697 266,0 3,7428 3790 0,3107 289,8 0,2961 290,0
1080 1353,15 0,2853 283,3 0,2900 287,7 0,2699 268,7 3,7480 3827 0,3111 292,9 0,2964 292,8
1090 1363,15 0,2856 286,2 0,2904 290,6 0,2701 271,4 3,7532 3865 0,3114 296,0 0,2967 295,6
1100 1373,15 0,2859 289,0 0,2907 293,5 0,2703 274,1 3,7584 3902 0,3119 299,1 0,2970 299,5
1110 1383,15 0,2862 291,9 0,2909 296,4 0,2705 276,8 3,7635 3940 0,3122 302,2 0,2973 302,5
112Q 1393,15 0,2864 294,7 0,2913 299,3 0,2707 279,5 3,7686 3978 0,3126 305,4 0,2975 305,5
ИЗО 1403,15 0,2867 297,6 0,2915 302,3 0,2709 282,2 3,7737 4015 0,3129 308,5 0,2978 308,5
1140 1413,15 0,2870 300,4 0,2918 305,2 0,2711 284,9 3,7788 4053 0,3132 311,7 0,2980 311,5
1150 1423,15 0,2872 303,3 0,2921 308,1 0,2713 287,6 3,7840 4091 0,3136 314,8 0,2983 314,4
1160 1433,15 0,2875 306,2 0,2924 311,0 0,2715 290,4 3,7891 4129 0,3139 317,9 0,2986 317,4
1170 1443,15 0,2878 309,0 0,2927 313,9 0,2717 293,1 3,7942 4167 0,3142 321,1 0,2988 320,4
1180 1453,15 0,2881 311,9 0,2929 316,9 0,2719 295,8 3,7993 4204 0,3145 324,2 0,2991 323,4
1190 1463,15 0,2883 314,7 0,2932 319,8 0,2721 298,5 3,8044 4242 0,3149 327,4 0,2993 326,4
1200 1473,15 0,2886 317,6 0,2935 322,7 0,2723 301,2 3,8095 4280 0,3152 330,5 0,2996 329,4
22
I. Воздух и газы. Вода и водяной пар
Высушивание и увлажнение воздуха (при 20Q С):
Высушивание
Средство Остаточная влажность, г/м* Относитель- ная влаж- ность воз- духа, ф, %
Охлаждение до—194° С . . , . . . 1,6 10"23 100
р2о5 . , . 2 10’6 0,000116
Mg (С1О4)2 . . . 510-4 0,0029
Силикагель . . . 210-3 0,0116
КОН (плав) . . . 2 10"3 0,0116
Mg (С1О4)-ЗН2О . . . 2 IO3 0,0116
Окись алюминия . . . З Ю’3 0,0174
H2SO4 (100%) . . . 3-ю-» 0,0174
CaSO4 . . . 4-Ю-3 0,0231
MgO . . . 810"3 0,0463
СаВг2 при —72° С . . . 0,012 75
Охлаждение до —72° С ... . . . 0,016 100
СаС12 . . . 0,14—0,30 —
Н3РО4 0,5Н2О при 24,5° С . . , . . , 2,07 9
LiClHaO , . . 2,59 15
СаС1а-6НаО '
при 5° С . . . 2,71 39,8
> 10° С . . . 3,57 38
> 20° С . . . 5,58 32,3
NaBr при 100е С . . 134,02 22,9
NaCl » 16,4° С , . . 5,17 36,6
KF » 100° С , . . 134,02 22,9
СгО3 . . 6,05 35
Увлажнение
ВаС12-2Н2О при 24,5° С..........
NH4H2PO4 .......................
К2Сг2О4.........................
к2нро4..........................
KHSO4...........................
NH4C1
при 20° С...................
» 25° С....................
> 30° С....................
H2G,O4-2H2O ....................
NaC103..........................
Na2Cr2O7 -2Н2О .................
19,76
16,1
15,21
15,91
14,87
13,69
18,26
24,13
13,14
12,97
8,99
88
93,1
88
92
86
79,2
79,3
79,5
76
75
52
2. Вода и водяной пар
23
2. ВОДА И ВОДЯНОЙ ПАР
Основные свойства воды:
Молекулярный вес ..................................... 18,01534
Критические константы
температура, °C...................................... 374,15
давление, кгс!см* ............................... 225,65
объем, м3/кг .................................... 0,00326
плотность, г/см3.................................. 0,32
Температура, °C (при 760 мм рт. ст.)
кипения ........................................ 100
плавления . . ......................... 0,0
Плотность при 0° С, г/см3
льда ........................................... 0,9168
воды ....................................... 0,999868
Вязкость, г/(см -сек.)
при0°С.......................................... 1,789-10'2
» 20° С.................................... 1,002 10"2
Теплоемкость
льда при 0° С, кал/(г град)............... 0,487
воды » 0° С, дж!((г'град) ................. 4,2174
» » 15° С, дж!(гград)................... 4,1855
» » 15° С, кал!(г град)................. 1,0000
водяного пара при 100° С и 1 атм, кал/(г град) 0,482
Теплота, ккал!моль
плавления при 0° С......................... 1,43 (79,4 кал/г)
испарения при 18° С ...................... 10,57
Теплопроводность при 0° С, дж!(см-сек град) . . 5,61-10"3
Поверхностное натяжение на границе с влажным
воздухом при 20° С, дин/см ................. 72,75
Показатель преломления при 20° С.............. 1,333
Коэффициент объемного расширения при 0° С, град~1 —0,63 • 10" 4
Удельная электропроводность абсолютно чистой
воды при 18° С, ом"1-см"1 ................ 6,41-Ю"8
Диэлектрическая проницаемость при 20° С . . , 81
Тройная точка воды р = 4,58 мм рт. ст. и t= 0,00748° С
Ионное произведение воды при 20° С [Н+] [ОН" ] = /(= 0,86-10"14 г-ион/л
Константа термической диссоциации при 1 ат
[Н2]а [О2] _
(Н2ор
при 1200° С Кд = 2,62-10"16
при 1600° С Кд = 6,51-10"11
Стандартная теплота образования из простых веществ
Нгг + Va Огг — Н2О г + 57,8 ккал!моль
Таблица I-11. Физические свойства воды в условиях равновесия с паром
Г, °C Р Р V-103 СР Н ХЮ* а-10* Ц-10» кгс-сек/м* ц-10* спз V-10* рю* Рг
0 0,006228 999,9 1,000 1,006 0 47,4 4,71 182,3 178,9 1,789 -0,63 13,67
10 0,012513 999,7 1,000 1,001 10,04 49,4 4,94 133,1 117,3 1.306 4-0,70 9,52
20 0,02383 998,2 1,002 0,999 20,04 51,5 5,16 102,4 100,2 1,006 1,82 7,02
30 0,04325 995,7 1,004 0,997 30,02 53,1 5,35 81,7 80,1 0,805 3,21 5,42
40 0,07520 992,2 1,008 0,997 40,01 54,5 5,51 66,6 65,3 0,659 3,87 4,31
50 0,12578 988,1 1,012 0,997 49,99 55,7 5,65 56,0 54,9 0,556 4,49 3,54
60 0,2031 983,2 1,017 0,998 59,98 56,7 5,78 47,9 47,0 0,478 5,11 2,98
70 0,3178 977,8 1,023 1,000 69,98 57,4 5,87 41,4 40,6 0,415 5,70 2,55
80 0,4829 971,8 1,029 1,(Ю2 80,00 58,0 5,96 36,2 35.5 0,365 6,32 2,21
90 0,7149 965,3 1,036 1,005 90,04 58j5 6,03 32,1 31.5 0,326 6,95 1,95
100 1,0332 958,4 1,043 1,008 100,10 58,7 6,08 28,8 28,3 0,295 7,52 1,75
110 1,46 951,0 1,051 1,011 110,19 58,9 6,13 26,4 25,9 0,272 8,08 1,60
120 2,045 943,1 1 060 1,015 120,3 59,0 6,16 24,2 23,7 0,252 8,64 1.47
130 2,75 934,8 1 070 1,019 130,5 59,0 6,19 22,2 21,8 0,233 9,19 1,36
140 3,69 926,1 1,080 1,024 140,7 58,9 6,21 20,5 20,1 0 217 9,72 1,26
150 4,85 917,0 1,091 1,030 151,0 58,8 6,22 19,0 18,6 0,203 10,3 1,17
160 6,30 907,4 1,102 1,038 161,3 58,7 6,23 17,7 17,4 0 191 10,7 1,10
170 8,08 897,3 1,114 1,046 171,8 58,4 6,22 16,6 16,3 0,181 11,3 1,05
180 10,23 886,9 1,128 1,055 182,3 58,0 6,20 15,6 15,3 0,173 11,9 1,00
190 12,80 876,0 1,142 1,065 192,9 57,6 6,17 14,7 14,4 0,165 12,6 0,96
200 15,86 863,0 1,159 1,076 203,6 57,0 6,14 13,9 13,6 0,158 13,3 0,93
210 19,46 852,8 1,173 1,088 214,4 56,3 6,07 13,3 13,0 0,153 14,1 0,91
220 23,66 840,3 1,190 1,102 225,4 55,5 5,99 12,7 12,4 0,148 14,8 0,89
230 28,53 827,3 1,209 1,118 236,5 54,8 5,92 12,2 12,0 0,145 15,9 0,88
240 34,14 813,6 1,229 1,136 247,8 54,0 5,84 11,7 11,4 0,141 16,8 0,87
250 40,56 799,0 1,252 1,157 259,3 53,1 5,74 11,2 11.0 0,137 18,1 0,86
260 47,87 784,0 1,276 1,182 271,1 52,0 5,61 10,8 10,6 0,135 19,7 0,87
270 56,14 767,9 1,302 1,211 283,1 50,7 5,45 10,4 10,2 0,133 21,6 0,88
280 65,46 750,7 1,332 1,249 295,4 49,4 5,27 10,0 9,8 0,131 23,7 0,90
290 75,92 732,3 1,366 1,310 308,1 48,0 5,00 9,6 9,4 0,129 26,2 0,93
300 87,61 712,5 1,404 1,370 321,2 46,4 4,75 9,3 9,1 0,128 29.2 0,97
310 100,64 691,1 1,447 1,450 334,9 45,0 4,49 9,0 8,8 0,128 32,9 1,03
320 115,12 667,1 1,499 1,570 349,2 43,5 4,15 8,7 8,5 0,128 38,2 1,11
330 131,18 640,2 1,562 1,73 364,5 41,6 3,76 8,3 8,1 0,127 43,3 1,22
340 148,96 610,1 1,639 1,95 380,9 39,3 3,30 7,9 7,7 0,127 53,4 1,39
350 163,63 574,4 1,741 2,27 399,2 37,0 2,84 7,4 7,2 0,126 66,8 1,60
360 190,42 528,0 1,894 3,34 420,7 34,0 1,93 6,8 6,7 0,126 109 2,35
370 214,68 450,5 2,220 9,63 452,0 29,0 0,668 5,8 5,7 0,126 264 6,79
Примечание. Обозначения, принятые в таблице: Р— абсолютное давление при равновесии воды с паром, кгс/см*; р — плотность
воды, кг/м*-, V — удельный объем воды, м‘/кг; ср — удельная теплоемкость, ккалЦкг-град); Н — энтальпия, ккал/кг; X, — теплопроводность,
'ккалЦм- ч- град); а — температуропроводность, м*/ч; ц — динамическая вязкость; v — кинематическая вязкость, м*/сек; |3 — коэффициент
V
объемного расширения, град~*; Рг = —------критерий Прандтля.
tototo —— — —— >£t000004b.t000004b.t0 ооооооооооооо t, °C
Г* Г* ~ Г- Г- Г* “ Г“ р р р ~-4~40U14b.WWtOb- О СО СО ОО C00t04b0000t04b0000t0 «01 T1
wcototototototo,— ,— *-*,-,,— OO — QO СЛ 4ь JO tO OO О СЛ W oo© wook)4—ki Кэ "oo w оз СГ>04ь.СО^ьС04ьсос*5~4 — СЛ CO О
ооооооооооооо i, °C
MtOtCtOMMtOtOtOtOtOw — to co 4 о cn £. w co to 7— о co oo p о
ОСЛСЛСЛСЛ4ь.4ь-4ь4ь4ьС4СОСО to -о cn — to СЛ ЬЭ О— — “to “to 7— 7—, о
ooooooooooooo n
4b. 4ь-4^,0 W W W W W CO OO CO CO tO — о to 00 О СЛ 4ь. “to to 7— о ^•CnaiOOOSSQOCDOO — p о
СОСООООООО~4~4-Ч~4СТ>ООС> M 4ь К) © Ч Д to to -4 4b. to S О WO — О — Oh« C4 !O СЛ СОСЛООООСЛСОЮО*- tO4b.cn 5
О CO CO CO CO CO 00 00 00 00 00 00004b.t000004b.t00 ooooooooooo n
СЛ СЛ СЛ СЛ 4^- 4^ W to оЪ 00 jx QJ •p о
tOtOtO»—•>—••—OOOOCDCD pppj''irfb.“<Sowooocn ►— to 4ь СП -O CO — CO О OO 7— ~4b. 00t0004b.04b.00t©00t0 5
tOtOtOtOtOtO*- — *-'—
СП 4ь ОО tO — О to 00 -О О
ОООООООООО
н
№
С*
Ьа
Я
№
26
I. Воздух и газы. Вода и водяной пар
2. Вода и водяной пар
27
Таблица 1-15. Удельная теплоемкость [ср, ккал/(кг-град)]
и энтальпия (Н, ккал!кг) водяного пара
Температура СР н Температура СР н
°C °К “С °К
—20 253,15 — — 270 543,15 0,4735 123,39
—10 263,15 — — 280 553,15 0,4749 128,09
0 273,15 0,4441 0 290 563,15 0,4764 132,80
10 283,15 0,4448 4,47 300 573,15 0,4778 137,5
20 293,15 0,4456 8,95 310 583,15 0,4793 142,4
30 303,15 0,4463 13,42 320 593,15 0,4809 147,2
40 313,15 0,4471 17,89 330 603,15 0,4824 152,1
50 323,15 0,4478 22,36 340 613,15 0,4839 156,9
60 333,15 0,4485 26,84 350 623,15 0,4854 161,8
70 343,15 0,4493 31,31 360 633,15 0,4870 166,7
80 353,15 0,4500 35,78 370 643,15 0,4885 171,5
90 363,15 0,4508 40,28 380 653,15 0,4900 176,4
100 373,15 0,4515 44,73 390 663,15 0,4916 181,2
НО .383,15 0,4527 49,30 400 673,15 0,4931 186,1
120 393,15 0,4539 53,88 410 683,15 0,4947 191,1
130 403,15 0,4551 58,45 420 693,15 0,4963 196,1
140 413,15 0,4563 63,02 430 703,15 0,4979 201,1
150 423,15 0,4575 67,60 440 713,15 0,4995 206,1
160 433,15 0,4587 72,17 450 723,15 0,5012 211,2
170 443,15 0,4599 76,74 460 733,15 0,5028 216,2
180 453,15 0,4611 81,31 470 743,15 0,5044 221,2
190 463,15 0,4623 85,89 480 753,15 0,5060 226,2
200 473,15 0,4635 90,46 490 763,15 0,5076 231,2
210 483,15 0,4649 95,16 500 773,15 0,5092 236,2
220 493,15 0,4664 99,87 510 783,15 0,5109 241,4
230 503,15 0,4678 104,57
520 793,15 0,5125 246,5
240 513,15 0,4692 109,28
250 523,15 0,4706 113,98 530 803,15 0,5142 251,7
260 533,15 0,4721 118,68 540 813,15 0,5158 256,9
Продолжение табл. 1.15
Температура ГР н Температура СР н
°C °К °C °К
550 823,15 0,5175 262,0 880 1153,15 0,5735 442,1
560 833,15 0,5192 267,2 890 1163,15 0,5752 447,8
570 843,15 0,5208 272,4 900 1173,15 0,5769 453,5
580 853,15 0,5225 277,6 910 1183,15 0,5785 459,4
590 863,15 0,5241 282,7 920 1193,15 0,5801 465,2
600 873,15 0,5258 287,9 930 1203,15 0,5817 471,0
610 883,15 0,5275 293,3 940 1213,15 0,5833 476,9
620 893,15 0,5292 298,6 950 1223,15 0,5849 482,8
630 903,15 0,5309 304,0 960 1233,15 0,5865 488,6
640 913,15 0,5326 309,3 970 1243,15 0,5881 494,4
650 923,15 0,5343 314,6 980 1253,15 0,5897 500,3
660 933,15 0,5361 320,0 990 1263,15 0,5913 506,2
670 943,15 0,5378 325,4 1000 1273,16 0,5929 512,0
680 953,15 0,5395 330,7 1010 1283,15 0,5944 518,0
690 963,15 0,5412 336,1 1020 1293,15 0,5959 524,0
700 973,15 0,5429 341,4 1030 1303,15 0,5974 530,0
710 983,15 0,5446 346,9 1040 1313,15 0,5989 536,0
720 993,15 0,5463 352,4 1050 1323,15 0,6004 542,0
730 1003,15 0,5481 358,0 1060 1333,15 0,6020 548,0
740 1013,15 0,5498 363,5 1070 1343,15 0,6035 554,0
750 1023,15 0,5515 369,0 1080 1353,15 0,6050 560,0
760 1033,15 0,5532 374,5 1090 1363,15 0,6064 566,0
770 1043,15 0,5549 380,0 1100 1373,15 0,6080 572,0
780 1053,15 0,5567 385,6 1110 1383,15 0,6094 578,2
790 1063,15 0,5584 391,1 1120 1393,15 0,6108 584,3
800 1073,15 0,5601 396,6 ИЗО 1403,15 0,6122 590,5
810 1083,15 0,5618 402,3 1140 1413,15 0,6136 596,6
820 1093,15 0,5635 408,0 1150 1423,15 0,6150 602,8
830 1103,15 0,5651 413,7 1160 1433,15 0,6164 609,0
840 1113,15 0,5668 419,4 1170 1443,15 0,6178 615,1
. 850 1123,15 0,5685 425,0 1180 1453,15 0,6192 621,3
860 1133,15 0,5702 430,7 1190 1463,15 0,6206 627,4
870 1143,15 0,5719 436,4 1200 1473,15 0,6220 633,6
28
/. Воздух и газы. Вода и водяной пар
2. Вода и водяной пар
29
Таблица 1-16. Свойства насыщенного водяного пара
при температуре от —25 до 100° С
t, °C р Р" °" Н" Ln
Лед
—25 0,476 0,555 1802 585,3 677
—24 0,526 0,610 1639
—23 0,580 0,670 1492
—22 0,640 0,736 1359
—21 0,705 0,808 1237
—20 0,776 0,890 1124 587,7 677
—19 0,854 0,970 1031,0
—18 0,939 1,06 943,4
—17 1,031 1,16 862,0
—16 1,132 1,26 793,6
—15 1,241 1,38 724,6 590,10 677
—14 1,361 1,91 662,2
—13 1,490 1,67 598,8
—12 1,632 1,82 552,5
—11 1,785 1,97 507,6
—10 1,950 2,14 467,3 592,50 677
—9 2,131 2,40 416,6
—8 2,326 2,54 393,7
—7 - 2,537 2,76 362,3
—6 2,765 3,00 333,3
—5 3,013 3,25 307,7 594,90 677
—4 3,280 3,50 285,7
—3 3,568 3,82 261,8
—2 3,880 4,14 241,5
—1 4,217 4,47 223,7
0 4,579 4,847 206,3 597,30 677
Вод а
0 4,579 4,847 206,3 597,3 597,3
+ 1 4,926 5,192 192,6 597,7 596,7
2 5,294 5,559 179,9 598,2 596,2
3 5,685 5,945 168,2 598,6 595,6
4 6,101 6,357 157,3 599,1 595,1
5 6,543 6,793 147,2 599,5 594,5
6 7,013 7,257 137,8 599,9 593,9
7 7,513 7,746 129,1 600,4 593,4
8 8,045 8,264 121,0 600,8 592,8
9 8,609 8,818 113,4 601,3 592,3
10 9,209 9,398 106,42 601,7 591,7
11 9,844 10,01 99,91 602,2 591,2
12 10,518 10,66 93,84 602,6 590,6
13 11,231 11,34 88,18 603,1 590,1
14 11,987 12,06 82,90 603,5 589,5
Продолжение табл. 1-16
t, °C р Р" и" 1Г Ln
15 12,788 12,82 77,97 603,9 588,9
16 13,634 13,63 73,39 604,3 588,3
17 14,530 14,47 69,10 604,7 587,7
18 15,477 15,36 65,09 605,1 587,1
19 16,477 16,30 61,34 605,6 586,6
20 17,535 17,29 57,84 606,0 586,0
21 18,650 18,33 54,56 606,4 585,4
22 19,827 19,42 51,50 606,9 584,9
23 21,068 20,57 48,62 607,3 584,3
24 22,377 21,77 45,93 607,8 583,8
25 23,756 23,04 43,40 608,2 583,2
26 25,209 24,37 41,04 608,6 582,6
27 26,739 25,76 38,82 609,1 582,1
28 28,349 27,23 36,73 609,5 581,5
29 30,043 28,76 34,77 610,0 581,0
30 31,824 30,37 32,93 610,4 580,4
31 33,695 32,05 31,20 610,9 579,9
32 35,663 33,82 29,57 611,3 579,3
33 37,729 35,66 28,04 611,7 578,7
34 39,898 37,59 26,60 612,2 578,2
35 42,175 39,62 25,24 612,6 577,6
36 44,563 41,72 23,97 613,0 577,0
37 47,067 43,92 22,77 613,5 576,5
38 49,692 46,23 21,63 613,9 575,9
39 52,442 48,64 20,56 614,3 575,3
40 55,324 51,15 19,55 614,7 574,7
41 58,34 53,79 18,59 615,1 574,1
42 61,50 56,53 17,69 615,5 573,5
43 64,80 59,38 16,84 615,9 572,9
44 68,26 62,34 16,04 616,4 572,4
45 71,88 65,44 15,28 616,8 571,8
46 75,65 68,68 14,56 617,3 571,3
47 79,60 72,05 13,88 617,7 570,7
48 83,71 75,59 13,23 618,1 570,1
49 88,02 79,24 12,62 618,6 569,6
50 92,51 . 83,06 12,04 619,0 569,0
51 97,20 86,96 11,50 619,4 568,4
52 102,09 91,07 10,98 619,8 567,8
53 107,20 95,33 10,49 620,3 567,3
54 112,51 99,80 10,02 620,7 566,7
55 118,04 104,4 9,578 621,1 566,1
56 123,80 109,2 9,158 621,5 565,5
57 129,82 114,2 8,757 622,0 565,0
58 136,08 119,3 8,380 622,4 564,4
59 142,60 124,7 8,020 622,8 563,8
60 149,38 130,2 7,678 623,2 563,2
61 156,43 136,0 7,353 623,6 562,6
62 163,77 142,0 7,043 624,0 562,0
63 171,38 148,2 6,749 624,4 561,4
2. Вода и водяной пар
31
30
I. Воздух и газы. Вода и водяной пар
Продолжение табл. 1-16
Таблица 1-17. Свойства насыщенного водяного пара
при давлении выше 1 кгс/см2
t, °C Р Р" V" Н" £п р 1, °C о” Vя Н” £п
fit «W Л4 pi II • с // i •
АД 179 31 154 6 6 468 624 8 560 8
65 187,54 161,3 6,201 625,2 560,2
66 196,09 168,1 5,947 625,6 559,6
67 204,96 175,3 5,705 626,1 559,1 1,00 735,559 (при 0° С) 99,09 0,5797 1,725 638,8 539,6
68 214,17 182,6 5,475 626,5 558,5
69 223,73 190,3 5,255 626,9 557,9 1,01 742,9 99,36 0,5851 1,710 638,9 539,4
70 233,7 198,2 5,045 627,3 557,3
71 243,9 206,4 4,846 627,7 556,7 1,02 750,3 99,62 0,5805 1,696 639,0 539,3
72 254,6 214,8 4,655 628,1 556,1 1,03 757,6 99,89 0,5959 1,681 639,1 539,1
73 265,7 223,6 4,473 628,5 555,5
74 277,2 232,6 4,299 628,9 ’ 554,9 1,04 765,0 100,16 0,6013 1,666 639,2 538,9
75 289,1 242,0 4,133 629,3 554,3 1,05 772,3 100,42 0,6067 1,652 639,3 538,8
76 301,4 251,6 3,975 629,7 553, /
77 314,1 261,5 3,824 630,1 553,1 1,06 779,7 100,69 0,6021 1,637 639,4 538,6
78 327,3 271,8 3,679 630,5 552,5
79 341,0 282,5 3,540 630,9 551,9 1,07 787,0 100,96 0,6175 1,622 639,5 538,4
80 355,1 293,4 3,408 631,3 551,3 1,08 794,4 101,23 0,6229 1,607 639,6 538,2
81 369,7 304,7 3,282 631,7 550,7
82 384,9 316,4 3,161 632,1 550,1 1,09 801,7 101,49 0,6283 1,593 639,7 538,1
83 400,6 328,4 3,045 632,5 549,5 1,10 809,1 101,76 0,6337 1,578 639,8 537,9
84 416,8 340,8 2,934 632,9 548,9
85 433,6 353,6 2,828 633,3 548,3 1,20 882,7 104,25 0,6873 1,455 640,7 536,3
86 450,9 366,7 2,727 633,7 547,7
87 468,7 380,4 2,629 634,1 547,1 1,30 956,2 106,56 0,7407 1,350 641,6 534,9
88 487,1 394,3 2,536 634,4 546,4 1,40 1029,8 108,74 0,7943 1,259 642,3 533,4
89 506,1 408,7 2,447 634,8 545,8
90 525,76 423,5 2,361 635,2 545,2 1,50 1103,3 110,79 0,8467 1,181 643,1 532,1
91 546,05 438,8 2,279 635,6 544,6 1,60 1176,9 112,73 0,9001 1,111 643,8 530 8
92 566,99 454,5 2,200 635,9 543,9
93 588,60 470,8 2,124 636,3 543,3 1,70 1250,4 114,57 0,9524 1,050 644,5 529,7
94 610,90 487,3 2,052 636,8 542,7
95 633,90 504,5 1,982 637,2 542,1 1,80 1324,0 116,33 1,0046 0,9954 645,1 528,5
96 657,62 522,2 1,915 637,6 541,5 1,90 1397,5 118,01 1,0057 0,9462 645,7 527,4
97 682,07 540,2 1,851 638,0 540,9
98 707,27 559,0 1,789 638,4 540,3 '2,00 1471,1 119,62 1,1090 0,9018 646,3 526,4
99 733,24 578,0 1,973 638,7 539,6
100 . 760,00 597,7 1,673 639,1 539,0
Примечания
• Плотность ртути при 0° С принята 13,59511 г/см*. Обозначения см.
1 табл. 1-16,
ккал/кг.
плот-
принята 79,71
мм рт. ст.; р
Примечания: 1) Теплота плавления льда при 0° С _
2) Обозначения, принятые в таблице: Р —давление пара, .. ...... —, .
ность, г{м*; v"— удельный объем, мя/кг; Н" — энтальпия, ккал/кг; Ln—теплота парообра-
зования, ккал/кг.
32
I. Воздух и газы. Вода и водяной пар
2. Вода и водяной пар
33
Продолжение табл. 1-17
Р, ат t, °C Р" , V" Н" Ln
2,1 121,16 1,1610 0,8616 646,8 525,3
2,2 122,65 1,212 0,8248 647,3 524,3
2,3 124,08 1,264 0,7912 647,8 523,3
2,4 125,46 1,315 0,7603 648,3 522,4
2,5 126,79 1,367 0,7318 648,7 521,5
2,6 128,08 1,417 0,7055 649,2 520,7
2,7 129,34 1,469 0,6808 649,6 519,8
2,8 130,55 1,520 0,6581 650,0 518,9
2,9 131,73 1,570 0,6368 650,3 518,0
3,0 132,88 1,621 0,6169 650,7 517,3
3,1 134,00 1,672 0,5982 651,1 516,5
3,2 135,08 1,722 0,5807 651,4 515,7
3,3 136,14 1,772 0,5645 651,8 515,0
3,4 137,18 1,823 0,5486 652,1 514,3
3,5 138,19 1,873 0,5338 652,4 513,5
3,6 139,18 1,923 0,5199 652,8 512,9
3,7 140,15 1,974 0,5066 653,0 512,1
3,8 141,09 2,024 0,4942 653,3 511,5
3,9 142,02 2,074 0,4822 653,6 510,8
4,0 142,92 2,124 0,4709 653,9 510,2
4,1 143,81 2,173 0,4601 654,1 509,5
4,2 144,68 2,223 0,4498 654,4 508,9
4,3 145,54 2,273 0,4399 654,7 508,3
4,4 146,38 2,323 0,4305 654,9 507,6
4,5 147,20 2,373 0,4215 655,2 507,1
4,6 148,01 2,422 0,4129 655,4 506,5
4,7 148,81 2,472 0,4045 655,6 505,8
4,8 149,59 2,521 0,3966 655,9 505,3
4,9 150,36 2,571 0,3890 656,1 504,7
5,0 151,11 2,620 0,3817 656,3 504,2
5,2 152,59 2,718 0,3679 656,7 503,0
5,4 154,02 2,817 0,3550 657,1 502,0
5,6 155,41 2,915 0,3431 657,5 500,9
5,8 156,76 3,013 0,3319 657,9 499,9.
6,0 158,08 3,111 0,3214 658,3 498,9
6,2 159,36 3,209 0,3116 658,6 497,9
6,4 160,61 3,307 0,3024 659,0 497,0
6,6 161,82 3,404 0,2938 659,3 496,1
6,8 163,01 3,501 0,2856 659,6 495,1
7,0 164,17 3,600 0,2778 659,9 494,2
7,2 165,31 3,697 0,2705 660,2 493,3
7,4 166,42 3,794 0,2636 660,4 492,4
7,6 167,51 3,891 0,2570 660,7 491,5
7,8 168,57 3,989 0,2507 661,0 490,7
8,0 169,61 4,085 0,2448 661,2 489,8
8,2 170,63 4,182 0,2391 661,4 489,0
8,4 171,63 4,279 0,2337 661,7 488,3
8,6 172,61 4,375 0,2286 661,9 487,4
8,8 173,58 4,472 0,2236 662,1 486,6
9,0 174,53 4,568 0,2189 662,3 485,8
Продолжение табл. 1-17
Р t, °C Р" о* Н" Ln
9,2 175,46 4,664 0,2144 662,5 485,0
9,4 176,38 4,762 0,2100 662,7 484,2
9,6 177,28 4,859 0,2058 662,9 483,5
9,8 178,16 4,953 0,2019 663,1 482,8
10,0 179,04 5,051 0,1980 663,3 482,1
11 183,2 5,531 0,1808 664,1 478,4
12 187,08 6,013 0,1663 664,9 475,1
13 190,71 6,494 0,1540 665,6 472,0
14 194,13 6,974 0,1434 666,2 468,9
15 197,36 7,452 0,1342 666,7 465,9
16 200,43 7,930 0,1261 667,1 463,1
17 203,35 8,410 0,1189 667,5 460,3
18 206,14 8,889 0,1125 667,8 457,6
19 208,81 9,372 0,1067 668,2 455,1
20 211,38 9,852 0,1015 668,5 452,6
21 213,85 10,34 0,09676 668,7 450,1
22 216,23 10,82 0,09245 668,9 447,7
23 218,53 11,30 0,08849 669,0 445,2
24 220,75 11,78 0,08486 669,2 443,0
25 222,90 12,27 0,08150 669,3 440,7
26 224,99 12,76 0,07838 669,4 438,5
27 227,01 13,24 0,07551 669,4 436,2
28 228,98 13,73 0,07282 669,5 434,1
29 230,89 14,22 0,07032 669,5 432,0
30 232,76 14,93 0,06797 669,6 430,0
31 234,57 15,20 0,06578 669,6 427,9
32 236,35 15,70 0,06370 669,6 425,9
33 238,08 16,19 0,06176 669,6 423,9
34 239,77 16,68 0,05995 669,5 421,9
35 241,42 17,18 0,05819 669,5 420,0
36 243,04 17,69 0,05654 669,4 418,1
37 244,62 18,18 0,05499 669,3 416,2
38 246,17 18,68 0,05352 669,2 414,3
39 247,69 19,19 0,05211 669,2 412,5
40 249,18 19,70 0,05077 669,0 410,6
45 256,23 22,25 0,04495 668,4 401,8
50 262,70 24,84 0,04026 667,5 393,2
55 268,69 27,48 0,03639 666,6 385,2
60 274,29 30,18 0,03313 665,4 377,1
70 284,48 35,74 0,02798 662,6 362,6
80 293,62 41,58 0,02405 659,3 346,5
90 301,92 47,71 0,02096 655,7 331,9
100 309,53 54,17 0,01846 651,7 317,5
120 323,15 68,35 0,01463 642,5 288,6
140 335,09 84,60 0,01182 631,7 259,0
160 345,74 103,9 0,009625 618,9 227,8
180 355,35 128,2 0,007803 602,8 192,7
200 364,08 161,9 0,00618 581,4 150,1
220 372,1 229 0,00436 542,3 79,3
224 373,6 268 0,00373 524,7 45,7
Таблица 1-18. Энтальпия (И, ккал/кг} и удельный объем (у, м?!кг) перегретого водяного вар*
при различном давлении
U 1 ат 1,5 ат 2 ат 2,5 ат 5 ат 40 ат 60 ат 80 ат 100 ат
V н V н V Н V Н V Н V Н V н V н н
100 1,730 639,2
110 1,781 644,2 /н = 110,8° С ги = 119,6° С
120 1,830 649,0 1,212 647,8 0,9027 646,5 /н = 126,8° С
130 1,878 653,7 1,245 652,6 0,9291 651,5 0,7384 650,5
140 1,926 658,4 1,278 657,5 0,9545 656,5 0,7597 655,6
150 1,975 663,0 1,311 662,3 0,9795 661,5 0,7802 660,6 tK = 151,1° С
160 2,023 667,8 1,343 667,1 1,0030 666,4 0,8003 665,5 0,3917 661,3
170 2,071 672,5 1,375 671,8 1,0280 671,2 0,8202 670,4 0,4024 666,6
180 2,119 677,2 1,408 676,5 1,0520 675,9 0,8399 675,2 0,4129 671,7
190 2,166 681,9 1,440 681,2 1,0773 680,6 0,8595 680,0 0,4232 676,7
200 2,214 686,6 1,472 686,0 1,1010 685,4 0,8790 684,8 0,4334 681,7
210 2,262 691,3 1,504 690,7 1,1250 690,2 0,8985 689,6 0,4436 686,7
220 2,310 696,0 1,536 695,5 1,1500 695,0 0,9179 694,4 0,4537 691,7
230 2,357 700,7 1,568 700,2 1,1730 699,7 0,9373 699,2 0,4637 696,6
240 2,405 705,5 1,600 705,0 1,1970 704,5 0,9567 704,0 0,4736 701,6 /н = 249,2° С
250 2,452 710,2 1,632 709,7 1,2210 709,3 0,9760 708,8 0,4836 706,6 0,05096 669,7
260 2,500 714,9 1,664 714,5 1,2452 714,1 0,9953 713,7 0,4935 711,5 0,05302 678,0
270 2,547 719,7 1,695а 719,3 1,2691 719,0 1,0140 718,6 0,5033 716,5 0,05495 685,7 = с
к \ к
I I
28С 290 I..V 1 2,595 2,642 ’ 724,5 729,2 1,727 1,759 724,1 728,9 1,2931 1.3170 723,8 728,6 1,0330 1,0520 723,4 728,2 0,5131 0,5229 721,5 726,4 0,05679 0,05854 693,0 699,9 0,03405 0,03563 671,0 680,2 /н 293,6° С
300 2,690 734,0 1,791 733,7 1.3410 733,4 1,0710 733,0 0,5327 731,4 0,06022 706,6 0,03711 689,0 0,02503 667,0 /н = 309,5° С
310 2,737 738,8 1,823 738,5 1,3650 738,3 1.0914 737,9 0,5454 736,4 0,06183 713,2 0,03848 697,4 0,02635 678,0 0,01854 652,2
320 2,784 743,6 1,855 743,3 1,3890 743,1 1,1105 742,8 0,5521 741,4 0,06338 719,6 0,03976 705,1 0,02757 688,0 0,01988 660,0
330 2,832 748,4 1,887 748,3 1,413 748,0 1,130 747,7 0,5618 746.4 0,06488 725,8 0,04097 712,5 0,02870 697,2 0,02105 678,3
340 2,880 753,2 1,918 753,2 1,437 753,0 1,149 752,7 0,5715 751,4 0,06636 731,9 0,04213 719,6 0,02976 705,8 0,02210 689,2
360 2,975 762,9 1,981 762,9 1,485 762,8 1,187 762,5 0,5908 761,4 0,06927 743,8 0,04432 733,1 0,03171 721,5 0,02397 708,0
380 3,068 772,7 2,044 772,7 1,532 772,7 1,225 772,5 0,6101 771,4 0,07212 755,6 0,04642 746,1 0,03348 735,9 0,02560 724,6
400 3,163 782,6 2,107 782,6 1,579 782,6 1,262 782,4 0,6294 781,5 0,07490 767,2 0,04845 758,7 0,03514 749,5 0,02709 739,8
420 3,257 792,6 2,170 792,6 1,626 792,6 1,300 792,4 0,6485 791,5 0,07763 778,5 0,05052 770,9 0,03674 762,6 0,02848 754,1
440 3,352 802,6 2,233 802,6 1,673 802,6 1,338 802,5 0,6676 801,7 0,08030 789,8 0,05233 782,7 0,03828 775,3 0,02981 767.8
460 3,466 812,6 2,296 812,6 1,721 812,6 1,376 812,5 0,6867 811,7 0,08293 801,0 0,05420 794,3 0,03977 787,7 0,03109 780,9
480 3,540 822,8 2,359 822,8 1,768 822,8 1,414 822,7 0,7058 821,9 0,08555 812,0 0,05604 805,9 0,04122 799,8 0,03232 793,6
500 3,635 833,0 2,422 833,0 1,815 833,0 1,453 832,9 0,7248 832,1 0,08816 823,0 0,05785 817,5 0,04265 811,8 0,03352 806,1
520 3,729 843,2 2,486 843,2 1,864 843,2 1,490 843,1 0,7439 842,4 0,09074 834,0 0,05962 828,9 0,04405 823,6 0,03469 818,2
540 3,824 853,6 2,549 853,6 1,911 853,6 1,528 853,5 0,7629 852,8 0,09330 845,0 0,06138 840,0 0,04542 835,3 0,03584 830,3
560 3,918 864,0 2,611 864,0 1,958 864,0 1,566 863,9 0,7819 863,2 0,09584 855,9 0,06315 851,4 0,04678 846,9 0,03697 842,2
580 4,012 874,4 2,674 874,4 2,005 874,4 1,604 874,3 0,8009 873,6 0,09835 866,9 0,06488 862,6 0,04813 858,4 0,03807 854,0
600 4,107 884,8 2,737 884,8 2,052 884,8 1,642 884,7 0,8198 884,1 0,1008 877,7 .0,06658 873,8 0,04944 869,8 0,03916 865,8
620 4,202 895,2 2,801 895,2 2,100 895,2 1,Ло 895,1 0,8388 894,7 0,1034 888,7 0,06827 885,0 0,05074 881,3 0,04022 877,5
640 4,296 905,8 2,865 905,8 2,148 905,8 1,718 905,7 0,8578 905,3 0,1059 899,7 0,06995 896,2 0,05202 892,7 0,04128 889,2
660 4,390 916,4 2,927 916,4 2,196 916,4 1,756 916,3 0,8768 915,9 0,1083 910,6 0,07161 907,3 0,05330 904,1 0,04233 900,9
680 4,484 927,2 2,989 927,2 2,242 927,1 1,794 927,0 0,8956 926,7 0,1107 921,6 0,07328 918,5 0,05458 915,5 0,04337 912,6
родолжение табл. 1-18
g 5: 924,3 936,0 947,7 959,4 971,1 982,8 994,5 1006,3 1018,1 1029,9 1041,7 1053,5 1065,3 1077,1 1088,9 1100,7
100 0,04440 0,045431 0,04645 0,04747 0,04849, 0,04950 0,05050 0,05150 0,05250 0.05350 0,05449 0,05548 0,05646 0,05744 0,05842 0,05939
g «3 а: 927,1 938,6 950,2 961,8 973,4 985,0 996,6 1008,2 1019,9 1031,6 1043,4 1055,0 1066,7 1078,5 1090,3 1102,1
80 0,05586 0,05712 0,05838 0,05964 0,06088 0,06212 0,06336 0,06460 0,06583 0,06706 0,06828 0,06950 0,07072 0,07194 0,07316 0,07436
g о н 929,9 941,2 952,6 964,0 975,4 987,0 998,5 1010,1 1021,7 1033,3 1045,0 1056,6 1068,2 1079,8 1091,6 1103,4
о о э 0,07494 0,07660 0,07824 0,07988 0,08152 0,08316 0,08480 0,08642 0,08804 0,08966 0,09128 0,09290 0,09452 0,09613 0,09773 0,09933
g Q 932,7 943,9 955,1 966,3 977,6 989,0 1000,4 1011,9 1023,5 1035,1 1046,7 1058,2 1069,8 1081,4 1093,0 1104,6
О О 0,1131 0,1156 0,1180 0,1204 0,1228 0,1252 0,1277 0,1301 0,1325 0,1349 0,1373 0,1397 0,1421 0,1445 0,1469 0,1493
5 ат v Н 0,9144 937,5 0,9334 948,4 0,9524 959,4 0,9712 970,4 0,9900 981,5 1,0088 992,7 1,0277 1003,9 1,0466 1015,3 1,0655 1026,7 1,0844 1038,1 1,1032 1049,5 1,1221 1060,9 1,1410 1072,3 1,1599 1083,8 1,1788 1095,4 1,1976 1107,0
2,5 ат v Н 1,Ъз1 937,8 1,869 948,7 1,907 959,7 1,945 970,7 1,983 981,7 2,019 992,9 2,057 1004,1 2,095 1015,5 2,132 1026,9 2,170 1038,3 2,207 1049,7 2,245 1061,1 2,283 1072,5 2,321 1084,0 2,359 1095,6 2,395 1107,2
2 ат v Н 2,288 937,9 2,336 948,8 „2,384 969,8 2,432 970,8 2,478 981,8 2,524 993,0 2,572 1004,2 2,619 1015,6 2,666 1027,0 2,713 1038,4 2,759 1049,8 2,807 1061,2 2,855 1072,6 2,902 1084,0 2,948 1095,6 2,994 *1107,2
g «3 5: 938,0 848,8 959,8 970,8 981,8 993,0 1004,2 1015,6 1027,0 1038,4 1049,8 1061,2 1072,6 1084,0 1095,6 1107,2
1Л э 3,051 3,115 3,179 3,241 3,303 3,365 3,428 3,490 3,553 3,617 3,679 3,743 3,807 3,869 3,931 3,993
1 938,0 848,8 959,8 970,8 981,8 933,0 1004,2 1015,6 1027,0 1038,4 1049,8 1061,2 1072,6 1084,0 1095,6 1107,2
1 4,578 4,673 4,767 4,861 4,955 5,049 5,143 5,237 5,331 5,425 5,519 5,613 5,707 5,801 5,895 5,989
Эо '1 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000
РАЗДЕЛ II
ИСХОДНЫЕ, ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ,
КОНЕЧНЫЕ, СОПУТСТВУЮЩИЕ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА
В ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРНОЙ кислоты
А. С. ЛЕНСКИЙ, П. А. СЕМЕНОВ
1. Сера ...........................................
2. Сероводород ....................................
3. Сульфиды, сульфаты и окислы железа и других металлов
Односернистое железо................................
Двусернистое железо (пирит и марказит)..........
Закись железа ..................................
Закись-окись железа (магнетит) .................
Окись железа (гематит) .........................
Сульфаты........................................
4. Двуокись серы ..................................
Система SOa—НгО ................................
5. Трехокись серы..................................
6. Серная кислота и олеум..........................
7. Селен, теллур, мышьяк и их соединения ..........
8. Соединения ванадия .............................
9. Окислы азота....................................
10. Азотная кислота, меланж .........................
Литература ..........................................
38
51
54
54
55
58
59
61
63
67
73
79
85
135
139
141
144
150
1. СЕРА
Общие сведения
Атомный вес 32,064 ± 0,003
Температура кипения при 1 атм, °C .... 444,6
Критические константы
температура, °C .............................. 1037,8
давление, атм. ............................. 116
плотность, г/см3 .......................... 0,403
Изотопный состав [164], %
32S ................................95,1
33S .................................. 0,74
34S .................................. 4,2
3eS .................................... 0,016
Искусственно получены изотопы 31S и 35S, обладающие 0-излучением, с перио-
дом полураспада соответственно 2,6 сек и 87 суток, а также 37S (0- и у-излучение),
период полураспада 5 мин. Изотоп 35S удобен для исследований, проводимых с ме-
чеными атомами серы [1591-
Твердая сера
Твердая кристаллическая сера устойчива в виде ромбической серы (Sa) при
температуре менее 95,4° С и моноклинной серы (Sp) в интервале 95,5—119° С.
* Аллотропные модификации серы: Вл, растворимая в CSa, Sx и аморфная Sg,
нерастворимые в CSa. Наиболее устойчива форма Sx, из нее состоят кристаллы ром-
бической и моноклинной серы (подробнее о модификациях серы см. [4, 27, 41, 47]).
Плотность твердой серы (в г/см3) при 20° С [83, 106, 142, 143, 149, 156, 164]:
Ромбическая , . 2,07
Моноклинная . . 2,06
Аморфная .... 1,92
Плотность твердой серы почти не меняется при изменении температуры: при
100° С ее плотность меньше, чем при 20° С, на 0,7%.
Коэффициент 0 объемного расширения [48, 162]:
Сера t °C р, град~1
Ромбическая ................ 0—100 67,48 10“8
Моноклинная ................ 15—100 3110“5
Атомная теплоемкость [в кал/(г-атом-град)]:
ромбической серы
в интервале 273—368,5е К [77]:
Ср = 3,58 4- 6,24-10“8 Т
в интервале 309,1—368,35° К [41]:
Ср= 2,9863 4- 0,01058Т 4- 0,8160-10“3 Т2
моноклинной серы
в интервале 368,6—382° К [77]:
3,56 4- 6,96-10"3 Т
/. Сера
39
в интервале 274,15—388,53° К [41]:
Ср = 3,388 + 0,0068547 +
0,080351
(388,336 — 7)2
Последнее уравнение описывает изменение теплоемкости моноклинной серы
вблизи температуры плавления (расчетная т. пл. 115,18° С).
Теплопроводность [75]:
Сера t, °C ккалЦмчград)
Ромбическая................... 20 0,234
» .................. 95,4 0,186
Моноклинная .................. 100 0,134—0,143
Теплота превращения S (ромб) -> S (моиокл):
t, °C q, кал/г Литература
0 2,4 [20]
25 2,22 [20]
95,4 2,992 [41]
Изменение свободной энергии (изобарный потенциал) при 298,15° К равно:
Д0° —15 кал!г
Удельное электрическое сопротивление серы (р, ож-слс):
Сера t, °C р Литература
Ромбическая .... . . . 20 1,9-1017 )
» .... . . . 30 3,9-1016 } [72]
» .... . . . 55 3,95-1016 J
Моноклинная . . . . . . 68,9 3,93 - Ю16 ]
» ... . . . 69,0 1,78- 10u J [41]
» ... . . . по 4,8-Ю12 )
Жидкая . . . .115 9,5.10й )
» . . . 130 2 - Ю1® 1
» . . . 300 2,8 108 [ 1'^1
» . . . 440 7,7.10е J
Диэлектрическая проницаемость [41] ромбической серы е0 = 3,6—4,7 ф!м.
Магнитная восприимчивость [41] ц ромбической (при 18° С), моноклинной
(при 112° С) и жидкой серы (при 220° С) равна 0,49-10-6 [41].
Твердость по Моосу ромбической серы равна 2, моноклинной менее 2.
Насыпная плотность серы (в кг/лс3) [41]:
В кусках .................. 1350—1440
Молотой (250 меш)..........Около 560
При температуре 20—80° С давление пара ромбической серы определяют по
уравнению
1g Р = 11,664
моноклинной серы в интервале 20—80° С по уравнению:
1g р= 11,984
5267
Т
40
//. Исходные, промежуточные, конечные вещество.
Давление пара р [116] над ромбической серой:
t, °C.......................... 55 60
р-10*, мм рт. ст...............0,65 1,15
над моноклинной серой:
t, °C.............................95,6
р 103, мм рт. ст...............4,02
65 70 75 80 85
1,94 3,31 5,43 8,88 14,39
100 105 107 ПО 115
5,41 7,6 10,45 14,29 19,19
90
20,89
Жидкая сера при 1 атм
Превращения аллотропных форм
S ромб Зд, + .........
S ромб —► S;„ ж.............
S монокл —► Зд, ж...........
S монокл ^zi Sjt + ........
S аморф ^z± Sx + 5Л.........
[41, 47]:
т °C * пл ’ с Теплота кал/г плавления кал/г-атом
110,4 —
112,8 11,9 382
118,9 9,2 295
115,2 12,797
115,2 — —
При температуре выше 1 /э° С и 1
атм твердая сера не существует; при
ратуре ниже 110е С и 1 атм не существует жидкая сера.
Свойства серы при т. пл. и 1 атм:
темпе-
Плотность, г!см2:
при 120—155° С........................
» 157—444,6° С....................
Теплоемкость при 115,21° С
Сп, ккал/(г -град) ...........
Ср, ккал/(моль град)...............
Теплопроводность X, ккал/(м ч град) . . .
Вязкость р, пз ........................
Поверхностное натяжение при 119,4° С [76]
о, дин/см.............................
Парахор [41] в интервале 116—445° С, г0,25 X
X см3 • сек-0,5......................
Коэффициент объемного расширения 0, град~1
Удельное электрическое сопротивле-
ние р, ом см .........................
Показатель преломления п/> [72]:
при 110°С ............................
» 130° С..........................
р= 1,9035—0,000832 t
р = 1,8818—0,0006235 t
0,23624
7,5752
0,113
0,126
60,45
49,2 ±1
4,3-10-*
9,5-1011
1,929
1,890
Парообразная сера
Теплота парообразования при /'кип = 444,6° С и 1 атм равна 68,6 кал/г [41].
В условиях равновесия пары серы состоят из молекул Зг, 36 и 38.
Состав пара при т. кип.:
Объемы. %
S2 ..................... 3,8
S8 .................... 41,6
S6 .................... 54,6
В общем случае в парах серы может содержаться S2, S4, S6 и S8, поэтому
? = Pst "Ь Ps4 Ps, "Ь Psa
1. Сера
41
Константы равновесия взаимных превращений могут быть выражены следу-
ющими уравнениями [18]:
2
О
lg_^=_^™ +2о,97
ё pSt 4,577
Ps, 92180
lg7^ = - wf +30,76
Давление паров над жидкой серой [41] в интервале 120—325° С описывается
уравнением
^405 1
lg р = 14,70 000—0,00622387 —
в интервале 325—550Q С
где р — мм рт. ст.; Т—°К-
Атомная теплоемкость парообразной серы [в ккал/(г-атом-град)] [77, 145]:
для S в равновесной смеси
Ср = 5,43 — 0,26- 10"3 7 + 0,27- 1057-а (от 25 до 1727° С)
для S2
Ср = 8,54 4- 0,28-10-37 — 0,79-1057’2 (от 25 до 1727° С)
для Se
Ср= 19,2+ 2,64-Ю-з 7
для S8
Ср- 42,85+ 0,71-10-37 — 5,24-1067-а (от 0 до 727° С)
Стандартная теплота реакций:
Q
S2r -> 2Sr кал,1 г-атом . . —41 5004—56 450 кал/г — 12974—1764
S8r -> 4S2r . . —12 127 —378,9
3S8r -> 4S6r . . —1427 —38,9
8S ромб ->• S8r . . —3 386 —105,8
S ромб + O2r -+ SO2r .... . . 70 940 ± 50 2217± 1,6
S2r + 2O2r -+ 2SO2r .... 86 450 2701,6
S2r + O2r -> 2SOr . . 6552,5 204,8
2S ромб + O2r-> 2SOr . . . . . —8960 —280
2S ромб + 3O2r 2SO3r . . . 92 835 1160
2SO2r + O2r -► 2SO3r . , .- , 21 900 274
2S ромб+ 3O2r -> 2SO3-a . . . . 105 085 1314
2S ромб + 3O2r -> 2SO3-0 . . . . 105 915 1323,9
2S ромб + 3O2r -+ 2SO3-y . , . . 109 335 1366,7
Таблица 1Ы. Свойства жидкой серы [9, 16, 41, 45, 46, 75, 76, 91, 164, 168]
1, °C р, мм рт. ст. р, кг/м* СР ккал/(кг/гр ад) Н ккал/кг Л ккал/(м-ч>град) Ц, пз V, ст а дин/см 3-ю» град~1 Число Праидтля Рг
115,207 0,0192 1808,0 0,23624 35,878 0,1130 0,126 6,97-10-2 61,50 416 94,83
120 0,0314 1806,4 0,23827 37,013 0,1138 0,1125 6,23-10-2 60,80 426 84,78
125 0,0481 1801,7 0,24077 38,218 0,1146 0,1030 5,72-10-2 60,28 436 77,90
130 0,0661 1797,0 0,24328 39,418 0,1156 0,0936 5,73-10-2 59,75 446 78,03
135 0,084 1792,3 0,24532 40,642 0,1165 0,0857 4,79-10-2 59,22 456 64,97
140 0,104 1787,6 0,24736 41,866 0,1175 0,0775 4,34-10’2 58,70 466 58,81
145 0,132 1783,6 0,25202 43,121 0,1184 0,0715 4,01-10-2 58,18 476 54,79
150 0,180 1779,7 0,25668 _ 44,376 0,1192 0,0670 3,76-10-2 57,65 488 51,94
155 0,236 1775,8 0,280 45,837 0,1201 0,0650 3,7-10’2 57,12 492 61,3
160 0,335 1771,8 0,36680 макс 47,298 0,1210 26,680 15,06 56,60 262 29 115
165 0,405 1769,8 0,34954 49,037 0,1212 169,67 95,87 56,36 221 176 450
170 0,570 1767,9 0,33229 50,776 0,1215 411,0 232,5 56,08 180 404 650
175 0,690 1766,0 0,32928 52,393 0,1240 625,5 354,2 55,80 210 597 450
180 0,806 1764,0 0,32627 54,010 0,1265 836,0 473,9 55,51 240 775 590
185 0,900 1761,1 0,31622 55,564 0,1281 917,8 521,2 55,23 270 815 040
190 1,25 1758,2 0,30617 57,119 0,1297 925,7 528,4 54,95 302 786 300
195 1,67 1755,0 0,30218 58,628 0,13'13 900,0 512,8 54,66 307 745 220
200 2,12 1752,5 0,29818 60,138 0,1330 800,7 456,9 54,38 311 645 861
205 2,65 1749,6 0,29490 61,613 0,1343 720,1 411,6 54,10 316 ' 566 752
210 3,29 1746,7 0,29162 63,088 0,1357 537,7 365,1 53,81 320 493 998
215 3,95 1743,8 0,28890 64,532 0,1370 525,0 301,1 53,53 325 398 680
220 4,59 1740,9 0,28619 65,976 0,1384 150,0 258,5 53,25 330 334 768
225 5,51 1737,2 0,28391 67,394 0,1397 375,0 215,9 52,96 335 274 448
230 6,53 1733,4 0,28164 68,81Ц, 0,1410 525,0 187,50 52,68 340 , 234 ООО
235 7,65 1729,65 0,27965 70,212 0,1424 255,0 147,40 52,40 345 180 505
240 9,14 1725,9 0,27767 71,611 0,1437 225,0 130,40 52,12 350 156 941
250 13,05 1723,2 0,27396 74,368 0,1464 150,0 87,04 51,55 360 101 065
260 17,15 1720,6 0,27030 77,093 0,1501 111,0 64,51 50,98 . 365 72 101
270 24,67 1712,4 0,26797 79,785 0,1538 78,0 45,55 50,42 366 48 930
280 30,20 1704,2 0,26519 82,451 0,1575 52,0 30,51 49,85 367 31 497
290 38,15 1697,0 0,26274 85,089 0,1612 39,6 23,34 49,29 366 23 258,8
300 50,40 1689,8 0,26052 87,703 0,1649 27,1 16,04 48,72 365 15 382,4
310 65,40 1684,4 . 0,25851 90,297 0,1681 19,70 11,70 48,15 364 10 884,8
320 80,6 1679,0 0,25672 92,873 0,1713 11,26 6,71 47,59 361 6 078,8
330 103,0 1672,8 0,25519 95,437 0,1745 8,77 5,24 47,02 359 4 613,7
340 124,5 1666,7 0,25366 97,978 0,1777 6,28 3,77 46,46 358 3 231,5
350 360 152,0 185,5 1660,8 1654,8 0,25240 0,25115 100,510 103,027 0,1809 0,1841 5,04 ,3,79. 3,03 2,29 45,89 45,32 356 353 2 527,5 1 860,2
370 225,0 1648,8 0,25005 105,550 0,1873 ' 3,14 1,90 44,76 351 1 508,8
380 269,0 1642,8 0,24895 108,03 0,1905 2,49 1,52 44,19 347 1 171,7
390 324,0 1635,4 0,24785 110,51 0,1337 2,06 1,26 43,63 343 949,49
400 380,0 1627,9 0,24675 112,98 0,1969 1,62 0,955 43,06 338 731,59
410 448,0 1622,9 0,24546 115,45 0,2001 1,38 0,85 42,49 334 608,28
420 524,0 1617,9 0,24416 117,89 0,2033 1,14 0,70 41,93 330 492,56
430 623,0 1613,0 0,24247 120,33 0,2065 1,00 0,62 41,36 326 421,89
440 712,0 1608,6 0,24077 122,74 0,2097 0,87 0,54 40,80 322 359,95
444,6 760,0 1601,8 0,23984 123,85 0,2112 0,83 0,52 40,54 320 339,26
Пр кость, с и м р ч а н И 2. Обознач< гния: р — давление, р — пло гность, с —теп лоемкость, Н — энтальпия А, — тепло 1рОВОДНОСТ1 >, ц и V - вяз
- -поверхностное натяжение, |3 — коэффициент объемного расширен ия, Рг — критерий лрандтля.
44
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-2. Теплоемкость [с, ккал/(кг-град)]
и энтальпия (Н, ккал/кг) твердой серы [41, 42]
t, °C С н t. °C С н
0 0,16350 0 1 70 0,17635 11,870
5 0,16470 0,825 75 0,17711 12,756
10 0,16580 1,650 80 0,17787 13,642
15 0,16700 2,480 85 0,17860 14,535
20 0,16800 4,100 90 0,17934 15,428
30 0,16973 4,946 95,39 (ромб) 0,18012 16,397
35 0,17060 5,799 95,39 (монокл) 0,18430 19,389
40 0,17146 6,652 100,0 0,18410 20,230
45 0,17230 7,516 101 0,17880 20,410
50 0,17314 8,376 101 0,18865 20,422
55 0,17396 9,246 ПО 0,18757 22,101
60 0,17477 10,116 115,207 (монокл) 0,18968 23,081
65 0,17556 10,993 115,207 (жидк) 0,23624 1 35,878
Т а б_л и ца II-3. Атомная теплоемкость [Ср, ккал/(г-атом-град)],
ромбической и моноклинной серы [42]
Т, °к СР Т, °к СР
ромбической серы моноклинной серы ромбической серы моноклинной серы
100 3,060 3,100 260 5,154 5,371
120 3,445 3,508 280 5,286 5,520
140 3,795 3,882 298,15 5,401 5,649
160 4,123 4,235 300 5,412 5,662
180 4,404 4,540 320 5,535 5,799
200 4,639 4,798 340 5,660 5,936
220 4,841 5,021 360 5,783 6,069
240 5,010 5,209 368,56 (5,837) 6,126
1. Сера
45
T а б л и ц а 11-4. Плотность (р, кг/м3), теплоемкость [с, ккал (кг-град)],
теплопроводность [X, ккал/(м- ч-град)] и вязкость (р., спз) жидкой серы
в интервале 150—165° С [9, 45]
t, °C Р с А, |Л
150 1778,5 0,2567 0,11920 6,700
151 1777,7 0,262 0,11938 6,655
152 1777,0 0,264 0,11955 6,610
153 1776,1 0,267 0,11975 6,565
154 1775,5 0,272 0,11993 6,520
155 1774,8 0,280 0,12010 6,500
156 1774,2 0,300 0,12030 6,520
157 1773,6 0,329 0,12050 6,550
158 1773,0 0,445 0,12067 6,745
159 1772,4 0,394 0,12085 —
160 1771,8 0,367 0,12100 2 668,0
161 1771,4 0,360 0,12100 5 500
162 1771,0 0,356 0,12100 8 700
163 1770,6 0,352 0,12100 12 500
164 1770,2 0,347 0,12100 15 000
165 1769,8 0,345 0,12100 16 967
Таблица П-5. Температура кипения (t, °C), плотность (р, кг/м3)
и энтальпия (Н, ккал/кг) паров серы при давлении р (в атм) [185]
р t Р я * р t Р Н*
0,1 319,8 0,49 150,3 5 575 13,3 205,6
0,5 400 1,97 105,1 6 592,8 16,13 211,1
1 441,6 3,65 174,6 7 607,8 17,84 216,7
2 495 6,40 185,6 8 622,2 20,40 221,1
3 525 8,75 192,8 9 635 22,71 226,1
4 552 П,5 200 10 646,1 27 231,7
* Относительно ромбической серы при 20° С.
Таблица 11*6. Состав насыщенных паров серы при различных температурах [38]
t, °C Общее давление паров жж рт. ст. р, мм рт. ст Содержание, объем и. % Среднее число атомов в молекуле Средний молеку- лярный вес Содержа- ние вес. %
S. «з S. S.
50 23-10"? 2,4-10"11 ыо-6 22-Ю-6 — 4,5 95,5 7,920 253,91
100 76-10-4 3,0-10‘7 ЫО"4 75-10"4 1,3 98,7 7,974 255,63
115,2 31-Ю’3 2,4-Ю"6 4-10’3 24-Ю"3 — 12,9 87,1 7,742 248,21 —
148,9 0,175 17,5-Ю’4 3-10’а 0,145 0,01 17,20 82,8 7,66 245,56
204,4 2,50 0,001 0,60 1,899 0,04 24,8 78,0 7,52 241,09
260,0 17,4 0,03 5,39 11,98 0,15 31,0 68,9 7,37 236,28 0,041
315,6 72,0 0,4 27,8 43,8 0,5 38,6 60,9 7,20 230,83 0,139
371,1 225 2,9 103,7 118,4 1,3 46,1 52,6 7,00 224,42 0,371
398,9 . 380 7,2 187,8 185,0 1,9 49,4 48,7 6,90 221,21 0,550
420,7 580 15,7 303,9 260,4 2,7 52,4 44,9 6,79 217,69 0,794
444,6 760 22,6 410,4 323,6 3,5 54,0 42,5 6,71 215,12 1,04
454,4 890 35,6 486,8 367,6 4,0 54,7 41,3 6,67 213,84 1,2
482,2 1260 70,5 713,2 476,3 5,6 56,6 37,8 6,53 209,35 1,712
510,0 1800 133,2 1044 622,8 7,4 58,0 34,6 6,40 205,18 2,31
537,8 2500 245,0 1470 785 9,8 58,8 31,4 6,24 200,05 3,13
565,6 3450 427,8 2046 976 12,4 59,3 28,3 6,07 194,60 4,08
593,3 4600 713 2718 1168 15,5 59,1 25,4 5,89 188,83 5,25
648,9 7800 1704 4446 1560 23,0 57,0 20,0 5,48 175,89 8,37
700 79,0 18,1 2,5 2,87 92,01 54,95
750 93,0 6,9 0,3 2,28 73,1 81,42
800 97,0 2,9 0,1 2,12 67,97 91,33
20° С.
48
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
/. Сера
49
Таблица П-8. Плотность (р, кг/м3)
и энтальпия (Н, ккал/кг) перегретого пара серы при 1 атм [168]
t, °C Р Я» t, °C Р н *
444,6 3,65 173,35 780 0,74 580,60
500 3,24 190,57 800 0,73 586,71
520 3,12 203,35 820 0,71 588,94
540 2,82 215,02 840 0,70 591,71
560 2,50 234,46 860 0,69 594,49
580 2,19 255,58 880 0,68 597,83
600 1,92 286,13 900 0,665 601,16
620 1,63 322,25 920 0,65 603,94
640 1,35 372,25 940 0,644 605,60
660 1,12 427,81 960 0,634 609,49
680 0,98 476,70 980 0,624 612,27
700 0,88 523,93 1000 0,614 614,49
720 0,82 550,04 1020 0,605 616,72
740 0,785 563,93 1040 0,597 619,99
760 0,76 573,38
* Относительно ромбической серы при 20° С.
Т а б л и ц a II-.9. Вязкость (|л), теплопроводность [К, ккал/(м>ч-град)]
и теплоемкость [ср, ккал/(кг • град)] перегретого пара серы при 1 атм
[33, 155, 169]
t, °C ср А
кг-сек/м* спз
444,6 0,285 8,52-10-3 0,2000-10’5 19,64-Ю-з
450 0,368 8,65 0,2016 19,76
455 0,450 8,78 0,2025 19,85
475 0,626 9,29 0,2060 20,20
480 0,670 9,32 0,2070 20,29
500 0,890 9,44 0,2105 20,64
510 1,000 9,51 0,2110 20,64
540 1,450 9,74 0,2092 20,51
550 1,622 9,81 0,2037 19,97
Продолжение табл. П-9
t, °C ср А
кгсек/м* спз
565 1,980 9,83 0,1991 19,52
575 2,183 9,85 0,1960 19,22
595 2,59 9,82 0,1900 18,63
600 2,73 9,82 0,1895 18,48
620 3,28 9,80 0,1804 17,69
650 3,60 9,78 0,1683 16,50
675 3,43 9,67 0,1630 15,98
700 2,70 9,78 0,1576 15,45 .
705 2,56 9,81 0,1564 15,33
725 1,94 9,94 0,1547 15,17
730 1,78 9,98 0,1580 15,53
750 1,36 10,16 0,1584 15,69
760 1,15 10,27 0,1586 15,55
790 0,84 10,62 0,1660 16,27
800 0,77 10,73 0,1674 16,44
815 0,66 10,83 0,1698 16,65
825 0,61 10,98 0,1716 16,82
845 0,50 11,17 0,1748 17,14
850 0,48 11,22 0,1756 17,22
870 0,40 11,42 0,1789 17,54
875 0,39 11,47 0,1797 17,62
900 0,34 11,71 0,1838 18,02
925 0,29 11,98 0,1880 18,43
950 0,277 12,19 0,1921 18,83
980 0,26 12,41 0,1970 19,31
1000 0,26 12,55 0,2002 19,63
1040 0,25 — 0,2068 20,27
1050 0,25 — 0,2084 20,43
50
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-10. Растворимость (в г! 100 г растворителя)
ромбической серы при различной температуре
Растворитель Температура, °C
0 20 40 60 80
Бензин (т. кип. 85—110° С) 2,9 5,0 7,7 13,7
Бромистый этилен 1,2 2,4 4,6 9,2 19,8
Толуол 0,91 1,82 3,21 6,30 —
Растворимость (в а/100 г растворителя) ромбической серы при 25° С:
Водный раствор Na2S (4 и.,
13,5%) ...................19,2
Ацетон .....................2,72
Трихлорэтилен ...............1,63
Тетрахлорэтилен ............1,53
Тетрахлорэтан .............. 1,23
Диэтиловый эфир ............0,97
Этиловый спирт..............0,053
Температура, °C
Рис. П-1. Растворимость серы в органических растворителях:
1 —.безводный аммиак; 2 — анилин; 3 — бензол; 4 — н-гексан; 5 — четыреххлористый
углерод; 6 — хлороформ; 7 — дихлорэтан; 8 — моиохлористая сера; 9 — пиридин; 10 — се-
роуглерод; 11 — каменноугольное масло, фракция 220—300° С, плотность 1,02 г/см*-, 12 —
каменноугольное масло, фракция 150—200° С, плотность 0,885 г/см*-, 13 — каменноугольное
масло, фракция 85 — 120° С, плотность 0,880 г (см*-, 14 — льняное масло; 15 — фенол.
2. Сероводород
51
2. СЕРОВОДОРОД H2S
Основные константы
Молекулярный вес ..................................... 34,08
Критические константы
температура, °C................................... 100,4
давление, атм ..................................... 88,9
плотность, г!см3.................................. 0,3103
Мольный объем газа при нормальных условиях, л!моль 22,143
Плотность газа при нормальных условиях, г!л .... 1,5392
Плотность HaS ж при т. кип., г/см? ................... 0,963
Относительная плотность по воздуху................... 1,1906
Вязкость H2S ж при т. кип., пз..................... 0,00441
Теплота плавления H2S тв при —85,53° С, ккал!моль . . . 0,568
Теплота испарения H2S ж при —60,34° С, ккал!моль . . . 4,463
Теплота сгорания H2S г при 1 атм с образованием SO2
и Н2О, ккал/кг..................................... 136,71
Теплопроводность H2S г X, ккал/{м • ч град)........ 0,011
Мольная теплоемкость [С„, кал/(моль-град)] газообразного сероводорода в интер-
вале 273—1300° К:
Ср = 7,00 + 3,75- IO"3 Т (± 1%)
Температура взаимного перехода форм HaS тв и соответствующие тепловые
эффекты ДЯ (в кал/моль):
т, °к ля
III -> II .... 103,52 368
II I............. 126,22 107,5
Изменение свободной энергии Гиббса (изобарного потенциала) Дб°, энтропии
Д5° и тепловые эффекты ДЯ при образовании 1 моль сероводорода при темпера-
туре Т° К:
S тв., ромб И- Наг = HaSr+ 4,815 ккал
^298,16 ~ —7892 кал
S тв, ромб + Н2г = H2S раств + 9,4 ккал
Д(^298, 1б = —6540 кал
Д*$298, 1б = 29,2 кал/(моль-град)
1/2S2r+«Н2г = H2Sr + 19,61 ккал
в интервале 291—2000° К
ДЯ = 19 200 + 0,94Т + 0,00165Т2 — 74-10"Ч*
в интервале 1023 — 1667° К
Д0о = — 19 200 + 0,94Т In Т + 0,00165т2 — 37- Ю’ЗТ3 + 1,65Т
Д^298 16 ~ —17 570 кал/молъ;
ASggg 16 = —9,29 калЦмоль’град)
Д1$1873 =—11,92 кал/(моль’град)
52
//. Йсходные, промежуточные, конечные вещества
Изменение энтропии AS при плавлении H2STB при —85,53° С составляет
$03 кал/(моль-град).
Изменение энтропии и свободной энергии (изобарного потенциала) при испа-
рении НзБж:
Л3° = 20,97 кал/(моль • град)
AG°= 6254+ 19,ПТ lg Т — 73,83
Стандартное значение (25° С) энтропии газообразного сероводорода S0 =
= 49,15 кал/(моль-град).
Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе производственных
помещений (СНиП 101—51) 10 мг/м3’, в атмосферном воздухе населенных пунктов
50 мг/м3. Минимальная концентрация сероводорода, обнаруживаемого органолеп-
тически (по запаху), 2,3 мг/м3. Взрывоопасные концентрации сероводорода в воздухе
от 4,30 до 45,5 объемн. %.
Таблица П-11. Плотность р и вязкость (р, пз)
жидкого и газообразного сероводорода [105, 125, 152]
t, °C Жидкий сероводород t, °C Газообразный сероводород при 1 атм
р, г/см* р.10’ || р, г/л ц.10в
—80 0,996 5,28 0 1,5392 117,5
—75 0,988 5,08 20 1,434 * 128
—70 0,980 4,82 40 1,343 * 137
—65 0,972 4,63 60 4,262 * 147
—60 0,963 4,41 100 1,127 * 161,0
* Рассчитано по уравнению для идеального газа.
Т а б л и ц а П-12. Давление р паров жидкого сероводорода [25, 98]
1, °C р, мм рт. ст. (, °C р, атм t, °C р, атм
—100 42 —30 3,74 40 28,05
—90 95 —20 5,39 50 35,3
—80 209 — 10 7,53 60 42,6
—70 432 о 10,25 70 52,1
—60 760 + 10 13,47 80 62,0
—50 1216 1 20 17,47 90 74,5
—40 2174 30 22,6 100 88,5
2. Сероводород
53
Таблица 11-13. Мольные теплоемкости [Ср, кал/(моль град)]
твердого и жидкого сероводорода [58]
Т, °к ср- тв т, °к ср> тв т, °к ср- ж
80 7,31 160 13,65 190 16,21
100 9,36 180 14,26 200 16,26
120 13,27 187,63 14,40 212,82 16,33
Мольная теплоемкость [Ср, кал/(моль-град)], энтальпия (ДЯ, кал/моль) и
энтропия [S, кал/(моль-град) ] газообразного сероводорода [10]:
т, °к
дя* s
298,16 8,14 2380 49,15
400 8,48 3130 51,36
500 8,81 3990 53,30
600 9,14 4890 54,97
700 9,47 5820 56,40
800 9,81 6780 57,73
900 10,14 7780 58,96
1000 10,47 8810 59,81
* ДЯ= Н — Hq, рассчитано по величине ДЯд = —3820 кал/моль
для реакции
S ромб + Н2 г = H2S г
О
и ДН0=—19 420 кал/моль для реакции
‘/» S2 г 4- Н2 r=H2S г
Растворимость (в мл/л) сероводорода в воде [148]:
t, °C мл/л * t, °C мл/л * t, °с мл/л ’
0 4670 20 2582 50 1392
5 3977 25 2282 60 1190
10 3399 30 2037 80 917
15 2945 40 1660 100 810
Объем сероводорода приведен к нормальным условиям.
Теплоемкость сероводорода при постоянном давлении и различной темпе-
ратуре:
t, °C ср, ккал/(м*-град) t, °C Ср, ккал/(ms град)
0 0,360 700 0,417
100 0,366 800 0,426
200 0,373 900 0,434
300 0,381 1000 0,442
400 0,390 1100 0,480
500 0,399 1200 0,456
600 0,408
54
И. Исходные, промежуточные, конечные вещества
3. СУЛЬФИДЫ, СУЛЬФАТЫ И О КИСЛЫ ЖЕЛЕЗА
И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ
Односернистое железо
Основные константы:
Молекулярный вес ................................... 87,911
Температура плавления (разлагается при нагревании
до т. пл.), °C..................................... 1195
Плотность, г/см?
односернистого железа............................... 4,84
природного пирротина состава Fe6S7—FeuS12 . . . 4,58—4,7
Твердость по Моосу.................................. 3,5—4,5
Коэффициент линейного расширения при 40° С, град~1
в направлении основной кристаллической оси . . . 0,0000312
в направлении, перпендикулярном оси............. 0,00000235
Теплопроводность А, ккал/(м • ч-град)............... 6,12
Энергия кристаллической решетки FeS тв, ккал!моль 821,6
Температура и тепловые эффекты А Я взаимного перехода форм твердого FeS
Р Y...............
т, °к
411
598
а р
ДН, кал/моль
570
120
Мольная теплоемкость Ср [в кал/(моль-град)] [29]:
для a-FeS
Ср = 9,679+ 13,113-10-3Т — 0,3859- 105T~2 (в интервале 100—300° К; ± 1%)
Ср= 5,19+ 26,20-10-3Т (в интервале 298—411° К; ±1%)
для p-FeS
Ср= 17,40 (в интервале 411—598° К; ±0,2%)
для у-FeS
Ср = 12,20+ 2,38-10"3Т(в интервале 598—1468° К; ±0,3%)
для Ре5ж
Сд= 17,00
(в интервале 1468—1500° К; ±0,1%).
Теплоемкость природного пирротина состава Fe7S8 [в ккал/(кг-град)]:
при 0° С....................................0,142
» 100 °C...............0,157
Теплота плавления у-FeS при 1195° С равна 7,73 ккал/моль.
Теплота сублимации кристаллического FeS составляет 85 ккал/моль.
Теплота растворения в воде равна —13,6 ккал/моль.
Теплота горения по реакции
FeS тв + б/аО2 г = 1/зРе3О4 тв + SO2 г + 139,91 ккал.
3. Сульфиды, сульфаты и окислы железа
55
Стандартная теплота (25° С) н свободная энергия образования (изобарный
потенциал) для a-FeS:
Fe тв + S тв. ромб = а-FeS тв + 22,72 ккал
ДС° = —23,32 ккал/моль
Таблица П-14. Мольная Теплоемкость [Ср, кал/(моль-град)],
энтальпия [ДЯ = Яу- — Я^ 15»
и энтропия [5°, кал/(моль-град)] твердого и жидкого
односернистого железа [5, 29]
Т. °к дн S’ т, °к СР д/7 5°
100 7,13 —2180 4,63 598 13,62 (у) 5 580 (у) 28,83 (у)
150 9,93 —1740 8,14 600 13,63 5 610 28,89
200 11,34 —1210 11,21 700 13,87 7 020 31,06
250 12,2 —610 13,85 800 14,10 8 430 32,94
273,16 12,74 —320 14,97 900 14,34 9 840 34,60
298,16 13,15 0 16,10 1000 14,58 11 250 36,09
300 13,18 30 16,18 1100 14,82 12 680 37,45
350 14,36 710 18,29 1200 15,06 14 150 38,73
400 15,67 1470 20,31 1300 15,29 15 680 39,96
411 15,96 (а) 1640 (а) 20,73 (а) 1400 15,53 17 260 41,13
411 17,40 (Р) 2210 (Р) 22,12 (р) 1468 15,69 (у) 18 350 (у) 41,89 (у)
500 17,40 3760 22,53 1468 17,00 (ж) 26 080 (ж) 47,15 (ж)
598 17,40 (р) 5460 (Р) 28,63 (Р) 1500 17,00 26 620 47,52
Давление диссоциации (pSa, мм рт. ст.} односернистого железа [81 ] по реакции
2FeS 2Fe + S2
t, °C t. °с Ps3 t, °C Ps2
400 2,02 IO’16 700 1,85-10“7 1000 1,77-10"3
500 7,90-IO’12 800 6,94-10“ e 1100 15,4-ю-3
600 2,1510-» 900 1,40-10“4 1200 0,1002
Двусернистое железо FeS2
(пирит и марказит)
Основные константы:
Молекулярный вес .................................... 119,975
Температура плавления (размягчения) пирита, °C . . . 642 (разл.)
Плотность пирита, г/см3
чистого............................................. 5,02
природного (серного колчедана) . . . -.......... 4,9—5,2
Плотность марказита, г/см3
чистого............................................. 4,87
природного (лучистого колчедана)................ 4,6—4,9
56
11. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Твердость природных пирита и марказита по Моосу 6—6,5 и 5—6
Коэффициент линейного (а) и объемного (0) расширения
пирита при 20—40° С, град~1
а............................................... 9,1-10’6
0............................................... 3,4 Ю’6
Стандартные теплота (25° С) и свободная энергия (изобарный потенциал) ДО0
образования пирита и марказита:
a-Fe тв. + 2S тв., ромб = FeS2 тв. пирит + 42,52 ккал
ДС° = —39,84 ккал
a-Fe тв. + 2Stb., ромб = FeSa тв., марказит + 36,88 ккал
Теплота горения по реакции
FeS2TB., пирит + 8/30гг = VgFegOjTB. + 2SOar + 188,4 ккал
FeSa тв., марказит + 8/30гг = ^зРезС^тв. + 2SOar + 194,4 ккал
Таблица П-15. Мольная теплоемкость [Ср, ккал/(моль-град)],
энтальпия ^ДЯ = Я° — Я°98 15’ ккал/м°ль^ и энтропия
[S°, ккал/(моль-град)] двусернистого железа (пирита) [6,29]
Т, °к СР АН S0 Т, °к СР АН S0
100 4,484 —2250 1,4 400 16,50 1 670 17,51
150 8,74 — 1850 4,3 500 17,32 3 350 21,25
200 11,85 — 1320 7,38 600 17,82 5 060 24,37
250 13,81 —690 10,2 700 18,18 6 820 27,08
273,16 14,15 —370 И,4 800 18,46 8 650 29,52
298,16 14,84 0 12,7 900 18,69 10 550 31,76
300 14,89 30 12,79 1000 18,90 12 520 33,84
Таблица II-16. Общее Р и парциальные давления pSi, pSt и ps<
(в мм рт. ст.) паров серы над двусернистым железом (пиритом) [40]
t, °C р Pst Р&» t, °C Р Ps3
548 2,8 2,8 0,001 10~6 646 171,5 167,5 3,75 0,13
586 15 15 0,035 4-Ю'4 654 230,5 223,5 6,65 0,25
601 30 30 0,14 2 • 10~3 664,5 349 333,5 14,8 0,7
604 32 32 0,15 2,3 • 10~3 671 436 413 22 1,15
619 59,5 59 0,5 0,01 676 540 504,5 33,5 2,0
626 79 78 0,7 0,015 (685,5) 760 — — —
637 121 119 1,95 0,057
Примечание. Величина Q означает изменение энтальпии прн реакции образования в стандартных условиях.
58
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Закись железа FeO
Основные константы:
Молекулярный вес .................................
Плотность, г/см3
безводной FeO ...................................
Fe (ОН)2 .....................................
Температура плавления образца состава F0i94^O (ву-
стит), °C .........................................
Теплопроводность Л, ккал/(м ч -град)................
Теплота плавления при т. пл., ккал/моль.............
Растворимость Fe (ОН)а в воде при 18° С, %..........
Константа ионизации насыщенного раствора Fe (ОН)2
nuWr lFe4 [ОН-р
при 25 С, К (Fe (0Н)а] ....................
71,846
5,72
3,4
1377
0,479
7,49
0,00015
6,8-10" •
Средняя удельная теплоемкость ср при 25—100° С равна 0,172 ккал/(кг-град).
Мольная теплоемкость Ср, [ккал/(моль-град)]:
для Feo,94?0 тв (в интервале 298—1650° К; ±0,3%)
= 11,66+ 2- 10"3Т— 0,67-IO6?"2
Для Fe0947O ж (в интервале 1650—1800° К; ±0,1%)
Ср= 16,30
для FeO тв:
Т, °К............................... 100 150 198 200 250
Ср ................................ 5,58 9,64 11,08 (макс.) 11,01 11,15
Стандартные (25° С) теплота и свободная энергия образования (изобарный
потенциал)
для Fe01947O (вустита)
а-Ретв+ 1/20гг= РеОтв + 63,8 ккал
ДО0 = —58,75 ккал
для гидроокиси железа
a-Fe тв + Оаг + На г = Fe (ОН)а тв + 135,8 ккал
AG0 = —115,57 ккал
Стандартные значения энтропии [в кал/(моль* град)]:
для безводной закиси Fe0>947O (вустита) 5° == 12,9
для гидроокиси железа 5° ~ 19
Стандартные (25° С) теплота, свободная энергия (изобарный потенциал) образования
и энтропия для Fe2+ составляют Aq = —21,0 ккал/г-ион, &G — —20,30 ккал/г-ион
и S — 27,1 кал/(г-ион • град).
Давление диссоциации (Pq*, мм рт. ст.) закиси железа [171] по реакции
2FeO 2Fe + Оа
1, °C 'О, t, °C РОг t, ’С PO3
20 Ю-з» 1000 2,4 10“14 2000 (7-10-4)
600 3,8-10-24 1200 2,4-IO-11 3000 (6,7)
800 2,4 10"12 1400 4,8-10-’ 3830 760
3. Сульфиды, сульфаты и окислы железа
59
Таблица 11-18. Мольная теплоемкость [Ср, кал/(моль-град)],
энтальпия ^ДЯ = 1в, кал/моль], энтропия [S0, кал/(моль-град)],
теплота [AQ, кал/моль] и свободная энергия образования AF0
(изобарный потенциал) для вустита состава Fe0 947O [30, 31]
Т, °к С° р АН S0 Q*** Аб°
298,16 11,50 0 12,9 —63 800 (±200) —58 750 (±250)
400 12,04 2 120 16,38 —63 500 —57 100
500 12,39 2 440 19,13 —63 350 —55 500
600 12,67 3 700 21,43 —63 150 —53 950
700 12,92 4 980 23,40 —63 000 —52 400
800 13,16 6 280 25,13 —62 950 —50 900
900 13,38 7 590 26,68 —62 950 —49 400
1000 13,59 8 920 28,08 —63 100 —47 850
1033 * — — — —63 400 —47 350
1033 * — — — —63 400 —47 350
1100 13,80 10 280 29,37 —63 450 —46 350
1179* — — — —63 450 —45 100 '
1179 * — — — —63 650 —45 100
1200 14,01 11 670 30,58 —63 600 —44 800.
1300 14,22 13 080 31,71 —63 450 —43 200
1400 14,43 14 520 32,78 —63 300 —41 700
1500 14,64 15 980 33,78 —63 150 —40 000
1600 14,83 17 460 34,74 —63 000 —38 600
1650 14,94 (тв) 18 210 (тв) 35,20 —62 950 —37 850
1650 16,30 (ж) 25 700 (ж) 39,74 —55 450 —37 850
1674 * — — — —55 350 —37 600
1674 * — — — —55 450 —37 600
1700 16 30 26 510 40,22 —55 450 —37 300
1800 16,30 28 140 41,16 —55 200 —36 250
1803 ** — — — —55 200 —36 250
1803 ** —- — — —58 700 —36 250
1900 — — — —58 500 —35 050
2000 — — — —58 250 —33 800
* Точки перехода для а-, v-
тепловыми эффектами.
♦♦ Т. пл. 6-железа. _
*** См. примечание к табл. П-17.
и б-железа, сопровождающиеся незначительными
Закись-окись железа Fe3O4 (магнетит)
Основные свойства:
Молекулярный вес........................................ 231,539
Плотность, г/см3
естественного магнетита ......................... 5,5—6,5
искусственного » ...................... 6,0—6,5
Температура плавления, °C............................ 1597
Теплота плавления, кал/моль....................... 33
Изменение энтропии при плавлении AS, кал/(моль -град) 18
Температура перехода а- в Р-магнетит, °C.......... Около 627
Теплота перехода, ккал/моль.......................... Менее 0,01
60
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Мольная теплоемкость Ср [в кал!(моль-град)]
для a-Fe3O4 в интервале 298—900° К; ±0,6%
Ср= 21,88+ 48,20-IO"3 Т
для P-FejOj в интервале 900—1800° К; ±0,2%
Ср = 48,00
В практических тепловых расчетах (особенно применительно к колчеданному
огарку) пользуются также следующим выражением для средней теплоемкости Fe3O4
в интервале 0—700° С [в ккал!(кг • град) ]
ср= 0,14269+ 1,5235-10-*/+ 7,25-Ю’6/2
Таблица II-19. Мольная теплоемкость кал!(моль• град)
энтальпия [ДЯ = Н^Г— Н®, кал!моль\, энтропия [S®, кал!(моль-град)},
теплота (Q, кал!моль) и свободная энергия образования
(изобарный потенциал) ДО0 закиси-окиси железа (магнетита) [30, 31]
Т, °к с° р &.Н s° Q*** AG°
298,16 36,25 * 0 35,0 * —267 800 (± 1000) —243 200 (± 1200)
400 41,16 3 990 46,48 —267 200 —234 900
500 45,98 8 320 56,12 —266 300 —226 900
600 50,80 13 060 64,75 —265 300 —219 100
700 55,62 18 340 72,88 —264 000 —211 500
800 60,44 24 260 80,77 —262 300 —204 100
900 ** 65,26 30 550 (а) 88,18 —260 500 —197 000
900 ** 48,00 30 550 (fl) 88,18 —260 500 —197 000
1000 35 350 93,24 —260 800 —189 900
1033 ** — — —261 700 —187 600
1033 ** — — —261 700 —187 600
1100 40 150 97,81 —261 700 — 182 800
1179 ** — — —261 700 — 177 100
1179 ** — — —262 300 — 177 100
1200 48,00 44 950 101,99 —262 200 — 175 600
1300 49 750 105,83 —261 700 —168 400
1400 54 550 109,39 —261 300 —161 200
1500 59 350 112,70 —261 000 — 154 100
1600 64 150 115,80 —260 800 —147 000
1674 ** — — —260 700 —141 700
1674 ** — — —261 000 —141 700
1700 68 950 118,71 —261 100 — 139 800
1800 — 73 750 121,45 —261 100 —132 700
1803 ** — — — —261 100 — 132 500
1803 ** — — — —272 200 —132 500
1870 — — — —272 200 — 127 300
1870 — — — —239 200 — 127 300
1900 — — — —239 000 — 125 800
2000 — — — —238 200 — 119 800
* Более точные данные при низких температурах приведены Милларом 1113]. Напри-
мер, при 298,16° К значения Ср — 34,28 калЦмоль- град), S = 35,0 калЦмоль • град).
** Температура превращения модификаций, сопровождающаяся незначительными
тепловыми эффектами.
*♦* См. примечание к табл. П-17.
3. Сульфиды, сульфаты и окислы железа
61
Давление диссоциации
по реакции
(pQt, мм рт. ст.) закиси-окиси железа Fe3O4 [171]
x/2Fe3O4 = 3/2Fe + О2
(О оС ₽о, 1, °C РО,
600 6,0-ю-24 1200 4,8-10-9
800 3,8 IO"17 1400 1,9 -10~6
1000 1,9-10-12 2547 760
Окись железа (гематит) Fe2O3
Основные константы:
Молекулярный вес ......................................... 159,692
Плотность, г! см?
чистого Fe2O3........................................ 5,24
природного гематита (железного блеска)........... 5,0—5,3
гидроокиси железа Fe (ОН)3........................... 2,44
Растворимость Fe (ОН)3 в воде при 18° С, %............ 0,000048
Температура плавления (разлагается при нагревании до
т. пл.), °C ......................................... 1560
Твердость по Моосу природного гематита............... 5,5—6,5
Температурами тепловые эффекты взаимного перехода форм твердого Fe2O3:
Т, °К Q, кал!моль
а -> р 950 160
Р -► у 1050 Менее 10
Средняя удельная теплоемкость в интервале 15—100°С с = 0,Гб7 ккал!(кг-град).
Мольная теплоемкость [Ср, кал/(моль'град)]:
для a-Fe2O3 (в интервале 298—950° К; ±0,1%)
Ср = 23,49 + 18,60.10-3Г — 3,55- Ю5?’2
для p-Fe2O3 (в интервале 950—1050° К; ±0,1%)
Ср = 36,00
для y-Fe2O3 (в интервале 1050—1750° К; ±0,1%)
Ср = 31,71 + 1,76-10~3Т
для a-Fe2O3 при 150 и'200° К
Ср = 13,42 и 18,27 кал/(молЬ'град)
В практических тепловых расчетах (особенно применительно к колчеданному
огарку) можно пользоваться следующим выражением для средней теплоемкости Fe2O3
в интервале 0—700°С [в ккал/(кг'град)]:
ср= 0,14588+ 1,2735-10-5,77-10-в/3
Теплопроводность порошкообразного Fe2O3:
t, °C ......................... 125 150 300 400 500 600 700 750
Л, ккал/(м-чград)............ 0,330 0,333 0,338 0,389 0,407 0,439 0,479 0,497
Стандартные (25° С) теплота и свободная энергия образования (изобарный потен-
циал) AG и энтропия AS окиси железа
a = 2Fe тв + 1 х/2О2г = Fe2O3 тв + 196,5 ккал
= —177,1 ккал AS0 = 21,5 кал/(моль'град)
62
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
и гидроокиси железа
a-Fe тв + 1 VjOa г + 11/аНа г = Fe (ОН)3 тв + 197,0 ккал
Стандартные (25° С) теплота и свободная энергия (изобарный потенциал) образова-
ния и энтропия для Fe3+
AQo = —11,4 ккал/г-ион Д0° = —2,52 ккал/г-ион
Д5° = —70,1 кал/(г-ион-град)
Таблица П-20. Мольная теплоемкость кал/(лоль-град)];
энтальпия [ДЯ = //^—Н°, кал/моль], энтропия [S0, кал/(моль-град)],
теплота Q° и свободная энергия образования (ДО®, кал/моль) окиси железа
[30, 31]
Т, °к ьн S0 Q ** AG0
298,15 25,04 0 21,5 — 196 800 (±1300) —177 400 (± 1500)
400 28,71 2 750 29,41 —196 400 —170 800
500 31,37 5 770 36,14 —195 800 —164 500
600 33,66 9 010 42,04 —195 200 — 158 300
700 35,79 12 460 47,35 —194 500 — 152 200
800 37,82 16 130 52,25 —193 800 — 146 200
900 39,79 20 030 55,84 — 193 000 —140 300
950 40.77(a) 22 060 (а) 59,04 (а) —192 800 — 137 400
950 36,00 (р) 22 220 (р) 59,21(Р) —192 600 — 137 400
1000 36,00 24 020 61,05 —192,600 —134,500
1033 * 36,00 -— — —193 100 —132 600
1033 * 36,00 — — —193 100 —132 600
1050 36,00 (р) 25 820 (р) 62,81(р) —193 000 —131 600
1050 33,56 (у) 25 820 (у) 62,81 (у) —193 000 —131 600
1100 33,65 27 500 64,37 —193 000 —128 700
1179* 33,78 — — —193 000 —124 100
1179 * 33,78 — — — 193 400 — 124 100
1200 33,82 30 870 67,30 —193 300 —122 800
1300 34,00 34,250 70,01 —193 000 —117 000
1400 34,17 37 650 72,53 —192 600 —111 100
1500 34,35 41 070 74,89 —192 400 —105 300
1600 34,53 44 540 77,13 —192 100 —99 500
1674 * 34,66 — —191 900 —95 200
1674 * 34,66 — — —192 100 —95 200
1700 34,70 48 100 79,29 —192 100 —93 700
1800 51 880 81 45 —191 700 —88 000
* Температура превращения модификации, сопровождающегося незначительными
тепловыми эффектами.
** См. примечание к табл. 11-17.
X СР юль град) 1 1 * 62,00 <м со 00 1О о о 00
мическне величины для беэводнь в X С4 сч сч со со сч сч
« ф о X X X ф X сб X 0, X ДО» ккал/моль —191,5 1 —315,56 , —738,99 —323,4 i —158,2 1 —314,62 : —215,19 i —302,78 г о СО 7 со оо“ о сч
ные (25° С) термодина S кал/(моль град) 25,7 1 25,5 57,2 СО со 27,1 42,00 52,65 35,73 35,2 29,8
fit X сб О ДН® ккал/моль 1 —221,3 (—640) —342,42 —820,98 —350,2 —184,00 I —342,66 —281,86 —330,90 —219,50 —233,88
Температура плавления, °C Разл. //> 300 Разл. 480 1450 Разл. 770 (т. пл. "/> 1500) 1580 200 1069 Разл. 100 885 0001 » 740
Плот- ность при 20° С 5 Л) 3,3 3,10 1 2,96 2,71 4,45 3,61 2,66 1,77 2,70 6,2 3,75
3. Сульфиды у сульфаты и окислы железа
65
Продолжение табл. П-20э
1 а. S э 5 3 S а. X? ° 2* -Т? ~ О °. * §• °" < £ t'- 41 СЧ 41 1 <D 1 I "1 • О „ О 1 •„ 1 1 1 о о о £ о СЛ « СО е. Л О, О, О < О Z N
юсть в воде .00 г при 100° С И & . СМ । .. -л • 1 Г’Т* е; t£> О е; id О U - m — — - ю тс со n - - о 52 я * * г*, сч о я 2J • о 00 1/5 (X ° 2? <Л — СХ, оо 1Л СО LO
2 S П) Q. О СО 03 при 20° С «Э w LO CN CN о — о cd со о cd" — ~ rf СЧ — СО • О — ID СЗ • со со с; - s - -
деления । С106Т-а о. 5® «о 2 # а° S с н 273—1373 298—1300 273—873 298—856 298—600 298—1100 298—1000
"равнение для опре теплоемкое™ 0 = Л+ В10-37’ + о —1,568 —27,12 —8,43 —2,15 —4,26 4,20
21,97 14,80 4,30 23,80 67,20 31,00 20,80
и 18,52 88,09 33,80 25,70 28,77 24,77 10,96 17,07
Температура плавления, °C 1 § § S д'4'о,^'лфоф^' иэ—। /\ .ID . Л oq о «0 • °о t- rj- co . ю <м о to oo • com— Mt-— — m Й A M Я Я м Я eg Я Cu CL, &, Q. cu .
Плот- ность при 20° С г/см* Ф CD — LO — CD Г— О ID co « <35 tr CD. CD. Г-. C'-_ СЧ C'-_ co co" of of -tr co" of — OJ CD co
Соль 4» « Л О 00 о о (“T * о о 21 О О О 3 (Л О о сл « сл « 22 % ял с CQ (J & Z О, N
Таблица П-21. Парциальные давления pSOj, P$q2 и над FeSO4 *,
логарифм константы равновесия 1g Кр = Pso2 + Pso2
и максимальная степень х превращения SO2 в SO3,
достигаемая при использовании FeSO4
в качестве катализатора окисления 7%-ного SO2 [117]
t, °C Парциальное давление, мм рт. ст. teKp х, %
PSO3 PSO, РО2
360 •7,0 7,0 —4,080 —
370 9,0 9,0 — —4,052 18,2
402 14,0 13,0 — —3,474 28,3
438 24,0 24,0 — —3,000 48,5
455 27,0 27,0 — —2,898 70,9 (460° С)
487 36,0 36,0 — —2,651 97,0 (488° С)
503 41,0 43,0 — 2,515 —
505 40,8 42,7 0,5 —2,520 (161,6) (510° С)
521 49,5 52,0 0,5 —2,356 —
528 54,0 58,0 1,0 —2,266 —
550 71,0 78,0 3,0 —2,020 —
554 80,6 88,8 2,0 — 1,907 —
561 88,3 97,8 2,0 —1,824 —
565 106,0 122,0 2,0 —1,650 —
570 142,0 157,0 3,0 —1,416 —
* FeSO4 разлагается по реакции FeSO4 Fe2O2 + SO, -f- SO2 и далее 2SOs 2SO2 -f-
-f- O2. Тепловой эффект 1-й реакции 29,8 ккал при 360° С и 35,6 ккал при 580° С.
Таблица П-22. Парциальное давление pSOj, Psot и Ро2 над Fe2 (SO4)3 *
логарифм константы равновесия 1g Кр = 3pSOa
и максимальная степень х превращения SO2 в SO3,
достигаемая при использовании Fe2 (SO4)3
в качестве катализатора окисления 7%-ного SO2 [117]
t, °C Парциальное давление, мм рт. ст. 1g кр х, %
PSO, PSO2 РО2
536 1,6 1,6 0,8 —8,025 3,2
549 2,0 2,7 1,3 —7,740 —
586 5,0 6,6 3,4 —6,541 10,1
596 8,0 10,0 5,0 —5,931 16,2
612 12,0 15,5 7,5 —5,505 24,2
619 14,5 19,5 9,0 —5,156 29,2
628 19,3 24,4 12,3 —4,785 39,2
650 33,0 44,0 22,0 —4,086 66,6
653 40,0 51,0 25,0 —3,834 93,9
656 46,5 58,5 29,0 —3,639 (133,2)
658 50,5 63,0 31,5 —3,531 —
676 66,0 89,0 45,0 —3,183 —
688 105,0 137,0 69,0 —2,577 —
689 120,0 153,0 77,0 —2,403 —
* Fe, (SO4)s разлагается по реакции Fe, (SO*)® ? Fe,Os -f- 3SO, — 124,2 кал и далее
2SO, +. 2SO, 4- О,. Тепловой эффект указан для 536—689° С.
5 Справочник сернокислотчика
66
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Давление диссоциации ^ро , мм рт. с/n.) окиси железа [133, 141] по реакции
3Fe2O3 2Fe3O4 + 1/2Оа
°с ро2
1150 0,5
°с POt
1280 4,0
1200 1,0 1300 10,0
1260 2,0 1455 760
Т а б л и ц а П-23. Парциальное давление PSOj, pso± и ро> над Fe3 (SO4)4 *,
логарифм константы равновесия 1g Кр = 4pso
и максимальная степень х превращения SO2 в SO3,
достигаемая при использовании Fe3 (SO4)4
в качестве катализатора окисления 7%-ного SO2 [117]
t, °C Парциальное давление, мм рт. ст. ig х. %
PSO, PSO, "о,
413 5,0 __ —8,738
439 П,1 0,5 0,4 —7,345 22,4
479 17,5 5,0 2,5 —6,551 35,4
516 30,1 10,0 5,0 —5,610 60,8
520 32,0 10,7 5,3 —5,552 64,6
531 37,4 13,7 6,9 —5,446 75,5
557 59,0 17,3 8,7 —4,440 (119,0)
600 106,0 36,0 18,0 —3,251 •—
603 113,0 46,5 23,5 —3,304 -—
606 124,0 50,6 25,4 —3,155 —
610 151,0 86,2 43,8 —2,810 —
616 200,0 115,0 57,0 —2,320 —
615 219,0 106,0 53,0 —2,160 —
* Fe, (SO4)4 разлагается по реакции Fes (SO4)4 +- Fe,O4 + 4SOs и далее 2SOs 2SO, -f-
+ O2. Тепловой эффект 1-й реакции 32.8 ккал при 413° С и 36,8 ккал при 616 С. Согласно [117],
при термическом распаде средних сернокислых солей железа в качестве промежуточных
продуктов образуются не основные соли, а окисно-закисная сернокислая соль Fe, (SO4)4.
Давление диссоциации (р, мм рт. ст.) сернокислого кальция по реакциям [173]:
CaSO4^±CaO + SO3;
SO3 SO2 + V2Oa
t, °C р t, °C р
1180 2,4 1280 13,4
1200 3,0 1303 19,5
1200 3,7 1320 24,1
1228 5,7 1340 31,2
1240 7,3 1360 40,5
1260 9,7 1373 48,3
4. Двуокись серы
67
2. ДВУОКИСЬ СЕРЫ SO2
Основные константы:
Молекулярный вес ..................................... 64,063
Температура, °C
конденсации (сжижения)............................. —10,02
кристаллизации (плавления)..................... —75,48
Критические константы
температура, °C....................................157,5± 0,05
давление, атм ................................. 77,79±0,03
плотность, г!см3 ............................... 0,516
Плотность газа при нормальных условиях, г/л .... 2,92654
Относительная плотность по воздуху.................. 2,263
Мольный объем газа при нормальных условиях, моль/л 21,891
Средняя теплоемкость газообразной SO2 в интервале 0—100° С равна
0,158 ккал!(кг-град) или 0,451 ккал! (м3-град).
Мольная теплоемкость [Ср, кал! (моль-град)] газообразной двуокиси серы рас-
считывается по уравнению:
Ср== 11,40+ 1,414-Ю-’Г — 2,045-106Г"2
(в интервале 298,15—1500° К; ± 1%; в интервале 298,15—2000° К; ± 1,5%).
Вычисленные по этому уравнению значения Ср приведены ниже:
Т, °К .... 2000 2500 3000
Ср........... 13,62 13,72 13,78
Теплота плавления при —75,48° С равна 1,769 ккал!моль-, соответствующее
этому изменение энтропии 8,95 кал!(моль-град).
Теплота парообразования (при —10,02° С) 5,955 ккал/моль; соответствующее
этому изменение энтропии 22,63 кал/(моль-град); теплота испарения QHCn в ин-
тервале —50ч-+50°С: QHCn= 91,02 — 0,215f — 2,22-10~4f2.
Стандартные (25° С) теплота и свободная энергия образования АС0 (изобарный
потенциал), энтропия и теплоемкость двуокиси серы:
5ромб + О2 г = SO2 г + 70,96 ккал
= —71,79 ккал!моль
1/aS2 г + Оэ г — SO2 г + 85,89 ккал
AG0 = —81,46 ккал/моль
S0 = 59,40 кал/(моль-град); С°р= 9,51 кал!/моль-град)
Изменение свободной энергии (изобарного потенциала) при испарении:
в стандартных условиях AG^ 16 = —853 кал!моль
при других температурах: AG = 6400 — 24,ЗЗГ.
68
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Коэффициент сжимаемости жидкой SO2:
t, °C Р, атм k, атм 1
13,5—18,6 10—82 0,000135
64,9—68,8 21—63 0,000271
87,9—92,1 23—58,2 0,000467
Коэффициент сжимаемости SO2 г;
t, °C k, атм 1 t, °C k, атм J
15 1,0185 150 1,0032
50 1,011 200 1,0021
100 1,0054 250 1,0016
Средний коэффициент линейного расширения SO2 ж в интервале
О—50° С а = 0,00215 град-1
0—100Q С а = 0,00293 град-1
Коэффициент линейного расширения а газообразной SO2:
t, °C а, град 1 t, °C а, град 1
0 0,00398 0—50 0,00393
0—20 0,003956 0—100 0,00388
В интервале от —50 до 200е С:
а-106 = 4010 — 1,86/ + 78-10-4/2— 12-10"6/3
Эбулиоскопическая и криоскопическая константы жидкой двуокиси серы равны
соответственно 1,43 и 3,01е С.
Коэффициент электропроводности 5О2ж в интервале —20—0 °C равен 4,5 X
X 10"7 ом-1-см-1.
Диэлектрическая проницаемость 8:
Для SO2 т Для SO» ж
t, °C е t, °C 8
0 1,00957 —40 19,99
20 14,0
20 1,00826 100 7,9
170 1,00392 157,5 2,1
Показатель преломления жидкой SO2 при 20° С пр= 1,342. Константа Трутона
22,655 кал1град.
Предельно допустимая концентрация двуокиси серы в атмосфере, согласно
нормам проектирования промышленных предприятий (НСП-101-51), равна 20 лсгЛи3;
порог восприятия запаха двуокиси серы 6 лсг/лс3; концентрация SO2, вызывающая
раздражение в горле, 30 мг/м?, кашель и раздражение глаз — 50 мг!м?, смертельная
концентрация — 400 мг[м3 при экспозиции 0,5—1 ч.
Качество технического жидкого сернистого ангидрида регламентируется
4. Двуокись серы
69
Таблица II-24. Плотность [ррасч, г!см*\, рассчитанная по законам
для идеальных газов, истинная плотность рист>
определенная на основе измерения среднего молекулярного веса М
при различной температуре, и вязкость (р, пз) газообразной SO2
[99, 165, 166]
i, °C Ррасч М Рист ц-104 f, °C Ррасч ц-104
— 10 2,967 65,84 3,049 1.12 60 2,344 1,445
—5 2,912 65,72 2,987 1,14 70 2,275 1,52
0 2,859 65,62 2,92654 1,158 80 2,211 1,533
5 2,807 65,52 2,871 1,18 100 2,093 1,614
10 2,758 65,42 2,816 1,20 150 1,845 1,86 .
15 2,710 65,36 2,764 1,23 200 1,650 2,070
20 2,664 65,30 2,715 1,260 300 1,362 2,461
25 2,619 65,25 2,667 1,28 400 1,160 2,824
30 2,576 65,22 2,622 1,30 500 1,010 3,150
35 2,534 65,20 2,579 1,32 600 0,894 3,461
40 2,493 65,18 2,537 1,348 700 0,802 3,755
50 2,416 — — 1,40 800 0,728 4,039
Таблица П-25. Теплопроводность [к, ккал/(м-ч-град)\
и отношение Cp!Cv газообразной SO2 [52, 166]
t, °C Л.-Ю» CpICv t, °C ХЮ» cp!cv
100 10,6 1,243 600 30,8 1,187
200 14,3 1,223 700 35,3 1,184
300 18,2 1,207 800 39,8 1,179
400 22,2 1,198 900 44,6 1,177
500 26,4 1,191 1000 49,5 1,175
Таблица II-26. Плотность (р, г!мл), вязкость (р, пз)
и поверхностное натяжение (ст, дин!см) жидкой SO2 [7, 89, 136, 154]
t, °C p ц-104 о t, °C p p.104 ff t, °C p
—50 1,5572 (76) +5 1,4223 35,0 25,58 55 1,2797
—45 1,5452 72,4 — 10 1,4095 33,4 24,64 60 1,2633
—40 1,5331 (68) — 15 1,3964 31,8 23,64 65 1,2464
—35 1,5211 64,3 — 20 1,3831 30,4 22,73 70 1,2289
—30 1,5090 (61) — 25 1,3695 29,1 21,67 75 1,2108
—25 1,4968 57,0 — 30 1,3556 27,9 20,73 80 1,1920
—20 1,4846 50,4 30,68 35 1,3411 — 19,72 85 1,1726
—15 1,4724 43,4 29,73 40 1,3264 — 18,77 90 1,1524
—10 1,4601 41,0 28,59 45 1,3111 — 17,80 95 1,1315
—5 1,4476 38,9 27,68 50 1,2957 — 16,85 100 1,1100
0 1,4350 36,8 26,66
70
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-27. Вязкость (р, кгс-сек/м2) жидкой и газообразной
двуокиси серы при различных давлениях [151]
J110* при
Р, ат
-20° С -10° С 0°С 10° С 20° С 30° С 40° С
0,5 1,07 1,11 1,15 1,21 1,26 1,32 1,39
1,0 50,00 1,14 1,19 1,24 1,28 1,33 1,40
1,5 50,60 45,20 1,24 1,28 1,31 1,34 1,41
2,0 51,20 45,85 40,00 1,33 1,36 1,36 1,43
2,5 51,63 46,33 40,57 33,95 1,41 1,38 1,45
3,0 52,00 46,80 41,05 34,48 1,48 1,42 1,47
3,5 52,30 47,20 41,45 34,95 27,94 1,47 1,50
4,0 52,55 47,55 41,83 35,35 28,40 1,55 1,54
4,5 52,82 47,86 42,13 35,72 28,85 1,66 1,59
5,0 53,02 48,15 42,43 36,00 29,24 — 1,65
5,5 53,20 48,41 42,70 36,28 29,55 — 1,72
6,0 53,35 48,65 42,92 36,50 29,88 — 1,80
6,5 53,48 48,85 43,13 36,72 30,12 — —
7,0 53,62 49,05 43,32 36,90 30,37 — —
7,5 53,74 49,25 43,50 37,06 30,60 — —-
8,0 53,85 49,44 43,65 37,25 30,80 — —
В с о с т о я н и и равновесия
li-io6 49,50 44,55 39,25 33,75 27,80 — —
1,08 1,15 1,25 1,38 1,54 1,72 1,87
Давление пара р двуокиси серы [26]:
t, °C р, атм t, °C р, атм t, °C р. атм
55 9,8 90 22,0 130 48,8
60 11,1 100 27,5 140 57,9
70 14,0 110 34,0 150 68,3
80 17,7 120 40,4 157,50 77,79
Мольная теплоемкость [Ср, кал!(моль • град) ] твердой и жидкой SO2 [41, 59]:
t, °C СР t, °C ср t, °C ср t, °C СР
—100 14,95 —60 20,91 + 20 21,0 100 26,8
—80 16,18 —40 20,80 40 21,9 120 29,9
—75,48 Г 16,40 (тв) —20 20,70 60 23,1 140 (36,4)
—75,48 20,99 (ж) 0 20,68 80 24,8 150 (54,2)
Прим е ч а и и е. В интервале от —100 до 20° С включены данные работы [59,
для 40—80° С [59]. использованы данные 141 J, которые при 0 и 20° С на 1,5 — 3% ниже данных
4. Двуокись серы
71
Таблица II-28. Давление пара (р, ат), теплота испарения (Фистъ ккал/кг),
удельный объем Уж и Йп, энтальпия жидкой и газообразной
двуокиси серы (Н' и Н", ккал!кг)
и энтропия жидкости и пара и S^, ккал! (кг • град)\ [120, 127, 139]
t, °C р Уж, л/кг м*/кг И’ Н" ^исп
—50 0,118 0,6423 2,4907 83,69 184,91 101,22 0,9341 1,3877
—47,5 0,139 0,6448 2,1359 84,51 185,24 100,73 0,9378 1,3842
—45 0,163 0,6472 1,8436 85,34 185,56 100,22 0,9412 1,3808
—42,5 0,190 0,6498 1,5950 86,13 185,89 99,76 0,9449 1,3774
—40 0,220 0,6523 1,3872 87,00 186,21 99,21 0,9485 1,3740
—37,5 0,256 0,6549 1,2085 87,76 186,53 98,77 0,9519 1,3710
—35 0,294 0,6575 1,0586 88,64 186,85 98,21 0,9556 1,3680
—32,5 0,339 0,6601 0,9284 89,39 187,16 97,77 0,9588 1,3651
—30 0,388 0,6627 0,8183 90,27 187,47 97,20 0,9624 1,3621
—27,5 0,443 0,6653 0,7224 91,02 187,78 96,75 0,9655 1,3594
-25 0,504 0,6680 0,6406 91,90 188,09 96,19 0,9691 1,3567
—22,5 0,573 0,6710 0,5689 92,65 188,40 95,75 0,9720 1,3540
—20' 0,648 0,6739 0,5071 93,53 188,70 95,17 0,9755 1,3514
—17,5 0,732 0,6769 0,4528 94,29 189,00 94,71 0,9786 1,3490
—15 0,823 0,6798 0,4058 95,15 189,30 94,15 0,9819 1,3466
—12,5 0,924 0,6829 0,3641 95,92 189,59 93,67 0,9848 1,3442
—10 1,034 0,6859 0,3280 96,76 189,89 93,13 0,9879 1,3418
—7,5 1,155 0,6888 0,2956 97,55 190,17 92,62 0,9910 1,3396
—5 1,286 0,6916 0,2675 98,39 190,46 92,07 0,9942 1,3375
—2,5 1,430 0,6945 0,2421 99,18 190,74 91,56 0,9970 1,3353
0 1,585 0,6974 0,2200 100,00 191,02 91,02 1,0000 1,3332
+2,5 1,755 0,7005 0,2000 100,81 191,29 90,48 1,0030 1,3312
5 1,936 0,7035 0,1824 101,63 191,57 89,94 1,0060 1,3293
7,5 2,135 0,7066 0,1664 102,43 191,83 89,40 1,0088 1,3273
10 2,347 0,7097 0,1523 103,23 192,09 88,86 1,0115 1,3253
12,5 2,577 0,7130 0,1395 104,05 192,35 88,30 1,0144 1,3235
15 2,823 0,7163 0,1280 104,85 192,61 87,76 1,0173 1,3218
17,5 3,088 0,7197 0,1177 105,67 192,85 87,19 1,0200 1,3200
20 3,370 0,7231 0,1084 ' 106,45 193,10 86,65 1,0227 1,3183
22,5 3,674 0,7266 0,0999 107,24 193,31 86,07 1,0255 1,3166
25 3,997 0,7301 0,0923 107,99 193,52 85,53 1,0282 1,3150
27,5 4,343 0,7338 0,0853 108,84 193,78 84,94 1,0308 1,3133
30 4,710 0,7375 0,0790 109,65 194,04 84,39 1,0333 1,3117
32,5 5,103 0,7414 0,0732 110,47 194,27 83,80 1,0360 1,3102
35 5,518 0,7453 0,0680 111,26 194,49 83,23 1,0386 1,3087
37,5 5,960 0,7495 0,0632 112,06 194,70 82,65 1,0412 1,3072
40 6,427 0,7536 0,0588 112,83 194,92 82,09 1,0434 1,3057
42,5 6,923 0,7581 0,0547 113,24 195,12 81,88 1,0449 1,3043
45 7,447 0,7626 0,0511 114,41 195,32 80,91 1,0486 1,3029
47,5 8,001 0,7674 0,0477 115,21 195,52 80,31 1,0511 1,3015
50 8,583 0,7722 0,0446 116,01 195,72 79,71 1,0534 1,3001
72
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица II-29. Истинная изобарная теплоемкость (ср, ккал!(кг-град}
и энтальпия (Н, ккал/кг) газообразной двуокиси серы
t, °C ср и t, °C СР н t, °с СР н
л 0,145 0,1463 0 400 0,187 67,43 800 0,203 146,0
10 1,516 410 0,1876 69,334 810 0,2032 148,05
20 0,1476 3,032 420 0,1882 71,238 820 0,2034 150,10
30 0,1489 4,548 430 0,1888 73,142 830 0,2036 152,15
40 0,1502 6,064 440 0,1894 75,046 840 0,2038 154,20
50 ОД 515 7,580 450 0,190 76,950 850 0,204 156,25
60 ОД 528 9,096 460 0,1906 78,854 860 0,2042 158,30
70 0Д541 10,612 470 0,1912 80,758 870 0,2044 160,35
ЯП ОД 554 12,128 480 0,1918 82,662 880 0,2046 162,40
Q0 ОД 567 13,644 490 0,1924 84,566 890 0,2048 164,45
100 0,158 15,16 500 0,193 86,47 900 0,205 166,50
110 ОД 592 16,80 510 0,1934 88,413 910 0,2052 168,55
190 0,1604 18,44 520 0,1938 90,356 920 0,2054 170,60
130 0,1616 20,08 530 0,1942 92,299 930 0,2056 172,66
140 0,1628 21,72 540 0,1946 94,242 940 0,2058 174,70
150 ОД 640 23,36 550 0,195 96,185 950 0,206 176,75
160 ОД 652 25,00 560 0,1954 98,128 960 0,2062 178,80
170 ОД 664 26,64 570 0,1958 100,07 970 0,2064 180,85
180 190 ОД 676 28,28 580 0,1962 102,014 980 0,2066 182,90
0,1688 29,92 590 0,1966 103,957 990 0,2068 184,95
200 ОД 70 31,56 600 ОД 97 105,9 1000 0,207 187,и
210 0Д71 33,311 610 0,1973 107,9 1010 0,2071 189,08
220 0,172 35,062 620 0,1976 109,9 1020 0,2072 191,16
230 ОД 73 36,813 630 0,1979 111,9 1030 0,2073 193,24
240 ОД 74 38,564 640 0,1982 113,9 1040 0,2074 195,32
250 0,175 40,315 650 0,1985 115,9 1050 0,2075 197,40
260 0,176 42,066 660 0,1988 117,9 1060 0,2076 199,48
270 0,177 43,817 670 0,1991 119,9 1070 0,2077 201,56
280 0,178 45,568 680 0,1994 121,9 1080 0,2078 203,64
290 0,179 47,319 690 0,1997 123,9 1090 0,2079 205,72
300 ОД 80 0,1807 49,07 700 0,200 125,0 1100 0,208 2и/,8
310 50,906 710 0,2003 127,91 1110 0,2081 209,87
320 0Д814 52,742 720 0,2006 129,92 1120 0,2082 211,94
330 ОД 821 54,578 730 0,2009 131,93 ИЗО 0,2083 214,01
340 0,1828 56,414 740 0,2012 133,94 1140 0,2084 216,08
350 0,1835 58,25 750 0,2015 135,95 1150 0,2085 218,15
360 0,1842 60,086 760 0,2018 137,96 1160 0,2086 220,22
370 0,1849 61,922 770 0,2021 139,97 1170 0,2087 222,29
380 0,1856 0,1863 63,758 780 0,2024 141,98 1180 0,2088 224,36
390 65,594 790 0,2027 143,99 1190 1200 0,2089 0,209 226,43 228,5
Изменение свободной энергии образования (изобарного потенциала) [28] AG
в реакции газов Н" Оа — SOa:
Т, ’К AG ккал/моль г, вк AG ккал/моль
1500 —60,43 1900 —53,51
1600 —58,70 2000 —51,78
1700 —56,97 2100 —50,05
1800 —55,24 2200 —48,32
4. Двуокись серы
73
Таблица II-30. Теплопроводность жидкой кж и газообразной Хг
двуокиси серы [в ккалДм-ч-град)} [51, 74]
t, °C Кж при 5,25 атм кг-ю« при 1 атм t. °C Лж при 5,25 атм Лг-10* ри 1 атм
—10 0,1872 7,25 15 0,1737 8,13
—5 0,1845 7,43 18 0,1721 8,24
0 0,1818 7,60 20 0,1710 8,31
+5 0,1791 7,78 25 0,1683 8,49
10 0,1764 7,96 30 0,1656 8,66
* При 3,4° С Хг = 7,549 (1 + 0,023Р)- 1(Г8, при 22° С = 8,262 (1 + 0.0145Р)- 10"3
(Р в атм). \
Таблица П-31. Растворимость двуокиси серы при pgo = 1 атм
[106, 140]
Растворитель Растворимость г SOt на 100 г растворителя Растворитель Растворимость, г/л при
при 0 °C при 20 °C 20 °C 30 °C 40 °C
Этиловый спирт 115,0 52,6 Бензол 127,5 82,9
Метиловый спирт 246,0 70,0 Нитробензол 267,4 190 132
Ацетон 207 * .— Толуол 217,5 124,4 93,6
Уксусная кислота Муравьиная кис- лота Хлористый суль- фурил .... 96,1 * 82,1 * 32,3 * 1 1 1 Ксилидин .... о-Нитротолуол Уксусный анги- дрид Четыреххлори- 498 236 106 160,7 90 118,5
Диэтиловый эфир 138 стый углерод Хлорбензол . . . В 18,45 59,14 объем/объем три 25°С — I 12,52 41,17 29,92
* При Pso2 = 725 мм рт. ст.
Система SO2—Н2О
Водный раствор двуокиси серы содержит молекулы SOa, Н2О и H2SO3, а также
ионы Н~, HSOj- и SO?} \ Сильно охлажденные растворы, помимо двуосновной
H2SO3, содержат четырехосновную ортосернистую кислоту H4SO4 (ионы H3SO^~,
H2SO4_, HSO4“ и SO{“). Раствор H2SO3 частично разлагается по реакции
3H2SO3 -+ 2H2SO4 + S 4- Н2О
Уже на холоду и особенно заметно при 100е С. Реакция ускоряется в разбавленных
растворах и под действием света.
Константы электролитической диссоциации сернистой кислоты H2SO3 при 18° С
равны = 1,54-10"2 и К2 = 1,02-10-’.
74
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Теплота диссоциации H2SO3T±H“^ + (HSO3) в разбавленных растворах
4,43 ккал!моль.
Стандартная теплота растворения газообразной двуокиси серы (в ккал/моль):
В воде (с получением 1 Л4 раствора)..........6,84
В 90,8%-ной H2SO4.............................5,54
В 62,5%-ной H2SO4............................6,2
Температура кристаллизации системы SO2—НгО [49]:
Содержание Т. замерз. Содержание Т. замерз.. Содержание Т. зам<
SOg, вес. % °C SO±, вес. % °C SO±> вес. % °C
0,96 —0,1 5,80 —2,0 8,23 +0,4
1,94 —0,6 6,32 —2,1 9,66 2,2
3,53 — 1,2 6,7 * —2,4 11,08 4,2
4,46 — 1,5 7,4 -1,6 12,92 6,6
* Эвтектическая точка.
Растворимость SO2 в воде при 1 атм [137]:
t, °C Растворимость t, °C Растворимость
л/л * вес. % л/л * вес. %
0 79,789 22,83 25 32,786 9,40
5 67,485 19,31 30 27,161 7,80
10 56,647 16,21 35 22,489 6,47
15 47,276 13,54 40 18,766 5,41
20 39,374 11,28
* Объем растворенного газа приведен к нормальным условиям.
Таблица II-32. Растворимость С двуокиси серы в воде
при различном парциальном давлении SO2 в газе [93]
При 0° с При 25° С При 50 ’ С
pso/ мм рт. ст С, г!л раствора pso/ мм рт. ст. С, г/л раствора pso/ мм рт. ст. С, г[л раствора
0,4 0,537 1,4 0,534 4,9 0,525
3,5 2,37 11,75 2,34 30,5 2,276
29,4 12,27 87,9 12,12 204,5 11,81
109,4 38,04 313 37,50 696 36,28
Плотность (р, г/см3 водных растворо в двуокиси серы при 15,5° С [148]:
Содержание so2, % Р Концентра- ция раствора г! л Содержание so±, % Р Концентра- ция раствора г/л
1 1,0040 10,040 7 1,0342 72,394
2 1,0093 20,186 8 1,0392 83,186
3 1,0144 30,432 9 1,0444 93,996
4 1,0193 40,772 10 1,0494 104,94
5 1,0243 51,215 11 1,0545 116,00
6 1,0293 61,758 12 1,0595 127,14
Примечание. В работе 1 [37] суммированы данные тщательно выполненныхрэкспериме. тальных определений '(lohnston — Leppla.
1934 г.) и более поздннх исследований (Pearson, Lundberg), а также Plummer, 1951 г. Эти результаты несколько расходятся с данными,
приведенными в табл. П-34 (1927 и 1940 г.) [13], и уточняют их для температур до 40° С.
76
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Табл и ц а П-34. Парциальное давление (в мм рт. ст.)
паров двуокиси серы pso> и воды pHjO
над водными растворами двуокиси серы [72, 149]
Концентрация SO,, еДОО е раствора Температура, °C
10 20 30 40 50 60
РН,О PSO2 рн,о pso. рнго f’so. '’н.о pso. PH»O PSO! PH,O pso.
0,5 1.0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 9,2 9,2 9,2 9,1 9,1 9,1 9,1 9,1 9,1 9,1 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 8,8 2? 42 64 86 108 130 153 176 199 223 247 271 295 320 345 370 395 4121 447 473 499 526 553 580 608 635 662 689 716 743 771 799 17,5 17,4 17,4 17,4 17,4 17,3 17,3 17,3 17,3 17,2 17,2 17,2 17,2 17,1 17,1 17,1 17,0 17,0 17,0 17,0 17,0 16,9 29 59 90 123 157 191 227 264 300 338 375 411 448 486 524 562 600 638 676 714 751 789 31,7 31,7 31,6 31,6 31,5 31,5 31,5 31,4 31,4 31,3 31,3 31,2 31,2 31,1 31,1 31,0 42 85 129 476 224 273 324 376 428 482 536 588 642 698 752 806 55,2 55,1 .55,0 55,0 54,9 54,7 54,7 54,6 54,5 54,4 54,4 54,3 60 120 181 245 311 378 447 518 588 661 733 804 92,3 92,2 92,0 91,9 91,8 91,6 91,5 91,4 91,2 83 164 247 333 421 511 603 698 793 149,2 149,0 1-48,8 148,6 148,3 148,1 147,9 Ill 217 328 444 562 682 804
Концентра- ция SOt; г/100 г раствора Температура, °C
70 80 90
PHtO PSO. РН^О PSO, PH,O pso,
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 234 233 233 233 232 232 144 281 426 581 739 897 354 354 353 353 352 182 356 543 746 956 525 524 523 523 225 445 684 940
Концент- рация SOj, а/100 г раствора Температура, °C
100 ПО 120 130
РН»О pso, рн,о pso, PH,O psot PHtO pso2
0,5 1.0 1.5 758 757 756 274 548 850 1072 1071 1070 326 661 1032 1486 1484 377 775 2024 2022 420 879
Примечание/В работах [72, 149] суммированы данные ряда авторов, хорошо
согласующиеся с более поздними определениями [13 j и несколько хуже с данными, поме-
щенными в табл. 11-33.
4. Двуокись серы
77
Таблица II-35. Растворимость двуокиси серы
в растворах серной кислоты [87]
Концентра- ция H»SO4 % Растворимость SO», е/100 г кислоты при
0°С 10° с 15е С 20° с 30° с 40° С 50° С 80° С 100° С
10 20,0 13,8 11,35 9,52 6,86 5,0 3,88 1,81 1,23
20 18,6 12,6 10,20 8,43 6,12 4,5 3,46 1,62 1,10
30 17,3 11,2 9,05 7,35 5,37 4,0 3,04 1,42 0,98
40 15,8 10,0 7,90 6,26 4,63 3,5 2,62 1,23 0,85
50 14,5 8,7 6,75 5,18 3,89 2,9 2,20 1,04 0,73
55 13,6 8,2 6,18 4,63 3,52 2,7 1,99 0,94 0,67
60 12,9 7,5 5,60 4,09 3,15 2,4 1,78 0,85 0,61
65 12,2 7,0 5,03 3,55 2,78 2,1 1,57 0,75 0,54
70 11,4 6,3 4,45 3,01 2,41 1,8 1,36 0,66 0,48
75 10,8 5,7 3,88 2,46 2,04 1,5 1,15 0,56 0,42
80 10,3 5,1 3,30 1,92 1,66 1,2 0,94 0,46 0,36
85 9,4 4,6 2,73 1,38 1,29 1,0 0,73 _ 0,37 0,30
Таблица П-36. Растворимость двуокиси серы
в концентрированной серной кислоте и олеуме [111, 112]
Концентра- ция H»SO4, вес. % Концентра- ция SOi своб в олеуме, вес. % Растворимость SO», г/100 г кислоты н олеума при’ Концентра- ция SO» своб в олеуме, вес. % Раствори- мость SO», г/100 г олеума
20° С 40° С 60° с
90 — 3,04 1,61 0,95 25 6,53
95 — 3,62 1,88 1,16 30 6,56
100 — 3,88 2,21 1,47 40 9,53
95 5' 4,64 2,43 1,52 50 12,09
90 10 4,79 2,69 1,58 60 16,92
85 15 5,49 2,97 1,63 70 ' 22,45
80 20 5,96 3,25 1,68 80 (30,0)
Примечание. Для концентрации H»SO4 до 95% растворимость приведена по ин-
терполированным данным [112], для 100%-ной H2SO4 и олеума — по данным [111].
78
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-37. Поглощение двуокиси серы серной кислотой и олеумом
из газов, содержащих 5,9 и 6,0% SO2 [111, 114]
Концен- трация H»SO4, Содержание SO» после насыщения г/100 г кислоты прн Концентра- ция H»SO< или SO», вес. % Содержание SO» после насыщения г/100 г кислоты или олеума при
вес. % 20° С | 40е С | 60° с | 80° С 20- С 40° С 1 60° с
Соде р ж а И И 5,9 о б ъ е SOa е м н. в г а % з е Содержание SO2 в 5,9 о б ъ е м н. % газе
20 40 60 80 90 0,495 0,315 0,305 0,180 0,195 0,230 0,202 0,145 0,096 0,150 0,100 0,092 0,061 0,097 0,070 0,057 0,038 95 - 98 С о д е р е 80,2 96,5 Олеум 17,8% SO3 0,215 0,230 жан1 о б ъ 0,187 0,222 0,342 е SO2 в е м н. % 0,0974 0,1260 0,193 газе 0,0637 0,0863 0,120
Примечание. О поглощении SO» 61 —78%-ной
9—24% SO„ см. также [951.
H»SO4 нз газов, содержащих
Таблица П-38. Поглощение двуокиси серы водой при 50° С из газов,
содержащих 0,1—0,5% SOa [172]
Концентрация SO», объемн. % Количество поглощенной SO» (в кг/м*) прн устранимой жесткости воды, градусы
0 4 8 12 16
0,1 0,180 0,225 0,270 0,315 0,360
0,2 0,280 0,325 0,370 0,415 0,460
0,3 0,360 0,405 0,450 0,495 0,540
0,4 0,420 0,465 0,510 0,555 0,600
0,5 0,480 0,525 0,570 0,615 0,660
Примечание. 1 градус = 0,01 СаО в 1 л Н»О.
Таблица П-39. Степень гидратации аг,
стандартные (25° С) теплота растворения газообразной SO2 в воде Q°,
теплота образования двуокиси серы в водном растворе ДЯ°
и степень диссоциации сернистой кислоты af
на первой ступени диссоциации H2SOs^±H++ (HSO3)“ [129—131]
Количество воды, содержа- щей 1 моль SO» г, моль Концентра- ция SO» в растворе, вес. % “г <2° ккал/моль ДЯ° ккал/моль
37,47 8,668 0,705 6,71 * 0,119
48,90 6,779 0,758 6,82 * — 0,134
57,20 5,853 0,785 6,85 * — 0,143
65,80 5,127 0,808 6,97 * — 0,153
92,50 3,702 0,855 7,06* — 0,176
5. Трехокись серы
79
Продолжение табл. II-39
Количество воды, содержа- щей 1 моль SOt г, моль Концентра- ция SO, в растворе, вес. % QO ккал/моль дя* ккал/моль а1
200 1,747 7,54 —78,5
285,9 1,229 0,948 7,64 * — 0,277
300 1,171 — 7,64 —78,6 —
400 0,881 — 7,78 —78,74 —
500 0,706 — 7,89 —78,85 —
757,2 0,467 0,980 8,13 * — 0,399
956,0 0,371 0,984 8,30 * - — 0,429
1 000 0,354 — 8,31 —79,27 —
1 895 0,187 0,991 8,70 * — 0,534
2 000 0,177 — 8,78 —79,74 —
3000 0,118 — 9,09 —80,05 —
3 487 0,102 0,996 9,17 * — 0,624
4 000 0,089 — 9,30 —80,26 —
5 000 0,071 — 9,45 —80,41 —
6 930 0,051 0,998 9,65 * — 0,737
7 508 0,047 0,998 9,75 * — 0,746
10 000 0,036 — 9,90 —80,86 —
Примечание. Значения аг, и отмеченные звездочкой значения Q° даны при
21° С, причем Q0 = 5,678 + 0,72«г + 4,43а« ±0,025 ккал; = ар/[(1 - oQjvj = 0,064.
5. ТРЕХОКИСЬ СЕРЫ SO3
Основные константы:
Молекулярный вес 80,062
Температура кипения, °C ................ 44,8
Критические константы
температура, °C.....................218,3
давление, атм........................83,8
плотность, г/см3.....................0,633
В газообразном состоянии молекула мономера SO3 имеет форму плоского равно-
стороннего треугольника с атомом серы в центре. Расстояние S—О равно 1.,43 А»
расстояние О—О равно 2,48 А.
В жидком состоянии трехокись серы ассоциирована в утроенные молекулы,
что подтверждается значениями констант Трутона (31,8 вместо теоретического^, 8)
и величинами парахора (98,5 при 20° С и 101 при 50° С вместо теоретического зна-
чения 128,2).
В твердом состоянии трехокись серы образует четыре модификации—а, 0,
*у, й, отличающиеся структурой и степенью полимеризации*. у-Модификация полу-
чается при охлаждении полностью осушенной жидкой SO3. Кристаллы а-8О3*имеют
* Обозначения здесь даны в порядке возрастания температуры плавления. В литера-
туре встречаются также другие обозначения.
80
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
вид кристаллов льда. р-Модификация образуется из a-формы в результате длитель-
ного хранения при температурах ниже 25° С. Следы влаги ускоряют полимеризацию.
Кристаллы p-формы имеют вид длинных тонких игл, сплетающихся в виде войлока.
у-Модификацию получают в чистом виде (белый порошок) в особых условиях. Она
представляет собой сильно полимеризованную форму SO3, строение которой подобно
p-фюрме, но цепи образуют слоистую структуру. ё-Модификация мало изучена,
отличается от у-формы пространственным расположением цепей, плавится под
давлением при 95° С;
О О ООО
II /\ II II II
S=O^±O2S SO2 —о—s—о—s—о—s—
II I I II II II
О 0 0 000
\/ 3-форма
S02
а-форма
Давление пара жидкой трехокиси серы может быть вычислено по формулам:
2269 Ч
в интервале 24—48° С 1g р =------- + 10,022
или
2249
в интервале 15—100° С 1g р =---—--1- 9,9593
Средний коэффициент расширения для SO3 ж в интервале от —20 до 50° С
равен 25,6-10-4 град-1; для смеси а-, р- и у-форм значение а = 2,8 X
X Ю-4 град-1.
Теплоемкость жидкой трехокиси серы с = 0,644 кал/(г-град).
Теплоемкость SO3 г при 1 атм в интервале 25—927° С [в кал!(моль• град) ]
определяют по уравнению:
Ср = 13,90 + 6,10- 10-3Т — 3,22- 106Т-а
Стандартные значения теплоемкости и энтропии газообразной трехокиси серы:
С°р = 12,10 кал/ (моль-град)
S° — 61,24 кал/(моль-град)
Стандартная теплота образования и изменение свободной энергии (изобарный
потенциал) при образовании трехокиси серы:
S тв, ромб + 3/2О2 г = SO3 г + 94,45 ккал/моль
&G° = —88,52 ккал/моль
S тв, ромб + 3/20г г = 8О3ж + 104,67 ккал/моль
SO2 г + 1/2Ог г = SO3 г + 23,0 ккал/моль
Дб° . — 15,895 ккал/моль
Трехокись серы практически не электропроводна, диамагнитна. Магнитная
восприимчивость равна 28,54’10-в.
Диэлектрическая проницаемость
Жидкой SO3 при 18° С ................................ 3,056—3,105
а-Формы в интервале от И до 15,75° С................. 3,105
Таблица П-39а. Свойства основных модификаций трехокиси серы [12, 23, 41, 64, 77, 144—146, 170]
6
82
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица 11-40. Давление пара (р, мм рт. ст.) различных форм
твердой трехокиси серы [12, 41, 64, 78, 148]
t , °C а ₽ V t, °C а ₽ V
—40 0,92 0,52 20 — 155 46,5
—30 2,71 1,61 30 — 323 118
—20 7,37 4,64 0,51 40 — — 287
—10 18,5 12,3 1,80 50 — — 654
0 43,6 30,5 5,76 60 — — 1424
10 96,6 70,9 17,0 70 2500 2500 2500
Примечание. Вследствие превращения одних форм SO» в другие при нагревании
величины давления паров, полученные различными исследователями, отличаются друг
Д₽По наблюдениям Smits’a давление пара над свежеприготовленной хорошо осушенной
у-формой SO» при комнатной температуре может длительное время оставаться ниже давле-
ния над обычной у-SO» на 35—40%. С повышением температуры хранения до 30 С давле-
ние медленно возрастает, приближаясь к величине, приведенной в таблице. При 3U ь изме-
нение давления определяется по уравнению ,
р = (680 + 852z)/(14 + 7,lz)
где г"— продолжительность экспозиции, сутки.
Возрастание давления при постоянной температуре может служить причиной так на-
зываемых у-взрывов, наблюдаемых при хранении твердой SO» в заполненных закрытых
сосудах.
Теплота парообразования Ln жидкой трехокиси серы при различных темпера-
турах [22, 35, 65]:
Г, °C ккал/кг ккал/моль (, °C ккал/кг ккал/моль
20 132 10,6 60 115 9,2
25 130 10,4 70 111 8,8
30 128 10,2 80 106 8,5
40 124 9,9 90 102 8,2
50 119 9,5 100 97 7,8
Примечание. Данные [65] по давлению пара SO, расходятся с данными
табл. П-41, поэтому величины теплоты парообразования здесь не согласуются с величи-
нами, рассчитанными по значениям, приведенным в табл. П-41.
5. Трехокись серы
83
Таблица II-41. Давление (р) и плотность (р, кг/м3)
жидкой и парообразной трехокиси серы прн различных температурах
[12, 23, 92, 135, 144—146]
t, °C р мм рт. ст. Рж Рп t, °C р, атм рж Рп
15 133 1941 50 1,23 1781,2 * 3,73
(переохлажденная 55 1,64 1755,2 —
жидкость) 60 2,08 1732 5,8
20 193 1925,5 — 65 2,62 1709 —
25 265,6 1904 — 70 3,28 1686 8,91
30 348,5 1881,9 1,48 80 5,04 1637 13,2
35 460,7 1858,8 — 90 7,56 1587 —
40 595,4 1833,5 2,44 100 9,60 1536 24
45 777,2 1809 — 130 18,70 1419 47
50 987,7 1781,2* 3,73 150 26,8 1344 66
55 1246 1755,2 — 180 44,0 1195 140
60 1518 1732 5,8 200 61,9 1038 248
65 1990 1709 — 218,3 83,8 (кр) 633 633
70 2500 1686 8,91
* Для препарата, подвергнутого многократной перегонке и тщательной осушке над P»OS,
найдены средние (из девяти определений) значения плотности жидкой SOs [23]:
при 20° С ............. 1,920 г/см*
» 50° С ............... 1,783 >
Эти величины лишь на 0,1—0,3% отличаются от приведенных в таблице по данным [12],
При температуре ниже 100° С приведена вычисленная плотность паров; выше 100° С
даны экспериментальные величины [12]. "
Т а блица Н-41а. Вязкость (р, спз), кинематическая вязкость (v, сст)
и поверхностное натяжение (а, дин/см) жидкой трехокиси серы при различных
температурах [23 , 41, 92, 132, 135]
t, °C ц V СТ t, °C ц V ст
15 9,455 33,4 75 0,52 0,31 22,9
20 3,95 2,06 32,8 80 0,48 0,29 21,9
25 2,48 1,30 32,0 85 0,45 0,28 20,4
30 1,82 0,97 31,3 90 0,42 0,26 18,9
35 1,43 0,77 30,34 95 0,39 0,25 18,3
40 1,20 0,65 29,6 100 0,37 0,24 17,8
45 1,07 0,59 28,6 105 0,35 0,23
50 0,87 0,49 27,7 НО 0,33 0,22
55 0,78 0,44 26,7 115 0,31 )
60 0,69 0,40 25,8 120 0,30 1 0,20
65 0,62 0,36 24,9 125 0,29
70 0,56 0,33 23,9 130 0,"28 J 0,196 —
' 6*
84
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица 11-42. Теплоемкость [ср, ккал! (кг град)]
и энтальпия (И, ккал/кг) газообразной трехокиси серы при 1 атм
[41, 153]
t, °C СР и t, °C ср н
0 0,145 0 420 0,222 79,47
20 О'150 2,950 440 0,224 83,93
40 0,155 6,000 460 0,226 88,43
60 0,160 9,150 480 0,228 92,97
80 0,165 12,400 500 0,230 97,55
100 0,170 15,75 520 0,232 102,17
120 0'174 . 19,19 540 0,234 106,83
140 0,178 22,71 560 0,235 111,Ь2
160 0'182 26,31 580 0,237 116,24
180 0,186 29,99 600 0,238 120,99
200 0'190 33,75 620 0,240 125,77
220 0,194 37,59 640 0,241 130,58
240 0,198 41,51 660 0,243 135,42
260 0,201 45,50 680 0,244 140,29
280 6'204 49,54 700 0,245 145,18
300 0,208 53,65 740 0,247 155,02
320 0,210 57,83 780 0,250 164,96
340 0'213 62,06 820 0,252 175,00
360 0,215 66,34 860 0,254 185,12
380 0,218 70,76 900 0,256 195,32
400 0,220 75,05 1000 0,261 221,17
Т а б л и ц а П-43. Система SO2—SO3
Концентрация, вес. % Т. крист., °C Т. пл., °C 1 Концентрация, вес. % Т. крист., °C Т. пл., °C
SO2 SOs so2 so2
9,87 90,13 17 33,5 57,38 42,62 —18,3 —
15,05 84,95 14,5 29,5 70,40 29,60 —36 —1
19,96 80,04 13,5 29,0 80,10 19,90 —54 —10
25,15 74,85 7,8 17,2 85,00 15,00 —62 —51
34,31 65,69 2,4 16,2 85,89 14,11 —60 —48
40,64 59,36 —2 16,5 87,96 12,04 —70 —56
50,17 49,83 —0,8 15,8 89,90 10,10 —79 —74
54,47 45,53 —17,5 —0,5 92,93 7,07 —75 —72
* По данным А. Г. Амелина, 3. Б. Бородастовой А. Д. Шапошниковой.
6. СЕРНАЯ КИСЛОТА H2SO4 И ОЛЕУМ
Основные константы;
Молекулярный вес..............................
Плотность при 20° С, г! см? ..................
Температура плавления 100%-ной H2SO4, % . . . .
98,078
1,8305
10,37± 0,05
6. Серная кислота и олеум
85
Температура кипения H2SO4, °C
100%-ной ................................. 275±5 (разл)
98,479%-ной.................................... 326±5 (макс)
Давление пара 100%-ной H2SO4, мм рт. ст. [63]
при 25° С . , . .................. 5-10"4
» 100°С . . ................... 2-Ю"1
» 200° С....................................... 2-Ю"1
» 300° С.................................... 2,2-102
» 400° С.................................... 8,9 Ю2
Давление паров над 98,48%-ной H2SO4 при 326° С
Рн2о............................................. 233,1
Ph2so4........................................... 333,1
Psos............................................. 188>8
Теплота плавления 100%-ной H2SO4, ккал!моль . . . 2,560
Теплота парообразования при 326,1° С, ккал/моль 11,980
Теплоемкость, кал!(моль град)
H2SO4 при 0° С ..................... 24,8
H2SO4 H2O при 0° С...................... 31,7
H2SO4 -2Н2О при —50° С.................. 30,00
Теплоемкость H2SO4 при 25° С, кал/(г-град)
98,5%-ной........................................ 0,3375
99,22 %-ной............................ 0,3353
99,97 %-ной............................ 0,3370
100,39%-ной............................. 0,3327
Теплоемкость [61, 63] газообразной H2SO4 [в кал!(моль-град) ]:
Ср = 7,86+ 46,15-Ю"3? — 26,12-Ю"6?2
Термическая диссоциация [15, 61, 63, 115]:
H2SO4 -> SO3 + Н2О — Q
Q = —26 375 + 13.34Т — 18,795-10"3Т2 + 0,8704-10"6Т3 — 3,22- Ю6?"1
1 ic 298 8,10161 -104 9643,04
1пЛр= 14,74965 —6,71464 In —=--------------------------=----
— 9,4577-10"3Т + 2,19062-IO"6?'*
где Q — теплота реакции, ккал/моль;
Т — температура, °К;
н ** п »
Ph2SO4
р — парциальное давление, атм.
При 1 атм степень диссоциации х равна:
t, °C............... 100 200 ЗОЭ 400
х, % . - - ... 10"5 2,5 27,1 69,1
Стандартные значения энтропии AS° в ккал/(моль град):
H2SO4 ж.................... 37,50
H2SO4 г ................... 71,93
H2SO4 раствор................ 4,1
36
11. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Стандартная теплота образования и изменение свободной энергии (изобарный
потенциал):
- ЬН° — Д6°
ккал/моль ккал/моль
S тв, ромб + На г + 2О2 г = H2SO4 ж............... 193,91 164,10
S тв, ромб + Н2 г + 2О2 г = H2SO4 (при бесконечном
разбавлении)...................................... 216,90 176,54
S тв, ромб+2О2г+2е”= SOj-......................... 216,90 176,54
S тв, ромб + 2О2 г + 1/2 Н2 г + = HSO^............ — 179,16
SOa г 4 Н,О ж + 1/2О2 г = H2SO4 ж................... 54,58 —
SO3 г 4- НаО ж = HaSO4 ж.......................... 31,16 —
SO3 г 4- НаО г = H2SO4 г ....................... 22,76 12,50
SO3 ж 4- НаО ж = H2SO4 ж .......................... 21,18 —
HaSO4 ж = HaSO4 г.................................—18,90 —
Теплопроводность растворов HaSO4 при различной температуре:
t, °C....................... 20 20 20 32 32 32 12
% HaSO4 .................... 15 20 25 30 60 90 94
X, ккал/(м -ч -град) . . . 0,46 0,46 0,47 0,45 0,38 0,30 0,27
Коэффициент объемного расширения 98% -ной Нг5О4 при 20р С равен р =
= 5,7’ 10" 4 град-1.
Удельная электропроводность 100% -ной НгЗО4 при 25° С составляет
0,01033 ом-1 см-1.
Диэлектрическая проницаемость 100%-ной HaSO4:
При 8° С .............122
» 25° С ..............101
Молекулярно-ионный состав-100%-ной НгЗО4 (в %):
H2SO4 HSO^ H3SO4* Н3°+ H2S2°7 HS2O^
99,5 0,18 0,14 0,09 0,04 0,05
Степень электролитической диссоциации х при 20° С:
Концентрация H2SO4 г/л HSOf so^
26,5 — 0,93
1250,0 — 0,05
1532,0 0,66 —
1810,0 0,04 —
Криоскопическая постоянная 100%-ной HaSO4 равна 6,12.
Эбуллиоскопическая постоянная 100%-ной HaSO4 равна 5,33.
Предельно допустимая концентрация туманообразной H2SO4 в воздухе в
соответствии с НСП 101-51 должна быть 2 мг/м3.
Продолжение табл. П-44
Содержа- ние H2SO4 вес. % Температура. °C 100
0 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 !>и |
30 1,2326 1,2291 1,2255 1,2220 1,2185 1,2150 1,2115 1,2046 1,1978 1,1909 1,1840 1,1771 1,1701 1,1630
31 1,2410 1,2374 1,2338 1,2302 1,2267 1,2232 1,2196 1,2127 1,2057 1,1988 1,1919 1,1849 1,1779 1,1708
32 1,2493 1,2457 1,2421 1,2385 1,2349 1,2314 1,2278 1,2207 1,2137 1,2068 1,1998 1,1928 1,1858 1,1787
33 1,2577 1,2541 1,2504 1,2468 1,2432 1,2396 1,2360 1,2289 1,2219 1,2148 1,2078 1,2008 1,1937 1,1866
34 1,2661 1,2625 1,2588 1,2552 1,2515 1,2479 1,2443 1,2371 1,2300 1,2229 1,2159 1,2088 1,2017 1,1946
35 1,2746 1,2709 1,2672 1,2636 1,2599 1,2563 1,2527 1,2454 1,2383 1,2311 1,2240 1,2169 1,2098 1,2027
36 1,2831 1,2794 1,2757 1,2720 1,2684 1,2647 1,2610 1,2538 1,2466 1,2394 1,2323 1,2251 1,2180 1,2109
37 1,2917 1,2880 1,2843 1,2806 1,2769 1,2732 1,2695 1,2622 1,2549 1,2477 1,2406 1,2334 1,2263 1,2192
38 1,3004 1,2966 1,2929 1,2891 1,2854 1,2817 1,2780 1,2707 1,2634 1,2561 1,2490 1,2418 1,2347 1,2276
39 1,3091 1,3053 1,3016 1,2978 1,2941 1,2904 1,2866 1,2793 1,2719 1,2646 1,2575 1,2503 1,2432 1,2361
40 1,3179 1,3141 1,3103 1,3065 1,3028 1,2991 1,2953 1,2879 1,2806 1,2732 1,2661 1,2589 1,2518 1,2446
41 1,3267 1,3229 1,3191 1,3153 1,3116 1,3078 1,3041 1,2967 1,2893 1,2819 1,2747 1,2675 1,2604 1,2532
42 1,3357 1,3318 1,3280 1,3242 1,3204 1,3167 1,3129 1,3055 1,2918 1,2907 1,2835 1,2762 1,2691 1,2619
43 1,3447 1,3408 1,3370 1,3332 1,3294 1,3256 1,3281 1,3144 1,3070 1,2996 1,2923 1,2850 1,2779 1,2707
44 1,3538 1,3500 1,3461 1,3423 1,3384 1,3346 1,3309 1,3234 1,3160 1,3086 1,3013 1,2939 1,2868 1,2796
45 1,3631 1,3592 1,3553 1,3514 1,3476 1,3438 1,3400 1,3325 1,3250 1,3177 1,3103 1,3029 1,2958 1,2886
46 1,3724 1,3685 1,3646 1,3697 1,3569 1,3530 1,3492 1,3417 1,3342 1,3269 1,3195 1,3120 1,3048 1,2976
47 1,3819 1,3779 1,3740 1,3701 1,3663 1,3624 1,3586 1,3510 1,3435 1,3362 1,3287 1,3212 1,3140 1,3067
48 1,3915 1,3875 1,3836 1,3796 1,3757 1,3719 1,3580 1,3604 1,3528 4,3455 1,3380 1,3305 1,3232 1,3159
49 1,4012 1,3972 1,3932 1,3893 1,3853 1,3814 1,3776 1,3699 1,3623 1,3549 1,3474 1,3399 1,3326 1,3253
50 1,4110 1,4070 1,4030 1,3990 1,3951 1,3911 1,3872 1,3795 1,3719 1,3644 1,3569 1,3494 1,3421 1,3348
51 1,4209 1,4169 1,4128 1,4088 1,4049 1,4009 1,3970 1,3893 1,3816 1,3740 1,3665 1,3590 1,3517 1,3444
52 1,4310 1,4269 1,4228 1 4188 1,4148 1,4109 1,4069 1,3991 1,3914 1,3837 1,3762 1,3687 1,3614 1,3540
53 1,4411 1,4370 1,4330 1,4289 1,4249 1,4209 1,4169 1,4091 1,4013 1,3936 1,3861 1,3785 1,3711 1,3637
54 1,4514 1,4473 1,4432 1,4391 1,4350 1,4310 1,4270 1,4191 1,4113 1,4036 1,3960 1,3884 1,3810 1,3735
55 1,4618 1,4577 1,4535 1,4494 1,4453 1,441-2 1,4372 1,4293 1,4214 1,4137 1,4061 1,3984 1,3909 1,3834
56 1,4724 1,4681 1,4640 1,4598 1,4557 1,4516 1,4475 1,4395 1,4317 1,4239 1,4162 1,4085 1,4010 1,3934
57 1,4830 1,4787 1,4745 1,4703 1,4652 1,4620 1,4580 1,4499 1,4420 1,4342 1,4265 1,4187 1,4111 1,4035
58 1,4937 1,4894 1,4851 1,4809 1,4767 1,4726 1,4685 1,4604 1,4524 1,4446 1,4368 1,4290 1,4214 1,4137
59 1,5045 1,5002 1,4959 1,4916 1,4874 1,4832 1,4791 1,4709 1,4629 1,4551 1,4472 1,4393 1,4317 1,4240
60 1,5154 1,5111 1,5067 1,5024 1,4982 1,4940 1,4898 1,4816 1,4735 1,4656 1,4577 1,4497 1,4421 1,4344
61 1,5264 1,5220 1,5177 1,5133 1,5091 1,5048 1,5006 1,4923 1,4842 1,4762 1,4682 1,4602 1,4526 1,4449
62 1,5376 1,5331 1,5287 1,5243 1,5200 1,5157 1,5115 1 1,5031 1,4949 1,4869 1,4789 1,4708 1,4631 1,4554
- 6$ 64 65 66 1,5481 1,5600 1,5713 1,5828 1,5442 1,5555 1,5668 1,5782 1,5398 1,5510 1,5622 1,5736 1,5354 1,5465 1,5578 1,5691 1,5310 1,5421 1,5533 1,5646 1,5267 1,5378 1,5490 1,5602 1,5224 1,5335 1,5446 1,5558
67 1,5943 1,5896 1,5850 1,5805 1,5760 1,5715 1,5671
68 1,6058 1,6012 1,5965 1,5919 1,5874 1,5829 1,5784
69 1,6175 1,6128 1,6081 1,6035 1,5989 1,5944 1,5899
70 1,6293 1,6245 1,6198 1,6151 1,6105 1,6059 1,6014
71 1,6411 1,6363 1,6315 1,6268 1,6221 1,6175 1,6130
72 1,6529 1,6481 1,6433 1,6385 1,6339 1,6292 1,6246
73 1,6649 1,6600 1,6551 1,6503 1,6456 1,6409 1,6363
74 1,6768 1,6719 1,6670 1,6622 1,6574 1,6526 1,6480
75 1,6888 1,6838 1,6789 1,6740 1,6692 1,6644 1,6597
76 1,7008 1,6958 1,6908 1,6858 1,6810 1,6761 1,6713
77 1,7127 1,7077 1,7026 1,6976 1,6927 1,6878 1,6829
78 1,7247 1,7195 1,7144 1,7093 1,7043 1,6994 1,6944
79 1,7365 1,7313 1,7261 1,7209 1,7158 1,7108 1,7058
80 1,7482 1,7429 1,7376 1,7324 1,7272 1,7221 1J170
81 1,7597 1,7542 1,7489 1,7435 1,7383 1,7331 1’7279
82 83 1,7709 1,7816 1,7653 1,7759 1,7599 1,7704 1,7544 1,7649 1,7491 1,7594 1,7437 1,7540 1J385 1,7487
84 1,7916 1,7860 1,7804 1,7748 1,7693 1,7639 1,7585
85 1,8009 1,7953 1,7897 1,7841 1,7786 1,7732 1 ’7678
86 1,8095 1,8039 1,7983 1,7927 1,7872 1,7818 1,7763
87 1,8173 1,8117 1,8061 1,8006 1,7951 1,7897 1,7843
88 1,8243 1,8187 1,8132 1,8077 1,8022 1,7968 1,7915
89 1,8306 1,8250 1,8195 1,8141 1,8087 1,8033 1’7979
90 1,8361 1,8306 1,8252 1,8198 1,8144 1,8091 1 ’8038
91 1,8410 1,8356 1,8302 1,8248 1,8195 1,8142 1 ’8090
92 1,8453 1,8399 1,8346 1,8293 1,8240 1,8188 1,8136
93 1,8490 1,8437 1,8384 1,8331 1,8279 1,8227 1’8176
94 1,8520 1,8467 1,8415 1,8363 1,8312 1,8260 1 ’8210
95 1,8544 1,8491 1,8439 1,8388 1,8337 1,8286 1,8236
96 1,8660 1,8508 1,8457 1,8406 1,8355 1,8305 1,8255
97 1,8569 1,8517 1,8466 1,8414 1,8364 1,8314 1,8264
98 1,8567 1,8515 1,8463 1,8411 1,8361 1,8310 1,8261
99 1,8851 1,8498 1,8445 1,8393 1,8342 1,8292 1*8242
100 (1,8517) (1,8463) (1,8409) (1,8357) 1,8305 1,8255 1’8205
г р и м е ч а и и е. Приведенные данные хорошо с огласуютс я с более
1,5140
1,5250
1,5361
1,5472
1,5584
1,5697
1,5811
1,5925
1,6040
1,6156
1,6271
1,6387
1,6503
1,6619
1,6734
1,6847
1,6859
1,7069
1,7177
1,7281
1,7382
1,7479
1,7571
1,7657
1,7736
1,7809
1,7874
1,7933
1,7986
1,8033
1,8074
1,8110
1,8137
1,8157
1,8166
1,8163
1,8145
1,8107
1,5058 1,5167 1,5277 1,4977 1,5086 1,5195 1,4896 1,5005 1,5113 1,4815 1,4923 1,5031 1,4738 1,4845 1,4952 1,4660 1,4766 1,4873
1,5388 1,5305 1,5223 1,5140 1,5061 1,4981
1,5499 1,5416 1,5333 1,5249 1,5169 1,5089
1,5611 1,5528 1,5444 1,5359 1,5279 1,5198
1,5725 1,5640 1,555 1,5470 1,5389 1,5307
1,5838 1,5753 1,5668 1,5582 1,5500 1,5417
1,5952 1,5867 1,5781 1,5694 1,5611 1,5527
1,6067 1,5981 1,5894 1,5806 1,5722 1,5637
1,6182 1,6095 1,6007 1,5919 1,5833 1,5747
1,6297 1,6209 1,6120 1,6031 1,5944 1,5857
1,6412 1,6322 1,6232 1,6142 1,6054 1,5966
1,6526 1,6435 1,6365 1,6252 1,6168 1,6074
1,6640 1,6537 1,6454 1,6361 1,6271 1,6181
1,6751 1,6657 1,6563 1,6469 1,6378 1,6286
1,6862 1,6766 1,6671 1,6575 1,6483 1,6390
1,6971 1,6873 1,6782 1,6680 1,6587 1,6493
1,7077 1,6978 1,6880 1,6782 1,6688 1,6594
1,7180 1,7080 1,6981 1,6882 1,6787 1,6692
1,7279 1,7179 1,7079 1,6979 1,6883 1,6787
1,7375 1,7274 1,7173 1,7072 1,6975 1,6878
1,7466 1,7364 1,7263 1,7161 1,7064 1,6966
1,7552 1,7449 1,7347 1,7245 1,7148 1,7050
1,7632 1,7529 1,7427 1,7324 1,7227 1,7129
1,7705 1,7602 1,7500 1,7397 1,7300 1,7202
1,7770 1,7669 1,7567 1,7464 1,7367 1,7269
1,7829 1,7729 1,7627 1,7525 1,7428 1,7331
1,7883 1,7783 1,7682 1,7581 1,7485 1,7388
1,7932 1,7832 1,7743 1,7633 1,7546 1,7439
1,7974 1,7876 1,7779 1,7681 1,7583 1,7485
1,8011 1.7914 1,7817 1,7720 1,7624 1,7527
1,8040 1,7944 1,7848 1,7751 1,7656 1,7561
1,8060 1,7965 1,7869 1,7773 1,7680 1,7586
1,8071 1,7976 1,7881 1,17785 1,7695 1,7606
1,8068 1,7978 1,7882 1,7786 1,7698 1,7609
1,8050 1,7958 1,7868 1,7778 1,7693 1,7609
1,8013 1,7925 1,7845 1,7765 1,7686 1,7607
поздними определениями ГбО ], а также с данными [19].
90
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-45. Плотность водных растворов серной кислоты
при 15,5° С [41]
Плотность Концен- трация H2SO4 % Плотность Концен- трация H2SO4 % Плотность Концен- трация H2SO4 %’
°Ве' г!см? °Ве' г[см* °Ве' г)см?
0 1,0000 0,00 25 1,2083 28,28 50 1,5263 62,18
1 1,0069 1,02 26 1,2185 29,53 51 1,5426 63,66
2 1,0140 2,08 27 1,2288 30,79 52 1,5591 65,13
3 1,0211 3,13 28 1,2393 32,05 53 1,5761 66,63
4 1,0248 4,21 29 1,2500 33,33 54 1,5934 68,13
5 1,0357 5,28 30 1,2609 34,03 55 1,6111 69,65
6 1,0432 6,37 31 1,2719 35,93 56 1,6992 71,17
7 1,0507 7,45 32 1,2832 37,26 57 1,6477 72,75
8 1,0584 8,55 33 1,2946 38,58 58 1,6667 74,36
9 1,0662 9,66 34 1,3063 39,92 59 1,6860 75,99
10 1,0741 10,77 35 1,3183 41,27 60 1,7059 77,67
11 1,0821 11,89 36 1,3303 42,63 61 1,7262 79,43
12 1,0902 13,01 37 1,3426 43,99 62 1,7470 81,3
13 1,0985 14,13 38 1,3551 45,35 63 1,7683 83,34
14 1,1069 15,25 39 1,3679 46,72 64 1,7901 85,66
15 1,1154 16,38 40 1,3810 48,10 64 1/4 1,7957 86,33
16 1,1240 17,53 41 1,3942 49,47 64 1/5 1,8012 87,04
17 1,1328 18,71 42 1,4078 50,87 64 3/4 1,8068 87,81
18 1,1417 19,89 43 1,4216 52,26 65 1,8125 88,65
19 1,1508 21,07 44 1,4356 53,66 65 1/4 1,8182 89,55
20 1,1600 22,25 45 1,4500 55,07 65 1/2 1,8239 90,6
21 1,1694 23,43 46 1,4646 56,48 65 3/4 1,8297 91,8
22 1,1789 24,61 47 1,4796 57,30 66 1,8354 93,19
23 1,1885 25,81 48 1,4948 59,32 1,8381 94
24 1,1983 27,03 49 1,5104 60,75 1,8407 1,8427 1,8437 1,8437 1,8424 1,8391 95 96 97 98 99 100
Примечания: 1. Если плотность серной кислоты измеряется не при 15,5° С, то на
каждый градус Цельсия выше (или ниже) 15,5° С, следует прибавить (или вычесть) к пока-
заниям ареометра следующие величины:
при р от 1,580 до 1,750 по 0,0009 (или по 0,045° Be') иа 1° С
при р от 1,750 до 1,840 по 0,0010 (или 0,040° Be') на 1° С
2. Плотность по шкале Боме при 15,5° С связана с плотностью воды при этой же тем-
пературе соотношением:
в США р}|’| = 145/(145 — т)
в Европе pj|-| = 144,32/(144,32 — т)
где т — число °Ве'.
3. Выше 66* Be' показания ареометра Воме неточны, так как плотность мало меняется
с изменением концентрации.
6. Серная кислота и олеум
91
Таблица П-46. Плотность олеума (в г/см3) [19]
Содержание SO3 своб. в олеуме, вес. % Плотность при Содержание SOj своб. в олеуме, вес. % Плотность при
20° С 25е С 45° С 60° С 80° С 20 °C 25° С 45° С 60° с 80° С
0 (1,843) 1,839 1,812 1,796 1,780 37 1,956 1,953 1,932 1,914 1,889
1 (1,844) 1,840 1,815 1,799 1,783 38 1,960 1,956 1,935 1,916 1,891
2 (1,846) 1,842 1,818 1,802 1,786 39 1,963 1,959 1,937 1,918 1,893
3 (1,848) 1,844 1,821 1,805 1,789 40 1,965 1,961 1,940 1,919 1,894
4 (1,850) 1,846 1,824 1,808 1,792 41 1,968 1,964 1,942 1,921 1,896
5 (1,853) 1,849 1,827 1,812 1,795 42 1,970 1,966 1,944 1,922 1,897
6 1,855 1,852 1,830 1,815 1,798 43 1,972 1,969 1,946 1,924 1,899
7 1,858 1,854 1,833 1,818 1,801 44 1,975 1,971 1,948 1,925 1,900
8 1,861 1,857 1,837 1,822 1,804 45 1,978 1,974 1,950 1,927 1,901
9 1,864 1,860 1,840 1,825 1,807 46 1,980 1,976 1,952 1,928 1,902
10 1,867 1,863 1,844 1,829 1,810 47 1,983 1,979 1,954 1,930 —
11 1,870 1,866 1,847 1,832 1,814 48 1,986 1,981 1,955 1,931 —
12 1,873 1,869 1,851 1,836 1,817 49 1,988 1,983 1,956 1,932 —
13 1,877 1,873 1,854 1,839 1,821 50 1,989 1,984 1,957 1,933 —
14 1,880 1,876 1,858 1,843 1,824 51 1,991 1,986 1,958 1,934 —
15 1,884 1,880 1,862 1,847 1,827 52 1,993 1,988 1,959 1,934 —
16 1,887 1,883 1,865 1,851 1,831 53 1,994 1,989 1,960 1,934 —
17 1,891 1,887 1,868 1,854 1,834 54 1,995 1,990 1,960 1,933 —
18 1,894 1,890 1,872 1,857 1,837 55 1,997 1,992 1,961 1,932 —
19 1,898 1,894 1,875 1,861 1,840 56 1,998 1,993 1,961 1,930 —
20 1,902 1,898 1,879 1,864 1,843 57 1,999 1,993 1,960 1,927 —
21 1,906 1,902 1,883 1,868 1,846 58 2,000 1,994 1,960 1,923 —
22 1,909 1,905 1,887 1,871 1,849 59 2,000 1,994 1,959 (1,920) —
23 1,912 1,908 1,890 1,874 1,852 60 2,000 1,994 1,958 (1,916) —
24 1,915 1,912 1,894 1,877 1,855 61 2,001 1,994 1,956 (1,912) —'
25 1,918 1,915 1,897 1,880 1,858 62 2,001 1,994 1,955 (1,909) —
26 1,922 1,919 1,901. 1,883 1,861 63 2,001 1,994 1,953 (1,905) —'
27 1,925 1,922 1,905 1,886 1,864 64 2,001 1,993 1,950 (1,901) —
28 1,928 1,925 1,908 1,889 1,866 65 2,001 1,992 1,948 (1,897) —
29 1,932 1,929 1,911 1,892 1,869 70 (1,996) (1,985) 1,936 — —
30 1,935 1,932 1,914 1,895 1,872 75 (1,986) (1,974) 1,923 — —'
31 1,938 1,935 1,917 1,898 1,874 80 (1,975) (1,962) 1,905) —
32 1,941 1,938 1,920 1,901 1,877 . 85 (1,963) (1,949) (1,868) — —'
33 1,944 1,941 1,922 1,903 1,879 90 (1,949) (1,935) (1,830) — —'
34 1,947 1,944 1,925 1,906 1,882 95 (1,935) (1,919) 1,814 — —
35 1,950 1,947 1,928 1,909 1,884 100 1,920 1,904 1,809 — — —
36 1,953 1,950 1,930 1,911 1,886 — —
При м е ч а и и е. Цифры, заключенные в скобки, получены более грубой иитерполя)
цией ближайших экспериментальных данных, отличающихся более 5% (по концентрации
и более 5° С (по температуре).
92
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
6. Серная кислота и олеум
93
Таблица Н-47. Содержание H2SO4 и S03 в растворах серной кислоты и их плотность (р, г!см3} при 20° С [19, 39] Продолжение табл. II-47
Содержание H2SO4 Содержание SO» (общ.) Р
Содержание H»SO4 Содержание SO» (общ.) р вес. % | г/л вес. % г/л 1 мол. %
вес. % | г/л вес. % 1 г/л I мол. %
——— 51 716,5 41,63 584,9 13,82 1,4049
1 10,05 0,816 8,202 0,185 1,0051 52 735,7 42,45 600,6 14,24 1,4148
2 20 24 1,633 16,52 0,373 1,0118 53 755,2 43,26 616,5 14,64 1,4249
з 30 55 2,45 24,95 0,562 1,0184 54 774,9 44,08 632,6 15,06 1,4350
Л 41 00 3,265 33,47 0,755 1,0250 55 794,9 44,90 648,9 15,50 1,4453
к 51*59 4,08 42,10 0,949 1,0317 56 815,2 45,71 665,5 15,93 1,4557
д 62 30 4,90 50,89 1,146 1,0384 57 835,7 46,53 682,2 16,37 1,4662
и 7 73 17 5,71 59,67 1,346 1,0453 58 856,5 47,35 699,2 16,82 1,4767
Q 84*18 6,53 68,70 1,548 1,0522 59 877,6 48,16 716,4 17,28 1,4874
О о 95*32 7'35 77,84 1,753 1,0591 60 898,9 48,98 733,8 17,74 1,4982
<7 in 106 6 8,16 86,99 1,96 1,0661 61 920,6 49,79 751,5 18,23 1,5091
1U 11 ‘ 118 0 8,98 96,36 2,17 1,0731 62 942,4 50,61 769,3 18,73 1,5200
19 129*6 9,80 105,9 2,38 1,0803 63 964,5 51,43 787,3 19,22 1,5310
141*4 10,61 115,4 2,61 1,0874 64 986,9 52,24 805,6 19,76 1,5421
ю 14 153*3 11,43 125,1 2,82 1,0947 65 1010 53,06 824,1 20,26 1,5533
1Е 165*3 12,24 134,9 3,05 1,1020 66 1033 53,88 842,9 20,81 1,5646
1U 1А 177*5 13,06 144,9 3;28 1,1094 67 1056 54,69 861,9 21,35 1,5760
17 189 9 13,88 155,0 3,50 1,1168 68 1079 55,51 881,1 21,92 1,5874
1й 202 4 14,69 165,2 3,73 1,1243 69 1103 56,33 900,6 22,49 1,5989
1Q 215 0 IS^Sl 175,5 3,98 1,1318 70 1127 57,14 920,2 23,08 1,6105
9П 227 9 16,33 186,1 4,21 1,1394 71 1152 57,96 940,2 23,68 1,6221
91 240 9 17'14 196,6 4,45 1,1471 72 1176 58,77 960,3 24,28 1,6339
99 254*1 17,96 207,4 4,70 1,1548 73 1201 59,59 980,6 24,93 1,6456
94 267 4 18,78 218,3 4,95 1,1626 74 1226 60,41 1001 25,56 1,6574
ZD 94 280*9 19,59 229,3 5,19 1,1704 75 1252 61,22 1022 26,24 1,6692
94 294 6 20,41 240,5 5,46 1,1783 76 1278 62,04 1043 26,91 1,6810
9А 308 4 21,22 251,6 5,71 1,1863 77 1303 62,86 1064 27,61 1,6927
97 322*4 22,04 263,3 5,97 1,1942 78 1329 63,67 1085 28,32 1,7043
9Я 336 6 22,86 274,9 6,25 1,2023 79 1355 64,49 1106 29,06 1,7158
9Q 351 0 23,67 286,4 6,53 1,2104 80 1382 65,31 1128 29,81 1,7272
4П 365 6 24,49 298,4 6,81 1,2185 81 1408 66,12 1149 30,58 1,7383
ои 41 380 3 25,31 310,4 7,09 1,2267 82 1434 66,94 1171 31,37 1,7491
01 49 395*2 26,12 322,6 7,37 1,2349 83 1460 67,75 1192 32,18 1,7594
44 410*3 26,94 334,8 7,66 1,2432 84 1486 68,57 1213 33,01 1,7693
оо 44 425*5 27,75 347,3 7,95 1,2515 85 1512 69,39 1234 33,87 1,7786
44 441*0 28'57 360,0 8,26 1,2599 86 1537 70,20 1255 34,75 1,7872
□и 4А 456*6 29'39 372,8 8,56 1,2684 87 1562 71,02 1275 35,65 * 1,7951
UV 47 472*5 30,20 385,6 8,87 1,2769 88 1586 71,84 1295 36,57 1,8022
4Я 488 5 31,02 398,8 9,19 1,2854 89 1610 72,65 1314 37,52 1,8087
оо 4Q 504 7 31,84 412,0 9,52 1,2941 90 1633 73,47 1333 38,50 1,8144
Оч/ 4П 521’1 32,65 425,4 9,83 1,3028 91 1656 74,28 1352 39,51 1,8195
41 537*8 33,47 439,1 10,17 1,3116 92 1678 75,10 1370 40,55 1,8240
Ч1 49 554*6 34,29 452,6 10,51 1,3204 93 1700 75,92 1388 41,61 1,8279
44 571*6 35,10 466,5 10,85 1,3294 94 1721 76,73 1405 42,71 1,8312
44 588*9 35,92 480,7 11,20 1,3384 95 1742 77,55 1422 43,84 1,8337
4К 606*4 36,73 495,0 11,54 1,3476 96 1762 78,37 1438 45,01 1,8355
4А 624*2 37,55 509,5 11,91 1,3569 97 1781 79,18 1454 46,20 1,8364
47 642 2 38'37 524,2 12,29 1,3663 98 1799 80,00 1469 47,43 1,8361
ч / 4Я 660 3 39,18 539,0 12,66 1,3757 99 1816 80,82 1482 48,70 1,8342
49 678,8 40,00 554,1 13,05 1,3853 100 1831 81,63 1494 50,00 1,8305
50 697,6 | 40,82 569,5 1 13,43 1,3951
6. Серная кислота и олеум
95
94
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-48. Содержание H2SO4 и SO3 в растворах олеума
и их плотность (р, г!см3) при 20° С
Содержание SO* (своб.), вес. % Содержание SO4 общ. Содержание SOs общ. в пересчете на H2SO4, вес. % Р
вес. % г/л мол. %
0 81,63 1494 50,00 100,00 1,8305
1 . 81,82 (1509) 50,30 100,23 (1,844)
2 82,00 (1514) 50,63 100,45 (1,846)
3 82,18 (1519) 50,91 100,68 (1,848)
4 82,37 (1524) 51,24 100,90 (1,850)
5 82,55 (1530) 51,57 101,13 (1,853)
6 82,73 1535 51,85 101,35 1,855
7 82,92 1541 52,17 101,58 1,858
8 83,10 1546 52,49 101,80 1,861
9 83,28 1552 52,85 102,03 1,864
10 83,47 1558 53,15 102,25 1,867
11 83,65 1564 53,48 102,48 1,870
12 83,84 1570 53,81 102,70 1,873
13 84,02 1577 54,18 102,93 1,877
14 84,20 1583 54,52 102,15 1,880
15 84,39 1590 54,83 103,38 1,884
16 84,57 1596' 55,18 103,60 1,887
17 84,75 1603 55,56 103,84 1,891
18 84,94 1609 55,92 104,05 1,894
19 85,12 1616 56,23 104,28 1,898
20 85,31 1623 .56,59 104,50 1,902
21 85,49 1629 56,95 104,73 1,906
22 85,67 1635 57,32 104,95 1,909
23 85,86 1642 57,69 105,18 1,912
24 86,04 1648 58,06 105,40 1,915
25 86,22 1654 58,43 105,63 1,918
26 86,41 1661 58,84 105,85 1,922
27 86,59 1667 59,19 106,08 1,925
28 86,77 1673 59,62 106,30 1,928
29 86,96 1680 59,97 106,53 1,932
30 87,14 1686 60,36 106,75 1,935
31 87,33 1692 60,75 106,98 1,938
______ Продолжение табл. П-48
Содержание SO, (своб.), вес. % Содержание SO» общ. Содержание SO, общ. в пересчете на H2SO4, вес. % р
вес. % г/л j мол. %
32 87,51 1699 1 61,15 107,20 1,941
33 87,69 1705 61,56 107,43 1,944
34 87,88 1711 61,96 107,65 1,947
35 88,06 1717 62,37 107,88 1,950
36 88,24 1723 62,79 108,10 1,953
37 88,43 1730 63,20 108,33 1,956
38 88,61 1737 63,65 108,55 1,960
39 88,80 1743 64,05 108,78 1,963
40 88,98 1748 64,50 109,00 1,965
41 89,16 1755 64,88 109,23 1,968
42 89,35 1760 65,34 109,45 1,970
43 89,53 1766 65,80 109,68 1,972
44 89,71 . 1772 66,24 109,90 1,975
45 89,90 1778 66,69 110,13 1,978
46 90,08 1784 67,17 110,35 ' 1,980
47 90,26 1790 67,60 110,58 1,983
48 90,45 1796 68,03 110,80 1,986
49 90,63 1802 68,52 111,03 1,988
50 90,82 1806 69,00 111,25 1,989
51 91,00 1812 69,47 111,48 1,991
52 91,18 1817 69,97 111,70 1,993
53 91,37 1822 70,42 111,92 1,994
54 91,55 1826 70,93 112,15 1,995
55 91,73 1832 71,40 112,38 1,997
56 91,92 1837 71,93 112,60 1,998
57 92,10 1841 72,40 112,82 1,999
58 92,29 1846 72,94 113,05 2,000
59 92,47 1849 73,46 113,28 2,000
60 92,65 1853 73,94 113,50 2,000
61 92,84 1858 74,50 113,72 2,001
62 93,02 1861 74,99 113,95 2,001
63 93,20 1865 75,56 114,18 2,001
64 93,39 1869 76,11 114,40 2,001
96
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Продолжение табл. II-48
Содержание SO2 (своб.) вес. % Содержание SO2 общ. Содержание SOs общ. в пересчете на H2SO4, вес. % Р
веД % г/ г мол. %
65 93,57 1872 76,68 114,62 2,001
70 94Д9 (1886) 79,48 115,75 (1,996)
75 95,41 (1895) 82,45 116,88 (1,986)
80 96,33 (1903) 85,58 118,00 (1,975)
85 97,24 (1909) 88,89 119,12 (1,963)
90 98,16 (1913) 92,39 120,25 (1,949)
95 99,08 (1917) 96,09 121,38 (1
100 100,00 1920 100,00 122,50 1,920
ч а н и е. Если а — содержание SO3 общ. в водном растворе или олеуме,
вес. %; 'b — содержание Н2 SO4 в водном растворе или олеуме, вес. 7о;
SO3 своб. в олеуме, вес. %, ТО
а = 0,81636 или b = 1,225а
а = 81,63 4- 0,1837с или с = 5,4438 (а — 81,63)
Таблица П-49. Вязкость растворов серной кислоты (в спз)
[19, 24, 60, 122, 126]
Концентра- ция H2SO4 вес. % Вязкость при
' —20° С 0°С 15° с 20° С 25° С 50° С 75° С 100° с 120° С
0 Кристал- (1,800) (1,24) (1,08) (0,940) (0,556) (0,390) — —
5 лизация То же 1,970 1,34 1,16 1,010 0,620 0,440 — —
10 2,138 1,48 1,29 1,122 0,686 0,480 — —
15 20 2 да 1,64 1,44 1,259 0,741 0,525 0,29 —
2^576 1,83 1,60 1,398 0,835 0,590 0,36 —
25 зда 2,Н 1,84 1,596 0,966 0,672 0,43 —
30 7,00 3'408 2,49 2,18 1,901 1,127 0,777 0,47 —
35 (8 2) 3^954 2,85 2,49 2,180 1,332 0,912 —
40 9,40 4,571 3,32 2,91 2,510 1,583 1,084 0,60 —
4Б (П,2) 13 1 5,426 3,94 3,45 2,953 1,892 1,311 0,68 —
сд 6’478 4,4 3,9 3,547 2,275 1,596 0,77 0,65
55 (18) 23 5 7'998 5,3 4,75 4,273 2,754 1,936 0,91 0,72
60 10,233 6,75 6,0 5,370 3,361 2,323 1,08 0,87
65 (39) 13,932 8,85 7,75 6,855 4,140 2,783 1,31 1,08
70 (64) 91 7 19,952 12,3 10,5 9,016 5,129 3,311 1,59 1,31
75 31,478 17,8 14,7 12,303 6,412 3,936 1,92 1,48
80 Кристал- Кристал- (24) (20,5) 17,378 8,091 4,677 2,21 1,66
85 лизация То же лизация То же (27) (23) 19,724 9,183 5,248 2,48 1,81
90 )> 47,588 (29,8) (23,9) 18,197 9,089 5,356 2,49 1,92
95 130,15 44,926 (28,5) (23,1) 17,681 9,099 5,368 2,79 2,14
99,6 (92,23%) Кристал- Кристал- (35,6) (29,8) 24,20 10,80 6,06 2,67 2,07
100 лизация То же лизация То же (36,2) (30,4) 24,74 10,9 6,1 2,66 2,06
Примечание. Данные в скобках получены интерполяцией (уравнение Бачинского)
соседних экспериментальных точек, отличающихся более чем на 1U с.
6. Серная кислота и олеум
97
Таблица П-50. Вязкость (в спз) концентрированных растворов
серной кислоты [19, 149, 175]
Концентрация H2SO4 вес. % Вязкость при
-12,2° С 0° с 10° с 20° С 32° С Я43° С 60° с 100 °C
60 14,0 10,8 8,5 5,8 4,4 3,5 3,2 1,4
62 15,5 12,0 10,0 6,4 4,9 4,0 3,5 1,6
64 18,0 13,4 10,5 7,0 5,4 4,3 3,1 1,8
66 19,8 15,0 И,7 7,8 6,0 4,9 3,5 1,9
68 22,8 17,3 13,0 8,8 6,9 5,2 4,0 2,0
70 26,5 20,0 14,5 9,9 7,7 6,0 4,4 2,1
72 32,0 23,5 16,3 И,2 8,6 6,7 5,0 2,3
74 39,0 27,1 18,8 13,0 9,8 7,9 5,5 2,5
76 47,0 31,7 21,9 14,8 п,о 8,2 6,0 2,8
77,5 55,0 — — — — — — —
78 Кристал- лизация 36,5 25,6 16,8 12,6 9,2 6,5 2,9
80 То же 42,0 30,5 19,8 14,0 10,5 7,0 3,1
82 » Кристал- лизация 36,5 23,0 15,2 11,6 7,4 3,2
84 » То же 42,0 24,8 16,0 12,1 8,0 3,4
86 » » 42,5 25,2 16,6 12,5 8,0 3,5
88 » 49,0 41,8 24,9 16,4 12,4 8,0 3,7
90 » 47,0 38,9 23,9 15,8 12,0 7,9 3,8
92 72,0 45,0 35,5 22,6 '15,0 11,3 7,7 3,9
94 71,0 44,5 34,0 22,0 15,0 п,з 7,9 3,9
96 72,5 46,0 34,2 22,9 15,4 11,8 8,2 3,9
98 — 51,0 37,0 24,4 16,7 12,5 8,7 3,8
100 — — 43,0 27,5 19,0 14,0 9,0 3,8
Примечание. В интервале 85 — 95% и температурах ниже 70° С вязкость серной
кислоты убывает с повышением концентрации.
Таблица П-51. Вязкость (в спз) олеума [19, 122]
Содержание SOs своб. в олеуме, вес. % Вязкость при
25° С 45° С 60° с 80° С
5 25,8 13,3 9,1 5,9
10 26,6 13,8 9,4 6,09
15 27,9 14,5 9,7 6,3
18 29,0 15,0 10,1 6,5
(96,3 при 0° С)
20 29,8 15,4 10,4 6,6
(101,3 при 0° С)
25 32,9 16,7 Н,2 7,0
30 37,6 18,5 12,0 7,4
40 (49,6) 21,7 13,5 7,9
50 (57,6) 23,2 13,2 (7,7)
60 51,8 18,5 9,9
62 45,8 17,2 (9,0) —
65 — 15,0 (7,6) -—
70 — 11,3 —
80 — 5,2 —
90 — 1,9 — —
7 Справочник сернокислотчнка
Продолжение табл. II-52
Темпе- ратура кристал- лизации °C Кон це ве H2SO4 нтрация, с - % SO3 общ. Точка и линии на рис. П-2 Состав твердой фазы Темпе- ратура кристал- лизации °C Концеь вес H2SO4 1трация, о/ • /0 SO3 общ. Точка и линии на рнс. П-2 Состав твердой фазы
—46,3 —44,6 —43,6 —42,9 68 68,5 69 69,5 55,51 55,92 56,33 56,73 ЖК H2SO4«2H2O (метастаб.) —14,1 —17,5 —22,0 —27,0 —31,2 91,5 92 92,5 93 93,5 74,69 75,10 75,51 75,92 76,33 ПР H2SO4.H2O
—42,70 69,70 56,90 К Эвтектика H2SO4-3H2O+ +H2SO4-2H2O
—34,86 93,77 76,55 р Эвтектика H2SO4-H2O | H2SO4
—42,0 —40,6 —39,9 —39,5 70 71 72 73 57,14 57,96 58,77 59,59 км H2SO4-2H2O —31,9 —26,5 —22,6 — 16,5 — 12,6 —9,8 —7,0 —3,7 —0,7 4~ 1,8 4,5 7,5 94 94,5 95 95,5 96 96,5 97 97,5 98 98,5 99 99,5 76,73 77,14 77,55 77,96 78,37 78,77 79,18 79,59 80,00 80,41 80,82 81,22 PC H2SO4
—39,51 73,13 59,70 м H2SO4-2H2O (точка плавления)
—39,7 73,5 60,00 мн H2SO4-2H2O
—51,5 —47,2 —42,5 72,5 73 73,5 59,18 59,59 60,00 лн H2SO4 -Н2О (метастаб.) 10,371 100 | 81,63 с h2so4 (точка плавления)
9,6 8,7 7,7 6,6 so3 1 2 3 4 81,82 82,00 82,18 82,37 ст H2so4
—39,87 73,68 60,15 н Эвтектика H2SO4-2H2O+ +H2SO4-H2O
7'
—36,2 1 74 60,41
—33,5 74,5 60,82
—29,5 75 61,22
—25,8 75,5 61,63
—22,2 76 62,04
—18,9 76,5 62,45
—15,5 77 62,86
—12,2 77,5 63,26
—9,5 78 63,67
—7,2 78,5 64,08
—5,0 79 64,49 НП HaSO4«H2O
-2,5 79,5 . 64,90
—0,1 80 65,31
*1,7 80,5 65,71
3,3 81 66,12
4,8 81,5 66,53
5,9 82 66,94
6,8 82,5 67,35
7,5 83 67,75
8,1 83,5 68,16
8,45 84 68,57
H2SO4-HaO
8,56 84,48 68,96 П (точка плавления)
8,0 85 69,39
7,3 85,5 69,80
6,5 86 70,20
5,6 86,5 70,61
4,6 87 71,02
3,4 87,5 71,43
2,1 88 71,84 ПР HaSO4-HsO
0,5 88,5 72,24
—1,4 89 72,65
—3,2 89,5 73,06
—5,5 90 73,47
1 IQ 90,5 73,88
—11,5 91 74,28
5,4 5 82,55
4,1 6 82,73
2,8 7 82,92
1,5 8 83,10
0 9 83,28
—1,5 10 83,47 CT H2SO4
—2,9 11 83,65
—4,5 12 83,84
—6,0 13 84,02
—7,5 14 84,20
—9,3 15 84,39
—10,15 15,61 84,50 T Эвтектика H2SO4+H2S2O
—9,0 16 84,57
—5,8 17 84,75
—2,8 18 84,94
—0,1 19 85,12
+2,5 20 85,31
5,0 21 85,49
7,4 22 85,67
9,8 23 85,86
H,9 24 86,04 ТУ HsSaO7
13,7 25 86,22
15,5 26 86,41
17,1 27 86,59
18,7 28 86,77
20,3 29 86,96
21,8 30 87,14
23,3 31 87,33
24,7 32 87,51
Продолжение табл. II-52
Темпе- ратура кристал- лизации °C Конце ве HsSO4 нтрация, с. % SOs общ. Точка и линии на рис. П-2 Состав твердой фазы Темпе- ратура кристал- лизации °C Конце! вес H2SO4 1трация, • % SOs общ. Точка и линии на рис. 11-2 Состав твердой фазы
—46,3 —44,6 —43,6 —42,9 68 68,5 69 69,5 55,51 55,92 56,33 56,73 жк H2SO4.2H2O (метастаб.) —14,1 — 17,5 —22,0 —27,0 —31,2 91,5 92 92,5 93 93,5 74,69 75,10 75,51 75,92 76,33 пр H2SO4.H2O
—42,70 69,70 56,90 к Эвтектика H2SO4-3H2O+ +H2SO4-2H2O
—34,86 93,77 76,55 р Эвтектика H2SO4-H2O+H2SO4
—42,0 —40,6 —39,9 —39,5 70 71 72 73 57,14 57,96 58,77 59,59 км H2SO4-2H2O —31,9 —26,5 —22,6 —16,5 —12,6 —9,8 —7,0 —3,7 —0,7 + 1,8 4,5 7,5 94 94,5 95 95,5 96 96,5 97 97,5 98 98,5 99 99,5 76,73 77,14 77,55 77,96 78,37 78,77 79,18 79,59 80,00 80,41 80,82 81,22 PC H2SO4
—39,51 73,13 59,70 м H2SO4-2H2O (точка плавления)
—39,7 73,5 60,00 мн H2SO4-2H2O
—51,5 —47,2 —42,5 72,5 73 73,5 59,18 59,59 60,00 лн H2SO4 • H2O (метастаб.) 10,371 100 81,63 с H2SO4 (точка плавления)
9,6 8,7 7,7 6,6 SO3 1 2 3 4 81,82 82,00 82,18 82,37 ст H2SO4
—39,87 73,68 60,15 н Эвтектика H2SO4 -2Н2О+ + H2SO4-H2O
-36,2 —33,5 —29,5 —25,8 —22,2 —18,9 —15,5 —12,2 —9,5 —7,2 —5,0 —2,5 —0,1 + 1,7 3,3 4,8 5,9 6,8 7,5 8,1 8,45 74 74,5 75 75,5 76 76,5 77 77,5 78 78,5 79 79,5 80 80,5 81 81,5 82 82,5 83 83,5 84 6d,4i 60,82 61,22 61,63 62,04 62,45 62,86 63,26 63,67 64,08 64,49 . 64,90 65,31 65,71 66,12 66,53 66,94 67,35 67,75 68,16 68,57 НП H2SO4-H2O
8,56 84,48 68,96 П H2SO4’H2O (точка плавления)
8,0 7,3 6,5 5,6 4,6 3,4 2,1 0,5 —1,4 —3,2 —5,5 —8,3 —11,5 85 85,5 86 86,5 87 87,5 88 88,5 89 89,5 90 90,5 91 69,39 69,80 70,20 70,61 71,02 71,43 71,84 72,24 72,65 73,06 73,47 73,88 74,28 ПР H2SO4-H2O
5,4 4,1 2,8 1,5 0 —1,5 5 6 7 8 9 10 82,55 82,73 82,92 83,10 83,28 83,47 СТ HaSO4
—2,9 11 83,65
—4,5 12 83,84
—6,0 13 84,02
—7,5 14 84,20
—9,3 15 84,39
—10,15 15,61 84,50 Т Эвтектика H2SO4+H2S2O
—9,0 16 84,57
—5,8 17 84,75
—2,8 18 84,94
—0,1 19 85,12
+2,5 20 85,31
5,0 21 85,49
7,4 22 85,67
9,8 23 85,86
Н,9 24 86,04 ТУ h2s2o7
13,7 25 86,22
15,5 26 86,41
17,1 27 86,59
18,7 28 86,77
20,3 29 86,96
21,8 30 87,14
23,3 31 87,33
24,7 32 87,51
Продолжение табл. II-52
Темпе- ратура кристал- лизации °C Концентрация, вес. % Точка и ЛИНИИ на рис. П-2 Состав твердой фазы Темпе- ратура кристал - лизации °C Концентрация, вес. % Точка и линии на рис. П-2 Состав твердой фазы
so3 SO3 общ. SO3 SOs общ.
26,1 33 87,69 0,35 —0,7
27,5 34 87,88 63 64 93,20 93,39 хц H2SO4-2SO3
28,7 35 88,06
30,0 36 88,24
31,1 37 88,43 — 1,1 64,35 93,45 ц Эвтектика H2SO4-2SO3+SO3tb
32,1 38 88,61
33,1 33,7 34,3 34,6 39 40 41 42 88,80 88,98 89,16 89,35 ТУ H2S2O7 —0,35 + 1,45 2,3 3,7 65 66 67 68 69 70 93,57
93,75
93,94
94,12
34,9 35,0 43 44 89,53 89,71 4,9 6,1
94,31
94,49
7,0 71 94,67
35,15 44,79 89,86 У H2S2O7 (точка плавления) 8,2 9,5 72 73 94,86 95,04
10,8 12,0 74 95,22 95,41
75
35,0 45 89,90 13,2 76 95,59
34,9 14,3 77 95,78
46 90,08 78
34,5 15,3 95,96
47 90,26 79
33,8 16,15 96,14
48 90,45
16,9 80 96,33
32,8 49 90,63 17,5 81 96,51
31,7 ч 50 90,82 18,1 82 96,69 SO3tb
30,3 51 91,00 18,5 83 96,88
28,8 52 91,18 18,8 84 97,06
26,9 53 91,37 УФ H2S2O7 19,05 85 97,24
24,8 54 91,55 19,25 86 97,43
22,6 55 91,73 19,35 87 97,61
19,9 56 91,92 19,4 88 97,80
17,2 57 92,10 19,35 89 .97,98 •
14,1 58 92,29 19,25 90 98,16
10,8 59 92,47 19,15 91 98,35
7,6 60 92,65 19,0 92 98,53
3,9 61 92,84 18,8 93 98,71
18,6 94 98,90
18,35 95 99,08
1,00 61,8 92,98 Ф Эвтектика H2S2O7+H2SO4 -2SO3 18,1 17,8 96 97 99,27 99,45
17,5 98 99,63
17,15 99 99,82
1,2 62,0 93,02 X H2SO4-2SO3 (точка плавления) 16,8 100 100 ц SO3 (точка плавления)
Примечание,
хорошо согласуются с
Использованные при составлении таблицы экспериментальные данные С. М. Goble, Н. F. Betz и
данными Т. R. Rubin, W. F. Giauque [132] о температурах плавления гидратов (в °C):
S. H. Maron [53]
H2SO4......................... 10,37
H2SO4-H2O.................... 8,48
H2SO4-2H2O.................... 39,46
и о температурах в точке перехода Е гидрата H2SO43H2O
(/ = —36,34’С).
Рис. II-2. Диаграмма кристаллизации в системе S03—Н20.
6. Серная кислота и олеум
105
Таблица П-53. Свойства гидратов серной кислоты {57, 70, 71, 132}
Серная кислота и ее гидраты Концентрация H2SO4 при т. пл ., вес. % Молекулярный вес 1 T. пл., °C Теплота плавления ккал/моль Стандартные термодинами- ческие величины
Ср кал/(моль-град) S кал [{моль-град) ... ! кал/моль
HoSO, 100 98,082 10,31 2,560 33,20 37,501 22,633
H2SO4-H2O 84,48 116,09 8,48 4,646 57,35 50,555 33,566
H2SO4-2H2O H2SO4-3H2O H2SO4-4H2O H2SO4-6,5H2O 73,13 134,11 —39,47 4,360 62,34 66,063 40,919
65,79 152,13 —36,39 5,735 76,23 82,549 51,723
57,64 170,15 —24,27 7,324 91,35 99,091 62,054
45,58 215,19 —52,88 8,175 136,30 140,512 86,443
Примечание. В настоящее время считают определенно установленным существо-
вание пяти гидратов серной кислоты, содержащих 1, 2, 3, 4 и 6,5 моль воды на 1 моль серной
кислоты. Предполагавшееся ранее существование устойчивых гидратов другого состава
не подтверждено 1571.
Таблица П-54. Температуры кипения растворов серной кислоты и олеума
при 760 мм рт. ст. [41, 63, 66, 80, 97, 108, 149, 174]
Концен- трация H2SO4 вес. % Т. кип. °C Концен- трация H2SO4 вес. % Т. кип. °C Концен- трация H2SO4 вес. % Т. кип. °C
0 Рас' 100,00 Г В 0 р Ы 34 серной кис. 109,55 НОТЫ 68 163,52
2 100,34 36 110,79 70 164,69 (165)
4 100,68 38 112,15 72 170,78 (171)
6 101,02 40 113,64 (115) 74 177,85
8 101.36 42 115,11 76 185,63
10 101,70 (102) 44 116,68 78 193,91 (194)
12 102,16 46 118,23 80 203,02 (202)
14 102,62 48 120,00 82 211,18 (211)
16 103,08 50 123,60 (124) 84 220,53
18 103,54 52 124,48 86 230,75
20 104,01 (104,3) 54 127,51 88 241,93 (241)
22 104,50 56 130,85 90 255,0 (256)
24 105,25 58 134,68 92 270,1 (273)
26 105.91 60 139,88 (140) 94 286,7 (292)
28 106,75 62 143,42 96 307,8 (314)
30 107,33 (107,7) 64 148,23 98 327,2 (336)
32 108,48 66 153,45 99 310,0 (320)
%SO3 сво( 5 /, °C X)SO3 своб Олеум t, °C 100 %SO3 сво 274,44 (290) 5 t, °C
0 274,44 (290) 1 34 112,60 1 68 55,66
2 240,55 1 36 108,40 70 53,89 (57)
106
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Продолжение табл. 11 -54
Концен- трация SOs своб % Т. кнп. °C Концен- трация SOiсвоб % Т. кип. °C Концен- трация SO3 своб % Т. кип. °C
4 218,33 38 104,20 (105) 72 52,88
6 198,90 40 100,00 (101) 74 51,89
8 185,00 42 95,89 (97) 76 50,90
10 173,33 (180) 44 91,78 78 49,89
12 165,56 46 87,67 80 48,89 (50)
14 157,23 48 83,56 (86) 82 48,34
16 151,11 50 79,45 (83) 84 47,79
18 146,11 (151) 52 76,14 (80) 86 47,24
20 141,10 (145) 54 72,80 88 46,69
22 137,10 (140) 56 69,46 90 46,12 (47)
24 133,10 58 66,12 (71) 92 45,88
26 129,10 60 62,78 (68) 94 45,63
28 125,10 (126) 62 61,00 (65) 96 45,38
30 121,10 (122) 64 59,22 98 45,13
32 116,80 (118) 66 57,23 100 44,88 (44,8)
Пр
имечаиия. 1.В
от 98 до 100% H2SO4 данные исследователей сильно
состава приводятся такие т. кип.:
интервале
расходятся. Для азеотропа следующего
вес. % 98,93 Т. кип., °C 317,0 Литература Ьо]
98,39 326,0 Ьо]
— 331,7 In ]
98,5 338,0 [Рб]
98,32 338,8 [27]
2. В скобках приведены т. кип. по данным 166. 80, 97, 149].
Таблица П-55. Температура кипения (в °C) растворов серной кислоты
при различном давлении [36, 44, 62]
Концентрация Абсолютное давление в мм рт. ст.
H2SO4, вес. % 760 99,5 74,2 61,4 48,7
29,53 108,2 57,2 51,4 47,2 42,7
39,92 115,4 62,7 54,9 51,6 46,6
50,87 126,5 72,8 65,5 62,1 57,2
59,32 139,2 85,8 78,2 75,0 69,9
71,17 167,5 112,0 106,0 101,5 96,6
79,43 197,5 140,4 132,5 128,0 122,6
85,60 227,0 168,0 160,2 155,3 149,8
90,60 260,0 197,0 188,7 183,5 177,5
93,19 276,0 213,5 210,0 200,0 193,5
Концентрация Абсолютное давление в мм рт. ст.
HjSO4, вес. % 36,0 23,4 18,3 13,2 8,1
29,53 37,3 28,6 24,4 19,3 15,5
39,92 41,6 32,2 27,7 22,8 17,8
50,87 51,0 41,6 38,2 32,2 23,9
59,32 63,2 54,4 49,9 44,4 36,6
71,17 90,0 80,5 76,1 70,5 61,6
79,43 116,0 106,0 101,5 95,4 86,6
85,60 142,0 131,5 127,0 120,5 111,0
90,60 169,6 158,6 154,0 147,0 137,0
93,19 185,9 174,9 169,1 161,0 152,0
Давление насыщенного пара (в мм рт: ст.) при концентрации H2SO4, вес. %
Измерено статическим методом.
6. Серная кислота и олеум
109
Таблица П-57. Давление (мм рт. ст.) насыщенного пара водных растворов серной кислоты [65, 150]
Концентрация H2SO4, вес. %
Таблица 11-58. Парциальное давление паров серной кислоты pHjso4
и воды рн о (в мм рт. ст.)
над 75—90%-ными растворами серной кислоты * [8]
t, °C PH2SO4 рн2о PH2SO4 РН2О
Над 75% -ной H2SO4 Над 80% - н о й H2SO4
120 0,0006 100,2 0,0024 44,16
140 0,0037 225,4 0,0114 102,8
160 0,0145 471,0 0,0473 222,3
180 0,172 447,7
Над 85% -ной Н 2SO4 Над 90% - ной H2SO4
120 0,0075 18,28 0,022 6,40
140 0,032 44,36 0,078 16,29
160 0,118 99,5 0,252 38,11
180 0,383 207,5 0,726 82,60
* Измерено методом струи.
Таблица П-59. Парциальное давление (в мм рт. ст.)
паров серной кислоты (рн so ) и воды (рНгО) над растворами серной кислоты
[2, 63, 160]
Концентрация H2SO4, вес. %
t. °C 99,23 98,0 95,06 91,26 89,25
PH2SO4 PH2SO4 РН2О PH2SO4 РН2О PH2SO4 РН2О PH2SO4 РН2О
180 9,5 1,3 0,12 3,1 11,7 0,51 31,6 0,47 69,4
190 14,0 2,2 0,21 4,0 17,5 0,84 40,0 0,75 94,7
200 20,5 3,4 0,35 5,2 25,8 1,35 70,7 1,17 128,4
210 29,5 5,4 0,55 6,8 37,3 2,13 102,6 1,76 172,2
220 42,1 8,3 0,87 9,1 53,0 3,24 144,3 2,56 230,0
230 60,1 12,5 1,30 12,0 74,1 4,84 199,2 3,71 306,0
240 83, Г 18,6 2,01 15,9 102,1 7,12 270,6 5,22 403,2
250 115,2 27,1 2,98 21,2 139,0 10,22 360,1 7,16 530,0
260 158,0 39,2 4,35 28,3 186,5 14,45 470,8 9,66 691,5
270 214,9 55,6 6,25 38,0 247,1 20,02 604,5 — —
280 286,6 78,1 8,94 50,7 323,8 — — — —
290 389,1 109,1 12,40 67,9 420,2 — — — —
300 517,2 151,7 17,12 90,7 538,6 — — — —
310 684,7 202,8 23,35 105,7 607,7 — — — —
320 785,1 272,7 31,50 — — — — — —
15%. Величины
Точность
до
а
н и е.
приведенных в таблице данных от 5
серной кислоты, которая заметна уже при температурах
р и м е
даны без учета диссоциации
П
PH2SO4
выше 200° С (о степени диссоциации см. стр. 85).
по
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Давление паров над 100%-ной H2SO4 [2J:
t. сс PH2SO4 мм'рт. ст. /, °с PH2SO4 мм рт. ст
250 60 350 400
275 115 380 450
300 180 400 980
325 317
Таблица П-60. Парциальное давление (в мм рт. ст.)
паров серной кислоты (Рцгзо ) и В°ДЫ (Рн,о)
при различной температуре [1]
Концентра- ция H2SO4 вес. % Температура, °C
25 100 150
PH2SO4 рн2о PH2SO4 РН2О PH2SO4 РН2О
20 1-ю-14 20,88 8-Ю-10 678
30 1-10~13 17,89 4-Ю-9 590 — —
40 2-Ю’12 13,42 4-10-8 474 — —
50 3-Ю"11 8,28 3 • 10"’ 326 . —
60 (2-IO"9) 3,86 (9-Ю-6) 178 — —
70 5-Ю"8 1,08 7-10-® 67 2-Ю-3 471
75 • 3-10"7 0,41 3-Ю’4 32 6-ю-3 248
80 2-10~6 0,12 1,2-10-3 13,9 0,02 127
85 8 • 10~6 3,9-10" 2 6-10’3 5,39 0,1 54,5
90 3•10“6 7,6-10-3 0,015 1,48 0,2 17,3
95 8• 10~в (6-Ю"4) 0,04 0,20 0,6 3,4
98,3 2,5-10“4 — 0,1 — 1,6 —
Температура, °C
Концентра- 200 250 300
ция H4SO4 вес. %
PH2SO4 РН2О PH2SO4 рн2о PH2SO4 рн2о
80 0,2 735 1,0 >760 — —
85 0,9 339 5,1 >760 — —-
90 2,0 118 9,5 595 29 2160
95 4,5 32,2 21,8 207 76 950
98,3 И,7 —- 6,0 — 200 —
Примечание. Данные рассчитаны
приведены интерполированные данные.
на основе общего давления пара. В скобках
6. Серная кислота и олеум
111
Таблица П-61. Общее давление насыщенного пара (в .и.и рт. ст.}
над олеумом [108, 109]
Содержание SO» своб в олеуме, вес. %
О
5 | 10
60 65 70
20
30
40
50
60
70
80
90
100
НО
120
130
140
150
160
170
12
18
23
35
54
78
112
162
236
360
24
34
52
76
114
167
240
334
470
655
37
60
89
128
194
294
396
558
824
57
89
138
209
316
460
650
84
140
225
334
459
752
135
220
351
530
74
119
209
339
515
840
63
115
192
313
504
794
55
100
173
290
469
728
50
89
153
257
426
688
46
82
162
230
384
628
73
128
217
354
579
954
111 164
197 300
330 500
545 816
880 —
Примечание. В области невысоких температур и концентраций данные [108,
109} занижены и при температурах ниже 80 °C и концентрациях SO2 своб менее 30% заслу-
живают предпочтения данные [17] в табл. 11-62.
Таблица II-'62. Парциальное давление (в мм рт. ст.) трехокиси серы
над олеумом при различной температуре [17]
Концен- трация SO» своб, % Температура, °C
20 30 40 50 60 70 80
4 0,52 0,84 1,46 2,51 4,40
6 0,70 1,32 2,38 3,78 7,20
8 0,58 1,00 2,07 3,32 5,60 10,00
10 >0,74 1,38 2,34 4,50 8,00 13,40
12 0,50 0,90 1,77 2,92 5,88 10,0 17,00
14 0,60 1,10 2,14 3,65 7,32 12,1 21,2
16 0,61 1,28 2,51 4,60 9,10 14,8 26,3
18 0,78 1,50 2,90 5,60 10,8 18,5 33,2
20 0,90 1,78 3,48 6,65 13,1 22,8 41,4
22 1,04 2,12 4,28 7,72 15,9 28,7 51,7
24 1,20 2,60 5,23 10,02 19,9 36,0
26 1,40 3,20 6,30 12,4 25,0 45,4 •
28 1,64 3,80 7,52 15,4 31,2 56,1
30 2,10 4,70 10,0 10,8 38,3 69,0
32 3,30 6,70 13,0 25,3 47,0 86,0
34 5,40 16,3ч 32,1 60,2 109,6
Примечание. По данным [17] вычислены величины для целых значений кон-
центрации и температуры.
Таблица П-63. Парциальное давление паров SO3 (в мм рт. ст.) над концентрированным олеумом
при различной температуре [150]
Концен- трация SOs своб. вес. % Концен- трация H2SO4 вес. % Температура, °C
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
74,0 101,6 138,2 186,4
31,11 107,0 4,0 6, 8,9 13,0 18,8 26,9 38,1 53,4 144,2 190,4 249,4 324,2
35,55 108,0 — 15,9 22,4 31,4 43,4 59,4 80,8 108,3 258,3 332,5 425,0 539,5
39,99 44,44 53,33 109,0 110,0 112,0 76,1 103,2 138,5 64,5 100,5 184,0 86,6 133,7 242,4 115,3 176,1 316,6 152,1 230,1 409,9 199,0 298,2 526,6 383,5 489,5 —
57,77 113,0 96,9 130,9 175,1 232,1 304,9 397,1 Концен- трация Температура, °C
512,9 657,4 H2SO4 вес. % 80 85 90
62,21 114,0 119,1 160,7 214,9 284,5
373,3 485,8 626,9 802,8 107 249,2 330,5 434,9
66,66 115,0 144,2 к 194,3 259,2 342,6 448,8 583,0 751,2 960,4
Примечание.
Данные [150] дают более
высокие
значения
₽SO.
чем величины,
приведенные в табл. П-61
по данным [108, 109].
114
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-65. Мольная теплоемкость [Ср, кал! (моль-град)\
серной кислоты и ее гидратов при низких температурах
[57, 70, 71, 124, 1321
Т, °к H2SO4 H2SO4H2O H2SO4-2H2O H2SO4-3H2O H2SO4-4H2O H2SO<- 6,5 H2O
300 33,29 51,43 62,46 76,32 92,44 136,38
298,15 33,20 51,35 62,34 76,23 91,35 136,30
290 32,79 51,01 61,84 75,81 91,94 135,86
280 22,93 29,48 61,30 75,39 91,46 135,15
270 22,26 28,57 60,81 75,04 91,00 134,19
260 21,59 27,66 60,35 74,77 90,57 132,91
250 20,92 26,76 59,65 74,54 90,16 131,31
240 20,26 25,85 59,59 74,35 46,42 129,36
230 19,59 24,94 30,41 39,50 44,72 127,04
15 0,78 0,56 1,03 1,14 1,87 2,04
Серная кислота н ее гидраты T, ° к Состояние
жидкое твердое
H2SO4 - 283,46 32,45 23,16
H2SO4 • Н2О 281,63 50,66 29,63
H2SO4-2H2O 233,68 59,38 30,81
H2SO4-3H2O 236,76 74,29 40,57
H2SO4-4H2O 244,88 89,96 47,25
H2SOr6V8H2O 220,27 124,59 62,39
Т а б л и ц а П-66. Теплоемкость [с, ккал1(кг-град)\
концентрированной серной кислоты и олеума при 19,6 °C [85]
Концентра- ция H2SO4 вес. % С Содержание, вес. % С
SO» своб H2SO4
95,51 0,3526 1,723 100,39 0,3327
96,13 0,3489 3,152 100,71 0,3317
96,77 0,3447 4,573 101,03 0,3299
97,38 0,3422 6,083 101,37 0,3288
98,01 0,3406 7,637 101,72 0,3278
98,65 0,3366 9,102 102,05 0,3270
99,22 0,3353 10,434 102,35 0,3255
99,78 0,3368 11,800 102,66 0,3247
99,91 99,97 0,3363 0,3370
Теплоемкость [с, ккал!(кг-град) ] олеума при 30° С [ПО, 147]:
Содержание SOs своб, % с Содержание SOj своб, % с Содержание SOs своб, % с
0 0,34р 30 0,320 60 0,380
5 0,332 35 0,321 62 0,390
10 0,327 40 0,325 64 0,405
15 0,322 45 0,332 66 0,420
20 0,320 50 0,324 68 0,435
25 0,319 55 0,360 70 0,450
6. Серная кислота и олеум
115
72 0,465 82 0,560 92 0,675
74 0,484 84 0,583 94 0,700
76 0,500 86 0,605 96 0,725
78 0,523 88 0,630 98 0,750
80 0,540 90 0,650 100 0,770
Таблица 11-67. Теплота растворения жидкой SO3 в воде
с образованием олеума по реакции
х503ж + Н20ж = H2SO4 (х — 1) 5О3ж 4- Q
и теплота бесконечного разбавления олеума водой при 18° С [38, 67]
Концентрация олеума после смешения, вес. % X Теплота растворения AQco - ккал/моль SOa
SOs своб SOs общ ккал/кг SO3 ккал/моль SOs ккал/моль НгО
0 81,63 1,000 265 21,18 21,18 22,05
10 83,47 1,136 241 19,30 22,0 23,95
20 85,30 1,306 217 17,35 22,6 25,90
30 87,14 1,525 192 15,35 23,2 27,90
40 88,98 1,817 167 13,35 24,2 29,90
50 90,82 2,226 141 11,30 25,2 31,59
60 92,65 2,837 115 9,20 26,0 34,05
70 94,49 3,859 88 7,05 27,3 36,20
80 96,32 5,907 60,6 4,85 28,4 38,40
90 98,16 12,005 31,8 2,55 30,2 40,70
100 100 оо 0 0 — 43,23
Пример: Сколько тепла выделится при смешении 240 кг SO3 и 42,5 кг Н2О
при 18° С?
240-100
Общая концентрация SO3 в образующемся растворе
240 + 42,5 84>95%«
что соответствует примерно 18%-ному олеуму. Интерполяцией находим, что при
образовании 18%гного олеума на 1 кг SO3, смешиваемого с водой, выделится около
222 ккал тепла. Таким образом, общее количество выделяющегося тепла 240-222 =
= 53 200 ккал.
Т а б л и ц а П-68. Теплота абсорбции Q газообразной SO3 водой
с образованием олеума или 100%-ной H2SO4 [67] по реакции:
xSO3r + Н20ж = H2SO4 (х — 1) 5О3ж + Q
Концентрация олеума, вес. % SOs своб X Q Концентрация олеума, вес. % SOs своб X Q
ккал/моль SOs 1 ккал/кг SOs ккал/моль SOs ккал/кг SOs
0 1,000 31,48 394 60 2,837 19,50 244
10 1,136 29,60 370 70 3,859 17,35 217
20 1,306 27,65 345 80 5,907 15,15 189
30 1,525 25,65 320 90 12,005 12,85 161
40 1,817 23,65 295 100 со 10,30 129
50 2,226 21,60 270
8*
Т абли.ца II-69. Энтальпия системы Н20—H2SO4—S03 [66]
(//, ккал/кг раствора)
t, °C Концентрация H2SO4, вес. %
0 10 20 30 40 50 60 70 80 85 90 95 100
18 18 —22,1 —59,9 —97,4 — 132,3 161,6 — 190,1 —212,1 —224,5 —224,8 —220,8 -213,9 —201,7
0 0 —38,6 —75,0 — 111,2 — 144,6 172,4 —199,5 —220,5 —232,4 —232,6 —227,7 —220,1 —207,5
20 20 —20,3 —58,2 —95,9 — 130,9 160,4 — 189,1 —211,2 —223,6 —223,9 —220,0 —213,2 —201,1
40 40 —2,0 —41,5 —80,6 — 117,2 — 148,4 — 178,5 —201,6 —214,6 —215,1 —212,1 —206,0 — 194,3
60 60 16 —25 —65 — 104 — 136 — 168 — 192 —205 —206 —204 — 199 — 187
80 80 35 —8 —50 —90 — 124 — 157 — 182 — 196 — 197 — 196 — 191 — 180
100 100 53 9 —35 —76 —112 — 146 — 172 — 186 — 188 — 187 — 184 — 173
120 — (71) (26) (-20) (-62) —100 — 135 — 161 — 177 — 179 — 179 — 176 — 166
140 — — — — (-87) — 124 — 151 — 167 — 169 — 170 — 168 — 158
160 — — — — — (-НЗ) — 140 -157 — 160 — 161 — 159 — 150
180 — — — — — — (-130) — 146 — 150 — 152 — 151 — 142
200 — — — — — — — — 136 — 140 — 143 — 142 — 134
220 —. — — — — — — — (-126) — 131 — 133 — 134 — 126
240 — — — — — — — — (-121) — 124 — 125 — 118
260 — — — — — — — — — (-П4) — 116 — 109
280 — — — — — — — — — — — 107 — 101
300 — — — — — — — — — — — —97 (-92)
320 — — — — — — — — — — — (-88)
Т. кип, раствора упомя- нутого выше состава, °C 100 102 104 108 115 124 140 165 202 225 256 302 290
Н при т. кип., ккал/кг 100 55 12 —29 —66 —97 — 124 — 138 — 135 — 128 —116 —96 —96
Продолжение табл. П-69
1 А 1 “U57
t, °C Содержание SOs своб. в олеуме, вес. %
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
18 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 —188,3 —194,1 — 187,7 —180,9 — 174 —167 —160 — 152 — 145 — 137 —129 (—121) —171,8 —177,6 — 171,2 —164,4 — 158 —150 — 143 — 136 — 128 (—120) — 153,4 —159,2 — 152,8 — 146,0 — 139 — 132 —125 —117 (-но) —134,4 —140,5 — 133,7 — 126,7 —120 — 112 — 105 (-97) — 115,5 — 122,0 — 114,8 — 107,4 — 100 —92 (-84) —93,1 — 100,4 —92,3 —84,1 —76 (-67) —69,7 —77,9 —68,7 —59,3 (-50) —44,3 —54,0 —43,2 —32,1 (-21) — 17,7 —29,3 — 16,4 —3,2 (Ю) -4 13,6 0 15,1 30,4 (46)
Т. кип. рас- твора упо- мянутого выше со- става, °C 180 145 122 101 83 68 57 50 47 45
Н при т. кип., ккал! кг — 129 — 126 — 117 — 104 —91 —72 —51 —26 1,5 34.3
а н и е- При расчете энтальпии принято, что при 0° С энтальпии SO. ж и Н,О ж оавны нулю
Таким образом, эти значения включают теплоту нагревания SO. ж и Н.О ж от 0 по IR^'c трпч^т
температуры" ‘ “ ра™Ра »«“»»>«> состава в теплоту, затрачеввую 1. «агтоав»'? расткрз "?°%
их смешения при 18° С
до указанной в таблице
118
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Диаграмма энтальпия — состав
для серной кислоты и олеума*
Диаграмма (рис. П-З) помещена в конце книги (задний форзац).
Пояснения к диаграмме:
1) энтальпия отнесена к 1 кг раствора;
2) концентрации растворов серной кислоты и олеума выражены одинаково
в вес. % H2SO4;
3) на диаграмме нанесены линии кипения серной кислоты и олеума при дав-
лении 1 атм, а также линия кристаллизации гидратов серной кислоты. Три
пунктирных линии внизу справа относятся к температурам 0, —10 и —20° С;
4) при построении диаграммы энтальпии H2SO4 ж и Н2О ж при 0° С при-
няты равными нулю;
5) значения энтальпий вычислены по данным [66];
6) примеры пользования диаграммой даны ниже, а соответствующие этим
примерам линии нанесены на диаграмму.
Примеры пользования диаграммой: 1) 98%-ная кислота (20е С) разбавляется
водой (15° С) до получения 77%-ной H3SO4. Температура смеси равна 151° С. Для
охлаждения до 20° С от 1 кг смеси следует отнять 63 ккал;
2) олеум (20% SO3 своб.) при 40°С смешивается с 50% -ной кислотой при этой же
температуре. Температура полученной смеси, содержащей 93,7% H2SO4, равна
1659 С. Чтобы охладить ее до 10° С, от 1 кг смеси следует отнять 37 — (—24) =
— 61 ккал;
3) 90% -ная кислота при охлаждении до —20° С распадается на твердую фазу
(H2SO4• Н2О) Н =—102 ккал!кг, содержащую 84,6% H2SO4, и жидкую фазу Н =
— —42,5 ккал!кг, содержащую 91,6% H2SO4. Энтальпия смеси — 55,5 ккал/кг. Ко-
личество выпавших кристаллов составляет 22,2% от массы смеси.
Таблица П-70. Теплота нагревания растворов серной кислоты
и олеума (в ккал!кг)
Концен- трация кислоты, вес. % Температура, °C
20 40 60 ’ 80 100 120 150 200 250
Серная кис лота
1 19,8 39,6 59,5 79,3 99,2 — — — —
2 19,6 39,2 58,8 78,4 98,1 — — — —
3 19,4 38,8 58,3 77,7 97,3 — — — —
4 19,2 38,4 57,7 77,0 96,3 — — — —
5 19,0 38,0 57,1 76,1 95,3 — — — —
6 18,8 37,7 56,6 75,5 94,6 — — — —
7 18,6 37,3 56,0 74,8 93,6 — — — —
8 18,4 36,9 55,5 74,1 92,9 — — — —
9 18,2 36,6 54,9 73,5 91,9 — — — —
10 18,0 36,2 54,4 72,6 91,0 — — — —
11 18,9 35,8 53,8 72,0 90,2 — — — —
12 17,7 35,5 53,5 71,5 89,6 — — — —
13 17,4 35,1 52,8 70,6 88,7 — — — —
14 17,3 34,8 52,5 70,2 88,2 — — — —
* Составлена П. А . Семеновым.
6. Серная кислота и олеум
119
Продолжение табл. П-70
Концен- трация кислоты, вес. % Температура, °C
20 40 60 80 100 120 150 200 250
Серная кислота
15 17,2 34,4 51,9 69,5 87,3 — — — —
16 16,9 34,1 51,3 68,9 86,5 — — — —
17 16„7 33,8 50,9 68,4 85,8 — — — —
18 16,6 33,4 50,3 67,5 85,0 — — — —
19 16,4 33,1 50,0 67,2 84,5 — — — —
20 16,2 32,8 49,5 66,6 83,8 — — — —
21 16,1 32,4 49,0 65,8 82,8 — — — —
22 15,9 32,1 48,5 65,1 82,0 — — — —
25 15,5 31,2 47,1 63,3 79,8 — — —
30 14,7 29,6 44,8 60,2 76,0 — — — —
35 14,0 28,2 42,7 57,5 72,5 — — — —
40 13,3 26,8 40,6 54,7 69,1 83,8 — — —
45 12,6 25,5 38,6 52,1 65,8 79,9 — — —
50 11,6 24,2 36,8 49,7 62,9 76,4 — — —
51 11,8 24,0 36,5 49,3 62,5 76,0 — — — —
52 Н.7 23,7 36,1 48,8 61,8 75,1 •— — —
53 11,5 23,4 35,7 48,2 61,2 74,4 — — —
54 Н,4 23,2 35,3 47,8 60,5 73,7 — — —
55 11,3 23,0 35,0 47,4 60,1 73,2 — — —
56 Н,1 22,7 34,5 46,8 59,4 72,4 92,7 — —
57 11,0 22,5 34,2 46,4 58,9 71,9 92,0 — —
58 10,9 22,3 33,9 46,0 58,5 71,3 91,4 — —
59 10,8 22,0 33,7 45,7 58,0 70,8 90,7 — —
60 10,7 21,8 33,4 45,3 57,6 70,3 90,1 — —
61 10,6 21,6 33,0 44,8 57,0 69,9 89,2 — —
. 62 10,5 21,4 32,7 44,4 56,5 69,0 88,6 — —
63 10,3 21,1 32,2 43,8 55,7 68,0 87,2 — —
64 10,2 20,9 31,9 43,4 55,2 67,4 86,3 — —
65 10,1 20,7 31,6 43,0 54,7 66,8 85,7 — —
66 9,9 20,4 31,2 42,4 54,0 65,9 84,7 — —
67 9,9 20,2 30,9 42,0 53,5 65,5 84,4 — —
68 9,8 20,0 30,6 41,6 53,0 64,9 83,3 — —
69 9,7 19,8 30,3 41,2 52,5 64,3 82,6 — —
70 9,5 19,6 29,9 40,8 51,9 63,5 81,7 — —
71 9,5 19,4 29,6 40,2 51,3 62,6 80,5 112 —
72 9,4 19,2 29,4 39,8 50,8 62,0 79,6 111 —
73 9,4 18,9 29,0 39,4 50,0 61,1 78,2 109 —
74 9,4 18,7 28,6 38,8 49,3 60,2 77,0 107 —
75 9,3 18,5 28,3 38,3 48,7 59,4 76,0 105 —
120
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Продолжение табл. II-70
Концен- трация кислоты, вес. % Температура, °C
20 40 60 80 100 120 150 200 250
76 9,0 18,3 27,9 37,8 48,0 58,4 74,8 104 -—
77 9,0 18,1 27,6 37,3 47,5 57,8 73,9 102 —
78 8,9 17,9 ,27,3 36,9 46,8 56,9 72,7 100 —
79 8,8 17,7 27,0 36,4 46,2 56,2 71,6 98,5 —
80 8,6 17,4 26,5 35,8 45,3 55,0 70,2 96,6 —-
81 8,6 17,3 26,4 35,6 45,1 .54,8 69,8 96,1 124
82 . 8,5 17,1 26,1 35,2 44,6 54,2 69,1 95,1 122
83 8,4 16,9 25,7 34,7 44,0 53,5 .68,2 93,9 121
84 8,2 16,7 25,4 34,4 43,6 53,0 67,7 93,2 120
85 8,1 16,5 25,1 33,9 43,0 52,3 66,8 92,0 118
86 8,1 16,3 24,9 33,6 42,7 51,9 66,2 91,3 117
87 8,0 16,1 24,6 33,2 42,2 51,3 65,4 90,3 116
88 7,9 15,9 24,2 32,7 41,5 50,5 64,4 88,9 114
89 7,8 15,7 23,9 32,3 41,0 49,9 63,6 87,9 113
90 7,7 15,5 23,6 31,9 40,5 49,3 62,7 86,9 112
91 7,6 15,3 23,4 31,6 40,2 48,9 62,4 86,3 111
92 7,5 15,1 23,0 31,1 39,5 48,1 61,4 84,9 109
93 7,3 14,9 22,7 30,8 39,0 47,6 60,8 84,1 109
94 7,2 14,7 22,4 30,3 38,5 46,9 60,6 83,0 107
95 7,15 14,5 22,2 30,0 38,1 46,5 59,5 82,3 107
96 7,0 14,3 21,8 29,6 37,6 45,8 58,8 81,4 106
97 6,9 14,1 21,5 29,1 37,1 45,2 58,0 80,6 105
98 6,8 13,9 21,3 28,9 36,8 44,9 57,6 80,2 104
99 6,7 13,7 21,1 28,4 36,2 44,2 56,7 79,1 103
100 6,6 13,5 20,7 28,2 35,9 43,9 56,5 78,8 103
SO3 своб Олеум
2 6,6 13,5 20,7 28,2 35,9 43,9 56,5 78,8 ЮЗ
4 6,6 13,5 20,7 28,2 35,9 43,9 56,5 78,8 103
6 6,6 13,5 20,7 28,2 35,9 43,9 56,5 78,9 103
8 6,6 13,5 20,7 28,2 35,9 44,0 56,6 78,9 103
10 6,6 13,5 20,7 28,2 35,9 44,0 56,6 78,9 103
12 6,6 13,5 20,7 28,2 36,0 44,0 56,6 78,9 —
15 6,6 13,6 20,8 28,3 36,0 44,0 56,6 79,0 —
20 6,6 13,6 20,8 28,3 36,0 44,1 56,7 79,0 —
б. Серная кислота и олеум
121
Продолжение табл. II-70
Концен- трация SO* своб, % Температура. °C
20 40 60 80 100 120 150 200 250
Олеум
25 6,6 13,6 20,8 28,3 36,0 44,1 56,7 —
30 " -6,7 13,7 20,9 28,5 36,2 44,4 —* — —
32 6,7 13,8 21,0 28,6 36,3 44,5 — — —
34 6,8 13,8 21,1 28,6 36,5 44,5 — —
36 6,9 13,9 21,3 28,8 36,6 44,6 — — —
38 6,9 14,0 21,4 29,0 36,8 — — —
40 6,9 14,1 21,5 29,2 37,1 — — — ——
42 7,0 14,3 21,8 29,6 37,5 — — — —
45 7,1 14,5 22,1 29,9 37,9 — — — —
46 7,3 14,8 22,6 30,6 — — — — —
48 7,3 14,8 22,6 30,6 — — — — —
50 7,4 15,0 22,8 30,9 — — — — —
55 7,7 15,8 24,0 32,5 — — — — —
60 8,2 16,7 25,4 34,4 — — — — —
65 8,8 17,8 27,1 36,6 — — — — —
70 9,4 19,1 29,0 39,2 — — — — —
75 10,2 20,6 31,3 — — — — — —
80 10,9 22,1 33,5 — — — — — —
85 11,6 23,5 35,6 — — — — — —
90 12,3 24,8 37,6 — — — — — —
95 12,7 25,6 38,8 — — — — — —
100 12,8 12,8 39,0 — — — — — —
Примечание.
таблице, определяют коли-
приведенные в
кг серной кислоты или олеума от 0° С до задан-
Величины теплот,
чество тепла, необходимого для нагревания 1
ной конечной температуры при условии, что в процессе нагревания или охлаждения кон-
центрация кислоты остается неизменной.
Это количество тепла определяется по формуле
Q = G(Q> - Qi)
где G — количество кислоты, кг;
Qi и Qt — теплота при конечной и начальной температурах, ккал/кг.
122
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица 11-71. Теплота образования (в ккал!кг Н20) водных растворов
серной кислоты и олеума из жидкой SO3 и воды [38]
/, °C Концентрация образующегося раствора, вес. % H2SO4
80 85 90 95 98 99,3 100
15 700 782 900 1020 1104 1148 1165
20 705 788 905 1030 1115 1160 1175
40 726 815 937 1075 1164 1210 1232
60 745 845 970 1110 1210 1260 1280
80 771 871 1003 1141 1252 1310 1330
100 794 900 1035 1191 1305 1365 1387
Концентрация образующегося олеума, вес. % SOs своб
t, °с 3,2 10 20 30 40 50 60
115 1180 1205 1240 1290 1340 1440 1580
L< 20 1190 1220 1260 1300 1370 1460 1610
40 1240 1280 1320 1380 1440 1560 1730
60 1300 1330 1390 1450 1520 1660 —
80 1350 1400 1460 1520 1590 — —
100 1410 1450 1520 1590 1670 — —
Таблица П-72. Теплота образования (в ккал!кг Н2О) водных растворов
серной кислоты и олеума из жидкой SOs и воды [121]
Концентрация образующейся кислоты Температура, °C
%H2so4 %SOj общ 0 20 50 80 100
60,0 48,98 393 404 426 441 460
61,2 50,00 410 426 444 457 477
65,0 53,06 444 446 485 501 522
67,4 55,00 483 496 524 540 564
70,0 57,14 511 529 554 572 600
73,5 60,00 565 578 614 634 663
80,0 65,3 660 684 720 744 780
85,7 70,0 778 807 851 880 924
90,0 73,5 872 905 955 988 1039
91,0 74,28 896 930 982 1014 1069
92,0 75,10 910 955 1009 1045 1099
93,0 75,92 944 98 1038 1075 1132
94,0 76,73 970 1008 1068 1106 1166
95,0 77,55 996 1035 1108 1147 1200
96,0 78,6 1024 1065 1129 1170 1235
97,0 79,18 1053 1097 1163 1207 1273
98,0 80,00 1081 1127 1195 1241 1310
99,0 80,81 1113 1162 1232 1281 1352
100,0 * 81,63 1146 1196 1270 1345 1395
6. Серная кислота и олеум
123
Продолжение табл. II-72
Концентра- ция полу- ченного олеума, %SO3 своб. Температура, °C
0 15 20 40 50 60 80 100 120 150
0 * 1176 1214 1227 1278 1302 1329 1379 1430 1481 1556
2 1178 1216 1232 1284 1303 1338 1390 1440 1494 1568
5 1180 1220 1240 1292 1320 1348 1404 1452 1510 1586
10 1188 1230 1250 1306 1334 1364 1422 1476 1536 1618
15 1196 1240 1262 1320 1350 1380 1442 1504 1564 1656
20 1210 1254 1276 1336 1370 1400 1464 1532 1595 1694
25 1220 1270 1290 1354 1384 1420 1488 1556 1626 1740
30 1232 1286 1308 1376 1408 1440 1518 1598 1666 1786
40 1268 1326 1346 1428 1460 1490 1590 1684 1750 1880
50 1322 1380 1408 1496 1530 1564 1680 1778 1850 1988
60 1384 1452 1482 1578 1618 1656 1786 1880 1966 2108
70 1452 1532 1560 1664 1712 1760 1892 1986 2088 2246
80 1524 1614 1642 1756 1812 1868 1996 2100 2220 2392
90 1608 1704 1736 1858 1922 1980 2102 2224 2360 2556
* Расхождение в 2,5% зависит от метода обработки опытных данных [1211.
Пример 500 кг олеума, содержащего 30% SO2 своб (или 106,76% H2SO4),
смешиваются с 750 кв 90%-ной серной кислоты при 50° С. Найти количество
тепла, которое нужно отвести, чтобы температура смеси была 50° С.
Решение 1. Пользуемся табл. П-72 (расчет в ккал /кг Н2О).
Концентрация полученной смеси:
500,106,75 + 750-90
500 + 750
96,7% H2SO4 или 78,93% SO3 общ
Содержание Н2О (в кг):
в 500 кг олеума ................... 65
» 750 кг кислоты...................199
» 1250 кг смеси....................264
Находим по табл. П-72 теплоты образования, равные соответственно 1408,
955 и 1153 ккал/кг НгО, и рассчитываем теплоты образования:
500 кг олеума ............. 65-1408 = 91 520 ккал
750 кг кислоты............... 199-955= 190 045 ккал
1250 кг смеси.............. 264-1153 = 304 392 ккал
Разность теплот образования полученной смеси и исходных составных компо-
нентов равна количеству отведенного тепла:
304 392 — (91 520 + 190 045) = 22 827 ккал
2. Пользуемся табл. 11-71 (расчет в ккал/кг Н2О). Получим соответственно
1415, 953,5 и 1146 ккал/кг Н2О и количество отведенного тепла 21 822 ккал, т. е.
На 4,5% меньше, что объясняется расхождением в данных [38, 121].
124
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-73. Теплота образования (в ккал!кг Нг0) водных растворов
серной кислоты и олеума из газообразной S03 и воды [121]
Концентрация образующейся кислоты Температура, °C Концентрация образующейся кислоты Температура, °C
% SO» общ % H2so4 0 50 100 % SO» общ % H2SO4 0 50 100
24,5 28,6 32,7 36,7 40,8 44,9 49,0 53,1 57,1 61,2 65,3 69,4 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 190 232 278 327 383 445 514 593 677 782 902 1043 200 243 291 343 401 467 540 623 714 822 948 1098 211 256 306 361 422 491 569 656 752 866 1000 1159 72,7 73,5 74,3 75,1 75,9 77,6 77,6 78,4 79,2 80,0 80,8 81,63 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 1186 1212 1251 1290 1332 1375 1421 1469 1520 1573 1631 1693 1247 1276 1317 1359 1404 1450 1500 1548 1604 1669 1720 1785 1318 1349 1393 1437 1485 1535 1586 1641 1699 1758 1823 1892
Концентра- ция обра- зующегося олеума Температура, °C Концентра- ция обра- зующегося олеума Температура, °C
% SO» своб % SO» общ 0 50 100 150 % SO» своб % SO» общ 0 50 100 150
0 2 5 7,5 10 13 15 18,3 20,0 23,8 25,0 81,63 82,00 82,52 83,0 83,47 84,02 84,39 85,00 85,31 86,00 86,22 1721 1736 1765 1784 1808 1841 1858 1903 1926 1982 2002 1817 1830 1875 1895 1920 1952 1976 2023 2046 2106 2128 1926 1940 1982 2010 2041 2080 2108 2155 2184 2226 2256 2036 2060 2096 2132 2163 2206 2238 2287 2327 2395 2416 29,3 30,0 34,7 35,0 40,0 40,1 45,6 50,0 60,0 70,0 87,00 87,14 88,0 88,06 88,98 89,00 90,00 90,82 92,65 94,49 2070 2074 2148 2152 2262 2280 2400 2547 2934 3562 2180 2186 2280 2282 2398 2424 2548 2685 3078 3669 2348 2353 2461 .2467 2590 2680 2719 2890 3290 3901 2509 2516 2624 2640 2755 2767 2892 3067 3468 4095
6. Серная кислота и олеум
125
Пример. 100 кг газообразной SO3 растворяются при 100° С в 400 кг H2SO4 с на-
чальной концентрацией 100%. Находим количество выделяющегося тепла.
Решение 1. Концентрация образующегося олеума:
400x100+ 100x122,5 1А.
------400 + 100-----= 104'5%
H2SO4
т. е. получается олеум, содержащий 20% SO3 своб. Содержание НгО в кислоте:
400 (1 — 0,8163) = 73,48 кг
По табл. 11-73 находим значения теплот образования при 100° С:
Серной кислоты .... 73,48 X 1926 = 141 522 ккал
Олеума................. 73,48 X 2184 = 160 480 ккал
Выделяющееся тепло: 160 480 — 141 522 = 18 958 ккал, или 190 ккал на 1 кг
SO3, вступившего во взаимодействие.
Решение 2. Если для условий примера принять величину теплоты обра-
зования 100%-нойНгЗОд, равную 1892 ккал/кг НгО, то количество выделяющегося
тепла увеличится на 13% и будет равно 214,5 ккал!кг SO3 (вместо 190 ккал!кг SO3).
Учитывая принятую в работе" [121 ] теплоту конденсации SO3 при 100° С(112 ккал/кг
SO3),_ найдем, что величина 214,5 ккал/кг SO3 отличается от вычисленной в решении 1)
всего+а 5,5%.
Таблица 11-74. Дифференциальная теплота растворения воды
и жидкой SO3 (в ккал/моль Н2О или SO3)
в растворах серной кислоты [38]
t. °C Концентрация H2SO4,Bec. %
70 75 80 85 90 95 98 99,3 100
Теплота растворения воды
15 * 2,20 2,85 3,65 4,78 6,18 8,0 9,5 10,5 15,75
15 25,0 Те п л о1 23,0 га р а 21,0 с т в о 18,4 р е н и 16,0 Я SO; 13,4 (Ж 11,6 10,5 5,25
20 —— —— 21,1 18,6 16,2 13,6 11,8 10,7 5,45
40 — — 22,1 19,6 17,2 14,6 12,8 Н.7 6,45
60 — — 23,0 20,5 18,1 15,5 13,7 12,6 7,35
80 — —— 23,9 21,4 19,0 16,4 14,6 13,5 8,25
100 — — 24,9 22,4 20,0 17,4 15,6 14,5 9,25
, * В интервале 15—100® С дифференциальную теплоту растворения воды в 80—
«00%-ной H2SO4 можно считать практически неизменной (dH^o/dt ~ 0), в то время как
температурный коэффициент изменения дифференциальной теплоты растворения жидкой
трехокиси dHsQjdi = 0,047.
. Пример. Сколько тепла выделяется при растворении 8 кг жидкой SO3 в 90%-ной
HaSO4 при 60° С? Изменением концентрации кислоты при растворении можно пре-
йебречь, считая количество кислоты очень большим.
t По табл. II-74 находим, что при растворении 1 моль SO3 выделяется при задан-
ных условиях 18,1 ккал. Так как 8 кг составляют —100 моль, то общее количество
®Ь4Деляющегося тепла равно ~1810 ккал.
126
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Т а б л и ц а 11*75. Дифференциальная теплота растворения воды
и жидкой S03 (в ккал/моль НаО или SO3) в олеуме [38]
Концентрация олеума, вес. % SO> своб
3,2 10 20 30 40 60 80
Теплота растворения воды
15 15,95 16,55 17,25 18,15 19,2 ♦ 22,0 25,9
20 15,95 16,55 17,3 18,25 19,4 22,2 26,4
40 16,1 16,65 17,5 18,75 20,1 23,3 —
60 16,2 16,75 17,8 19,2 20,8 24,3 —
80 16,3 16,9 18,0 19,7 21,5 — —
100 16,4 17,0 18,2 20,1 22,2 — —
1 е п л о т а р а с т I зор ей и я 5О3ж
15 5,05 4,55 3,95 3,30 2,65 1,43 0,44
20 5,25 4,75 4,13 3,46 2,74 1,49 0,45
40 6,07 5,54 . 4,84 3,98 3,12 1,71 0,49
60 6,89 6,33 5,55 4,52 3,50 1,94 —
80 7,72 7,12 6,26 5,06 3,89 — —
100 8,55 7,90 6,97 5,60 4,27 — —
Примечание. При образовании 50%-иого олеума (50% SOs своб) при 15° С
дифференциальные теплоты растворения соответственно равны 20,5 ккал/моль Н2О и
2,02 ккал/моль SO3, а при образовании 70%-кого олеума соответственно 23,8 ккал/моль Н2О
н 0,88 ккал/моль SO3.
Таблица II-76. Интегральная QHHT и дифференциальная теплота
растворения HaSO4 в воде при 25° С [85, 86]
Концентрация Концентрация
Н25 >о4 о H2SO« о
(Л <Л
о о о X о
X X
X kt п» X
kt к*
Q kt ©''' kt а kt
о * О kt о kt kt
С*1 kt •4 kt
аз I S аз X 33
X k к X к
и с « о- с е « с с
Серная к и с л а, т a
0 245,6 0 10 9,000 178,4 0,313
1 99,000 187,3 0,010 11 8,091 178,2 0,379
2 49,000 183,9 0,023 12 7,333 177,9 0,455
3 32,333 182,1 0,440 13 6,692 177,7 0,555
4 24,000 181,0 0,062 14 6,143 177,4 0,669
5 19,000 180,2 0,090 15 5,667 177,0 0,809
6 15,667 179,6 0,125 16 5,250 176,6 0,980
7 13,286 179,3 0,160 17 4,882 176,1 0,180
8 11,500 178,9 0,208 18 4,556 175,7 1,414
9 10,111 178,7 0,258 19 4,263 175,2 1,681
6. Серная кислота и олеум
127
Продолжение табл. II-76
Концентрация Концентрация
н,. О сл н, so4 О СП
О сП — О О СП Е о
т
О4* «и а х.» С-* * ё
и о о *
аз S к а S S к
CJ е « су СУ CJ с « су су
20 4,000 174,8 1,990 63 0,587 122,6 72,68
21 3,762 174,3 2,250 64 0,562 120,7 76,39
22 3,545 173,8 2,65 65 0,538 118,7 80,02
23 3,348 173,3 3,12 66 0,515 116,7 84,39
24 3,167 172,8 3,60 67 0,492 114,7 88,61
25 3,000 172,2 4,15 68 0,470 112,6 93,28
26 2,846 171,5 4,72 69 0,449 110,2 98,31
27 2,704 170,8 5,33 70 0,428 108,2 104,0
28 2,571 170,0 6,11 71 0,408 105,9 110,0
29 2,448 169,2 6,91 72 0,389 103,7 116,2
30 2,333 168,3 7,82 73 0,370 101,5 123,2
31 2,226 167,4 8,83 74 0,351 99,2 131,1
32 2,125 166,4 9,89 75 0,333 96,9 139,2
33 2,030 165,4 11,01 76 0,316 94,4 148,2
34 1,941 164,4 12,20 77 0,299 91,8 157,2
35 ' 1,857 163,3 13,43 78 0,282 89,2 166,7
36 1,778 162,2 14,69 79 0,266 86,5 177,6
37 1,703 161,1 15,98 80 0,250 83,7 191,4
38 1,632 160,0 17,32 81 0,234 80,7 204,9
39 1,564 158,9 18,61 82 0,220 77,5 220,1
40 1,500 157,7 19,95 83 0,205 74,1 237,1
41 1,439 156,5 21,32 84 0,190 70,6 255,4
42 1,381 155,3 22,77 85 0,176 66,7 273,6
43 1,326 154,1 24,36 86 0,163 62,2 295,2
44 1,273 152,8 26,01 87 0,149 57,8 313,6
45 1,222 151,6 27,64 88 0,136 53,3 329,1
46 1,174 150,3 29,35 89 0,124 48,9 342,3
47 1,128 149,0 31,23 90 0,111 44,4 355,1
48 1,083 147,6 33,01 91 0,090 40,0 365,9
49 1,041 146,3 35,12 92 0,087 35,6 376,3
50 1,000 144,8 37,05 93 0,075 31,1 385,7
51' 0,961 143,2 39,12 94 0,064 26,7 394,5
52 0,923 141,7 41,19 95 0,0526 22,2 403,3
53 0,887 140,0 43,50 96 0,0416 17,8 411,6
54 0,852 138,3 46,03 97 0,0309 13,3 419,9
55 0,818 136,7 48,02 98 0,0204 8,9 427,9
56 0,786 135,0 51,20 99 0,0101 4,44 435,3
57’ 0,754 133,3 53,51 99,70 0,0030 1,58 441,0
58 0,724 131,6 57,38 99,95 0,0005 0,40 762,0
59 0,695 129,8 59,54 99,982 0,00018 0,16 843,6
.60 0,667 128,1 62,61 100 0 0 894,93
0,639 126,3 65,85 100,02 —0,020 —0,168 916,8
62 0,613 124,4 69,27
128
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Продолжение табл. П-76
Концентрация вес. % • £ Ч) X <3 X О' id О £ О' 5 Концентрация вес. % *%ит ккал!кг 1I2SO4 <?д ккал/кг Н2О
SO, своб. H2SO4 SO, своб. H2SO4
Олеум
0 100,0 0 894,93 6,5 101,462 13,75 954,1
0,2 100,045 0,42 932,3 7 101,575 14,80 953,9
0,4 100,090 0,85 948,5 7,5 101,687 15,85 953,7
0,6 100,135 1,28 950,7 8 101,800 16,90 953,6
0,8 100,180 1,70 952,3 8,5 101,912 17,90 953,4
1 100,225 2,13 953,1 9 102,025 18,90 953,2
1,5 100,337 3,16 954,1 9,5 102,137 19,90 953,0
2 100,450 4,25 954,5 10 102,250 20,90 952,68
2,5 100,562 5,32 954,8 10,5 102,362 21,93 952,34
3 100,675 6,38 954,8 11 102,475 22,95 952,0
3,5 100,787 7,43 954,9 11,5 102,587 23,96 951,5
4 100,900 8,49 954,8 12 102,700 25,00 950,9
4,5 101,012 9,56 954,7 12,5 102,812 26,02 949,2
5 101,125 10,62 954,5 13 102,925 27,05 —
5,5 101,237 11,66 954,4 13,5 103,037 28,08 —
6 101,350 12,70 954,2 14 103,150 29,11 —
Пользуясь таблицей, можно определить количество тепла, выделяющегося при
растворении 1 кг H2SO4 в п кг НгО при 25° С, с образованием (zi + 1) кг раствора
концентрацией С (интегральная теплота растворения). Так, если в 1 кг Нг5О4 при-
бавить 9 кг воды, получится 10 кг кислоты, содержащей 10% Нг5О4, при этом вы-
делится 178,4 ккал.
Данные о дифференциальных теплотах растворения позволяют определить ко-
личество тепла, выделяющегося при добавлении 1 кг воды к бесконечно большому
количеству кислоты, так что ее концентрация от этого не изменяется. Если к 1000 кг
90%-ной кислоты добавить 1 кг воды, изменением концентрации H2SO4 можно пре-
небречь. При этом выделится 355,1 ккал тепла. Разбавление олеума см. пример 4.
Пример 1. 10 т 70%-ной кислоты разбавляют водой до концентрации 30%.
Начальная и конечная температура кислоты 25° С.
Решение. Количество выделившегося тепла: 10 000-0,70 (168,3 — 108,2) =
= 420 700 ккал.
Пример 2. 1 т 98,6%-ной кислоты разбавляют водой до концентрации 98,0%
при 25° С.
Решение. При средней концентрации 98,3% Нг8О4 путем интерполирова-
ния находим дифференциальную теплоту растворения 431 ккал/кг НгО. Количество
выделившегося тепла 431-6,12= 2638 ккал (где 6,12 — количество воды, добавляе-
мое к 1 т исходной кислоты для снижения ее концентрации с 98,6 до 98,0%*Н25О4.
Пример 3. 4 т 95%-ной кислоты разбавляют 80%-ной кислотой до получения
кислоты концентрации 86% при 25° С.
Решение. Количество добавляемой 80% -ной кислоты:
4000 - (0,95—0,86)
0,86—0,80
= 6000 кг.
6. Серная кислота и олеум
129
Теплота образования исходных кислот:
4000-0,95-22,2 + 6000-0,80-83,7 = 486 120 ккал
Теплота образования полученной смеси:
10 000-0,86-62,2 = 534 920 ккал
Количество выделившегося тепла:
534 920 — 486 120 = 48 800 ккал.
Пример 4.^1000 кг олеума, содержащего 12%^SO3 своб., разбавляют водой с по-
лучением 100% -ной H2SO4 при 25° С.
Решение. Конечная температура смешения 25° С. По таблице определяют
количество тепла, выделяющегося при добавлении к олеуму воды с получением
100%-ной HaSO4. Для 12%-ного олеума количество выделяющегося тепла равно
25 ккал/кг полученного моногидрата. Так как 12%-ный олеум соответствует 102,7%
HaSO4, то из 1 т олеума получится 1027 кг моногидрата. Количество выделяющегося
тепла будет равно:
1000-1,027 • 25 = 25 675 ккал
Таблица П-77. Удельная электропроводность (х, ом Х’СМ~1)
водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент at
[24, 106]
Концен- трация H2SO4 вес. % х при at Концен- трация H2SO* вес. % х при °=f
18° С 50° С 75° С 18° С 50° С 75° С
5 0,2085 0,273 0,31 0,0121 82 0,1015 0,247 0,395 0,0365
10 0,3915 0,549 0,611 0,0128 83 0,989 0,240 0,388 0,0369
15 0,5432 0,755 0,872 0,0136 84 0,979 0,238 0,382 0,0369
20 0,6527 0,966 1,095 0,0145 85 0,980 0,237 0,378 0,0365
25 0,7171 1,052 1,257 0,0154 86 0,992 0,236 0,374 0,0357
30 0,7388 1,107 1,354 0,0162 87 0,1010 0,235 0,370 0,0349
35 0,7243 1,117 1,388 0,0170 88 0,1033 0,234 0,367 0,0339
40 0,6800 1,086 1,365 0,0178 89 0,1055 0,234 0,362 0,0330
45 0,6164 0,994 1,30 0,0186 90 0,1075 0,233 0,356 0,0320
50 0,5405 0,896 1,20 0,0193 91 0,1093 0,232 0,354 0,0308
55' 0,4576 0,765 1,040 0,0201 92 0,1102 0,230 0,350 0,0295
60 0,3726 0,67 0,902 0,0213 93 0,1096 0,227 0,344 0,0285
65 0,2905 0,535 0,725 0,0230 94 0,1071 0,216 0,328 0,0280
70 0,2152 0,411 0,593 0,0256 95 0,1025 0,203 0,309 0,0279
75 0,1522 0,321 0,483 0,0291 96 0,944 0,184 0,277 0,0280
78 0,1238 0,282 0,438 0,0323 97 0,800 0,16 — 0,0286
80 0,1105 0,262 0,415 0,0349 99,4 0,085 — — 0,0400
:81 0,1055 0,255 0,405 0,0359
Справочник сернокислотчика
6. Серная кислота и олеум
131
Т аблица П-78. Удельная электропроводность (х, ом 1-см -1) водных растворов серной кислоты и олеума
при 25° С [60]
г01 -X 1,154 1,132 1,109 1,092 1,077 1,067 1,047 1,044 1,041 1,033
нес. % о 0,27 0,24 0,19 0,17 0,14 0,11 0,09 0,05 0,02 0,00
•Lll.l'n П<>\[ J мочь 112О кг 112SO 4 0,0335 0,0301 0,0237 0,0216 0,0182 0,0134 0,0110 0,0062 0,0032 0,0000
г01Х 1,493 1,454 1,387 1,370 1,335 1,315 1,286 1,275 1,234 1,205 1,205 1,184
К S Д’ Я5 Л о- О яз 0 Л 0,82 0,74 0,63 0,59 0,56 0,52 0,49 0,45 0,40 0,34 0,32 0,32
Концент о £ о кг II2SO4 0,1043 0,0935 0,0803 0,0752 0,0710 0,0661 0,0617 0,0571 0,0509 0,0431 0,0401 0,0404
Х-102 3,477 3,309 3,205 3,040 2,826 2,554 2,303 2,127 1,950 1,903 1,767 1,616
К § Я5 Л с?о я! 9,79 7,65 6,76 5,67 4,47 3,45 2,63 2,18 1,71 1,60 1,30 1,01
Концент О 6 О £ 1,5630 1,1520 0,9944 0,8101 0,6195 0,4671 0,3496 0,2863 0,2227 0,2075 0,1670 0,1298
X 1,540 1,409 1,326 1,208 1,196 1,181 1,114 .1,098 1,053 1,051 1,048 1,033
Концентрация вес. % H2SO4 99,90 99,92 99,93 99,94 99,95 99,95 99,96 99,97 99,98 99,99 99,99 100,00
о £ о 3 кг H2SO4 0,0535 0,0445 0,0392 0,0300 0,0275 0,0257 0,0197 0,0153 0,0100 0,0068 0,0060 0,0000
х-10» 7,591 6,993 6,381 5,676 4,960 4,133 3,128 2,758 2,385 2,105 1,832 1,673
К вес. % H2SO4 98,60 98,81 99,00 99,19 99,35 99,52 99,69 99,74 99,79 99,83 99,87 99,88
моль Н2О кг H2SO4 0,7859 0,6659 0,5603 0,4541 0,3607 0,2675 0,1746 0,1442 0,1149 0,0946 0,0740 0,0635
Таблица 11-79. Удельная электропроводность (х, о.и 1-с.и *)
в системе SO3—Н3О [79]
Концентра- ция SOa X. при Концентра- ция SOs х, при
вес. % моль. % 0° С 15° с 25° С вес. % моль 0 0 0е с 15° С 25" С
2,72 0,62 — — 0,1424 64,68 29,18 0,0837 0,1089 0,1407
5,48 1,16 0,2043 0,2611 — 71,20 35,74 0,0494 — 0,1228
14,48 3,66 0,4398 0,5744 — 76,42 42,17 0,0618 — 0,1287
24,04 6,65 0,5188 0,6989 — 80,73 48,52 0,0312 0,0498 0,0649
28,48 8,22 — — 0,8107 85,07 56,18 0,0136 0,0236 0,0322
37,55 11,92 — — 0,6844 90,08 67,14 — — 0,0036
46,52 16,37 0,2903 0,4119 — 92,99 74,92 — — 0,0004
50,18 18,48 0,2341 0,3374 — 95,29 82,00 — — 0,0008
56,23 22,43 0,1535 0,2295 — 99,26 99,85 — — 0,0000
61,50 22,44 0,0895 0,1434 — 1
Таблица П-80. Степень электролитической диссоциации водных растворов
' серной кислоты [69]
Концентрация H2SO4 Степень диссоциации Концентрация H2SO4 Степень диссоциации
мол ь/л мол. доля МО 1Ь/л мол. доля
tz3
0,27 0,0048 0,93 5,21 0,107 <29
0,38 0,0069 0,88 6,25 0,133 0,26
0,47 0,0085 0,84 7,30 0,161 0,25
0,54 0,0099 0,64 8,34 0,191 0,21
0,93 0,017 0,51 10,42 0,261 0,12
1,61 0,030 0,59 12,52 0,345 0,05
2,38 0,045 0,34
3,30 0,069 0,30 15,64 0,553 0,66
4,15 0,084 0,29 17,07 0,689 0,40
4,50 0,092 0,30 18,50 0,958 0,04
Примечание, — степень диссоциации I-^SO^ на HgO"1" и HSO4 ; сь— степень
। о______________________
Диссоциации на и SO4 ,
9*
132
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица II-81. Коэффициент активности у серной кислоты
и активность воды а в водных растворах H2SO4 при 25° С [57]
Содержание H2SO4 лоль/1000 г НгО V а Содержание H2SO4 лоль/1000 г Н2О V а
1 0,130 9,622-10-1 20 1,932 7,929-10-2
2 0,1253 9,130-10"1 25 2,842 3,799-IO-2
3 0,1411 8,514-10-1 30 3,736 1,937-IO-2
4 0,1638 7,8-10-1 35 4,577 1,042-10"2
5 0,2062 7,035-Ю’1 40 5,28 5,90-10-’
6 0,254 6,257-10~1 45 5,88 3,53-10-’
7 0,315 5,503-10-1 50 6,33 2,23-10" 3
8 0,385 4,806-10-1 60 6,81 1,05-10-’
9 0,464 4,175-Ю-1 70 6,91 5,80-10"4
10 0,555 3,61 ЫО-1 80 6,80 3,61-10"4
11 0,656 3,113-Ю-1 90 6,57 2,47-10-4
12 0,766 2,678-10"1 100 6,30 1,79-IO’4
13 0,884 2,303-IO’1 200 3,98 3,20-10-5
14 1,010 1,980-10-1 300 2,83 1,38-10-6
15 1,143 1,701-10-1 400 2,19 7,87-10-6
16 1,286 1,462-10-1 500 1,78 5,20-IO-6
17 1,435 1,255-10-1 1000 0,92 1,50-10-6
18 1,593 1,077-IO’1 оо 0 1,56-10-’
19 1,761 9,233-10“2
Таблица П-82. Поверхностное натяжение (в дин/см)
растворов серной кислоты [43, 94]
Концентра- ция H2SO4 вес. % Температура, °C
0 10 20 30 40 50 60 70
2,65 73,60 72,69 72,02 71,13 70,07 69,01
11,87 74,75 74,10 73,48 72,58 71,52 70,45 — — .
18,33 75,30 74,44 74,39 72,75 71,90 70,90 69,95 68,89
35,13 77,19 76,68 76,34 75,45 74,48 74,05 73,15 72,25
58,05 77,80 77,44 77,25 77,08 76,76 76,49 76,03 75,55
65,27 77,41 77,34 77,29 77,13 76,99 76,89 76,74 76,31
80,45 66,60 66,40 66,32 66,00 65,92 65,79 65,67 65,50
83,23 64,18 64,09 63,89 63,70 63,54 63,48 63,37 63,19
95,02 58,26 57,97 57,76 57,53 57,43 57,36 57,28 56,89
Поверхностное натяжение (о, дин/см) растворов серной
кислоты при 18° С [43]:
Концентрация
H2SO4, вес %
8
27,8
41
60,5
85
о
73,58
76,13
77,8
76,52
67,61
6. Серная кислота и олеум
133
Таблица П-83. Показатель преломления zi5Sg
растворов серной кислоты [97]
Концен- трация Температура, °C Концен- трация Температура, °C
Нг5О4 HjSO4
вес. % 10 20 30 вес. % 10 20 30
1 1,33531 1,33407 1,33281 48 1,39631 1,38900 1,38299
2 1,33679 1,33522 1,33367 50 1,40007 1,39224 1,38473
3 1,33828 1,33638 1,33444 52 1,40283 1,39448 1,38643
4 1,33961 1,33754 1,33561 54 1,40551 1,39680 1,38837
5 1,34097 1,33873 1,33667 56 1,40818 1,39912 1,39036
6 1,34231 1,33993 1,33777 58 1,41080 1,40151 1,39252
7 1,34363 1,34114 1,33889 60 1,41334 1,40396 1,39488
8 1,34493 1,34236 1,34007 62 1,41583 1,40649 1,39745
9 1,34621 1,34360 1,34129 64 1,41822 1,40912 1,40034
10 1,34747 1,34484 1,34251 66 1,42052 1,41184 1,40352
11 1,34872 1,34608 1,34374 68 1,42271 1,41470 1,40709
12 1,34997 1,34734 1,34499 70 1,42475 1,41770 1,41109
13 1,35122 1,34859 1,34626 71 1,42572 1,41926 1,41328
14 1,35246 1,34985 1,34752 72 1,42666 1,42086 1,41556
15 ' 1,35370 1,35110 1,34880 73 1,42754 1,42250 1,41800
16 1,35495 1,35236 1,35007 74 1,42839 1,42420 1,42059
17 1,35619 1,35362 1,35133 75 1,42918 1,42595 1,42334
18 1,35744 1,35486 1,35258 76 1,42992 1,42775 1,42622
19 1,35869 1,35612 1,35383 77 1,43090 1,42980 1,42842
20 1,35994 1,35736 1,35508 78 1,43215 1,43059 1,42977
21 1,36120 1,35860 1,35630 79 1,43344 1,43218 1,43134
22 1,36246 1,35985 1,35752 80 1,43475 1,43379 1,43215
23 1,36373 1,36108 1,35873 81 1,43640 1,43478 1,43234
24 1,36500 1,36231 1,35992 82 1,43805 1,43578 1,43271
25 1,36628 1,36353 1,36108 83 1,44008 1,43623 1,43277
26 1,36757 1,36474 1,36221 84 1,44183 1,43702 1,43296
27 1,36885 1,36595 1,36335 84,5 1,44249 1,43760 1,43308
28 1,37015 1,36715 1,36445 85 1,44218 1,43745 1,43278
29 1,37145 1,36835 1,36555 86 1,44146 1,43712 1,43274
30 1,37277 1,36954 1,36661 87 1,44063 1,43666 1,43272
31 1,37408 1,37072 1,36776 88 1,43974 1,43616 1,43266
32 1,37541 1,37190 1,36867 89 1,43878 1,43555 1,43244
33 1,37674 1,37306 1,36968 90 1,43785 1,43484 1,43203
34 1,37808 1,37422 1,37066 91 1,43693 1,43400 1,43131
35 1,37943 1,37538 1,37163 92 1,43600 1,43302 1,43040
36 1,38078 1,37653 1,37258 93 1,43522 1,43190 1,42904
37 1,38214 1,37767 1,37350 94 1,43450 1,43062 1,42741
38 1,38350 1,37881 1,37442 95 1,43387 1,42915 1,42521
39 1,38487 1,37994 1,37532 96 1,43331 1,42752 1,42271
40 1,38624 1,38106 1,37618 97 1,43314 1,42564 1,41938
42 1,38900 1,38331 1,37792 98 1,43298 1,42352 1,41576
44 1,39187 1,38554 1,37961 99 1,43285 1,42124 1,41125
46 1,39454 1,38777 1,38130 100 1,43275 1,41868 1,40625
Таблица П-84. Качество кислоты серной технической (ГОСТ 2184—67)
Показатель Контактная Олеум Башенная марок Регенериро- ванная
улучшенная марок техническая марок улучшенный марок тех- ниче- ский
А Б А Б А Б А г>
Содержание, % в п р е д е л а х нем е н е е. И е менее
H.,SO4 свободного серного ангидрида 92,5—9 4 92 ,5 — — — 7 5 91
(SO3) Содержание примесей, %, не более — — — — 24 20 18,5 — — —
железо (Fe) 0,007 0,015 0,02 — 0,0075 0,01 — 0,02 0,2
остаток после прокаливания . . . 0,02 0,03 0,05 — 0,02 0,03 — 0,1 0,2
окислы азота (N2O3) 0,0001 0,0001 — — 0,0005 0,0005 — 0,03 — 0,01
мышьяк (As) 0,0001 0,0001 — — 0,0001 0,0001 — — -- —
хлористые соединения (С1) . . . 0,0005 0,001 — — — — — — —
свинец (РЬ) 0,01 0,01 — — — — — — — —
медь (Си) 0,0005 0,0005 — — — — — — — ---
селен (Se) 0,0001 0,0001 — — — — — — — —
Прозрачность Прозрачная без разбав- ления 270 мм — — — — — — —
Цвет, мл эталонного раствора . . . 1 2 От бесцвет- ного до светло-ко- ричневого
Примечания: 1. Для производства высокопрочного корда предназначена улучшенная серная кислота марки Л; для производ-
ства вискозного шелка, штапеля, сульфата аммония высшего и 1-го сортов, очистки коксового газа и синтеза органических красителей и по-
лупродуктов предназначается улучшенная серная кислота марки Б. Для производства сульфата аммония 2-го сорта предназначается кон-
тактная техническая кислота н башенная марки А. Контактная техническая кислота н башенная марки Б поставляются потребителям по
согласованию.
2. Улучшенный олеум представляет собой маслянистую жидкость с опалесценцией н без механических примесей; предназначен для
производства капролактама и чистого бензола, для синтеза органических красителей н полупродуктов.
3. В регенерированной серной кислоте содержание ннтросоедииений должно быть не более 0,2%.
4. В период с 1 ноября по 15 апреля предприятия-поставщики (кроме предприятий, снабжающих южную Украину, Крым, Молда-
вию, Кавказ, республики Средней Азии и юг Казахстана) должны отгружать башенную серную кислоту, содержащую 74,5 — 75,5% Н2ЗО4,
контактную техническую кислоту, содержащую не более 72% H2SO4.
5. В период с 15 апреля по 1 ноября контактную техническую серную кислоту, производимую способом мокрого катализа, разрешается
отгружать с содержанием не менее 90% H2SO4.
7. СЕЛЕ», ТЕЛЛУР, МЫШЬЯК И ИХ СОЕДИНЕНИЯ
Таблицу П-85. Свойства селена и его соединений [158]
Свойства Металлический селей Селен SeO2 112SeOa H2SeO4
аморфный
гексагональ- ная форма моноклинная форма кристаллические
Молекулярный вес 78,96 78,96 78,96 110,96 128,97 144,97
Плотность при 15° С, г/см* Температура, °C 4,80 4,46 4,30 3,954 3,004 2,950
плавления 217 144 (разл.) 150—250 340 Разл. 58 62,4
кипения 684,8 684,8 684,8 337 (возгон) Разл. 58 260 (разл.)
Теплота, ккал!моль
плавления 1,56 — — — — 3,45
испарения при т. кип. * 7,0 7,0 7,0 — — —
Стандартные (25° С) значения термодинамических
величин
теплоемкость, кал/(г-атом-град) 6,17 ** — — — — —
теплота образования, ккал!моль (ккал/г-атом) 0 — — —53,9 — 125,42 — 127,3
энтропия, кал/(г-атом град) 10,07 — — — — —
Стандартные (при 25° С) значения термодинамиче-
ских величин для соединений в 1 М растворе
теплота образования, ккал/моль изменение свободной энергии при образова- — — — — — 122,39 — 145,3
нии, ккал/моль — — — — — 101,8 — 105,42
энтропия, кал/(моль • град) — — — — 45,7 5,7
* Равновесная смесь со средним содержанием атомов в молекуле, равным 3,57.
♦♦ При 273—490° К значение Ср = 4,53 + 5,50- 10-3Г.
Таблица П-86. Свойства мышьяка, теллура и их окислов [158]
^ля самородного ромбического теллурита.
1редположили, что насыщенные пары теллура состоят из двухатомных молекул Те
7. Селен, теллур, мышьяк
137
Таблица 11-87, Стандартные (25е С) термодинамические величины
для селена* и газообразного селенистого водорода [158]
Свойства Se Se, H2Se**
Теплота образования, ккал/моль .... 54,412 33,136 8
Свободная энергия образования (изобар- ный потенциал), ккал!моль 44,829 21,186 4,71
Энтропия, кал/(моль-град) Теплоемкость, кал!(моль • град) 42,212 60,22 52,3
4,976 8,46 8,28
* Согласно исследованиям В. В. Илларионова и Л. М. Лапиной [Д. АН СССР, 114
№ 5, 171 (1957)], в газообразном селене помимо молекул Se и Se2 могут присутствовать также
молекулы Se, и Se8.
** Т. пл. H2Se равна —64° С; т. кип. —42° С; плотность при —42° С составляет
2,12 г!см3 (жидкость) и 3,66431 г/л при нормальных условиях (газ).
Таблица 11-88. Теплоемкость [в кал/(моль-град)}
мышьяка, теллура и их окислов [158]
t, °C As4 As4O, a-Te TeO2
100 24,2 53,01 6,25 16,41
150 24,6 57,87 6,32 16,76
200 25,1 62,73 6,40 17,10
250 25,6 67,59 6,47 17,44
300 26,0 (72,45) 6,55 17,79
400 27,0 — — 18,47
600 28,9 — — 19,85
Т а б л и ц а П-89. Стандартные (25° С) термодинамические величины
для теллура, теллуристого и мышьяковистого водорода
в газообразном состоянии [158]
1 Величины Те Те2 Тен; AsH3
Теплота образования, ккал!моль .... Свободная энергия, образования (изобар- 45,821 40,061 23,83 15,87
ный потенциал), ккал!моль 36,336 28,013 20,353 16,47
Энтропия, кал/(моль-град) 43,642 44,07 54,69 53,29
Теплоемкость, кал/(моль • град) 4,968 8,74 8,50 9,22
* Т. пл. ТеН2 равна —48,9; т. кип. —2,2° С.
** Т. пл. AsH» —113,5; т. кип. —62,4° С (разл.).
138
ll. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Т а б л и ц а П-90. Растворимость в воде (в а/100 г Н2О)
окислов и водородных соединений мышьяка, селена и теллура [140]
Вещество Температура, °C
0 15 20 25 30 40 50 80
As4O6 1,21 1,66 1,84 2,05 2,31 2,94 3,56 6,14
As2O5 59,5 63,9 65,8 68,3 70,7 71,2 72,1 75,1
AsH3 0,15 0,09 0,08 0,07 Разл. Разл. Разл. Разл.
SeO2 65,9 (70,5) (72,0) (71,5) 69,92 73,30 75,99 83,40
SeH2 — 0,79 0,74 0,69 — — —
TeO2 — —7-10~4 — — — —
TeH2 — — —0,6 - — — — —
Таблица II-91. Давление (в мм рт. ст.) паров As4O6
и SeO2 над окислами мышьяка и селена [73, 138, 167]
О кислы Температура, °C
100 150 200 250 30Q 350 400 450 500
As4Oe октаэдриче- ский (куб.) 0,00027 0,025 0,56 10,2 95 140 295 561 883° (490° С)
моноклинный — — 0,15 6,4 44,3 — — —. —
SeO2 20,9 30,5 41,8 94 463 849 (320° С) — — —
Т а б л и ц а П-92. Растворимость As2O3 в растворах серной кислоты [56, 123]
с °C Концентрация H2SO4, вес. % Раство- римость Л s 2 О з вес. % 1, °C Концентрация H2SO4, вес. % Раство- римость As2O3 вес. %
в начале опыта в конце опыта в начале опыта в конце опыта
25 ] 1,55 97,6 75,3 74,2 1,53
60 9,2 | 9,2 3,26 10 — 74,3 0,21
98—99 7,27 97,1 75,1 1,91.
96,5 9,5 । 31,0 29,4 30,8 3,19 0,46 79,5 62,4 39,5 76,5 76,5 76,4 1,45 0,99 0,61
25 0,54 12 76,6 0,28
60 98—99 | 38,1 | 38,1 1,19 2,62 97,2 80,4 79,8 76,4 76,5 1,85 1,42
94 । 48,7 47,8 1,58 59 76,8 0,87
12,1 48,9 0,26 12 77,1 0,26
25 0,25 94,7 87,2 86,5 0,42
60 | 52,0 j 52 0,78 7,5 86,4 0,053
98—99 95,1 80 60 68,4 67,3 67,2 1,48 1 0,69 0,45 98 7,5 95,5 94,5 98,9 94,8 94,4 97,4 0,48 0,1 0,8
40 — —. 0,34
10 — 67,5 0,19 j
8. Соединения ванадия
139
Таблица 11-93. Давление паров As2O3 и SeO2 (в .и.и рт. ст.)
над их растворами в серной кислоте
Раствор Температура, °C
60 75 100 150 200 250
1 % As2O3 в 95%-ной H2SO4 6,3-10-8 1,8-Ю7 8-Ю-7 1,1 -10"5 7,9-IO"5 3,4-Ю"4
1% SeO2 в 96%-ной H2SO4 — — — 3,2-10“4 1,0 -10-2 0,1
0,1% SeO2 в 96%-ной H2SO4 — — — 4,0-10~5 1,25-Ю"3 0,02
При растворении AsaO3 в 96—98%-ной Нг5О4 образуется соединение As2O3-SO3
с примесью As2O3-2SO3. При растворении в концентрированной Нг5О4 на поверх-
ности ЗеОг образуется слой гидрогеля, поэтому скорость растворения резко замед-
ляется. Так, в 1 л 93%-ной Нг5О4 при комнатной температуре растворялось: через
1 ч 9,38, через 2 суток 13,08, через 8 суток 22,58 и через 15 суток 26,36 г БеОг, при-
чем насыщение не достигалось. С повышением температуры растворимость БеОг
в растворах H2SO4 повышается. При 200,1° С в 97,74%-ной кислоте растворяется
20% ЗеОг; при 200,4° С^в 98,1%-ной Нг5О4 растворяется 27,3% БеОг.
При охлаждении горячих растворов SeCh в концентрированной серной кислоте
SeO кристаллизуется почти в неизменном виде. Если медленно нагревать раствор
5еОг в концентрированной H2SO4 до кипения, образуется SeSO3 и FhSe; при осты-
вании раствора выпадает коричнево-красный, нерастворимый в CS2 металлический
селен.
Металлический селен нерастворим в разбавленной Нг5О4; в концентрированной
НгЗО4 и олеуме, особенно при повышенных температурах (начиная от 40—100° С),
растворение идет быстро с образованием SeO2, SO2 и SeSO3. Двуокись селена, раство-
ренная в серной кислоте, восстанавливается двуокисью серы до металлического
селена; восстановление идет полнее с понижением концентрации кислоты и повы-
шением температуры.
Почти все соединения селена, теллура и мышьяка, особенно низшей валент-
ности (As2O3, ТеОг и БеОг), очень ядовиты и вызывают тяжелые отравления как
при вдыхании паров или пыли, так и при попадании в организм через пищевой тракт.
По санитарным нормам проектирования промышленных предприятий (НСП 101—51)
предельно допустимые концентрации As2O3, AS2O5, AsH3, SeCh (или их производ-
ных, в пересчете iia указанные соединения) составляют 0,3 лгЛи3, а для БеНг и ТеОг —
0,1 мг!м3. Смертельная доза при отравлении соединениями мышьяка 0,06—0,2 г As,
а соединениями селена 0,1—0,5 г Se. При отравлении соединениями теллура харак-
терно ощущение чесночного запаха, иногда на протяжении нескольких месяцев
после попадания теллура в организм.
8. СОЕДИНЕНИЯ ВАНАДИЯ
Почти все соединения ванадия очень ядовиты и оказывают отравляющее дей-
ствие как при вдыхании паров, так и при попадании в организм через пищевой
Тракт. В последнем случае отравляющее действие более сильно, чем действие соеди-
нений мышьяка.
Предельно допустимая концентрация соединений ванадия в воздухе 0,4 мг!м?
9 пересчете на V2O5. При попадании УгО5 в организм через пищевой тракт смертель-
ная доза равна 0,05—0,20 г.
Таблица II-94. Свойства некоторых соединений ванадия
Теплота испарения при 127,2° С равна 8,79 ккал/моль.
9. Окислы азота
141
Таблица 11-95. Растворимость пятиокиси ванадия (в вес. %)
в растворах серной кислоты [107]
Концентра- ция H2SO4 вес. % Температура °C Концентра- ция H.,SO4 вес. % Т емпература °C Концентра- ция H2SO4 вес. % Температура °C
25 100 25 100 25 100
0 0,07 0,07 47,8 2,04 1,87 88,04 15,03 2,71
8,07 1,87 1,69 II 64,2 2,62 3,69 91,7 2,73 1,32
15,2 2,62 2,02 j 73,0 3,99 6,68 ? 98,5 1,49 0,7
31,2 2,00 2’55 । 84,1 10,81 4,27 ,1 !1
9. ОКИСЛЫ АЗОТА
Почти все окислы азота очень ядовиты и при вдыхании вызывают удушье, отек
легких, а при продолжительном действии — смерть. По санитарным нормам проек-
тирования промышленных предприятий (НСП 101—54) предельно допустимая
концентрация окислов азота NO, NaO3, NO2, N2O4 и NaO5 (HNO3) в воздухе 5 мг/м?
в пересчете на N2O5.
Концентрация NO2 и N2O4 около 120 мг/м3 вызывает раздражение верхних дыха-
тельных путей, концентрация порядка 300 мг/м3 опасна. Концентрация NO по-
рядка 300—600 мг/м3 смертельна.
Окислы азота (особенно NO2, N2O4, N2O3 и МгО5) оказывают заметное раздра-
жающее действие на кожные покровы.
Закись азота в невысоких концентрациях относительно мало ядовита, но в боль-
ших концентрациях (80% N2O) вызывает наркотическое и удушающее действие.
Средняя теплоемкость NO при постоянном давлении и различной температуре:
/, °C СР ккал/(м3-град) t, °C СР ккал/(м3-град)
0 0,3994 700 0,3362
100 0,3187 800 0,3396
200 0,3197 900 0,3428
300 0,3221 1000 0,3456
400 0,3253 1100 0,3486
500 0,3289
600 0,3326
Растворимость закиси азота N2O в воде (в мл/л НгО) при парциальном давлении
газа 1 атм [21, 54, 84]:
, °с Растворимость /, °C Растворимость t, °C Растворимость
0 1270 20 675 30 530
5 1067 22 638 32 513
10 910,1 24 617 34 478
15 778,4 26 587 36 449
18 703 28 561
Таблица П-96. Свойства окислов азота [102, 158]
Свойства n2o NO n2o3 no2 n2o4 n2os
Молекулярный вес 44,0128 30,0061 76,0116 46,0055 92,0110 108,0104
Плотность при нормальных усло- виях, г/л 1,968 1,340 1,449 г/см? (жидк) no2 -> N2O4 1,4933 г/см* (жидк) Около 1,6 г/см* (тв)
Температура, °C
плавления —90,86 — 163,65 — 111 » » — 11,2 * Около 30
кипения при 1 атм —88,48 — 151,65 2 (разл) ** 21,15 (частично в виде N2O4) 21,15 (частично в виде NO2) 33 (субл) 41 (разл)
Критические константы
температура, °C 36,5 92,9 — 158,2 —
давление, атм 71,65 64,8 — 100
плотность, г/см? 0,41 — — — — -
Теплота, ккал!моль
плавления при т. пл 1,56 0,55 — no2 -> N2O4 3,502
испарения » » » Изменение энтропии, кал/(моль-град) 3,97 3,3 9,4 — 8,87 (частично N2O4 NO2) 12,9 (субл. 31° С)
при плавлении 8,56 5,02 — no2 N2O4 13,37 —
»испарении - 21,8 31,05 34 — 33,86 (частично N2O4 NO2) 42,2 (субл)
Коэффициенты в уравнении зави- симости теплоемкости Ср [в кал/(моль • град)] от температуры, °К:
Ср — А + ВТ +
А 10,92 7,07 1 — 10,26 20,05 —
В-103 2,06 0,92 — 2,04 9,5
С-10-6 —2,04 —0,14 — — 1,61 —3,56 -
интервал температур, °К ... 273—1500 273—1500 — — — -
Стандартные (25° С) термодинамиче- ские величины
теплоемкость, кал/(моль-град) 9,23 7,14 15,6 8,96 18,8 22,7
теплота образования, ккал/моль
в газообразном состоянии 19,6 21,57 19,9 8 2,3 2,8
» жидком состоянии . . . . 15,6 18,2 — — —6,6
» состоянии раствора . . . 14,1 —. —7,6 — — 11,5 -28,6
свободная энергия (изобарный по- тенциал), ккал/моль 24,88 20,693 33,579 12,32 23,522 27,63
энтропия, кал/(моль -град) . . . 52,55 50,33 73,4 57,4 72,6 85,0
* Равновесная смесь из 16,7% NO2 и 83,3% N2O4 при Р = 0,185 атм.
»• Уже при —40° С и Р = 1 атм в состав кипящей смеси входят NO и
N2O4.
144
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица П-97. Растворимость (в объем газа/объем H3SO4)
закиси азота N20 в растворах серной кислоты [54, 96, 101, 102]
Концентрация H2SO4, вес. % Растворимость Концентрация H2SO4, вес. % Растворимость при 18—20° С
при 15° С при 25° С
2,4 734 566 34 330
4,8 699 543 35,8 417 (25° С)
9,2 645 509 44,0 436 (25° С)
10,4 — 483 55 416
13,5 602 482 78 391
17,5 562 463 87 660
96 757
Таблица П-98. Растворимость (в мл/л H2SO4) окиси азота NO
в растворах серной кислоты [103, 163]
Концен- трация H2SO4 вес. % Раство- римость при 0° С Концен- трация H2SO4 вес. % Растворимость при Концен- трация H2SO4 вес. % Растворимость при
0° С [74,103] 18° С [163] 0° С [74, 103] 18° С [163]
10 68 50 37 12,0 85 34 (14,8)
20 58 60 33 11,8 90 41 19,3
30 53 70 30 11,3 95 71 (21,7)
40 48 80 33 Н,7 98 (Ю2) 22,7
При растворении N2O3 и NO2 4~ NO в серной кислоте образуется нитрозил-
серная кислота:
NO2 4- NO 4- 2H2SO4 -> 2NOHSO4 + Н2О.
В чистом виде нитрозилсерная кислота — кристаллическое вещество, плавя-
щееся с разложением при 73,5Q С. Раствор ее в серной кислоте называют нитрозой.
В промышленности под нитрозами понимают вообще растворы окислов азота
(NO2 4~ NO, N2O3) в серной кислоте, хотя не всегда можно допустить, что эти
окислы присутствуют в растворе только в форме нитрозилсерной кислоты. О свой-
стве нитроз см. стр. ООО.
10. АЗОТНАЯ КИСЛОТА, МЕЛАНЖ
Основные константы:
Молекулярный вес ..................... 63,0129
Плотность при 20° С, г/см3 ............... 1,5129
Температура, °C
плавления ............................ —41,6
кипения ...............................86 (разл.)
Теплота, ккал/моль
плавления при т. пл................... 2,503
испарения при 25° С и 1 атм .... 9,355
10. .Азотная кислота, меланж
145
се
ккал/моль
4,184
6,954
Температура и теплота плавления Лпл важнейших кристаллогидратов азотной
кислоты:
% нхо, т. пл ,
*HNO3-H2O ........... 77,77 —37,63
*HNO3-3H2O........... 53,83 —18,47
Стандартные (25° С) теплота и свободная энергия AG0
образования *;
1/2На г + 1/2N2 г + 3/2О2 г = HNO3 ж + 41,404 ккал
AG0 = —19,100 ккал
*1/2Нг г + l/2Na г + 3/2О2 г = HNO3 г + 31,99 ккал
AG0 = —17,59 ккал
(изобарный потенциал)
1/2Н2 г + 1/2N2 г + 3/2О2 г = HNO3 раств + 49,372 ккал
AG0 = —26,41 ккал
*2NO г + 3/2О2 г + Н2О ж = 2HNO3 раств 4~ 74,048 ккал
*3NO2 г + Н2О г = NO г + 2HNO3 г 4- 9,184 ккал
*N2O4 раств + 1/2Оаг 4- Н2О ж = 2HNO3 раств 4- 18,309 ккал (18° С)
3/2Н2г+ 1/2 N2 г+ 2Ог г= НМО3-Н2Ож4- 112,960 ккал
AG0 — —78,410 ккал
3 1/2Н2 г + l/2Nar + ЗО2 г = HNO3-3H2O ж 4- 252,203 ккал
AG0 = —193,701 ккал
Стандартные (25° С) значения энтропии [S0, кал/(моль- град)] и теплоемкости
[Ср, кал/(моль - град)] для азотной кислоты и ее гидратов:
Ср
HNO3 ж .................. 37,19 26,26
HNO3 г................... 63,62 25,8
™О3-Н2Ож................. 51,83 43,60
ЖО3-ЗН2Ож ............... 82,92 77,71
Теплота' разбавления азотной кислоты и ее гидратов в бесконечно большом
количестве воды (в ккал/моль):
* HNO3.............7,971
* HNO3-H2O ........4,732
* HNO3-3H2O.........2,123
Стандартные (25° С) тепловой эффект и изменение свободной энергии (изобарный
потенциал) при образовании иона (NO3)~ в водном растворе соответственно —49,372
®—26,41 ккал/г-ион, стандартное значение энтропии для иона (NO3)" в растворе
35,0 кал/(г-ион- град).
/ у * Термодинамические данные, отмеченные звездочкой, взяты в работе [50],
остальные в работе [129]. Между ними возможно некоторое расхождение.
4 Ю СППОСЛ,.„..„ —-------------------------------------------------------
146
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Коэффициент активности (у) растворов азотной кислоты:
Концентрация НХО
1000 г Н2О
0,01
0,1
1,0
0,902
0,785
0,720
Азотная кислота, особенно высококонцентрированная, при попадании на кожу
вызывает тяжелые ожоги, разбавленные растворы могут быть причиной экземы.
Пары азотной кислоты вызывают раздражение слизистых оболочек уже при содер-
жании в воздухе 30 лг/л3; пары концентрацией 500—700 мг/м3 опасны для жизни,
причем токсичны не столько пары HNO3, сколько образующиеся при их разложении
окислы азота.
По санитарным нормам проектирования промышленных предприятий
(СНиП 101—51) предельно допустимая концентрация паров HNO3 в воздухе не
должна превышать 5 мг/м3 в пересчете на N2O5.
Таблица П-99. Плотность (в г/см3) водных растворов
азотной кислоты [72]
Кон цен - трация HNO3, вес. % Плотность при Концен- трация HNO3, вес. % Плотность при
15° С 20° С 25° С 15° С 20° С 25° С
5 1,0270 1,0256 1,0241 54 1,3397 1,3336 1,3275
10 1,0561 1,0543 1,0523 55 1,3455 1,3393 1,3331
15 1,0865 1,0842 1,0818 56 1,3512 1,3449 1,3386
20 1,1178 1,1150 1,1123 57 1,3569 1,3505 1,3441
25 1,1503 1,1469 1,1438 58 1,3625 1,3560 1,3495
30 1,1838 1,1800 1,1763 59 1,3680 1,3614 1,3548
35 1,2183 1,2140 1,2098 60 1,3734 1,3667 1,3600
40 1,2511 1,2463 1,2417 61 1,3787 1,3719 1,3651
41 1,2576 1,2527 1,2480 62 1,3838 1,3769 1,3700
42 1,2641 1,2591 1,2543 63 1,3888 1,3818 1,3748
43 1,2706 1,2655 1,2606 64 1,3936 1,3866 1,3795
44 1,2771 1,2719 1,2669 65 1,3984 1,3913 1,3841
45 1,2836 1,2783 1,2732 66 1,4031 1,3959 1,3887
46 1,2901 1,2847 1,2795 67 1,4077 1,4004 1,3932
47 1,2966 1,2911 1,2858 70 1,4210 1,4134 1,4061
48 1,3031 1,2975 1,2921 75 1,4415 1,4337 1,4259
49 1,3096 1,3040 1,2984 80 1,4601 1,4521 1,4439
50 1,3157 1,3100 1,3043 85 1,4769 1,4686 1,4603
51 1,3218 1,3160 1,3102 90 1,4911 1,4826 1,4741
52 1,3278 1,3219 1,3160 95 1,5019 1,4932 1,4846
53 1,3338 1,3278 1,3218 100 1,5217 1,5129 1,5040
Температура кипения водных растворов азотной
кислоты при 1 атм [32]:
Концентрация
HNO3. вес. %
20
30
40
50
Т. кип., °C
103,56
108,08
112,58
116,84
Концентрация
НХ'О3, вес. %
60
70
80
90
Т. кип., °C
120,06
121,60
115,45
102,03
с cOXHtf 11 22 30 42 57 77 133 215 320 460 625 820
O“Hrf 1 1,3 2,4 7 10 16 24 35
< Q t- 'J — i- ।
LC СЧ ТЧ Г? — C4) *
Таблица 11-100. Парциальные давления (в мм рт. ст.) паров азотной кислоты pHNO и В°ДЫ Р\ над водными растворами азотной кислоты [72] Концентрация HNO3 в растворе, вес. % OrHj c 1,7 2,4 3,2 4 7 12 20 31 48 73 108 155 219
2 4 6 8 10,5 14 24,5 i 41 67 106 158 230 330 465 640
о OzHd 1,1 2,2 1 3,0 4.1 5,5 7,4 12,8 21,8 35,3, 56 I 86 130 192 270 393
‘ONHcf 0,79 1,58 2,18 ! 3,00 4,10 5,50' I 9,65, 16,5 27,1 43,3 67,5 103 152 221 312
S o'Hd 1,3 2,6 3,5 4,9 6,6 8,8 15,5, 26,0' 43,0 68 106 160 238 345 490
sONHrf 0,41 0,86 1,21 1,68 2,32 3,17 1 5,70 10,0 16,8 27,5' 43,5 67,5' 103 152 218
о Огн</ 1,5 3,0 4,1 5,6 7,7 10,3 18,1 31,0 51 81 126 192 285 417 590
0,19 0,41 0,59 0,84 ,.21 1,66 3,10 5,68 9,9 16,8 27,5 43,7 69,5 103 156
10 o’Hd 1,8 3,5 4,9 6.7 9,1 12,2 21,3 36,3 60 95 148 223 331 485 685
cONHtf 0,21 0,31 0,45 0,66 0,93 1,82 3,41 6,15 10,7 18,0 29,4 47 73 110
3 O5Hrf 2,1 4.2 5,8 1 7,9 I 10,7 14,4 25,0 42,5 70 110 170 258 383 560 785
8OMHd 0,12 0,18 0,27 1 0,39 0,56 1,13 2,18 4,05 7,25 12,5 20,9 34,2 54,5 84
10 O’Htf i I 2,6 5,0 6,9 9,4 12,7 16,9 29,3 49,5 80 126 195 292 430 625
cONHtf — 0,10 0,15 0,23 0,33 0,68 1,35 [ 2,54 4,65 8,15 13,7 23,0 37,0
О OJHd 3,0 5,8 8,0 10,8 14,6 19,5 33,5 56 90 1 143 218 325 480 688
'(W 0,12 0,17 0,36 0,75 1,48 2,80 5,10 9.0 15,5 25,7
§? O’Htf 3,6 7,1 9,7 13,2 17,8 23,8 41 69 113 174 267 393 580
BONHd ! — 0,11 0,25 0,51 1,00 1,87 3,38’ 6,05
8 ОгН<7 1 4,1 8,0 10,9 15,2 20,6 27,6 47,5 80 128 200 307 458 675
cONHtf 0,13 0,27 0,53 1,01 ,1,87'
'*“ o’ 0 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 । 110 120
10*
148
//. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица 11-101. Теплоемкость [ср, ккал/(моль-град)]
водных растворов азотной кислоты [88]
Концентра- ция HNO3, вес. % Ср при Концентра- ция HNO,, вес. % СР при
0° С 20° С 40° С 60° с 0° с 20° С 40° С 60° с
5 0,941 0,940 0,940 0,943 55 0,648 0,661 0,675 0,692
10 0,885 0,886 0,892 0,900 60 0,628 0,641 0,654 0,669
15 0,838 0,842 0,851 0,863 65 0,605 0,618 0,630 0,642
20 0,799 0,806 0,815 0,830 70 0,582 0,593 0,603 0,613
25 0,765 0,779 0,786 0,805 75 0,557 0,566 0,575 0,582
30 0,737 0,757 0,764 0,785 80 0,534 0,541 0,546 0,552
35 0,713 0,737 0,744 0,767 85 0,515 0,519 0,521 0,526
40 0,695 0,717 0,726 0,750 90 0,490 0,491 0,493 0,496
45 0,681 0,699 0,709 0,733 95 0,456 0,458 0,462 0,463
50 0,666 0,681 0,693 0,714 100 0,418 0,419 0,425 0,427
Примечание. В работе [88] указано, что 90%-ная HNO3 была загрязнена 0,03—
0,9% HNO2.
Таблица П-102. Удельная теплоемкость [с, ккал/(кг-град)]
азотной кислоты [50]
Азотная кислота и ее гидраты Концентра- ция HNO3, % с при
0° с 20° С 25° С
HNO3 100 0,42 0,417 0,417
HNO3 • Н2О 77,77 0,536 0,538 0,539
HNO3-3H2O 53,83 0,651 0,662 0,664
Теплота растворения (в ккал!моль HNO3) безводной азотной кислоты в воде [161 ]:
Количество воды моль/моль HNO3 Теплота растворения Количество воды моль!моль HNO3 Теплота растворения
0,5 2,005 10 7,318
1,0 3,285 20 7,458
1,5 4,16 40 7,436
3,0 5,71 100 7,439
5,0 6,665 320 7,493
10. Азотная кислота, меланж
149
Таблица 11-103. Температура кристаллизации /кр
растворов азотной кислоты в олеуме и концентрированной серной кислоте [68]
Состав раствора, вес. % ^кр’ С Состав раствора, вес. % 'кр. °с
SO, n2o, Н2О SO, N2Oj н2о
87,59 0,86 11,55 24,6 82,69 2,57 14,74 —6,9
87,75 0,86 11,39 25,3 84,08 2,57 13,35 —16,7
87,18 1,03 11,79 20,3 86,12 2,57 11,31 9,8
79,18 1,71 19,11 —7,5 77,96 3,43 18,61 — 15,9
81,06 1,71 17,23 6,1 80,0 3,43 16,57 1,7
82,94 1,71 15,35 —5,2 84,98 3,43 11,59 —8,8
84,0 1,71 14,29 — 15,2 84,0 3,6 12,4 —21,8
86,37 1,71 11,92 12,8 84,57 4,2 11,23 -9,1
86,86 1,71 11,43 18,6 84,41 4,29 11,3 — 12,5
85,31 1,8 12,89 —5,7 83,35 5,14 11,51 —24,8
86,69 1,8 11,51 18,9 81,96 6,69 11,35 —22,3
86.69 1,89 11,42 18,6 79,92 8,48 11,6 —21,1
83,35 2,4 14,25 —11,1 78,86 9,34 11,8 —14,0
85,31 2,49 12,20 —3,1 78,12 10,2 11,68 —12,8
Т а б л и ц а 11-104. Интегральные теплоты смешения (в ккал)
азотной кислоты с серным ангидридом и серной кислотой [34, 55]
Смешиваемые компоненты Концентрация HNOg в полученном рас- творе, мол. % Теплота смешения Смешиваемые компоненты Концентрации HNO» в полученном рас- творе, мол. % Теплота смешения
S03+0,042 HNO3 4,10 3,04 H2SO4+0,14 HNO3 12,3 1,П
SO3+0,118 HNO3 10,55 4,43 H2SO4+0,222 HNO3 18,2 1,46
SO3+0,23 HNQ3 18,65 5,8 H2SO4+0,46 HNO3 31,5 1,835
SO8+0,313 HNO3 23,9 6,9 H2SO4+0,596 HNO3 37,4 2,01
SO3+0,433 HNO3 30,2 8,2 H2SO4+HNO3 50,0 2,4
SO34-0,695 HNO3 41,0 9,655 H2SO4+1,23 HNO3 55,2 2,62
SO3+0,885 HNO3 47,0 9,95 H2SO4+1,54 HNO3 60,8 2,84
SO3+HNO3 50,0 Ю,1 H2SO4+2,52 HNO3 71,5 3,44
SO3+2,9 HNO3 74,5 11,5 H2SO4+4,5 HNO3 82,0 4,43
SO3+5,08 HNO3 82,5 11,7 H2SO4+10 HNO3 91,0 5,8
SO3+9,6 HNO, 90,5 12,05 H2SO4+22,2 HNO3 95,5 2,25
so8.hno3+hno3 66,7 0,84 h2so4-hno3+hno3 66,7 0,76
SO3-2HNO3+HNO3 75,0 0,6 H2SO4-2HNO3+HNO3 75,0 0,64
SO,-3HNO3+HNO3 80,0 0,31 H2SO4-3HNO3+HNO3 80,0 0,44
S0j-4HNO3+HNO3 H«S04+0,0318 hno3 83,3 0,15 HNO3- SO34-SO3 33,3 7,0
3,1 0,3 HNO3-2SO3+SO3 25,0 4,7
H»SO4-H,0492 HNOa 4,7 0,435 HNO3-3SO34-SO3 20,0 3,2
g«S04+o,066 HNO3 H»SO4+0,099 HNO3 6,2 9,03 0,468 0,91 HNO3 -4SOa+SO3 16,7 2,8
150
II. Исходные, промежуточные, конечные вещества
Таблица 11-105. Качество концентрированной азотной кислоты
(ГОСТ 701—68)
Содержание, % Высший сорт 1-11 сорт 2-й сорт
Азотная кислота, не менее 98,5 98,0 97,0
Серная кислота, не'более 0,05 0,08 0,12
Окислы азота (N2O4), не более .... 0,3 0,3 0,4
Прокаленный остаток, не более .... 0,015 0,02 0,04
Примечание. В азотной кислоте, получаемой прямым синтезом, содержание
серной кислоты ие определяют.
Установлены также МРТУ 6-03-159 63 на кислоту азотную неконцентрироваиную
(1-го, 2-го и 3-го сортов): содержание HNO3 (не менее) соответственно 55 — 57, 47 — 49 н 45 —
46,9% при содержании окислов азота в пересчете на N2O4 не более 0,2% и прокаленного
остатка не более 0,05% для 1-го сорта и 0,1% для 2-го и 3-го сортов; СТУ 43-279 — 65 на кис-
лоту азотную специальную концентрацией 70 — 75% HNO3; ГОСТ 4461—67 на кислоту азот-
ную реактивную; ГОСТ 1 1125 — 65 на кислоту азотную особой чистоты.
Качество кислотного меланжа (ГОСТ 1500 — 57):
Состав
азотной кислоты (HNO3)...................................89,0
серной кислоты (H2SO4) ..............................7,5
окислов азота (в пересчете на N2O4, не более..............0,3
прокаленного остатка, не более .......................0,1
ЛИТЕРАТУРА
1. A b е 1 Е., J. Phys. Chem., 50 (3), 260 (1946).
2. A b е 1 Е., Proc. Intern. Congr. Pure and Applied Chemistry, 11-th Congr., Lon-
don, 1947, p. 309.
3. АмелинА. Г., Бородастова 3. Б., Ж- прикл. хим., 22, № 9928 (1949).
4. Amer. Епс. Chem. techn., 13, 360 (1954).
5. A n d е г s о п С. Т., J. Am. Chem. Soc., 53, 476 (1931).
6. А п d е г s о п С. Т., J. Am. Chem. Soc., 59, 486 (1937).
7. A w b а г v J. Н., Griffiths., Рг. phys. Soc., 48, 372 (1936).
8. Баранова А. И., Ж- прикл. хим., 31 (2), 167 (1958).
9. В а с о п R. F., Fanelli., J. Am. Chem. Soc., 65, 639 (1943).
10. В а г г о w G. М., Pitzer К. S., Ind. Eng. Chem., 41, 2737 (1949).
И. Beckmann Е. Z., J. Phys. Chem., 53, 120 (1905).
12. Berthoud A., Helv. Chim. Acta, 5, 513 (1922). J. Chim. Phys., 20, 77(1923).
13. В e u s c h 1 e i n W. L., Simonson L. D., J. Am. Chem. Soc.,
62, 610 (1940).
14. Бирон E., Ж- P. Ф. X. O., 31, 171 (1899).
15. В о d e n s t e i n, Katayama, Z. Elektroehem., 15, 244 (1909).
16. Б о p и с о в M. В., Труды ГИТХС, вып. 6, 287 (1960).
17. В r a n d J., Rutherford A., J. Chem. Soc., 3916 (1952).
18. Bra une H., Peter S., N e v e 1 i n g V. Z., Naturforsch AG, 32 (1951).
19. В r i g h t N. F. H., Hutchison H., Smith D., J. Soc. Chem. Ind.,
65, 385 (1946).
20. В г б n s t e d I., Z. phys. Chem., 55, 371 (1906).
21. Bunsen R., Gasometrische Methoden, Braunschweig, 1857.
Литература
151
22. В и г t В. С., J. Chem. Soc., 85, 1339 (1904).
23. С a m pb е 1 1 A., Smith N., Trans. Farad. Soc., 33, 545 (1937).
24. C a m p b e 1 1 A. N., Kartzmark E. M., В i s s e t D., В e d n a s M. E.,
Can. J. Chem., 31, 303 (1953).
25. Cardoso E., Gazz. chim. ital., 51, № 1, 153 (1921).
26. Cardoso E., Fiorentino U., J. Chim. phys., 23, 841 (1926).
27. C a r s о п C. AL,‘J. Am. Chem. Soc., 29, 499 (1907).
28. C h i p m a n J., Ta Li., Trans. Am. Soc. Metals, 25, 435 (1937).
29. С о n g h 1 i n J. P., J. Am. Chem. Soc., 72, 5445 (1950).
30. С о n g h 1 i n J. P., King E. G., В о n n i с к s о п K. R., J. Am. Chem.
Soc., 73, 3891 (1951).
31. Con ghl i n J. P., U. S. Bureau of Mines, 542, 25 (1954).
32. Creighton H. J. M., Git he ns J. H., J. Franklin Inst., 179, 161
(1915).
33. D a 1 i n G. A., West J. R., J. Phys, a Coll. Chem., 54, 1215 (1950).
34. D a 1 t о n R., Compt. rend., 203, № 3, 250 (1936).
35. D a u d t W., Z. phys. Chem., 106, 255 (1923).
36. Davis, Chem. Eng. Progr., 49, № 5, 233 (1947).
37. Д ж а б а г и н T. К., Рой Д. К., Семенов П. А., Хим. пром., № 11,
870 (1963).
38. Dee Т. Р., J. Soc. Chem. Ind., 64, 40 (1945).
39. D о m к е J., В е i п W., Z. anorg. Chem., 43, 125 (1905).
40. d’Or. L., J. Chim. Phys., 27, 239 (1930).
41. Duecker W., West R., The Manufacture of Sulphuric Acid New York,
. 1959.
42. E a s s fm a п E., M'c G a v о с к W., J. Am. Chem. Soc., 59, 145
(1937). -
43. E b e И n g K., Uber die Messung der Oberflachespannung D-durch schwingende
Tropfen und uber die Oberflachenspannung von Losungen, Heidelberg, 1915.
44. F a i г И e A. M., Sulphuric Acid Manufacture, New York, 1936.
45. F a n e 1 1 i R., J. Am. Chem. Soc., 67, 1832 (1945).
46. Farr C., Mac-Leod D. B., Proc. Roy, Soc., 118A, 534 (1928).
47. Findlay A., The Phase Rule and its Applications 8ed. Dover Publications
Inc., New York, 1960.
48. F i s e a u H., Compt. Rend., 68, 1125 (1969).
49. Fischer W., Burger E., Z. anorg. allg. Chem., 251, 355 (1943).
50. F о r s у t h e W. R., Gi augue W. ?F., J. Am. Chem. Soc., 64, 48
(1942).
51. F о z G a z u 1 1 a O. R., Senent Perez S. An. Espan., 5, № 5, 399 (1943).
52. Fiirstenau R., Verh. phys. Ges., 10, 968 (1908).
53. G a b 1 e С. M., Betz H. F., Maron S. H., J. Am. Chem. Soc., 72, 1445
(1950).
54. Geffeken G., Z. phys. Chem., 5, 281 (1890).
"55. Гельфм ан ’М. Ш., Ж. прикл. хим., 21, № 11, 1099 (1948); 20, № 8, (1947).
56. G h i г о n D., Mangili G., Gazz. chim. ital., 65, 1244 (1935).
57. Giaque W. F., Hornung E. W., Kunzler J. E., Rubin T. R.,
J. Am. Chem. Soc., 82, 62 (1960).
58- G i a q u e W. F., В 1 u z R. W., J. Am. Chem. Soc., 58, 831 (1936).
59. Giaque W. E., Stephenson С. C., J. Am. Chem. Soc., 60, 1389 (1938).
50. Gillespie R. J., Wasif S., J. Chem. Soc., 204 (1953).
51. G i g u er r e P. A., S a v о i r R., J. Am. Chem. Soc., 85, 287 (1963).
52. Gmielin’s Handbuch, Teil 9, A2, Berlin, 1953.
63. G m i t г о J. I., Vermeulen T., Am. Inst. Chem. Eng. J., 10, № 5, 740
. <1964)-
£4- Grau, Roth., Z. anorg. allg. Chem., 188, 173 (1930).
]». Green wait С. H., Ind. Eng. Chem., 17, 522 (1925).
«5. H e d s t г о m В. О. A., T j u s E., Chem. Ing. Techn., 24, 22 (1952).
152
//, Исходные, промежуточные, конечные вещества
67. Herrman С. V.. Ing. Eng Chem.. 33, 898 (1941).
68. Н о 1 m е s W. С., Hutchison С. F., Zieber Ind. Eng. Chem., 23, 1102
(1931).
69. H о о d G. S., Reilly C. A., J. Chem. Phys., 27, 1126 (1957).
70. H о г n u n g E. W., Giaque W. F., J. Am. Chem. Soc., 77, 2983
(1955).
71. Hornung E. W., Brackett T. E., Giaque W. F., J. Am. Chem.
Soc., 78, 5747 (1956).
72. International Critical Tables, New York, 1926—1930.
73. J a n n e к J., Meyer J., Z. anorg. allg. Chem., 83, 63 (1913).
74. К a г d о s A.. Z. ges. Kalte-Ind., 41, 1 (1934).
75. Kaye G., Higgins W., Proc. Roy. Soc., London. A122, 633 (1929).
76. Kell as A., J. Chem. Soc., 113, 647 (1918); 114, 903 (1918).
77. К el lev К. K-, U. S. Bureau of Mines. Bull., 406 (1937).
78. Kel ley К. K., U. S. Bureau of Mines. Bull., 383 (1935).
79. Клочко M. А., Курбенов M. Ш., Изв. АН СССР, 24, 264 (1953).
80. Knietsch R., Вег., 34, 4069 (1901).
81. Ко rd es Е., Rackow В., Z. phys. Chem., 200, 129 (1952).
82. Kremers, Ann. Phys., 114, 41 (1861); 120, 493 (1863).
83. К r u у t H. R., Z. phys. Chem., 81, 726 (1913).
84. К u n e r t h W., Phys., Rev., 19, № 2, 512 (1922).
85. К u n z 1 e r J. E., Giauque W. F., J. Am. Chem. Soc., 74, 3472 (1952).
86. К u n z 1 e r J. E., Annal. Chem., 25, 93 (1953).
87. К у з н e ц о в Д. А., Ж- хим. пром., 22, 3 (1941).
88. Landolt-Borsnstein, Physikalisch-Chemische Tabellen, 11 Erg., Ber-
lin, 1957.
89. Lange A., Z. anorg. allg. Chem., 275 (1899).
90. L e v i s G. N., Randall M., Thermodynamics and the Free Energy of Che-
mical Substances. led., New York, 554 (1923).
91. L e v i s G. N., Randall M., J. Am. Chem. Soc., 59, 745 (1937).
92. L i c h t у D. M., J. Am. Chem. Soc., 34, 1440 (1912).
93. L i n d n e r J., Monatsh. f. Chem., 33, 613 (1912).
94. L i n e b a г g e г С. E., J. Am. Chem. Soc., 22, 5 (1900).
95. Л о п а т т о Э. К., С а в и н a e в A. M., Ж. прикл. хим., 7, 881
(1934).
96. Lunge G., Ber., 11, 370 (1878) 14, 2188 (1881).
97. Л у ч и н с к и й Г. П., и др. ЖФХ, 30, 1207 (1956).
98. М a a s s О., McIntosh D., Trans. Roy. Soc. Canada, 8, № 3, 65
(1914).
99. Maass С. E., Maass O., J. Am. Chem. Soc., 50, 1352, 1356
(1928).
100. Малин К- M., Аркин И. Л., Боресков Г. К., Слинько М. Г.,
Технология серной кислоты, Госхимиздат, 1950.
101. Manchot W., Z. anorg. allg. Chem., 141, 38 (1924).
102. Manchot W., J a hr s tor f er M., Zepter H., Z. anorg. allg. Chem.,
141, 45 (1924).
103. Manchot W., R e i m 1 i n g e r S., Ber., 59, 2677 (1926).
104. McDavid., J. Soc. Chem. Ind. Trans., 43, 57 (1924).
105. McIntosh D., Steele B. D., Proc. Rov. Soc., 37, 339 (1884).
106. Mellor J. W., A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Che-
mistry, X, London, 1947.
107. Meyer J., Aulich M., Z. anorg., allg. Chem., 194, 282 (1930).
108. Miles F. D., N i b 1 о c k H., W*i Ison G. L., Trans. Farad. Soc., 36,
345 (1940).
109. Miles F. D., N i b 1 о c k H., Wilson G. L., Trans. Farad. Soc., 40,
281 (1944).
Литература
153
110. Miles F. D., N i b 1 о с к H., Smith G. L., Trans. Farad. Soc., 40,
487 (1944).
111. Miles F. D., Carson T., J. Chem. Soc., 786 (1946).
112. Miles F. D., Fenton J., J. Chem. Soc., 117,53 (1920).
113. Millar R. W.. J. Am. Chem. Soc., 51, 215 (1929).
114. Millet H. C., Chem. a. Ind., 38, 595 (1948).
115. Nat. Bur. Stand. U. S. A. Selected Values of Chemical Thermodynamic Proper-
ties, Series 1, Table 7—14, Wachington, 1952.
116. N e i m a n n B., Z. phys. Chem., A171, 416 (1934).
117. N e u m a n п В., H e i n t к e G., Z. Elektrochem., 43, 246 (1937).
118. Perry J. H., Chem. Eng. Handbook., Hied., New York, 1950, 234.
119. Pfaundler L., J. prakt. Chem., 101, 507 (1861).
120. Plank L., К u p r i a n о f f J., Die Kleinkaltemaschine, Berlin—Gottin-
gen—Heidelberg, 1948, p. 97.
121. Porter A. W., Trans. Farad. Soc., 13, 737 (1917).
122. Постников В. Ф., Кузьмин Л. Л., Химстрой, 9, 527 (1934).
123. Постников В. Ф., Кузьмин Л. Л., Воробьев Н. К., Ж-
хим. пром., 9, 55 (1933).
124. RandaH М., Taylor М. D., J. Phvs. Chem., 45, 959 (1941).
125. R а п к i n е A. О., Smith C. J., Phil. Mag., 42, № 6, 601, 615 (1921).
126. Rhodes F. H., Barbour С. B., Ind. Eng. Chem., 15, 850 (1923).
127. Riedel L., Z. ges. Kalte—Ind., 46, 22 (1939).
128. Ross W. D., Chem. Eng. Progr., 48, 314 (1952).
129. Rossini F. D., Wagman D. D., Evans W. H., Levine S.,
Jaffe I., Selected values of chemical thermody namic properties, Circular of
the National Bureau of Standards 500, Washington 1952.
130. Roth W. A., Z. phys. Chem., 173, 313 (1935).
131. Roth W. A., Zeumer H., Z. Elektrochem., 38, 164 (1932).
132. Rubin T. R., Giaque W. F., J. Am. Chem. Soc., 74, 800 (1952).
133. R u e r R., Nakamoto M., Rec. Trav. Chim. Pays—Bas., 42, 675 (1923).
134. Savarizky, Socolik A. S., Z. phys. Chem, A158. 305 (1932).
135. Schenck R., Lied. Annal, 316, 1 (1901).
136. Scheuer O., Anz. Wien. Akad., 48, 304 (1911).
137. Schonfeld F., Liebing’s Ann., 95 (1855).
138. Schulman J. H., S c h u m b W. C., J. Am. Soc., 65, 878 (1943).
139. Seger G., Cramer H., Z. ges. Kalte—Ind., 46, 183 (1939).
140. Seidell A., Solubilities of inorganic and organic compounds, New-York,
1919, 1940, 1952.
141.
142.
143.
144.
145.
146.
147.
148.
149.
150.
151.
152.
153.
154.
155.
156.
Simon A., Schmidt T., Koii. Zeit, 36, 65 (1925).
Smith A., Holmes W., Hall E., J. Am. Chem. Soc., 27, 797 (1905).
Smith A., Carson C., Z. phys. Chem., 77, 661 (1911).
Smits A., Schoenmacker P., J. Chem. Soc., 1108 (1926).
Smits A., Schoenmacker P., J. Chem. Soc., 125, 2554 (1924).
Smits A., M о e г m a n n N., Z. phys. Chem., B-35, 69 (1937).
Socolik A. S., Ж. общ. хим., № 4—5, 317 (1932).
Справочник химика, т. 3, Изд. «Химия», 1964.
Справочник технической энциклопедии (1927).
Справочник технической энциклопедии т. V, 468 (1929).
S t a k е 1 b е с к Н., Z. ges. Kalte-Ind., 40, 33 (1933).
Steele В. D., McIntosh D., Archibald E. H., Z. phys. Chem.
55, 136 (1906).
Stockmayer W. H., Kavanagh G. M., Mickley H. S., J.
Chem. Phys., 12, 408 (1944).
Stowe V. M., J. Am. Chem. Soc., 51, 410 (1929).
Stull D., Ind. Eng. Chem., 41, 1968 (1949).
Ta mman G., Ann. Phys., 3, 68 (1899); Z. phys. Chem., 18, 637 (1895).
154
Литература
157, Тарасенков Д. Н., Ж- прикл. хим., 28, № 10, 1098 (1955).
158. Термические константы веществ, под ред. В. П. Глушко, изд. АН СССР, 1968?
159. Thode Н. G., Can. 1. Research., 27В, 361 (1949).
160. Thomas D. S., Barker W. Е., J. Chem. Soc., 127, 2820 (1925).
161. Thomsen J., Thermochemische Untersuchungen, Leipzig, 1883.
162. Toepier., Wied. Ann., 47, 169 (1882).
163. Tower O. F., Z. anorg. allg. Chem., 50, 387 (1906).
164. Tuller W. N., The Sulphur, Data Book, New-York—London, 1954.
165. Trauts M., Weizel W., Ann. Phys., 78, № 4, 315, 351, (1925).
166. T г a u t z M., Zink R., Ann. Phys., 7, № 5, 425, 445 (1930).
167. Welch H. V., Duschak L. H., The Vapour press ui< of Arsenic Trioxide,
Washington, 1915.
168. West I. R., Ind. Eng. Chem., 42, 713 (1950).
169. West J. R„ J. Phys. a. Coll. Chem., 55, 402 (1951).
170. Wes trick R., McGillavry С. H., Rec. trav. Chim., 60, 794 (1941).
171. Wohler L., Gunther R., Z. Elektrochem., 29, 276 (1923).
172. Залогин H. Г., Шухер С. M., Очистка дымовые газов, Госхимиз-
дат, 1954.
173. Z a w a d s k i J., Z. anorg. allg. Chem., 205, 180 (1932).
174. Z e i s b e г g F. C., Chem. Met. Eng., 27, 22 (1922).
175. Z. Phys. Chem., Neue Folge, 3, 52 (1955).
РАЗДЕЛ III
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АППАРАТОВ
СЕРНОКИСЛОТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
МАКСУДОВ Г. А.
1. Металлы и сплавы ...................................... 159
Суали и сплавы на основе железа .................... 159
Цветные металлы и сплавы на их основе............... 165
Коррозионная стойкость металлов и сплавов в серной
кислоте........................................ 168
2. Неметаллические химически стойкие материалы ........... 173
Природные кислотоупорные материалы............. 173
Керамические кислотоупорные материалы и изделия • • 177
Плавленые неметаллические материалы............ 181
Кислотоупорное композиции на основе жидкого стекла 183
Термопластичные полимерные материалы........... 187
Термореактивные полимерные материалы........... 193
Эластомеры..................................... 197
Коррозионная стойкость полимерных материалов . . . 199
Прокладочные и набивочные материалы и химически
стойкие наружные покрытия........................... 201
Литература................................................ 206
Таблица III-1. Материалы, применяемые для изготовления основного технологического оборудования
сернокислотных производств
Материалы для изготовления
Аппараты и отдельные узлы корпуса (несущая конструкция) защитной футеровки тепло- и массообменной поверхности специальных деталей
Печи для сжигания се- росодержащего сырья Сталь углеродистая и легированная различ- ных марок, жаро- упорный бетон Кирпич огнеупорный, бетон жароупорный, замазка силикатная — Отливки из серого чу- гуна, из высоколеги- рованной стали со специальными свой- ствами
Электрофильтры для су- хой очистки печного газа Сталь углеродистая различных марок, жароупорный бетон Кирпич огнеупорный, замазка силикатная — Проволока нихромовая (коронирующие элек- троды), сталь углеро- дистая, отливки из се- рого чугуна
Газоходы и циклоны для горячего печного газа Сталь углеродистая Кирпич огнеупорный; кирпич, плитки и бе- тон кислотоупорные, замазка силикатная — Отливки из серого чу- гуна
Транспортные устрой- ства для колчедана и огарка, бункеры для огарка Сталь углеродистая различных марок — — То же
Башни, сборники, бачки и другие приемники кислот в промывном отделении контактных систем Сталь углеродистая Свинец (роли), поли- изобутилен, резина (гуммирование), ас- бест листовой; кир- пич, плитки кисло- тоупорные, замазка силикатная Насадка из керами- ческих колец Отливки из сурьмяни- стого свинца, фаолит, резина, эбонит, ан- тегмит, ферросилид, бронза алюминиевая
Газоходы для влажного сернистого газа L Свинец, полиизобути- лен; кирпич, плитки, — —
бетон кислотоупор- ные, плитки базаль- товые, замазка си- ликатная
Холодильники для про- мывных кислот кон- тактных систем » » Свинец, антегмит, ферросилид —
Кислотопр оводы дл я промывных кислот контактных систем Свинец, фаолит, вини- пласт, полипропилен, ферросилид, сталь марки 0Х23Н28МЗДЗТ Эмаль, резина (гумми- рование), полиэтилен А —
Насосы для промывных кислот контактных си- стем Сталь углеродистая, отливки из серого чугуна Резина (гуммирование) — Проточная часть: сурь- мянистый свинец, фер- росилид, фаолит, фе- нолит, сталк марки 0Х23Н28МЗДЗТ
Электрофильтры для мокрой очистки газа от сернокислотного тумана Сталь углеродистая Свинец, полиизобути- лен, бетон, кирпич, плитки кислотоупор- ные, андезит, замазка силикатная — Свинец, коррозионно- стойкие стали различ- ных марок, углегра- фитовые материалы, ферросилид, фарфор
Башни, сборники, бачки и другие приемники для серной кислоты концентрацией выше 74% H2SO4 » » Кирпич, плитки, бе- тон кислотоупорные; плитки базальтовые, андезит, силикатная замазка Насадка из керами- ческих колец Отливки из серого чу- гуна, из высоколеги- рованных сталей со специальными свой- ствами
Холодильники для сер- ной кислоты концен- трацией выше 74% H2SO4, кислотопро- воды Сталь углеродистая, отливки из серого чугуна Сталь углеродистая, отливки из серого чугуна, коррозион- ностойкие стали различных марок То же
Материалы для изготовления
1. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Стали и сплавы на основе железа
Таблица III-2. Марки и химический состав углеродистых сталей (в %)
। • 1 ; Р | S Cr Ni J Си
Марка стали с Si Мп
не более
Сталь углеродистая обыкновенного качества
(ГОСТ 380—71)
Ст.З 0,14—0,22 I 0,12—0,30
Ст.5 0,28—0,37 -1 0,15—0,35
0,40—0,65 0,045 0,055 0,30 0,30 I 0,30
0,50—0,80 0,045 0,055 0,30 0,30 | 0,30
Сталь углеродистая качественная конструкционная
(ГОСТ 1050—60)
08кп 0,05—0,11 0,03 0,25—0,50 0,040 0,040 0,10 0,25 0,25
10 0,07—0,14 0,17—0,37 0,35—0,65 0,035 0,040 0,15 0,25 0,25
15 0,12—0,19 0,17—0,37 0,35—0,65 0,040 0,040 0,25 0,25 0,25
20 0,17—0,24 0,17—0,37 0,35—0,65 0,040. 0,040 0,25 0,25 0,25
Сталь для кот лостроения и сосудо (ГОСТ 5520—69) в под да в л е н и ем
15К 0,12—0,20 0,15—0,30 0,35—0,65 0,040 0,040 0,30 0,30 0,30
20К 0,16—0,24 0,15—0,30 0,35—0,65 0,040 0,040 0,30 0,30 0,30
09Г2С 0,12 0,50—0,80 1,30—1,70 0,040 0,040 0,30 0,30 0,30
16ГС 0,12—0,18 0,40—0,70 0,90—1,20 0,040 0,040. 0,30 0,30 0,30
О т л ивки из углероди (ГОСТ 977—65) стой ста л и
20Л 0,17—0,25 0,20—0,42 0,35—0,75 0,040 0,045 0,30 0,30 0,30
25Л 0,22—0,30 0,20—0,42 0,35—0,75 0,040 0,045 0,30 0,30 0,30
Пр имечания. 1. В обозначении марки углеродистой стали обыкновенного качества
вуквы Ст. означают слово «сталь», цифры от 0 до 7 — условный порядковый номер марки,
•авнсящий от химического состава и механических свойств стали.
2. В обозначении марок качественных сталей первые две цифры соответствуют сред-
содержанию углерода (в сотых долях процента), а цифры после букв указывают на
примерное содержание легирующего элемента в целых единицах. Отсутствие цифры означает,
Яго содержание легирующего элемента примерно до 1,5%.
к 3. У марок кипящей стали в конце стоит индекс «кп», у марки сталей для котлострое-
ЯМя — индекс «К».
4. Буква «Л» в конце марки означает литье.
Таблица II1-3. Марки и химический состав (в %) высоколегированных коррозионностойких (нержавеющих) сталей
(ГОСТ 5632—61)
Марка стали С S1 | S | Р Т1 Сг Мп Fe N1 Си Nb Мо
не более
Стали мартенситного класса
2X13 10,16—0,241 0,60 | 0,025 1 0,030 I —
1Х17Н2 (ЭИ 268) |0,11—0,17] 0,80 | 0,0251 0,030 I —
112,0—14,01
|16,0—18,0|
<0,60 | Осн. I — I
<0,80 I » |1,50—2,50]
Стали мартенсито-ферритного класса
1X13 (ЭЖ1)
|0,09—0,15| 0,60 | 0,025 | 0,0301
|12,0—14,01 <0,60 | Осн. |
Стали ферритного класса
0X13 (ЭИ 496) <0,08 0,60 0,025 0,030 — 11,0—13,0 <0,60 Осн. — —
Х17 (ЭЖ 17) <0,12 0,80 0,025 0,035 -— 16,0—18,0 <0,70 » — —
0Х17Т (ЭИ 645) <0,08 0,80 0,025 0,035 5С—0,80 16,0—18,0 <0,70 ——
Х25Т (ЭИ 439) <0,15 1,00 0,025 0,035 5С—0,80 24,0—27,0 <0,80 » —
Х28 (ЭИ 349) <0,15 1,00 0,025 0,035 — 27,0—30,0 <0,80 » —
Стали аустенито-ферритного класса
0Х22Н5Т (ЭП 53) <0,08
1Х21Н5Т (ЭИ 811) 0,09—0,14
0Х21Н6М2Т <0,08
(ЭП 54)
0,80
0,80
0,80
0,025
0,025
0,025
0,035 0,30—0,60 21,0—23,0
0,035 0,25—0,50 20,0—22,0
0,035 0,20—0,40 20,0—22,0
<0,80
<0,80
<0,80
Осн.
»
»
5,30—6,30
4,80—5,80
5,50—6,50
1,8—2,5
Справочник сернокислотчика
Продолжение табл. II1-3
Марка стали С S1 S Р Т1 Сг Мп Fe Ni Си Nb Mo
Стали аустенитного класса
Х17Н13М2Т (ЭИ 448) <0,10 0,80 0,020 0,035 0,30—0,60 16,0—18,0 1,00—2,00 Осн. 12,0—14,0 — — 1,80—2,50
X17H13M3T (ЭИ 432) =<0,10 0,80 0,020 0,035 0,30—0,60 16,0—18,0 1,00—2,00 » 12,0—14,0 — — 3,00-4,00 <
0Х18Н10Т (ЭИ 914) <0,08 0,80 0,020 0,035 5С—0,60 17,0—19,0 1,00—2,00 » 9,0—11,0 — — —
Х18Н10Т (1Х18Н9Т, ЭЯ1Т) =<0,12 0,80 0,020 0,035 (С—0,02) 17,0—19,01,00—2,00 5—0,90 » 9,0—11,0 — — —
0Х18Н12Б (ЭИ 402) <0,08 0,80 0,020 0,035 — 17,0—19,0 1,00—2,00 » 11,0—13,0 — 8С—1,20 1
0Х23Н28М2Т (ЭИ 628)] <0,06 0,80 0,020 0,035 0,40—0,70 22,0—25,0 <0,80 » 26,0—29,0 — — 1,8—2,50
0Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ 943) <0,06 0,80 0,020 0,035 0,50—0,90 22,0—25,0 <0,80 » 26,0—29,0 2,50—3,50 — 2,50-30,0
^гР имечания: 1. Химические элементы в марках стали обозначаются следующими буквами: ГА — азот, Б — ниобий, В — воль-
\^ГЛ^ЕГапец’ Д — медь* Е ~ селен> м — молибден, Н — никель, Р — бор, С — кремний, Т — тнтан, Ф — ванадий, X — хром,
алюминии.
2маР0К сталей состоит из обозначений элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднее содержание эле-
мента в процентах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах (бор, азот, титан).
’ а ”?pbI пеРеД буквенным обозначением указывают содержание углерода в стали в десятых долях процента. Цифра впереди ие указы-
0 П40/ ’«папани ЛГЛЕр0Да В стали не огРаничено нижним пределом при верхнем пределе 0,09% и более; при содержании углерода до
0,04/о впереди буквенного обозначения ставится знак 00; при содержании углерода до 0,08% — знак 0.
Стали*м^к^Япх9ча1Е9ям?пчт13М2^’ X17H13M3T> 0Х18Н10Т и Х18Н9Т примерно соответствуют американские марки 316, 317, 321 и 304.
терЛ20 М корИ ад^ 20/25 примерно соответствуют так называемые 20-е сплавы, имеющие разные фирменные названия (алойко 20, карпен-
162
III. Материалы для аппаратов
Двухслойная листовая сталь (биметалл). Для изготовления крупногабаритной
коррозионностойкой сварной аппаратуры (железнодорожные цистерны и резервуары
для перевозки и хранения серной кислоты, реакторы и т. п.) применяют двухслой-
ную листовую сталь, состоящую из основного слоя (углеродистой стали) и плаки-
рующего слоя (высоколегированной коррозионностойкой стали различных марок).
В двухслойной листовой стали сочетаются механические свойства основного
и коррозионная стойкость плакирующего слоев.
Ниже приведены марки сталей, составляющих слои:
Основной Ст.З, 15К, 20К Ст.З, 20К 20К Плакирующий ОХ13 Х18Н9Т, Х18Н10Т Х17Н13М2Т
Толщина плакирующего слоя должна соответствовать суммарной толщине листа
(ЧМТУ 3258—52/62 и ЧМТУ/ЦНИИЧМ 390—60):
Толщина листа, мм Толщина плакирую- 8—Ю 11—15 16—20 21—25 26—30 32—40 42—50
щего слоя, мм наименьшая . . 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
наибольшая . . . 2,5 3,0 4,0 5,0 5,5 6,0 7,0
Таблица Ш-4. Марки и химический состав (в %)
чугунов и специальных сплавов
Марка С Si Мп Р S Сг Ni Си
Отливки из серого чугуна
(ГОСТ 1412—70)
СЧ15-32 I 3,5—3,7 I 2,0—2,4 I 0,5—0,8 I <0,3 I <0,151
СЧ18-36 I 3,4—3,6 I 1,7—2,1 | 0,5—0,7 | <0,3 | <0,15]
Отливки из высококремнистых сплавов
(фе р р ос и л и до в)
(ГОСТ 2233—70)
С15 I 0,3—0,8 114,5—16,01 0,3—0,8 I <0,1 I <0,071
С17 I 0,3—0,5 |16,0—18,0] 0,3—0,8 | <0,1 | <0,07|
Отливки из высокохромистых сплавов
(ГОСТ 2176—67)
75Х28Л
185Х34Л
0,5—1,0 0,5—1,3
1,5—2,2 1,3—1,7
0,5-0,8
0,5—0,8
<0,10 <0,08 26,0—30,0
<0,10 <0,10 32,0—36,0
<0,50 <0,30
<0,50 <0,30
1. Металлы и сплавы
163
Таблица Ш-5. Механические свойства листовой стали
при нормальной температуре
Марка стали ГОСТ Предел теку- чести ат K-SClMM.* Предел проч- ности Ов Относитель- ное удлине- ние о, % Поперечное сужение % Ударная вязкость ан кгс-м/см* Твердость по Бринеллю НВ, кгс/ммг, не более
Ст.З 380—71 24 38 25 57 8 100—125
Ст.5 380—71 28 50 19 50 — 140—170
08кп 16523—70 18 28 32 60 — 131
10 1577—70 21 34 32 — — 137
15К 5520—69 23 38 27 — — —
20 1577—70 25 42 38 55 14 156
20К 5520—69 25 41 26 — — —.
09Г2С 5520—69 35 50 22 — 6 —
16ГС 5520—69 33 50 22 — 6 —
0X13 7350—66 30 43 23 16 —
1X13 7350—66 35 50 21 — 22 —
1X21Н5Т 7350—66 40 70 14 — 6 —
0Х22Н5Т 7350—66 35 60 15 — 12 —
0Х21Н6М2Т 7350—66 35 60 15 — 10 —
Х17 7350—66 — 45 18 — 4 —
0Х17Т 7350—66 — 45 18 — 5 —
Х25Т 7350—66 — 43 12 — 2 —
Х18Н10Т 7350—66 24 54 38 — 20 —
0Х18Н10Т 7350—66 21 52 43 — — —
0Х18Н12Б 7350—66 21 52 40 — — —
Х17Н13М2Т 7350—66 22 54 37 — — —
0Х23Н28МЗДЗТ 7350—66 22 55 35 — — —
Примечания. 1. Нормы механических свойств, приведенные в таблице, распро-
страняются на термически обработанную листовую сталь в состоянии поставки (исключение
составляет листовая сталь Ст.З, поставляемая без термообработки). Режим термообработки
указан в соответствующих ГОСТ или ТУ.
2. Данные по пределу текучести и ударной вязкости заимствованы нз различных лите-
ратурных источников.
Таблица Ш-6. Механические свойства сталей для отливок
(ГОСТ 977—65 и 2176—67)
Марка стали Предел текучести °т кгс!ммг П редел прочности ств кгс1м.м.г Относи- тельное удлине- ние б. % Попереч- ное суже- ние -ф. % Ударная вязкость а и кгс-м/см1 Условия термической обработки
не менее
20Л 25Л 10Х13Л 20X1ЗЛ 15Х25Л 10Х18Н9ТЛ ЮХ18Н12МЗТЛ 22 24 40 45 28 20 22 42 45 55 60 45 45 50 22 19 20 16 25 30 35 30 50 40 32 30 5 4 8 6 10 10 Отжиг при 950° С, закалка при 1050° С, охлаждение в воде, отпуск при 750° С, охлаждение на воздухе , Без термообработки Закалка при 1100° С, охла- ждение в воде Закалка при 1150° С, охла- ждение в воде
164
HI. Материалы для аппаратов
Таблица III-7. Механические свойства чугунов и сплавов для отливок
Марка гост Предел прочности кгс/мм1 Ударная вязкость ан кгс-м/смг Стрела про- гиба (в мм) при расстоя- нии между опорами Твердость по Бринеллю НВ, кгс/мм.г
при рас- тяжении °в 1 при изги- бе Ои
600 мм 300 мм
не м е и е е
СЧ 12-28 1412—70 12 28 0,1—0,4 6 2 143—229
СЧ 15-32 1412—70 15 32 0,1—0,4 8 2,5 163—229
СЧ 18-36 1412—70 18 36 0,1—0,4 8 2,5 170—229
С15 2233—70 6 17 0,45—0,50 2 1,2 300—400
С17 2233—70 — 14 — 1,5 1,0 400—460
75Х28Л 2176—67 35 55 —. 6 .— 220—270
185Х34Л 2176—67 40 60 — 5 — 250—320
Т а б л и ц а Ш-8. Физические свойства сталей
и сплавов на основе железа
Марка Плотность г/см* Средняя теплоемкость при 20-100° С ккал/(кг-град) Температура плавления °C Коэффициент теплопровод- ности X при 20-100°С ккал (м-ч-град) Коэффициент линейного расширения при 20—100° С а X 10’, град~*
Стали углеродистые
Ст.З; Ст.5 7,85 0,110 1510 43 11,0
08кп 7,85 0,110 — 52 11,0
10 7,85 0,110 — 49 11,6
20 7,85 0,110 - 43 11,6
20К 7,85 0,110 - 43 11,8
25Л 7,83 Стали 0,110 В Ы С О к о л егирован 43 н ы е 11,5
0X13 7,70 0,113 1480—1530 25 10,5
1X13 7,70 0,113 1480—1530 25 9,7
2X13 7,70 0,113 1480—1530 19 10,1
0Х17Т 7,70 — — 21 10,0
Х25Т 7,60 — — 15 10,0
1Х21Н5Т 7,80 — — 15 10,2
0Х22Н5Т 7,80 — 15 9,6
0Х21Н6М2Т 7,70 — • 11 9,5
Х18Н9Т 7,90 0,117 1400—1430 14 16,6
0Х18Н9Т 7,90 — 1400—1430 14 16,6
0Х18Н12Б 7,90 — — 14 16,0
Х17Н13М2Т 7,90 — 1370—1400 14 15,7
Чугуны серые
СЧ 12-28; СЧ 18-36 | 7,0—7,3 | — | 1175 | 36 | 10,5
Фер р оси л иды
С15; С17 | 6,9 | — | 1200 | 46 | 4,7
Сплавы высокохромистые
75Х28Л, 185Х34Л [ 7,3—7,4 | . — | 1350—1450 | 15 | 9,4—10,0
1. Металлы и сплавы
165
Цветные металлы и сплавы на их основе
Т а б л ид а II1-9. Марки и химический состав (в %)
никельмолибденовых сплавов (ЧМТУ/ЦНИИЧМ 1092—64)
Марка сплава Ni Мо V Сг W
Н70М27 (ЭП-495) Осн. 25,0—29,0 — <0,3 —
Н70М27Ф (ЭП-496) » 25,0—29,0 1,4-1,7 <0,3 —
0Х15Н55М16В (ЭП-567) » 15,0—17,0 — 14,5—16,5 3,0—4,5
Х15Н55М16В (ЭП-375) » 15,0—17,0 <$.0,35 14,5—16,5 3,0—4,5
Продолжение табл. II1-9
Со с Fe Si Мп Ti s Р Соответствующие сплавы зарубежных фирм
не более
— 0,03 1,5 0,25 0,5 — 0,02 0,025 Хастеллой В, Хлори- мет 2
— 0,05 4,0 0,5 0,5 0,3 0,02 0,025 То же
— 0,03 7,0 0,15 1,0 — 0,02 0,025 Хастеллой С, Хлори- мет 3
2,5 0,08 7,0 1,0 1,0 — 0,02 0,025 То же
Примечание. Сплаву примерного состава Н82С10Д4 за рубежом соответствует
Хастеллой Д.
Таблица Ш-10. Марки и химический состав свинца (в %)
(ГОСТ 3778-65)
Примеси, не более
Мар- ка Рв, не более Mg Fe Cu Zn As Ag Sn Sb Bi Ca-|-Na Mg4-Ca-|-Na о , « S О о. cu Я c a
СО 99,992 0,001 0,001 0,0005 0,001 0,0005 0,0003 0,0005 0,0005 0,004 0,002 0,008
С1 99,9?5 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,006 —— 0,003 - 0,015
C2 99,95 0,005 0,003 0,001 0,002 0,002 0,0015 0,002 0,005 0,03 0,01 0,05
сз f. 99,9 0,01 0,005 0,002 0,005 0,005 0,0015 0,005 0,005 0,06 0,03 — 0,1
Примечание. Свинец выпускают в виде гладких с плоским основанием чушек,
массой не менее 30 и не более 40 кг каждая.
166
Ill. Материалы для аппаратов
Таблица Ш-11. Марки и химический состав (в %)
сурьмянистого свинца
Марка Pb±Sb не менее Pb±Sb+Sn не менее 4J ч X у 2 СО и Примеси, не более
Sn Си Zn Fe As Bi Прочие
CCyl 99,85 4,0—6,0 0,01 0,05 0,002 0,005 0,01 0,05 0,02
ССу2 99,55 - 2,5—3,5 0,20 0,10 0,002 0,01 0,03 0,05 0,06
ССуЗ — 99,45 Не более 6,0 Не огра- ничено 0,30 0,05 0,02 0,05 0,06 0,07
ССу4 — 99,00 Не огра- ничено То же 0,50 0,10 0,05 0,15 0,10 0,10
Таблица III-12. Листы свинцовые
(ГОСТ 9559—60)
Толщина мм Длина, мм Допускаемые отклонения по толщине, мм Теоретическая масса 1 мг (при относительной плотности 11,37) кг
при ширине 500 мм при ширине 600 мм для листов нормальной точности для листов повышенной точности
0,2 750 — —0,03 —— 2,27
0,3 750 —0,05 — 3,41
0,5 750 —— —0,07 — 5,69
0,8 1000 —— —0,08 — 9,10
1,0 1000 — —0,12 —0,10 11,37
1,5 1000 1200 —0,16 —0,12 17,06
2,0 1000 1200 —0,18 —0,15 22,74
2,5 1000 1200 —0,20 —0,16 28,42
‘ 'з,о 1000 1200 —0,20 —0,16 34,11
3,5 1000 1200 —0,20 —0,18 39,80
4,0 1000 1200 —0,24 —0,20 45,48
4,5 1000 1200 —0,25 —0,23 50,03
5,0 юоо 1200 -0,25 —0,23 56,85
6,0 1000 1200 —0,30 —0,25 68,22
- 8-;о 1000 1200 —0,40 —0,35 90,96
—Т0;0 - 1000 1200 —0,50 —0,40 113,7
: 12,о 1000 .1200 —0,60 —0,50 136,4
15,0 7 1000 1200 . —0,70 —0,60 - 170,6
ширине и длине листа не должны
для листов повышенной точности
СО, Ci, ’С2 И- CS. ... i~
Примечания. 1. Допускаемые отклонения по
превышать ..дая листов нормальной точности ±10 мм.
±!Г мм..............
2. Листы должны изготовляться из свинца марок
1. Металлы и сплйвЫ
16?
Таблица 111-13. Роли свинцовые
(ГОСТ 89—41)
Толщина роля, Мм Ширина, мм Теорети- ческая масса 1 ж*, кг
2150 | 2800 | 3200 2150 | 2800 | 3200
допускаемые отклонения по толщине, мм наименьшая масса роля, кг
1Д ±0,14 — — 125 — - — 11,37
1.5 ±0,14 — — 200 — — 17,06
2,0 ±0,14 — —- 450 — — 22,74
2,5 — ±0,15 — —— 750 — 28,43
3,0 — ±0,20 ±0,21 — 900 1000 34,11
3,5 — ±0,20 ±0,21 —— 950 1100 39,80
4,0 — ±0,20 ±0,21 — 1100 1250 45,48
5,0 — ±0,27 ±0,30 — 1350 1550 56,85
6,0 — ±0,27 ±0,30 — 1450 1700 68,22
7,0 — ±0,27 ±0,30 — 1700 1750 79,59
8,0 — ±0,35 ±0,37 — 1700 1650 90,96
9,0 — ±0,35 ±0,37 — 1650 1550 102,33
10,0 — ±0,38 ±0,40 — 1850 1800 113,70
12,0 — ±0,38 ±0,40 — 1450 1700 136,44
15,0 — ±0,38 ±0,40 — 1850 2100 170,55
Примечания. 1. Допускаемые отклонения по ширине ±1%.
2. Роли изготовляют прокаткой из свинца марок СО, Cl, С2 и СЗ и применяют для освин-
цовывания сернокислотных башен, электролизных ванн и т. п.
Таблица Ш-14. Марки и химический состав (в %)
некоторых сплавов цветных металлов
Марка А1 Fe Мп Си Ni Виды изделий
Алюминиевые бронзы (ГОСТ 493—54)
Бр. АЖ9-4 8—10 2—4 — — — Прутки
Бр. АЖН 10-4-4 Бр. АЖН 11-6-6 9,5—11 10,5—11,5 3,5—5,5 5-6,5 — — 3,5—5,5 5—6,5 Прутки, трубы Фасонное литье
Медной и к е л е в ы й сплав «м о и е л ь» (ГОСТ 492—52)
"НМЖМц 28-2,5-1,5 — 2,0—3,0 1.2—1,8 27,0—29,0 Осталь- ное Ленты, листы* полосы, прут- ки
168
HI. Материалы для аппаратов
Таблица Ш-15. Физико-механические свойства
свинца, алюминия, бронз и латуни
Материал Предел проч- ности при растяжении <ТВ, кгс/мм* Относитель- ное удлине- ние б, % Поперечное сужение хр, % Твердость по Бринеллю НВ, кгс/мм* Плотность р г/см* Коэффициент линейного расширения при 20—100° С а-10*» град~*
Свинец 1,8 40—50 100 4—4,6 11,37 27,3
Алюминий мягкий отожженный 7—10 30—40 70—90 15—25 2,69 22,9
твердый нагартован- ный 15—20 4—8 50—60 40—55 2,71 22,9
Бронза Бр.ОЦСН 3-7-5-1 . . 18 8 60 8,80
Бр.ОЦС 6-6-3 • • . 15—18 4—6 — 60 8,82
Бр.АЖ 9-4 40—50 10—12 — 100 7,5 15,5—
Бр.АЖН 10-4-4 60 5 — 170 8,0 —17,0
Латунь ЛМцС 58-2-2 . . . . 25—35 8—10 — — 8,5
Примечание. В марках сплавов цветных металлов приняты следующие обозна-
чения: Бр — бронза, А — алюминий, Ж — железо, Н — никель, М — медь, Мц — марга-
нец, О — олово, Ц — цинк, С — свинец, Л — латунь (медноцинковый сплав), К — крем-
ний, X — хром.
Коррозионная стойкость металлов и сплавов
в серной кислоте
Оценка коррозионной стойкости. Коррозионная стойкость металлов и сплавов
может быть оценена двумя способами:
уменьшением массы металла в результате коррозии, отнесенным к единице по-
верхности в единицу времени (потери массы). Этот показатель обычно выражают
в г/(м2- ч).
уменьшением толщины металла вследствие коррозии, выраженным в линейных
единицах и отнесенным к единице времени (глубинный показатель). Этот показатель
скорости коррозии выражается в мм/год.
Для оценки коррозионной стойкости металлов применяется десятибалльная
шкала, основанная на глубинном показателе скорости коррозии (ГОСТ 13819—68).
Для изготовления реакционной, теплообменной аппаратуры и кислотопроводов
желательно применение металлов и сплавов с коррозионной стойкостью не ниже
5—6 баллов.
Опытные агрегаты и установки временного действия можно изготовлять из пони-
женностойких и малостойких металлов.
Ферросилид (высококремнистый чугун, содержащий 14,5—18,0% кремния),
является наиболее коррозионностойким металлическим сплавом. Он стоек в серной,
азотной, фосфорной, соляной и других кислотах, за исключением фтористоводород-
ной (плавиковой) кислоты. В серной кислоте концентрацией выше 55% при любых
температурах (вплоть до т. кип.) глубина коррозии ферросилида менее 0,1 мм/год.
В разбавленной серной кислоте (5—50%) глубина коррозии при высоких температу-
рах более 0,1, но менее 0,5 мм/год.
Химическая стойкость ферросилида объясняется образованием на его поверх-
ности пассивной пленки окиси кремния.
1. Металлы и сплавы
169
Таблица Ш-16. Шкала коррозионной стойкости металлов
Группа стойкости Скорость коррозии, мм/год Балл
1. Совершенно стойкие Менее 0,001 1
2. Весьма стойкие Свыше 0,001 до 0,005 2
» 0,005 » 0,01 3
3.‘Стойкие » 0,01 » 0,05 4
» 0,05 » 0,1 5
4. Пониженно стойкие » 0,1 » 0,5 6
» 0,5 » 1,0 7
5. Малостойкие » 1,0 » 5,0 8
» 5,0 » 10,0 9
6. Нестойкие » 10,0 10
Примечания: 1. Под скоростью коррозии понимают глубину проникновения
коррозии в металл за определенное время (глубинный показатель); ее рассчитывают исходя
из потери массы металла после удаления продуктов коррозии.
2. При скорости коррозии 0,5 мм/год и выше коррозионную стойкость металлов оце-
нивают по группам стойкости, а при скорости коррозии ниже 0,5 мм/год — по баллам.
3. Расчет глубинного показателя скорости коррозии «П» проводят по формуле:
_ К-8765 , ,
П = ~ - мм1год
р-1000
где К — потери массы, г/(мг-ч);
р — плотность металла, г/см*\
8765 — Число часов в году.
Для сталей и сплавов на основе железа (р = 7,7 — 7,9 г/см3) показатель по по-
терям массы и глубинный показатель почти одинаковы (П = 1,12 К).
В среде серной кислоты, содержащей свободную трехокись серы (олеум), ферро-
силид не рекомендуется применять, поскольку он содержит сравнительно большое
количество углерода (до 0,8%) и может разрушаться, как обычный чугун.
Высокая твердость ферросилида обусловливает стойкость его к абразивному
износу и эрозии.
Недостатками ферросилида, ограничивающими широкое применение его в серно-
кислотной промышленности, являются:
низкая механическая прочность, высокая хрупкость и чувствительность к ударам;
чувствительность к «тепловым ударам» — резким изменениям температуры (что
вызывает необходимость «теплого» пуска и «теплой» остановки аппаратов);
возможность изготовления только литых изделий;
трудность механической обработки вследствие высокой твердости (400—
500 кгс/мм? по Бринеллю).
Кремнемедистый сплав на основе никеля (Хастеллой Д) обладает высокой кор-
розионной стойкостью в серной кислоте, как и ферросилид, но отличается от послед-
него лучшими механическими свойствами.
Свинец обладает высокой коррозионной стойкостью в серной кислоте концен-
трацией до 80% при температурах до 150° С (глубина коррозии менее 0,5 мм/год).
В более концентрированной серной кислоте стойкость свинца с повышением темпе-
ратуры резко падает. В моногидрате * свинец нестоек уже при комнатной темпера-
туре; в олеуме он быстро разрушается.
В заводской практике под моногидратом понимают концентрированную
дерную кислоту (98—100% H2SO4).
170
III. Материалы для аппаратов
Коррозионная стойкость свинца обусловливается в основном образованием на
поверхности металла плотного защитного слоя («экрана») сульфата свинца, нераство-
римого в воде и в серной кислоте умеренной концентрации.
Свинец нестоек в азотной и уксусной кислотах и щелочах.
Факторы, способствующие механическому удалению защитного слоя с поверх-
ности металла (эрозия), снижают коррозионную стойкость свинца. В целях предохра-
нения свинца от разрушающего действия среды и снижения рабочей температуры
свинцовых стенок аппарата их футеруют плитками из кислотостойких материалов.
В аппаратах, предназначенных для работы при больших скоростях кислоты,
а также в среде чистой сернистой кислоты (без доступа воздуха), рекомендуется
предварительно выдержать кислоту в течение нескольких суток, чтобы на поверх-
ности свинца в спокойной среде образовался надежный защитный слой сульфата.
Основной недостаток свинца — невысокая механическая прочность, препят-
ствующая применению его в качестве самостоятельного конструкционного материала
для крупногабаритной аппаратуры.
Никельмолибдеиовые сплавы. Низкоуглеродистые сплавы на основе никеля,
содержащие большое количество молибдена (Н70М27, Н70М27Ф) и хрома (Х15Н55
М16В), имеют высокую коррозионную стойкость в серной и соляной кислотах как
при низких, так и при высоких температурах. Сплавы с хромом (ЭП-375, Хастел-
лой С) стойки в растворах серной кислоты концентрацией до 70—75% (в окислитель-
ных и восстановительных средах).
Сплавы без хрома (Хастеллой В) стойки в серной кислоте умеренной и высокой
концентрации при температуре до 120—130° С. Из-за отсутствия хрома стойкость
этого сплава в окислительных средах значительно ниже, чем в восстановительных.
Все никельмолибденовые сплавы отличаются прекрасными механическими свой-
ствами, однако широкому применению их препятствуют дороговизна и дефицит-
ность компонентов.
Хромоникелевые стали с присадками молибдена и меди имеют высокую корро-
зионную стойкость в серной кислоте любой концентрации при температуре до 80° С.
В разбавленной серной кислоте концентрацией менее 50% эти стали могут приме-
няться до температуры кипения кислот (глубина коррозии менее 1,0 мм/год) и слу-
жить заменителем свинца.
Отечественная промышленность выпускает хромоникельмолибденомедистые
стали марок 0Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ 943) и Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ 629). Несмотря на низ-
кое содержание углерода (не более 0,06%) и присадку титана, эти стали очень чув-
ствительны к межкристаллитной коррозии. Даже при кратковременном нагреве
в интервале температур 500—900° С они приобретают склонность к межкристаллит-
ной коррозии, разрушающей металл.
Изготовление из стали 0Х23Н28МЗДЗТ сварных соединений, не склонных к меж-
кристаллитной коррозии, затруднительно. Этого недостатка лишены отливки дета-
лей запорной арматуры к трубопроводам рабочих колес насосов и т. п., прошедшие
соответствующую термообработку (нагрев до 1150° С с быстрым охлаждением).
Хромоиикельмолибденовые стали марок Х17Н13М2Т (ЭИ 448) и X17H13M3T
(ЭИ 432) с присадкой титана рекомендуются для аппаратов, работающих в условиях
действия кипящей фосфорной, муравьиной, молочной, уксусной кислот и других
сред повышенной агрессивности. Эти стали стойки и пониженно стойки (глубина
коррозии менее 1 мм/год) в серной кислоте концентрацией ниже 15 и выше 65—70%
H2SO4 при температуре до 40—60° С, а также в олеуме.
Хорошие результаты получены при эксплуатации теплообменной аппаратуры
(оросительные холодильники) из стали Х17Н13М2Т в производстве серной кислоты
контактным методом.
Хромоникелевые стали. Обычные хромоникелевые нержавеющие стали без при-
садки молибдена (типа Х18Н10Т) в чистых сернокислотных средах стойки в весьма
ограниченных условиях: при концентрации H2SO4 выше 65—70% и температуре до
40—50° С и при концентрации H2SO4 менее 5% и комнатной температуре. Однако
присутствие в серной кислоте окислителей (например, примеси азотной кислоты или
окислов азота), а также ионов трехвалентного железа, двухвалентно^ меди и^других
1. Металлы и сплавы
171
легко восстанавливающихся металлических ионов значительно увеличивает корро-
зионную стойкость нержавеющей стали и делает допустимым применение ее при
более высокой температуре. Поэтому хромоникелевые стали успешно используют
в производстве серной кислоты по нитрозному методу.
На коррозионную стойкость хромоникелевых сталей большое влияние оказы-
вают условия термообработки. Наивысшая коррозионная стойкость достигается при
закалке на твердый раствор с быстрым переходом зоны температур 500—800° С.
При медленном охлаждении или повторном нагреве в интервале указанных темпе-
ратур пересыщенный твердый раствор частично распадается с выделением по грани-
цам зерен карбидов хрома. В результате коррозионная стойкость металла резко
снижается. Поэтому сварные швы и околошовные зоны аппаратов из нержавеющей
стали, не прошедших повторную термообработку после сварки, наиболее подвержены
коррозии.
Снижение содержания углерода до минимума (0,03%) и присадка сильных кар-
бидообразующих элементов, препятствующих образованию карбидов хрома и обедне-
нию твердого раствора хромом (титан, ниобий, ванадий, тантал), улучшают корро-
зионную стойкость сварных соединений.
Аппаратура из хромоникелевой стали более стойка против атмосферной коррозии,
чем аппаратура из простой углеродистой стали.
Чугун. Изделия из серого чугуна стойки против атмосферной коррозии. В среде
серной кислоты стойкость чугуна выше, чем углеродистой стали, особенно отливок
с необработанной поверхностью. Однако в серной кислоте концентрацией ниже 70%
чугун нестоек. В концентрированной кислоте, содержащей 90% H2SO4 и более,
чугун имеет удовлетворительную стойкость при температурах до 80—100° С.
Для работы в среде олеума изделия из чугуна не применяются ввиду опасности
разрушения чугуна. Считают, что это происходит из-за увеличения объема содержа-
щегося в чугуне кремния вследствие окисления свободной трехокисью серы, прони-
кающей вдоль пластинок графита в толщу металла.
Углеродистая сталь. Среди применяемых в технике распространенных металлов
и сплавов углеродистая сталь является единственным металлом, который необхо-
димо защищать против атмосферной коррозии покрытиями из других металлов или
из неметаллических материалов. Стойкость углеродистой стали в серной кислоте
низких и средних (50—70%) концентраций ниже, чем у других распространенных
металлов, кроме цинка. Однако в концентрированной серной кислоте (выше 70%)
углеродистая сталь имеет удовлетворительную стойкость при обычных температурах
и небольших скоростях движения кислоты. При этих условиях сталь подвергается
равномерной коррозии на глубину менее 0,5, мм!год. Такая незначительная глубина
коррозии объясняется плохой растворимостью в концентрированной серной кислоте
при низких температурах окислов и сульфатов трехвалентного железа, образующихся
на поверхности металла и защищающих его от дальнейшего контакта с агрессивной
средой.
Факторы, способствующие возникновению и сохранению этого защитного слоя,
повышают коррозионную стойкость стали, в то время как факторы, препятствующие
образованию слоя окислов и сульфатов или механически удаляющие их, снижают
стойкость стали.
Например, при наличии примесей окислителей (азотная кислота, окислы азота,
хроматы и т. п.) значительно повышаются стойкость углеродистой стали в серной
кислоте и допустимая температура эксплуатации стали (до 100—120° С в нитрозе).
Присутствие же в серной кислоте восстановителей, а также ионов хлора и дру-
гих галоидов, может резко повысить скорость коррозии стали.
Недостатками применения аппаратов и коммуникаций из углеродистой стали
(без защитной футеровки или покрытия) для приема, охлаждения, хранения и
транспортировки серной кислоты являются:
неизбежное загрязнение кислоты ионами железа;
интенсивное разъедание оборудования в периоды остановок, вызванное сниже-
нием концентрации оставшейся кислоты вследствие поглощения ею атмосферной
влаги.
2. Неметаллические материалы
173
Монель-металл. Сплавы на основе никеля с высоким содержанием меди (мо-
нели), в частности сплав НМЖМц 28-2,5-1,5, при температуре до 30" С обладают
хорошей стойкостью в серной кислоте концентрацией до 85% и в олеуме.
При работе без доступа воздуха (в среде инертного газа, в вакууме) монель тех-
нически стоек в серной кислоте при температуре до 95—100° С и концентрации до
6096 H2SO4.
В присутствии окислителей, например азотной кислоты, никельмедные сплавы
неприменимы. Содержащиеся в кислоте ионы металлов, способные восстановиться,
резко снижают коррозионную стойкость этих сплавов.
Медь и бронзы. Медь и сплавы меди с оловом и алюминием (бронзы) стойки
в серной кислоте низкой и средней концентраций в восстановительной среде. Фак-
торы, способствующие окислению меди и образованию легкорастворимой в кислотах
окиси меди, делают медь и бронзы нестойкими (как и никельмедные сплавы). Бронзы
лучше, чем чистая медь, противостоят окислительному действию кислорода воздуха,
растворенного в кислоте, и обладают более высокими механическими свойствами.
В серной кислоте средних концентраций (до 80% H2SO4) при температуре до
100° С алюминиевая бронза обладает высокой коррозионной стойкостью (глубина
коррозии менее 0,5 мм в год). При увеличении скорости движения кислоты коррозия
усиливается.
Алюминий отличается высокой стойкостью против атмосферной коррозии бла-
годаря плотному защитному слою А12О3, образующемуся на поверхности металла
в окислительной атмосфере. Стойкость алюминия в кислотах зависит от раствори-
мости защитного слоя в кислоте в условиях Экспозиции.
Применение алюминиевых изделий возможно для работы в серной кислоте кон-
центрацией не выше 20% при температуре до 40° С, а также в олеуме и хлорсульфо-
новой кислоте. Щелочи и разбавленная азотная кислота растворяют алюминий,
в то время как азотная кислота высокой концентрации не действует на алюминий
при обычных температурах.
Титан. Коррозионная стойкость титана, как и хромоникелевых нержавеющих
сталей, зависит от образования и цельности пассивной оксидной пленки на поверх-
ности металла. Поэтому титан и его сплавы наивысшую стойкость проявляют в азот-
ной кислоте.
В серной кислоте титан стоек лишь при концентрациях ниже 5% H2SO4 и тем-
пературе до 40° С. Присутствие окислителей расширяет возможные пределы приме-
нения титана в сернокислотных средах.
Титан стоек в кислых растворах сульфатов тяжелых металлов и металлов группы
железа при высоких температурах, при которых хромоникелевые стали нестойки.
Он находит применение для изготовления ответственных узлов аппаратов в произ-
водстве электролитическим методом никеля и кобальта из их руд. Применение титана
для этой цели устраняет возможность загрязнения электролитических растворов
ионами посторонних металлов.
На рис. Ш-1 даны кривые коррозионной стойкости сталей и сплавов в серной
кислоте различной концентрации.
В табл. Ш-17 указаны рекомендуемые температуры применения металлов и
сплавов, стойких в серной кислоте различной концентрации.
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Природные кислотоупорные материалы
Андезит и бвштаунит применяют для футеровки сборников, отстойников, башен
и других крупногабаритных аппаратов в производствах серной, соляной, азотной
кислот и их солей. Их используют как самостоятельный конструкционный материал
для сооружения отдельных узлов колонн, башен, резервуаров, аппаратов для кон-
центрирования серной кислоты, электрофильтров и т. п. Кроме того, их применяют
для приготовления наполнителей в кислотоупорных растворах, замазках и бетоне.
174
III. Материалы для аппаратов
Таблица Ш-17. Рекомендуемые температуры применения металлов
Температура, °C Концентрация
До 5—6 5—15 15-25 25-50 50—60
20 12 3 4 5 6 9 10 И 12 12 3 4 5 (6) 9 10 11 12 3 4 5 9 10(11) 1 2 34 (5) 9 10 12 3 4 (5) 9
40 12 3 4 5 (6) 9 10 11 12 12 3 4 5 9 10 11 12 3 4 (5) 9 10(11) 1 2 34 9 10 12 3 4 9
60 12 3 4 5 9 10 12 34 (5) 9 10 12 3 4 9 10 1 2 34 9 10 12 3 4 9
80 12 3 4 (5) 9 10 12 34 9 10 12 3 4 9 10 1 2 34 9 (Ю) 12 3 4 9
95—100 12 3 4 9 10 1 2 '34 9 10 12 3 4 9 10 1 2 34 1 2 3 (4) (9)
120 — — — — 1 2 3
Т. кип. при атмо- сферном давле- нии 12 3 4 9 (1) 2 3 4 9 12 3 4 1 2 34 1 2(3)
п р имечання. 1. 1 — ферроснлнд; 2 — свинец и сурьмянистый свинец; 3 — ннкель-
7 — чугун; 8 — сталь углеродистая; 9 — НМЖМц 28-2,5-1,5 (монель); 10 — медь и бронзы;
2. В скобках указаны номера металлов н сплавов, пониженно стойких в указанных ус
Согласно ГОСТ 7311—55, изделия из андезита должны иметь следующие пока-
затели:
Предел прочности при сжатии, кгс/с-и2, не менее ............600
Кислотостойкость, % , не менее ............................95,5
Водопоглощение, %, не более ............................... 7,6
Форма и размер кислотоупорных андезитовых изделий должны соответствовать
чертежам, согласованным между поставщиком и заказчиком. На обработанных по-
верхностях изделий не должно быть включений некислотостойких минералов и тре-
щин, видимых невооруженным глазом.
2. Неметаллические материалы
175
и сплавов, стойких в серной кислоте различной концентрации
H2SO4, %
65-70 74-78 85 92,5—94 98—100 Олеум 18—20% SO,
12 3 4 5 6 7 8 9 12 3 4 5 6 7 8 9 12 3 4 5 6 7 8 9 12 3 4 5 6 7 8 1 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 8 9 11
12 3 4 5 6 7 8 9 12 3 4 5 6 7 8 9 12 3 4 5 (6) 7 (8) 9 12 3 4 5 6 7 8 1 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 8
12 3 4 (5) (6) (7) (8) (9) 12 3 4 5 6 (7) (8) 9 12 3 4 (5) 9 12 3 4 5 (6) 7 (8) 1 3 4 5 (6) 7 (8) 3 4 56 8
1 2 3 (4) 12 3 4 (9) 12 3 4 (9) 12 3 4 (5) (6) 7 (8) 1 3 4 5 (6) 7 3 4 56 8
1 2 3 1 2 3 1 2 3 (4) 1 (2)3 4 1 3 4 (5) (7) 3 4 56 8
1 2 3 1 (2) (3) 1 (2)(3) 1 3(4) 1 3 (4) 3 4 56
1 (2) 1 1 1 1 —
молибденовые сплавы; 4 — 0Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ943); 5 — ЭИ448, ЭИ432; 6 — Х18Н10Т (ЭЯ 1Т);
11 — алюминий «“"сплавы; 12 — титан и сплавы.
ловиях.
Кварцит идет на изготовление насадки для башен и наполнителей в кислото-
упорных цементах и бетоне.
Маршаллнт используют для приготовления наполнителей в кислотоупорных
цементах и бетоне.
Фельзит используют для футеровки и насадки в башнях и для приготовления
наполнителя в кислотоупорных цементах и бетоне.
Асбест антофиллитовый (кислотостойкий) применяют для прокладок, асбест
хризотиловый (щелочестойкий) — для прокладок и термоизоляции.
В табл. 111-18 и III-19 приведены химический состав и физико-механические
свойства природных кислотоупорных материалов,
2. Неметаллические материалы 177
Таблица Ш-18. Химический состав природных кислотоупорных материалов (в %)
Керамические кислотоупорные материалы и изделия
Испытания химически стойких и термостойких керамических изделий проводят
по ГОСТ 473—64.
Кислотостойкость — отношение массы измельченного керамического изделия
или материала после обработки его в кипящей кислоте в течение 1 ч к весу этого же
изделия или материала до обработки кислотой, выраженное в процентах.
Водопоглощение — отношение массы поглощенной образцом воды к массе сухого
образца (в %).
Кажущаяся плотность —отношение веса высушенного при температуре 110° С
образца к занимаемому им объему, включая поры (в г/см3).
Кажущаяся пористость керамических изделий — отношение суммы объемов
пор, сообщающихся между собой и атмосферой, к общему объему изделия, выражен-
ное в процентах.
Термической стойкостью химически стойких керамических изделий считают
способность их противостоять повторным температурным колебаниям не разрушаясь
(нагрев до 350° С и быстрое охлаждение в воде комнатной температуры).
Водопроницаемость изделия характеризуется отрезком времени, в течение кото-
рого при давлении 1 кгс/см2, вся видимая его поверхность становится влажной. Ме-
тод определения водопроницаемости приведен в ГОСТ 13993—68.
Кислотоупорный кирпич (ГОСТ 474—67). Нормальный кислотоупорный кирпич
применяется для защиты строительных конструкций и аппаратов, работающих
в условиях кислых агрессивных сред.
Таблица II1-20. Форма и размеры кислотоупорного кирпича (в мм)
Т ип Форма Длина Ширина Толщина
К/УП Прямой 230 113 65
к/ут Клиновой торцовый двусторонний . . . 230 113 65 55
К/УР » ребровый » ... 230 113 65 55
Ниже приведены физико-химические и механические свойства кислотоупорного
кирпича:
Показатели 1-й сорт 2- й сорт
Кислотостойкость, %, не менее 97,0 95,0
Водопоглощение, %, не более 7,0 9,0
Предел прочности при сжатии, кгс/см\ не
менее 400 300
Термическая стойкость (количество тепло-
смен), не менее 3 2
Водопроницаемость, ч 24 24
При простукивании металлическим молоточком кислотоупорный кирпич должен
издавать чистый недребезжащий звук. Цвет кирпича может быть неравномерным.
Вся поверхность излома кирпича должна иметь мелкозернистое однородное строение
без пустот, слоистости и раковин.
Плитки кислотоупорные и термокислотоупорные (ГОСТ 961—68). Кислото-
и термокислотоупорные плитки предназначены для футеровки реакционных аппара-
тов, отбельных башен, емкостей и др., а также для защиты строительных конструк-
ций. Изготовляют плитки следующих марок.
|2 Справочник сернркислотчика
178
///. Материалы для аппаратов
КШ — кислотоупорные шамотные общего назначения. Применяются для аппа-
ратов, в которых не происходит резких изменений температуры и на футеровку кото-
рых не воздействуют большие механические и гидравлические усилия, а также для
защиты строительных конструкций.
КФ — кислотоупорные фарфоровые. Применяются для аппаратов, в которых
не происходит резких изменений температуры и к футеровке которых предъявляются
повышенные требования в отношении механической прочности, кислотостойкости
и непроницаемости в агрессивных средах.
ТКШ — термокислотоупорные шамотные. Применяются в аппаратах, которые
работают с пёременным температурным режимом и на футеровку которых не воздей-
ствуют большие механические и гидравлические усилия.
ТКД — термокислотоупорные дунитовые. Применяются для защиты материала
аппаратов от концентрированных кислот в условиях, когда футеровка должна про-
тивостоять повышенным механическим нагрузкам и резким сменам температур.
КС — кислотоупорные полусухого прессования. Применяются для настилки
полов и защиты строительных конструкций.
В табл. Ш-21 и Ш-22 приведены размеры плиток, а также их физико-химические
и механические свойства.
Таблица III-21. Размеры плиток (в мм)
Форма и тип плитки Длина Ширина Толщина
Квадратные
ПК-1 100 — 100 20 — —
ПК-2 150- — 150 20 30 35
пк-з 175 — 175 20 30 35
ПК-4 200 — 200 20 30 35
Прямоугольные
ПП-1 100 — 50 20 30 35
ПП-2 150 — 75 20 25 30
ПП-3 175 — 75 20 30 —
ПП-4 200 — 50 20 30 35
ПП-5 200 — 100 20 зо • 35
ПП-6 230 — 113 20 30 35
Клиновые
ПКЛ-1 50 44 100 —. 30 •—
ПКЛ-20 .... 175 173 175 20 30 35
Спаренные
ПС-1 200 — 100 — 30 40
ПС-2 230 — 113 — 30 40
Примечания. 1. Одна из сторон плитки (нерабочая) должна иметь рифленую
поверхность для обеспечения прочного сцепления с раствором. Высота рифления должна
быть 2—4 мм.
2. По требованию потребителя плитки всех марок могут изготовляться толщиной
40 — 50 мм и без рифлений.
3. Плитки КС изготовляются только размером 150Х 150Х 15 мм.
4. Плитки всех марок должны иметь правильную геометрическую форму и при про-
стукивании должны издавать чистый недребезжащий звук. Цвет плиток может быть нерав-
номерным; на нерабочей поверхности плиток не должно быть остеклованных участков.
Кольца Раш ига (ГОСТ 748—67). Кислотоупорные керамические кольца Раш ига
применяются для заполнения (насадки) реакционных пространств в башнях и колон-
над.
2. Неметаллические материалы
179
Таблица II1-22. Физико-химические и механические свойства плиток
Показатели Марки
кш КФ ткш ТКД КС
Кислотостойкость, %, не менее 97,0 99,0 97,0 98,0 96,0
Водопоглощение, %, не более Предел прочности, кгс!м2, не менее 6,0 0,5 8,0 3,0 5,0
при сжатии 400 1300 400 1000 300
» изгибе Термическая стойкость (число 100 300 100 200 100
теплосмен), не менее .... 2 2 8 15 2
В табл. Ш-23 даны размеры колец Рашига.
Таблица Ш-23. Размеры колец Рашига
Показатели Типы
КР-25 КР-50 КР-80 КР-ЮО КР-120 КР-150
Наружный диаметр, мм предельные отклонения (оваль- 25 50 80 100 120 150
ность), мм ±3,0 ±3,0 ±5,0 ±5,0 ±6,0 ±7,0
Высота, мм 25 50 80 100 120 150
предельные отклонения, мм . . . . ±2,0 ±3,0 ±3,0 ±3,0 ±4,0 ±4,0
Толщина стенки, мм 4 5 8 10 12 15
предельные отклонения, мм . . . . Масса 1 м3 насадки, кг ± 1,0 ±2,0 ±1,5 ±2,0 ±2,5 ±3,0
навалом 670 530 490 450 — —
рядами 740 700 680 640 600 520
Примечания. 1. Вес насадки является справочным.
2. Кольца Рашнга должны прн простукивании молоточком издавать чистый недре-
безжащий звук.
3. На поверхности колец не должно быть посторонних включений, искажающих нх
форму. Вся поверхность излома кольца должна иметь однородное, плотное строение, без
пустот.
Ниже приведены физико-химические и механические свойства Кислотостойкость, %, не менее колец Рашига 97,0
Водопоглощение, % , не более 5,0
Предел прочности при сжатии вдоль оси цилиндра, кгс, не
менее
для колец диаметром 25 мм 500
» » » 50 » 2 000
» » » 80 » 4 500
» » » 100 » 5 500
» » » 120 » 6 500
» » » 150» 13 000
Термическая стойкость колец (число теплосмен при перепаде
температур от 350 до 20° С), не менее 2
12*
180
///. Материалы для аппаратов
Ниже даны размеры, физико-химические и механические свойства кислото-
упорных полуфарфоровых колец Рашига (ГОСТ 8261—56):
Размеры, мм наружный диаметр высота толщина стенок 15± 1,5 15± 1,5 3± 1,5 25±2 25±2 3±2 50±3 50±3 5±2
Кислотостойкость, %, не менее 98 98 98
Водопоглощение, %, не менее Термическая стойкость (количество тепло- 2 2 2
смен), не менее Предел прочности при раздавливании вдоль 6 6 5
оси цилиндра (при установке кольца на торец), кгс, не менее 2000 2500 —
Огнеупорные шамотные изделия (ГОСТ 390—69). Ниже приведены физико-
механические свойства огнеупорных шамотных изделий:
ША М а ] ШБ р к и шв ШУС
Огнеупорность, °C, не менее Дополнительная усадка (при температуре 1730 1670 1580 1580
в °C), %, не более Температура начала деформации под на- 0,7 (1400) 0,7 (1350) 0,7 (1250) 0,7 (1250)
грузкой 2 кгс!см3, °C, не ниже . . . Предел прочности при сжатии, кгс/см3, 1300 Не нормируется
не менее 150 130 125 125
Пористость кажущаяся, %, не более . . 30 30 30 Не норми- руется
Согласно ГОСТ 8691—58, шамотные кирпичи плотные (Ш) и легковесные (ШЛ)
выпускают различных форм и размеров, в том числе таких же, как и кислотоупорный
кирпич (230 X 113 X 65).
Кислотоупорный фарфор — тонкокерамический материал с плотным, спек-
шимся, просвечивающим в тонких слоях черепком, непроницаемым для воды и газов.
Ниже приведены его физико-механические свойства:
Плотность, г/см3
истинная..................................... 2,3—2,5
кажущаяся ................................... 2,2—2,4
Температура плавления, °C ............................ 1530
Теплоемкость, к,ал!(г-град)........................... 0,23
Теплопроводность, ккал[(м ч-град)................ 0,7—0,9
Коэффициент линейного расширения, град'1 .... (2,5—4,5)-10“6
Пределы прочности, кгс/см3
при сжатии ...................................... 4500—5000
» растяжении ............................... 320—450
» изгибе ................................... 700—800
Модуль упругости, кгс!см3 ........................... 600 000
Твердость по Моосу ..................................... 7
В технике применяют твердый фарфор, обожженный при 1340—1450° С. Он
устойчив к температурным колебаниям, сосуды из такого фарфора выдерживают ки-
пячение на открытом огне.
Фарфор вполне устойчив ко всем агрессивным средам любых концентраций,
за исключением плавиковой кислоты и расплавленных щелочей.
2. Неметаллические материалы
181
Для химической промышленности выпускают следующие изделия из фарфора:
плитки для футеровки аппаратов;
кольца Рашита и другие насадочные материалы для башен и колонных аппара-
ратов;
колпачки и стаканы барботажных аппаратов для концентрирования серной
кислоты;
фасонный кирпич для футеровки шаровых мельниц и шары для размола;
различные аппараты и детали (фильтры, выпарные котлы и чашки, травильные
сосуды, туриллы, змеевики, насосы, краны и т. п.). Емкость фарфоровой аппаратуры
обычно не превышает 500 л.
Плавленые неметаллические материалы
Каменное литье — материалы кристаллического строения, получаемые из при-
родных кислотоупоров (чаще всего из базальта) путем их плавления, проварки при
1450° С и отливки в формы.
Наиболее распространенными являются следующие изделия из каменного литья:
кислотоупорные футеровочные плитки размером 180X115X18 (СТУ
36-13-718—61);
плиты для поверхностей, подверженных абразивному износу, размером
235X360X30 мм и других размеров (СТУ 36-13-674—61);
различные фасонные изделия: решетки для аппаратов с насадкой, патрубки и
штуцеры для ввода в аппараты и вывода из них жидкостей и газов, трубы диаметром
до 450 мм и длиной до 0,5 м, диаметром 200 мм, длиной 2,0 м и др.
Из бракованных изделий путем дробления или размола получают щебень, искус-
ственный песок и порошок (базальтовая мука), применяемые в качестве наполнителей
в кислотоупорных цементах и бетонах. Каменное литье вполне устойчиво ко всем
агрессивным средам любых концентраций, за исключением плавиковой кислоты и
горячих концентрированных щелочей.
Базальтовые изделия широко применяются для футеровки разнообразных аппа-
ратов; особенно эффективно использование их в аппаратах, где наряду с действием
агрессивных сред происходит истирание (эрозия).
Силикатное стекло. Для изготовления химической аппаратуры и ее деталей
(смотровые стекла, трубы, соединительные патрубки, контрольные фонари и т. п.),
лабораторной посуды и приборов применяют термостойкие боросиликатные стекла
типа пирекс и лабораторные стекла № 23, 24 и 846. По химической стойкости они
близки к фарфору, но отличаются несколько меньшей стойкостью к кипящим рас-
творам щелочей.
Из стекла особого состава изготовляют трубы для транспортировки агрессивных
жидкостей, соединяемые при помощи металлических фланцев с резиновыми кольцами.
Для футеровки аппаратов применяют прямоугольные стеклянные или кварцевые
(рифленые) плитки с размером сторон от 50 до 200 мм.
При футеровке аппаратов плитками из обычного стекла (толщиной 2—6 мм)
их вырезают из стеклянного листа. Размер таких плиток выбирают в зависимости
от размеров и формы аппарата.
Ситаллы — новые стеклокристаллические конструкционные материалы, обла-
дающие высокой теплостойкостью, механической прочностью и износостойкостью,
поддаются механической обработке. Химическая стойкость ситаллов в минеральных
Кислотах ниже, чем соответствующих сортов стекла.
Кварцевое стекло содержит 98—99% SiO2. Вследствие очень малого коэффи-
циента расширения кварцевого стекла изделия из него, нагретые до 700—900° С,
Можно погружать в холодную воду, не опасаясь их разрушения.
Кварцевое стекло стойко ко всем кислотам (за исключением плавиковой и кипя-
щей фосфорной) любой концентрации и при любой температуре.
Концентрированные растворы щелочей заметно растворяют кварцевое стекло,
особенно при нагревании. Из непрозрачного кварцевого стекла изготовляют:
2. Неметаллические материалы 183
Таблица 111-24. Физико-механические свойства плавленых материалов
цилиндрические трубы диаметром от 70 до 250 мм, с раструбом;
конические трубы диаметром от 60/80 до 295/350 лл;
. трубы без раструбов диаметром до 500 мм;
Z-образные трубы диаметром от 70 до 150 мм и детали к ним для сборки ороси-
тельных холодильников;
изоляторы для электрофильтров, разбрызгивающие и распиливающие устрой-
ства для башен, барботажные детали к аппаратам для концентрирования серной кис-
лоты;
сосуды, выпарные чаши, травильные ванны и другую аппаратуру емкостью до
0,2 м3; аппараты больших размеров изготовляют по специальному заказу.
Кислотоупорная эмаль сравнительно легкоплавкое стекло, получаемое сплавле-
нием песка, глины, мела, полевого шпата и других пороД с плавнями (бура, сода,
поташ и др.), окислителями (селитра, перекись марганца), окислами (окиси кобальта
и никеля), глушителями (окиси олова, сурьмы, фтористые соединения) и красите-
лями (окиси хрома, кобальта, меди и др.).
Чугунные, стальные, а в последнее время и алюминиевые аппараты различной
емкости покрывают эмалью для защиты от коррозии. При этом для изготовления
аппаратуры рекомендуется применять сталь марок 08 и 10 и чугун марки СЧ 21-40.
Кислотоупорная эмаль стойка к действию минеральных и органических кислот
всех концентраций и их солей, сернистого газа, окислов азота, щелочей и других
агрессивных сред. От рецептуры эмалей и условий приготовления эмалевого покры-
тия зависит химическая стойкость покрытия в той или иной среде.
В соляной кислоте всех концентраций эмаль устойчива при температуре до
150° С, при более высоких температурах стойкость ее снижается. В серной кислоте
низкой концентрации эмаль стойка до температуры кипения, в кислоте повышенной
концентрации — до 230° С. В диапазоне концентраций 60—96% H2SO4 эмаль пол-
ностью устойчива.
Изготовляют следующую эмалированную аппаратуру: фильтры, выпарные
аппараты и котлы, перегонные кубы, ректификационные колонны, автоклавы, ва-
куумные аппараты, реакторы, теплообменные аппараты, мешалки, трубы, резер-
вуары, цистерны и т. п.
В табл. Ш-24 приведены физико-химические и механические свойства плав-
леных неметаллических материалов.
Кислотоупорные композиции на основе
жидкого стекла
Кислотоупорные силикатные цементы и замазки представляют собой вяжущие
составы, изготовляемые путем совместного помола или тщательного смешения раз-
дельно измельченных, порошкообразных кислотостойких наполнителей и быстродей-
ствующего отвердителя — кремнефтористого натрия или калия, затворенных затем
на водном растворе силиката натрия или калия (жидкого стекла). На воздухе со-
ставы быстро твердеют. Они стойки к действию минеральных кислот (кроме фтори-
стоводородной) любой концентрации и при любой температуре, газов (НС1, SO2, SO3,
NO, NO2 и др.), а также минеральных солей, имеющих кислую реакцию. Под дей-
ствием щелочей и солей, имеющих щелочную реакцию, силикатные цементы, замазки
И бетоны разрушаются.
Правильно приготовленные силикатные составы довольно водоустойчивы,
однако при длительном воздействии вод с нейтральной реакцией постепенно разру-
шаются.
Кислотоупорные цементы после затворения жидким стеклом (ГОСТ 13078—67)
применяются в качестве вяжущего (цементирующего) вещества при футеровке аппа-
ратов, оборудования и строительных конструкций штучными кислотоупорными
силикатными материалами, а также для приготовления кислотоупорных бетонов.
Кислотоупорные составы могут быть приготовлены на основе цемента
кислотоупорного кремнефтористого (ГОСТ 5050—69) или путем смещения кислото-
Таблица 111-25. Примерный состав кислотоупорных силикатных цементов и замазок
2. Неметаллические материалы
185
стойких наполнителей с кремнефтористым натрием (ГОСТ 87—66) и затем с жидким
стеклом на месте потребления.
Приготовление кислотоупорных цементных растворов и бетонов, футеровочные
и кладочные работы с ними должны производиться при температуре не ниже 10° С.
Состав кислотоупорных силикатных цементов и замазок приведен в табл. Ш-25.
К свойствам различных наполнителей предъявляют следующие требования:
Показатели Андезитовая мука Базальтовая мука Кварцевый песок молотый
Кислотостойкость, %, не ниже 95—97 95—99 93
Влажность, %, не выше . . . 2 2 2
Тонина помола (в %) — остаток при просеивании на ситах, не более: № 020 1—3 1 0,5
№ 0085 16—23 — 10
№ 006 — 70 50
Испытания кислотоупорных замазок проводят в соответствии с ГОСТ 5662—51.
Кроме наполнителей, указанных в табл. Ш-25, применяют гранит, фельзит, фар-
фор, шамот и другие природные и искусственные силикатные материалы при условии,
что их кислотостойкость не ниже 94% .
Адгезия кислотоупорных замазок к стеклу составляет 15—17 кгс!см2, керамике
и свинцу 18—20 кгс/см2-, к стали 20—25 кгс1см? (высшие показатели относятся к
замазкам, приготовленным на жидком стекле с более низким модулем).
В табл. Ш-26 даны свойства кислотоупорных силикатных цементов и замазок.
Т а б л и ц а Ш-26. Физико-механические свойства
кислотоупорных силикатных цементов и замазок
№ состава Кажущаяся плотность г/сж* Схватывание (при 18° С), ч Предел прочности ** кгс/см2, не менее Предел проч- ности *** при растя- жении после кислотной обработки кгс/смг
начало конец * при растя- жении при сжатии
1 2,10 15 25 45 470 50
2 2,05 3,5 5 35 430 40
3 2,04 2 3,5 28 350 35
4 2,00 10 15 70 500 53
5 1,97 5 6 35 440 45
6 1,95 1 2 30 380 40
7 1,97 9 12 70 450 50
8 1,90 4 6 35 400 30
9 1,80 1 2 30 320 20
10 1,95 4 6 29 — 35
11 1,97 3 5 29 — 30
* Указана наибольшая длительность.
** После 20 суток хранения на воздухе при 20 ± 5° С.
»*» после 20 суток хранения на воздухе образцы погружают в 30%-ную серную кис-
лоту при 20 ± 5° С. По истечении 10 суток образцы вынимают и определяют предел проч-
ности.
Кислотоупорный бетон отличается от кислотоупорных цементов и замазок
гранулометрическим составом наполнителей — в него наряду с кремнефтористым
натрием, жидким стеклом и тонкоизмельченным порошкообразным кислотостойким
наполнителем вводят песок и щебень из тех же силикатных материалов (андезит,
186
Ill. Материалы для аппаратов
бештаунит, кварц, гранит, фельзит, маршаллит, плавленый базальт, бой кислото-
упорного кирпича и т. п.). Этим достигается большая плотность сооружений и мень-
шая проницаемость для кислот.
Обычно применяемое соотношение наполнителей крупный : мелкий : тонкомоло-
тый составляет 2:1:1 или 1:1:1 (табл. III-27). При первом соотношении получают
более прочный бетон, при втором расходуется больше жидкого стекла, поэтому полу-
чаемый кислотоупорный бетон менее влагопроницаем.
Таблица Ш-27. Расход материалов
для приготовления 1 м3 кислотоупорного бетона (в кг)
№ состава Величина зерен наполнителей, мм Соотноше- ние напол- нителей 0) О о S5 мнефто- гый нат-
40-25 25-12 12-7 7-3 3-1 1—0,15 0,15
щебень песок поро- шок Жи; сте» 0.0.
1 666 334 250 150 100 500 2:1:1 200 30
2 572 285 143 250 150 100 500 2:1:1 200 30
3 — 435 215 325 195 130 650 1:1:1 260 39
4 371 186 93 325 195 130 650 1:1:1 260 39
Для приготовления кислотоупорного бетона применяют жидкое стекло плот-
ностью 1,36—1,38 г!см3 с модулем 2,4—3,0.
Процесс затвердевания кислотоупорного бетона сопровождается постепенным
выделением влаги. Во влажной среде кислотоупорный бетон почти не затвердевает,
а не полностью затвердевший бетон легко размывается водой. Поэтому кислотоупор-
ный бетон, в отличие от обычного бетона из портландцемента, в период затвердевания
нельзя поливать водой или засыпать мокрыми опилками. Наоборот, следует созда-
вать условия, способствующие удалению выделяющихся паров воды (например,
установка вентиляторов).
Состав № 1 применяют для изготовления несуших конструкций, не соприкаса-
ющихся непосредственно с агрессивными средами и имеющих толщину стенок до
100 мм. Состав № 2 применяют для той же цели, но при толщине стенок более 100 мм.
Состав № 3 применяют при футеровке аппаратов, в которых бетон соприкасается
с агрессивными средами, а толщина бетонного слоя составляет до 100 мм. Состав № 4—
применяют для той же цели, что и состав № 3, но при толщине бетонного слоя более
100 мм.
Блоки из кислотоупорного бетона приведенных составов могут успешно приме-
няться для футеровки аппаратов, газоходов и других сооружений (вместо мелких
штучных изделий). Использование готовых блоков в значительной мере облегчает
и ускоряет выполнение монтажных работ.
Ниже приведены физико-механические свойства кислотоупорного бетона;
Кажущаяся плотность, кг!м3
при ручной укладке ............................... 2260
> укладке с применением вибрирования . . . 2350
Коэффициент усадки, %................................. 0,02
Коэффициент линейного расширения, град-1 .... 8-10“®
Теплопроводность, ккалЦм-ч град) ................ 0,7—1,0
Предел прочности, кгс/см2,
при сжатии чёрез четыре дня после затворения,
не меиее......................................... 130
то же, через 28 дней, не менее................ 160
при растяжении ............................... 25—30
Модуль упругости, кгс!см2 .......................(60—120) 103
2. Неметаллические материалы
187
Жароупорный бетон. Сооружение печей для сжигания серосодержащего сырья,
а также агрегатов для обработки и транспортирования высокотемпературных топоч-
ных газов облегчается применением жароупорного бетона в качестве конструкцион-
ного материала взамен штучных огнеупоров. Жароупорный бетон отличается от
кислотоупорного наполнителями, в качестве которых обычно применяют шамот
и ддугие высокоогнеупорные материалы.
Термопластичные полимерные материалы
Полимеры, которые при определенной температуре размягчаются, переходят
из твердого в пластическое состояние, а при остывании возвращаются в первона-
чальное состояние, называются термопластичными.
К ним относятся: пластмассы на основе поливинилхлорида (винипласт, пла-
стикаты), полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, полимеры и со-
полимеры фторпроизводных этилена (фторопласты) и другие полимерные материалы.
Материалы на основе поливинилхлорида. Поливинилхлорид (ПВХ) представ-
ляет собой белый порошок — продукт полимеризации хлористого винила, содержа-
щего около 57 вес. % хлора. В зависимости от условий полимеризации (температуры,
количества инициаторов и др.) может быть получен полимер с различной удельной
вязкостью.
При температуре около 70° С поливинилхлорид размягчается, а при нагревании
выше 140—150° С разлагается с выделением газообразного хлористого водорода.
При этом цвет полимера меняется от желтого до коричневого, а при более сильном
разложении — до черного. Для увеличения термостабильности в полимер вводят
различные стабилизаторы — окиси, гидроокиси и соли щелочных и щелочноземель-
ных металлов, соли жирных кислот, окись или металлоорганические соединения
свинца и др.
Наиболее широко применяется жесткий, непластифицированный поливинил-
хлорид (винипласт), используемый для изготовления листов, труб и других изделий.
При введении в композицию пластификаторов получают мягкие (эластичные при
обычных температурах) материалы — поливинилхлоридные пластикаты.
Путем дополнительного хлорирования поливинилхлорида получают хорошо’
растворимую в ацетоне, хлорированных углеводородах и некоторых других раствори-
телях перхлорвиниловую смолу (ПХВ), используемую для приготовления химически
стойких лаков и эмалей, а также для выработки синтетического волокна «хлорин».
Винипласт применяют как конструкционный антикоррозионный материал при
температуре от 0 до 60° С.
Изделия из винипласта могут подвергаться следующим видам обработки: склеи-
ванию между собой и приклеиванию к металлу, дереву и бетону; сварке между собой
в струе горячего воздуха (или азота), нагретого до 200—220° С; механической обра-
ботке — распиливанию, резанию, сверлению, строганию, фрезерованию, полирова-
нию, формованию при нагреве, изгибу, штамповке и т. п.
В зависимости от назначения выпускают три марки винипласта:
ВН — непрозрачный (натурального цвета или окрашенный);
ВП — прозрачный (бесцветный или окрашенный);
ВНТ — нетоксичный.
Листовой винипласт (ГОСТ 9639—61) представляет собой жесткий термопластич-
ный материал, получаемый из непластифицированного или частично пластифици-
рованного поливинилхлорида методом прессования уложенных слоями пленок или
методом экструзии.
Листовой винипласт выпускают следующих размеров (в мм)\
Длина . . ....................... 1300—1500
Ширина ......................... 500—650
Толщина........... 2—20
Допуск
по длине и ширине ........ ±5
по толщине ..................±(0,1+0,05s)
188
III. .Материалы для аппаратов
Физико-механические свойства листового винипласта должны следующим требованиям: удовлетворять внт
вн Марки ВП
Предел прочности, кгс/см1, не менее при растяжении 550 500 450
» изгибе 1000 900 900
Ударная вязкость, кгс-см!см?, не менее 80 70 50
Теплостойкость по Вика, °C, не менее . . 75 70 70
Удельное объемное электрическое сопро- тивление, ом-см, не менее 5• 1014 Ы014 1 • 1014
Плотность, г 1см3 Коэффициент линейного расширения, град'1 1,38—1,43 (60—70) IO" 6
Коэффициент теплопроводности, ккал!(м-ч-град) Удельная теплоемкость, ккал/(кг-град} Твердость по Бринеллю, кгс!мм2 . . . Водопоглощение за 24 ч, % 0,14 0,24 15—16 1
Прутки сварочные из винипласта выпускают диаметром 2, 3 и 5 мм, длиной от
0,5 м и более (СТУ 30-12307—62).
В производстве серной кислоты листовой винипласт используется для изго-
товления газоходов и воздуховодов, небольших приемников и мерников серной кис-
лоты, поддонов, сточных желобов, предохранительных перегородок и щитков, т. е.
в тех условиях, когда температура не превышает допустимую температуру эксплу-
атации винипласта.
Пластикат поливинилхлоридный. По СТУ МХП 2024—49 и СТУ 30-14-223—64
выпускают листовой прокладочный пластикат, предназначенный для применения
в диапазоне температур от —15 до +40° С в качестве химически стойкого прокладоч-
ного или герметизирующего материала. Толщина листов от 1 до 5 мм, ширина не
менее 600 мм, длина не менее 100 мм. Пластикат легко сваривается, приклеивается
к металлу; он значительно эластичнее винипласта. Предел прочности пластиката
при растяжении не менее 100 кгс!см2, относительное удлинение при разрыве не ме-
нее 150%, химическая стойкость ниже, чем у винипласта. При эксплуатации пласти-
фицирующие компоненты вымываются и пластикат делается хрупким.
Полиолефины. Наиболее широкое распространение в настоящее время нашли
полиэтилен, полипропилен и сополимеры этилена с пропиленом или бутиленом.
Полиэтилен является продуктом полимеризации этилена. В зависимости от при-
мененного способа полимеризации получают полиэтилен низкой плотности (высокого
давления, ГОСТ 16337—70) и полиэтилен высокой плотности (низкого давления).
Полиэтилен высокой плотности используется как самостоятельный конструк-
ционный материал.
Полиэтилен находит широкое применение при изготовлении мелкой тары для
расфасовки реактивов и химикатов (банки, бутыли, канистры и т. п.), а также для
изготовления полиэтиленовых мешков под сыпучие химические продуты (например,
под удобрения).
2. Неметаллические материалы
189
В сернокислотной промышленности имеется положительный опыт использова-
ния труб из полиэтилена высокой плотности (ГОСТ 16338—70) для транспор-
тировки кислот промывного отделения контактных систем.
Недостатком всех полиолефинов является их окисляемость на воздухе, которая
усиливается при нагреве и ультрафиолетовом облучении (прямые солнечные лучи).
В результате этого процесса (старения) снижаются эластичность (относительное удли-
нение) и морозостойкость полиолефинов, адгезия их к металлам, ухудшаются диэлек-
трические свойства.
Для повышения стойкости к старению в полиэтилен вводят различные антиокси-
данты и стабилизаторы (в том числе газовую, печную или канальную сажу, придаю-
щую черный цвет изделиям из стабилизированного полиэтилена). Изготовление
напорных труб из полиэтилена, содержащего менее 1,5—2,0% сажи, не допус-
кается.
Полипропилен (МРТУ 6-05-1105—67) является продуктом полимеризации про-
пилена и применяется для изготовления различными методами технических деталей.
Выпускается листовой полипропилен толщиной до 8 мм и трубы диаметром до
200 мм.
Благодаря более высокой, чем у полиэтилена и винипласта, термической стой-
кости (до 110° С), хорошим механическим свойствам и химической стойкости поли-
пропилен является перспективным полимерным материалом для конструирования и
защиты химической аппаратуры. Физико-механические свойства полиолефинов при-
ведены в табл. Ш-28.
Фторопласты представляют собой полимеры фторпроизводных этилена. Высокая
прочность связи атомов фтора и углерода и специфическая структура молекул обу-
словливают сочетание ценных химических и физических свойств фторопластов.
Они обладают высокой термостойкостью, исключительной инертностью к химиче-
скому воздействию, достаточно высокой прочностью, отличными диэлектрическими
и антифрикционными свойствами.
Отечественная промышленность выпускает фторопласты следующих марок:
фторопласт-4 (Ф-4) трех марок и фторопласт-4Д (Ф-4Д) пяти марок, фторопласт-
4ДП (Ф-4ДП) двух марок, фторопласт-4ДПТ (Ф-4ДПТ) и фторопласт-4М (Ф-4М),
фторопласт-3 (Ф-3) трех марок, фторопласт-40 (Ф-40) двух марок и фторопласт-42
(Ф-42). Кроме того, выпускается фторсодержащий синтетический каучук СКФ-32
(двух марок) и СКФ-26.
За рубежом фторопласт-4 имеет следующие торговые названия: тефлон (в США),
флюон (в Англии), сорефлон (во Франции), алгофлон (в Италии), хостафлон TF
(в ФРГ), полифлон (в Японии). Фторопласт-3 в США называют флюоретеном и гене-
троном, в ФРГ — хостафлоном, в Японии — дайфлоном.
Фторопласт-4 (ГОСТ 10007—62) представляет собой полимер тетрафторэтилена.
Изделия из фторопласта-4 имеют белую окраску и скользкую поверхность, напоми-
нающую парафин.
По химической стойкости фторопласт-4 превосходит все известные материалы,
в том числе золото и платину. Он практически стоек во всех минеральных и органи-
ческих кислотах, щелочах, органических растворителях, окислителях и других
агрессивных средах. Фторопласт-4 разрушается лишь под действием расплавленных
щелочных металлов, элементарного фтора, трехфтористого хлора при высокой тем-
пературе.
Фторопласт-4 весьма гидрофобен, он не смачивается водой и не набухает в ней
независимо от времени пребывания. Водопоглощение его практически равно нулю.
Адгезия к металлам и другим материалам крайне плохая.
Максимально допустимая рабочая температура 250° С. Пленки фторопласта-4
сохраняют гибкость при температурах до —100° С.
Фторопласт-4 даже при нагреве до 400° С не переходит в вязкотекучее состояние
и сохраняет свою форму. В то же время он отличается значительной хладотекучестью,
увеличивающейся с повышением температуры. При удельных нагрузках 30—50кгс/с.м2
появляется заметная остаточная деформация, а при давлениях 200—250 кгс!см2
материал переходит в область регулярного течения.
2. Неметаллические материалы
191
Т аблица II1-28. Физико-механические свойства полиолефинов
Полипропилен 0,90—0,91 80 000—200 000 250—400 200—800 — 15 160—170 1 | о | 6700—11 900 2-3
S
высокой плотносч 0,94—0,96 До 1 000 000 220—400 200—900 —70 125 0,35 0,55 10—50 0,03—0,04 5000—8000 СО
Полиэтилен средней плотности 0,925 25 000—35 000 130—160 150—250 —70 110—120 | 21—55 0,022 1 2—3
низкой плотности 0,922 18 000—25 000 120—150 400—600 -70 108—115 0,25 0,50—0,68 22—52 0,035 1500—2500 2—3
Показатели Плотность, г!см3 Молекулярный вес Предел прочности при растяжении, кгс/см? Относительное удлинение при разрыве, % . . . Температура хрупкости (морозостойкость), °C » размягчения, °C . . . Коэффициент теплопроводности, ккал!(м ч • град) Удельная теплоемкость при 25° С, кал!(г-град) Коэффициент линейного расширения а-10 5, град"1 Водопоглощение за 30 суток, % Модуль упругости при изгибе, кгс!см2 .... Усадка, %
Даже при нагревании до высоких температур фторопласт-4 не переходит в вязко-
текучее состояние, что затрудняет его переработку и получение из него изделий
сложной формы и крупных габаритов.
В табл. Ш-29 показана зависимость механических свойств фторопласта-4
от температуры.
Таблица II1-29. Зависимость механических свойств фторопласта-4
от температуры
Температура °C Модуль упругости, кгс/см* Предел прочности прн растяжении кгс/смг Относитель- ное удлине- ние при раз- рыве, %
прн сжатии при нзгнбе
—60 18 000 27 800
-40 17 000 23 900 350 70
—20 15 000 23 300 325 100
0 11 000 18 100 300 150
20 7 000 8 500 200 470
40 4 500 5 100 180 650
60 3 300 4 800 — —
80 2 400 3 800 135 600 ..
100 1 700 — 115 540
120 — 2 450 — —
Основной способ переработки фторопласта-4 — таблетирование мелкодисперс-
ного порошка на холоду при давлении 300—350 кгс/см? и получение формованных
образцов спеканием таблеток в свободном состоянии при температуре 375 ± 10° С.
Полученную заготовку изделия доводят до нужных размеров механической обра-
боткой, так как усадка при спекании составляет 4—7%.
Фторопласт-4 нерастворим ни в одном из известных растворителей и не набухает
в них даже при повышенных температурах, поэтому в виде растворов его не приме-
няют для защиты металлических поверхностей.
В химической промышленности фторопласт-4 находит применение для изготовле-
ния деталей аппаратов, работающих в особо агрессивных средах, в частности для
деталей насосов, перекачивающих агрессивные жидкости (клапана, седла, сальни-
ковые набивки и т. д.).
Фторопласт-4 стоек во всех рабочих средах производства серной кислоты как
по нитрозному, так и по контактному методам при температуре до 250° С.
Фторопласт-3 (ГОСТ 13744—68). Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) —
полимер трифторхлорэтилена, выпускается в виде тонкого рыхлого, легкосыпучего
порошка. Для изготовления изделий из фторопласта-3 могут быть применены все
методы переработки термопластов. Изделия из фторопласта-3 по внешнему виду
представляют собой роговидный материал, цвет которого (от бесцветного до темно-
коричневого) зависит от условий термообработки. Температура плавления около
ч210° С.
По химической стойкости фторопласт-3 несколько уступает фторопласту-4;
он набухает в некоторых органических растворителях, не обладает хладотекучестью
и имеет высокую твердость. Рабочий интервал температур для фторопласта-3 от
—195 до +100° С. Фторопласт-3 применяют для изготовления уплотнительных дета-
лей (прокладок, манжет) и других узлов и деталей аппаратов, работающих в сильно
агрессивных средах.
Физико-механические свойства фторопластов приведены в табл. III-30.
Таблица 111-30. Физико-механические свойства фторопластов
X
X
cd
Ф
S
S
сх
Е
. Водопоглощение фторопластов всех марок практически равно нулю.
2. Неметаллические материалы
193
Термореактивные полимерные материалы
Термореактивные пластические массы — это полимеры, которые при нагревании
необратимо отверждаются вследствие образования пространственной сетки, не рас-
творяются и н.е набухают в растворителях и не размягчаются при повторном нагреве.
К ним относятся пластические массы на основе феноло-формальдегидных, эпоксид-
ных, полиэфирных, кремнийорганических и других смол: фаолит, текстолит, стекло-
текстолит, графитопласты и т. п., а также бакелитовые лаки, замазки арзамнт и т. д.
Фаолит (ТУ ГХП 36—44) — волокнистый формовочный материал, получаемый
на основе феноло-формальдегидной резольной смолы и кислотостойких наполните-
лей — асбеста, графита и песка. Выпускают фаолит трех марок: марка А содержит
в качестве основного наполнителя асбест, Т — графит, И — кварцевый песок.
Ниже дан состав фаолита марки А (в вес. ч.):
Резольная
смола
Асбест
антофили-
товый хризотиловым
Для труб.......................... 100 152 8
Для листов........................ 100 95 5
Листовой фаолит применяется для футеровки металлических аппаратов, для
изготовления химической аппаратуры, отдельных узлов и деталей, работающих
в агрессивных средах.
Материалы типа фаолит за рубежом имеют следующие обозначения: на основе
феноло-формальдегидных смол с асбестовым наполнителем — Haveg41; на основе
феноло-формальдегидных смол с графитом — Haveg 43; на основе фурфурольных
смол — Haveg 60.
Ниже приведены физико-механические свойства фаолита марки А:
Плотность, г!см3 1,5
Коэффициент теплопроводности, ккалЦм • ч -град) 0,25
Коэффициент линейного расширения, град~1 2.10“ 6—ЗЛО’5
Ударная вязкость, кгс-см/см2 3,44
Теплостойкость по Мартенсу, °C 135
Твердость по Бринеллю, кгс!мм2 20
Предел прочности, кгс/см2 Поперек Вдоль
волокон волокон
при растяжении 120—200 310—385
» сжатии 580—900 580—900
» изгибе 490—600 260—280
» срезе 300—380 240—350
Из отвержденного фаолита выпускают готовые изделия —• листы, трубы, фасон-
ные части, подвергнутые термической обработке, а из сырого (неотвержденного) —
полуфабрикаты — фаолитовые листы, используемые для изготовления оборудования
и аппаратуры на месте, потребителями. Размеры сырых фаолитовых листов приве-
дены в табл. Ш-31.
Достоинством фаолита является сравнительная простота изготовления из него
Довольно сложных деталей и аппаратов силами неспециализированных предприя-
тий — потребителей пластмасс. Для получения фаолитовых изделий сырому фаолиту
придают соответствующую форму, швы и места соединений отдельных частей заде-
лывают фаолитовой замазкой, т. е. сырой фаолитовой массой (МРТУ 6-05-1003—66),
а затем подвергают отверждению термообработкой.
Отвержденные фаолитовые листы выпускают толщиной от 8 до 20 мм, шириной
от 700 до 1000 мм и длиной до 1400мм (ТУ ГХП 35—44). Из них могут быть изго-
___13_Справочник српкпк пслотчпкя___________________________________________
194
III. Материалы для аппаратов
Таблица Ш-31. Размеры сырых фаолитовых листов (в мм)
Длина Ширина Толщина Длина Ширина Толщина
1000 700—800 5—20 1400 900—1000 5—15
1000 900—1000 5-20 1600 700—800 5—15
1200 700—800 5—18 1600 900—1000 5—12
1200 900—1000 5—18 1800 700—800 5—12
1400 700—800 5-15 2000 700—800 5—12
товлены аппараты с плоскими стенками, соединенными между собой также на за-
мазке.
Краны, вентили, детали центробежных и ротационных вакуум-насосов изго-
товляют методом прессования в разборных металлических прессформах.
Отвержденный фаолит поддается всем видам механической обработки.
Из-за различия коэффициентов термического расширения фаолита и металлов
футеровать (фаолитировать) крупные металлические изделия сложно. Небольшие
аппараты, центробежные насосы (улитки и крылатки), мешалки, рамы фильтрпрес-
сов и т. п. футеруют слоем фаолита толщиной 5—8 мм (после очистки футеруемой
поверхности от окалины и загрязнений и покрытия ее бакелитовым лаком).
Из фаолита изготовляют также различные крупногабаритные аппараты для
химических производств: поглотительные колонны диаметром до 1,25 м с тарелками
и колпачками; башни и скрубберы диаметром до 1,2 м и высотой до 10 м, собранные
из отдельных царг; барботажный зонт диаметром 3 м; сборники и резервуары ем-
костью до 2 м3; вентиляционные трубы диаметром до 800 мм и т. д.
Фаолит стоек в серной кислоте концентрацией не более 70% H2SO4 при темпе-
ратуре до 70° С. В менее концентрированных растворах серной кислоты допустима
рабочая температура 100—110° С.
Фаолитовые трубы могут быть применены взамен свинцовых для перекачки цир-
куляционных кислот промывных отделений контактных систем.
Замазки арзамит — коррозионностойкие, водонепроницаемые, быстро схваты-
вающиеся и самозатвердевающие замазки на основе феноло-формальдегидной смолы
с порошкообразным наполнителем и кислым отвердителем — л-толуолс^льфохлори-
дом.
При комнатной температуре замазки схватываются в течение 6 ч и затвердевают
в течение суток, при 70° С они схватываются через несколько минут.
Замазки арзамит применяются в качестве вяжущего при футеровке аппаратуры
штучными силикатными и углеграфитовыми материалами, а также для поверхностной
разделки швов кладок и облицовок, сложенных на силикатных замазках. В отличие
от последних замазки арзамит практически непроницаемы для жидкостей при давле-
нии до 3—5 ат.
Замазки арзамит нельзя наносить непосредственно на металлическую или бетон-
ную поверхность: необходимо предохранить ее от возможного коррозионного дей-
ствия входящего в состав замазки кислого отвердителя. Поэтому футеровку на за-
мазках арзамит производят по подслою, в качестве которого обычно рекомендуется
замазка на основе резорцино-феноло-формальдегидной смолы, отверждающейся
при 18—20° С без добавления отвердителей.
Замазки готовят непосредственно перед употреблением с таким расчетом, чтобы
их хватило на работу в течение 1 —1,5 ч. При приготовлении замазки следует раствор
вливать в порошок, а не наоборот. В зависимости от назначения замазок на 1 кг
порошка расходуется 0,23—0,6 кг раствора.
За рубежом замазки типа арзамит обычно называют замазками «асплит»
(ФРГ). Состав и физико-механические свойства замазок арзамит даны в табл. III-32
и Ш-33.
2. Неметаллические материалы
195
Таблица III-32. Состав основных частей замазок арзамит различных марок
(в вес. %)
Марка Порошок Раствор Назначение
кварцевая мука активированный кремнезем графитовый порошок п-толуолсуль- фохлорид феноло-формаль- дегидная смола отношение фено- ла к альдегиду бензиловый спирт дихлоргидрин глицерина
Арзамит-1
(ТУМ-522—54) . . Арзамит-4 70 20 — 10 90 1; 1,16 10 — Для работы в кис- лых средах
(ТУМ-543—58) . . Арзамит-5 — — 90 10 90 1:1,16 10 — То же и в среде HF
(СТУ 58-009—59) 90 10 70 1 : 1,75 10 20 Для работы в пе- ременных сре- дах— кислых и щелочных
Таблица Ш-33. Физико-механические свойства замазок арзамит
Показатели Марки замазок
арзамит-1 арзамит-4 арзамит-5
Предел прочности, кгс!смг при растяжении 51—54 48—50 45-65
» сжатии 840 600—700 450—480
Усадка, % 0,42 0,37 0,3—1,42
Адгезия, kzcIcm1 с пропитанным графитом 39—40 35—50 ' 44—51
со сталью, защищенной смесью ре- зорци но-фе ноло-формальдегидной смолы и графитового порошка 40 40—50 38—43
со стеклом j 7,0—7,5 — —-
с фарфором 11—12 — —
с винипластом 24 — —
с плиткой из каменного литья . . . 17 4,6 —
с вулканизованной резиной .... 6—10 — —
со свинцом 14—15 — —
Коэффициент теплопроводности, ккал/(м-ч-град) — 18—20 18-20
»Слоистые пластики. Текстолит — слоистый пластический материал, получен-
ный прессованием уложенных слоями полотнищ ткани, пропитанной искусствен-
ными фенол альдегидной, крезол альдегидной, ксиленол альдегидной смолами или
их смесью. Обычный поделочный текстолит изготовляют из хлопчатобумажной ткани
массой 180—300 гЛи2. Толщина текстолитовых листов от 0,5 до 8 мм, текстолитовых
плит от 9 до 70 мм.
13*
196
III. Материалы для аппаратов
Текстолит значительно прочнее фаолита, но химически менее стоек ввиду разру-
шения хлопчатобумажных прослоек при контакте с агрессивной средой. В хими-
ческой промышленности нашли применение главным образом трубы из текстолита.
Стеклотекстолит — слоистый конструкционный материал, получаемый путем
прессования под давлением 25—150 кгс!см2 полотнищ стеклянной ткани, предвари-
тельно пропитанной феноло-формальдегидными смолами, их модификациями или
различными другими смолами — бутваро-фенольными, кремнийорганическими, по-
лиэфирными, эпоксидными и т. п. Смолы являются связующим компонентом, а стек-
лянная ткань воспринимает основные нагрузки в условиях эксплуатации.
Свойства стеклотекстолитов изменяются в широких пределах в зависимости от
свойств смолы, степени ее полимеризации и текстильной характеристики и хими-
ческого состава стеклянной ткани.
Вместо стеклоткани в качестве основы могут быть применены другие изделия
из стекловолокна — стекломаты (стеклянный войлок), ориентированный стеклян-
ный шпон (СВАМ) и собственно стеклянное волокно, наносимое на поверхность путем
вихревого напыления совместно со связующей смолой и т. п.
Получаемые на основе стекловолокна и искусственных смол материалы — стекло-
пластики находят все более широкое применение в химической промышленности
для конструирования аппаратуры и оборудования.
Достоинства стеклопластиков — высокая прочность при относительно неболь-
шой плотности и ударостойкость. Химическая стойкость стеклопластиков опреде-
ляется стойкостью смолы, а механическая прочность — прочностью стекловолокна,
которая зависит от условий работы.
Углеграфитовые материалы. В качестве конструкционного материала для изго-
товления реакционной и теплообменной химической аппаратуры и защитного футе-
ровочного материала применяют изделия из искусственного графита, пропитанные
синтетическими смолами или другими веществами для придания им непроницаемости
и увеличения прочности. Природный графит не применяют для этих целей из-за
недостаточной химической стойкости его, обусловленной содержанием различных
минеральных примесей и способностью набухать в агрессивных средах.
Искусственный графит получают из нефтяного кокса и каменноугольного пека
(связующее) путем обжига и длительной графитизации при высокой температуре
(до 2600° С и выше). В зависимости от условий приготовления шихты, способа прес-
сования и режима обжига получают различные марки искусственного графита. Тем-
пература эксплуатации их составляет до+400° С в окислительной среде идо 1000° С—
в восстановительной и нейтральной средах.
Искусственный графит легко поддается механической обработке и отличается
высокой термической и химической стойкостью, теплопроводностью и низким коэф-
фициентом теплового расширения, вследствие чего выдерживает резкие изменения
температур (табл. Ш-34).
Т а б л и ц а Ш-34. Физико-механические свойства графитовых материалов
Показатели Графит непропи- танный Графит пропи- танный Прессован- ный графито- пласт (АТМ-1) Литьевой графито- пласт (НК)
Кажущаяся плотность, г! см? . . . Предел прочности, кгс!см? 1,45 1,80 1,82 1,40—1,45
при сжатии 173 850 1000—1200 650—800
» изгибе 113 311 400—500 125—300
» растяжении 67 140 180—220 —
Теплопроводность при нормальной
температуре, ккал!(л • ч • град) Коэффициент линейного расшире- 75—100 75—100 30—35 —’
Ния а-10®, град~1 2,9 7,5 8,5 24,0
2. Неметаллические материалы
197
Недостатками графитовых материалов являются малая механическая проч-
ность, хрупкость и проницаемость для газов и жидкостей из-за большого количества
открытых, связанных друг с другом пор. При пропитке искусственного графита поро-
заполняющими веществами эти недостатки устраняются.
Для пропитки обычно применяют феноло-формальдегидные смолы и их модифи-
кации. Из пропитанного непроницаемого графита в сочетании с замазкой арзамит
изготовляют различную реакционную и теплообменную аппаратуру, центробежные
насосы,, ректификационные колонны, пробковые краны, а также плитки для футе-
ровки аппаратов.
Особенно практичными оказались аппараты блочной конструкции, изготовлен-
ные из отдельных элементов — графитовых блоков, соединенных между собой за-
мазкой арзамит или скрепленных металлическими деталями на прокладках.
Размеры кубических блоков 350X350X350 мм, прямоугольных 350Х350Х
Х700 мм, диаметр круглых блоков 426 мм, высота 330 мм.
Другим способом получения непроницаемых изделий на основе искусственного
графита является формование их из смеси порошкообразного графита и вяжущих
смол (графитопласты). Композиции с большим содержанием графита (70% и выше)
получают прессованием в горячих формах (антегмит марок АТМ-1 и др.). Их тепло-
проводность примерно в 3 раза меньше, чем пропитанного графита, но они намного
прочнее и значительно дешевле последнего.
Композиции с невысоким содержанием графита (около 50%) могут быть полу-
чены методом холодного литья.
Химическая и термическая стойкость пропитанного графита и графитопластов
определяется свойствами использованной для пропитки смолы и степенью ее поли-
меризации. Допустимая температура эксплуатации пропитанного графита состав-
ляет 170° С, АТМ-1 —120° С.
Для футеровки аппаратов, работающих в средах, содержащих фтористый водо-
род, применяют угольные блоки и кирпичи, не подвергнутые графитизации, а лишь
обожженные.
Угольные блоки и кирпичи обладают высокой прочностью и непроницаемостью,
дешевле графитизированных, но с трудом поддаются механической обработке.
В сернокислотной промышленности штучные углеграфитовые материалы (блоки,
кирпичи) применяются для футеровки аппаратуры отделения очистки печных газов,
полученных от сжигания сернистого сырья, содержащего примесь фтора. В качестве
связующего используется замазка арзамит-4 или 5. Футеровка, выполненная из
кислотоупорного силикатного кирпича на силикатной замазке, разрушается от дей-
ствия образующейся в этих условиях фтористоводородной кислоты. Оросительные
холодильники из антегмитовых труб широко применяются для охлаждения цирку-
ляционных кислот промывных отделений контактных систем.
Теплообменники блочной конструкции из пропитанного графита могут с успехом
применяться для охлаждения (или нагрева паром) растворов серной кислоты кон-
центрацией до 65—70% H2SO4, не содержащих механических примесей.
Эластомеры
Резины и эбониты применяют как в виде различных прокладочных и уплотни-
тельных деталей и конструкционных материалов, так и в качестве защитных покры-
тий от действия агрессивных сред для аппаратов и сосудов из стали, чугуна, латуни,
алюминия, сплавов алюминия и магния, бронз (за исключением оловянистой).
Резины содержат от 2 до 4 вес. ч. серы (резины на основе хлоропреновых каучу-
ков не содержат серы) и обладают эластичностью, прочностью на разрыв, сопро-
тивлением истиранию, химической стойкостью.
^Эбониты содержат 30—60 вес. ч. серы и обладают более высокой химической
стойкостью, чем резины, большей твердостью, лучшей стойкостью к окислению
и набуханию. Недостатками эбонита являются хрупкость, низкое сопротивление
истиранию, термопластичность (при 60—70° С эбонит начинает размягчаться).
Первая цифра соответствует температуре, вторая —длительности вулканизации.
Полуэбонит.
‘2. Неметаллические материалы
199
Коэффициенты линейного термического расширения эбонита и металла различаются
в 7—10 раз, что приводит при резких колебаниях температур к растрескиванию
эбонита и отслаиванию его от металла.
Полуэбониты содержат 17—18 вес. ч. серы и имеют свойства, средние между
свойствами соответствующих резин и эбонитов.
При использовании в качестве защитных покрытий (гуммировании аппаратуры)
листы сырой резины или эбонита накладывают на защищаемую металлическую по-
верхность, предварительно покрытую соответствующими клеями (табл. Ш-35),
с последующей вулканизацией.
Гуммированную аппаратуру следует оберегать от длительного нагрева свыше
100° С и от охлаждения ниже —15° С во избежание быстрого «старения» резины
(потери эластичности), образования трещин и порчи покрытия.
Полиизобутилен. В технике применяют вальцованные смеси полиизобутилена
с порошкообразными наполнителями: графитом, сажей и др. Для применения в каче-
стве антикоррозионного обкладочного материала по металлу, бетону и т. п. выпу-
скают листовой полиизобутилен марки ПСГ (ТУ 2987—52) толщиной 2,5—4,0 мм,
шириной до 1 м и длиной 10 м и более. В состав полиизобутилена марки ПСГ входят
полиизобутилен П-200, графит аморфный и сажа газовая в соотношении 1:1:1.
Ниже даны физико-механические свойства листового полиизобутилена ПСГ:
Плотность, г! см? ............................ 1,32
Предел прочности при растяжении, кгс!см? 45—65
Удлинение, %
относительное .......................... 475—500
остаточное.............................. 150—200
Температура хрупкости, °C................... —24
Листовой полиизобутилен нашел особенно широкое применение в качестве
непроницаемого подслоя под футеровку взамен свинцовой обкладки при комбини-
рованной защите химической аппаратуры. Для крепления листов полиизобутилена
к поверхности металла, бетона, дерева и другим применяют резиновый клей холод-
ного отверждения № 88.
Листы полиизобутилена сваривают без сварочного прутка при нагреве краев
примерно до 200° С электропаяльником или горелкой для сварки пластических масс.
Недостатками полиизобутилена являются ползучесть при повышенной темпе-
ратуре, а также растворимость в бензине, ароматических и хлорированных углево-
дородах.
Коррозионная стойкость полимерных материалов
Ниже приведены данные по стойкости в серной кислоте полимерных конструк-
ционных и защитных материалов:
Материал
Виниплдст
Полиэтилен низкой плотности
Предельная
температура
применения, °C
Максимальная
концентрация
H2SO4, %
40 40
40—80 60
90 40
96 20
50 60
200
III. Материалы для аппаратов
Полиэтилен высокой плотности . . . 50 75 80 60
Полипропилен 50 НО
75 80
93 20
Фторопласт-4 Любая 250
Фторопласт-3 96 100
Фторопласт-42 (волокно фторлон) 96 120
Фаолит 50 115
70 70
Замазки арзамит .... 70 70
Графит пропитанный 70 70
60 До т. кип.
Графитопласт АТМ-1 (антегмит) . . . 70 70
Стеклопластик на основе феноло-фор- 60 115
мальдегидной смолы 70 70
Резины гуммировочные 70 70
Полиизобутилен ПСГ 80 60
90 40
96 20
Резина прокладочная на основе фтор-
каучука СКФ-32 93 100
Фильтровальные ткани из волокна . . 98 70
фторлон 96 120
хлорин 75 60
93 40
лавсан (100%) 30 70
76 20
нитрон (100%) 5 Т. кип.
30 70
50 50
Почти все полимерные материалы с течением времени «стареют» в результате
Действия рабочей среды, кислорода воздуха и других факторов, особенно в условиях
эксплуатации при повышенной температуре. В связи с этим срок службы аппаратуры,
изготовленной из органических материалов или защищенных ими, ограничивается
несколькими годами, редко превышая 5—6 лет.
Серная кислота в результате длительного контакта с органическими материа-
лами при указанных выше температурах может принимать желтую и даже бурую
окраску.
Термопластичные полимерные материалы имеют высокий коэффициент терми-
ческого расширения, в 10 и более раз превышающий коэффициент расширения ме-
2. Неметаллические материалы
201
таллов. Это необходимо учитывать при использовании указанных материалов в ка-
честве защитных покрытий металлов, а также при укладке длинных трубопроводов
из этих материалов.
Изделия и композиции на основе полиэфирных, полиамидных, кремнийорга-
нических и эпоксидных смол нестойки в серной кислоте даже при комнатной темпе-
ратуре.
Прокладочные и набивочные материалы
и химически стойкие наружные покрытия
Прокладки — детали, зажимаемые между разъемными частями или фланце-
выми соединениями машин, аппаратов, приборов, арматуры и трубопроводов для
обеспечения герметичности.
Прокладки изготовляют из бумаги, картона (целлюлозы), кожи, резины, пласт-
масс и других естественных и искусственных полимерных материалов; асбестового
волокна в чистом виде или с примесью хлопкового волокна; асбестового волокна в со-
четании с резиновой композицией; листового металла — алюминия, меди, свинца,
стали и др.; металлов в сочетании с неметаллическими материалами (табл. Ш-36).
Таблица Ш-36 Материалы для прокладок и набивок
Материал ГОСТ или ТУ Характеристика
Алюминий листовой ГОСТ 13722—68 Толщина листа 2—6 мм
Медь листовая ГОСТ 495—70 » » 2—6 мм
Свинец листовой ГОСТ 9559—60 » » 1—6 мм
Винипласт листовой ГОСТ 9639—61 » » 0,9—4 мм
Пленка винипластовая МРТУ 6-05-1025—66 » » 0,4—0,9 мм
каландрированная
Картон асбестовый * ГОСТ 2850—58 Листы размером 900Х 900 и 1000Х 1000 мм, толщиной 2— 10 мм
» бумажный ГОСТ 9347—60 Марка А — пропитанный, Б — непропитанный, толщиной 0,5; 0,8; 1 и 1,5 мм
Картон водонепроницае- мый ГОСТ 6659—63 Толщина листа 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 мм
Кожа техническая ГОСТ 1898—48 Тип 9 для манжет и прокладок, толщиной 2,5; 3; 3,5; 4 и 5 мм
Паронит ГОСТ 481—71 ТУ МХП 3095—52 Листы размером от ЗООХ 400 до 1200Х 1700 мм, толщиной от 0,4 до 6 мм
» УВ-10 Паронит 9-1-С КФ ТУ 38-5-79—68 Листы размером от 550Х 550 до 1000Х 1500 мм, толщиной 0,4—3,0 мм На основе фторкаучука (опыт- ные партии)
Пластикат полихлорви- ВТУ МХП 2024—49 Листы толщиной 1—5 мм
ниловый
Прессшпан ГОСТ 6983—54 Сильно уплотненный лощеный картон
* Для сильно агрессивных кислых сред рекомендуется применять асбестовый картон,
^°оВгЛеННЫЙ)ПО спеЦиальномУ заказу из кислотостойких сортов асбеста (антофилитового.
202
///. Материалы для аппаратов
Продолжение табл. II1-36
Материал ГОСТ или ТУ Характеристика
Резина техническая ли- стовая ГОСТ 7338—55 Пластины толщиной от 0,5 до 50льи, шириной 200—1750 мм, длиной от 0,5 до 10 мм
Резина марки ИРП-1225 МРТУ 6-07-6031—64 На основе фторкаучука СКФ-32; пластины размером 250Х 250, 300Х 300 и 500Х 500 мм, толщиной до 1ОЛ4Л4; шнур диа- метром до 20 мм
Резиновый шнур ГОСТ 6467—69 Круглого, квадратного и пря- моугольного сечения длиной от 3 до 40 м, размерами сторон или диаметром от 2 до 10, 12, 14, 16, 18, 20 и от 25 до 50 мм
Фибра листовая ГОСТ 14613-69 ФПК — прокладочная, кисло- родостойкая, для изготовле- ния деталей, соприкасающих- ся с кислородом
Фторопласт-4 МРТУ 6-05-926—64 Листы толщиной 1—4 мм
Фторопласт-3 МРТУ 6-05-946—65 » » 1—4 »
Шнур асбестовый ГОСТ 1779—55 Плетеный, пропитанный спе- циальными составами, диа- метр 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 19, 22 и 25 мм
Фторопластовый уплот- нительный материал ФУМ марок В и Ф МРТУ 6-870—62 Шнуры из фторопласта-4Д круглого, квадратного и пря- моугольного сечения длиной 1 м и более Диаметр круглого шнура от 2 до 22 мм
Набивки сальниковые ГОСТ 5152—66 Сухие (волокнистые и комбини- рованные) и пропитанные — плетеные, скатанные и коль- цевые, различных марок
Прокладочные материалы поставляются в виде прессованных плотных и эла-
стичных листов, пластин, полотна, жгутов, шнуров, а в некоторых случаях — в виде
паст или готовых прокладок необходимой формы. Для уменьшения проницаемости
прокладок их пропитывают специальными составами.
Набивка — уплотнение места входа вращающейся детали машины (вала) в аппа-
рат, прибор, насос и т.п., препятствующее возможности выхода рабочей среды из
аппарата наружу.
Набивочные материалы изготовляют из хлопковой, пеньковой или льняной
пряжи; асбестовой пряжи с примесью хлопкового волокна; асбестовой пряжи в соче-
тании с резиной, графитом, суспензией фторопласта-4 и тальком; асбестовой пряжи
и металлической проволоки; металлов и графита (табл. Ш-36).
Набивочные материалы поставляются в виде сплетенных из пряжи или скатан-
ных и прорезиненных шнуров круглого и квадратного сечения или в виде готовых
набивочных (уплотнительных) колец. Уплотнительные кольца можно изготовлять
на месте формованием, например стружки из фторопласта-4. Для увеличения непро-
2. Неметаллические материалы
203
ницаемости набивки в сальниковой коробке иногда между отдельными ее кольцами
помещают прокладки, вырезанные из тонкого (0,5—1,0 мм) листового фторопласта
или полиэтилена по размеру сальника.
В табл. Ш-37 и Ш-38 даны условия применения прокладочных и набивочных
материалов и составы, рекомендуемые для пропитки и смазки паронитовых и картон-
ных прокладок.
Таблица Ш-37. Рекомендуемые составы для пропитки и смазки
прокладок из паронита и картона
Среда Предельная температура применения °C Состав
Агрессивные газы и кислоты
азотная (<55%) 50 Парафин (расплавленный)
серная (<93%) 70 Битум БН-Ш (расплавленный)
соляная и др. 130 Смесь нефтяного гудрона (50%), ка- менноугольной смолы (40%) и па- рафина (10%)
Пек, каменноугольная смола или кузбасслак
Минеральные кислоты всех 300 3 вес. ч. жидкого стекла модуля
концентраций (за исключе- 2,6—2,8 и 1 вес. ч. воды
нием плавиковой) 400
Агрессивные газы: окислы То же
азота, аммиак, сернистый газ, хлор, хлористый водород и др. 180 Сурик свинцовый или железный на
Щелочи, органические жирные
кислоты, глицерин олифе Смесь белил свинцовых (65%) с су- риком свинцовым (35%) на олифе
Легкие нефтепродукты 40 Смесь мыла ядрового (60%) с гли- церином техническим (40%)
Водяной пар 180 Сурик свинцовый или железный на олифе Смесь белил свинцовых (65%) с су- риком свинцовым (35%) на олифе Графит молотый (25%) с маслом «Вапор» (75%)
Химически стойкие наружные покрытия. Защита наружных поверхностей
оборудования и металлоконструкций от действия агрессивных газов (SO2, СО2, С12),
кислот (серной, фосфорной, соляной) и растворов солей и щелочей при температурах
от —40 до +60° С производится комплексным многослойным покрытием на основе
перхлорвиниловой смолы, состоящим из грунта, эмали (краски) и лака (ГОСТ
7313—55).
Лаки — растворы сухой перхлорвиниловой смолы в смеси летучих органических
растворителей с добавлением пластификатора, грунты — с добавлением пигментов
и пластификатора. В состав эмалей кроме перхлорвиниловой смолы входят еще алкид-
ные смолы и пигменты и пластификатор.
Материалы наносят краскораспылителем. В случае необходимости их разбав-
ляют готовым разжижителем Р-4 (ГОСТ 7827—55) или смесью растворителей (аце-
тона, толуола и бутилацетата или сольвента).
Таблица Ш-38. Условия применения прокладочных материалов и набивок во фланцевых соединениях
Наи- большее рабочее давление кгс/см2 Наи- большая рабочая темпера- тура °C Прокладочные материалы Наи- большее рабочее давление кгс/см* Наи- большая рабочая темпера- тура °C Набивки
Среда
Вода, нейтральные раство- 2 120 Картон бумажный 3 60 Х/б, набитая тальком
ры солей 6 60 Резина 6 60 Х/б, сухая
10 150 Резина теплостойкая с тка- 10 150 Асбестовая просаленная
40 100 невой прокладкой Паронит 40 60 Пеньковая просаленная;
Вода перегретая 160 30 30 300 Кожа Медь 16 300 кольца специальные х/б; прорезиненные набивки Кольца графитовые
40 400 Паронит 25 300 Асбестовая просаленная,
Водяной пар 100 2 275 120 Сталь малоуглеродистая Картон бумажный 3 100 прографиченная Х/б, набитая тальком, су-
15 40 200 450 Картон асбестовый со спе- циальной пропиткой Паронит 12 15 180 300 хая и просаленная Прорезиненная набивка Кольца графитовые
45 350 Медь 25 300 Асбестовая, сухая и проса-
Газы и пары инертные 60 6 450 60 Сталь малоуглеродистая Резина 30 60 ленная, прографиченная Бумажная и пеньковая, про-
(азот, водород, воздух и Др.) 10 150 Резина теплостойкая с тка- 250 60 саленные Кольца х/б
15 400 невой прокладкой Картон асбестовый со спе- 250 400 Асбестовая сухая
Газы и пары агрессивные 15 40 300 6 100 300 120 50 циальной пропиткой Алюминий Паронит Сталь Пластикат поливинилхло- 6 60 Асбестовая, пропитанная
(сернистый газ, окислы азота, хлор и др.) 6 300 ридный Картон и шнур асбесто- 6 150 поливинилхлоридом Асбестовая прорезиненная
10 200 вый со специальной пропиткой Резина марки ИРП-1225 20 400 Асбестовая сухая, пропи-
танная жидким стеклом
40 300 Паронит 25 300 Асбестовая сухая и проса-
ленная, прографиченная
150 30 Фибра (для кислорода)
200 500 Сталь кислотостойкая, вы-
соколегированная
Кислоты разбавленные (сер- 6 50 .Пластикат 6 50 Пеньковая сухая с пропит-
ная, соляная, азотная 6 50 Свинец (для серной и со- кой парафином; асбесто-
и др.) ляной кислот) вая сухая со специаль-
10 70 Фторопласт-3 ной пропиткой
6 100 Резина
6 150 Теплостойкая резина
6 150 Свинец (для серной кис-
лоты)
6 200 Картон асбестовый со спе-
циальной пропиткой
25 60 Винипласт
40 200 Паронит
Кислоты концентрирован- 25 60 Винипласт 6 50 Асбестовая кислотостойкая.
ные (азотная, серная, со- 10 70 Фторопласт-3 парафинированная или
ляная и др.) и сильно 10 100 Резина марки ИРП-1225 со специальной пропиткой
окисляющие растворы со- 25 100 Паронит (для серной кис- 6 60 Асбестовая кислотостойкая,
лей лоты концентрацией до пропитанная полихлор-
50%) винилом
50 100 Алюминий (для азотной 6 100 Асбестовая кислотостойкая.
кислоты) пропитанная жидким
6 200 Картон асбестовый со спе- стеклом
циальной пропиткой
6 200 Асбест кислотостойкий 6 150 Стеклянная или асбестовая
10 100 Комбинированные про- кислотостойкая програ-
кладки из фторопласта-4 фиченная
и резины 6 100 ФУМ марок В и Ф
16 100 Прокладки из ФУМа мар- 6 100 Асбестовая, пропитанная
ки В или О суспензией фторопласта-4
(марка ACT) или про-
клеенная графитом (мар-
ка АГ-1)
206
111. Материалы для аппаратов
Схема покрытия (число слоев грунта, эмали и лака, наносимых на защищаемую
поверхность) зависит от агрессивности среды и назначения покрытия. Обычно при-
меняют следующую схему: 2 слоя грунта ХСГ-26, 4—5 слоев эмали ХСЭ любого
цвета и 3—4 слоя лака ХСЛ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бакланов Н. А., В а ш и н Г. 3., Химическое оборудование из вини-
пласта. Конструирование, изготовление и эксплуатация, Госхимиздат, 1956.
2. Григорьев П. Н., Дороненков И. М., Защита строительных кон-
струкций от коррозии, Госхимиздат, 1955.
3. Дятлова В. Н., Коррозионная стойкость металлов и сплавов, Изд. «Маши-
ностроение», 1964.
4. Е г о р о в И. А., Фаолит и его применение в химической промышленности,
Госхимиздат, 1956.
5. Защита от коррозии в промышленном строительстве, Справочник по специаль-
ным работам, Госстройиздат, 1963.
6. К л и н о в И. Я., Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие
материалы, Изд. «Машиностроение», 1967.
7. Коррозионная и химическая стойкость материалов, Справочник под редакцией
Доллежаля Н. А., Машгиз, 1954.
8. Лабутин А. Л., Монахова К. С., Федорова Н. С., Антикор-
розионные и герметизирующие материалы на основе жидких каучуков, Изд.
«Химия», 1966.
9. Лащинский А. А., Толщинский А. Р., Основы конструирования
и расчета химической аппаратуры, Справочник, Изд. «Машиностроение», 1963.
10. М а к а р о в Г. В., Уплотнительные устройства, Изд. «Машиностроение», 1965.
И. Новые конструкционные и коррозионностойкие материалы в аппаратурном
оформлении производств основной химии, Изд. НИУИФ, 1962.
12. П о л я к о в К. А., Неметаллические химически стойкие материалы, Госхим-
издат, 1952.
13. П о л я к о в К- А., С л о м я н с к а я Ф. Б., Полякова К- К., Кор-
розия и химически стойкие материалы, Госхимиздат, 1953.
14. П о л я к о в К. А., Гурфинкель М. А., Коррозия и способы защиты
оборудования в сернокислотной промышленности, Госхимиздат, 1956.
15. Прокладки плоские для фланцевых соединений. Отраслевая нормаль Главхим-
маша НМХ-104—56.
16. Рекомендации по выбору материалов для химически стойких прокладок, изд.
НИИХИМмаш.
17. Свойства и применение фторполимеров, Каталог-справочник, Внешторгиздат,
1966.
18. Справочник марок сталей, под ред. Чумакова А. С., Изд. «Металлургия», 1963.
19. Справочник по пластическим массам, т. I, 1967, т. II, Изд. «Химия», 1969.
20. Т у ф а н о в Д. Г., Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, Справоч-
ник, Изд. «Металлургия», 1964.
21. Химическая аппаратура из графитовых материалов, Каталог-справочник,
Изд. ЦИНТИХимнефтемаш, 1968.
22. X и м у ш и н Ф. Ф., Нержавеющие кислотоупорные и жароупорные стали,
Изд. «Металлургия», 1964.
23. Шифрина В. С., Самосатский Н. Н., Полиэтилен, Изд. «Химия»,
1961.
24. Эмалированная аппаратура, Каталог-справочник, изд. ЦИНТИХимнефтемаш,
1967.
25. F о п t а п а М. G., Corrosion data in chart form for the corrosion of metals by
sulfuric acid, Ind. a. Eng. Chem., 43, № 8—11 (1951); 44, № 1,2 (1952).
26. L a q u e F. L., Factors in deterioration of metals by acid slurries, The Cana-
dian Mining and Metallurgical Bulletin, 54, № 589, 381 (1961).
РАЗДЕЛ IV.
ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТ
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ,
РАСПЛАВЛЕННОЙ СЕРЫ И ГАЗОВ
И. А. иш
1. Хранение и перевозка серной кислоты.................. 208
Склады для хранения серной кислоты ............... 208
Железнодорожные цистерны для перевозки серной кис-
лоты и расплавленной серы ........................ 211
Контейнеры, бочки, бутыли......................... 212
Промывка цистерн.................................. 212
2. Перекачивание серной кислоты........................ 214
Расчет кислотопроводов ........................... 214
Насосы для перекачивания серной кислоты........... 215
Сифоны............................................ 233
Монжусы........................................... 234
3. Перемещение воздуха и газов......................... 235
Центробежные вентиляторы ......................... 237
Осевые вентиляторы................................ 244
Дымососы.......................................... 246
Центробежные нагнетатели.......................... 246
Поршневые компрессоры............................. 251
Водокольцевые вакуум-насосы и воздуходувки .... 253
Дымовые трубы..................................... 255
Установки для получения кислорода ................ 257
1. ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕВОЗКА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Склады для хранения кислоты
Серную кислоту разбавленную, техническую, улучшенную, аккумуляторную
и химически чистую хранят в стальных футерованных резервуарах. Применяют
также стальные освинцованные резервуары и резервуары из кислотостойкой стали.
Емкость указанных резервуаров обычно не превышает 60 м3. Для опорожнения
самотеком их устанавливают на определенной высоте.
Концентрированную кислоту, содержащую свыше 72% H2SO4, хранят в верти-
кальных стальных резервуарах с плоскими днищами и коническими крышками.
Их монтируют выше уровня земли на ленточных фундаментах, что обеспечивает воз-
можность осмотра и ремонта днищ. Для хранения чистого олеума резервуары футе-
руют.
В табл. IV-1 приведена характеристика резервуаров для серной кислоты по
нормалям Гипрохима.
Таблица IV-1. Характеристика вертикальных стальных сварных
резервуаров для хранения серной кислоты
Показатели Резервуары
с кислотоупорной футеровкой без футеровки
Полезная емкость, Л13 100 325 560 85 610 2100
Внутренний диаметр, мм Высота, мм 5200 9000 12 000 5000 12 000 18 000
цилиндрической части 4750 5400 5 400 4500 5 400 9 000
конической крышки Толщина металла, мм 325 350 1 020 325 1 020 2 550
цилиндрической части 8 10 10 10 10 12 и 14
днища 10 12 12 12 12 16
конической крышки Вес, т 4 4 4 4 4 8
металла 9,3 20,2 40,8 9,3 37,8 139,7
кислотоупорной футеровки . . . 34,0 71,7 102,0 — — —
всего резервуара без кислоты 43,3 91,9 142,8 9,3 37,8 139,7
Толщину стенок s (в см) стальных вертикальных резервуаров, используемых для
хранения кислоты, рассчитывают по формуле:
s=^+c
где у — удельный вес кислоты, кгс!см3;
Н — высота резервуара, см;
Пс — средний диаметр резервуара, см;
R — допустимое напряжение на растяжение; для стали марки ст.З величина
R = 3800/3,5 = 1086 кгс/см2, (3800 кгс1см3 — предел прочности на растяже-
ние; 3,5 — запас прочности);
у — коэффициент прочности сварного шва; для сосудов диаметром свыше 600 мм
величина у = 0,95;
С — допуск на эрозию; С — 0,2—0,6 см.
1. Хранение и перевозка кислоты
209
Схема склада кислоты современного сернокислотного завода представлена на
рис. IV-1. Во время предпускового периода склады должны быть оборудованы уста-
новками для приема кислоты со стороны. Эти установки включают кран-укосину 10,
для подвески над цистерной 12 траверсы 11 с отсасывающим гибким металлическим
шлангом, присоединенным к вакуум-сборнику 9, из которого олеум перекачивается
насосом 4 в резервуар 2, а концентрированная кислота (купоросное масло) — насо-
сом 5 в резервуар 3. Траверса снабжена трубой, по которой олеум подают в ци
II
Рис. IV-1. Схема склада серной кислоты:
1 — поглотительный сборник паров олеума; 2, 3 — резервуары для олеума и купоросного
масла; 4, 5 — иасосы’для перекачивания олеума и купоросного масла; 6 — теплообменник
для нагрева олеума; 7 — желоб для сбора проливов кислоты из сальников насосов; 8 — утки
для подачи кислоты в цистерны; 9 — вакуум-сборник; 10 — кран-укосина; 11 — траверса
с трубами для подачи кислоты и ее отсасывания из цистерн; 12—цистерны для олеума и купо-
росного масла; I — олеум; II — купоросное масло; III — вакуум-линия; IV — кислота из
поглотительного сборника; V — линия воздушника; VI — отсос проливов кислоты от
сальников насосов.
стерны 12. Эту операцию можно проводить также с помощью поворотных «уток» 8,
присоединенных к нагнетательным кислотопроводам 1 и II насосов 4 и 5.
Необходимый вакуум создается вакуум-насосом в вакуум-линии III, предназна-
ченной для зарядки сифонов всех резервуаров и создания вакуума в вакуум-сбор-
нике 9. При этом в сборник засасывается кислота из разгружаемых цистерн, а по
трубопроводу VI из желобов 7 засасываются проливы кислоты из сальников центро-
бежных насосов. Кислота из сборника 9 перекачивается насосами 4 и 5 в соответ-
ствующие резервуары.
Олеум, отправляемый в зимнее время на сторону, нагревают паром в трубчатом
теплообменнике 6. На складах устанавливают также орошаемый концентрированной
кислотой поглотительный сборник паров олеума 1.
Для укрепления промывной кислоты путем смешения с концентрированной
кислотой и олеумом при складах имеются установки, показанные на рис. IV-2.
14 Справочник сернокирлотчикз
Н вакуум-насосу
I. Хранение и перевозка кислоты
211
Они состоят из стального футерованного резервуара для промывной кислоты 10;
напорных баков олеума 1, промывной кислоты 2, концентрированной кислоты 3;
смесителя кислот 5 и сборника к смесителю 6. Установки оборудованы насосами про-
мывной кислоты 8, концентрированной кислоты 7 и кожухотрубным свинцовым холо-
дильником 9 для охлаждения смешанной кислоты до 45е С.
На рис. IV-3 показан основной аппарат этой установки — смеситель кислоты
(конструкция Гипрохима). В чугунный сборник, футерованный кислотоупорным кир-
пичом, промывная кислота и олеум поступают через расположенные в крышке шту-
церы, футерованные трубками из кислотостойкой керамики. Купоросное масло по-
дают через нижний штуцер, а кислоту повышенной концентрации удаляют через
верхний; оба штуцера защищены кислотоупорными вкладышами. Для лучшего сме-
шения кислот сборник снабжен керамическими распределительными решетками.
Современные сернокислотные склады оборудованы приборами для автомати-
ческого контроля и регулирования технологических параметров, а также для дистан-
ционного управления и сигнализации в случае аварийного отклонения этих пара-
метров от заданного режима.
Железнодорожные цистерны для перевозки
серной кислоты и расплавленной серы
Серную кислоту концентрацией 75% H2SO4 и выше, а также меланж перевозят
в четырехосных цистернах емкостью 26 м3. Характеристика цистерн приведена
в табл. IV-2.
Таблица IV-2. Цистерны железнодорожные четырехосные автосцепные
(емкость 26 м3, подъемная сила 50 тс, наибольшая высота 4480 мм)
Назначение Наибольший вес с грузом тс Длина по осям сцепления автосцепок мм Наибольшая ширина мм
Для меланжа и серной кислоты
с ручным тормозом 73,7 12 220 2912
без тормоза 73,0 12 020 2912
Для олеума
с ручным тормозом 74,7 12 420 2930
без тормоза 74,0 12 020 2850
Для перевозки олеума и замерзающих кислот применяют цистерны той же
емкости, но с наружной изоляцией. Основная особенность всех кислотных цистерн —
отсутствие нижнего слива; их опорожняют при помощи сифонов.
Кислоту улучшенную для производства искусственного волокна перевозят
в специальных цистернах из нержавеющей стали с маркировкой «Улучшенная серная
Кислота», приписанных к заводам, производящим серную кислоту.
Олеум, предназначенный для производства капролактама, также следует пере-
возить в специально выделенных для этой цели стальных цистернах с маркировкой
«Олеум улучшенный», прикрепленных к предприятиям-поставщикам.
Перед заливкой серной кислоты в цистерны, контейнеры, бочки и бутыли их
необходимо осмотреть и проверить на отсутствие загрязнений и посторонних приме-
няй, согласно ГОСТ 2184—67.
Серу получают в жидком виде, при охлаждении она затвердевает. Ее доставляют
потребителям в крытых вагонах в виде кусков, а для дальнейшего использования
Ка сернокислотных заводах вновь плавят.
14*
212
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Очевидно, более целесообразно доставлять потребителям серу в жидком виде.
На Ждановском заводе тяжелого машиностроения изготовлены специальные цистерны
для перевозки серы в жидком виде. Благодаря изоляции расплавленная сера в пути
охлаждается не ниже 120е С. Перед сливом у потребителя ее можно разогреть имею-
щимся при цистерне нагревательным прибором до первоначальной температуры
140° С. Грузоподъемность цистерны 55,4 тс, полезная емкость котла 31,1 Л13, наи-
больший вес с грузом 89,4 тс, длина цистерны по осям автосцепок 12 020 мм, ши-
рина 3000 мм.
Контейнеры, бочки, бутыли
Контейнеры применяют для перевозки небольших количеств серной кислоты
автотранспортом. Они оборудованы люком, воздушником, сифонной трубкой, опор-
ными роликами и проушинами для подъема. Ниже дана техническая характеристика
кислотных контейнеров:
Емкость, At3 . . . 0,42 0,84 1,39 1,67
Диаметр, мм 850 950 1030 1030
Длина, мм . . 740 1180 1670 2000
Вес, тс . . . . . 0,11 0,3 0,45 0,5
Для перевозки небольших количеств серной кислоты применяют бочки стальные,
сварные, тяжелого типа. Их изготовляют по ТУ МХП 1628—53 и подвергают про-
верке под давлением 6 kccIcm2. Техническая характеристика бочек приведена ниже:
Емкость Диаметр мм Высота мм Толщина стенки мм Вес кгс
100 534 720 3 15,3
250 646 1155 3 86,3
Аккумуляторную и химически чистую кислоту перевозят в стеклянных бутылях.
Номинальная емкость бутылей 30 л, фактическая 31 л, вес 5 кгс. Их изгото-
вляют в соответствии с размерами, приведенными на рис. IV-4.
Бутыли упаковывают в ивовые корзины или деревянные обрешетки, доходящие
до уровня горла бутылей. Снизу и с боков их тщательно обкладывают соломой или
мягкой древесной стружкой. Укупоривают бутыли стеклянными или обожженными
глиняными пробками, которые заливают алебастром или замазкой.
К горлу бутыли привязывают бирку с указанием предприятия-поставщика,
характеристики серной кислоты, номера партии, весов брутто и нетто и номера ГОСТ.
Промывка цистерн
Цистерны промывают от остатков серной кислоты, каустической соды, шламов
и других загрязнений перед заливом свежей кислотой, а также перед подготовкой
к осмотру или отправкой в ремонт.
На рис. IV-5 приведена технологическая схема установки для промывки цистерн.
Цистерны 4 вкатывают в закрытое здание и при помощи гибких шлангов 5 и 6
отсасывают из них остатки продуктов в вакуум-сборники меланжа 11, серной кис-
лоты 12, каустической соды 13. Продукция из сборников 11 и 12 насосом 15 перека-
чивается в соответствующие складские резервуары.
Вакуум в установке создается водокольцевым насосом 2, подключенным к си-
стеме через щелочной промыватель 1, который периодически загружается щелочным
раствором.
Для нейтрализации остатков кислоты и шлама опорожненную цистерну орошают
при помощи брандспойта 6 известковым молоком, а затем водой.
Рис. IV-4. Бутыль для
перевозки кислоты. Рис. IV-5. Схема установки для промывки цистерн:
/ — щелочной промыватель; 2 — водокольцевой вакуум-насос; 3 — бураки; 4 — цистерна;
5, 6, 7 — брандспойты; 8, 14, 15 — насосы; 9 — бак с мешалкой; 10 — вагонетка для извести;
11, 12, 13 — вакуум-сборникн; 16 — вентилятор; 17 — калорифер.
214
/V. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Скапливающиеся в цистерне продукты шлангом 7 удаляются через бурак 3
в канализацию, а остаток воды шлангом 6 отсасывается в вакуум-сборник кау-
стика 13, а из него спускается в канализацию.
В случае необходимости очистки известью внутренней поверхности цистерны
или при непосредственной промывке ее водой из брандспойта 6 предварительно про-
изводят дегазацию цистерны путем продувки наружным воздухом, нагнетаемым вен-
тилятором 16.
Очищенную, нейтрализованную и промытую цистерну высушивают горячим
воздухом, подогретым в калорифере 17.
Известковое молоко приготовляют в баке с мешалкой 9 из извести, подаваемой
со склада вагонеткой 10, и воды. Отсюда оно насосом 8 перекачивается по трубопро-
воду к брандспойту 6. Для предотвращения осаждения извести в нагнетательном тру-
бопроводе насоса предусмотрена возможность промывки его водопроводной водой
и рециркуляции известкового молока.
При промывке цистерн после отсоса меланжа их сначала обрабатывают купорос-
ным маслом, которое нагнетается к брандспойту 5 насосом 14 со склада и тем же на-
сосом 14 возвращается на склад через бурак 3. Дальнейшая обработка цистерн вы-
полняется в этом случае так же, как при промывке их после серной кислоты.
Все вакуум-линии снабжены дополнительной арматурой для разрыва вакуума
(см. схему).
Обработку цистерн после каустика также проводят по указанной схеме про-
мывки их после серной кислоты. Ниже приведен расход материалов и электроэнергии
на промывку одной цистерны:
Цистерна
Материалы и электроэнергия из-под серной кислоты ИЗ-ПОД меланжа
Известь негашеная (90%), кг .... . . 253 253
Купоросное масло, т . . — 9,25
Вода, At3 . . 23 23
Пар (3 ат), кг . . 72 72
Электроэнергия, квт-ч . . 35 58
2. ПЕРЕКАЧИВАНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Расчет кислотопроводов
Пропускная способность кислотопроводов определяется по формуле:
тгт/2
Q = 3600 v мэ/ч (IV-2)
где d — внутренний диаметр кислотопровода, м;
v — скорость кислоту в трубах, м/сек.
Внутренний диаметр кислотопровода
d — 18,8 у ~ мм.
(IV-3)
С увеличением скорости кислоты уменьшается диаметр трубопровода и сни-
жается его стоимость, но увеличиваются гидравлическое сопротивление и расход
электроэнергии. При выборе указанных параметров следует руководствоваться их
оптимальными, экономически целесообразными величинами.
Обычно скорость выбирают по практическим данным: при движении самотеком
0,1—0,5 м/сек, во всасывающих трубопроводах насосов 0,8—2 м/сек, в нагнета-
тельных — 1,5—3 м/сек.
2. Перекачивание кислоты
215
Насосы для перекачивания серной кислоты
Для перекачивания серной кислоты применяют центробежные одноступенчатые
насосы в горизонтальном и вертикальном исполнении.
Основными показателями работы центробежных насосов являются производи-
тельность^ (в мН сек, мН мин, м3/ч, иногда в л/сек или л!мин)\ плотность перекачи-
ваемой кислоты р (в кг/л3); напор, развиваемый насосом, Н (в м столба перекачивае-
мой жидкости).
Производительность и напор центробежных насосов не зависят от плотности
перекачиваемой жидкости, т. е. центробежный насос поднимает одно и то же количе-
ство любой жидкости на одинаковую высоту.
Полный напор (в м столба перекачиваемой
жидкости) равен:
Я = Ян + Нв+ ha+ hB (IV-4
где Ян и Яв — высота соответственно нагнета-
ния и всасывания;
йн и hB — потери напора соответственно
в напорном и всасывающем
трубопроводах.
На рис. IV-6 даны схемы присоединения
центробежного насоса, всасывающего перекачи-
ваемую жидкость (а) и работающего под нали-
вом (б).
Если насос на стороне всасывания работает
с подпором, величина Яв берется с отрицатель-
ным знаком:
Я = Ян - Яв + Лн + hB (IV-5)
Рис. IV-6. Схемы присоедине-
ния центробежных насосов:
а — при работе с всасыванием;
б — при работе с подпором.
Величина потерь напора h (в м столба перекачиваемой жидкости):
Л = Л»+ 0 4г <IV'6)
где h0 — потери напора на трение, м:
£ — сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Потери напора на трение в кислотопроводах (h0, м на 100 м длины трубы) опре-
деляют из графика расчета сопротивплга-.й трубопроводов (рис. IV-7) с достаточной
для практических целей точностью. График составлен для кинематической вязкости
кислоты v = 1 • 10" 6 мНсек. При других вязкостях кислот значение v следует умно-
жить на коэффициент f, который определяют по графику (рис. IV-8). Сумма коэффи-
циентов местных сопротивлений £ может быть определена по табл. IV-3.
Скорость кислоты v (в м!сек) в трубах определяется также по графику рис. IV-7.
Пример. Определить напор насосной установки для подачи Q = 100 м3/ч сер-
ной кислоты концентрацией 98% при 50° С по кислотопроводу общей длиной L =
= 150 м (включая высоту нагнетания Ян = 12 м, всасывания Яв= 1 л<) со сле-
дующими местными сопротивлениями: вход в трубу с закругленными краями; два
• Шероховатых колена а = 60°; один отвод d!R= 1,0; два нормальных вентиля.
По графику (см. рис. IV-7) находим: диаметр кислотопровода d — 0,2 м, ско-
рость кислоты v = 0,9 м/сек. Сопротивление равно 0,38 м на 100 м. Для кислоты
концентрацией 98% HaSO4 по рис. IV-8 находим f— 1,53. Следовательно, h0~
= 1,5-0,38. 1,53 = 0,88 м.
Потери напора на местных сопротивлениях (по табл. IV-6):
(VI \ V2 0 Q3
2j 0 тг=(°'04 + 2’0’32+°-29+2-3> гВт=°'29 м
2. Перекачивание кислоты
Сопротивление h0, м/ЮОм
Рис. IV-7. График для
расчета сопротивлений
кислотопроводов.
Рис. IV-8. Поправочный
коэффициент к графику,
приведенному на рис. IV-7.
Таблица IV-3. Коэффициенты местных сопротивлений £
для кислотопроводов
Эскиз местного сопротивления Местное сопротивление Коэффициент
- Расширяющийся переход 0,25
Сужающийся переход 0,1
Вход в трубу острые края тупые края Выход из трубы 7 0,51 0,25 1,0
Вход в трубу с закругленными краями 3,04
ЕЕ—izJ Вход в тройник с одной стороны 2
Вход в тройник на противотоке
3
218
tV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Продолжение табл. IV-3
Эскиз местного сопротнвлення Местное сопротивление Коэффициент
-4— Вход в ответвления тройника . . . 1,5]
I Вход в тройник на протоке .... 0,05—0,1
Вход в косой тройник из ответвле- ния 0,5
Вход в ответвление косого тройника 1,0
Вход в косой тройник из ответвления под острым углом 3,0
Приемная сетка с клапаном без клапана 5—8 2—3
220
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Тогда напор насоса Н = Ha~r Нв — h0-~ — 12 + 1 ~г 0,884- 0,29 =
14,17 .и.
Мощность на валу насоса Лтн (в кет) рассчитывается по формуле:
Qyh
102т]
(IV-7)
где Q — производительность насоса, м3!сек-,
у — удельный вес перекачиваемой жидкости, кгс/л3;
Н — напор насоса, м столба перекачиваемой жидкости;
т| — к. п. д. насоса (ориентировочно его определяют в соответствии со значе-
ниями, указанными в характеристиках насосов, составленных заводами-
изготовителями); обычно для центробежных насосов он колеблется в пре-
делах 1] = 0,6—0,8.
Q, м3/ч
Рис. IV-9. Рабочая характеристика насоса 6Х-9
(п = 1450 об/мин).
Мощность двигателя насоса Мд назначается заводом-изготовителем; в действи-
тельности она должна быть несколько больше для обеспечения возможной перегрузки
насоса.
При изменении числа оборотов вала от до п2 параметры насоса также изме-
няются по следующим законам пропорциональности:
Qi __ ni . __ / ni \2. Nt _ / п1 \ з
(?2 ~ П2 ’ Н2 ~ \ «2 / ’ ^2 ~ \ П2 )
Практически отсутствует строгая зависимость между указанными параметрами,
поэтому для каждого насоса она определяется опытным путем. Полученная на испы-
тательном стенде зависимость между напором Н (в м), мощностью N (в кет), к. п. д. г)
и производительностью насоса Q (в мэ/ч или м3/сек) при постоянном числе оборотов
в минуту п изображается графически и называется характеристикой насосов.
2. Перекачивание кислоты
221
В качестве примера на рис. IV-9 дана характеристика одного из насосов типа X,
получивших широкое распространение в сернокислотной промышленности.
Важной величиной, определяющей характеристику насоса, является кавита-
ционный запас, который для нормальной работы насоса должен быть не меньше
допустимого ЛЛдоп, указанного в рабочей характеристике насоса. Он определяется
по формуле (в м. ст. жидкости):
ЛЛдоп = -Р°у Рп - Яв - Лп (IV-8)
где Ро — абсолютное давление в резервуаре, из которого отсасывается жидкость,
кгс/м2;
Рп — давление паров перекачиваемой жидкости, кгс!м2\
у — удельный вес перекачиваемой жидкости, кгс/лг3;
Яв — высота всасывания, л;
/гп — потери во всасывающем трубопроводе, м ст. жидкости.
Конструкции центробежных насосов
На нормальные условия работы любого сернокислотного производства суще-
ственно влияют правильный выбор насосов и условия их эксплуатации.
Применяются центробежные насосы с проточной частью из коррозионностойких
и износостойких сталей и сплавов.
В табл. IV-4 приведен материал основных деталей насосов, изготовляемых
Свердловским насосным заводом.
Таблица 1V-4. Материал основных деталей насосов
Свердловского насосного завода
Деталь Условное обозначение материала насоса
А К Е И
Корпус насоса, рабочее ко- лесо всасывающая крыш- ка, корпус сальника . . . Сталь 25Л-П Сталь 10Х18Н9ТЛ 10Х18Н12МЗТЛ Сталь Х23Н28МЗДЗЛ или 10Х20Н25МЗД2Т Л
Вал Сталь 35 Сталь Х18Н9Т Сталь Х17Н13М2Т Сталь ОХ23Н28МЗДЗТ
Опорная стойка и полу- муфта Чугун СЧ 18—36
Защитная втулка Сталь 45 Сталь Х18Н9Т Сталь Х17Н13М2Т Сталь ОХ23Н28МЗДЗТ или хастеллой D
В сернокислотной промышленности применяются в основном горизонтальные
центробежные, одноступенчатые насосы типа X, консольные, с рабочими колесами
одностороннего входа.
Конструкция центробежных насосов типа X приведена на рис. IV-10. Их осо-
бенностью является наличие импеллера на основном диске рабочего колеса 2, кото-
рый, наряду с сальником, служит для уплотнения вала насоса 4. Вал свободно
перемещается в осевом направлении и вращается в роликовом и шариковом под-
шипниках качения.
В нерабочем состоянии насоса ступица рабочего колеса 2 под действием пру-
жины 9 плотно прижата к сальниковой набивке 6. При включении насоса начинает
работать центробежный регулятор 8, который, преодолевая осевое усилие пру-
корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — всасывающий патрубок; 4 — вал насоса; 5 — прижимной фланец;
никовая набивка; 8 — центробежный регулятор; 7 — опорная стойка; 9 — пружина.
2. Перекачивание кислоты
223
жины 9, смещает рабочее колесо 2 в сторону всасывания. Прн этом между ступицей
насоса и сальниковой набивкой образуется зазор до 0,5 мм. Благодаря разрежению,
создаваемому импеллером, предотвращается утечка кислоты через этот зазор.
В табл. IV-5 дана техническая характеристика центробежных насосов типа X
Свердловского насосного завода.
Таблица IV-5. Техническая характеристика насосов типа X
Марка насоса Подача Напор (пре- дельное от- клонение ±5%), м ст. жидкости Диаметр ра- бочего колеса (импеллера) мм 1 Допустимый кавитацион- ный запас, \ м ст. жидко- сти Скорость вращения вала, об/мин Мощность на валу (прн = 1000 кгс/м2) кет
3» %) «г
18 124 (148) 1,4
1,5Х-6 (К, Е, И)-5 (1) 8 2,4 14,3 112 (140) 4 1,2
11 102 (127) 0,9
18 128 (146) 2,2
2Х-9 (К, Е, И)-5 (1) 20 5,5 13,8 115 (135) 4,5 1,7
10,5 103 (125) 1,3
31 165 (180) 4,2
2Х-6 (А, К, Е, И)-5 (1) 20 5,5 25 145 (165) 4,5 2900 3,2
19 125 (155) 2,5
31 168 (194) 7,5
ЗХ-9 (А, К, Е, И)-5 (1) 45 12,5 25 155 (185) 5 6
19,8 145 (180) 5,5
33 174 (208) 13
4Х-12 (К, Е, И)-5 (1) 90 25 29,2 167 (190) 6 11
25 160 (183) 9,8
29 180 (205) 19,5
5Х-18 (К, Е, И)-5 (1) 160 45 24 170 (200) 8 16,5
20 165 (130) 15
6Х-9 (К, Е)-1 160 45 29 336,5 5 1450 20
. В табл. 1V-6 приведены краткие сведения завода-изготовителя о коррозионной
стойкости насосов типа X в серной кислоте при температуре 20° С.
Т а б л и ц a 1V-6. Коррозионная стойкость насосов типа Л
в серной кислоте
Тип х-к Тип Х-Е
Концентрация H2SO4, % потери массы класс потери массы класс
г/(ж2«) стойкости г/(м2-ч) стойкости
20 1—3 III 0,1—1 II
40 3—10 IV 0,1—1 II
62 1—3 III 1—3 III
80 0,1 — 1 II 0,1-1 II
2. Перекачивание кислоты
225
На Щелковском насосном заводе выпускают погружные насосы. Они не имеют
сальниковых уплотнений или заменяющих их устройств, которые являются наи-
более уязвимой деталью любого центробежного насоса. Погружные насосы уста-
навливают непосредственно на сборниках кислоты, поэтому отпадает необходимость
в дополнительной площади пола, в сифонах и арматуре на всасывающих кислото-
проводах.
Описанные насосы обладают значительными экономическими и техническими
преимуществами по сравнению с горизонтальными центробежными насосами.
На рис. IV-11 приведены габариты указанных насосов, а на рис. IV-12 дана
рабочая характеристика насоса марки 4ХП-9-2 на воде при t = 20° С и п =
= 2960 об/мин для различных диаметров колес.
Насосы опорной плитой 4 устанавливаются на сборниках кислоты. Всасываю-
щий патрубок 1 расположен по оси насоса вертикально, напорный патрубок 2 нахо-
дится над опорной плитой и направлен горизонтально.
Опоры вала 5 насоса состоят из шарикоподшипника и подшипника скольжения.
Первый расположен в стойке насоса и смазывается консистентной смазкой. Смазка
второго производится чистой от взвесей перекачиваемой жидкостью, подаваемой
через трубопровод 3 под давлением 0,8 кгс/см2.
Техническая характеристика погружных насосов Щелковского завода для
перекачивания серной кислоты и расплавленной серы дана в табл. IV-7.
Приведем пример выбора насоса марки 4ХП-9-2 по рабочей характеристике
(см. рис. IV-12). Заданы: подача Q= 100 м3/ч, напор Н = 57 м столба жидкости,
удельный вес жидкости у = 1700 кгс/м3. На графике этим условиям соответствуют
значения мощности N = 20 кет и коэффициента полезного действия т] = 68% при
диаметре колеса D = 216 мм. Тогда мощность электродвигателя должна быть не ме-
нее — 20-1,7 = 35 квпг при п = 2960 об/мин.
Рис. IV-13. Рабочая характе-
ристика сернокислотного на-
4 coca ЗХП6-6.
На рис. IV-13 дана рабочая характеристика сернокислотного насоса марки
ЗХП6-6. На Щелковском насосном заводе изготовляют вертикальные погружные
и^втробежные насосы для перекачивания расплавленной серы марок 2ВХС-1,5 и
^оХС-1,5МП производительностью соответственно 1,64 и 2,81 м3/ч и давлением
и 37 * столба жидкости (см. табл. IV-7).
В этих насосах все соприкасающиеся с серой части (включая серопроводы)
согреваются паром давлением 5 ат для поддержания температуры серы на уровне
С; они изготовляются из чугуна марки СЧ 28-48.
13 Справочник сернокислотчика
Таблица IV-7. Техническая характеристика погружных одноступенчатых насосов Щелковского завода
mwjgo вцвя кинэГн -вба чюобояэ 2900 1450 735 2900 2930
wen ‘ KiraiBj -HstfodiMStfc qiaoHtnow in —"оооошосчюшог' о cirtTfsooimtnc —
И1ЭОМ -i/иж В91Г01Э w ‘эвпве инн -нонИвхияв^ 3,5 5,0 6,0 6,0 4,0 6,0 3,0 3,5 4,0 6,0
HiaoMtfHW вдкою w ‘don -вн ЦННЦОЦ 15 54 33 49 49 42 31 49 29 20 30 37 35
ь/еиг BhBtfOLI <о оо счшоФосэюооо^‘ ci о — СЧ — (О
«— СО К со CD со S S S S
S щ С о! Ш С ш С щ’ S щ щ ш' щ' иГ
X х X XX _
X Х’ X
СЧ < ID ID ID ID "Т* о
со CD СЛ со СУ> с С седо'?
с С с С С С X X X X X X с
X X со X X X ю X со к с С CQ BQ X Ш О СЧ СЧ СЧ
Примечание. В условном обозначении марки насоса первая цифра соответствует диаметру напорного патрубка (в м м )Л уменьшен-
ному в 25 раз; буквы означают соответственно: П — перекачиваемая жидкость может содержать твердые примеси; X — химический, П —
погружной; В — с паровым обогревом; С — серный; цифра после букв — коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз; буквы
в скобках — условное обозначение материала проточной части (см. табл. 1V-4); последняя цифра — вид уплотнения.
2. Перекачивание кислоты
227
_L ' _L
Тем же Щелковским насосным заводом осваивается производство более мощ-
ных серных насосов, в том числе марки 2ХП-6А-1-31 (рис. IV-14), производитель-
ностью 10 м3/ч с напором 35 м столба жидкости. Техническая характеристика насоса
этой марки приведена в табл. IV-7.
Применение насосов с кислотостойкими покрытиями или из неметаллических
материалов дает значительную экономию легированной стали при увеличенной
химической стойкости и долговечности. Насосы
могут быть изготовлены с гуммированной про-
точной частью, из пластмасс или фарфора.
Гуммированные насосы Китайского насос-
ного завода (рис. IV-15) предназначены для пе-
рекачивания разбавленной серной кислоты
с концентрацией и температурой, при которых
стойка резина марок ИРП-1025, ИРП-1257,
ИРП-1258.
Техническая характеристика этих насосов
дана в табл. IV-8.
Пластмассовые насосы марки 1.5Х-4П-2
Целиноградского насосного завода (рис. IV-16)
предназначены для перекачивания чистой серной
кислоты плотностью до 1300 кг!м3 при темпе-
ратуре до 60° С. Их техническая характерис-
тика дана в табл. 1V-9.
Корпуса этих насосов, а также передние и
задние крышки изготовлены из полипропилена
или фенолита РСТ; рабочие колеса — из пласт-
масс с запрессованной металлической втулкой.
На Славянском керамическом комбинате
освоено производство фарфоровых, одноступен-
чатых, горизонтальных центробежных насосов
типа Х-Ф, применяемых для перекачивания
серной кислоты любой концентрации при тем-
пературе до +80° С. Детали проточной части
этих насосов выполнены из фарфора и для за-
щиты от механических повреждений заключены
в чугунный корпус. Все металлические части
насоса покрыты кислотоупорной эмалью. Техни-
ческая характеристика этих насосов приведена
в табл. IV-10, а габаритные размеры—на рис.
IV-17.
В результате применения в сернокислотной
промышленности котлов-утилизаторов для полу-
чения пара за счет охлаждения газов колчедан-
ных печей возникла необходимость использова-
ния наряду с кислотными насосами также насо-
сов, применяемых в теплоэнергетических уста-
новках. К ним относятся следующие:
1. Питательные центробежные насосы с тур-
боприводами, работающие на паре, вырабаты-
ваемом собственными котлами-утилизаторами.
2. Насосы того же назначения с электроприводами, применяемые в основном
в период пуска котлов-утилизаторов (во время отсутствия пара собственного произ-
водства).
3. Поршневые насосы с пароприводами для питания паровых котлов водокон-
Денсатной смесью при температуре +90° С.
’ 4. Конденсатные центробежные насосы с электроприводами, применяемые
в конденсатных установках.
15*
Рис. IV-14. Серный насос мар-
ки 2ХП-6А-1-31:
1—всасывающий патрубок; 2—кор-
пус; 3 — опорная плита; 4—нагне-
тательный патрубок; 5 — опорная
рама электродвигателя.
Рис. IV-15. Центробежный гуммированный насос:
1 — корпус; 2 — крышка с всасывающим патрубком; 3 — рабочее колесо; 4 — защитная втулка; 5 — вал; 6 — опорная стойка;
7 — распорная втулка; 8 — гайка вала.
Рис. IV-16. Пластмассовый насос марки 1.5Х-4П-2:
/ _ рабочее колесо; 2 — корпус; 3 — крышка; 4 — опорная стойка; 5 — вал; 6 — распорная втулка; 7—гайка вала.
Таблица IV-8. Техническая характеристика гуммированных насосов
Марка иасоса Подача Напор, м. столба жидкости Число оборотов в минуту Мощность, кет Марка электродви- гателя К- п. д. насоса % Допустимый кавитацион- ный запас, м столба жидкости Днамет р рабоче го колеса мм Вес, насоса кгс а 1 ре- гата
Л«3/Ч л/сек. на валу насоса электро- двигателя
11,1 3,1 37 2,9 36 2,9
2Х-6Р-1 (2) 19,8 5,5 31,5 2900 3,7 7,5 АО2-42-2 46 3 170 67 197
28,8 8 26,5 4,6 45 3,1
28,8 8 36 6 48 4,7
ЗХ-9Р-1 (2) 45 12,5 30,8 2900 7,5 13 АО2-52-2 53 5,2 180 150 380
59,4 16,5 24,5 8,5 50,5 6,7
108 30 41 22 55 2,9
6Х-9Р-1 (2) 162 45 37,3 1470 27 40 АО2-81-4 62 3,8 346 265 743,5
198 55 35 30 63 5
Таблица IV-9. Техническая характеристика пластмассовых насосов
Подача Напор, м. столба жидкости Число оборотов в минуту Мощность, кет Марка электродви- гателя К- п. д. насоса % Допустимый кавитацион- ный запас, м столба жидкости Диаметр рабочего колеса мм Вес, кгс
м*/ч л!сек на валу насоса электро- двигателя насоса агрегата
5,5 1,5 30 1,55 31 1,9
8,6 2,4 29,8 1,8 41 2 145
12,2 3,4 29,2 2 50 2,5
5,1 1,4 27,4 1,3 30 1,9
8 2,2 27 2900 1,5 4 АО2-32-2 41 2 135 61 148
11 3,1 25,8 1,65 47 2,4
4,3 1,2 23,2 0,95 25 1,9
7,2 2 22,6 1,1 40 2 125
9,9 2,7 21,5 1,25 47 2,2
Таблица IV-10. Техническая характеристика центробежных фарфоровых насосов
Славянского керамического комбината
Марка насоса Производи- тельность Напор м вод. ст. Электродвигатель Габаритные размеры мм Вес насоса кгс
марка мощность кет число об/мин
20 53 АО2-52-2 13 3000 1468X555X393 349
2Х-4Ф 20 53 ВАО-52-2 13 2940 1539X555X393 374
10 13 АО2-31-4 2,2 1430 1247X555X393 268
10 13 ВАО-31-4 2,2 1430 1254X555X477 284
20 30,8 АО2-51-4 7,5 1500 1420X595X477 361
ЗХ-ЗФ 20 30,8 ВАО-51-4 7,5 1465 1484X595X477 394
45 36 АО2-62-4 17 1430 1662X660X557 476
4Х-4Ф 45 36 ВАО-62-4 17 1470 1685X660X557 499
30 16 АО2-51-6 5,5 1000 1591X660X557 414
30 16 ВАО-51-6 5,5 970 1635X660X557 449
90 33,5 АО2-72-4 30 1500 1729Х710Х 575 534
90 33,5 ВАО-72-4 30 1460 1720X710X575 629
5Х-6Ф 60 14,5 АО2-61-6 10 1000 1639X710X575 450
60 14,5 В АО-61-6 10 970 1635X710X575 493
5Х-7Ф 90 30,0 МА-144-1/4 21,5 1470 1738X720X660 775
2. Перекачивание кислоты
233
X
2
Е
sS
О
са
о
S
5. Насосы-дозаторы одноплунжерного типа, горизонтальные простого действия
с электроприводами, предназначенные для объемного напорного дозирования реа-
гентов в химической водоочистке и для подпитки котлов раствором фосфата.
Краткая техническая характеристика указанных насосов приведена в табл. IV-11.
3
Рис. IV-17. Центробежный фарфоровый насос типа Х-Ф:
Основные размеры, мм
Марка
насоса
2Х-4Ф . .
ЗХ-ЗФ . .
4Х-4Ф. .
5Х-6Ф . .
5Х-7Ф . .
Сифоны
Ht
Ь
125
140
160
175
180
360
410
557
570
118
160
185
190
190
460
460
500
540
650
185
185
235
260
300
128
128
175
202
225
150
150
200
225
250
1254
1484
1639
1635
1738
1000
973
1178
1213
1480
555
595
660
720
720
315
315
350
350
360
18
18
20
20
20
В сернокислотном производстве сифоны используются для опорожнения цир-
куляционных сборников, резервуаров и железнодорожных цистерн с кислотой,
а также для присоединения к этим емкостям работающих под наливом центробежных
насосов. При этом отпадает необходимость в спускных устройствах и штуцерах, рас-
положенных ниже уровня кислоты, которые часто являются источником течи.
На рис. IV-18 показана схема подключения центробежного насоса 1 к цирку-
ляционному сборник-у 11 посредством сифона 7 и всасывающего трубопровода 4.
Рис. IV-18. Схема подключе-
ния центробежного насоса
к циркуляционному сборнику
посредством сифона (справа
показана схема сифона):
1 — центробежный насос; 2 —
шланг; 3, 10, 12 — краны;
4 — всасывающий трубопровод;
5 — нагнетательный трубопро-
вод; 6—вакуум-линия; 7 — си-
фон; 3 — смотровое стекло; 9—
воздушннк; 11 — циркуляцион-
ный сборник; 13 — лоток для
сбора проливов кислоты.
234
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Для зарядки сифона открывают кран 10 на вакуум-линии 6. При появлении кислоты
в смотровом стекле 8 кран 10 закрывают; затем открывают кран 12, соединяющий
сборник 11 с работающим насосом 1, который опорожняет сборник и подает кислоту
в систему сернокислотного производства.
Для отключения сифона от вакуум-линии 6 открывают воздушник 9. Чтобы
предотвратить выброс кислоты через воздушник, надо предварительно опустить
уровень кислоты ниже смотрового стекла 8. Для опорожнения насоса 1 его останавли-
вают и при открытом кране 12 перепускают кислоту из нагнетательной линии 5
в сборник 11 до минимального уровня.
Оставшуюся в насосе кислоту спускают в лоток 13 через ослабленный сальник
насоса при закрытом кране 12. Из лотка кислота шлангом 2 при открытом кране 3
отсасывается в вакуум-сборник по вакуум-линии 6.
Скорость кислоты v в сифоне (в м/сек) при постоянном уровне определяется
по формуле:
v =
/л-/л
(IV-9)
i + Si
где Hi — разность между уровнем кислоты в опорожняемом сосуде и верхней
точкой сифона, м;
Н2 — высота сифона, м;
2 В — сумма всех коэффициентов сопротивлений в сифоне.
Монжусы
Монжусы (монтежю) — герметичные резервуары для перемещения кислоты под
давлением сжатого воздуха. Их выполняют из углеродистой стали (при необхо-
димости футеруют) или из кислотостойкой стали; рассчитывают на давление до
4 кгс/см2.
На рис. IV-19 дана схема монжусов, изго-
товляемых на заводах Пензхиммаш (г. Пенза) и
«Красный Октябрь» (г. Фастов) по нормалям
НИИхиммаша. В табл. IV-12 дана техническая
характеристика этих монжусов.
Рис. IV-19. Монжусы:
а — горизонтальный; б—вертикальный; 1 — штуцера для указателя уровня;
2 — штуцер подачи сжатого воздуха; J—подача кислоты; 4 — штуцер для уста-
новки предохранительного клапана; S—перелив; 6—спуск остатков кислоты.
3. Перемещение воздуха и газов
235
Таблица IV-12. Техническая характеристика монжусов
Показатели Горизонтальный Вертикальный
Емкость условная, Л13 Внутренний диаметр 3 5 10 16 20 3 5 10 16 20
D, м Длина L или высо- 1,4 1,6 2,0 2,2 2,4 1,4 1,8 2,0 2,4 2,6
та Н, м Толщина стенки S из углеродистой ста- 2,75 2,75 3,78 4,55 4,68 2,15 2,75 2,98 3,9 4,1
ли, мм 5 5 6 6 6 5 6 6 6 6
Вес, кгс Толщина стенки S из стали 1Х18Н9Т, 700 900 1700 2300 2650 800 1150 1900 2600 3950
мм 4 4 5 5 5 4 5 5 — —.
Вес, кгс 650 800 1550 1950 2300 750 1150 1600 — •—
Необходимое давление (в кгс1м2) для подъема кислоты определяется по формуле:
(IV-10)
где Н — высота подъема кислоты, м\
у — удельный вес кислоты, кгс/м?-,
v — скорость движения кислоты в напорном трубопроводе, м!сек\
| — сумма всех сопротивлений в напорном трубопроводе (по табл. IV-3);
Ро — давление в пространстве, в которое нагнетается кислота, кгс/м?.
Скорость движения кислоты в напорном трубопроводе (в м/сек) определяется
по формуле:
v = 4,43 ’
Р — Р0—Ну
v(i + L?)
(1V-11)
Из-за отсутствия движущихся, корродирующих и легко изнашивающихся
частей монжусы рекомендуется применять для подачи загрязненной разбавленной
кислоты на небольшую высоту.
Недостатком монжусов являются их громоздкость, малая производительность
и низкий к. п. д. (15—20%).
3. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ВОЗДУХА И ГАЗОВ
Перемещение воздуха и газов в сернокислотном производстве осуществляется
вентиляторами и дымососами — при напоре менее 1000 кгс/м2-, нагнетателями — при
напоре свыше 1000 мм вод. ст. и отсутствии охлаждения газа в процессе сжатия;
компрессорами, вакуум-насосами и воздуходувками водокольцевого типа.
Выбор машин для перемещения воздуха и газов производят исходя из требуемых
производительности и давления (табл. IV-13).
Техническая характеристика Г— С£> 00 03 О 04 -Г -7 - «э Т > > > £ > > > ч £* ч’ g * О g А А
Таблица IV-13. Основные параметры машин для перемещения воздуха и газа
Давление (разрежение) кгс/мг Хр 0s- В оо-о g ? mm ооо S е 1 со — о со ho II III 2 * « 2 S S S | * Ф О со >, <я CQ
Производительность тыс. мг/« 1 1 2,0—60,0 1,5—30,0 10,0—150 15,0—60,0 6,0—100,0 (150—1200) 10-3 (300—1500) 10“ 3 (нагнетание) (480—1500) 10" 3 (отсасывание)
Назначение I Перемещение больших объемов воздуха при малом напоре । Отсасывание или нагнетание значитель- ных объемов воздуха или газа при небольшом напоре Отсасывание газов, имеющих темпера- туру до 200° С, в печных отделениях Отсасывание газов в производстве сер- ной кислоты нитрозным способом Нагнетание воздуха в колчеданные печи । «кипящего слоя». Нагнетание серни- стого газа и воздуха в производстве серной кислоты контактным способом Сжатие воздуха или газа в сернокис- лотном производстве Нагнетание или отсасывание незначи- тельных количеств воздуха. Создание вакуума для зарядки сифонов или от- соса проливов кислоты 1
Тип машин 3 s <ч ° о. £ 3 S ч ° н о 3 £ 5 а о « £ ►—ЕЕ S = CL СО о а> н я с о Я Ш я _ X 5 я я « S з $ £ 3 - 3 54 я й г* *т* АХ д? О х 5 S а й £ я CQ CD S^CQS? 'S П О 'S ” 5 (D О 0^0 X о « 3 & & a § 3 ® s В я a § g и OJ JJ G> О О ° О XT ГЗ * Xf E CQ
3. Перемещение воздуха и газов
237
Центробежные вентиляторы
В зависимости от величины напора центробежные вентиляторы делятся на три
группы: низкого давления — с напором до 100 кгс/м~\ среднего — 100—300 кгс/м2\
высокого — 300—1500 кгс/м-.
Скорость, м{сек
Рис. IV-20. Номограмма для расчета воздуховодов и газопроводов.
Напор Яст (в кгсЛи2), расходуемый на трение газа (воздуха) о стенки газохода
и на местные сопротивления, определяется по формуле:
где р — коэффициент трения газа о стенки (для кирпичных каналов или футеро-
ванных кирпичом газоходов р, = 0,05; для чистых металлических газохо-
дов р = 0,025; для металлических газоходов при малой степени кор-
розии р, = 0,035—0,04; L — длина газоходов, м',
D — диаметр круглых газоходов или эквивалентный диаметр квадратных и
прямоугольных газоходов, м; D — а — для квадратных газоходов со сторо-
ной a; D = 2ab/a~[- b—для прямоугольных газоходов со сторонами а и Ь;
У — удельный вес газа при 0° С и 760 мм рт. ст., кгс/м3;
v — скорость (в м/сек), которая может определяться по номограмме (рис. IV-20);
g—ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек\
£ — коэффициент местных сопротивлений, определяемый по табл. IV-14.
Таблица IV-14. Коэффициенты местных сопротивлений для воздуховодов и газопроводов
Эскиз местных сопротивлений Местное сопротивление Коэффициенты местных сопротивлений Расчетная скорость
R £ ( Внезапное расширение Ч-й-)2
1 s' 7T! \^-r 11 Постепенное расширение 5=(‘ /,)s,na *1
1 1 i >> г * 1 ч Внезапное сужение Fi/F2 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 g 0,5; 0,42, 0,32; 0,2 Vi
-- --—1 Вход в отверстие с острыми краями £ = 0,5 V
Вход в отверстие с закруглен- ными краями £ = 0,25 V
1 L ^ZZzzzz/1 ^>7/77 Вход в трубу с выступающим концом l,5d £ = 0,85 V
- Вход в коническое отверстие а = 30°; £ = 0,25 а = 15°; ^ = 0,13 V
Выход в среду малоподвижного газа £ = 1 V
1J Резкий поворот на 90° । <2 <2 <2 инн VA II <2 <2 <2 N Ь5 Ь5 (ГгР(ГгР(ргР II II II о •— ' СП СП Vl Vl v2
Плавный поворот на 90° £ = 1 V
EFr -- Поворот на 90° с нишей £ = 2 V
16 Справочник сернокислотчика
Продолжение табл. IV-14
Эскиз местных сопротивлений Местное сопротивление Коэффициент местных сопротивлений Расчетная скорость
Резкий поворот на 180° £ = 2 01 = v2
Поворот на 45° £ = 0,5 V
**г • j Разветвление под углом 90° 01 = V2
Слияние под углом 90° £ = 1,5 vr V»
Разветвление под углом 180° 5 = 2 01 = О2
Слияние под углом 180°
Плавное разветвление под углом
180°
Плавное слияние под углом 180°
Сопротивление шибера
Постепенное сужение
Примечание. и F
Шахта с зонтом
h
= 0,1; 0,3; 0,5; 0,7
ь'о У|
£ = 4,0; 1,6; 1,18; 1,05
s — поперечные сечения воздуховодов и газоходов; н и2 — соответствующие им скорости воздуха и газов.
242
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
При естественной тяге скорость воздуха и газов в газопроводах обычно прини-
мается 2—4 м/сек-, при небольшом давлении, создаваемом вентиляторами и дымо-
сосами, скорость равна 14—15 м/сек-, при большом давлении (в нагнетательных
трубопроводах компрессоров и нагнетателей) — 15—25 м/сек.
Напор, развиваемый вентилятором, состоит из Лст, определяемого по уравне-
нию (IV-12), и динамического напора Лдин (в кгс/м2)-.
t»2
Ядин=У-2Г (IV-I3)
Следовательно, для подачи Q м3/ч воздуха необходимо создать полный напор
(в кгс/см2):
V2
Яп = Яст + Ядин = яст 4- у —- (IV-14)
Характеристика вентилятора в каталогах обычно дается для перемещения воз-
духа при t = 20° С; у = 1,2 кгс/м2-, Р — 760 мм рт. ст. и относительной влаж-
у'
ности воздуха w = 50%. Напор при другой плотности газа Н' ~ Н кгс/м2.
Мощность (в кет), потребляемая вентилятором, определяется по формуле:
N =_______
3600-102т]вЛп
(IV-15)
где Q — производительность вентилятора, м3/ч-,
Нп — напор, развиваемый вентилятором, кгс/м2-,
т]в — коэффициент полезного действия вентилятора (определяется по данным
завода-изготовителя);
т)п — коэффициент полезного действия привода вентилятора; для плоскоре-
менной передачи принимается равным 0,9, для клиноременной пере-
дачи — 0,95, для соединения рабочего колеса вентилятора с электродви-
гателем через муфту — 0,98; для случая, когда рабочее колесо насажено
на вал электродвигателя, т]п — 1,0.
Мощность, потребляемая вентилятором, при перемещении загрязненного воз-
духа увеличивается'на 20%. При перемещении газа более высокой температуры,
чем 20° С, потребляемая мощность уменьшится пропорционально отношению
293/(/ 4- 273). Установочная мощность электродвигателя (в кет):
KN (IV-16)
где /С — коэффициент запаса мощности, принимаемый по табл. IV-15.
Таблица IV-15. Коэффициент запаса мощности для вентиляторов
Коэффициент К f Коэффициент К
Мощность, потребляемая вентилятором, кет для цен- тробеж- ных вен- тиляторов ДЛЯ осевых вентиля- торов Мощность, - потребляемая вентилятором, кет для цен- тробеж- ных вен- тиляторов Для осевых вентиля- торов
До 0,5 От 0,51 до 1,0 » 1,01 » 2,0 1,5 1,3 1,2 1,2 1,15 1,1 От 2,01 до 5,0 Более 5,0 1,15 1,1 1,05 1,05
244
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Выпускаются центробежные вентиляторы правого вращения, у которых рабо-
чее колесо вращается по часовой стрелке (если смотреть со стороны привода), и вен-
тиляторы левого вращения, у которых рабочее колесо вращается против часовой
стрелки.
Вентиляторы выбирают в соответствии с заданной производительностью Q
(в тыс. м3/ч) и напором Нп (в кгс/м2) по таблице технических характеристик центро-
бежных вентиляторов (табл. IV-16), в которой находят номер вентилятора и ориен-
тировочные значения основных параметров.
Оптимальные значения числа оборотов, коэффициента полезного действия и
окружной скорости обода колеса определяют по аэродинамическим характеристи-
кам центробежных вентиляторов, в которых на оси ординат отложено полное давле-
ние Нп (в кгс/л2), а на оси абсцисс производительность Q (в тыс. м3/ч).
Например, необходимо выбрать вентилятор для Q = 5 тыс. м3/ч воздуха при
напоре Яп — 100 кгс/м2.
По табл. IV-16 определяем марку и номер вентилятора (Ц9-57, № 4), произво-
дительность (от 3,0 до 7,5 тыс. м3/ч), напор (от 30 до 200 кгс/м2), число оборотов
(от 800 до 2000 об/мин) и коэффициент полезного действия (0,64).
По аэродинамической характеристике этих вентиляторов (рис. 1V-21) уточняем
указанные параметры.
В точке А пересечения линий давления и производительности находим число
оборотов вентилятора 1425 об/мин и его к. п. д. г] = 0,637.
При рабочем колесе, насаженном на вал электродвигателя, необходимая мощ-
ность равна (в квт)‘.
N =________________= _______500 _____= 2,, 4
3600- 102-чв-т)п 3600-102-0,637-1,0
Рис. IV-21. Рабочая характеристика центробежного вентилятора
Ц9-57 № 4.
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
245
Осевые вентиляторы
Наряду с центробежными значительное распространение получили также осе-
вые вентиляторы (рис. IV-22). Они выполняются в виде короткого цилиндрического
патрубка с рабочим колесом внутри. Вследствие прямоточного движения воздуха
к. п. д. их выше, чем у центробежных вентиляторов. Особенностью осевых венти-
ляторов является возможность изменения направления потока газа. Для этого лишь
следует снять колесо с вала, посадить его обратной стороной и изменить направле-
ние вращения двигателя. В табл. IV-17 приведена техническая характеристика осе-
вых вентиляторов марки 06-320.
Таблица IV-17. Техническая характеристика осевых вентиляторов марки 06-320
Л? вентиля - тора Минимальная произ- водительность Максимальная про- из водител ь н ость Мощность кет п об[мин
Q, тыс. м3/ч я кгс[м* Q, тыс. м*/ч я кгс/мг
4 1,0 8,0 3,2 3,о 0,12 1400
4 2,5 33,0 6,75 18,0 1,0 2860
5 2,0 13,0 6,5 5,5 0,4 1400
6 4,0 18,0 11,2 8,5 1,0 1410
7 9,0 24,0 17,7 12,0 1,7 1420
8 10,0 34,0 26,8 16,0 4,5 1440
10 14,0 22,0 33,0 12,5 2,8 950
12 26,5 34,0 58,0 20,0 7,0 980
4
5
6
7
8
10
12
Рис. IV-22. Осевые вентиляторы типа 06-320:
Основные размеры, мм
Н b bi Ь2
I с Ci D Di D2 D3 Da
Вес без
двигателя,
кгс
280
340
420
470
550
670
800
178
188
295
330
425
490
580
260
280
350
393
498
570
688
1175
185
291
325
420
470
570
439 405 135 400
530 500 145 500
620 590 235 600
710 680 270 700
900 840 325 800
1050 990 400 1000
1230 1170 500 1200
408 435 458 500
508 535 558 620
606 650 680 730
707 750 785 855
808 850 873 975
ЮЮ 1054 1076 1210
1212 1255 1280 1450
11,2
18,0
28,1
39,3
83
133
167,2
246
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Дымососы
Дымососы отличаются от вентиляторов большей толщиной лопаток рабочего
колеса, накладками на основании лопаток и дополнительной броней по образующей
улитки.
Для регулирования производительности дымососов на входе газов в улитке
устанавливается восьмилопастной направляющий аппарат. Он управляется вруч-
ную. В дымососах от № 13,5 и выше он может управляться дистанционно вручную
или автоматически. Выпускаются дымососы правого и левого вращения.
Расчет дымососов производится так же, как расчет вентиляторов, по формулам
(IV-12)—(IV-16).
Техническая характеристика дымососов приведена в табл. IV-18.
Для подачи значительных количеств воздуха с очень большим напором (свыше
1000 мм вод. ст.) применяют мельничные вентиляторы типа ВМ. Их техническая
характеристика также дана в табл. IV-18.
Хвостовые вентиляторы, применяемые для подачи сернистого газа в производ-
стве серной кислоты нитрозным способом, по конструкции и принципу действия
также относятся к дымососам. Их техническая характеристика приведена ниже:
Производительность, м3/ч . . . 15 000 30 000 50 000 60 000
Напор, кгс/м3 400 600 600 600
Температура газа, °C .... 25 25 25 25
Скорость вращения вала, мин'1 1460 1460 1460 1460
Потребляемая мощность, кет 39 110 160 216
Мощность электродвигателя,
кет 48 125 180 225
Центробежные нагнетатели
В сернокислотном производстве применяются одноступенчатые центробежные
нагнетатели — машины, в которых газ сжимается без промежуточного охлаждения
до избыточного давления 4 ат.
При выборе центробежных нагнетательных машин следует исходить из началь-
ного состояния и свойств газа, его конечного давления, производительности машины,
числа оборотов вала в минуту и потребляемой мощности.
За начальные параметры состояния газа принимаются его параметры вблизи
входа во всасывающий патрубок машины. К ним относятся абсолютное начальное
давление газа Ра (в ат) и его начальная температура ta (в °C).
Объемную производительность нагнетателей (в м3/мин) определяют по формуле:
. (IV-17)
Ро
Здесь G — производительность (в кг/мин) — масса газа, всасываемого в единицу
времени;
ро — плотность газа при 0° С и 760 мм рт. ст.
Потребляемая мощность (или мощность на валу нагнетателя) определяется
по формуле (в кет)-.
N = (1V-18)
где V — подаваемый объем газа, м3/сек-,
НД = Ят^гид — действительный напор в м столба газа; он меньше теоретиче-
ского напора Нг, так как часть напора расходуется на преодоление сопро-
тивления в рабочем колесе, что учитывается гидравлическим к. п. д. т]гид:
у — средний удельный вес газа от начала до конца процесса сжатия, кгс/м3-,
г| — полный к. п. д. машины; колеблется в пределах 0,75—0,85.
Таблица IV-18. Техническая характеристика дымососов и мельничных вентиляторов
g i-oosi/ez-wa воздух a 1,293 57,6 1292 70 1,0 384 1280 3100
gioosi'oswa Подач a 1,293 54,9 1065 1 70 1 1,0 223 1480 2700
fr-ei-oeze-a 1,31 216 410 380 1,0 650 | 1500 2915 3285 2506 1250
t'-eio2ze-a . Л _ О OiOcDO ° 2 2 ° 2 О о ас О ю 1 » ~1 У ^" 2 Л — 04 Ю 04 1 —Г 04 СО LO — to —, СО СО 04 —-
009/si-V го СП го 1,28 15 680 140 0,975 75 1470 3104 1860 1735 1370 1598
s'srV Пода ч а О1 2 2 1 | § « 7 । « 2 2 й з —7 Ю J. 04 —. 1 to 04 СО СО — 04 © 12 ° й 00 1X3
s‘erV 1,28 44—87,5 79—315 200 1,36 14,7—114 485—970 2310 2600 2700 1350 2153
Показатели Плотность газа (воздуха) при 0° С и 760 мм рт. ст., кг/м3 Производительность, тыс. м3/ч Напор, мм вод. ст Температура газа (воздуха), °C Начальное давление, ат Потребляемая мощность, кет Скорость вращения вала, об/мин Габариты, мм длина ширина высота Диаметр рабочего колеса, мм Вес без привода, кгс
3. Перемещение воздуха и газов
249
90‘roee-si 1,293 350 600 9П 1 О. 2950 50 V3 1/5 1/5 S3 1/5 0 1/5 СГ> ОО О 2 2
X 1,293 264 2100 20 1 е> 5870 140 8 со 2970 2650 3200 2,84
Gi‘i-osc--ai Et 1,293 250 1200 20 1 2950 В 8 2950 2435 1480 о
X о ci'i-oerai cc 1,293 150 1200 20 т-^ 2950 ю 1/5 1/5 2950 о о о о со еч г-« ^"4 04
S 3 cfi-ioie 1,293 100 2000 1 V* 0169 j tn 2975 О о 1/5 О Ш Q С4 СО 3
S S ч I 11-0052 1,115 3000 2800 = 0,95 3000 2100 2500 3000 8 3 1
S От 2-n-00£l6 1,38 1670 ЗООо о 0,95 2980 1050 3 О оО 8 § 8 ОО V5 3 СО
Ч О' си 4 * rirosoie 1080 2000 о ю , 0,94 2975 3 3 со 2975 о о 8 8 1/5 СО о
а> rf I СП t- О па fr-z;rosoie 1080 2350 3 0,94 1 2975 В о со со 2975 8 8 1/5 СО СО
= S 1Л о о V5 8 8
X 3 м = й t-Ei-osoie M ca S I 3 S3 о 04 й 8 04 S со
* 2 О ю о 8.0 = ° 5 s 3 о- Z-IT-002. « 2 1,34 700 2350 3 0,95 2975 1/5 04 СО 8 2975 5100 3000 ОО
2-II-00L u s CO 700 1900 S 1 °-95 1 2975 о СП 04 В 2975 5100 3000 со
«1 и X ° £ ® ь S 2-erooL Серн 1,34 700 2760 3 1 0,95 2975 8 в 2975 5100 3000 ОО
® cd S' и e-sroot- 415 1850 о 96‘0 2965 U5 3 04 2965 § 8 8 О
харам (при 90‘i-ose-Ji 1/5 350 600 8 о 2960 5 2960 8 S ОО 2 сч
к X Q Sl‘l-0S2-J.L 04 250 500 О 0,93 2950 8 2950 3 3 8 s>
3" X X X wrn-oos 1,385 200 1800 3 0,96 0269 1 8 2960 В 8 WD О 04 СО С4
о t-n-ioie 100 2000 3 1 0,96 7000 3 О О СЛ ОО 1/5 СО о U5 8
— S "о * та 6 . О, 6 . р.
я £ as . as .
ОЗ Я S ю 03 s (D ЭТ C3 as о C Плотность при 0° С и 760 мм pm Производительность. м*/мин Конечное давление, кге/м2 . . Начальная температура, °C . г. ч О • 'О ’ та . S • к О • ч . и я • Е£ , о О • № . л h к •Скорость вращения вала наг теля, ленк"1 «в О Я г о S я та S о Я 5 <и о С Номинальная мощность эле двигателя, кет Скорость вращения вала эле двигателя, мин 1 ... Габариты, мм: длина фундамента . . ширина фундамента .Полный вес агрегата, тс. .
Техническая характеристика выпускаемых в СССР нагнетателей для сернокис-
лотных производств приведена в табл. IV-19.
При выборе нагнетателей по этой таблице следует учитывать, что необходимое
конечное давление должно соответствовать указанным в таблице значениям; началь-
ное давление и температура могут отклоняться от табличных значений (эти параметры
редко в точности совпадают, поэтому соответствие выбранного нагнетателя произ-
водственным условиям должно быть проверено по его газодинамической характе-
ристике).
600
£
\000
^200
О
0,9
&0,8
*0,7
0,6^
3300
зюо
^2300
^2700
^2600
§2800
2100
1900
1700
6 12 18 £4 30 36 Ь2 Ь8 Л
Производительность Q, тыс. м3/ч
Рис. 1V-23. Газодинамическая характеристика нагнетателей различных марок;
1 — 700-11-2; 2 — 700-12-2; 3 — 700-13-2; 4 — Э1050-1 1-4; 5 — Э1050-13-4.
Нагнетатели, выбранные с запасом давления или производительности, неиз-
бежно вызовут отклонение фактического режима работы от указанного в таблице.
Если сопротивление сети окажется больше проектного, производительность машины
будет меньше; в случае меньшего сопротивления производительность возрастает.
Эти нежелательные явления можно ликвидировать, регулируя работу компрессора
путем дросселирования, отбора газа или изменения числа оборотов. При этом необ-
ходимо учитывать следующие обстоятельства:
1. Дросселирование путем перекрытия задвижки на нагнетании весьма неэко-
номично, так как в этом случае происходит перерасход мощности.
2. Дросселирование на входе в компрессор также вызывает увеличение удель-
ного расхода мощности, но оно рекомендуется для регулирования производитель-
ности машины в небольших пределах.
3. Для уменьшения подачи часть газа из нагнетательной линии через откры-
ваемый клапан поступает обратно во всасывающий трубопровод. Удельный расход
мощности при этом также возрастает, но область регулирования больше, чем при
Дросселировании.
4. При регулировании путем изменения числа оборотов меняют производитель-
ность и напор компрессора, но его к. п. д. остается неизменным, поэтому данный
способ наиболее экономичен.
В табл. IV-19 приведена также характеристика нагнетателей марки 2900-11-1
объемной производительностью 3000 мЧмин газа, предназначенных для крупных
сернокислотных установок мощностью 1030 т в сутки моногидрата.
250
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
На рис. IV-23 и 1V-24 даны газоди-
намические характеристики нагнетате-
лей различных марок. На рис. IV-25
приведены общий вид и габаритные
размеры нагнетателя 2900-11-1.
Пар, получаемый в котлах-утили-
заторах за счет тепла газа колчедан-
ных и серных печей, может быть эф-
фективно использован в паровых тур-
бинах, заменяющих электродвигатели
для привода центробежных нагнетате-
лей. Для этой цели могут быть при-
менены турбины соответствующей мощ-
ности с рабочим давлением пара 35 ат,
противодавлением 6 ат при 3000 об/мин
и удельном расходе 16 кг/кет- ч.
Рис. 1V-24. Газодинамическая харак-
теристика нагнетателя марки 2900-11-1
(Нпол — политропический к. п. д.).
Рис. IV-25. Нагнетатель марки 2900-11-1:
1 _ корпус нагнетателя; 2 — соединительная муфта; 3 — электродвигатель; 4 — возбуди-
тель; 5 — всасывающий трубопроводе коленом и распределительными лопатками; 6 — нагне-
тательный трубопровод.
3. Перемещение воздуха и газов
251
Поршневые компрессоры
В зависимости от требуемого конечного давления применяют поршневые ком-
прессоры одно-, двух- или многоступенчатые.
Для получения необходимого на сернокислотных заводах сжатого воздуха дав-
лением не выше 8 ат применяются одно-, реже двухступенчатые поршневые ком-
прессоры.
Часовая производительность одноступенчатого компрессора
V = GQ'kiFsn м3/ч (IV-19)
где X — коэффициент подачи, определяет отношение объема газа, фактически пода-
ваемого поршнем, к объему, описываемому им внутри цилиндра компрес-
сора (с учетом вредного пространства). Для компрессоров производитель-
ностью до 2 м31мин величина X = 0,7; для компрессоров большей произ-
водительности X = 0,86—0,9;
I —коэффициент, равный для компрессоров простого действия 1; для компрес-
соров двойного действия i = 2;
F — рабочая площадь поршня, м2;
s — ход поршня, М;
п — число ходов поршня в 1 мин.
Теоретически необходимая мощность (в кет) при изотермическом сжатии:
л'“= 3707юор“1/1п^ <iv-20>
где Ра, Рк — соответственно начальное и конечное давление газа, кгс/см2.
Мощность электродвигателя (в квт)\
МДв = (1,1-1,15) (IV-21)
Общий к. п. д. компрессорной установки Т] обычно равен 0,45—0,62.
В табл. I.V-20 дана техническая характеристика поршневых компрессоров низ-
кого давления, получивших распространение в сернокислотной промышленности.
Все компрессоры типа ВУ бескрейцкопфные, простого действия, с V-образным
расположением цилиндров. В одноступенчатых^компрессорах воздух сжимается
в одной ступени до конечного давления 5 ат.
В двухступенчатых компрессорах воздух сжимается в цилиндре первой ступени
До давления 2,4—2,5 ат и поступает в промежуточный холодильник, из которого
через водомаслоотделитель направляется в цилиндр второй ступени и сжимается
в нем до конечного давления 8 ат. Из компрессора сжатый воздух через воздухосбор-
ник поступает в распределительную сеть. Наружный воздух засасывается в компрес-
соры через фильтр.
Все компрессоры типа ВП отличаются от компрессоров типа ВУ крейцкопфным
. приводом с угловым расположением цилиндров, причем первый цилиндр верти-
кальный, а второй — горизонтальный. В компрессоре при давлении нагнетания
>8 кгс!см2 воздух сжимается последовательно в двух цилиндрах с промежуточным
охлаждением; в компрессорах меньшего давления сжатие воздуха происходит парал-
лельно в двух цилиндрах без охлаждения. Смазка цилиндров и сальников произво-
Дится многоплунжерным насосом (лубрикатором). Контроль состоит в замере основ-
ных параметров с отключением электродвигателя в случае превышения допустимой
нагрузки. Управление компрессорной установкой полуавтоматическое.
.Наряду с указанными в табл. IV-20 компрессорами типа 2О2ВПЮ/8 на заводе
\<ворец» изготовляют компрессоры типа 2С2ВП10/8 с той же технической харак-
теристикой, предназначенные для питания установок сжатым воздухом, не загряз-
ненным смазочным маслом (рис. IV-26).
252
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
Таблица IV-20. Техническая характеристика поршневых компрессоров
низкого давления
Марки компрессоров
Показатели ВУ-3/4 ВУ-6/4 ВУ-3/8 2О2ВП10/8 2О2ВП20/2 с са О 2С2ВП10/8
Производительность при атмо- сферном давлении всасыва-
ния, м^/мин Давление нагнетания, ат . . . 3,0 6,0 3,0 10,0 20,0 12,0 10,0
4,0 4,0 8,0 8,0 2,0 3,5 8,0
Число оборотов вала компрессора
в 1 мин 970 975 975 735 735 735 735
ступеней сжатия 1 1 2 2 1 1 2
цилиндров I ступени . . . 2 2 1 1 2 2 1
» II » ... — — 1 1 —- — 1
Мощность, потребляемая на
валу компрессора, кет . . . 15,8 27,0 19,0 57,0 60,0 50,0 60,0
Мощность электродвигателя,
кет 20,0 28,0 28,0 75,0 75,0 75,0 75,0
Габаритные размеры, мм
длина 1445 1710 1838 1655 1575 1585 1855
ширина 1140 1186 1135 1300 1300 1300 1300
высота 1265 1260 1343 1750 1750 1760 1995
Вес агрегата, кгс ...... 760 1040 1264 2100 2085 1920 2100
Расход масла для смазки ком-
прессора, г/ч Расход охлаждающей воды, 50 70 40 46 54 48 —
м3/ч 0,27 0,54 1,0 3,0 2,0 1,8 3,0
Таблица IV-21. Основные размеры воздухосборников
Обозначение по ГОСТ 9028-59 Номиналь- ная емкость м3 Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм Вес, кгс Производи- тельность компрессора м*/мин}
обечайки днища
В-0,5 0,5 600 4 6 200 3
В-1 1 800 5 6 290 6
В-1,6 1,6 1000 5 6 420 3
В-2 2 1000 5 6 520 6 и 10
3. Перемещение воздуха и газов
253
В этих машинах поршневые кольца и сальники выполнены из самоуплотняю-
щихся плоских фторопластовых элементов, не требующих смазки.
Для выравнивания давлений в воздухопроводах при работе компрессора при-
меняют воздухосборники вертикального типа, рассчитанные на необходимое рабо-
чее давление. Их основные размеры даны в табл. IV-21.
Водокольцевые вакуум-насосы и воздуходувки
Рис. IV-27. Схема работы
водокольцевого вакуум-
насоса:
1 — корпус; 2 — рабочее
колесо с радиальными лопас-
тями; 3 — всасывающее от-
верстие; 4 — нагнетательное
отверстие.
Широко распространенные ранее в сернокислотной промышленности вакуум-
насосы РМК в последние годы заменяются вакуум-насосами ВВН-3 и ВВН-6.
Их используют также в качестве воздуходувок.
На рис. IV-27 изображена схема работы вакуум-
насосов типа РМК и ВВН.
В корпусе 1 насоса вращается расположенный
с эксцентриситетом «е» по отношению к оси цилиндра,
снабженный лопатками ротор 2. Корпус до определен-
ного уровня заполнен водой, которая при вращении
ротора образует вращающееся водяное кольцо, огра-
ничивающее ячейки между отдельными лопатками.
На участке первой половины оборота вала объем этих
ячеек увеличивается, и через отверстия 3 (на рис. за-
штрихованы) в торцевых стенках корпуса засасывается
воздух. На участке второй половины оборота вала
объем ячеек уменьшается, и сжатый воздух выходит
через торцевые отверстия 4 (заштрихованы) в воздухо-
сборник. Пунктиром обозначено водяное кольцо, обра-
зующееся при вращении ротора.
Схема установки водокольцевого вакуум-насоса
(рис. IV-28) состоит из собственно вакуум-насоса 2
с электродвигателем 1 и присоединенным к выпускному
коллектору 4 водосборником 3. В нем от выбрасываемого в атмосферу газа отде-
ляется вода, которая непрерывно смешивается с поступающей в водосборник водой
из водопровода и снова вводится в вакуум-насос для пополнения водяного кольца.
Излишек воды удаляется из водосборника через сливную трубку 5.
3. Перемещение воздуха и газов
255
Таблица 1V-22. Техническая характеристика вакуум-насосов и воздуходувок
£
о. 3
о о» ca
1 g:
о о E 3 ct o
X
со
1 о со co
г- ю
00 04
1О оГ со co
О Ю CM
О 00 ю ю сч о
ю со
ю
о со о о g 04
<м ю СО со Q
СО Ю К
s
о сх> ю
см см
СЧ
со со
сою tu я
о — 35 7 Я X CM
со СЛ со СО со tu CM
X сою X s я
tu
Щ CQ 4
ИЗ ОЭ СО. со ю S3 1 1 Дав 2,0
о о
cd ю сч со О cd 00 ФО 00
х Ё сою X S со ’Г
СО 10
Г- СО 1 1 •—4
м со ю м
cd cd ---
из Г- СО QQ 1 1 co
со ю 1 1
cd cd
CQ ’ ‘ CQ * ’
।Л ►Q > •
cd cd
CQ CQ
X • • X • •
к . . к .
s x
CQ , м о £ o S
е? » оо о « Ч ♦ § о « s 4
• • -
^3 ca
Ш ’ £ CQ * Q я я
• О . о X
n X О
Ь 3 8 g -3 8 -g X 2 с
-а й „ и S к £ Де £ г к £ i s
Kt's X о ~ X 0^4
CQ ►Ю CQ -\O
со R ф 2 к
« я е- м Р* Л® о x x °- a= s
с с X E
При работе вакуум-насоса в качестве воздуходувки выпускной коллектор ста-
новится нагнетательным, а водосборник заменяется воздухосборником, в котором
также отделяется вода от газа. Туда же поступает свежая вода из водопровода,
а излишек циркулирующей воды удаляется поплавковым регулятором уровня.
Техническая характеристика описанных вакуум-насосов и воздуходувок дана
в табл. IV-22.
Рис. IV-28. Схема водокольцевого вакуум-насоса:
1 — электродвигатель; 2 — вакуум-насос; 8 — водосборник; 4 — выпускной коллектор
вакуум-насоса; 5 — сливная труба.
Дымовые трубы
Продукты сгорания удаляются из топок пусковых подогревателей контактных
аппаратов через дымовые трубы при помощи дымососов (искусственная тяга) либо
без них (естественная тяга).
Разрежение h, создаваемое дымовой трубой, ограничено и зависит главным
образом от трех факторов: высоты трубы, температуры отходящих газов и темпера-
туры окружающего воздуха.
Его рассчитывают (в мм вод. ст.) по формуле:
2
'>“«(У.-Тг)-^-3(н^Гср + г) (IV-22)
где Н — высота трубы, м;
?в — удельный вес воздуха при температуре окружающей среды, кгс/м3',
?г — удельный вес продуктов сгорания при средней температуре в трубе,
кгс/м3-,
D — верхний диаметр трубы, м;
Тер — средняя абсолютная температура газов в трубе (падение температуры
газов в стальных трубах составляет 3—4° на 1 м их высоты), °К;
Т — абсолютная температура газов на выходе из трубы, °К;
р — коэффициент трения газов о стенки трубы (для стальной трубы р — 0,035,
для кирпичной — р = 0,05);
v0 — скорость газа на выходе из трубы (в м/сек) при 0° С и 760 мм рт. ст.
(обычно 1,5—3,0 м/сек):
_ V (273 + 0 ,IV 23,
0 273-3600-0,785£)2 v '
где V — объем газа, м3/ч\
t — температура газов на выходе из трубы, °C.
3. Перемещение воздуха и газов
257
Более подробные данные по расчету дымовых труб приведены в разделе IX
(стр. 611 сл.).
На рис. IV-29 приведены конструкция и размеры стальных цельносварных
дымовых труб применяемых в сернокислотном производстве диаметров и высот.
В сернокислотной промышленности большое внимание уделяется обеспечению
в воздухе над территорией предприятия и ближайших населенных пунктов кон-
центрации токсичных веществ, не превышающей предельно допустимую. Один
из способов выполнения этого условия — выброс в атмосферу газов на такой высоте,
чтобы происходило рассеивание вредностей до предельно допустимых концентраций.
На рис. IV-30 показана труба для выброса отходящих газов конструкции Гипро-
химь, которую с целью уменьшения капитальных затрат располагают непосред-
ственно на хвостовых башнях. Для удобства проверки состояния трубы и ее ремонта
она расположена в специальной шахте.
В случае превышения предельно допустимой концентрации вредных веществ
в атмосфере необходимо устанавливать трубы высотой до 120, иногда до 150 м.
Рекомендуется показанная на рис. IV-31 отдельно стоящая труба диаметром 2 и вы-
сотой 121 м, подвешенная внутри решетчатой металлоконструкции (башни) и состоя-
щая из отдельных стальных царг, легко доступных для осмотра, ремонта и частичной
замены. Для этого башня трубы снабжена лестницами и площадками. Вес металло-
конструкций составляет 244 Т, вес самой трубы из листового металла при толщине
листа 6—20 мм составляет 37 Т. Применяют трубы той же конструкции высотой
80 и 100 м. В случае необходимости стальные царги могут быть заменены стальными
гуммированными, пластмассовыми, или биметаллическими.
Установки для получения кислорода
Одним из перспективных способов производства серной кислоты является замена
воздуха при сжигании колчедана кислородом различной концентрации.
Рис. IV-32. Принципиальная схема установки низкого дав-
ления для получения технологического кислорода:
/ — турбокомпрессор; 2 — холодильник; 3 —кислородные регене-
раторы; 4 — азотные регенераторы; 5, 6—теплообменники; 7—верх-
няя колонна; 8 — конденсатор; 9 — нижняя колонна; 10 — турбо-
детандер; 11 — адсорбер; 12 — воздушный фильтр.
Справочник сернокислотчика
258
IV. Хранение и транспорт кислоты, серы, газов
На установках для получения кислорода из воздуха производительностью
до 35 000 л3/ч удельный расход электроэнергии составляет 0,42—0,60 кет- ч/м3;
потери холода покрываются за счет частичного расширения в турбодетандере воз-
духа низкого давления (5—6 ат).
На рнс. IV-32 дана принципиальная схема этого процесса. Воздух, очищенный
от пыли в фильтре 12, поступает в турбокомпрессор 1 и при давлении 6—7 ат, пройдя
холодильник 2, нагнетается в кислородные 3 и азотные 4 регенераторы, где охла-
ждается отработанными и удаляемыми из установки кислородом и азотом. Основное
количество воздуха из регенераторов поступает в нижнюю колонну 9. Около 20%
всего воздуха поступает в турбодетандер 10, в котором расширяется с 6—7 до 1,5 ат
для получения холода и покрытия холодопотерь установки. Из турбодетандера воз-
дух подается в верхнюю колонну 7.
В нижней колонне 9 происходит предварительная, а в верхней 7 — оконча-
тельная ректификация воздуха. Конденсатор 8 служит для образования азотной
флегмы для нижней колонны 9 и испарения кислорода в верхней колонне. Газообраз-
ный кислород из конденсатора 8 и азот из колонны 7, пройдя регенераторы 3 и 4,
выводятся из системы соответственно в газгольдер н в атмосферу.
В силикагелевом адсорбере 11 происходит очистка обогащенного кислородом
жидкого воздуха от твердого ацетилена н других взрывоопасных примесей.
Теплообменник 5 предназначен для дополнительного охлаждения воздуха перед
турбодетандером 10, а теплообменник 6 — для переохлаждения жидкого азота,
орошающего верхнюю колонну 7.
В табл. IV-23 приведена техническая характеристика кислородных установок
низкого давления.
Т а б л и ц a IV-23. Техническая характеристика
кислородных установок низкого давления
Показатели Марки установок
БР1 БР2М БР5 БР6
Количество получаемого кислоро-
да, м3/ч 13 000 35 000 5300 8000
в том числе технологического 12 500 33 900 5000 7840
то же, технического .... 500 1 100 300 160
Концентрация О2 в технологиче-
ском кислороде, % 95—95,8 95—95,7 95—95,8 95
Концентрация О2 в техническом
кислороде, % ........ 99,3 99,5 99,5 99,5
Удельный расход электроэнергии,
кет-ч/м3 кислорода 0,45 0,42 0,49 0,5
На указанных установках в основном вырабатывается технологический кисло-
род, пригодный для интенсификации химических и металлургических процессов.
Наряду с технологическим кислородом вырабатываются некоторые количества тех-
нического кислорода, содержащего от 98,5 до 99,5% О2 (ГОСТ 5683—68).
РАЗДЕЛ V
ТРУБЫ И АРМАТУРА ДЛЯ КИСЛОТОПРОВОДОВ,
ГАЗОПРОВОДОВ И СЕРОПРОВОДОВ
ЖЕЛОБА
Н. Л. АРКИН , И. А. ИШ
Трубы к кислотопроводам и аппаратам .................. 260
Желоба................................................ 271
Газопроводы .......................................... 272
Серопроводы .......................................... 274
Компенсаторы.......................................... 275
Опоры к трубопроводам ...•.......................... 276
Арматура............................................. 281
Литература (к разделам IV и V) . . . . .............. 292
Трубы к кислотопроводам и аппаратам
Для транспортирования и циркуляции серной кислоты по трубопроводам в за-
висимости от ее концентрации, температуры и стадии производства применяют
следующие трубы.
1. Бесшовные горячекатаные (ГОСТ 8732—70) и холоднокатаные (ГОСТ
8734—58). Материал труб: сталь марок Ст.20 (ГОСТ 1050—60) и 10Г2 (ГОСТ
4543—61).
Размеры труб приведены в табл. V-1.
Т а б л и ц a V-1. Трубы стальные, бесшовные горяче- и холоднокатаные
Условный диаметр мм Наружный диаметр и толщина стенки, мм Вес 1 пог. м трубы, кгс Условный диаметр мм Наружный диаметр и толщина стенки, мм Вес 1 пог. м трубы, кгс
20 25X3 1,63 100 108X4 10,26
25 32X3,5 2,46 125 133X4 12,64
32 38X4 2,19 150 159X6 18,99
40 45X4 4,04 200 219X7 36,60
50 57X3,5 4,62 250 273X8 52,28
70 76X3,5 6,26 300 325Х 10 77,68
80 89Х 4,5 9,38 350 377Х 12 108,02
Примечания: 1. Длина труб от 4,0 до 12,5 м.
2. По ГОСТ 8732 — 70 применяются также трубы 426Х 10, вес 1 пог. м 102,59 кгс.
3. Пример условного обозначения трубы 76X3,5 мм длиной 6000 мм из Ст.10:
76X 3,5X 6000 — 10 ГОСТ 8732 — 58.
Указанные тр.убы применяют для транспортирования олеума и купоросного
масла по трубопроводам диаметром более 57 мм; для складов кислоты контактных
систем; для транспортирования аммиачной воды при диаметре трубопровода более
150 мм и пара при давлении 35 ат и температуре 450° С.
Они применяются также для изготовления теплообменников контактных аппа-
ратов и холодильников олеума контактных систем при диаметре труб более 57 мм,
а также змеевиков для погружных холодильников нитрозной кислоты башенных
систем (при условии предварительного пассивирования материала труб).
Соединение этих труб в кислотопроводах и присоединение их к аппаратам вы-
полняется сваркой или на фланцах с условным давлением 10 кгс/см2 (по ГОСТ
1255—67). Приварка фланца к трубе производится с двух сторон электродами Э-42
по ГОСТ 9467—60.
2. Электросварные общего назначения (ГОСТ 10704—63). Размеры этих труб
приведены в табл. V-2.
Эти трубы применяются для трубопроводов аммиачной воды и шламопроводов
при диаметре труб менее 150 мм; для воздуха и инертных газов при давлении до 15 ат,
а также для подогревателей сернистого газа в контактных системах, трубчатых
холодильников, теплообменной трубчатой аппаратуры при давлении до 6 ат и кон-
денсатопроводов.
3. Водогазопроводные, или газовые (ГОСТ 3262—62).
Размеры наиболее часто применяемых газовых труб приведены ниже:
Диаметр, мм
условный.......... 15 20 25 40 50 70 80 100 115
наружный .... 21,75 26,75 33,5 48,0 60 75,5 88,5 114 140
Толщина стенки, мм 2,75 2,75 3,25 3,5 3,5 3,75 4,0 4,0 4,5
Вес 1 пог. м, кгс . . . 1,25 1,63 2,42 3,84 4,88 6,64 8,34 10,85 15,04
Трубы к кислотопроводам
261
Таблица V-2. Трубы стальные электросварные, общего назначения
Диаметр условный мм Диаметр наружный и толщина стенки, мм Вес 1 пог. м кгс 1 Диаметр условный ; .ч.ч i Диаметр наружный и толщина стенки, .«.и Вес 1 пог. .и кгс
20 25X2 1,13 400 426X7 72,33
25 32X2 1,48 500 530X8 102,98
32 38X2 1,78 600 630Х 10 152,89
40 45X2 2,12 700 720X8 140,50
50 57X3 4,00 • 800 820Х 12 239,10
65 (70) 76X3 5,40 900 920X8 179,90
80 89X3 6,36 1000 1020Х 10 249,10
100 114X4 10,85 1100 Н20Х9 246,60
150 159Х 4,5 17,15 1200 1220X9 268,80
200 219X6 31,52 1300 1220Х 12 357,50
250 273X7 45,92 1400 1420Х 10 347,70
300 325X7 54,89
Пример условного обозначения неоцинкованной трубы без резьбы и муфты
условного диаметра 20 мм: труба 20 ГОСТ 3262—62, обозначение той же трубы
длиной 4,0 м с муфтой — труба М20Х4000 ГОСТ 3262—62.
Применяются для воды и воздуха при давлении до 10 ат\ для ответвлений
магистральных паропроводов при давлении до 6 ат и диаметре до 75 мм.
4. Трубы из нержавеющей стали:
а) электросварные по ТУ 1005—61 Московского трубного завода;
б) бесшовные холоднотянутые по ГОСТ 9941—62;
в) бесшовные горячекатаные по ГОСТ 9940—62.
Размеры труб из нержавеющей стали приведены в табл. V-3.
Таблица V-3. Трубы из нержавеющей стали
Показатели Трубы бесшовные горячекатаные (ГОСТ 9940—62)
Диаметр наружный, мм Толщина стенки, мм 60 76 89 102 114 159 219 325
от 4,5 4,5 4,5 5 5 6 10 12
до 8,0 10 10 16 10 22 20 20
Показатели Трубы бесшовные холоднотянутые (ГОСТ 9941-62)
Диаметр наружный, мм Толщина стенки, мм 25 30 40 50 60 70 по 120
от 2 2 2 2 2 2 3,5 3,5
ДО 4,5 5,5 6 7,5 8,5 8,5 12 12
Примечания: 1. Длина труб от 1,5 до 7 м.
2. Условное обозначение трубы диаметром 25 мм с толщиной стенки 2 мм из стали
НЮТ: 25X2 Х18Н10Т ГОСТ 9941-62.
262
V. Трубы и арматура. Желоба
Трубы из высоколегированных сталей дороги и дефицитны, поэтому их следует
применять только в случае крайней необходимости. Трубы из стали Х18Н10Т при-
меняются для транспорта нитрозной серной кислоты, меланжа и азотной кислоты,
а из стали XI7 — для транспорта меланжа. Сталь Х17Н13М2Т идет на изготовле-
ние труб для оросительных холодильников чистого олеума.
Сварка труб производится по нормали НИИхиммаша 1959 г. ОН-12-20—59.
При определении толщины стенок труб следует наряду с результатом расчета
их на прочность учитывать также степень коррозии материала трубы в перекачи-
ваемой среде.
При этом неагрессивными и малоагрессивными считаются среды, в которых
скорость коррозии материала труб составляет до 0,1 мм!год, а среднеагрессив-
ными — в которых скорость коррозии составляет от 0,1 до 0,5 мм[год. Меньшая вели-
чина не учитывается в определении толщины стенок, а при значительной коррозии
(до 0,5 мм/год) необходима следующая прибавка к толщине стенок: 2 ± 0,5 мм прн
Ьа - 57 мм-, 3 ± 1 мм при Ои — 76—108 мм\ 4 ± 1 мм при Da — 108 мм.
5. Трубы фланцевые из чугуна СЧ 15-32 по нормали Гипрохима Н2-134 с круг-
лыми фланцами по ГОСТ 6625—64 (изготовляются без стальных жеребеек).
Рис. V-1. Размеры чугунных труб с круглыми фланцами (в мм):
Do
80
100
125
150
200
250
300
Di d2
97 160 200
117 180 220
143 210 250
169 240 285
221 295 340
273 350 395
325 400 445
3000
3000
3000
3000
3000
Болты
число диаметр
Вес 1 пог. м
трубы, кгс
4
4
8
8
8
12
12
М16
М16
М20
М20
М20
М20
М20 I
53,9
72,1
94.6
118
172
232
298
Размеры труб указаны на рис. V-1. Они применяются в сушильных отделениях
контактных систем для транспорта циркуляционных кислот 1-й и 2-й сушильных
башен и 2-й абсорбционной башни, орошаемой 92—98%-ной серной кислотой, а так-
же в оросительных холодильниках.
При монтаже кислотопроводов из мерных чугунных фланцевых труб часто воз-
никает необходимость применения труб любой длины. Для этого трубу разрезают
на части с фланцами по концам. Части затем сваривают, в качестве присадочного
материала используют литые чугунные прутки длиной 400—600 мм диаметром
6—10 мм следующего химического состава (в %):
С ............ 3,8 Мп ...........0,5—0,8 S.......... 0,8
Si ...........3,0—3,5 Р ............0,5—0,8 Fe .... Остальное
Состав флюса: 50% буры, 47% двууглекислого натрия, 3% кремниевой кислоты.
Рекомендуется применять следующие горелки: № 5 — для труб d = 50—100 мм,
№6 — для труб d = 150—200 и № 7 — для труб d 200.
6. Чугунные трубы из СЧ 15-32 (рис. V-2) применяются для нарезки вставных
колец к кислотопроводам, собранным из чугунных фланцевых труб. Длина кольца b
Трубы к кислотопроводам
263
определяется при монтаже кислотопроводов по месту. Оно устанавливается между
фланцами труб нормальной длины на прокладках и стягивается болтами.
Рис. V-2. Размеры чугунных труб для нарезки
вставных колец (в мм\.
Do S Di С h Число рисок Вес 1 пог. м трубы, кгс
50 26 102 90 3 6 3 45
75 31,5 138 122 3 8 3 76
100 29 158 142 3 8 3 86
150 31 212 196 3 8 3 128
200 34 268 248 3 10 3 182
250 35 370 350 3 10 3 268
7. Чугунные трубы из СЧ 15-32 с квадратными фланцами по нормали Гипро-
хима Н2-135 (рис. V-3) применяются для изготовления оросительных холодильни-
ков, габариты которых значительно уменьшаются вследствие применения квадрат-
ных фланцев.
Рис. V-3. Размеры чугунных труб с квадратными
фланцами (в мм)-.
Вес
трубы,
кгс
165 з
190 з
25 3000
25 3000
55,0
77,1
8. Чугунные трубы водопроводные, раструбные (ГОСТ 5525—61).
На рис. V-4 приведены конструкция и размеры чугунных раструбных труб.
Они применяются в нитрозных башенных системах для напорных кислотопроводов
Циркуляционных кислот (75—76% H2SO4) между всеми башнями, за исключением
продукционной. Допускается применение их на линиях стока отработанной кислоты.
264
V. Трубы и арматура. Желоба
В качестве напорных кислотопроводов для горячей кислоты эти трубы не при-
меняют.
Уплотнение раструбов производится двумя способами:
антофилитовым асбестовым шнуром с заливкой свинцом и последующей че-
канкой;
вместо заливки свинцом поверх антофилитового асбеста укладывают асбест,
смоченный жидким стеклом.
Р-20
Рис. V-4. Конструкция и размеры (в мм) чугунных раструбных труб:
Do s | DP L Вес, кгс
раструба* всей трубы
50 7,5 65 137 2000 4,22 23,9
75 8 91 165 3000 5,78 51,2
100 8,5 117 193 3000 7,72 70,7
125 9 143 221 3000 9,34 91,8
150 9,5 169 251 3000 11,9 115
200 10,5 221 307 4000 16,2 218
250 11,5 273 365 4000 21.7 296
300 12,5 325 421 4000 29,1 385
* На рисунке показан двойной штриховкой.
Испытание труб диаметром до 300 мм проводят при гидравлическом давлении
25 кгс!см2 по ГОСТ 5525—61.
9. Трубы из ферросилида (высококремнистого чугуна С-15) по ГОСТ 203—41
(рис. V-5). Условное обозначение трубы диаметром 60 мм, длиной 1000 мм: труба
60X 1000 ГОСТ 203—41.
Рис. V-5. Размеры ферросилидовых труб (в мм):
d | s | D | b | L d
32
38
50
60
70
80
12
12
12
4
До 500
» юоэ
» 1500
» 1500
» 2000
» 2000
100
125
150
200
250
300
13 150
14 180
14 205
16 260
16 310
16 360
16
16
18
20
22
§
ед
b | L
Трубы к кислотопроводам
265
Применяются для кислотопроводов 1-й промывной башни (концентрация H2SO4
54__64%) и 2-й промывной башни (концентрация H2SO4 2Q—25%), для оросительных
холодильников, работающих на промывной кислоте, и в установках концентрации
серной кислоты.
Трубы из ферросилида нестойки к резким колебаниям температур и ударам.
Они соединяются на свободно вращающихся фланцах по ГОСТ 203—41. Затяжку
болтов следует производить равномерно, без перекосов. Рабочее давление не должно
превышать 2 кгс/см'-. Испытание труб проводится под гидравлическим давлением
3 кгс/см- в течение 2 мин. В последнее время их по возможности заменяют трубами
из кислотостойкой стали и пластмасс.
10. Трубы из свинца марки С2 (ГОСТ 3778—65). Размеры труб приведены ниже:
Внутренний диа-
метр, мм ... 19 25 40 50 60 70 75 80 90 100 125 150
Толщина стен-
ки, мм .... 3,0 3,0 5,0 6,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 8,0 8,0
Вес 1 пог. м, кгс 2,4 3,0 8,0 12 16,7 19 20,7 21,8 24,9 26,8 36,8 46,5
Толщина стен-
ки, мм .... 6,0 8,0 8,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 10,0 10,0
Вес 1 пог. м, кгс
5,3 9,5 13,7 18,9 22,1 25,3 26,5 28,6 31,8 35,1 46,0 57,1
Свинцовые трубы внутренним диаметром от 60 до 100 мм поставляются длиной
не менее 2,5 м, внутренним диаметром от 125 до 150 мм — длиной не менее 2 м.
Условное обозначение трубы из свинца марки С2 внутренним диаметром 35 мм
и наружным 45 мм: Труба С2 35X45 ГОСТ 167—69.
Свинцовые трубы применяются для кислотопроводов башенных систем; в 1-й про-
мывной башне контактных систем; для змеевиков погружных холодильников башен-
ных систем и промывных отделений контактных систем. В последнее время свин-
цовые трубы по возможности заменяются трубами из черных металлов или пластмасс.
Соединение труб производится на свободно вращающихся фланцах с отбортов-
кой или пайкой.
Допустимое давление (в ат):
где 6 — толщина стенки трубы, мм\
d — внутренний диаметр, мм-,
К — коэффициент, зависящий от температуры кислоты:
Температура кис-
лоты, °C ... . 30 30—60 60—80 80—100 100—120 120—140
К .............. 1,0 1,55 1,75 2,0 2,5 3,0
11. Трубы из графитопласта АТМ-1 производства Новочеркасского элек-
тродного завода и Любучанского завода пластмасс. Размеры труб приведены
в табл. V-4.
Трубы из графитопласта изготовляют методом горячего прессования. Они стойки
к серной кислоте концентрацией до 60% H2SO4 в пределах температур от —18
-До 115° С при рабочем давлении не свыше 3 кгс/см-. Применяются для кислотопро-
водов промывных и увлажнительных башен и для оросительных холодильников
этих башен, а также для трубчатых холодильников влажного сернистого газа.
Теплопроводность графитопласта АТМ-1 близка к теплопроводности стали
марки Ст.З и составляет 25—30 ккал/(м - ч. град).
266
И. Трубы и арматура. Желоба
Т а б л и ц a V-4. Трубы из графитопласта АТМ-1
Новочеркасский электродный завод* Любучанский завод «Пластмассы» **
Диаметр, мм Толщина стенки мм Вес 1 пог. м кгс Диаметр, мм Толщина стен кн мм Вес 1 пог м кгс
наружный внутрен- ний наружный внутрен- ний
42 32 5,0 1,05 37 26 5,5 0,86
52 40 6,0 1,58 48 36 6,0 1,45]
74 60 7,0 2,67 60 48 6,0 1,7
85 70 7,5 3,32 90 75 7,5 3,55;
98 80 9,0 4,58 — —. — —
114 90 12,0 7,0 113 90 11,5 6,5
* Длина труб до 3000 мм.
Длина труб до 6000 мм.
Соединение труб выполняется на свободно вращающихся фланцах с муфтами
(рис. V-6) или на фитингах Новочеркасского электродного завода.
На рис. V-7, а показана муфта для соединения труб, а на рис. V-7, б — уголь-
ник, получивший широкое применение для соединения труб в графитопластовых
кислотопроводах и холодильниках.
Закрепление муфт на трубах и концов труб в трубных решетках производится
на замазке Арзамит-4. Поверхности соединяемых деталей на участках, покрывае-
мых замазкой, должны быть шероховатыми.
12. Трубы из винипласта по ТУ 4251—54
«Главхимпласткраски». Условное обозначение
трубы диаметром |32 мм со стенкой толщиной
3 мм: труба 32X3 ТУ 4251—54. Размеры труб
и фланцевых соединений из винипласта к ним
приведены на рис. V-8 для давления до 2,5 кгс!см2.
Винипластовые трубы применяются для кис-
лотопроводов взамен труб из высоколегирован-
ных сталей и свинца при температуре кислоты не
выше 40° С и окружающей среды не ниже —10°С.
Разъемные соединения винипластовых труб
рекомендуется выполнять на отбортовке со сво-
бодно вращающимися фланцами (рис, V-8), а для
агрессивных сред — на металлических фланцах.
Прокладки для уплотнения фланцевых сое-
динений должны быть из эластичных материалов
(резина, поливинилхлоридный пластикат, поли-
этилен).
Для неразъемных стыковых соединений труб
одинаковых диаметров рекомендуются раструб-
ные соединения (рис. V-9) с посадкой на клею (20 вес. ч. перхлорвиниловой смолы
и 80 вес. ч. ацетона или дихлорэтана).
Арматура и трубы должны крепиться на отдельных подвесках и кронштейнах.
13. Стальные трубы, футерованные винипластом (бронированные), выпускаются
по ВТУ 289—60 Первоуральского Старотрубного завода:
Рис. V-6. Соединение графито-
пластовых (АТМ-1) труб на вра-
щающихся фланцах
/ — труба; 2 — фаолнтовые кольца
на замазке; 3—стальные или чугун-
ные кольца из двух половин; 4 —
стальные фланцы; 5— замазка арза-
мит; 6 — прокладка из резины.
Диаметр условный проход-
ной, мм .................. 12
Наружный диаметр, мм ... 22
Толщина стальной трубы, мм 1,25
Толщина винипластовой тру-
бы, мм....................3,0
Вес 1 пог. м трубы, кгс ... . 1,08
22 30 40 50 66 75 100
33 40 51 62 83 95 121
1,75 2,0 2,5 3,5 3,5 5 5
3,0 3,5 3,5 4,0 4,5 5,0 5,0
1,7 2,37 3,64 5,29 8,29 12,85 16,65
Трубы к кислотопроводам
267
Рис. V-7. Размеры (в мм) муфт (а) и угольников (б) из графитопласта АТМ-1:
Наружный и
внутренний
диаметры труб
42/32
52/40
63/50
74/60
85/70
90/75
98/80
114/90
Dt Г>2 Ds 1 А В С а в с D
40 43 52 55 85 76 85 48 37 47 43
50 53 63 60 100 90 100 55 45 55 53
60 64 74 70 115 104 115 63 52 63 64
70 75 85 80 135 120 135 75 60 75 75
80 86 98 90 155 140 155 85 70 85 86
— — — — 160 146 160 87 73 87 91
90 99 114 105 175 160 175 95 80 95 99
— — 200 180 200 110 90 110 115
39
48,5
59
69
79
84
91
106
d
Рис. V-8. Размеры * труб и фланцев из винипласта
(для давления до 2,5 кгс/см?):
Размеры, мм Болты Вес, кгс
Dy Dt D k dt в с ЧИСЛО диа- метр 1 пог. м трубы фланца
15 20 40 80 55 23 12 12 4 М10 0,15 0,07
20 25 50 90 65 28 15 12 4 М10 0,20 0J1
25 32 60 100 75 35 15 12 4 М10 0,38 1,13
32 40 70 120 90 44 15 14 4 М12 0,58 0,18
40 51 80 130 100 55 17 14 4 М12 0,83 0^24
50 63 90 140 110 67 17 14 4 М12 1.17 0,26
60 78 100 150 120 80 17 12 4 М12 1,56 0.28
70 83 по 160 130 88 20 14 4 М12 2,20 0,37
80 96 128 190 150 100 20 18 4 Ml 6 2,23 0,54
90 102 138 200 160 108 20 18 4 М16 2,73 0,56
100 114 150 210 170 120 20 18 4 М16 3,30 0,58
* Длина труб от 1,0 до^З.О м.
268
V. Трубы и арматура. Желоба
Условное обозначение трубы проходным диаметром 40 мм, толщиной стальной
стенки 2,5 мм и винипластовой 3,5 мм при длине 4,5 м: 40 (2,5ХЗ,5в)Х4,5 ВТУ
289—60.
Винипластовые бронированные трубы применяются для напорных кислото-
проводов при давлении 2—3 кгс! см2, концентрации кислоты до 80% H2SO4 и темпе-
ратуре от —10 до ~г60°С.
Рис. V-9. Раструбное соединение труб из винипласта:
15 20 25
40 50 60 70 80 90 100
d, мм . . . .
I, мм..............
51 63 76 83
70 80 85 90
96 102 114
100 110 120
Dy, мм. . .
Винипластом футеруют бесшовные и электросварные трубы из стали марок Ст. 10
и Ст.20 по ГОСТ 8732—58, 8734—58 и 1753—53. Футеровка выполняется трубами
из листового винипласта по ТУ МХП 3823—53. Перед футеровкой винипластовые
трубы должны быть испытаны на гидравлическое давление 5—6 кгс/см2.
Трубы соединяются на накидных фланцах с отбортовкой концов винипластовых
труб, которые выпускаются за пределы стальных труб на 20—40 мм.
14. Трубы из фаолита марки А с асбестовым наполнителем по ТУ МХП 321—51.
Размеры труб приведены на рис. V-10.
При dB, равном 33—100 мм, они изготовляются длиной 2000 мм без бандаж-
ного соединения. Начиная с 4 = 150 мм эта длина достигается путем соединения
на бандаже двух труб длиной 1000 мм каждая (рис. V-9). Фаолитовые трубы приме-
няются для кислотопроводов вторых промывных и увлажнительных башен при
концентрации серной кислоты 60—65% H2SO4 и температуре 70° С или при концен-
трации 70—90% H2SO4 и температуре не более 25° С.
Соединение фаолитовых труб производится на стальных фланцах с разрезными
кольцами. Для прочности наружную поверхность труб покрывают бакелитовым
лаком по тканевой обмотке.
Кислотопроводы должны быть снабжены компенсаторами из винипласта или
отрезков свинцовых труб. Испытание отдельных труб производится гидравлическим
давлением по ТУ МХП 321—51 в зависимости от диаметра:
Диаметр трубы, мм . . 33—54 78—100 150—200 250—300
Давление условное, кгс/см2 6 5 3 2
Трубы к кислотопроводам
269
Рис. V-10. Размеры труб из фаолита:
Размеры, мм
% D 1 /1 L а* а град ат** кгс
33 50 67 12 9 2000 45 6,0 4,2
54 76 98 12 12 2000 — — 45 6,0 8,2
78 102 126 15 12 2000 — — 45 5,0 12,5
100 125 150 15 15 2000 —- — 45 5,0 16,8
150 175 210 20 30 1000 120 12,5 60 3,0 12,5
200 225 265 30 30 1000 120 12,5 60 3,0 16,8
250 275 330 40 48 1000 150 12,5 60 2,0 21,5
300 330 390 45 53 1000 150 12,8 60 2,0 30,5
* Размеры бандажа.
** Р — давление гидравлического испытания.
15. Трубы напорные из полиэтилена высокой и низкой плотности изготов-
ляются по МРТУ 6-05-917—67 следующих типов:
v Максимальное Максимальное
Тип Условное рабочее давление Тип Условное рабочее давление
обозначение и кгс/см* обозначение кгс/см*
Легкий . . Л 2,5 Средний С 6
Среднелегкий СЛ 4 Тяжелый Т 10
Максимальное рабочее давление указано для воды при 20° С. Размеры поли-
этиленовых труб приведены в табл. V-5.
Условное обозначение трубы наружного диаметра dH = 20 мм из полиэтилена
низкой плотности с толщиной стенки 3,4 мм тяжелого типа: Труба 20X3,4 ПНП
МРТУ 6-05-917—67.
Трубы из полиэтилена высокой плотности (ПВП) получили широкое распро-
странение для транспорта серной кислоты концентрацией до 50% при температуре
не выше 60° С, а из полиэтилена низкой плотности (ПНП) — при температуре не
выше 40° С. При увеличении температуры допустимое давление снижается.
Соединение полиэтиленовых труб производится по рис. V-П, а на фланцах
втулками и по рис. V-11, б на муфтах с накидной гайкой. Трубы соединяются
также сваркой при температуре около 250° С горячим воздухом, азотом или угле-
кислотой. Присадочный материал — полиэтиленовые прутки диаметром 3 мм и
более.
Трубы поставляются длиной 6, 8, 10 и 12 м. В бухтах допускается поставка труб
из полиэтилена высокой плотности диаметром до 40 мм и низкой плотности диа-
метром до 63 мм.
16. Трубы стальные, футерованные изнутри трубами из полиэтилена высокой
плотности. Они предназначаются для напорных трубопроводов серной кислоты
в условиях (концентрация H2SO4 и температура), в которых стоек полиэтилен.
Для температур от —40 до +70° С допускается Русл от 10 до 16 кгс!см2.
Для указанной цели применяются стальные бесшовные трубы по ГОСТ 8732—70,
ГОСТ 8734—58 и электросварные трубы по ГОСТ 10704—63, 10705—63, 10706—63,
Желоба
271
Таблица V-5. Размеры и вес труб разных типов из полиэтилена высокой (ПВП) и низкой (ПНП) плотности
с X эгх ‘х ‘гои i эан Ш Ь- СЧ 00 00 СО —'ОММСТ1" ОО — —•СЧ'Ч’Ь-— сэоосГоосГ—7—ТсчссГиЗ'
Е с миг ‘иянэхэ ВНИ1П1ГО1 СЧСЧ*СЧ*С0та:'и5'с0*00ОСЧ1О00
S с эгя ‘ж 'гои х зая ОСЧОЭОЭ'^ООООСООО'Ч’СОСО О—' —' СЧ СО О Ю — СЧ СЧ 00 О С5 О С5 О О* —<* —* СЧ-СО LtS СО*
га С ww ‘иянахэ ВНИЙПГО1 О О СО 03 Г- СО 00 03 СЧ О 00 СО сч’ сч сч сч со* ю со оо* о сч’
ПНП эгх 'w 'гои х эан О СО О СЧ СП СО — —'ПО —> —'Счсо-фг^сч^-^тсо СО О О* С? О* О —7 —<* СЧ* СО
О Е ww ‘ияиахэ ВНИЙПГО1 ОСЧЬ-ЮСО^ОО — t— 00 счсчсчсо^иэсоооо —
S ПВП эгх *w ‘гои х эан оспю^со-^г^г-*^-о СЧСЧ ’S'bOLO-. Tf rf оо С5 О* О* О* —<* -^* СЧ* со" -** 00*
mv ‘иянахэ BHHtairox ОСОСПСОСО—'СОО—00 СЧ СЧ* СЧ* СО 1О СО 00 СП* СЧ*
ПНП эгя *w 'гои х аза юсосоюг-^сососчгосо —<счсоюоосчг^сосчю ООООСЭ-—*—*СЧ-Ф1Л
п СЛ ww ‘иянахэ BHHtairoi OiOOt?^t^-CO^-C4’*Cn СЧ СЧ* СО СО 1Л СО* 00 сГ —<*
S ПВП згу *w гои х аэн сч^осч—< — г^оюо пюь ою^ — счт — О О'О—7—7 СЧ* СО СО 03* СЧ
ww ‘имнахз гни'пнго! О1ЛСПЮС0тГСЧ^00СЧ СЧ* СЧ* СЧ* СО LQ СО* 00 О* СЧ*
ПНП эгх ‘и- 'гои i эая 00 О О СО О СО СЧ СЧСО1О00—'Г^ООЬ- о* о о о’ ~*—* сч со
ww ‘нянахэ ВНИЦШО! О^ОСОтГСОГ^Ь- СЧСЧСОСО-^ГСОСОГ-.*
н с зги 'к -гои i ээя ОЗСОЬ-ООСОтГЮЮ тСЮОЮОО —ь сГс^о—7счсосоС"7
CQ с ww ‘иянахэ вниПпгох COISLOOIOOS сч* сч сч со* uS СО* Г-*
Наружный диаметр, мм осчсооюсчоосоюооооюою _ — —«C4C4COTj<iOCDb-O3’-,^J,CDC4 00-^ — — сч сч со
Размеры стальных футерованных полиэтиленом труб приведены на рис. V-12.
Концы стальных труб снабжены кольцами 3 на резьбе для установки накидных
фланцев. Удлиненные концы полиэтиленовых труб 2 отбортовываются и уплотняют
фланцевые соединения труб.
Футерованные трубы поставляются длиной от 1,1 до 8,0 .и.
Рис. V-П. Соединение полиэтиленовых труб:
а — на фланцах; /—фланец; 2 —втулка под фланец; 3—труба; 4 — прокладка;
5 — болт; 6 — гайка; б — с накидной гайкой и муфтой; / — вентиль; 2 —фу-
терка; 3 — ниппель; 4 — накидная гайка; 5 — втулка буртовая; 6 — муфта;
7 — труба.
Рис. V-12. Трубы стальные,
футерованные полиэтиленом:
/ — стальная труба; 2 — поли-
этиленовая труба; 3 — кольцо
rfxs, мм..........
D, мм.............
а, мм ............
Si, мм............
Вес 1 пог. м фу-
терованной тру-
бы, кгс...........
32x2,5 40X2,5 51x2,5 56x3 88,5x5 114x5 140x5 165x8
49 57 68 76 121 140 180 219
15 15 15 20 20 20 25 25
2,0 2,0 2,0 2,0 3,0 3,0 4,0 4,0
1,94 2,5 3,25 4,2 11,0 14,3 18,2 25,3
Желоба
Желоба применяются для самотечного транспорта серной кислоты, легко до.
ступны для осмотра и ремонта, удобны в эксплуатации. Наиболее распространенные
конструкции желобов следующие.
1. Желоба стальные трапецеидальные, обложенные свинцом и футерованные
кислотоупорными плитками в два слоя. Применяются для спуска горячей серной
кислоты из продукционной башни или концентратора в нитрозных системах.
2. Желоба стальные, трапецеидальные, обложенные двумя слоями кислото-
упорных плиток. Применяются для распределения циркуляционной кислоты по
сборникам, для чего снабжены пробками из сурьмянистого свинца (гартблея) или
пирофилита, расположенными в местах стока кислоты в сборники. Над пробками
размещены люки для осмотра желобов.
3. Желоба стальные, круглые, обложенные полиизобутиленом и футерованные
кислотоупорным кирпичом толщиной в 1/2 кирпича. Применяются для спуска кис-
272
V. Трубы и арматура. Желоба
лоты из промывных башен контактной системы. Уклон желоба принимают не ме-
нее 0,02, чтобы обеспечить с кислотой сток грязи.
4. Желоба круглые стальные, футерованные двумя слоями диабазовых пли-
ток. Применяются для спуска промывной кислоты в контактных системах.
В верхней части желоба предусматриваются люки через каждые 700 мм. В местах
поворота желоб обкладывают листовым свинцом, который припаивают к поверх-
ности стали по плакирующему слою.
Газопроводы
Трубы для газопроводов сернокислотных заводов изготовляют из различных
материалов, в зависимости от температуры и влажности сернистого газа.
1. Трубы газопроводов контактно-компрессорных отделений контактных си-
стем изготовляются из листовой стали марки Ст. 3 путем сварки электродами по ГОСТ
9467—60. Сталь марки Ст.0, применяемая для этой цели, подлежит проверке на сва-
риваемость и вальцевание. Расход металла на изготовление 1 пог. м газопровода
дан в табл. V-6.
Таблица V-6. Расход металла (в кг) на 1 пог. М газопровода
Наруж- ный дна- Толщина стенки, .м.н
метр газо-
Хода, мм 3 5 8 10 12 14 16
500 36,9 61 97 120,8 144,5 168 191
800 58,9 98 156,3 195 233 271 309
1000 73,7 122,5 196 244 292 341 388
1200 &8,6 147,2 235 296 351,5 409 414
1500 110,7 184,2 284 367 440 512 518
1800 132,8 221 357 441 528 616 623
2000 147,6 246 396 490 588 685 693
2200 162,7 271 423 540 647 754 764
2500 184,5 308 492 614 736 858 868
2. Газопроводы печных отделений на участке от печей до котлов-утилизаторов,
электрофильтров и пылеуловителей изготовляются из стальных труб, футерованных
огнеупорным кирпичом. Между внутренней поверхностью трубы и футеровкой про-
кладывают слой листового хризолитового асбеста или массы, состоящей из 30%
хризолитового асбеста и 30% огнеупорной глины. По длине труб через каждые 10 м
(не более) оставляют поперечные температурные швы шириной 40 мм, которые за-
полняют той же массой. Кирпич рекомендуется класть на растворе следующего
состава: 0,06 т огнеупорной глины и 0,11 т шамотного порошка на 1 м2 кладки;
толщина швов 3 мм. Вес футеровки приведен в табл. V-7.
Газопроводы от сухих электрофильтров до 1-й башни нитрозных систем или
до 1-й и 2-й промывных башен контактных систем изготовляются из стальных свар-
ных труб, футерованных кислотоупорным кирпичом толщиной в 1/2 кирпича на
кислотоупорном растворе следующего состава: 270—300 кг/м3 4 растворимого стекла
(модуль 2,3—3,0, плотность 1,345—37° Боме); 1 часть (по объему) кислотоупор-
ного цемента; 1,5—2,0 части (по объему) кислотоупорного наполнителя с круп-
ностью зерен до 1 мм. Добавление воды к готовому раствору не допускается.
4. Газопроводы от сушильных башен до моногидратного абсорбера изготов-
ляются из стальных сварных труб, футерованных в один слой кислотоупорной плит-
кой. На участке от су^их электрофильтров до 1-й промывной башни контактных
систем или до 1-й башни и между башнями нитрозных систем стальные сварные
Газопроводы
273
Т а б л и ц a V-7. Расход материалов (в кг) на футеровку 1 пог. м газопровода
Диаметр газопровода, .«.ч При толщине кислотоупорного кирпича При толщине кислотоупор- ной плитки
I кирпич 1/2 кирпича 1/4 кирпича 60 мм (два слоя) 30 .«.к (один слой)
1000 * 1200 710 435 430 225
1100 1400 775 480 485 250
1200 1550 875 525 530 270
1400 1900 1030 610 610 310
1500 2040 1100 650 670 340
1600 2200 1200 700 720 370
2000 2900 1450 — —
* Толщина стенки этого газопровода 6 мм, остальных — 8 мм.
трубы футеруются двумя слоями плиток на диабазовой замазке следующего состава
0,7 кг диабазового порошка; 0,35 кг кремнефтористого натрия (на 1 кг сухой смеси);
0,4 кг жидкого стекла для футеровки или 0,45 кг для шпаклевки, Футеровка ведется
по инструкции МСН 214—69/ММСС СССР.
5. Газопроводы от 1-й и 2-й промывных башен до сушильной башни изготов-
ляются из стальных труб с обкладкой полиизобутиленом и футеровкой кислото-
упорным кирпичом толщиной в 1/2 кирпича.
Полиизобутилен применяется марки ПГС по ТУ 2987—52 МХП. Листы полиизо-
бутилена приклеивают к поверхности металла клеем № 88 по МРТУ 38-5-880—66
Главрезинтехники. Между собой листы соединяются внахлестку с напуском
30 мм. Температура транспортируемого газа не должна превышать 60° С. Работы
ведутся в соответствии с указанной в п. 4 инструкцией.
6. Винипластовые газопроводы располагаются внутри зданий между 2-й про-
мывной и 1-й сушильной башнями при температуре от 0 до 40° С. Изготовляются
из винипластовых обечаек, размеры которых приведены ниже:
Внутренний 200 250 300 350 400 450 500 550 600 700 800 900 1000 1200
диаметр, мм
Толщина 5,0 5,0 5,0 5,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 10,0 10,0 10,0 10,0 15,0
стенки, мм
Вес 1 пог. м 4,4 5,5 6,6 7,9 12,3 13,7 15,3 16,7 18,3 31,4 35,8 40,2 44,8 81,0
кгс
Склеивание и сварка винипласта производятся по инструкции треста «Монтаж-
химзащита» присадочными прутками диаметром 3 мм по ТУ МХП 4251—54. При диа-
метре труб 1000 мм и больше необходимо предусмотреть ребра жесткости через
каждые 500—600 мм. Кроме того, газопроводы должны быть снабжены компенсато-
рами через каждые 15—20 м прямого участка.
7. Газопроводы из фаолитовых обечаек применяются на наружных участках
от промывного отделения до сушильного, а также на участках от 2-й промывной и
увлажнительной башен до мокрых электрофильтров при температуре среды до 130° С.
Размеры обечаек приведены ниже:
Внутренний диаметр,
мм .................. 400 500 600
Толщина стенки, мм 12 12 15
Вес 1 пог. м, кгс . . 27 34 49
Справочник сернокислотчика___
700 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
15 15 20 20 20 30 30 30
57 65,2 105 126 147 276 292 325
274
V. Трубы и арматура. Желоба
Согласно нормали машиностроения МН 3206—62, вес (в кгс) обечаек опреде-
ляется по формуле:
G - л (D 4- 26) бГу (V-2)
где D — внутренний диаметр обечайки, м;
6 — толщина стенки, м;
L — длина, м;
у — удельный вес фаолита, кгс/м3; у = 1700 кгс/м3.
Изготовляются обечайки из фаолита марки «А» с наполнителем из антофилито-
вого асбеста по нормали машиностроения МН 3206—62. Газопроводы должны быть
снабжены компенсаторами через каждые 15—20 м прямого участка.
Серопроводы
Сера обладает хорошей текучестью при температуре 135—145° С, для поддер-
жания которой все серопроводы обогреваются паром. Для этого их либо снабжают
«рубашками» (рис. V-13, а), в которые поступает пар давлением 6 ат, либо прокла-
дывают паровой «спутник» (рис. V-13, б). В обоих случаях серопроводы тщательно
изолируют для снижения потерь тепла в атмосферу.
Рис. V-13. Серопроводы:
а — с паровой рубашкой;
б—со «спутником»; 1—серо-
провод; 2—паровая рубашка
(на рис. V-13, б — паропро-
вод «спутника»); 3 — изоля-
ционный материал; 4 —шту-
катурка из. асбоцемента;
5 — хлопчатобумажная ткань;
6 — оболочка из стальной
сетки; 7 — опорное кольцо.
Компенсаторы
275
Серопровод до монтажа рубашки подвергают гидравлическому испытанию под
давлением 7,5 ат\ паровую рубашку после монтажа испытывают на то же давление.
-При креплении серопроводов необходимо обеспечить возможность удлинения
их в случае нагрева. Серопроводы следует монтировать с уклоном i — 0,005 в на-
правлении движения серы.
Пар подают в верхнюю часть рубашек серопроводов, а конденсат выводят в ниж-
ней части.
Компенсаторы
На рис. V-14, ан б показаны муфтовые температурные компенсаторы для сталь-
ных футерованных и нефутерованных газопроводов. На газопроводах устанавливают
также линзовые компенсаторы по нормалям «В НИИНМАШ» МН 2894—62 (рис. V-15).
Рис. V-14. Температурные компенсаторы для газопроводов:
а — для футерованного; б — для нефутерованного; 1 — труба; 2 — корпус ком-
пенсатора; 3—сальниковая набивка из асбеста, пропитанного графитом; 4 — футе-
ровка; 5 — упорное кольцо; 6 — сальниковое кольцо; 7 — сальник.
Усилие распора Рк (см. подпись под рисунком) должно восприниматься бли-
жайшими к компенсатору мертвыми опорами. В случае заглушенного конца трубо-
провода или при наличии поворота (колена) либо задвижки (вентиля) к значению Рк
следует добавить усилие Р (в кгс):
где Р2—давление в трубопроводе.
Z>0. мм Размеры волны компенсатора, мм Усилие распора Рк (в кгс) при давлении Рг, кгс [см.2
DH б г Ъ В
0,2 | 1,0
700 1120 2,5 35 83 160 1545 3470
800 1220 2.5 35 83 160 1625 4130
900 1320 3,0 35 83 160 1775 5200
1000 1420 3,0 40 93 180 2495 5600
1100 1520 3,0 40 93 180 2685 5980
1200 1620 3,0 40 93 180 2865 6550
1400 1820 3,0 40 93 180 3210 —
1500 1920 3,0 45 103 200 3405 —
1600 2020 3,0 45 103 200 3610 —
1800 2200 3,0 45 103 200 4015 —
2000 2420 3,0 55 123 240 4405 —
2200 2620 3,0 55 123 240 4680 —
2400 2820 3,0 55 123 240 5050 —
Рис. V-15. Линзовый
] — волна; 2 — промежуточное кольцо; 3 — стакан
276
V. Трубы и арматура. Желоба
Материал волн линзовых компенсаторов — сталь марки Ст.2.
Линзовые компенсаторы газопроводов, в которых возможна конденсация паров
серной кислоты (от теплообменников к моногидратному и олеумному абсорберам),
снабжены штуцерами в нижней части для ее спуска.
Рис.У-16. Компенсаторы для
винипластовых газопроводов:
/ — винипластовая труба; 2 —
компенсатор из мягкой пласт-
массы; 3 — хомуты; 4 — места
приварки пластиката к вини-
пласту.
Рис.У-17. Размеры U-образного компен-
сатора для винипластовых трубопрово-
дов (в мм):
D.................До 300 От 300 до 100Э
7?.................... 3D 2D
h.................6,ID 4,7D
L.....................140 10D
На винипластовых газопроводах рекомендуется ставить компенсаторы из мяг-
ких пластических масс (рис. V-16).
Для трубопроводов диаметром свыше 50 мм применяют U-образные компенса-
торы (рис. V-17), которые следует устанавливать на прямых участках через каж-
дые 15 м.
Опоры к трубопроводам
Расстояния между стойками для опоры горизонтальных стальных трубопрово-
дов L (в м) рассчитываются как для многоопорной балки:
<v-4’
где стизг — допустимое напряжение на изгиб, кгс/см2',
W — момент сопротивления трубопровода, см3.
W = 0,0982--------
где D и d — соответственно наружный и внутренний диаметры трубопровода, см:
q — вес 1 пог. м трубопровода с футеровкой, а также нагрузка от ветра, кгс.
Расстояние между опорами L не должно превышать 6—7 м.
Стойки в местах установки мертвых опор следует рассчитывать на горизонталь-
ную нагрузку от распора компенсаторов (см. подпись под рис. V-15).
На рис. V-18 даны конструкции и размеры мертвых опор, устанавливаемых на
газопроводе с двух концов участка, снабженного компенсатором.
Подвижные опоры и подвески (рис. V-19 и V-20) устанавливаются на участках
горизонтальных газопроводов между мертвыми опорами.
Опоры и подвески для стальных и чугунных кислотопроводов по нормалям
машиностроения «ВНИИНМАШ» даны на рис. V-21—V-23.
Опоры к трубопроводам
277
Рис. V-18. Конструкция и размеры * (в
'.мертвых опор горизонтальных газопровод
Наружный диаметр
газопровода £)....
L . . . .
700
550
490
450
120
60
800
630
560
500
120
60
900
700
630
550
120
60
1000
785
700
620
140
80
1100
865
770
670
140
80
Наружный диаметр
газопровода D . .
L .
1300
1000
910
770
140
80
1400
1100
980
820
140
80
1500
1180
1050
870
160
100
1600
1260
1120
920
160
100
1800
1400
1260
1020
160
100
* Толщину стали 6
диаметр болтов d= 16 .
> для
мм.
опор
принимают 10
н. .
в . .
b . '.
Н . .
В .
ь . .
Рис. V-19. Подвижная опора для горизонтальных газопро-
водов (размеры в мм):
Диаметр газопровода
D 700 800 900 1000 1100 1200
Bq .... 530 600 670 740 810 880
£/ I • 650 720 790 860 930 1000
£-2 • . . 760 820 890 960 1030 1100
Диаметр газопровода
D 1300 1400 1500 1600 1800 2000
£-о .... 950 1020 1090 И60 1300 1440
L1 .... 1070 1140 1210 1280 1420 1560
£-2 .... 1170 • 1240 1310 1380 1520 1660
иаррузка "• к*ток
278
V. Трубы и арматура. Желоба
Опора, показанная на рис. V-21, предназначена для неподвижных неизоли-
рованных кислотопроводов при температуре рабочей среды до 50° С. Они просты
в изготовлении и удобны в эксплуатации.
Рис. V-20. Размеры подвесок горизонтальных газопроводов (в мм)
(а — однотяговая подвеска; б — двухтяговая подвеска):
108
122
М12
133 159
150 180
М16 М16
219
242
М20
325 426 530
350 456 558
М20 М24 М24
45
58
МЮ
38
48
МВ
57 76
70 90
М10 М12
Наружный диаметр
трубопровода £>н . . 25
Ширина хомута А . . 36
Диаметр хомута d . МВ
Подвеска, изображенная на рис. V-22, обладает частичной подвижностью и
поэтому применяется при рабочей температуре среды до 300° С. Она легко крепится
к металлоконструкциям производственного помещения.
Опоры к трубопроводам
279
Рис. V-22. Приварная под-
веска горизонтальных сталь-
ных трубопроводов (размеры
в мм):
102 108 127 133 159
16 9 18 Ю 18
134 137 162 165 178
83 83 98 98 98
80 80 100 100 100
10 10 10 10 10
168 194 219 273 325
13 15 16 20 24
207 220 230 2.57 317
123 123 130 130 154
130 130 180 250 350
16 16 16 16 20
Труба DH............... 57 76
s................ 6 9
Н.............. 112 121
Ht.............. 83 83
L............... 80 80
d .............. 10 10
Рис. V-23. Опорная под-
веска стальных трубопро-
водов (размеры в мм):
£>н . . . . 108 127 133 159 168 194 219 273 325 426 530 720 920 1020
А 400 500 500 550 550 600 650 700 850 900 ЮОО 1100 1350 1450
L 500 600 600 670 670 750 800 850 1000 1120 1180 1320 1600 1700
Lt .... 150 150 150 150 150 180 180 200 200 260 260 300 300 300
В 85 85 85 95 95 105 120 120 150 170 190 190 200 200
Bt . . . 50 65 65 100 100 100 140 160 160 240 240 300 360 420
Н 80 90 94 108 114 128 146 178 210 270 330 428 524 565
d 12 12 12 16 16 16 16 20 20 24 27 27 27 27
Опорная подвеска двухтяговой конструкции (рис. V-23) ограниченной подвиж-
ности предназначена для стальных трубопроводов больших диаметров при темпера-
туре рабочей среды до 300° С; она может применяться для чугунных трубопроводов.
На рис. V-24 приведены варианты конструкции крепления свинцовых труб,
обладающих значительной гибкостью. Варианты а, б, в — крепление горизонталь-
ных свинцовых труб на сплошном основании из досок или уголков; вариант г —
крепление свинцовых труб в стене; вариант д — подвеска свинцовой трубы тягами
к металлоконструкциям здания.
На рис. V-25, а показано крепление винипластовых труб небольших диаметров
на желобках из обрезков труб. Расстояние между опорами указано из расчета тем-
пературы рабочей среды до 35—40° С. В случае более высоких температур рекомен-
дуется укладывать трубу на сплошном желобе.
Рис. V-24. Крепление свинцовых труб:
а — на стене горизонтально; б — на полу или площадке; в — под перекрытием на
подвесках; г — к стене вертикально; д — подвеска вертикально; / — хомут из поло-
совой стали; 2 — шуруп; 3 — доска; 4 — тяга из круглой стали; 5 — угловая
сталь; 6 — болты; 7 — тяга из полосовой стали.
Рпс. V-25. Опоры винипластовых трубопроводов:
и — укладка винипластовых труб небольших диаметров на желобках;
Наружный диаметр
труб DH, мм .... 32 52 65 82 90 103 105 ПО 135 158
Расстояние между
опорами L, м ... 1,5 2,0 2,0 2,1 2,1 2,2 2,2 2,3 2,4 2,5
б — крепление винипластовых труб на подвесках;
Наружный диаметр
трубы Он, мм. ... 32 52 65 82 90 103 105 ПО 135 158
Внутренний диаметр
хомута D, мм. ... 38 58 71 88 96 109 111 116 141 164
Расстояние между
хомутами /, м. . . . 0,8 1,0 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 1,4 1,5
Арматура
281
На рис. V-25, б дано крепление винипластовых труб на подвесках с прокладкой
листовой'резины толщиной 3 .и.и между трубой и хомутом. Такое крепление реко-
мендуется при температуре рабочей среды не выше 40е С.
Трубопроводы диаметром более 500 мм подвешивают на хомутах из двух поло-
вин шириной не менее 60 мм. Между трубой и хомутом прокладывают резину и
мягкую пластмассу толщиной 3—5 мм.
Арматура
Правильный выбор и качество применяемой арматуры являются основными
условиями нормальной эксплуатации кислотопроводов и газопроводов серноки-
слотного производства.
При выборе арматуры необходимо учитывать свойства транспортируемой кис-
лоты и газа, их давление и температуру, а также расчетные диаметры кислотопро-
водов и газоходов.
В сернокислотном производстве наряду с арматурой из чугуна или углероди-
стой и коррозионностойкой стали применяют арматуру из ферросилида, фарфора,
керамики, фаолита, винипласта или же чугунную и стальную арматуру, футеро-
ванную сурьмянистым свинцом, эмалью, резиной и пластическими массами.
В табл. V-8 приведена техническая характеристика арматуры (кранов, венти-
лей и задвижек) специального или серийного изготовления, применяемой в произ-
водстве серной кислоты.
При заказе типовой арматуры по этой таблице необходимо сообщать унифици-
рованные заводами-изготовителями условные обозначения ее. Число в начале соот-
ветствует номеру таблицы каталога, относящейся к данному виду изделия. Далее
следует буквенное обозначение материала, примененного для изготовления корпуса
арматуры: с — сталь углеродистая; нж — сталь коррозионностойкая нержавеющая;
ч — чугун серый; гм — гуммировка; вп — винипласт; п — футеровка пластмассой.
На третьем месте — цифра, соответствующая конструктивным особенностям
изделия (прямоточный, с выдвижным шпинделем и т. п.).
На четвертом — буквенное обозначение материала для уплотнительных поверх-
ностей: нж — нержавеющие стали; э — эбонит; р — резина; вп — винипласт; п —
пластмасса.
В арматуре для сернокислотных коммуникаций не допускаются уплотнительные
поверхности из цветных металлов (бронзы, меди и латуни), в этом случае принято
обозначение бк, так как она изготовляется «без колец».
На пятом — буквенное обозначение материала внутренних покрытий: гм —
гуммирование; эм — эмалирование; св — освинцовывание; п — футерование пласт-
массой.
Например, условное обозначение 15нж22бк расшифровывается так: вентиль (15)
из коррозионностойкой стали (нж), прямоточный (22), без колец (бк).
В таблице V-8 дана техническая характеристика кранов, получивших большое
распространение в сернокислотном производстве. Краны применяются в качестве
запорного органа для трубопроводов при диаметрах прохода до 100—150 мм и дав-
лении до 10 кгс/см2' (корпус из чугуна) или до 15 кгс/см2 (корпус из стали).
Краны делятся на бессальниковые — для воздуха и газа и сальниковые — для
воды и жидкости, включая серную кислоту.
В сернокислотной промышленности наряду с чугунными и стальными кранами
применяют краны из ферросилида (рис. V-26), фарфора, керамики или фаолита
(рис. V-27). Они должны выдерживать испытание на герметичность и гидравлическое
давление (в зависимости от рабочего давления) при открытом проходном отверстии
в течение 3 мин.
Краны испытывают на герметичность путем заливки керосином с каждого
из двух концов проходного отверстия и выдержки крана под заливом в течение
четырех часов (по два часа при заливе с каждого конца проходного отверстия).
Таблица V-8. Техническая характеристика кранов, вентилей и задвижек сернокислотного производства
Арматура Условное обозначение Среда Р Предел применения Диаметр условного прохода, мм
темпе- атура, °C к дав- пение гс/см2 20 >5 52 10 50 го Ю к )0 Е 5 П 0 |г200
длина, лш
Кран пробковый, сальнико- вый, фаолитовый То же, фарфоровый, флан- цевый, бронированный То же, ферросилидовый, проходной Кран чугунный, фланце- вый, фаолитированный Кран сальниковый с паро- вым обогревом, фланце- вый Кран сальниковый, фланце- вый, чугунный Кран стальной с паровым обогревом, фланцевый Кран стальной, трехходо- вой, сальниковый, с па- ровым обогревом, фланце- вый Вентиль сальниковый, фао- литовый Вентиль винипластовый, прямоточный, фланцевый Вентиль запорный, прямо- " точный, фланцевый, пласт- массовый Вентиль прямоточный, фу- терованный сурьмяни- стым свинцом Вентиль прямоточный, гум- мированный Вентиль чугунный, футеро- ванный фторопластом, диафрагменный, фланце- вый Вентиль чугунный, футе- рованный фторопластом, диафрагменный, фланце- вый Вентиль запорный, фланце- вый Вентиль запорный, прямо- точный, фланцевый, из кислотоупорной стали Вентиль запорный с рези- новой диафрагмой, гум- мированный Вентиль запорный, диа- фрагменный, футерован- ный фторопластом, поли- этиленом, резиной 15к 136 к 11с 7бк 11ч 8бк КЦО—16 11с 17бк 15вп Зп 15п Зп 15ч'52св 15ч бЗгм 15ч 73п 16а 55п 15нж 22бк 15нж 58бк 15ч 71гм 15ч 71п Краны Серная кислота 70% H2SO4 Серная кислота любой концентрации Серная кислота 10— 100% H2SO4 Серная кислота средней концентрации Расплавленная сера Купоросное масло Расплавленная сера » » Вентили Серная кислота Серная кислота 50— 60% H2SO4 То же Серная кислота 0—68% H2SO4 Серная кислота до 50% H2SO4 Серная кислота Серная кислота Олеум Серная кислота Серная кислота до 50% H2SO4 Серная кислота до 50% H2SO4 (при полиэти- лене и резине) Серная кислота любой концентрации при фто- ропласте 70 120 От 20 до 70 От 20 до 70 400 100 280 400 50 50 100 50 150 90 425 425 65 60 150 2,5 6,0 6,0 3,0 6,4 10,0 14,0 6,4 2,5 2,5 2,5 6,0 6,0 6,0 6,0 32,0 9— 12,5 10,0 9,5 9,5 1 150 130 130 1 80 2 1 60 10 155 155 17 16( 15С 160 170 150 150 60 00 2 90 2 30 3 180 190 170 170 2 30 2 00 2 82 2 Г 50 1 1 20 20С 200 200 190 190 00 90 20 2 02 2 >30 70 2 250 >70 190 235 235 Э 23 23 200 230 230 210 200 200 00 2 53 >20 1 275 275 3 3 21< 22С 240 60 4 НОС >50 280 2 5301 31 31 3 24( 24( > 31С 310 270 00 4 150 300 100 170 320 3 350 3 3 270 >350 350 50 4 4 3 3 400 50 00 350 480 600 480 600 480 600 480
Задвижки
Продолжение табл. V-8
Показатели Условное обозначение Среда Предел применения Диаметр условного прохода, мм
t, °C давление кгс/см* 100 150 200 250 300 400 500 600 800 1000 1200 1400 1600
Задвижка чугунная с вы- движным шпинделем и электроприводом 30ч 906бк Серная кислота 93% H2SO4 олеума от до 80 10,0 230 280 330 450 500 600
Задвижка клиновая с вы- движным шпинделем из кислотостойкой стали ЗОнж 20бк Серная кислота 200 16,0 280 330
Задвижка клиновая чугун- ная с выдвижным шпинде- лем, фланцевая 30ч 5366к Газовая 250 1,6 350 390 470
Задвижка клиновая, двух- дисковая, стальная, свар- ная с выдвижным шпинде- лем, фланцевая 30с 914нж » 200 2,5—1,6 230 250 270 310 350 390 470 550 630 710 790
То же, из нержавеющей стали 31нж 914нж » 200 2,5—1,6 230 250 270 310 350 390 470 550 630 710 790
286
V. Трубы и арматура. Желоба
Чугунные фаолитированные краны (рис. V-28) с защитой трущихся поверхностей
фаолитом толщиной 5 мм предназначены для трубопроводов серной кислоты средней
концентрации при температуре до 70° С и низкой концентрации —до 100° С.
Серопроводы заводов, работающих на сере, обогреваются паром, а краны для
них снабжаются паровыми рубашками под давлением до 16 кгс'см- при температуре
среды до 400° С. Они изготовляются из чугуна или литой стали и могут быть двух-
и трехходовыми. На рис. V-29 приведены габаритные размеры двухходового (а)
6
Рис. V-29. Кран сальниковый фланцевый с паровым обогревом
(размеры в мм}\
а — двухходовой марки КЦО-16:
°У L Li D Di ог f ь d Н Число отверстий Вес, кгс
50 250 166 160 125 102 3 16 18 250 155 4 17,0
80 280 222 195 160 138 3 20 18 350 215 8 41,0
100 300 250 215 180 158 3 20 18 390 245 8 53,0
150 350 340 280 240 212 3 24 23 510 320 8 105,0
б — трехходовой марки 11с17бк:
Dy L Lt Lt D £>i Dt f b d H fit Число отверстий Вес, кгс
50 270 135 245 160 125 102 3 16 18 250 155 4 25,5
80 330 165 286 195 160 138 3 20 18 350 215 8 50,0
100 370 185 332 215 180 158 3 20 18 390 245 8 65,0
Арматура
280
и трехходового (б) кранов с паровым обогревом, в которых корпус и сальник изготов-
лены из стали, а пробка из чугуна.
Техническая характеристика вентилей, применяемых в сернокислотной промыш-
ленности, приведена в табл. V-8.
На рис. V-30 изображен винипластовый прямоточный вентиль с наклонным
шпинделем. Такие вентили в 5—6 раз легче металлических и заменяют вентили
из кислотостойких сталей и цветных сплавов. Они могут быть установлены в любом
рабочем положении.
Рис. V-34. Вентиль запорный,
диафрагменный, футерованный,
марки 15ч 71 п (размеры в мм):
L D b Н Do кгс
15
20
25
32
40
50
ПО
130
150
170
190
200
38
45
58
62
74
86
12
13
16
16
18
18
110
122
132
143
184
208
100
120
120
120
160
160
2,3
2,8
5,2
8,2
10,3
12,7
Рис. V-35. Вентили фаолитовые (размеры в мм):
D
у
Тип Do D £>i Dt 1 L Н
а 50 100 120 94 190 290
б 100 136 170 94 1 320 480
19 Справочник сернокислотчика
290
V. Трубы и арматура. Желоба
На рис. V-31 и V-32 изображены чугунные прямоточные вентили, защищенные
гуммировкой и сурьмянистым свинцом. Толщина обкладки 5—6 мм. На рис. V-33
показан прямоточный запорный вентиль, фланцевый, из кислотостойкой стали.
Применяются также диафрагменные чугунные вентили типа 15 ч 71 гм, гумми-
рованные, с резиновой диафрагмой (для серной кислоты концентрацией до 50% H2SO4
при температуре 65° С) или типа 15ч 71п футерованные фторопластом, полиэтиленом
Рис. V-36. Задвижка параллельная, чугунная с выдвижным
шпинделем, марки 30ч 906бк (размеры в мм):
Dy L D Dt £>2 f b d H Hi Do I It 1г Число отверстий Вес, кг
100 230 215 180 158 3 28 18 517 410 200 380 135 114 8 41,6
150 280 280 240 212 3 24 23 715 558 240 405 135 114 8 73
200 330 335 295 268 3 26 23 897 690 280 497 328 130 8 125
250 450 390 350 320 3 28 23 1084 825 320 497 328 130 12 185
300 500 440 400 370 4 28 23 1265 955 360 497 328 130 12 260
400 600 565 515 482 4 32 25 1660 1248 500 497 328 130 12 490
и резиной. Такие вентили могут быть установлены в любом рабочем положении
(рис. V-34).
В коммуникациях сернокислотных производств применяются также фаолито-
вые вентили с условным проходом 50 и 100 мм (рис. V-35). Герметичность их прове-
ряют на воде под давлением не свыше 5 ат.
В сернокислотной промышленности в качестве запорного органа на линиях
воздуха и газа в основном применяются задвижки с параллельным или клиновым
дисками и с выдвижными шпинделями. Задвижки с невыдвижными шпинделями
Z i L
Рис. V-37. Задвижка клиновая, стальная, сварная, с выдвиж-
ным шпинделем и электроприводом, фланцевая, марки
31нж914нж (размеры в мм):
dy В D Dt Dt Н Hi h L Lt Вес, кгс
200 230 315 280 258 1140 770 170 460 468 135
250 250 370 335 312 1220 890 190 460 468 160
300 270 435 395 365 1485 1060 225 495 468 224
400 310 535 495 465 1750 1245 270 495 468 300
500 350 640 600 570 2265 1575 325 602 392 495
600 390 755 705 670 2950 1805 380 602 392 625
800 470 975 920 880 3290 2360 500 604 426 1049
1000 550 1175 1120 1080 3980 2835 600 604 462 1765
1200 630 1375 1320 1280 4670 3355 690 770 788 2800
1400 710 1575 1520 1480 5510 3930 790 770 788 3275
1600 790 1785 1730 1690 6210 4460 915 820 788 4775
19*
292
V. Трубы и арматура. Желоба
не рекомендуется применять, так как они не дают возможности определять положе-
ние дисков. Чугунные задвижки (рис. V-36) типа ЗОчЭОббк применяют для концен-
трированной серной кислоты (после 1-й и 2-й сушильных башен, концентрация
93—95% H2SO4 при 50—60° С); моногидрата (98% H2SO4 при 60—80° С); олеума
(свободной SO3 18—2О?6 при 60—80° С). Задвижки устанавливают на горизонталь-
ном трубопроводе с вертикальным расположением привода.
Применяются также задвижки типа ЗОнж 20бк для коррозионных сред при
рабочей температуре до 200° С. Материал корпуса, крышки, клина, шпинделя и
сальника кислотостойкая сталь.
Задвижка с ручным приводом устанавливается в трубопроводе в любом рабо-
чем положении.
Учитывая незначительное давление газа в газоходах сернокислотного произ-
водства (до 1 кгс/см2), рекомендуется преимущественно применять сварные задвижки
с облегченным весом.
К этому типу относятся задвижки типа 30с 914нж клиновые, двухдисковые,
с выдвижным шпинделем, рассчитанным на температуру нейтрального газа до 200° С.
Материал корпуса, крышки, диска и стойки — сталь 25Л-П, шпинделя — сталь 2Х13.
Задвижки устанавливаются на горизонтальных трубопроводах вертикально вверх.
Широкое применение в сернокислотном производстве получили сварные за-
движки этого же типа, но из кислотоупорной стали марки 31нж 914нж (рис. V-37).
Они применяются на трубопроводах нитрозных газов, влажного воздуха с примесью
фтористых газов, паров и брызг фосфорной кислоты при рабочей температуре до 70° С.
Материал корпуса, крышки, тяги, диска — сталь Х18Н9Т, шпинделя — сталь 2X13
или 1Х17Н2. Задвижки с электроприводом устанавливаются на трубопроводах
вертикально.
Техническая характеристика задвижек, применяемых в сернокислотном произ-
водстве, приведена в табл. V-8.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глизманенко Д. Л., Кислород, Изд. «Металлургия», 1967.
2. К а с а т к и н А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии,
Госхимиздат, 1961.
3. Справочник механика, Госхимиздат, 1950.
4. Плановский А. Н., Р а м м В. М., Каган С. 3., Процессы и аппараты
химической технологии, Изд. «Химия», 1968.
5. Кислород, Справочник, Изд. «Металлургия», 1967.
6. Каталоги-справочники: Центробежные насосы типа «X», 1969; Погружные хими-
ческие насосы, 1970; Химические насосы из неметаллических материалов, 1969,
Изд. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ.
7. Альбомы оборудования: Вентиляторы, 1967; Дымососы и дутьевые вентиляторы,
1969, Изд. Всесоюзного объединения «Союзсантехпроект».
8. Сборник технологических инструкций по защите от коррозии МСН 214-69/ММСС
СССР 1970 г.
РАЗДЕЛ VI
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И ПОДГОТОВКА
КОЛЧЕДАНА И СЕРЫ К ОБЖИГУ
М. А. ГУРФИНКЕЛЬ
1. Сырье для производства серной кислоты................ 294
Колчедан........................................... 294
Сера .............................................. 296
Отходящие газы................................... 297
Сероводород........................................ 297
2. Склады серосодержащего сырья........................ 298
3. Оборудование складов серосодержащего сырья.......... 303
Вспомогательное оборудование ...................... 310
Оборудование для хранения сырья ................... 314
Транспортное оборудование ......................... 321
4. Подготовка сырья к обжигу . ........................ 332
Дробление колчедана и серы......................... 332
Сушка колчедана ................................•’ 338
Литература.............................................. 346
1. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
СЕРНОЙ КИСЛОТЫ*
В качестве сырья для получения серной кислоты используются серный колчедан,
элементарная сера, отходящие газы печей цветной металлургии и газы, содержащие
сероводород.
Объем производства серной кислоты из различных видов серосодержащего сырья
(%):
Сырье 1965 г. 1970
Колчедан 46 47
Сера элементарная Отходящие газы печей цветной 26 20
металлургии 21 25
Газы, содержащие HaS, и др. . 7 8
В текущем пятилетии значительно возрастет потребление отбросных газов,
содержащих SO2, и других серосодержащих производственных отходов.
Колчедан
Основной составной частью колчедана является двусернистое железо, содержа-
щее 53,46% серы и 46,54% железа. Сернокислотная промышленность потребляет
следующие виды колчедана: рядовой, флотационный и углистый.
Рядовой колчедан добывается непосредственно из его залежей или (как это
осуществляется в настоящее время в СССР) попутно при разработке комплексных
сульфидных руд.
Серный колчедан встречается в виде двух минералов: пирита, кристаллизу-
ющегося в кубической системе (плотность 4,95—5,0 г/см3), и марказита, кристалли-
зующегося в ромбической системе (плотность 4,55 г/см3).
Практически в добываемом рядовом колчедане содержится от 25 до 52% серы
и от 35 до 44% железа. Содержание других примесей в рядовом колчедане различных
месторождений колеблется в больших пределах. К основным примесям относятся:
сернистые соединения меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена,
теллура; углекислые и сернокислые соли кальция, магния и др.; тальк, кварц и
часто в незначительных количествах серебро и золото.
К серному колчедану по свойствам близки пирротины, в состав которых входят
сернистые соединения железа типа FenSn+1. Содержание серы в пирротинах (напри-
мер, карело-финских месторождений) колеблется от 32 до 40%.
Температура воспламенения пирита около 400, марказита 380 и пирротина 420° С.
Температура воспламенения колчедана зависит от его химического состава и размера
частиц. Примесь кварца к пириту повышает температуру воспламенения:
Содержание кварца в смеси, % 0 20 40 60 75 85
Температура воспламенения, °C 402 411 418 420 427 520
Рядовой колчедан для сжигания в механических печах дробится до кусков раз-
мером не более 6 мм; рядовой колчедан, сжигаемый в печах кипящего слоя, должен
иметь примерно следующий гранулометрический состав:
Размер зерен, мм............ 0—0,5 0,5—1 1—3 3—6
Содержание фракции в ших-
те, % ....................... 30 30 25 15
* Материал по сырью для производства серной кислоты написан М. К- Ма-
линым.
1. Сырье для производства серной кислоты
295
Флотационный колчедан получается в виде отходов при обогащении руд цвет-
ных металлов (меди, цинка и др.) и называется также флотационными хвостами.
G целью повышения содержания серы флотационные хвосты могут подвергаться пере-
флотации. Такой продукт называется флотационным концентратом. В табл. VI-1
дан состав пиритных концентратов, получаемых на ряде обогатительных фабрик СССР.
Таблица VI-1. Состав товарных пиритных концентратов,
выпускаемых различными обогатительными фабриками
(по данным Уралмеханобра, 1967 г.)
Фабрика S общ Fe Си Zn SiO2 А12О, As F Se Au Ag
•/ 'о г/т
Красно- уральская 42,8 37,4 0,29 0,93 8,5 3,47 0,12 0,0006 26 1,4 18,7
Средне- 45,3 40,25 0,26 0,52 8,0 1,6 0,19 0,004 40,0 0,90 7,3
урзльскяя Сибайская 44,5 40,00 0,20 0,70 5,8 1,59 0,20 43,7 1,50 14,5
Кирово- градская 41,4 36,6 0,53 0,50 10,6 6,87 0,07 — 280,0 1,05 19,9
Гайская 43,9 36,0 0,33 0,18 17,4 3,66 0,03 0,0007 26,0 1,2 8,2
Карабаш- ская 39,4 36,2 0,25 0,30 12,0 8,6 0,09 — 39,0 0,8 6,4
поступающего на серно-
По средним’данным, состав флотационного колчедана,
Кислотные заводы СССР, следующий:
Компонент Содержание, % Компонент Содержание e/m
s 40—45 Co 50—260
Fe 35—39 Se 90—60
SiO2 .... 14—18 Те 25—40
н2о .... 4—6 Ag .... 20—25
Zn 0,5—0,6 Cd . 5,5—8
Си .... 0,3—0,5 Au .... 5—1
Pb .... . 0,01—0,2
As . 0,07—0,09
В соответствии с ГОСТ 444—51 * флотационный колчедан выпускается четырех
марок:
Содержание, % КСФ-1 КСФ-2 КСФ-З КСФ-4
Сера (в пересчете на сухой кол- чедан), не менее 47 45 42 38
Свинец и цинк (в сумме), не бо- лее 1 1 1 1
Влага, не более 3,8 3,8 3,8 3,8
В период с 15 мая по 1 сентября разрешается отгружать флотационный серный
колчедан с содержанием влаги не более 8%. По согласованию с потребителями пред-
приятия свинцово-цинковой промышленности и Красноуральский медеплавильный
* В настоящее время ГОСТ 444—51 пересматривается.
296
VI. Сырье и подготовка к обжигу
завод могут отгружать флотационный колчедан, содержащий не менее 34?о серы и не
более 1% цинка и свинца.
Свободно насыпанный колчедан с влажностью до 3,5?о не смерзается. При пере-
возках в железнодорожных вагонах вследствие уплотнения за счет вибраций и ударов
флотационный колчедан начинает смерзаться при содержании в нем 2—2,5?о влаги.
С увеличением количества влаги до 3,5% и более он превращается в прочный монолит.
Физические свойства флотационных колчеданов зависят от их химического и гра-
нулометрического состава, а также от влажности. Средний гранулометрический со-
став флотационных колчеданов, поступающих на заводы СССР;
Величина зерен, мм Содержание фракций, % Величина зерен, мм Содержание фракций, %
1,0 1,0 0,12 13,2
0,5 2,0 0,104 14,8
0,35 4,1 0,074 2,2
0,3 4,1 0,05 17,5
0,25 3,8 Менее 0,05 30,0
0,18 7,3
Ниже приведены данные о насыпной плотности и угле
тационного колчедана при его различной влажности:
естественного откоса фло-
Содержание влаги, % . . . . 0,8
Насыпная плотность, кг/л . . 2,12
Угол естественного откоса, гра-
дусы .........................Около 30
2,8 3,4
1,90 1,80
Около 45
4,0 8,2
1,80 1,85
Более 45
Углистый колчедан получается путем отбора от добываемого угля, а также
при его обогащении. Необогащенный углистый колчедан содержит 30—40% серы
и 12—15% угля; при обогащении содержание серы увеличивается до 40—48%,
а угля понижается до 6—8%.
Оптимальный гранулометрический состав углистого колчедана, обжигаемого
в кипящем слое, такой же, как и рядового колчедана.
Добавление к пириту до 10% огарка практически не меняет его температуру
воспламенения. Примеси горючих органических веществ понижают температуру
воспламенения колчедана.
Сера *
Для производства серной кислоты используется природная сера, выделяемая
при переработке серных руд, а также газовая, получаемая из серосодержащих газов
плавки медных колчеданов и сероводородных газов.
В соответствии с ГОСТ 127—64 выпускают комовую, в чушках, чешуйчатую,
гранулированную и молотую серу (табл. VI-2).
По требованию потребителей поставщик гарантирует содержание битумов в про-
дукте 1-го сорта не более 0,15% (без проведения определения).
Технические требования к молотой сере аналогичны требованиям, приведенным
в табл. VI-2, за исключением содержания влаги, которое должно быть не выше 0,5%
для продукта всех сортов.
Гранулометрический состав молотой серы (ГОСТ 127—64):
Остаток иа сите, %, не более Размер ячеек сита в свету, мм
0,14 0,071
Класс А.......................... 0,1 4
Класс Б......................Не нормируется 4
Физические и химические свойства серы см. раздел II, стр. 38.
1. Сырье для производства серной кислоты
297
Т а б л и ц a VI-2. Технические требования, предъявляемые к сере
Содержание*, % Природная сера Газовая сера
высший сорт 1-й сорт 2-й сорт 1-й сорт 2-й сорт
Сера, не менее 99,9 99,5 98,6 98,8 98,8
Зола, не более 0,05 0,2 0,5 0,1 0,5
Кислота в пересчете на H2SO4, не бо- лее 0,005 0,005 0,01 0,02 0,03
Органические вещества, не более . . . 0,06 0,3 0,8 Не опреде-
Мышьяк, не более 0,0005 0,0005 0,003 ляется 0,01 I 0,05
Влага, не более 0,2 2,0 2,0 0,2 0,5
* Содержание серы, золы, органических веществ, кислот и мышьяка дано в пересчете
на сухое_вещество.
Отходящие газы
Большое количество отходящих сернистых газов, полученных при обжиге
медных и цинковых сернистых руд — газы обжиговых печей и ватержакетов, содер-
жащие более 3% SO3, могут непосредственно перерабатываться в серную кислоту.
Особенно благоприятны для этой цели газы из печей кислородной плавки медных и
медно-цинковых концентратов, содержащие 7-0—90% SO2.
Нормальная работа сернокислотного цеха на конверторных газах возможна
лишь при условии строгой регламентации работы конверторов с тем, чтобы при зна-
чительном изменении концентрации SO2 в газах после каждого конвертора, концен-
трация SO2 была бы постоянной по конверторному отделению в целом.
Содержание SO2 в газах отражательных печей и агломерационных установок
слишком низко и для использования этих газов в производстве серной кислоты тре-
буется или их предварительное концентрирование или разработка новых методов их
переработки.
Сероводород
При очистке промышленных газов (коксового, генераторного и природного),
а также газов нефтепереработки от серосодержащих примесей получают большие
количества сероводорода, который может быть использован для получения серы с по-
следующей переработкой ее в серную кислоту или непосредственно переработан
в серную кислоту методом мокрого катализа.
Газовые смеси, содержащие сероводород, могут быть богатыми и бедными по со-
держанию HaS. В состав богатых газов входят 90—94% НгЗ, 1% СН4, 1% Н2 и 3—
Примерный состав сероводородного газа низкой концентрации (в %):
Компонент В газоходе На входе в печь После печи
so2 — 3
H2s 5 3 —
со2 95 54 55
N2 — 32 33
О2 — 9 4
Н2О . — 2 5
298 VI. Сырье и подготовка к обжигу
2. СКЛАДЫ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Аппаратурное оформление и схемы механизации работ в складах сырья и под-
готовительных отделениях производства серной кислоты зависят от применяемого
серосодержащего сырья и способа его обжига.
На рис. VI-1 представлен закрытый склад флотационного колчедана на заводе
с печами пылевидного обжига.
На некоторых заводах колчедан после сушки подается ленточным конвейером
в двухситовой конусный барабанный грохот (на рис. VI-1 не показан), а затем в мо-
лотковую дробилку. Мелкая фракция и измельченные катыши поступают далее на
конвейеры в печное отделение или на склад.
Эксплуатируемые в настоящее время склады флотационного колчедана для об-
жига в механических (полочных) печах оборудованы грейферными мостовыми кра-
нами и имеют внутренние разгрузочные железнодорожные эстакады. Коэффициент
использования объема склада не превышает 35—40%. В складах не механизированы
такие трудоемкие работы, как открывание и закрывание люков полувагонов, зачистка
вагонов и др.
Закрытый склад флотационного колчедана на заводе с печами обжига в кипя-
щем слое. На рис. VI-2 показана схема полной механизации трудоемких работ
в складе колчедана и в отделении подготовки сырья. Полувагоны разгружают не на
эстакадах, а в специальных разгрузочных пунктах бункерного типа. Производи-
тельность пункта 160—180 т/ч при условии разгрузки несмерзшегося колчедана.
Колчедан из приемного бункера 1 при помощи ленточного конвейера 6 подается
в первичный штабель, размеры которого позволяют разгрузить железнодорожный
состав (3000 т) без применения грейферного крана.
На заводах большой производительности (240 тыс. т кислоты в год и более)
конвейер 6 проходит вдоль всего склада (на рисунке не показан).
На складе устанавливаются два грейферных крана (рабочий и резервный).
Коэффициент использования объема склада 60—70%, что обеспечивает снижение
капитальных затрат на 30—35% по сравнению со стоимостью строительства складов
с разгрузкой вагонов на внутренних эстакадах.
Для предохранения от зависания колчедана все бункеры снабжены электро-
вибраторами, а разгрузочные бункеры внутренними вибрирующими стенками.
В табл. VI-3 приведены сравнительные данные по разгрузочным устройствам
в складах колчедана.
При бункерной разгрузке полувагонов грузоподъемностью 63 т с несмерзшимся
флотационным колчеданом продолжительность разгрузки сокращается в 5—6 раз
сравнительно с ручной эстакадной разгрузкой. Стоимость разгрузки уменьшается
в среднем на I — 1 руб. 30 коп.
Продолжительность разгрузки полувагона со смерзшимся флотационным колче-
даном сокращается в 10—13 раз, стоимость разгрузки уменьшается на 6—38 руб.
(в среднем на 22 руб.) в зависимости от степени смерзания колчедана.
Закрытый склад рядового колчедана на заводе с печами обжига в кипящем слое
показан на рис. VI-3. Разгрузка полувагонов и штабелирование колчедана в складе
проводятся так же, как описано выше.
Некоторые сернокислотные заводы, производительностью 360 тыс. т кислоты
(в одной системе) будут оборудованы закрытыми складами колчедана в виде круглых
силосных башен диаметром 60 м и высотой штабеля колчедана 11,5 м. Емкость склада
(месячный запас) 35 тыс. т.
В верхней части закрытого склада расположен поворотный мостовой кран со
встроенными в него верхними реверсивными, передвижными ленточными конвейерами.
Сырье разгружается в центрально расположенный бункер с помощью грейфера, пере-
двигающегося по нижней ферме крана. Из центрального бункера колчедан ленточ-
ным конвейером подается в бункеры расположенного отдельно подготовительного
отделения.
Разгрузка полувагонов с колчеданом на заводах производительностью 720 тыс. т
кислоты в год и более в некоторых случаях будет производиться вагоноопрокидыва-
Рис. VM. Схема закрытого склада флотационного колчедана и сушильного отделения на заводе с печами пылевидного обжига:
1 _бункео с качающимся или пластинчатым питателем; 2, 3 — бункеры соответственно для влажного и сухого колчедана; 4 дробилки мо-
лотковые; 5 — питатели дисковые (тарельчатые); 6— автоматические весы; 7—ленточный конвейер к сушилке; S-ленточный конвейер в печное
отделение- 9 — дутьевые вентиляторы; 10 — вагонетка; 11 — тельфер; 12 — бункер для угля; 13 растопочная труба; 14 топка; 15 су-
шильный барабан; 16 — циклон; 17 — вентилятор; 18 — циклон с выхлопной трубой; 19 — конвейер ленточный в склад.
03
2. Склады сырья
301
Т а б л и ц а VI-3. Трудоемкость и стоимость разгрузки полувагона (63 т)
с флотационным колчеданом в складах различного типа
Флотационный колчедан Эстакадная разгрузка* Бункерная разгрузка (см. рис. VI-2 и VI-3), механизированная с виброразгрузчиком ДП-бс (по типу С-656), накладным вибратором ЦНИИ МПС н люкоподъемникамн
чистая эстакада заваленная эстакада
чел.ч руб. чел.-ч руб. маши- но-ч ** руб.
Сыпучий, мало слежав- шийся (влажность 3— 5%) 6 3,63 11,6 7,01 1,34 4
Сильно слежавшийся (влажность 6—8%) *** 10 6,05 13,4 8,1 2,0 6,08
Смерзшийся, степень смерзаемости, % 25 20 12,1 2,0—2,5 6,08—7,6
50 28 16,94 — — 2,7—3,3 8,2—9,7
75 40 24,2 — — 4,7 14,3
100 80—100 48,4—60,5 — — 6,0—7,3 18,24—22,2
* Количество рабочих, занятых на разгрузочных работах, составляет 4 человека;
стоимость 1 ч ручной разгрузки 60,5 коп.
** Время открывания и закрывания люков не учитывается.
*** При влажности более 8% продолжительность разгрузки увеличивается.
телем роторного типа с предварительным разогревом смерзшегося колчедана в тепля-
ках. Продолжительность всех операций, связанных с разгрузкой 50 полувагонов со
смерзшимся до монолита колчеданом (грузоподъемность 63 т), будет составлять 14 ч
(10 ч на размораживание и 4 ч на разгрузку; время на зачистку не учитывается).
Для восстановления (до разгрузки) сыпучести смерзшегося в полувагонах кол-
чедана строят высокотемпературные тепляки конвективного типа, состоящие из
смежных камер, где устанавливаются полувагоны. Для разогрева колчедана исполь-
зуются продукты сгорания газа или мазута, сжигаемых в топках и перемешиваемых
с отработанными и охлажденными топочными газами (предусматривается рецирку-
ляция продуктов сгорания).
Тепляки рассчитаны на одновременную установку 30 или 50 полувагонов грузо-
подъемностью 63 т, температура в тепляке — 130° С, продолжительность разогрева
полувагона со смерзшимся до монолита колчеданом около 10 ч. По опытным данным
расход тепла на 1 м3 объема тепляка 867 ккал/ч. Чтобы предотвратить возможный
перегрев тормозного устройства, букс и стенок полувагонов предусмотрено водяное
охлаждение. Расход воды при 20—25° С на один тепляк, вмещающий 30 полувагонов,
до 380 м3/ч, напор воды до 55 м вод. ст.
В открытых складах колчедана (рис. VI-4) работают бульдозеры, экскаваторы,
передвижные стреловые краны, оборудованные грейферами, или фрезерные лопа-
ты. На складах большой емкости применяются портальные краны или мостовые
перегружатели в сочетании с бульдозерами и экскаваторами. Проектируются также
открытые круглые склады, оборудованные специальными поворотными мостовыми
кранами. Вместимость складов 200 или 380 тыс. т. Диаметры штабеля соответственно
120 и 90 м, высота 18 м.
Закрытые склады серы (рис. VI-5) по устройству во многом сходны со складами
колчедана. Для разгрузки железнодорожных платформ с комовой серой устанав-
s
сч * >>3"&ф о.
S
СХ
D?
s
S
4
OJ
о
о
о
ш
л
ч
S
ей
я
ч
с
к
№ ~
S
S
з О. I I о> *
2 о е;
Ов'СОО CS
я а> . --5 я
°"и .. a s £ Я
с # я х ч 5 j
л о Ьй и S S
а>г isfic ।
3. Оборудование складов
303
ливаются стационарные разгрузочные .машины типа Т-182А с возвратно-поступа-
тельным движением скребка производительностью 100 т!ч *.
При отсутствии специальных машин для разгрузки серы из крытых вагонов мо-
жет также использоваться разгрузчик Т-182А. Сера выгружается через дверной
проем; при этом внутри вагона сера перебрасывается вручную.
Сера плавится в загрузочном бункере 5, в котором размещаются паровые змее-
вики, и стекает в отстойник 7, куда шнеком (питателем) 9 добавляется инфузорная
земля или другие адсорбенты.
Отстойник имеет отсеки и снабжен вертикальными мешалками И (на некоторых
заводах мешалки отсутствуют) для перемешивания адсорбента с серой и выделения
паров керосина из расплавленной роздольской серы (керосин вносится при флотации).
В крышке отстойника предусмотрена труба для удаления выделяющейся газовой
смеси. Спуск шлама из отстойника производится через нижние бункеры (на рис. VI-5
не показаны).
Расплавленная сера при 140° С отстаивается от золы и органических (смолистых)
примесей в отстойнике 7 и затем погружными насосами 10 прокачивается через филь-
тры печного отделения.
Для рациональной механизации производства необходимо учитывать следующие
особенности процессов хранения, плавления и фильтрования серы.
Для нейтрализации кислых примесей в плавильный аппарат иногда добавляют
известь. При плавлении серы, содержащей битум, следует избегать повышения тем-
пературы более чем до 160° С, так как при этом образуются соединения, в состав ко-
торых входят сера и углерод. Такие продукты, напоминающие по внешнему виду
кокс, могут загрязнять плавильный аппарат и форсунки печи. Если сера содержит
более 0,3% углерод содержащих примесей, то при нагревании до 177° С и выше
протекает реакция с выделением сероводорода. Примеси углеводородов могут взаи-
модействовать также с серой и сероводородом при высокой температуре с образова-
нием продуктов, вызывающих сильное ценообразование.
При обжиге серы в печах отражательного типа ее необходимо измельчить на
куски размером до 25 мм, для чего серу подают грейфером в бункер и из него в зуб-
чатую валковую дробилку с бронзовым венцом. После дробления сера ленточным
конвейером подается в печное отделение.
На некоторых предприятиях расплавленную серу перевозят в специальных цис-
тернах и хранят в стальных сварных надземных резервуарах или железобетонных
подземных баках, снабженных змеевиками для обогрева паром. Емкость баков рас-
считывается на 7—15-дневный запас серы. Стенки и крышки баков имеют тепловую
изоляцию.
3. ОБОРУДОВАНИЕ СКЛАДОВ
СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Для проведения маневровых операций с железнодорожными вагонами в складах
применяют электрошпйли и маневровые лебедки.
' Электрошпиль используется в установках с небольшим грузооборотом и позво-
ляет перемещать 10—15 груженых вагонов на расстояние до 100 м со скоростью
0,3 м/сек.
Маневровые лебедки применяют при большом уклоне рельсового пути, а также
при частых маневровых операциях. Так, маневровое устройство для тупиковых путей
завода им. 15-летия ЛКСМУ обеспечивает передвижение 12 вагонов грузоподъем-
ностью 63 т со скоростью 0,127 м/сек.
Для механизации складских работ применяют грейферные краны (табл. VI-4).
Для моторных грейферов (табл. VI-5) не требуются двухбарабанные лебедки;
они снабжены специальными механизмами для раскрывания и закрывания грейфер-
ных челюстей. Грейфер закрепляется на крюке любого крана или тельферной тележки.
* Строятся также склады с внутренними разгрузочными железнодорожными
эстакадами.
304
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Т а б л и ц a VI-4. Техническая характеристика
мостовых грейферных кранов
Показатель Грузоподъемность крана, т
2 5 10 15
Высота подъема груза, м Габариты, мм 14 16 (макс) 8; 12; 16; 20 23
ширина высота от головки рель- 3420 6300 6300 6950
са Скорость, м/мин 1000 1900 2300 3050
подъема груза .... 16 40,0 40 50
передвижения тележки 24,6 40,7 40 70
» крана Мощность двигателя, кет 57,7 74 100 100
для подъема груза . . . » передвижения те- 5+5 17,6 32+32 80
лежки для передвижения кра- 1 2 2,4 8,8
на 3,5 12,6 2X16 60
Емкость грейфера, л'3 . . . Вес, тс 0,35 1,5 1,5 3,1
грейфера 0,91 2,25 4,2 —
крана 8,81; 9,555; 24,7; 27,7; 36,5; 41; 65; 70; 77;
10,59 29,7; 32,7; 38,5 44,5; 48; 52 84; 92
Пролет крана, м Расстояние от головки рель- са, мм 9; 11; 14 17; 20; 23; 26; 29 20; 23; 26; 29; 32 19,5; 22,5; 25,5; 28,5; 31,5
до низа фермы .... 285; 285; 300; 300; 350; 450; 150; 250;
до низа грейфера (в от- 385 600; 900 550; 750; 850 350; 450; 650
крытом положении) Давление колеса на подкра- 2200 3000 3217 4400; 4600; 4700; 4900
новый рельс, тс .... 3,87; 4,15; 10,5; 11,5; 17,2; 18; 29,5; 30;
4,56 12; 13; 14 19; 20,4; 20,5 31,5; 33; 36
Примечание. Краны грузоподъемностью 2 и 5 т применяются для серы. Элек-
тродвигатели должны быть во взрывобезопасном исполнении, подвод тока производится
гибким кабелем; применение троллей ие допускается. Кабина краиа герметичная с венти-
ляцией.
Краиы грузоподъемностью 10 и 15 т применяются для колчедана. Грейфер тяжелого
рудного типа; при разгрузке колчедана ои может снабжаться зубьями; кабина герметичная
с вентиляцией.
3. Оборудование складов
305
Таблица VI-5. Примерные результаты подсчета времени
одного рабочего цикла грейферного крана
(Грузоподъемность 10 т, емкость грейфера 1,5 и3, длина пролета 20 .«)
Операция Путь м Скорость м/сек Время, сек
на разгон и тормо- жение на устано- вившееся движение всего
Раскрытие челюстей и захват груза — 6
Подъем грейфера 10 0,67 2 15 17
Передвижение тележки 5 0,67 4 7,5 11,5
» крана 90 —1,7 5 —53 58
Опорожнение грейфера — — — — 3
Обратное движение крана 9,0 —1,7 5 —53 58
Опускание грейфера 10 0,67 2 15 17
Обратное движение тележки .... 5 0,67 4 7,5 11,5
Паузы — — — — 20
Продолжительность одного цикла 202,0
Ниже приведена техническая характеристика моторных грейферов:
Показатель МГС-503 С электрогидравл! ческнм приводом
Емкость, jh3 1,5 1,6
Насыпная плотность материала, т!мэ 1-1,6 До 2
Время замыкания, сек ....... 22 12
Электродвигатель переменного тока (напряжение 220/380 в) мощность, квпг 9,5 7
число оборотов в 1 мин .... 900 —
Габариты, мм длина 1545 2760
ширина в закрытом виде 1880 —
в открытом виде 2320 1834
высота в закрытом виде 2495 —
в открытом виде 3065 —
Вес, кгс без зубьев 2300 2300
с зубьями . 2530 —
* Применяется с краном грузоподъемностью 5 т.
/ Экскаваторы с грейфером. Одноковшовый экскаватор с грейфером применяется
Для механизации работ в открытых складах колчедана на разгрузочных площадках
. и для погрузки сырья в полувагоны. Для разгрузки платформ служат экскаваторы
пс разгрузочным скребком или стругом.
t 20 ...........................................................
306
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Техническая характеристика экскаваторов с грейфером:
Э-652 Э-801 Э-1251
Емкость грейфера, .и3 ... 0,5 0,75 1,5
Длина стрелы, н 10 11—14 12,5
Радиус выгрузки, м 4—8 10,9—11,3 12,3
Высота выгрузки, .ч 5,8—7,6 7,3—10 8,4
Скорость передвижения, км/ч Наибольший преодолеваемый подъем пути, 1,6—3,0 1,53—3,06 1,49
градусы 22 20 20
Вес с грейфером, тс 19,3 26,8 38,9
Среднее удельное давление на грунт, кгс, см2 0,65 0,85 0,85
Краны железнодорожные с грейфером применяются для механизации погрузочно-
разгрузочных работ на открытых складах колчедана:
КДВ-15 ПЖ-25
Грузоподъемность, m ... . 15 25
Длина стрелы, м ............. 14; 18 15
Емкость грейфера, м3 ... 1,5 2,5
Мостовые перегружатели. Ниже приведена их техническая характеристика:
Грузоподъемность, т ........................... 30 40
Средняя производительность, т/ч ............... 500 700
Пролет (расстояние между опорами), м........... 76,2 76,2
Высота подъема грейфера, м..................... 17—30
Наибольший рабочий выход грейфера на консоли, Л1
у жесткой опоры ............................... 21 21
у гибкой опоры............................. 25,5 25,5
Емкость рудного грейфера, м3................... 5,8 7,3
Дтя работы перегружателей используется электродвигатель переменного тока
напряжением 220, 380 и 500 в.
Портальные краны (рис. VI-6) применяются так же, как и мостовые перегру-
жатели.
Техническая характеристика портальных кранов:
КППГ-15-30-10,5 КПМ-15-30-10,5
Грузоподъемность, т 15 15
Радиус вылета стрелы, .и 8 -30 8—30
Колея портала, м Скорость, м/мин 10,5 10,5
подъема 57 20
изменение радиуса вылета стрелы 42 22
передвижения 33 33
Скорость поворота, обороты в 1 мин 1,5 1,1
Вес (общий), тс Радиус закругления подкранового пу- 205 196
ти, м Мощность электродвигателей, кет 150 150
при подъеме 160 60
» повороте » изменении радиуса вылета 60 45
стрелы 16 7,5
» передвижении 11 11
Примечание. Обозначение типа краиа: КП — кран портальный;
ПГ — перегрузочный грейферный; М — монтажный. Поворотные ходовые
тележки краиа обеспечивают работу крана на перпендикулярных подкра-
новых путях, наибольший уклон пути 3 : 1000-
Лак; =30000-
Рис. VI-7. Разгрузочная машина Т-182А:
- — скребок; 2 - приводной механизм; 3 — станина; 4 - обойма; 5 — штанга- 6 - поликн
7 — подъемный механизм.
20*
308
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Погрузочно-разгрузочные машины. Разгрузочная машина типа Т-182А
(рис. VI-7) использовалась для выгрузки с платформ колчедана, серы и других сы-
пучих материалов, а также для выгрузки серы из крытых вагонов:
Производительность машины, т]ч ...............175
Наибольшие размеры кусков, мм ..............200
Максимальный ход скребка, мм
продольный.............................. 4258
вертикальный............................... 558
Мощность электродвигателя, кет
продольного хода ..........................14
вертикального хода ...................... 1,1
Вес машины, кгс ............................. 3400
Для очистки платформ на скребке укрепляют двусторонние щетки. Установкой
управляет оператор с пульта управления, расположенного в кабине.
7
Рис. VI-8. Разгрузочная машина Т-183:
1 — ходовая часть с приводом; 2 — конвейер ленточный с приводом; 3 — скребковая рама
с приводом и механизмом подъема; 4 — поворотная рама с механизмом вращения.
Разгрузочная машина типа Т-183 (рис. VI-8). Применялась для разгрузки плат-
фор м:
Производительность машины, т!ч ................200
Наибольшие размеры кусков колчедана и серы, мм 120
Дальность отбрасывания груза от оси разгружае-
мой платформы, м..............................15,5
Общая мощность двигателей, кет ...............47,8
Для разгрузки смерзшегося или слежавшегося груза передняя часть скребковой
стрелы снабжается рыхлителем. Управление разгрузчиком производится из кабины
машиниста.
Роторная погрузочная машина типа РПМ-2 применяется на открытых складах
для погрузки колчедана в вагонетки, железнодорожные вагоны и транспортные
устройства. Теоретическая производительность РПМ-2 равна 150 л«3/ч; наибольший
размер кусков колчедана 180 мм.
Фрезерная шаровая лопата аналогична описанной выше, но отличается устрой-
ством питателя, изготовленного в виде фрезерной головки (рис. VI-9).
3. Оборудование складов
309
Техническая характеристика фрезерной шаровой лопаты (вес равен 10 тс):
Производительность, м3/ч
при флотационном колчедане.......... 90
» кусковом » ......... 30
Наибольшие размеры кусков колчедана, мм 120—180
Вылет поворотного транспортера, м.......... 7
Высота разгрузки, м ............. 3,2
Габариты, м
длина .................................. 13,5
ширина................................... 2,7
Рис. VI-9. Фрезерная шаровая лопата:
а — общий вид машины; б — фрезерная
грловка; 1 — фрезерная головка; 2— тру-
ба; 3 — ленточный конвейер; 4 — ленточ-
ный отвальный конвейер.
На некоторых сернокислотных заводах применялись передвижные скреперные по-
грузчики; техническая характеристика такого погрузчика приведена ниже:
Наибольшая длина скрепперирования, м • • • 50—60
Производительность при этой длине, т/ч .... 25
Тяговое усилие, кгс
, рабочего каната ............................ 3300—6600
хвостового каната ........................ 1750—3500
Скорость передвижения, м/мин.................. 12,4; 21
Мощность электродвигателя привода конвейера
типа АО63-4, кет................................ 14
Количество электродвигателей привода гусениц
типа АО63-4 2
Габариты, мм
длина......................................... 7700
ширина........................................ 2585
высота ....................................... 2500
Высота разгрузки, мм.......................... 980—2750
Вес машины, кгс ................................. 17 600
310
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Разгрузчик на тракторе С-80. Применяется для разгрузки платформы и как
бульдозер при переоборудовании, производительность разгрузчика 400 т1ч.
Вагоноопрокидыватель роторный стационарный предназначен для разгрузки
сыпучих грузов из полувагонов грузоподъемностью 60—93 т. Применение экономи-
чески целесообразно при грузообороте свыше 700 и более тыс. т колчедана в год.
Ниже приведена характеристика вагоноопрокидывателя:
Производительность, вагон!ч ................... 30
Время разгрузки 1 вагона, сек.................. 50
Рабочий угол поворота ротора, градусы 170—175
Максимальный вес разгружаемого вагона, тс 150
Габариты, мм
ширина ........................................ 8 950
длина .................................... 17 020
Вес, кгс..................................... 133 486
Для работы вагоноопрокидывателя используются электродвигатели переменного
тока напряжением 380 в.
Бульдозеры применяются для штабелирования, распределения и разравнивания
колчедана на открытых складах.
Техническая характеристика бульдозеров с поворотным отвалом:
Д-259А Д-290
Тип базового трактора ....................С-100 (С-80) Т-140
Отвал, мм
длина........................................ 4150 4590
высота ................................... 1000 1270
Наибольший подъем над опорной поверх-
ностью гусениц, мм.......................... 1100 1250
Угол резания ножей, градусы............. 48—57 49—57
Габариты, мм
длина...................................... 6 350 6 885
ширина ч................................. 3 680 4 590
высота .................................. 3 050 2 800
Вес, тс...................................... 14 000 18 930
Примечание. Бульдозер Д-290 используется для перемещения
колчедана на сравнительно большие расстояния.
Вспомогательное оборудование
Люкоподъемник подвесной электрический передвижной (рис. VI-10) предназ-
начается для механизации операций закрывания люков при разгрузке железнодо-
рожных полувагонов типа «гондола». На 160 пог. м фронта разгрузки требуется 4 лю-
коподъемника, по 2 с каждой стороны пути, что обеспечивает одновременное обслу-
живание 10 полувагонов.
Продолжительность подъема люков полувагона грузоподъемностью 63 т
составляет 56 чел.-сек. В зимний период трудоемкость работы возрастает на 20—
30%.
Применяются также напольные пневматические люкоподъемники.
Виброразгрузчик ДП-бс (аналогичен типу С-656) ВНИИстройдормаша (рис. VI-11)
предназначен для механизированной выгрузки смерзшегося или слежавшегося фло-
тационного колчедана из полувагонов методом виброобрушения в открытые люки.
Колебания — вертикально-направленные. Эксплуатируется на многих сернокис-
лотных заводах.
Виброразгрузчик состоит из плиты 1 двухвального электромеханического виб-
ратора, пригруза подвески, рабочих органов — штырей 2 — и электрооборудования.
Рис. VI-10. Люкоподъемник:
1 — электрическая таль (грузоподъем-
ность 0,5 т); 2 — ограничитель пере-
грузки; 3 — палец; 4 — хомут; 5 — кос-
тыль; 6 — проволока; 7 — канат;
8 — коуш; 9 — серьга.
Рис. VI-11. Виброразгруз-
чик С-156 Вниистройдор-
маша:
1 —плита вибратора;
2 — штыри.
312
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Техническая характеристика:
Частота колебаний в 1 мин................... 1450
Амплитуда колебаний, мм .................. 3
Возмущающая сила, кгс ....................20 000
Мощность двух электродвигателей, кет ... 40
Общий вес (с направляющей рамой), кгс . . 6300
Производительность виброразгрузчика смерзшегося колчедана из полувагона
типа «гондола» (63 т) зависит от степени смерзания:
Степень смерзания флота- Продолжительность разгрузки
ционного колчедана, % машина-ч
25 2—2,5
50 2,7—3,3
75 4,7
100 6,0—7,3
Примечание. Количество рабочих 4 человека.
Вибратор ЦНИИ-МПС для очистки полувагонов от остатков колчедана, серы
и других сыпучих грузов.
Характеристика вибратора:
Рабочая возмущающая сила, кгс ............ 8500
Направленность колебаний ................. Вертикальная
Постоянная частота колебаний за 1 мин . . . 1600
Электродвигатель типа АО-72-6
мощность, кет................................ 14
число оборотов в 1 мин..................... 1000
Вес, кгс
дебаланса на один вал........................ 29
вибратора ............................. 4000
Эксцентриситет рабочий, мм ............... 52
Вибраторы (изготовитель — завод «Красный Маяк», г. Ярославль).
Т а б л и ц a VI-6. Характеристика электровибраторов
Показатель С-412А С-433А С-357
Электродвигатель характеристика тока мощность, кет скорость вращения ротора, обороты в 1 мин Габариты, в мм длина ширина высота Частота колебаний в 1 мин Вес, кгс Перемер 0,6 2800 335 220 235 2800 20,5 н ы й, т р е 0,6 2800 395 220 235 2800 24 х ф а з н ы й 0,4 2800 338 220 235 2800 21
3. Оборудование складов
313
Агрегат для рыхления смерзшегося или слежавшегося колчедана, спроектиро-
ванный Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транс-
порта, представляет собой самоходный портал, перемещающийся по подкрановому
пути вдоль фронта выгрузки. Рабочим органом служит электровибромолот, упруго
соединенный с траверсой. К траверсе жестко прикреплены рыхлящие стальные
клинья. Агрегат для рыхления еще не освоен.
Техническая характеристика агрегата:
Производительность (в зависимости от груза и
степени его смерзания), т!ч ..............60—120
Скорость перемещения, м/мин
тележки..................................... 14
электровибромолота ......................... 10
портала ................................... 10
Вибромолот
вес ударной части, кгс..................... 650
частота ударов в 1 мин ................... 1440
Общая мощность электродвигателей, кет . . 36,6
Количество симметричных клиньев для разрых-
ления ....................................... 3
Габариты портала, мм
высота....................................... 10 500
пролет................................... 10 000
Вес агрегата, тс............................ 22
Самоходный портал подается к выгружаемому полувагону, электровибромолот
опускается до соприкосновения стальных клиньев с поверхностью смерзшегося груза
и включается в работу. При этом электровибромолот сообщает клиньям направленные
вниз виброударные импульсы: клинья погружаются в смерзшийся груз и рыхлят
его. Рыхление возможно при закрытых и открытых люках полувагона.
Электромагнитные шкивы типа ЭШ устанавливаются на разгрузочной станции
вместо ведущего барабана ленточного конвейера. Ферромагнитные предметы, по-
падая на электромагнитный шкив, извлекаются им из потока сбрасываемого мате-
риала и направляются в специальный приемник. Для питания обмотки возбуждения
электромагнитных шкивов постоянным током предусматриваются преобразователи
тока.
Электромагнитные сепараторы предназначены для извлечения ферромагнитных
предметов из сыпучих материалов, перемещаемых ленточными конвейерами со ско-
ростью не более 2 м/сек. Характеристика таких сепараторов подвесного типа:
Ширина ленты конвейера, мм Предельная толщина слоя ма- ЭП1-650 650 ЭШ-800 800 ЭШ- 1000 1000 ЭП2-1200 1200
териала, мм Расстояние от полосных нако- — — 100 100
нечников до ленты конвейе- ра, мм — — 120 130
Вес, кгс 1637 1637 1669 3401
Для дистанционного включения и отключения сепараторов служит пусковое
Устройство.
314
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Оборудование для хранения сырья
Бункеры. Рядовой и флотационный колчедан, сера и серная руда хранятся
в бункерах с квадратными (или прямоугольными) сечениями верхней части и выпуск-
ного отверстия (рис. VI-12, а, б, в), а также в щелевых бункерах, сочетающихся с пла-
стинчатым питателем (рис. VI-12, д). Весьма экономичны по расходу металла и тре-
буемой высоте конические бункеры. Для хранения влажного флотационного колче-
дана применяют также бункеры в форме усеченного конуса, обращенного широким
основанием вниз, и со ступенчатым расширением в нижней части сечения
(рис. VI-12, г).
Вид спреда.
Рис. VI-12. Типы бункеров:
а — с центральным выпускным
отверстием и четырьмя наклон-
ными стенками; б — с тремя на-'
клоииыми и одной вертикальной
стенкой; в—с двумя наклонными
и двумя вертикальными стен-
ками; г—в форме усеченного конуса, обращенного широким основанием
вниз; 1 — бункер; 2—тарельчатый (дисковый) питатель; д — щелевой
с пластинчатым питателем; 1 — бункер; 2 — пластинчатый питатель;
3 — вертикальный реечный затвор.
Размеры сторон квадратных отверстий в бункерах выбирают в зависимости от типа
сырья:
Минимальные
Сырье размеры
отверстий, мм
Рядовой колчедан, сера, куски размером
до 50 мм........................ 300
» 100 » 450
» 150 » 600
» 300 » 800
Флотационный колчедан
сухой (до 3% влаги).................... 300
влажный (3—6% влаги) .................... 500
Колчедан рядовой недробленый, сера
кусковая................................. 800
Примечание. Площадь прямоугольных отверстий
должна быть иа 15 — 20% больше квадратных. Отношение боль-
шей стороны к меньшей А/В > 2.
Размеры выпускных отверстий проверяют на пропускную способность по урав-
нению:
V = ЗбОО/'и
где V — пропускная способность бункера, мЧч\
F — площадь выпускного отверстия с учетом величины наибольшего размера аг
типичных кусков колчедана, м2;
v — скорость истечения колчедана через отверстие, м/сек.
3. Оборудование складов
315
Для круглого отверстия
F л (D —дх)а
где D — диаметр отверстия.
Для прямоугольного отверстия со сторонами Л и В
F = (Л - 01) (В - й1)
Скорость истечения колчедана (в м/сек) через отверстие равна
f = X /3,2g/?
где g — ускорение свободного падения, м/сек?-,
R — гидравлический радиус выпускного отверстия, м\
X— коэффициент истечения, значения которого приведены ниже:
Флотационный колчедан
влажный ............................... 0,2—0,25
сухой............................... 0,4—0,5
Рядовой колчедан дробленый, сортирован-
ный, размер кусков до 6 мм..........0,55—0,56
Рядовой колчедан, сера
недробленые ...........................0,25—0,3
дробленые, размер кусков до 25 мм 0,3—0,5
Меньшие значения X относятся к грузам, содержащим мелкие (порошкообразные
и пылевидные) фракции (обычно и = 0,5—2 м/сек).
Гидравлический радиус:
для квадратного отверстия
для прямоугольного отверстия
(Л — QX)(B — ах)
2 (Л + В — 2ах)
для круглого отверстия
Угол наклона (в градусах) к горизонту ребер стенок прямоугольного бункера или
образующей конуса круглого бункера а = 50ч-60.
Если бункеры имеют вид, показанный на рис. VI-12, б, в, возможность образова-
ния сводов при хранении влажного флотационного колчедана минимальна. Конусно-
ступенчатый бункер (см. рис. VI-12, г) устанавливается вместе с тарельчатым пита-
телем, а бункер, приведенный на рис. VI-12, д, — вместе с пластинчатым или ленточ-
ным питателем. Устанавливают также бункеры со ступенчатыми стенками.
Для рядового колчедана и серы следует применять бункеры, изображенные на
рис. VI-12, г, д. Однако наиболее распространены бункеры, показанные на рис.
VI-12, а, так как они ниже бункеров, изображенных на рис. VI-12, бив. Для умень-
шения сводообразования в бункере, изготовленном по схеме на рис. VI-12, а, в его
нижней части устанавливают поперечную перегородку.
Лучший способ разрушения сводов колчедана заключается в установке внутри
бункеров стальных вибрирующих стенок или наружных электро- и пневмовибраторов
(иногда ручных вибраторов). При установке вибратора на стальных стенках бункеров
пусковые приспособления блокируются с затвором таким образом, чтобы вибратор
кратковременно включался в действие только при наличиисвода. Для борьбы с за-
висанием колчедана в бункер через специальную форсунку можно подавать сжатый
воздух.
316
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Бункер-плавилка. Для плавления кусковой серы применяются бункерные пла-
вилки. Сера загружается в бункер с помощью грейферного крана. Производительность
плавилки 100 т!сутки, поверхность нагревательных элементов (змеевиков) 30 .и2,
расход пара 250—300 кг/ч, давление пара 6 ат, температура расплавленной серы
140° С.
Пересыпные трубы для колчедана и серы изготовляются путем сварки стальных
листов. Для предохранения от износа стенки пересыпных труб футеруют съемными
стальными листами, покрывают резиной, винипластом и деревом; применяется также
ряд угольников, приваренных по длине труб в поперечном направлении на расстоя-
нии 0,5—0,7 м Друг от друга. Чтобы избежать задержки влажного флотационного
колчедана в пересыпных трубах, на них устанавливают вибраторы (стр. 312). •
Рис. VI-13. Схемы пересыпных труб:
а — труба квадратного (прямоугольного) сечения; б — труба
круглого сечения.
Угол наклона пересыпных труб к горизонту при перемещении колчедана и серы
равен 50—60°. Действительный угол наклона а к горизонту пересыпных труб, ра-
ботающих с наклоном в двух плоскостях (рис. VI-13), определяют по уравнению:
ctg а — Vctg2 ах 4- ctg2 а3
где ах и а2 — углы наклона пересыпных труб в проекциях ctgax = blc, ctga2 =
= ale.
Размеры пересыпных труб выбирают в зависимости от размера кусков;
Максимальный размер кусков рядового колчедана Минимальная ширина трубы мм Высота трубы мм
или серы, ММ
25 200 150
50 400 250
100 500 300
150 600 350
250 800 450
400 1000 600
Площадь поперечного сечения пересыпной трубы (в м2) проверяют в зависимости
от пропускной способности трубы по уравнению:
3600фримин
где Q — производительность (пропускная способность) пересыпной трубы, т/ч;
Ф — коэффициент заполнения трубы (ф = 0,35—0,5);
^мин — минимальная скорость движения сыпучего груза на данном участке
трубы, м!сек\
р — насыпная плотность груза, т/м3.
3. Оборудование складов
317
Ориентировочно
-’мин = ] 2gH (1 — f ctg а) 4-1'5
При начальной скорости г'о — 0 (самотек)
-’мин = (1 — /ctg а)
где g— ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/сек-\
Н — расстояние (высота) от начала пересыпной трубы до данного сечения, л<;
а — угол наклона пересыпной трубы к горизонту, градусы;
/ — коэффициент трения скольжения сыпучего груза о поверхность пересыпной
трубы.
Для рядового колчедана и кусковой серы / = 1,0; для флотационного колчедана
f = 0,78 (при стальной трубе). Чтобы сырье (колчедан, сера) перемещалось по сталь-
ной пересыпной трубе, необходимо соблюдать условие tga >;/.
Наибольшая скорость движения в пересыпной трубе колчедана и серы v = 1 —
— 1,5 м/сек.
Затворы. Конструкция горизонтального затвора выбирается в зависимости
от физических свойств (хрупкость, размер) груза и его давления на дно бункера.
Среднее давление (в кгс/мг) на дно бункера (горизонтальный затвор):
о = 5,6К0уЯ
где у — насыпной вес груза, кгс/м3\
R — гидравлический радиус выпускного отверстия бункера, м;
Ко—коэффициент, учитывающий особенности эксплуатации бункеров.
Для бункеров, опорожняемых полностью при каждом открывании затвора, Ко
берется равным 2. Для бункеров, опорожняемых полностью не при каждом открыва-
нии затвора, Ко & 1,5, для неразгружаемых полностью бункеров Ко~ 1-
Полное вертикальное усилие (в кгс) на дно бункера (горизонтальный затвор):
= GF
.где F— площадь выпускного отверстия бункера, м2.
Плоские (шиберные) затворы, одно- и двухреечные, применяются в бункерах для
сухого флотационного колчедана, огарка, а также кускового колчедана и серы
(размеры кусков до 200 мм) при условии, что отверстие в бункере остается открытым
До полного его опоражнивания. Затворы снабжаются электрическим или пневмати-
ческим приводом.
По расположению различают затворы горизонтальные и вертикальные.
Дисковый затвор (задвижка) применяется в пересыпных трубах и бункерах, в га-
зоходах, на выходе огарка из печей кипящего слоя, котлов-утилизаторов, циклонов
и сухих электрофильтров печных отделений сернокислотных заводов.
Ниже приведены размеры дискового затвора (рис. VI-14):
Диаметр D. мм Диаметр d, мм Н, мм Вес, кгс
200 170 230 83
300 250 270 134
400 300 350 165
Секторные затворы устанавливаются в бункерах, используемых для хранения
флотационного и кускового колчедана, а также серы (куски до 75 мм). Такие затворы
пригодны для перекрывания горизонтальных или слегка наклонных отверстий бун-
318
VI. Сырье и подготовка к обжигу
керов и пересыпных труб. Секторные затворы открываются и закрываются вручную
или с помощью пневматического привода.
Челюстные затворы применяются при больших выпускных отверстиях бункеров
для крупнокускового, а иногда и для флотационного колчедана, а также для серы.
Затворы часто снабжаются пневматическими или электромеханическим приводом.
Питатели. Ленточный питатель
№ применяется для флотационного и дроб-
леного колчедана и серы кусками раз-
мером до 50 мм. Питатель устанавли-
вается горизонтально или наклонно
под углом до 10° к горизонту.
Производительность ленточного
питателя (в щ/ч):
Q = 3600b /iyp(p
где b — расстояние между бортами
желоба, м;
h — высота бортов, .и;
v — скорость ленты, м/сек;
р — насыпная плотность груза,
т/м3;
<р — коэффициент заполнения же-
лоба, <р = 0,75—0,8.
Рис. VI-14. Дисковый затвор
(задвижка):
/ — чугунная задвижка; 2 — рукоятка;
3 — пружина; 4 — корпус задвижки.
Ниже приведена техническая характеристика ленточных питателей:
Ширина ленты, мм.....................
Расстояние между центрами, мм . . .
Скорость ленты, м/сек ...............
Производительность при высоте слоя
0,1 м, м3/ч .........................
Электродвигатель типа ................
мощность, квт....................
число оборотов, обороты в 1 мин
Вес питателя без ленты и электродвига-
теля, кгс............................
400 865 0,05—0,43 500 1500 0,05—0,43 800 2000 0,035—0,2
5,4—46,5 7,2—62 17,6—176
АО-42-6 АО-42-6 МА-142-2/8
1,7 1,7 4,0
1000 1000 750
391 471 1280
Пластинчатый питатель служит для подачи колчедана к печам кипящего слоя
и дробилкам. Он устанавливается горизонтально или наклонно под углом до 14°
к горизонту. Такие питатели способны выдерживать большую нагрузку на настил,
создаваемую при больших размерах выпускных отверстий бункеров.
Производительность питателя с желобчатой (лотковой) лентой (полотном) опре-
деляется так же, как производительность ленточных питателей (табл. V1-7).
3. Оборудование складов
310
Таблица VI-7. Техническая характеристика пластинчатых питателей
Ширина полотна мм Скорость полотна м'сек Диаметр выпускного отверстия бункера, мм Длина питателя мм
125 | 160 | 200 | 250 | 320 | 400
производительность, .ч’.ч
500 0,1 0,16 16 25 20 32 25 46 32 50 — — 2000—10 000
800 0,1 26 34 42 53 68 2000—10 000
0,16 42 54 67 85 109
1200 0,1 50 63 80 100 125 2000—10 000
0,16 80 100 125 160 200
Примечание. Длина питателя
. звездочек) может быть любой, но должна
(расстояние между осями приводной и натяжной
быть кратна 0,2 м.
Питатели выпускаются в двух исполнениях, 1-е исполнение для работы в легком
режиме и 2-е исполнение для работы в тяжелом режиме. Питатель в 1-м исполнении
применяется в том случае, когда давление материала в загрузочном бункере на по-
лотно питателя не превышает 1500 кгс, а во 2-м исполнении — при давлении груза от
1500 до 3000 кгс.
Максимально допустимая нагрузка на 1 пог. м полотна в пластинчатых питателях
составляет 1500 кгс', допускаемый угол наклона питателя к горизонту для колчедана
и серы равен 20°.
Цепной питатель служит для равномерной подачи колчедана кусками размером
от 150 до 800 мм в щековые или конусные дробилки крупного дробления.
Производительность цепного питателя до 100 м3/ч при числе оборотов барабана
11 об/мин. Мощность электродвигателя 7 кет, вес питателя с приводом 4075 кгс.
Качающийся (лотковый) питатель служит для равномерной подачи колчедана или
серы. Устанавливается обычно перед молотковой и валковой дробилками. Его про-
изводительность (в т/ч) определяется по уравнению:
Q = 60B/iSnqpp
где В — расстояние между бортами (ширина лотка), м\
h — расстояние от нижней кромки регулировочной задвижки до плоскости лотка
(по нормали к плоскости), м\
. S — ход лотка, м (обычно S = 0,05—0,075 Л0;
п — число ходов в 1 мин (20—60);
Ф — коэффициент подачи; ф = 0,65—0,7;
р — насыпная плотность, т/м3.
Наибольший допустимый размер кусков груза зависит от ширины лотка В;
при В = 750 мм куски могут быть размером до 350 мм\ при В = 1000 мм до 375 мм.
Ниже приведена техническая характеристика лотковых питателей, рекомендуе-
мых для подачи дробленого рядового и флотационного колчедана и серы:
Л-З(КТ-З) Л-4 (К.Т-4)
Размеры лотка, мм
ширина...................
рабочая ширина . . .
Длина ...............
Высота бортов корпуса, мм
460
400
1500
275
700
620
1460
500
320
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Производительность (в m/ч) в зависимости
от хода лотка, равного 2R (R — величина
эксцентриситета в .м.м) при р = 2,2 т.'м3
27? = 50 ............................. 12,2 50
27? = 40 ............................... 9,76 40
27? = 30 ............................... 7,32 30
27? = 20 ............................... 4,88 20
Наибольший размер кусков руды, ,м.ч ... 50 200
Число ходов лотка, обороты в 1 мин . . 23 23
Наибольший ход подвижного лотка, .м.ч . . 50 50
Габариты, .и.и
длина...................................... 2670 2742
ширина.................................. 690 892
высота ................................. 542 774
Вес питателя (с приводом), кгс .............. 423 558
Тарельчатый (дисковый) питатель служит для равномерной подачи сухого
(влажность до 4%) флотационного или дробленого кускового колчедана. При работе
на сухом флотационном колчедане питатель заключается в герметичный кожух.
Питатели этого типа легко регулируются по производительности и отличаются
точностью дозировки. Производительность питателей регулируется изменением
числа оборотов диска, положением скребка и поднятием или опусканием манжеты.
Основные параметры питателей приведены в ГОСТ 7202—66, техническая харак-
теристика дана в табл. VI-8 и VI-9.
Таблица VI-8. Техническая характеристика
применяемых тарельчатых питателей
Показатель Диаметр тарели (диска), мм
1300 1600 2000
Производительность, м3/ч ....... До 15 До 28 25—35
Число оборотов тарели (диска) в 1 мин 5 4 4
Электродвигатель А-42-4 А-52-6 А-52-6
мощность, кет 2,8 4,5 4,5
число оборотов в 1 мин 1500 980 980
Общий вес, кгс 1335 2565 3200
Таблица VI-9. Техническая характеристика тарельчатых питателей
Показатель СМ-179 СМ-274 СМ-276 СМ-187
Диаметр тарели, мм 750 1000 1000 1250
Производительность, м3/ч 3 10 10 15
Высота подъема манжеты, мм 130 — —• :
Число оборотов тарели (диска) в 1 мин 4,19 7 7 7
Электродвигатель АО-31-4 АО-41-6 АО-41-6 АО-42-6
мощность, кет 0,6 — — 1,7
число оборотов в 1 мин 1410 930 930 930
Габариты, мм
длина 1065 1945 1950 2090
ширина 766 1480 1500 1860
высота 835 1065 1446 1400
Вес питателя с приводом, кгс .... 238 790 825 952
3. Оборудование складов
321
О тарельчатых питателях со спиральным ножом и конусно-ступенчатым бунке-
ром, используемых для равномерной подачи флотационного колчедана в печи
кипящего слоя, см. раздел VII стр. 378; о секторных питателях см. раздел VII
стр. 379.
Автоматический лопастной питатель применяется для разгрузки влажных,
слеживающихся и склонных к сводообразованию грузов (пиритный концентрат)
из щелевых бункеров.
Питатель снабжен вращающимися скребками, с помощью которых груз уда-
ляется из бункера. Питатель устанавливается на тележке и перемещается вдоль раз-
грузочной щели бункера. Производительность питателя регулируется изменением
числа оборотов скребков и достигает 400 т/ч и более.
Транспортное оборудование
Ленточные конвейеры. Основные параметры стационарных ленточных конвейе-
ров предусмотрены в ГОСТ 10624—63. Характеристика ленточных передвижных
конвейеров общего назначения дана в ГОСТ 2103—68. В табл. VI-10 и VI-11 приве-
дены данные для ленточных конвейеров, применяемых в сернокислотной промыш-
ленности*.
Для подачи серосодержащего сырья в рабочей части конвейера применяется лента
желобчатой формы. Конвейер разгружается с помощью приводного барабана, а в про-
межуточных точках — плужковым сбрасывателем или барабанным разгружателем
(сбрасывающей тележкой). Односторонние плужковые сбрасыватели устанавливаются
на горизонтальных или слегка наклонных (до 10°) конвейерах, двусторонние и бара-
банные разгружатели только на горизонтальных.
Сортированный колчедан (или сера) содержит до 80% кусков размером, ука-
занным в табл. VI-11, рядовой колчедан (или сера) — до 15% кусков размером, ука-
занным в этой же таблице.
Технические параметры резино-тканевых хлопчатобумажных лент установлены
по ГОСТ 20—62; ширина лент колеблется от 300 до 2000 мм; длина ленты в рулоне
до 120 м. Толщина одной прокладки 1,25—2,3 мм (с резиновой прослойкой), тол-
щина обкладки рабочей поверхности ленты для серы 3 мм, для колчедана 4,5 мм;
нерабочей поверхности — 2 мм.
Скорость горизонтальной ленты для флотационного колчедана 0,6—1,6, для
кускового колчедана или серы 1—2, для огарка 0,5—0,6 м/сек. Скорость лент, на-
клонных под углом 18° к горизонту, составляет'"-'0,85 скорости горизонтальных кон-
вейеров. При наличии плужковых сбрасывателей скорость ленты не более 1,25 м/сек.
Для увеличения угла наклона конвейера к горизонту до 24° по всей рабочей
поверхности ленты делаются шевронные выступы. В зарубежной практике при уве-
личении угла наклона конвейера к горизонту до 36—60° параллельно ленте основного
конвейера, несущего груз, движется с такой же скоростью вторая лента, прикрыва-
ющая груз и препятствующая его скольжению вниз при крутом наклоне ленты. Верх-
няя резиновая лента прижимается к грузу с помощью роликов с резиновыми пневма-
тическими или сплошными шинами.
Увеличение угла наклона конвейера до 60° возможно также при применении
прижимной ленты, состоящей из большого количества соединенных друг с другом
Цепных звеньев, обладающих гибкостью и подвижностью в продольном и поперечном
Направлениях.
Используются и канатно-ленточные конвейеры.
На зарубежных предприятиях применяются также конвейеры с криволинейной
трассой (в плане) и возможными изгибами в горизонтальной плоскости. Разработаны
Конструкции подвесных и герметичных рукавных (трубчатых) лент.
* Разработаны ленты с бортами, что уменьшает просыпи груза и увеличи-
вает производительность конвейера.
21 Справочник сернокислотчика
322
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Таблица VI-10. Техническая характеристика
стационарных ленточных конвейеров
Показатель Лента
прорезиненная общего назначения прорезиненная специального назначения стальная
Длина конвейера, м, не бо- лее 500 500 60
Ширина лент, мм .... 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400 500, 650
Расстояние между ролика- ми, м
нагруженная ветвь 1,2—1,3 1,2—1,3 1,0—2,0
ненагруженная ветвь 2,4—3 2,4—3 3—6
в местах загрузки . . . 0,3—0,6 0,3—0,6 1,6
Скорость ленты, м/сек * 0,6—2,0 0,6—2,0 До 1
Уклон наибольший, градусы
для кускового колче- дана и серы .... 18 18 15—16
для флотационного кол- чедана 18—19 18—19 —
для огарка увлажнен- ного 20 20 —
Радиус закругления ленты при переходе от горизон- тального положения к на- клонному, м Рабочая температура, °C наибольшая 50- (в з а в и от шири 60 -150 с и м о с т и вы ленты) 130 (с теплоизоли- рующим слоем) 100 (без теплоизоли- рующего слоя) S : 3,7 ** 120—300 ***
наименьшая —25 —45 —
* Для лент шириной 400 и 500 мм скорость обычно не превышает 1,25 м/сек; для
наклонных конвейеров принимаются меньшие значения (стр. 321).
*♦ S — натяжение ленты в точке набегания на криволинейный участок (в кгс).
*** При равномерном нагревании ленты по ее ширине.
3. Оборудование складов
323
Таблица VI-l 1. Ленты стационарного конвейера
(для колчедана и серы)
Показатель Ширина ленты, .и.м
400 500 650 800 1000
Число прокладок 3—5 3—6 3—7 3—8 4—10
Производительность*, Л13, ч плоская лента 30 50 85 ГЗО 200
желобчатая лента 50 80 135 205 320
Наибольший размер кусков, мм сортированный колчедан (сера) 65 90 НО 160 250
рядовой колчедан (сера) НО 150 200 310 450
* Рассчитана для горизонтальных конвейеров при скорости ленты 1 м/сек.
Производительность (в т/ч) горизонтального ленточного конвейера с желоб-
чатой или плоской лентой рассчитывают по уравнению:
Q = Kb2vp
где b — ширина ленты, л/;
v — скорость ленты, м!сек\
р — насыпная плотность материала, т!м3.
Величина К для желобчатой ленты (рядовой колчедан и кусковая сера) равна
320, для флотационного колчедана и сухого огарка К = 265. При применении плоской
ленты значения К в два раза меньше.
Производительность наклонного ленточного конвейера определяют как произве-
дение производительности соответствующего горизонтального конвейера и коэффи-
циента ф, зависящего от угла наклона ленты конвейера:
Угол наклона ленты, градусы 0—10 10—15 15—18 20—22
Значение ф.................. 1,0 0,95 0,9 0,85
Мощность (в кет) на валу приводного барабана определяется по формуле
у =
102т]
где k3 — коэффициент запаса (k3 = 1,2—1,25);
Р — тяговое усилие конвейера, кгс,
т] — к. п. д. привода
П -- ПмПб
где т)б — к. п. д. приводного барабана;
т)м —к. п. д. передаточного механизма.
К. п. д. приводного барабана вычисляют по уравнению
1
Пб 1+F6(2fcs-1)
где IF6 — коэффициент сопротивления барабана, 1Гб = 0,01 — 0,015;
ks — коэффициент (табл. VI-12), равный
21*
324
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Значения и, <^1а и ks — приведены в табл. VI-12.
Т а б л и ц a VI-12. Значения р, еца, ks
Поверхность приводного и Углы обхвата лентой барабана, 1радусы
180 210 240 270 300 180 210 240 270 зэо
барабана kS
Сухая
чугунная обрезинен- 0,3 2,56 3,00 3,51 4,11 4,81 1,64 1,50 1,40 1,32 1,26
ная . . . 0,4 3,51 4,32 5,34 6,58 8,24 1,40 1,30 1,23 1,18 1,14
Влажная
чугунная обрезинен- 0,2 1,87 2,08 2,31 2,51 2,85 2,15 1,92 1,76 1,66 1,54
ная . . . 0,25 2,19 2,50 2,85 3,24 3,71 1,84 1,67 1,54 1,44 1,37
Тяговое усилие конвейера (в кгс) *:
Р = [w'Lr (q -f- qp) Hq] m4m2m3m4mb
где w’ — коэффициент сопротивления (см. ниже);
Lr — длина конвейера по горизонтали, м;
q — вес груза на 1 пог. м ленты, кгс,
<7Д — вес движущихся частей конвейера, отнесенный к еди-
нице его длины, кгс/мг,
Н — высота подъема груза, м\
mlt т2, т3, т4, т6 — коэффициенты (см. ниже).
Коэффициент сопротивления w' зависит от характера работы конвейера с ро-
ликами на подшипниках качения:
Характеристика работы конвейера w’
В чистом сухом помещении, без пыли..................... 0,02
В отапливаемом помещении; имеется небольшое количе-
ство абразивной пыли; нормальная влажность воздуха 0,025
В неотапливаемом помещении и на открытом воздухе;
имеется большое количество абразивной пыли; повы-
шенная влажность..................................... 0,04
Очень тяжелые условия в пыльной атмосфере .... 0,04—0,06
Значение коэффициентов т4, т2, т3, т4, т$ для конвейера с барабанами на под-
шипниках качения:
Характеристика конвейера Коэффициент
Длина, м
менее 15.......................................... 1,2—1,5
» 15—30....................................... 1,1—1,2
» 30—150 .....................................1,05—1,1
» 150 и более..................................... 1,05
* Расчет ориентировочный. Для более точного определения тягового усилия
применяют так называемый «метод расчета по точкам».
3. Оборудование складов
325
Прямолинейный или с изгибо'м трассы, направленным
выпуклостью вниз................................... 1
С перегибом трассы, направленным выпуклостью вверх
головной части .................................. 1,06
средней части .................................. 1,04
хвостовой части 1,02
т3
Однобарабанный привод.................................. 1
Хвостовая натяжная станция ............................ 1
Вертикальная натяжная станция, имеющая г барабанов 1-}-0,02г
т-я
Без сбрасывающей тележки........................... 1
С моторной сбрасывающей тележкой .................... 1,3
Примечание. Величина коэффициента зависит от условии
работы: меньшие значения принимаются для хороших, большие—для тяже-
лых условий работы.
Для расчета тягового усилия принимают следующие значения <?д:'
Ширина ленты Ь, мм......... 400 500 650 800 1000 1200
Вес 1 пог. м <7Д, кге/м .... 30 38 50 65 95 130
Расчет ленты на механическую прочность
Необходимое число прокладок в ленте
„________________________________ ^макс
’где SMaKc — усилие в ленте в месте набегания ее на приводной барабан, кгс,
b — ширина ленты, см\
К — допускаемая нагрузка, кгс/см ширины одной прокладки:
$макс = PkS;
* ks — определяют по табл. VI-12;
" Kz — предел прочности на разрыв, кгс/см ширины одной прокладки;
• i — коэффициент запаса прочности.
: В соответствии с ГОСТ 20—62 предел прочности на разрыв Кг (в кгс/см) прини-
мается для тканевых лент:
Ткань
Бельтинг Б-820 ..................... 55
» ОПБ-5 и ОПБ-12 .... 115
’ Уточно-шнуровая .................. 119
i Коэффициент запаса прочности для лент (i) принимают в зависимости от числа
Прокладок в ленте (п):
' п ............. 3 4—5 6—8 9—11 12—14
i ............. 9 9,5 10 10,5 11,0
7 Конвейеры со стальной лентой применяются для разгрузки кускового колчедана
£ огарка. Лента толщиной 0,6—1,2 мм изготавливается прокаткой углеродистой
(марки 40Г и 65Г) и нержавеющей сталей. При продольной сшивке отдельных лент
|Йожно получить ленту шириной до 4 м. Наибольшее применение получили ленты
Шириной 500 и 650 мм и толщиной 1,2 мм.
326
Г/. Сырье и подготовка к обжигу
Производительность горизонтального конвейера длиной 50 м с лентой шириной
500 мм и скоростью 1 м сек составляет 70 т ч (для колчедана), необходимая мощ-
ность двигателя (для огарка и колчедана) 2,3—2,5 кет.
Пластинчатые конвейеры с подвижными бортами и плоским настилом приме-
няются для перемещения кускового колчедана на расстояние до 150 м.
Основные данные и параметры стационарных пластинчатых конвейеров общего
назначения установлены ГОСТ 2035—54,
Производительность (в т. ч) горизонтального пластинчатого конвейера при на-
стиле без бортов:
<2пл = 400V (В — 0,1)2р
где v — скорость движения настила (у = 0,2—0,6 м/сек);
В — ширина настила (В = 650, 800, 1000, 1200 мм);
р — насыпная плотность груза, т/м3.
Производительность горизонтального пластинчатого конвейера при настиле
с бортами:
Сбор = 3600В/шфр
где В — расстояние между бортами в чистоте, м;
h. — высота бортов, м;
ф — коэффициент заполнения сечения (ф — 0,7—0,75);
р — насыпная плотность, т/м3.
Производительность наклонного (10—20°) конвейера снижается на 10% при
настиле без бортов и на 5% при настиле с бортами. Ширина настила в зависимости от
величины кусков колчедана:
Ширина настила, мм .................
Крупность кусков колчедана, мм
рядового ...........................
сортированного ................
650 800 1000 1200 1600
200 350 500 600 800
125 200 350 500 600
Ниже приведены углы наклона пластинчатого конвейера в зависимости- от типа
настила:
Настил
Допустимый угол
наклона конвейера
градусы, не более
Плоский ............................... 18
Коробчатый............................. 30
С поперечными планками ................ 45
Мощность No (в кет) на валу приводных звездочек без учета мощности, расхо-
дуемой на сбрасывающее устройство:
No = O,OO247o&Lr + 0,003Q (0,1 lLr + И)
где 7о — масса движущихся частей настила, отнесенная к 1 пог, м, кг/м;
v — скорость конвейера, м/сек;
Lr — длина горизонтальной проекции полной длины конвейера, м;
Q — производительность, т/ч;
Н — высота подъема, м.
7о = 60В + К
где В — ширина настила, м;
К — коэффициент, равный 80 при среднем типе настила и 100 при тяжелом
типе настила.*
* Средний тип настила применяется для сыпучих и кусковых грузов средней
насыпной плотности, тяжелый—для крупнокусковых тяжелых грузов.
3. Оборудование складов
327
Мощность, расходуемая на сбрасывающий нож, равна 0.006QB кет.
Мощность электродвигателя (в кет):
N — 1 2
где т] — к. п. д. привода (т] = 0,7—0,85).
Элеваторы. Основные параметры элеваторов ковшевых вертикальных общего
назначения указаны в ГОСТ 2036—53. Показатели, позволяющие выбрать необхо-
димый тип элеватора, приведены в табл. VI-13, техническая характеристика дана
в табл. VI-14—VI-16.
С целью более полного опорожнения ковшей скорость ленты (в м/сек) быстро-
ходных ленточных элеваторов берут равной
v = (1,8 — 2) IZD
где D — диаметр приводного барабана, м.
Скорость ленты в цепных вертикальных элеваторах меньше на 10—15%.
Т а б л и ц а VI-13. Вертикальные элеваторы
Элеватор X арактеристика Применение
Ленточный
Цепной
Типа ЭЛМ; быстроходный, с рас-
ставленными ковшами и центро-
бежной разгрузкой; скорость
| 1,0—1,25 м/сек
Быстроходный, с расставленными
ковшами и центробежной
разгрузкой; скорость 0,8—
1,25 м/сек. Цепи корабельные
I диаметром 20—25 мм в сочета-
| нии с гладкими приводными
блоками
Тихоходный, с сомкнутыми ков-
шами и самотечной направлен-
, ной разгрузкой; скорость 0,4—
« 0,5 м/сек *
Подача флотационного колче-
дана и холодного огарка на
высоту до 35 м (для флота-
ционного колчедана ковши ти-
па М, для огарка — Г)
Подача горячего колчеданного
огарка и дробленого колчеда-
на кусками размером <50 мм
(ковши типа Г)
Подача колчедана кусками раз-
мером ^>50 мм (ковши типа
ОБН)
* Союзпроммеханизацией разработан тихоходный элеватор с расставленными ковшами
И отклонением нисходящей ветви цепи.
Таблица V1-14. Техническая характеристика
быстроходных цепных элеваторов с расставленными ковшами
Показатель В-200 В-300 В-450 В-600
Производительность, м3/ч 12 28 56 150
Скорость движения ковшей, м/сек Требуемая мощность при высоте эле- 1,05 0,86 1,15 0,935
ватора 10 м, кет 2,1 3,5 5,0 12,0
Габариты в плане, мм — — — 3050Х1260
Ширина ковша *, мм 200 300 450 600
Коэффициент заполнения ковшей 0,7.
328
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Таблица VI-15. Техническая характеристика быстроходных
ленточных элеваторов с расставленными ковшами
Показатель Элеваторы типа ЭЛГ Элеваторы типа ЭЛМ Элева- тор типа Л-100
160 250 350 450 160 250 350 450
Производитель- К о в ш и т и п Г К< э в ш и типа м Ковши типа Г
НОСТЬ, М3/Ч . . . Коэффициент за- 8 22 42 70 3 11 22 45 2,1
полпенни ковша Скорость движе- ния ковшей, 0,6 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5
м/сек Высота Яр м при р — 1 1,25 1,25 1,25 1 1,25 1,25 1,25 0,8
= 1,25 т/м? при р - 33 35 26 26 35 35 26 31 8,98
= 1,6 т/м3 Мощность двига- 30 35 22 22 35 35 33 28 —
теля, кет . . . . 1,7 2,8—7 4,5-10 7—10 2,8 2,8—7 4,5-10 7—10 1,0
Hi — расстояние между осями приводного и
натяжного барабанов.
Таблица VI-16. Техническая характеристика
тихоходных цепных элеваторов с сомкнутыми ковшами
Показатель ЦБ-350 ЦБ-450 ЦБ-600 ЦС-350А ЭЦО-250 ЦС-600А
Производительность при Ф = 0,85, м3/ч 45 80 145 40 20 128
Скорость движения ков- шей, м/сек 0,4 0,4 0,44 0,4 0,5 0,4
Н* при ф=0,85 и р = = 2 т/м3, м 23 18 17 14,5; 19; 24 24;
Т ребуемая мощность на приводном валу при ф = -= 0,85, кет 2,8—10 4,5—14 14—28 39,5 4,5—14 1,7—4,5 ** 45,6 14—28
* Н — расстояние между осями приводного и натяжного барабанов; ф — коэффи-
циент заполнения ковшей; р — насыпная плотность груза.
** При ф = 0,75.
3. Оборудование складов
329
Жесткие подвесные дороги (монорельсы). Для транспортирования колчедана
и огарка на расстояние 100—150 м служат монорельсовые дороги с электрическим
приводом вагонеток (электрические тельферы, табл. VI-17) и управлением из кабины
(рис. VI-15) или с дистанционным управлением и механизмом для автоматизации
опрокидывания кюбеля в пунктах разгрузки (рис. VI-16). Скорость передвижения
тельферов обычно составляет 20 м/мин, скорость подъема 8 м/мин; ток трехфазный
напряжением 220—380 в.
Весь путь разделяют на участки (блокируют). Принцип блокировки пути за-
ключается в разделении питательных троллей на ряд линий, соединенных таким об-
разом, что при переходе вагонетки с одного участка на другой в пройденном участке
ток выключается, а в следующем включается.
Техническая характеристика тележек однорельсовых с грейфером грузоподъ-
емностью 2 и 3 т:
ТМГ-201 ТМГ-301 ТМГ-304
Грузоподъемность, т .... 2 3 5
Емкость грейфера, At3 .... 0,75 1,5 0,35
Вес грейфера, кгс 1200 1500 1600
Насыпная плотность груза, т/м.3 1 1 4
Вес тележки, кгс 4500 4800 4900
Скорость подъема 16 м/мин, высота подъема 20 м, скорость передвижения
75 м/мин, наименьший радиус закругления пути 4 м, профиль рельса — двутавровая
балка № 36-45.
При применении грейферных тележек для транспортирования серы устанавли-
ваются электродвигатели закрытого типа, подвод электроэнергии к которым про-
изводится с помощью гибкого кабеля.
Производительность монорельсовых тележек, (вагонеток). Производительность
одной вагонетки (в т/ч):
. 0,06Гн&
А=~Т~
где Гн — грузоподъемность нетто (полезная), кг;
k — коэффициент использования времени с учетом совмещения операций, k =-
- 0,85;
Т — средняя продолжительность рейса, включающая время движения; про-
должительность загрузки (в среднем 4 мин), пуска и торможения (прибли-
зительно 0,2 мин), взвешивания (0,3 мин) и разгрузки вагонетки (для
вагонеток с ручным опрокидыванием кюбеля 1 —1,5 мин), мин.
Для тележек с кюбелем и грейфером
Ен = ЕрКу
где Е — емкость кюбеля или грейфера, м3;
р — насыпная плотность груза, кг/м3;
КГ — коэффициент грузоподъемности, значения которого приведены ниже:
Тип механизма
Электроталь и крюковая тележка ................0,8
Тележка с грейфером ..........................0,85
Тележка с кюбелем ...........................0,8
Таблица VI-17. Техническая характеристика электроталей (электротельферов)
Показатель ТЭ-0,5 ТЭ-113 ТЭ-213 ТЭ-307 ТЭ-506 ТЭ-505
Грузоподъемность, т 0,5 1,0 2,0 3 5 5
Высота подъема, м 6 18 18 10 10 30
Номера двутавровой балки однорельсового пути 14—24 24—30 24—30 30а—45а 30а— 45а 30а—45а
Электродвигатель подъема
мощность, кет 0,85 2,1 3,0 4,5 7,5 7,5
число оборотов в 1 мин 875 960 960 890 900 900
Электродвигатель передвижения
мощность, кет 0,08 0,6 (2 шт) 0,60 (2 шт) 1,0 1,0 (2 шт) 1,0 (2 шт)
число оборотов в 1 мин 1410 1410 1410 1410 1410 1410
Наименьший радиус закругления, м 1,0 1,8 1,8 >2,5 3 4
Вес электротали, кгс 100 320 630 760 1815 1790
332 VI. Сырье и подготоска к обжигу
4. ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ К ОБЖИГУ
' Дробление колчедана и серы
Первичное дробление кускового колчедана проводится в щековых дробилках
(табл. VI-18). В тех случаях, когда щековые дробилки не могут обеспечить требуемой
производитетьности, применяют конусные дробилки для крупного и среднего дроб-
ления (табл. VI-19, V1-20). Для более мелкого дробления колчедана до 5—6 мм,
с последующим обжигом его в механических печах, устанавливают валковые дро-
билки с гладкими валками (табл. VI-21).
В печах кипящего слоя можно сжигать рядовой колчедан (размер кусков не
более 5 мм), содержащий не менее 60% фракции от 0 до 1 леи. Такой гранулометриче-
ский состав сырья обеспечивается дроблением колчедана в короткоконусных дро-
билках.
Смерзшийся или слежавшийся колчедан дробят в однороторных молотковых дро-
билках (табл. VI-22), кусковую серу (до кусков 25 мм) в зубчатых валковых дробил-
ках с бронзовыми венцами (для предохранения от взрыва при дроблении серы):
ДДЗ-1М ДДЗЭ-9Х9
Размер валков, леи
диаметр . . 450 900
длина Размер кусков серы, мм . . 500 900
максимальный поступающих . . . 200 250
выходящих . . от 0 до 25—50 40—100
Число оборотов валков в 1 мин. . . 64 42
Производительность по углю, т/ч . . 20-7-55 120-4-70
Мощность электродвигателя, кет Габариты, леи 11 40
длина . . 2225 4 290
ширина . . 2220 3 590
высота . . 796 1 360
Вес (без электродвигателя), кгс . . 3120 13 938
Таблица VI-18. Техническая характеристика щековых дробилок ’
Показатель СМ-741 306-0-0 СМ-166А СМ-16Б СМ-ПБ
Ширина загрузочного отверстия, мм 400X900 600X900 250X900 600X900 400X600
Ширина разгрузочной щели, мм 40—100 75—200 20—80 75—200 40—100
Число оборотов вала в 1 мин — — 275 250 250
Производительность, м?/ч . . . 14,5—38 — — — 10—26
при щели 75 мм ... — 45 6 (20 мм) 35 —
» » 200 » ... — 145 30(80 » ) 120 —
Размер загружаемых кусков, мм, не более Мощность двигателя, кет . . . 340 560 210 550 340
55 — 28 75 28
Габариты, мм длина 3310 1352 2250 1650
ширина — 2100 1830 2130 1720
высота — 3125 1230 2375 1520
Вес (без электродвигателя), кгс 9340 23 450 5000 14 230 4930
Для руд с насыпной плотностью р = 1,6 mjM
334
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Таблица VI-20. Техническая характеристика конусных дробилок
Показатель СМ-560 СМ-561 СМ-561А (опытный образец)
Ширина загрузочного отверстия, мм 115
» разгрузочной щели, мм . . . 15—50 12—25 12—25
Диаметр нижнего конуса, мм .... 900 600 600
Число оборотов вала эксцентрика в 1 мин 325
Производительность, м3/ч 38—54 — 20—35
Размер загружаемых кусков, мм, не более 115 25 (при щели 25 мм) 75 (соответственно при щели 12 и 25 мм) 75
Мощность электродвигателя, кет 55 28 28
Габариты, мм длина 2680 1570 1570
ширина 1820 1250 1250
высота 2250 1450 1410
Вес (без электродвигателя), кгс . . . 12 080 4400 4990
Таблица VI-21. Техническая характеристика
валковых дробилок с гладкими валками
Показатель ДВГ-2М СМ-12Б Г80Х50
Размер валков, мм
диаметр 400 600 800
длина 250 400 500
Производительность,
м3/ч — 8—25 ' 4 (щель 4 мм)
т/ч (при насыпной плотно- (щель 10—30 мм) 15 (щель 16 мм)
сти материала 1,6 т/м3) 5—20 * — —.
Наибольший размер загружав- '
мых кусков, мм Мощность электродвигателей, 32 85 До 40
кет. 2Х 4,5 20 28
Габариты, мм
длина 2430 2235 3890
ширина 1502 1710 2731
высота 865 810 1170
Вес (без электродвигателя),
кгс 2510 3400 12 497
Степень измельчения сырья 4; ширина щели должна быть не менее 2 мм.
4. Подготовка сырья к обжигу
335
Таблица VI-22. Техническая характеристика
однороторных молотковых дробилок
Показатель С-218.М СМ-431 СМ-19А СМ-170Б
Диаметр ротора, мм . 600 800 1000 1300
Длина ротора, мм .... 400 600 800 1600
Число оборотов ротора в 1 мин 1250 985 975 735
Производительность, т!ч — — До 90 —
для известняка .... 8- 10,н3/ч 19,5—28 —• 34—54
» угля — 18—24 (щель 13 мм) — 67—105 (щель 45 мм)
» шлака 12—15 м?!ч — — —
Размеры кусков, мм
загружаемых 100 До 200 До 80 До 300
выгружаемых 35 (зазор между ко- лосниками) 0—13 <3 0—25
Габариты, мм
длина 1055 1350 4190 2230
ширина 895 1255 2500 1740
высота 1122 1230 1800 1515
Мощность электродвигате- ля, кет 14 55 215 130
Вес (без электродвигателя), кгс 1122 2310 8800 5050
Производительность дробилок при дроблении смерзшегося флотационного кол-
чедана (без колосниковой решетки) составляет примерно 60% производительности
при работе на угле.
При наличии колосниковых решеток влажность колчедана не должна превы-
шать 3—4%, без них 50%. Если дробилки используются для измельчения катышей
колчедана после барабанных сушилок, то проба колчедана должна проходить при
просеве через сито с отверстиями 2 мм; остаток на сите не более 5%.
Грохоты. Для предварительного просева кускового колчедана перед щековыми
(конусными) дробилками устанавливают плоские качающиеся или вибрационные
грохоты (табл. VI-23).
В размольных отделениях после вторичного дробления, а также на складах для
просева флотационного колчедана перед подачей его в печи с кипящим слоем приме-
няют вибрационные грохоты. На некоторых заводах с механическими печами еще
эксплуатируются барабанные грохоты.
336
17. Сырье и подготовка к обжигу
Таблица VI-23. Техническая характеристика
барабанных н качающихся грохотов
Показатель Г рохот
барабанный для разделе- ния на классы 8 мм и >8 мм барабанный, завода «Прогресс» качающийся, по проекту Г нпрохима
Производительность, Ш/ч 20 * 30 * 20—30
Габариты, мм
длина 8340 6793 2720
ширина ... 2200 2050 1400
высота 2100 2850 960
Размер отверстия сит, мм 8—10 10 42Х 32
Число оборотов барабана в 1 мин . . . 18 — —
Мощность электродвигателя, кет . . . 3,7 5,2 0,735
Угол наклона к горизонту, градусы . . 4 4 14—17 **
Вес, кгс 5300 11 200 800
* Для колчедана кусками размером менее 30 мм отсев составляет —50% исходного
материала.
** Применяется для отсева кусков рядового колчедана размером до 120 мм перед пода-
чей их на первичное дробление.
Ниже приведена техническая характеристика жироскопических грохотов Г /К
с одним ситом:
ГЖ-1 ГЖ-2
Габариты, мм
длина . . 1036 2140
ширина . . 675 1314
высота при наклоне 0° . . 347 570
» » » 30° . . 750 1400
Размер сита, мм
ширина . . 400 800
длина . . 800 1600
Размеры отверстий сит, мм . 2, 4, 8, 12, 4, 6, 14,
Площадь сита, м? Число оборотов вала в 1 мин . . . . 14, 20, 26 . . 0,3 18, 24, 30 1,2
. . 1800 1420
Возможные углы наклона, градусы . . Амплитуда колебаний короба, мм . . . . . 0—30 0—30
. . 6 6
Электродвигатель
мощность, кет . . 0,4 1,7
число оборотов в 1 мин . . 1400 1420
Вес грохота общий, кгс . . 125 600
4. Подготовка сырья к обжигу
337
Т аблица V1-24. Производительность жироскопических грохотов ГЖ (в т ч)
в зависимости от размеров отверстий в ситах
Материал ГЖ-1 ГЖ -2
Размер о гверстий сит, мм
4 8 12 14 20 4 6 10 14 18 24
Руда Песок или гравий 4 4,5 6 6,5 7,5 12,5 15,5 23 25,5 28 30,5
сухое грохо- чение . . 5 5,5 7,5 8 9,5 15,5 19 25,5 32 36 42
мокрое грохо- чение . . . 9,5 10 И 12 13 30,5 38 46 49 51 54
Производительность дана для сухого материала насыпной плотностью 1,61 т/м3,
содержащего 50% наиболее крупной фракции, при угле наклона грохота 20°. Ря-
довой и флотационный колчедан просевают на ситах с отверстиями 6 мм.
Ниже приведена техническая характеристика вибрационных грохотов с двумя
ситами:
ГВР1Л (вибрационио- рессорный) СМ57О-О-О СМ571-О-О
Производительность, м3/ч . До 70 (отвер- — —
стие в нижнем
сите 13 мм)
Габариты грохота, мм
длина —2690 3000 3560
ширина —1860 1849 2194
высота —1450 790 933
Размеры, мм
сит 1250X2500 1000X2500 1250X3000
отверстий сит 3—25 — —
Угол наклона короба, градусы . . 15 До 30 До 30
Число оборотов вибратора в 1 мин 1200 1400 1300
Амплитуда колебаний короба, мм . . 2,5 2,5 2,75
Электродвигатель
мощность, кет 3,8 4,5 7
число оборотов в 1 мин . . . . 960 1440 1440
Общий вес грохота, кгс 1233 1870 2840
• ' Просев рядового и флотационного колчедана производится на сите с отверстиями
мм. В грохоте устанавливается одно сито. Грохота СМ570-0-0 и СМ571-0-0 могут
®ыть установлены на рамах или подвешены на подвесках.
22 Справочник ^серн окис лотчик а
338
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Сушка колчедана
Данные для приближенного расчета барабанных сушилок
Основные условия сушки флотационного колчедана:
1. При сушке колчедана топочные газы движутся прямотоком колчедану. Тем-
пература газов на входе в сушильный барабан до 750—800° С, на выходе из него не
менее 110—120°С.
2. Температура колчедана не должна превышать 80—90° С.
3. Коэффициент заполнения сушильного барабана ~0,2. Коэффициент полезного
действия барабана ~70—75% .
4. Напряженность барабанной сушилки для флотационного колчедана А =
= 40—60 кг/ч влаги на 1 м3 объема барабана.
5. Количество выходящей из барабана пыли составляет 10—12% от количества
подаваемого в барабан продукта.
6. Скорость газов на выходе из барабана 1,2—1,5 м/сек.
7. Напряжение зеркала горения для угля* ~-60-104 ккал/(м~- ч); напряжение то-
почного пространства 25-104 ккал/(м3-ч). Избыточное давление воздуха под колос-
никовой решеткой топки 60 мм вод. ст.; разрежение над колосниковой решеткой
3—5 мм вод. ст.
В качестве топлива применяют также газ, мазут, сланцевое масло. При сжигании
мазута удельный расход топлива 7,3 кг/т колчедана (начальная влажность колче-
дана 10—12%, конечная 2,5—3%).
Расчет:
1. Основные размеры сушильного барабана при заданной производительности
сушилки определяют, пользуясь следующими уравнениями:
где Кб — объем барабана, м3;
w — количество воды, удаляемой при сушке колчедана, кг/ч;
А —напряженность сушилки по влаге, А — 40-т-бО кг/(м3ч)
где Q — количество колчедана, поступающего в барабан, кг/ч;
— начальная влажность колчедана, %;
w2 — конечная влажность колчедана, % .
Для предупреждения уноса мелких частиц колчедана выбранный диаметр
барабана проверяют в зависимости от скорости теплоносителя.
2. Теоретический расход тепла на сушку включает расходы тепла на испарение
воды, на нагрев колчедана и на потери с отходящими газами. В расчете исходят из
следующих средних температур:
Колчедан
поступающий на сушку ................. 10
сухой............................. 80—90
Топочные газы
поступающие .......................... 750—800
отходящие ........................ НО—120
после хвостового вентилятора..........105
Окружающий воздух ................... 15
Приведены данные для бурого угля.
4. Подготовка сырья к обжигу
339
Потери тепла в окружающую среду лИО'о.
Действительный расход тепла на испарение 1 кг воды ориентировочно определяют
в зависимости от начальной и конечной влажности колчедана (рис. V1-17). При сжи-
гании мазута расход тепла составляет 565 ккал!кг удаляемой воды (начальная
влажность колчедана 10—12°о, конечная 2,5—3%).
Рис. VI-17. Расход тепла на ис-
парение 1 кг воды в зависимости
от начальной (о»1) и конечной
(аь) влажности колчедана.
Начальная влажность ы,
колчедана, %
С увеличением температуры входящих газов резко увеличивается производи-
тельность сушилки. Производительность зависит также от начальной влажности
колчедана:
Влажность, %
начальная конечная * . . 6,5 4,0 8,5 4,0 11,0 4,0 7,0 2,0 7,0 2,7
Температура суш-
ки, °C .... 500—550 500—550 500—550 450—500 450—500
Производитель-
ность, т/сутки. 135 115 80 80 100
* По условиям работы пневматических линий, подающих сырье к печам пылевидного
обжига, влажность флотационного колчедана может составлять 2,5 — 3%.
На рис. VI-18 приведена экспериментальная кривая распределения температуры
Рис. VI-18. Экспериментальные кривые распределения темпе-
ратуры теплоносителя (/) и влажности колчедана (2) по длине
сушильного барабана.
22*
340
V/. Сырье и подготовка к обжигу
сушильного барабана (длина-барабана 12 м, диаметр 2,2 л). Резкое падение темпе-
ратуры теплоносителя наблюдается на участке, расположенном на расстоянии около
3 л от горячей головки барабана. Здесь же происходит интенсивный съем тепла и наи-
большее испарение влаги. Этот участок барабана ориентировочно считается зоной
постоянной скорости сушки; температура среды в зоне характеризует ход процесса
сушки.
Изменение влажности колчедана происходит равномерно по всей длине барабана.
3. Производительность дутьевого вентилятора определяют исходя из макси-
мально возможной производительности сушильного барабана.
Количество воздуха (в .и3 при нормальных условиях), необходимое для сжигания
1 кг топлива:
Vt -= «Ко
Ко - 0,089Ср + 0,267Нр — 0,033 (Sp — Ср)
где Vo — теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для полного сго-
рания топлива;
а — коэффициент избытка воздуха для сжигания каменного угля при наличии
механических колосниковых решеток, а= 1,2—1,4.
С учетом температуры газа
С учетом потерь в воздухопроводе количество воздуха следует увеличить на 10% .
Полное количество воздуха (в .и3) для сжигания В кг/ч топлива или производи-
тельность дутьевого вентилятора определяют по уравнению:
L - 1,1В Vt
Для обеспечения нормальной работы и при форсированной нагрузке топки его
производительность должна быть на 30—50% больше расчетной.
При сжигании мазута при а = 3,8—4,0 расход первичного воздуха на 1 кг
мазута составляет 10 м3 (объем газа приведен к нормальным условиям), вторичного
«^30 м3 (первичный воздух подается в форсунку, вторичный — в смесительную ка-
меру топки).
4. Размер хвостового вентилятора (дымососа) определяют по количеству уда-
ляемых им газов, которые разбавлены воздухом, поступающим в смесительную ка-
меру топки и через зазоры в уплотнениях, а также по количеству водяных паров,
образовавшихся при высушивании колчедана.
Ориентировочно объем сухих газов (приведенный к нормальным условиям),
полученных при сжигании 1 кг топлива, определяют по уравнению (в ле3):
<25
Vcr=x“-io5o’
где Qp — низшая теплотворная способность топлива.
Коэффициент К равен:
Каменный уголь ..............1,14 Антрацит....................1,13
Бурый уголь .................1,27 Мазут ......................1,15
Теоретически объем * водяных паров (в лс3) при сжигании 1 кг твердого и жидкого
топлива равен (при а = 1):
Квп = 0,111Нр + 0,0124 Wp + 0,0161 Ко
При а > 1 величина Квп = Квп + 0,0161 (а — 1) Ко.
* Объем газов приведен к нормальным условиям.
4. Подготовка сырья к обжигу
341
Коэффициент избытка воздуха а в топках сушильных установок составляет
2,5—4,5. Производительность хвостового вентилятора должна на 30—50% превы-
шать расчетную, напор в пределах 100—150 мм вод. ст.
Ниже приведена основная характеристика изготовляемых барабанных сушилок
для флотационного колчедана (по проектам Гипрохима и данным заводов):
В Характеристика н у т р е н н и и 1,2 м диаметр 1,6 С V Ш 1 2 2
Длина барабана, м Угол наклона оси барабана к 8 12 14
горизонту, градусы 3 4 4
Число оборотов барабана в 1 мин Производительность сушилки 4,5 3,5 7
по поступающему колчеда- ну, т!ч 10 20 35
Мощность электродвигателя, кет 11 14 25
Основные размеры и параметры барабанных сушилок указаны в нормали МН
5278—64 «Аппараты с вращающимися барабанами общего назначения. Сушилки,
корпусы с насадками приемно-винтовой, лопастной и секторной». Метод теплового
расчета сушилок приведен в нормали РТМ 116—64 ВНИИНМаш. Выбор корпусов
сушилок с насадками, температурных режимов сушки, параметров, характеризу-
ющих эффективность работы насадок и значения коэффициентов, необходимых для
определения времени пребывания материала в сушильном барабане, производится по
Приложениям I—IV к РТМ 116—64. Метод определения мощности привода указан в
нормали РТМ 117—64.
Типовые размеры барабанных сушилок, изготовляемых различными заводами:
Завод «Прогресс»
Уральский завод химического
машиностроения
Диаметр, м
1
1,2
1,6
2,0
2,2
Длина, м
4; 6
6; 8
6; 8; 10
6; 8; 12
10; 12; 14; 16
Диаметр, м
2,5
2,8
3,0
3,2
3,5
Длина, м
14; 20
14; 20
20
18; 22
27
Загрузочная часть барабана снабжается приемно-винтовой, а остальная часть
лопастной и пятисекторной насадками. На разгрузочном конце сушильного барабана
иногда устанавливают сетчатую насадку для отделения от колчедана посторонних
предметов.
Бункеры и питатели к барабанным сушилкам. Основное требование к процессу
сушки колчедана заключается в обеспечении выдачи его с постоянной остаточной
влажностью при заданной производительности сушилки и при переменной исходной
влажности сырья. Равномерность загрузки барабана зависит от конструкции бун-
кера и питателя сырого колчедана.
Применяются тарельчатые питатели, производительность которых регулируется
изменением числа оборотов тарели или (при постоянной скорости) изменением поло-
жения сбрасывающего ножа.
На рис. VI-19 показан питатель с бункером, емкость которого соответствует
'Часовому запасу сырья (в зависимости от производительности сушилки).
Бункер представляет собой усеченный конус, укрепляемый на опорах через
амортизаторы: на стенках бункера размещены резиновые мембраны и вибраторы.
Из конического бункера колчедан поступает в небольшой цилиндрический бункер,
Снабженный индивидуальным приводом. Цилиндрический бункер вращается в на-
342
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Рис. VI-19. Бункер и питатель для влажных
материалов;
1—бункер; 2— амортизатор; 3—резиновые мембраны;
4 ~ вибраторы; 5 —бункер цилиндрический; б—спи-
ральный нож; 7 — весы; 8 — датчик.
правлении, противоположном вращению тарели питателя, что способствует равно-
мерному продвижению колчедана. Спиральный нож обеспечивает равномерную
выгрузку колчедана. Питатель снабжен механическим датчиком прекращения по-
тока колчедана, по сигналу которого в работу включаются системы вибро- и пневмо-
обрушения колчедана.
К резиновым мембранам бункера подведен сжатый воздух; при его подаче мемб-
раны прогибаются внутрь бункера, что обеспечивает продвижение колчедана; про-
движению влажного колчедана
способствует также вибрация
бункера.
Равномерность подачи кол-
чедана в сушильный барабан
в значительной степени зависит
от конструкции пересыпной
трубы (рис. VI-20).
Труба состоит из вибробун-
кера и неподвижной трубы. Ви-
бробункер представляет собой
усеченную пирамиду, которая
прикрепляется к опорам через
амортизаторы; бункер снабжен
вибратором. Неподвижная часть
представляет собой чугунную
трубу эллипсообразного сече-
ния, с одной стороны она опи-
рается на кладку топки, с дру-
гой — на специальную кирпич-
ную опору.
Для предохранения от пере-
жога задняя стенка пересыпной
трубы имеет рубашку, в которую
подается охлаждающий воздух,
кирпичная опора защищает тру-
бу от пережога. Вибрирующая
часть трубы соединяется с ее
неподвижной частью через пе-
сочный затвор. Вибратор вклю-
чается для встряхивания трубы
через определенные промежутки
времени, задаваемые автомати-
ческим устройством.
Угол наклона перепускной
трубы должен быть максимально
увеличен по отношению к гори-
зонтальной оси, желательно,
чтобы торцевой срез трубы был
вертикальным.
Равномерная загрузка су-
шильного барабана колчеданом
способствует ^некоторой стабилизации остаточной влажности колчедана, однако пол-
ная стабилизация трудно достижима из-за наличия комков и переменной влажности
колчедана. Для улучшения стабилизации остаточной влажности колчедана необхо-
димо также автоматическое управление тепловым режимом сушки, что возможно
лишь при использовании жидкого или газообразного топлива, подача которого
легко регулируется.
Автоматизация сушильного барабана. На рис. VI-21 показана принципиальная
схема автоматизации прямоточного сушильного барабана. В комплексной схеме
4. Подготовка сырья к обжигу
343
автоматизации предусмотрено автоматическое управление (регулятор Рт) подачи
топлива в топку по комбинированному параметру — температуре среды в начальной
части барабана (термопара Tj) и количеству загружаемого в барабан сырья (датчик
загрузки ДЛ. Автоматическое управление подачей в топку вторичного воздуха
(регулятор Р2) регулируется по температуре теплоносителя перед сушильным ба-
рабаном (термопара Т2). Все перечисленные приборы регулируют количество тепла,
вводимого в барабан.
Рис. VI-20. Загрузочное устройство для ввода колчедана в сушильный
барабан:
1 — амортизаторы; 2 — вибробункер; 3—песочный затвор; 4—неподвижная труба;
5—кирпичная опора.
Для стабилизации загрузки сырья предусмотрен регулятор Рз числа оборотов
тарели питателя по количеству поступающего колчедана (датчик — весоизмери-
тель Д2). Для стабилизации скорости теплоносителя, проходящего через барабан,
предусмотрен регулятор разрежения в топке Р4, который изменяет положение за-
слонки перед дымососом 12 по импульсу датчика разрежения Дз.
В схеме предусмотрен также автоматический контроль расхода топлива, кол-
чедана, первичного и вторичного воздуха, температуры теплоносителя перед бараба-
ном и в барабане, а также температуры отходящих газов и колчедана после сушки.
Предусмотрено, кроме того, автоматическое виброобрушение зависшего колчедана
в сырьевом бункере, автоматическое встряхивание пересыпной трубы, подающей
Колчедан в барабан, сигнализация о наличии колчедана на подающем транспортере
и в сырьевом бункере. Эти мероприятия способствуют бесперебойной подаче колчедана
И позволяют своевременно оповещать обслуживающий персонал о прекращении
Подачи сырья. По описанной схеме автоматизации можно стабилизировать остаточ-
ную влажность колчедана (3%) с точностью до ±0,3%. При этом снижается степень
сгорания серы в барабане и удельный расход топлива и улучшаются санитарно-
гигиенические условия работы в цехе.
344
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Весовые устройства. Для взвешивания грузов применяются товарные весы —
десятичные и сотенные, весы автомобильные, вагонеточные, вагонные, весомеры
типа КГП и автоматические весы для ленточных транспортеров и подвесных моно-
рельсовых дорог (табл. VI-25).
Рис. VI-21. Схема автоматизации прямоточного сушильного барабана:
1 — грейфер; 2 — бункер; 3 — питатель; 4 — транспортер подающий; 5 — течки; 6 — бара-
бан сушильный; 7 — камера разгрузочная; 8 — питатель (или транспортер); 9 — транспор-
тер в печное отделение или склад колчедана; 10 — циклон; 11 — затвор; 12 — дымосос;
13 — топка; 14 — воздуховод для вторичного воздуха; 15 — форсунка; 16, 17 — вентиляторы
воздушные для первичного и вторичного воздуха.
Таблица VI-25. Характеристика вагонных, автомобильных
и вагонеточных весов
Показатель Вагонные Автомобильные Вагонеточные ВГЦ-5
А-15 А-10
Наибольшая нагрузка, тс Допустимая погрешность взвешива- 100 15 10 5
НИЯ, % Цена делений, кг 0,1 0,1 0,1 0,1
основной шкалы 1000 500 200 —
дополнительной Размеры платформы, мм 5 2 2 2
длина 7720 6000 5500 2200
ширина — 2500 2500 1100
Вес, кгс 10 000 2400 1348 700
4. Подготовка сырья к обжигу
345
Ниже приведена характеристика подвесных рычажных весов для монорель-
совых дорог:
ВПР-1
Автоматиче-
ские ВАМ-2
Грузоподъемность, т ... 1
Допустимая погрешность взве-
шивания, кгс ................... ±1
Продолжительность взвешива-
ния, сек ................... —
Вес, кгс ....................... 272
2
± 5
20—25
Характеристика автоматических весов типа ЛТ Орехово-Зуевского весовог о
завода для ленточных конвейеров:
Нагрузка на 1 пог. м ленты, кгс......... 80—60
Допустимая погрешность взвешивания, % ± 1
Угол наклона конвейера к горизонту, гра-
дусы ................................... 0—20
Ширина ленты, мм ......................... 500; 650; 800; 1000;
1200; 1400
Скорость движения ленты, м!сек................. Не более 2
Габариты (в зависимости от размера ве-
сов), мм .......................... 2563X 1210—1260X 2680
Вес, кгс ........................... 500—700
Весомер типа КГП предназначен для
автоматического дистанционного определения
количества колчедана или серы в бункерах.
Весомер (рис. VI-22) состоит из мембран-
но-поршневого приемника, пружинного мано-
метра, градуированного в т, и соединитель-
ной медной трубы.
Внутренняя полость днища, находящая-
ся под резиновой мембраной, соединитель-
ная трубка и пружина манометра заполня-
ются рабочей жидкостью (водный раствор
глицерина). Для определения веса материала
весомер устанавливается под одной из двух
опорных лап бункера. При этом прибор пока-
зывает величину, равную половине веса бун-
кера с его содержимым. При трех опорах
весомер будет воспринимать одну треть обще-
го веса бункера с грузом. При соответствую-
щей градуировке шкалы манометра стрелка
весомера может показывать только вес со-
держимого бункера.
Рис. VI-22. Весомер типа КГП:
*
1 — резиновая мембрана; 2—мембрано-поршневой
приемник; 3—грузопередающий цилиндр; 4 — пру-
жинный манометр; 5 — направляющее кольцо;
6 — соединительная трубка; 7 — днище.
346
VI. Сырье и подготовка к обжигу
Габариты приемников весомера:
КТП-50
Грузоподъемность, тс ... . 50
Диаметр, мм ..................... 316
Высота, мм ....................... 160
К.гп-30
30
272
160
Для автоматического регулирования количества (уровня) колчедана или серы
в бункерах применяют электронный сигнализатор уровня типа ЭСУ-1 и радиоактив-
ный индикатор уровня типа РИУ-1.
ЛИТЕРАТУРА
Альферов К- В., Зенков Р. А., Бункерные установки, Машгиз, 1955.
Гурфинкель М. А., Ра мм В. М., Цицарин В. П., Коно-
нов В. А., Внутризаводской транспорт, Госхимиздат, 1941.
Гурфинкель М. А., Механизация погрузочно-разгрузочных работ в химиче-
ской промышленности, Госхимиздат, 1951.
Гурфинкель М. А., Сорокин С. Ф., Уликовский Л. Г., Транс-
портные и погрузочно-разгрузочные машины в химической промышленности,
Машгиз, 1960.
Гриневич Г. П., Механизация погрузочно-разгрузочных работ и склады на
железнодорожном транспорте, Трансжелдориздат, 1955.
Дьячков В. К-, Машины непрерывного транспорта, Машгиз, 1961.
Дьячков В. К-, Зенков Р. Л., Конвейеры со стальной лентой, Машгиз,
1952.
Евтюхов К-C., Техника безопасности внутризаводского транспорта, Оборон-
гиз, 1951.
Зеличенок Г. Г., Монтаж и эксплуатация подъемно-транспортных машин
предприятий строительной индустрии, Стройиздат, 1952.
Кифер П. Г., Абрамович И. И., Грузоподъемные машины, т. 2, Маш-
гиз, 1949.
Левенсон Л. Б., Прейгерзон Г. И., Дробление и грохочение полез-
ных ископаемых, Гостоптехиздат, 1946.
Лурье М. Ю., Михайлов Н. И., Сушильное дело, Кубуч, 1934; Борьба
с затруднениями при поступлении на электростанции влажного или смерзше-
гося топлива, Госэнергоиздат, 1951.
Лыков А. В., Теория сушки, Госэнергоиздат, 1950.
Орлов В. П., Феофилов А. И., Щ о г о л ь М. М., 3 а в и й с к и й В. В.,
Установка для подготовки флотационного колчедана к обжигу, Вестник тех-
нической и экономической информации НИИТЭхим, № 9, 1964.
Пейсахов И. Л., Р а м м В. М., Сосновский Н. П., Сушка и сжи-
гание флотационного колчедана (хвостов), ЖХП, № 9, 1 (1933).
Спиваковский А. О., Дьячков В. К., Транспортирующие машины,
Машгиз, 1955.
Спиваковский А. О., Руденко Н. Ф., Подъемно-транспортные ма-
шины, Машгиз, 1949.
Средства малой механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ,
Машгиз, 1959.
Ф и а л к о Т. М., Автоматизация производства серной кислоты, Изд. «Машино-
строение», 1964.
РАЗДЕЛ VII
ОБЖИГ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
М. А. ГУРФИНКЕЛЬ, Я. Г. КОРЕН БЕРГ, К. М. МАЛИН,
М. И. РА КОВИЧ, А. Н. ТЕРНОВСКАЯ
1. Данные для материальных и тепловых расчетов процесса
обжига................................................... 348
2. Механические подовые печи.............................. 353
3. Печи пылевидного обжига................................ 355
4. Обжиг колчедана в кипящем слое......................... 364
Основы гидродинамики кипящего слоя колчеданного
огарка ............................................. 364
Скорость горения колчедана в кипящем слое, интенсив-
ность обжига, унос пыли ............................ 368
Технологический режим обжига колчедана в кипящем
слое ............................................... 370
Аппаратурная схема печного отделения с печами кипя-
щего слоя...................................... 372
Оборудование печных отделений с печами кипящего слоя 374
Автоматическое регулирование печей кипящего слоя 380
Расчет печи кипящего слоя для обжига флотационного
колчедана...................................... 382
Сушка и пуск печей кипящего слоя ................... 386
Технико-экономические показатели печей кипящего слоя
для обжига колчедана................................ 388
Обжиг колчедана в печах кипящего слоя с применением
кислорода........................................... 389
Обжиг в печи-котле с двумя кипящими слоями (ДКСМ) 389
5. Механизация удаления огарка ........................... 392
Механический транспорт огарка ...................... 393
Пневматический транспорт огарка .................... 399
Гидравлический транспорт огарка .................... 401
6. Сжигание расплавленной серы........................... 403
7. Сжигание сероводорода................................. 409
8. Расщепление отработанной серной кислоты............... 413
9. Использование тепла горения серосодержащего сырья и
котлы-утилизаторы ....................................... 414
Котлы-утилизаторы для чистого сернистого газа ... 415
Котлы утилизаторы для запыленного сернистого газа 418
Литература................................................ 424
1. ДАННЫЕ ДЛЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ И ТЕПЛОВЫХ
РАСЧЕТОВ ПРОЦЕССА ОБЖИГА
Выход огарка и степень использования серы. Если допустить, что сера в огарке
находится в виде такого же химического соединения, что и в руде, то выход огарка
в долях от массы сухой руды составит:
(1 а) Gs
Gs ~ С1 “°) Gsr
(VII-1)
где Gg — теоретическое содержание серы в данном химическом соединении, %;
Gs — фактическое содержание серы в сухой руде, %;
G^r — содержание серы в огарке, %;
а — теоретический выход огарка при полном сгорании данного химического
соединения, доли единицы.
Т аблица VII-1. Расчетные формулы выхода огарка х при обжиге
различного сырья
Сырье и его горючая часть Реакция горения GS a X
Колчедан FeS2 . . . Односернистое железо FeS 4FeS2 + 1 Ю2 = = 2Fe2O3 + 8SO2 3FeS2 4- 80., = = Fe3O4 + 6SO2 4FeS + 7O2 - - 2Fe2O3 + 4SO2 3FeS + 5O2 = - FeA + 3SO2 53,46 53,46 36,46 36,46 0,67 0,64 0,91 0,88 160~ G.S (VII-la) 160 -G°r 148 ~ (Vi I-16) 148-G°r 40571^5 (VII-1b) 405-G°r 304 — Gs (vi Ыг) 304 -G°r
Пирротин Fe7S8 . . . 4Fe7S8 4- 53O2 = = 14Fe2O3 4- 32SO2 39,62 0,86 283 ~ °s (VII- 1д) 283 -G°r
Цинковая обманка ZnS 2ZnS 4 3O2 = - 2ZnO 4- 2SO2 32,49 0,83 191 ~--s- (VH-le) 191-G°r
в составе FeS, вместо выра-
Считая, что сера в колчеданном огарке находится
жений (VII-la) и (VII-16) получим:
160 — Gs
160 —0,4G°r
148 — Gs
148 — 0,5G°r
(VI Ыж)
(VII-la)
1. Данные для расчетов
349
Выход огарка при обжиге углистого колчедана
где х — выход огарка, рассчитанный по формулам (VII-la), (VII-16) или (УП-1ж),
(VII-13);
Gq — содержание углерода в сухой руде, %.
Степень использования серы при обжиге (в долях единицы):
_ Gs~ i'°s' (VII-2)
’’s- GS
Количество выгорающей серы (в %):
GIMr = nsGs (VII -2а)
Состав газов обжига. Зависимость между содержанием кислорода Cq2 и дву-
окиси серы Cso2 (в объемн. %) в обжиговом газе, полученном при сжигании любого
серосодержащего сырья в кислородо-азотной смеси любого состава, выражается
следующим соотношением (без учета образования SOs):
Со2 = п - KCSOa (VII-3)
где п — содержание О3 в исходной газовой смеси, объемн. %;
гп — отношение объема затрачиваемого О2 к объему получаемого SO2 по реак-
ции горения.
Так, для реакции горения колчедана в воздухе
4FeS2+ 11O2 = 8SO2+ 2FeaO3 (VII-la)
11 22,4 , , ,no 0,402м
m=-T- 2L9 =l’402; * = M02-----100-
где 21,9 — мольный объем двуокиси серы *.
При обжиге в воздухе п = 21 и К = 1,318. Следовательно, для этого случая:
Co2=21-1,318CSO2 (VII-4)
Ниже приведены значения т для важнейших реакций горения серосодержащего
сырья с получением сернистого газа, используемого в производстве серной кислоты:
Реакция горения т
4FeS2 + 11О2 = 8SO2 + 2Fe2O3..................1,402
3FeS2 4- 8О2 = 6SO2 4- Fe3O4...................1,36
• 4FeS + 7O2 = 4SO2 4 2Fe3O4 ................1,785
: 3FeS 4. 5O2 = 3SO2 + FeA....................1,7
i 4Fe7S8+53O2 = 32SO24- 14Fe2O3 ...........1,69
2ZnS + 3O2 = 2SO2 4- 2ZnO...................1,53
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O...................1,53
I s + Oa = SO2...................................1,02
t * В первом издании «Справочника сернокислотчика» мольный объем SO2 (и О2)
выл условно принят 22,4, поскольку это было приемлемо для расчетов обжиговых
газов с содержанием SO2, далеком от теоретически возможного. При сжигании кол-
чедана в печах кипящего слоя (КС) получаются газовые смеси с очень близким к тео-
ретическому содержанием SO2, поэтому в расчетах правильнее применять более
точное значение мольного объема SO2 (21,9).
350
VII. Обжиг сырья
Максимально возможная концентрация SO2 в обжиговом газе для любого слу-
чая определяется из выражения (VI1-3) при Со., — 0. Для случая обжига колчедана
воздуха из формулы (VII-4) получаем:
91
^ma\ — -1 — 1 с qo..
s°2 “ 1,318 - 15, '°
Объем и влажность газов обжига и воздуха. Объем обжигового газа на 1 tn
руды в отсутствие SO3 равен (в .и3):
1000^-21,9-100 nsGs
г‘р 32.100Cso2 6 4,4 CSo2
(VII-5)
при наличии в газе S02 и БОз
V' п = 684,4 __2s£s_____ (VII-5а)
Р CS02 + Cso3
где r|s — степень перехода серы руды в S02 (или в S02 + SOg);
Gs — содержание серы в сухой руде, %;
Cso2> Cso3 —содержание S02 и SO3 в обжиговом газе, объемн. %.
Объем обжигового газа на 1 т продукции (H2SO4) в отсутствие S03 равен (в л<3):
= 1000-21,9-100 _ 22 350
г> п 98t|CSo2 '*1Cso2
при наличии в газе SO2 и -SOs
, _ 22 350
г- п “ nGso2 + n'Cso2
(VII-6)
(VII-6a)
где т|, rf —степень использования соответственно SO2 и SO3 в продукции, %.
(Здесь и далее индекс «г» относится к газу, «р» — к руде, «п» — к продукции, «в» —
к воздуху.)
Объем воздуха или другой кислородо-азотной смеси (в л3) равен:
_ 100+ (1,02m — 1) Cso2
VB. р = Vr. р [до
или
100+ (1,02m- l)CSo2
VB. п = Vr. П iqq
где 1,02 — отношение мольных объемов О2 : SO2.
На 1 m сухой руды в обжиговый газ переходит влаги (в кг):
Ю00«7НгО
р юо- irHjO
(VI1-7)
(VII-7a)
(VII-8)
где ITHj0 — содержание влаги в сырой руде, %.
На 1 m сухой руды в обжиговый газ поступит влаги из воздуха или другой
исходной газовой смеси (в кг):
пу"— аНгОУв. р
Р 1000
(VII-8a)
где аНг0 — содержание влаги в 1 м3 сухого воздуха (газовой смеси) *, г.
* Здесь и далее объем газов приведен к нормальным условиям.
1. Данные для расчетов
351
Всего на 1 т руды в обжиговый газ поступит влаги (в кг):
, „ 1000№н Q Qjr qV_ о
+ + (Vii-9)
На 1 tn продукции (H2SO4) в обжиговый газ поступит влаги (в кг):
ГП=Й7Р^- (VII-9a)
V г. р
В проектных расчетах величину аНг0 для воздуха обычно принимают равной
50% его влагосодержания при полном насыщении для данной температуры.
Тепловые эффекты обжига. Если горючей частью руды является только соеди-
нение серы, тепловые эффекты обжига различных видов серосодержащего сырья
можно рассчитать по выражению
Qp = 46sns (VI I-10)
Значения коэффициентов А и другие данные о теплоте обжига приведены
в табл. VII-2.
Таблица VII-2. Количество тепла, выделяющегося при обжиге
серосодержащего сырья
Сырье и реакция горения Тепловой эффект реакции ккал Количество выделяющегося тепла, ккал/кг Коэффи- циенты А в формуле (VII-10)
чистого вещества, вступаю- щего в реакцию сгораю- щей серы получае- мой so2
Колчедан (пирит) 4FeS2 + 11О2 = 2Fe2O3 + 8SO2 790,52 1644 3080 1540 30,8
3FeS2+ 8О2 = Fe3O4 + 6SO2 566 1575 2940 1470 29,4
Односернистое железо 4FeS + 7О2 = 2Fe2O3 + 4SO2 591,41 1680 4640 2320 46,4
3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 416,65 1575 4340 2170 43,4
Сера (тв. ромбич.) S O2 = SO2 70,96 2217 2217 1109 22,17
Сероводород 2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2 249,8 3680 3920 1960 —
Цинковая обманка 2ZnS + 3O2= 2ZnO 4-2SO2 225 1150 3500 1750 35,0
Скорость горения колчедана. Горение колчедана происходит в две стадии: дис-
социация FeS2 по реакции 2FeS2-> 2FeS+ S2 и дальнейшее окисление FeS и S2
кислородом. Как показали исследования, в интервале температур 600—800° С зави-
симость констант скорости обоих этих процессов от температуры имеет следующий
вид:
k=koe~A/RT (VII-11)
Для диссоциации FeS2 процессом, определяющим скорость диссоциации FeS2,
Является химическая реакция. Для горения FeS2 при 600—900° С определяющим
352
VII. Обжиг сырья
процессом является диффузия. Однако опыты сжигания FeS в кипящем слое пока-
зали, что при более низких температурах скорость процесса горения FeS также опре-
деляется скоростью химической реакции.
При более высоких температурах обжига колчедана (900—1100° С) в подовых
печах нормальный процесс горения FeS нарушается спеканием материала, а при
обжиге колчедана в распыленном состоянии — оплавлением частиц.
Величина ko зависит от ряда факторов, определяемых условиями обжига (кон-
центрация кислорода в зоне обжига, размер частиц, свойства исходного сырья).
Зависимость ko от концентрации кислорода близка к прямой пропорциональности.
Относительная интенсивность (в условных единицах) процесса горения раз-
личных видов пиритов в одинаковых условиях (обжиг на поверхности):
Относительная
Сырье интенсивность
горения
Колчедан
рядовой уральский ..................... 1,00
флотационный ......................... 0,80
углистый ............................. 0,57
среднеазиатский....................... 0,44
Кольский пирротин ........................ 0,13
Особенности обжига углистого колчедана. Обжиг углистого колчедана по сравне-
нию с обжигом обычного колчедана имеет две особенности: получается газ с менее
благоприятным соотношением основных компонентов — сернистого ангидрида и ки-
слорода и выделяется большее количество реакционного тепла. С первой особенно-
стью, отрицательно сказывающейся на дальнейшей переработке газа, приходится счи-
таться как с общим недостатком углистого колчедана при обжиге его в печах любой
конструкции. Выгорание углерода из углистого колчедана при обжиге его в меха-
нических печах создает трудности, связанные с тем, что развиваются высокие тем-
пературы, приводящие к шлакованию материала в печи.
Для облегчения условий обжига и получения приемлемого для дальнейшей
переработки газа содержание углерода в углистом колчедане (или в его смеси с без-
углистым) не должно превышать 6—7%.
Общее количество тепла, выделяющегося при обжиге 1 кг углистого колчедана,
составляет (в ккал):
Q = 31GST]s + 78,3GC (VII-12)
где Gs, Gq — содержание серы и углерода в колчедане, %.
Для обжига обычного (безуглистого) колчедана при Gs = 40% и r]s = 0,98
величина Q = 1215 ккад/кг. Если при этом же количестве серы колчедан содержит
еще 6% углерода, Q = 1675 ккал]кг, т. е. повышается на 38% за счет сгорания угля.
Чтобы сохранить такой же температурный режим в печи, как при обжиге безугли-
стого колчедана и одинаковой нагрузке печи, надо соответственно понизить кон-
центрацию SO2 в газах. При этом следует учитывать интенсивность тяги и понижение
производительности системы с уменьшением концентрации SO2 по сравнению с ее
оптимальной концентрацией в контактном и башенном процессах. Для поддержания
нормального температурного режима механической печи снижение концентрации SO2
в газах можно сочетать с некоторым уменьшением нагрузки печей. При обжиге
в печах кипящего слоя повышенное выделение тепла вызывает некоторые труд-
ности, однако они преодолимы и компенсируются увеличением удельного съема
пара (на 1 т сырья).
При наличии отбросного железного купороса углистый колчедан целесообразно
сжигать в смеси с высушенным купоросом. Благодаря протеканию эндотермического
процесса разложения железного купороса можно понизить температуру в печи до
пределов, исключающих возможность спекания материала. Кроме того, железный
купорос в данном процессе будет использоваться как сырье для получения серной
кислоты.
2. Механические подовые печи
353
2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОДОВЫЕ ПЕЧИ
Механические подовые печи с вращающимися гребками установлены на серно-
кислотных заводах, построенных до 1953 г. В такой печи можно сжигать рядовой,
флотационный и углистый колчедан.
Колчедан
Рис. VII-1. Печь ВХЗ:
1 — колонна; 2—кольцо; 3 — кожух; 4—дверца; 5—лючок для воздуха;
б—теплоизоляция; 7—бетон; 8 — пята свода; 9 —лопатка; 10 — гребки;
11 — вал; 12 — привод; 13 — подпятник; I — VII — рабочие поды.
Печь типа ВХЗ (рис. VI1-1) представляет собой вертикальный стальной цилиндр,
футерованный огнеупорной керамикой. Внутри печи выложено семь рабочих по-
дов I—VII и один сушильный под (верхний). Колчедан подается со склада ленточ-
ным конвейером в бункер, установленный на периферии сушильного пода. При
вращении центрального вала лопатки гребков сушильного пода, установленные под
углом к оси гребка, передвигают колчедан от периферии к центру печи. В центре
23 Справочник сериокислотчика
354
VII. Обжиг сырья
сушильного пода расположен питатель для равномерной подачи колчедана на первый
рабочий под. Питатель служит также затвором для газа, который отводится из печи
через боковой штуцер.
Лопатками нечетных подов (/, ///, У-и VII) колчедан передвигается от центра
к отверстиям для ссыпки, расположенным на периферии, а лопатками четных по-
дов (II, IV, VI) перемещается от периферии к центру печи, где находятся кольце-
вые отверстия. Через эти же отверстия снизу вверх противотоком колчедану прохо-
дит газ. Огарок высыпается через течку, расположенную на периферии последнего
пода VII. Воздух, необходимый для горения колчедана, подсасывается лерез лючки,
размещенные на периферии печи над подами / V и VII. Центральный вал и гребки
рабочих подов охлаждаются воздухом, подаваемым отдельным вентилятором.
Лопатки на гребках III, IV и V подов рекомендуется изготовлять из жаростой-
кого чугуна марки ЖЧХ-2,5 (ГОСТ 7769—55). Футеровка и своды печи выполняются
из крупноблочной керамики (огнеупорность не менее 1580° С). Начало размягчения
блоков под нагрузкой 2 кгс!м2 допускается при температуре не ниже 1300° С.
Выполнение свода из жаростойкого бетона, применяемого в настоящее время,
является менее трудоемкой операцией, чем из штучных блоков. Во избежание отрав-
ления контактной массы фтором, вымываемым газом из бетонной футеровки, в со-
став жаростойкого бетона вводится нефелиновый шлам вместо кремнефтористого
натрия.
Ниже приведен состав футеровочного жаростойкого бетона* марки 200 (в %):
Жидкое стекло (плот- Шамотный наполнитель
ность 1,8 г! см3) ... 16 мелкий.............. 27
Нефелиновый шлам . . 2 крупный............ 32
Тонкомолотый магнезит 23
Производительность печи (в т!сутки) рассчитывают по формуле:
FU
^Тббо <VI1-13)
где F — площадь рабочих подов, м2;
О — интенсивность печи (в пересчете на колчедан, содержащий 45% S),
кг! (м2 -сутки).
Нормальный технологический режим печи характеризуется следующими пока-
зателями:
Интенсивность, кг! (м2-су тки) ................... 200
Концентрация SOa в газе, объемн. % . . 7—9
Содержание серы в огарке, % ....... 1,6—2,5
Температура газа на подах, °C
/................................... 600—700
// 655—750
III................................. 730—860
IV ....................................... 740—795
V................................... 660—670
VI .......................’ . . . . 610—620
VII................................. 350—400
Температура, °C
газа на выходе из печи (в газоходе) . . . 560—650
воздуха, охлаждающего центральный
вал и гребки, на выходе из вала . . 180—200
огарка ............................. 350;-400
Расход охлаждающего воздуха в печи,
тыс. м3/ч
типа Г ................................ 3,6
» ВХЗ ........................... 5,0
* Предложен Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона
(НИИЖБ).
3. Печи пылевидного обжига
355
На ряде заводов, где еще эксплуатируются механические подовые печи, были
приняты меры Для предупреждения спекания материала при высомой интенсивности
обжига. В основном эти меры сводятся к предотвращению возможности повышения
температуры на средних подах до температурных пределов начала спекания. Наи-
более удачным оказалось частичное пересыпание горящего материала с одного из
верхних подов печи непосредственно на один из нижних подов. При этом горение
кблчедана частично протекает во взвешенном состоянии.
По одному из вариантов для обеспечения такого режима обжига на /// поде
удалено подовое кольцо и он укорочен так, что кольцевой зазор между валом и по-
дом составляет 85—90 мм, а ширина зазора между валом и подами II и IV равна
450 мм. Между IV и V подами установлен колокол-отражатель, в результате чего
часть материала (меньшая) с пода 11 ссыпается непосредственно на под V. По дру-
гому варианту на периферии пода // сделаны дополнительные отверстия над течками
пода III. Благодаря этому часть материала с пода I падает непосредственно на
под IV.
Техническая характеристика механических подовых печей с вращающимися
гребками приведена в табл. VI1-3.
Таблица VI1-3. Характеристика механических подовых печей
с вращающимися гребками
Показатели Тип печи
Г ВХЗ восьмипо- довая
Площадь рабочих подов, м2 Размеры печей, мм 107 140 104
наружный диаметр 5412 6034 4760
высота цилиндрической части 5050 6110 5200
общая высота 7010 8160 8430
Толщина футеровки, мм ........... Вес, тс 325 350 275
металлических частей 21 36 18
футеровки НО 150 64
Мощность электродвигателя, кет 2,6 3,0 1,1
3. ПЕЧИ ПЫЛЕВИДНОГО ОБЖИГА
Печь пылевидного обжига представляет собой вертикальный стальной цилиндр,
футерованный огнеупорным кирпичом. Питание печи сырьем осуществляется лен-
точным конвейером (рис. VII-2), который через бункер и тарельчатый питатель подает
флотационный колчедан в сопло. Сюда же вентилятор высокого давления (напор
порядка 1000 мм вод. ст.) вдувает воздух в количестве 40—70% общей потребности
в нем для горения колчедана в печи. Остальная часть воздуха (вторичный воздух)
. вентилятором среднего давления (напор порядка 250—350 мм вод. ст.) подается
в печь через фурмы, расположенные радиально или тангенциально. Воздух выходит
из сопла со скоростью 70—80 м/сек. Образующаяся при этом смесь пылевидного кол-
чедана и воздуха со скоростью 25—40 м/сек вдувается через форсунку в печь.
За время пребывания колчедана в печи, исчисляемое несколькими секундами,
сера выгорает почти полностью, чему способствуют: тщательное смешение колчедана
с первичным воздухом, подача вторичного воздуха и высокая температура (850—
'-'1000° С). Газ, содержащий 9% SO2, отводится из печи через футерованный газоход
при 800° С, проходит котел-утилизатор, сухие электрофильтры и направляется
* в промывное отделение.
23*
Колчедан
xdgsog
Рис. VI1-2. Схема печного отделения с печами пылевидного обжига:
1 — ленточный конвейер; 2 — бункер; 3 — тарельчатый питатель; 4 — течка; 5—сопло; 6—вентилятор высокого давления; 7 — вен-
тилятор среднего давления; 8 — экран; 9 — печь; 10 — форсунка; 11— холодильники; 12 — течки; 13 — котел-утилизатор; 14 — элек-
трофильтры; 15 — сепаратор-отделитель; 16 — циклон; 17 — винтовой конвейер; 18 — ленточный конвейер; 19, 20 — промыватели;
21 — вакуум-насос.
3. Печи пылевидного обжига
357
Основные размеры печей пылевидного обжига приведены в табл, VII-4.
Таблица VII-4. Основные размеры отечественных печей пылевидного обжига
Предприятие Диаметр м Высота м Объем ж3 Диаметр газохода м
Пермский химический завод 4,10 7,15 94 1,05
Актюбинский химический комбинат 3,70 10,00 107 1,50
Маардусский химический комбинат 3,70 10,00 107 1,50
4,20 7,80 107 1,50
Кировоградский медеплавильный комби- 3,62 8,20 84,4 1,20
нат Полевский криолитовый завод 2,96 6,45 44,1 1,08
3,79 8,10 91,0 1,05
3,70 8,10 87,0 1,05
Джамбулский суперфосфатный завод 3,66 8,5 89,5 1,75
4,26 8,5 121,0 1,47
Горловский азотнотуковый завод 3,60 9,0 91,2 1,06
3,81 8,0 91,3 1,06
Конструктивно печи пылевидного обжига выполняются с нижней или верхней
подачей колчедана.
Печь с нижней подачей колчедана (рис. VI1-3) снабжена экраном из холодиль-
ных труб для предотвращения возможности налипания оплавленных частиц на свод.
Поверхность труб сводовых экранов ограничивается диаметром печи, а выход труб
из строя приводит к необходимости остановки всей системы. Поэтому на некоторых
заводах для отвода тепла применяются охлаждающие элементы типа труба в трубе.
Применение таких охлаждающих элементов позволяет увеличить поверхности тепло-
обмена, которые располагаются на стенках в верхней части печи (рис. VII-4). Удель-
ная поверхность охлаждающих элементов в зависимости от объема печи составляет
0,238—0,338 м2/м3. При выходе из строя отдельных элементов печь может работать
с меньшей нагрузкой.
Печь с верхней подачей колчедана изображена на рис. VI1-5. Флотационный
колчедан эжектируется первичным воздухом из питателя и подается в вертикаль-
ную трубу-стояк, соединенную с форсункой в центре свода печи (рис. VII-6). Низ
стояка снабжен сепаратором (см. рис. VII-5) для отделения крупных кусков кол-
чедана, что обеспечивает однородность распыливаемого форсункой материала.
Газ выходит из верхней части печи через специальный газоход. Вторичный воздух
подается в печь по коллектору через фурмы, установленные радиально по окруж-
ности печи на расстоянии 2,5—3 м от верха свода.
Интенсивность печи с верхней подачей колчедана лимитируется высокой тем-
пературой газа, развивающейся при форсировании режима работы, что приводит
К спеканию частиц сырья.
t- Технологический режим работы печей пылевидного обжига. Печи пылевидного
Обжига, работающие с незначительным запасом колчедана в реакционной зоне,
Обладают очень малой инерцией: режим обжига весьма легко поддается регулирова-
нию, но в то же время быстро реагирует на любые изменения и нарушения подачи
колчедана или режима дутья. Особенное внимание должно быть обращено на одно-
родность подаваемого колчедана по содержанию серы и гранулометрическому со-
ставу, а также на постоянство его влажности. В случае использования тарельчатых
Питателей при небольшом изменении влажности колчедана уменьшается его по-
ступление в печь и нарушается режим ее работы. Питатели, работающие по объем-
ному принципу, менее чувствительны к изменению влажности колчедана.
Вода
3. Печи пылевидного обжига
359
Пыле-воздуш-
ная смесь
Оптимальное соотношение вторичного и первичного воздуха определяется тех-
нологическими факторами (интенсивность обжига, содержание серы в колчедане,
концентрация SO2 в газе и др.) и конструктивными особенностями печи (ее форма,
направление и размещение фурм и Др.). В зависимости от конкретных условий отно-
шение количеств вторичного и первичного воздуха находится в пределах 0,7—1,2.
С ростом интенсивности печи и увеличением содержания серы в колчедане это отно-
шение должно увеличиваться.
В печах с верхней подачей колчедана их объем более полно используется при
тангенциальном подводе вторичного воздуха. Избыток вторичного воздуха может
привести к налипанию частиц колчедана на стенки печи, что
способствует шлакованию. В печах с нижней подачей колче-
дана вторичный воздух целесообразно вводить радиально.
Разрежение в газоходе на выходе из печи должно быть
в пределах 0—2 мм вод. ст.
Температура в печи. Средняя температура в печи опре-
деляется интенсивностью обжига и концентрацией SO2 в газе.
Распределение температуры по зонам печи зависит от соот-
ношения первичного и вторичного воздуха и места установки
холодильных элементов. При оптимальном режиме обжига
максимальная температура газов должна развиваться в сред-
ней части печи.
Повышение температуры внизу печи (при верхней подаче
колчедана) или вверху печи (при нижней подаче колчедана)
увеличивает возможность шлакования и обычно является
следствием недостатка вторичного воздуха.
Спекание огарка, содержащего 0,7—1,5% серы, проис-
ходит при температуре выше 1000° С, если сжигается высо-
косернистый колчедан, и при температуре выше 900—950° С
в случае обжига колчедана с малым содержанием серы. По-
этому оптимальная температура в средней части печи нахо-
дится в пределах 900—1000° С в зависимости от качества
применяемого колчедана.
Температура газов на выходе из печи (в газоходе) со-
ставляет 800—870° С.
Концентрация сернистого газа. Наличие в газе значи-
тельного количества частиц огарка способствует окислению
SO2 в SO3. Для уменьшения степени окисления SO2 в печи
следует работать с возможно меньшим избытком кислорода,
т. е. с большим содержанием SO2b газах (11—13 объемн. %)
и при более высокой температуре (в пределах допустимой).
Интенсивность работы печи возрастает с повышением температуры (в пределах
ДР начала спекания), с уменьшением размера частиц колчедана и повышением со-
держания в нем серы. Высокая интенсивность печи и достаточно полное выгорание
серы возможны только при правильном распределении дутья и тщательном смешении
Колчедана с воздухом.
Без принудительного отвода тепла из печи достижение высокой интенсивности
работы невозможно вследствие того, что происходит шлакование. Так, при верх-
ней подаче колчедана (т. е. без охлаждающих элементов) интенсивность печи более
550 кг](м3-сутки) возможна только при концентрации SO2 в газах ниже 10%. Печи
с нижней подачей колчедана и охлаждающими элементами могут работать с интен-
сивностью до 1000 кг/(м3 сутки) при концентрации SO2 в газах 14—15%. Поскольку
-Удельная поверхность охлаждающего экрана (в м2 на 1 мя объема печи) определяется
отношением диаметра печи к ее высоте, от величины этого отношения практически
.зависит и возможная интенсивность печи. Так, в печах Пермского химического за-
вода удельная поверхность экрана составляет 0,140 м2/м3 (диаметр печи 4,15 м,
Цилиндрической части 7,1 м). Интенсивность этих печей достигает
= кг/(м3-сутки). Интенсивность печей Джамбулского суперфосфатного завода
Рис. VII-6. Схема
узла вывода газа из
печи с верхней по-
дачей колчедана:
/ — газоход; 2—фор-
сунка для ввода пы-
ле-воздушной смеси;
3 — диффузор;
4 — печь.
360
VII. Обжиг сырья
(VI1-14)
при удельной поверхности экрана 0,108 м'-/м3 не превышала 650 кг, (м3 - сутки).
После установки в верхней части печи холодильных элементов ее интенсивность по-
высилась до 850 кг/(м3 - сутки).
При установке охлаждающего экрана с удельной поверхностью 0,32 л2/л3
в печи с верхней подачей колчедана ее интенсивность в производственных условиях
повысилась до 1400 кг/(м3 - сутки).
Производительность печи определяется по формуле (в т/сутки)'.
4 1000
где U — интенсивность печи, кг/(м3-сутки);
V — объем цилиндрической части печи, м3.
Содержание серы в огарке. Если в печах с верхней подачей колчедана обеспе-
чивается хорошая подготовка пыле-воздушной смеси в пневматической линии, можно
получить огарок, содержащий ~1% серы, при значительных изменениях концен-
трации газов (6,5—12% SO2) и соотношения вторичного и первичного воздуха.
Изменение температуры оказывает значительное влияние на содержание серы
в огарке.
В печах с нижней подачей колчедана при концентрации SO2 в газе более 10%
соотношение вторичного и первичного воздуха существенно влияет на степень выго-
рания серы (недостаток вторичного воздуха приводит к повышению содержания
серы в огарке). На большинстве заводов содержание серы в огарке из печей с ниж-
ней подачей колчедана составляет 2—2,5%. Повышение содержания серы в огарке
из таких печей (иногда более 2,5% S) возможно из-за попадания окатышей в колче-
дано-воздушную смесь.
Печь комбинированного обжига. В башенном сернокислотном цехе Горловского
азотнотукового завода установлены печи комбинированного обжига с верхней по-
дачей колчедана. Обжиг колчедана происходит во взвешенном состоянии (в объеме
печи) при температуре 800—1000° Сив кипящем слое, создаваемом на подине по-
током вторичного воздуха, при 500—650° С.
Конструкция комбинированной печи изображена на рис. V1I-7. В нижней
ее части имеется подина площадью 11,3 м2 с чугунными колпачками для равномер-
ного распределения по сечению печи вторичного воздуха, который предварительно
подогревается до 300—350° С в кожухотрубном теплообменнике, установленном
на газовой линии каждой печи после циклонов.
Для отвода части тепла, выделяющегося при обжиге, над подиной установлены
четыре горизонтальных охлаждаемых водой элемента змеевикового типа поверх-
ностью 3 м2 каждый (удельная поверхность 0,133 м2/м3).
Огарок с подины выгружается периодически.
Основные показатели работы описанной печи приведены ниже:
Показатели Средние значения Пределы изменения
Интенсивность обжига 45%-ного колчедана, кг/(м3 -сутки) 750 670—840
Температура, °C на выходе из печи 890 800—940
в слое 560 470—650
Концентрация SO2 в газе, объемн. % . . 12,7 11,5—13,8
Содержание серы в огарке, вес. % .... 0,90 0,65—1,35
Количество пыли, уносимой газами, % . . 76 70—84
Большой унос пыли из печи является следствием того, что газ выходит через
боковой штуцер. Для уменьшения уноса пыли штуцер для выхода газа целесообраз-
нее разместить в крышке печи.
3. Печи пылевидного обжига
361
Пневматическая установка для подачи флотационного колчедана в печь. Пневма-
тическая установка (рис. VI1-8) подает в печь хорошо перемешанную смесь колче-
дана с воздухом. Самая важная часть установки — сопло, от которого зависит
устойчивая работа пневматической линии.
Скорость воздуха на выходе из сопла для нижней подачи колчедана должна
быть не менее 70 м/сек, что соответствует напору перед соплом 350 мм вод. ст. Однако
надежнее работать при скоростях воздуха на выходе из сопла, соответствующих
напору 600—800 мм вод. ст. Скорость воздуха на горизонтальном участке пневмати-
Рис. VI1-7. Печь комбинированного
обжига:
/ — форсунка для ввода пыле-воздуш-
Вой смеси; 2 — футеровка; 3 — холо-
дильный элемент; 4 — секторный за-
твор; 5—подина с чугунными колпач-
ками.
Рис. VI1-8. Пневматическая установка для
подачи флотационного колчедана в печь пы-
левидного обжига:
1 — вентилятор высокого давления; 2 — воздуш-
ный коллектор; 3 —задвижка; 4 —сопло; 5—диф-
фузор; 6 — горизонтальный участок; 7 — колено;
8 — форсунка.
Рис. VI1-9. Схема установки диффузора:
/ — сопло; 2 — диффузор; 3 —прорезь для уста-
новки диффузора.
Чёской линии принимают не менее 20 м/сек, чтобы предотвратить оседание частиц
йюлчедана на нижней стенке воздухопровода.
При нормальной работе пневматической установки течка питателя всегда должна
Находиться под небольшим разрежением, что исключает возможность выброса пыли
Из питателя.
г Как известно, флотационный колчедан обладает сильными абразивными свой-
ствами, поэтому трубопроводы пневматической линии, особенно колено и диффузор,
Довольно быстро изнашиваются. Диффузор (рис. VI1-9) является ответственной
Деталью пневматической установки. Он устраняет вредное влияние вихревых по-
токов, образующихся на периферии воздушной струи. Для правильной установки
«Диффузора его делают подвижным и закрепляют специальными шпильками в пазах
Йневмолинии.
362
VII. Обжиг сырья
Подача колчедана в пневматическую линию печи пылевидного обжига произ-
водится тарельчатым питателем (рис. VI1-10). Количество поступающего колчедана
регулируется изменением скорости вращения тарелки, поднятием и опусканием
телескопической трубы и изменением положения ножа. Питатель хорошо работает
на сухом колчедане (влажность до 1%).
На влажном колчедане хорошо работает секционный питатель конструкции
УНИхим (рис. VII-11), представляющий собой видоизменение тарельчатого пита-
теля, диск которого заменен вращающейся звездочкой с ребрами. Тарелка питателя
неподвижна. Колчедан, находящийся в ячейках звездочки, сбрасывается в течку.
Вращение звездочки осуществляется от электродвигателя через редуктор и вариа-
тор скорости (привод на рис. VI1-11 не показан).
Производительность питателя регулируется изменением скорости вращения
звездочки обычно в пределах 0,5—2,8 об/мин.
Форсунка для нижней подачи колчедана в печь показана на рис. VII-12.
Основные данные для проектирования пневматической линии подачи флота-
ционного колчедана:
Показатели
Подача сырья
верхняя нижняя
Скорость пыле-воздушной смеси, м/сек
в вертикальной трубе................... 3—4
на горизонтальном участке ......... 20—25
в колене .......................... 15—20
на выходе из форсунки ............. 6—8
Отношение скорости смеси на выходе из фор-
сунки Уф к скорости SO2 на выходе из
печи уп................................ 3—3,5
Скорость вторичного воздуха на выходе из
20—25
25—35
20
фурм, м/сек, не более.........................
Потеря напора на прямых участках трубопровода (в мм вод. ст.):
Япр= Яв(1 + pi tga) (VII-15)
где Нв — потеря напора при работе трубопровода на чистом воздухе, мм вод. ст.;
|т — концентрация пыле-воздушной смеси, кг колчедана на 1 кг воздуха (при-
нимается 0,8—1 кг/кг);
а — угол наклона воздушной струи к горизонту, град.
При наличии вертикального участка учитывается также потеря напора на
подъем материала (в мм вод. ст.):
ffn==^^L (VI1-16)
Qk — производительность линии по колчедану, кг/сек;
h — высота подъема материала, м;
QB — количество подаваемого воздуха, м3/сек;
Гидравлическое сопротивление колен и отводов (в мм вод. ст.):
А/к — 1,5
V2
Qk+ (1 + —
(VI1-17)
где 1,5 — поправочный коэффициент (внесен УНИхим на основе практических
Данных);
К — эмпирический коэффициент (принимается 0,7);
п — теоретическое число ударов в колене;
ук — скорость в колене, м/сек;
g — ускорение силы тяжести, м/сек3.
3. Печи пылевидного обжига
363
В зависимости от отношения радиуса'кривизны колена г к диаметру колена d
принимают следующие значения п:
r,d.............. 0,5 1,0 2,0 3,0 9,0
п . .......... 0,75 0,94 1,22 1,67 2,04
Общая величина
(в мм вод. ст.):
гидравлического сопротивления пневматической линии
Яп.л= 1,2//прЧ- Нп-~ %ЦК
(VI1-18)
♦ Колчедан
Рис. VI1-10. Схема терельчатого
питателя:
1 — вращающаяся тарелка; 2 — те-
лескопическая труба; 3 — нож.
Потеря напора в сопле:
Рис. VI1-11. Секционный
питатель конструкции
УНИхим:
/ — приемный бункер; 2 —
манжета; 3 — вращающаяся
звездочка; 4 — неподвижная
тарелка; 5—течка; 6 — ребра
звездочки; 7 — ячейки звез-
дочки.
Рис. VII-12. Фор-
сунка для нижней
подачи колчедана:
1 — фланец для при-
соединения к нагнета-
тельному штуцеру
эжектора; 2 —фланец
для присоединения
к штуцеру печи.
ucYi
Нс = 1,1
2g
где ис — фактическая скорость воздуха на выходе из сопла, м/секс,
Vi ~ удельный вес воздуха, кгс/м?.
Потерю напора в смесительной камере принимаем равной 0,5 Нс. Потерю на-
пора в трубопроводе Нтр, подводящем первичный воздух от вентилятора к эжек-
тору, можно ориентировочно принять 50 мм вод. ст.
364
17/. Обжиг сырья
Полный напор вентилятора для подачи воздуха в пневматическую линию
(в мм вод. ст.):
Н = 1,25(ЯП.Л+ 1,5ЯС + Игр) (VI1-19)
где 1,25 — коэффициент запаса.
Производительность вентилятора определяется по количеству воздуха, необ-
ходимого для обжига колчедана.
Нормальная работа печи пылевидного обжига и ее производительность в зна-
чительной мере зависят от правильного выбора размеров сопла и диффузора (метод
их расчета разработан Е. М. Ляпустиной * *).
4. ОБЖИГ КОЛЧЕДАНА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
Основы гидродинамики кипящего слоя
колчеданного огарка
При прохождении потока газа через слой сыпучего зернистого твердого ма-
териала, лежащего в сосуде на воздухораспределительной решетке, сначала про-
исходит лишь фильтрация газа через каналы между частицами твердого материала.
При этом высота слоя остается практически неизменной. Когда скорость газа до-
стигает первой критической величины, при которой гидравлическое сопротивление
слоя становится равным его весу, слой твердых частиц приобретает текучесть и
переходит в так называемое псевдоожиженное, или кипящее, состояние. С дальней-
шим увеличением скорости газового потока высота слоя начинает возрастать и при
некоторой новой (второй) критической величине скорости, когда гидравлическое
сопротивление частицы становится равной ее весу, твердые частицы начинают уно-
ситься газовым потоком и переходят в режим пневмотранспорта.
При расчетах процессов в кипящем слое удобнее пользоваться не действитель-
ной скоростью газового потока в свободном сечении между частицами, а условной
скоростью, относимой ко всему сечению аппарата. Условная скорость w', при ко-
торой наступает псевдоожижение, называется скоростью начала псевдоожижения,
или первой критической скоростью. Условная скорость w”, при которой начинается
унос частиц из слоя, называется скоростью уноса, или второй критической скоростью,
или скоростью витания. Фактически применяемая, или рабочая, условная скорость
•газа w больше w' и меньше w". Отношение N = w/w' называется числом псевдо-
ожижения.
Сопротивление кипящего слоя можно выразить следующей формулой (в кгс/м2).
/у
" = н (утв - уг) (1 - е) ' (VI1-20)
гр
где GTB — вес твердого материала, кгс;
Fn — площадь дутьевой решетки, jw3;
Н — высота слоя при данной скорости газа, м;
Ytb> Yr — удельный вес твердых частиц и газовой среды, кгс/м3;
* е — порозность (доля свободного объема в кипящем слое).
Практически для определения сопротивления кипящего слоя можно пользо-
ваться более простым уравнением
ЯоТо = Я1у1= Я2?2 = ---= Hnyn (VII-21)
где Но — высота неподвижного слоя, м;
Нг, Н2, . . ., Нп — высота слоя при той или иной скорости газа, м;
Y°> Yi> ?2> — удельный вес слоя (в кгс/м3) при высоте соответственно
_ Но, Н1г Н2, . . ., Нп.
* Труды УНИхим, вып. 1, Госхимиздат, 1954.
4. Обжиг в кипящем слое
365
Порозность кипящего слоя можно определить по формуле:
е = 1-^ (1-е0) = 1-Ц^- (VI1-22)
где ео — порозность неподвижного слоя;
И — высота кипящего слоя;
К — степень расширения слоя.
Порозность неподвижного слоя определяется по формуле:
е0= YtV~~Yh. (VI1-23)
где ?н — насыпной вес дробленого материала в спокойном слое, кгс/м2.
Если рассматривать движение газов через слой твердых частиц зернистого сы-
пучего материала как течение в каналах между частицами (внутренняя задача), то
для сопротивления пористой среды (при движении через нее газового потока) можно
использовать уравнение
/
= «у Yr (VII-24)
ак
где АР — сопротивление канала, кгс/м2-,
1К — длина канала, м;
dK — диаметр канала, л;
wK — скорость в канале, м/сек-,
уг — удельный вес газа, кгс/м2-,
4
£к = —-------коэффициент трения, который является функцией критерия
Кек
Рейнольдса, отнесенного к диаметру канала.
Приравнивая правые половины уравнений (VI1-20) н (VI1-24), получаем новое
уравнение, относящееся к моменту начала псевдоожижения (при w'). Решая новое
уравнение относительно Re', можно затем найти w' — условную скорость газа,
соответствующую началу псевдоожижения:
Re'= 0,0091ф'Аг (при Re'35) (VII-25)
Re' = 0,367 (ф' Аг)0'57 (при 70 Re' 7000) (VI1-26)
Е3
. , Е0
где ф = —--------г- •
фф (1 — ео) ’
фф — коэффициент формы частиц;
Re' = (критерий Рейнольдса);
Аг = —— (критерий Архимеда);
d — диаметр частиц, м;
v — кинематическая вязкость газа, м2/сек.
Скорость, соответствующая началу уноса, может быть определена из уравнения
равновесия сил, приложенных к твердой частице, взвешенной в восходящем потоке
газа:
nd3 (u) V
J Ш , ч г Ш \ J ММ Г
g (Ytb Yr) — f 2g "Yr (VI1-2/)
где diu—диаметр шара, равновеликого частице неправильной формы, м;
Ytb. Yr — удельный вес твердых частиц и газа, кгс/м2-,
366
VII. Обжиг сырья
f — коэффициент лобового сопротивления частицы, являющийся функ-
цией числа Рейнольдса;
w" — условная скорость газа в момент начала уноса, .и/сек;
g — ускорение силы тяжести (9,81 м/сек2).
Заменяя f его выражением через Re", а также вводя коэффициент формы (учи-
тывающий отличие частицы от шара), можно решить уравнение относительно Re",
а затем найти величину w" — условную скорость газа в кипящем слое, соответству-
ющую началу уноса частиц заданных размеров:
Re" = 0,056ф"Аг
(при Re'\<:2)
(VI1-28)
Re" = 0,152 (ф"Аг)0,715 (при 2^ Re" ^500) (VII-29)
. „ 1
гДе =-об
ФаГ
Ф
Ниже приведены рассчитанные по формулам (VI1-25), (VI1-26) и (VI1-28), (VII-29)
значения w' и w" для частиц огарка флотационного колчедана различных разме-
ров d (в расчетах принято: утв = 3600 кгс/м3; — 1150 кгс/м3, температура газов
в кипящем слое tK, с = 800° С, <рф = 24 для d — 0,1—2 мм и <рф = 44 для d —
— 2—5 мм и уг = 1,43 кгс/м3)-.
d, мм 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 3,0 5,0
w', м/сек 0,003 0,012 0,027 0,076 0,194 0,305 0,436 0,678 1,21 1,46 4,05
зу", м/сек 0,093 0,375 0,837 1,5 2,52 3,35 4,05 5,25 7,35 9,3 16,5
Средние результаты многочисленных определений гранулометрического состава
огарка флотационного колчедана при обжиге в кипящем слое:
Фракция, мм
± 1
—14-0,5
—0,54-0,35
—0,354-0,3
—0,34-0,25
Содержание
фракции, %
0,8
2,5
3,4
3,2
10,2
. Содержание
Фракция, мм фракции, %
—0,25+0,18 12,1
—0,18+0,125 11,8
—0,125+0,08 10,7
—0,08+ 0,05 10,1
—0,05 35,2
При псевдоожижении твердого материала, имеющего неоднородный грануло-
метрический состав, унос частиц разных размеров из кипящего слоя наблюдается
при различных скоростях газа. При этом степень уноса изменяется в зависимости
от линейной скорости газового потока и гранулометрического состава материала.
Рабочая скорость и>опт, при которой создается наиболее устойчивый, тщательно
перемешиваемый кипящий слой, называется оптимальной скоростью псевдоожиже-
ния. В процессе обжига флотационного колчедана псевдоожижение начинается при
w' = 0,1—0,12 м/сек (tK,c = 800° С), а энергичное кипение с хорошим перемеши-
ванием происходит при w = 0,8—1,0 м/сек, т. е. при числе псевдоожижения N —
= 8—10.
На рис. VII-13 показан ход изменения состояния псевдоожижаемого слоя с уве-
личением условной скорости потока газа. Зависимость сопротивления кипящего
слоя огарка флотационного колчедана от скорости газа и высоты спокойного слоя
представлена на рис. VH-14.
На рис. VII-15 изображена зависимость сопротивления кипящего слоя огарка
рядового колчедана разных фракций и двух смесей фракций от скорости газа. Из
рисунка видно, что величина w' для обоих смесей 1 и 2, содержащих 30—50% фрак-
ции 0,5—1 мм, такая же, как для одной этой фракции. Это свидетельствует о том,
что скорость начала псевдоожижения огарков неоднородного гранулометрического
состава определяется в основном содержанием мелких фракций. Поэтому при дроб-
Рис. VI1-13. Зависимость сопротив-
ления АР, действительной скоро-
сти wa и высоты слоя Н от скоро-
сти газового потока w.
Рис. VII-14. Зависимость сопротивления ки-
пящего слоя огарка флотационного колчедана
(фракция —0,25 +0,18 мм) от скорости воз-
духа при различной высоте спокойного
слоя Н:
1 — при Н = 100 мм; 2 — при Н — 200 мм;
3 — при Н — 300 мм.
Рис. VI1-15. Зависимость сопротивления АР слоя огарка рядового колчедана от
скорости w (диаметр модели 130 мм, высота спокойного слоя всех фракций и сме-
сей Но ~ 100 мм);
' о — для разных фракций огарка; 1 — фракция 0,5 — 1 мм; 2 — фракция 1—2 мм; 3 — фрак-
ция 2 — 3 леле; 4 — фракция 3 — 5 мм; б — для смесей 1 и 2 разных фракций;
Фракция, мм . . . . 0,5—1 1—2 2—3 3—5 5—7
Содержание, % . . .
в смеси 1 . . • . 30 30 25 10 5
в смеси 2 . . . . 50 15 15 20 —
368
VIf. Обжиг сырья
лении кускового колчедана для его последующего обжига в кипящем слое стремятся
получить примерно следующий фракционный состав:
Фракция, мм................. 0—0,5 0,5—1,0 1,0—3,0 3,0—6,0
Содержание, % .............. 30 30 25 15
Для обжига смеси такого состава оптимальная скорость газа w — 2 м/сек (при
800° С). Пики на кривых (см. рис. VII-15) наблюдаются только в период начального
псевдоожижения слоя; их появление и величина зависят от многих факторов: высоты
спокойного слоя материала, вибрации аппарата, связанного с этим уплотнения
материала и других факторов. При повторном псевдоожижении пики на кривых
отсутствуют.
Скорость горения колчедана в кипящем слое,
интенсивность обжига, унос пыли
Лимитирующей стадией процесса обжига колчедана является горение одно-
сернистого железа. На рис. VII-16, а представлена зависимость степени выгорания
серы от времени горения FeS флотационного колчедана (фракция —0,25 +0,18 мм)
при различной температуре. Под временем горения т подразумевается суммарное
время контакта частиц с кислородом в зоне горения (в кипящем слое и надслойном
пространстве). На основе этих данных построена расчетная кривая зависимости
Рис. VII-16. Зависимость степени выгорания серы из односернистого железа (а)
и флотационного колчедана (б) от времени:
а — при различных температурах в кипящем слое; 1 — при 470° С; 2 — при 490° С; 3 — при
520° С; 4 — при 600° С; 5 — при 631° С; 6 — при 652° С; 7 — при 700 — 810° С; б — при тем-
пературе 700 — 800° С в кипящем слое (расчетная кривая).
степени выгорания серы флотационного колчедана от времени при 700—800° С
(рис. VII-16, б). По данной кривой можно графически находить необходимое время
контакта частиц колчедана с кислородом в зоне температур 700—800° С для раз-
личных степеней выгорания серы. Так, для достижения степени выгорания серы
на 98% время горения должно быть 7,8 сек. Можно допустить, что время пребыва-
ния в зоне горения частицы колчедана, уносимой газами из кипящего слоя, равно
времени пребывания газа в зоне горения. Поэтому для обеспечения требуемой сте-
пени выгорания всех частиц колчедана, поступающих в кипящий слой, время пребы-
вания газа в зоне горения следует рассчитывать по времени горения частиц.
4. Обжиг в кипящем слое
369
(VI1-30)
Интенсивность печи Un (в tn сутки сухой руды в расчете на 1 .и2 пода) можно
определить из выражения;
34 465СС/Л ш
ц —_________
п “ GST)Sr
где CgQ —концентрация SO2 в газе, объемн. %;
w —• линейная скорость газа при рабочей температуре, м/сек\
Gs — содержание серы в колчедане, вес. %;
т|з — степень выгорания серы, доли единицы;
Т — температура газа, °К.
Объемная интенсивность печи [в т/(м3 -сутки) ] равна
34 465CSO
(VI1-31)
где т — время пребывания газа в печи, сек.
Для флотационного колчедана, гранулометрический состав которого приведен
на стр. 296, при w — 1 м/сек, Gs = 45%, CSq2 — 14,5%, tjs — 0,98 и Т — 1023° К
интенсивность Un = 11 т/(м2 -сутки). При таких же условиях ит = 7,7 сек объем-
ная интенсивность Uqq 1,45 т/(м3-сутки). Для рядового колчедана при w =
= 2 м/сек и прочих равных условиях Uo 22 т/(м2-сутки).
Условия уноса частиц пиритного огарка из кипящего слоя определяются
в основном его гранулометрическим составом и линейной скоростью газа w или
(при заданной концентрации обжигового газа) интенсивностью Un. При этом мак-
симально возможная подовая интенсивность и, следовательно, линейная скорость
газа зависят от определяющего диаметра частиц огарка donp, который устанавли-
вается (для каждого гранулометрического состава) из такого расчета, чтобы коли-
чество частиц, которые при данной скорости не будут уноситься из слоя, состав-
ляло бы 5—10% общего количества огарка. Следовательно, максимальная линей-
ная скорость газа в печи равна скорости витания ^опр частиц диаметром donp.
Скорость витания частиц флотационного колчедана может быть определена из
уравнения (VII-28). С учетом уравнения (VII-30) для оптимальных условий обжига
колчедана (температура в слое “ 750° С, — 14,5%, t]s = 0,98) можно
получить зависимость между скоростью витания ®опр) определяющим диаметром
частиц donp, и максимальной подовой интенсивностью (/™ах
^„p=l,l-10’d2onp (V11-32)
1/?” = 10,5ш,'пр (VI1-33)
Исходя из гранулометрического состава колчедана и задаваясь степенью уноса
Ие более 90—95%, находят donp, т. е. наибольший размер уносимых частиц или,
что то же, наименьший размер частиц, остающихся в кипящем слое.
г Запыленность обжигового газа (в г/м3), выходящего из печи кипящего слоя,
Определяют по уравнению
г=Юр77^— (VII-34)
* в. Г
Р — степень уноса огарка из печи, %;
a — выход огарка, доли единицы;
Ув. г — объем влажного обжигового газа на 1 кг сухого колчедана, м3/кг.
Справочник сернокислотчика
370
17/. Обжиг сырья
Ниже приведены результаты расчета по уравнениям (VII-32)—(VII-34) основных
показателей процесса обжига флотационного колчедана, гранулометрический состав
которого указан на стр. 296:
Подовая интенсивность Un, т (м2 - сутки) ... 1 2
Линейная скорость газа ы, м!сек............... 0,095 0,19
Диаметр наиболее крупной из уносимых ча-
стиц donp, м ................................. 0,093 0,13
Степень уноса огарка из слоя р, %............. 60 72
Запыленность обжигового газа, г/л13 .......... 226 271
3
0,28
0,16
80
301
6
0,57
0,23
90
339
10
0,95
0,3
96
360
Поскольку унос пыли увеличивается значительно медленнее, чем интенсивность,
ее снижение для уменьшения уноса нецелесообразно. Оно даже ухудшает условия
обжига крупных фракций колчедана, вызывает необходимость увеличения размеров
печи и, следовательно, неоправданного роста капиталовложений. Поэтому обжиг
флотационного колчедана в кипящем слое следует вести при интенсивности печи
порядка 10 т'м2-сутки.
Габаритные размеры печи КС. Для расчета основных размеров печи КС можно
использовать следующие соотношения:
площадь сечения печи (в’Тя2)
F -А
Гсеч — jj
t'n
(где В — заданная производительность печи, т/сутки)
внутренний объем печи (в 5t3):
(VI1-35)
(VI1-36)
(VII-37)
высота печи цилиндрической формы (в м):
Л ____________________________ Увн __ С/п
П-Ксеч ~иоб
При конструировании печей другой формы их высота определяется с учетом
расширения верхней части печи, объема форкамеры и сохранения необходимого
общего объема печи в соответствии с требуемым временем горения материала, кото-
рое для флотационного колчедана соответствует времени пребывания газа в печи
(см. выше).
Высота кипящего слоя определяется по конструктивным соображениям, исходя
из необходимости размещения в нем теплообменных элементов, которые должны быть
покрыты слоем неподвижного материала для предотвращения перегрева труб во
время розжига печи. Высота кипящего слоя должна быть такой, чтобы обеспечи-
валось равномерное распределение воздуха по сечению печи и тщательное переме-
шивание его с обжигаемым материалом. Чрезмерное увеличение высоты слоя при-
водит к повышению расхода электроэнергии и ухудшает гидродинамическую обста-
новку в кипящем слое. Практический опыт работы печей КС показывает, что опти-
мальная^высота слоя в спокойном состоянии находится в пределах 1000—1100 мм.
Технологический режим обжига колчедана
в кипящем слое
Температура кипящего слоя и газов. Для практически полного выгорания серы
и предотвращения возможности спекания огарка температура в кипящем слое должна
составлять 750—800° С. Она поддерживается на требуемом уровне при соответству-
ющем размещении в кипящем слое теплообменных устройств (трубчатые змеевики),
по которым движется паро-водяная эмульсия.
4. Обжиг в кипящем слое
371
При температуре кипящего слоя ниже 700° С существенная часть уносимого
из слоя колчедана сгорает в надслойном пространстве, что может привести к чрез-
мерному повышению температуры газа на выходе из печи и зашлаковыванию газо-
ходов. Однако для уменьшения содержания БОз в газах обжига их температура на
выходе из печи должна находиться в пределах 850—900е С. Поэтому для повышения
температуры выходящих из печи газов на 100—120° С по сравнению с температурой
в слое процесс обжига следует вести в таких гидродинамических условиях, которые
обеспечивают выгорание в надслойном пространстве — 10% серы колчедана.
На основе расчетов и опыта работы печей установлено, что в случае обжига
флотационного колчедана такие условия создаются при линейной скорости газа
около 1 м!сек и 750° С, что соответствует интенсивности печи 9—10 т/(м2 -сутки).
Оптимальная интенсивность печи при обжиге рядового колчедана составляет 20—
25 т/(м2 • сутки).
Для достаточно полного выгорания серы в надслойном пространстве время пре-
бывания в печи газа, уносящего из слоя недогоревшие частицы колчедана, должно
составлять 8—9 сек.
Концентрация сернистого ангидрида. Исключительно благоприятные условия
массо- и теплообмена в кипящем слое и возможность эффективного отвода избыточ-
ного тепла реакции позволяют вести обжиг с очень малым избытком кислорода
(воздуха), что также способствует уменьшению образования серного ангидрида.
Поэтому в печах с кипящим слоем концентрацию SO2 в газах обжига следует под-
держивать в пределах 14—15%. Концентрация SO2 в газовом тракте печь — сухие
электрофильтры не должна снижаться более чем на 1—2%, в связи с чем очень
важна максимально возможная герметизация аппаратуры и мест выгрузки огарка.
Условия охлаждения обжигового газа. Для уменьшения образования серного
ангидрида вследствие каталитического окисления сернистого газа на высокоразви-
той поверхности огарковой пыли (особенно при наиболее благоприятной для этого
процесса температуре около 650° С), а также во избежание возможности последу-
ющих процессов сульфатизации огарковой пыли в газовом тракте (температурный
максимум сульфатизации железа около 500° С) обжиговые газы на выходе из печи
необходимо быстро (за 0,3—0,4 сек) охлаждать с 850—900 до 450—400° С. Чтобы
предотвратить конденсацию паров серной кислоты на поверхности труб котла и
теплообменных элементов, давление водяного пара в трубах должно быть не менее
25 ат. Учитывая целесообразность использования пара для получения электроэнер-
гии, котлы следует рассчитывать на давление пара не менее 40 ат.
Очистка газа от пыли. Высокая запыленность выходящих из печи газов (стр. 372)
затрудняет тонкую очистку их в электрофильтрах. Поэтому необходима предвари-
тельная грубая очистка газа от пыли в циклонах (см. раздел VIII, стр. 429 сл.).
Основные показатели оптимального технологического режима обжига флота-
ционного колчедана в печах КС:
Интенсивность
Un, т/(м2-сутки) ............................... 8—10
Uo6, т!(м3-сутки) ....................'......... 0,8—1,0
Общий расход воздуха (в 200-тонной печи), тыс. м3/ч . . . 18—20
Удельный расход воздуха, м3/(м2-ч)
в форкамере ........................................ 1500—1800
на основной подине.............................. 750—850
Сопротивление кипящего слоя, мм вод. ст............. 1000—1300
Концентрация SO2 на выходе, объемн. %
из печи......................................... 14—14,5
» электрофильтра................................ 11—12
Концентрация SO3 в газе на выходе из электрофильтра,
объемн. %........................................... —0,3
L 24*
372
V/1. Обжиг сырья
Температура, СС
кипящего слоя .................................... 750—800
газа на выходе из печи ....................... 850—900
» » » » котла-утилизатора............. 400—450
» » входе в электрофильтр................... 400—420
» » выходе из электрофильтра.............. Не ниже 380
Запыленность газа * на выходе, г/м3
из печи......................................... 250—360
» котла-утилизатора ............................ 200—280
» электрофильтров...............................0,05—0,1
Среднее содержание серы в огарке, %................. 1—1,2
Примерное количество удаляемого огарка, %
из печи............................................ 4—6
» котла-утилизатора ........................... 15—20
» циклонов ...................................... 65—75
» электрофильтра .............................. 7—10
Выработка пара на 1 т колчедана (45% S), т
энергетического (перегретого, 450° С, 40 ат) . . . ~1,2
насыщенного .................................... -~1,4
Продолжительность охлаждения газа в котле-утилиза-
торе с 900 до 450° С, сек ......................... 0,3—0,4
В зависимости от содержания серы в колчедане
Аппаратурная схема печного отделения
с печами кипящего слоя
Рассмотренные выше оптимальные условия обжига колчедана в кипящем слое,
требования к охлаждению и очистке газа от пыли определили принципиальную
аппаратурно-технологическую схему печного агрегата: печь—котел—циклоны—
многопольный электрофильтр (рис. VI1-17).
Эта схема не только обеспечивает оптимальный технологический режим, но
и позволяет наиболее полно использовать тепло процесса обжига и получить мак-
симальный удельный выход пара (на 1 т сжигаемого колчедана). Поэтому данная
схема является основой при проектировании печных отделений, оборудованных
печами КС.
Каждая печь связана в одну технологическую нитку с котлом-утилизатором,
группой циклонов и двумя сухими электрофильтрами. Колчедан подается со склада
к бункерам печей ленточным конвейером, на котором установлены автоматические
ленточные весы и электромагнитный сепаратор. На каждую печь производитель-
ностью 100 т/сутки колчедана (45% S) устанавливается один загрузочный бункер
щелевого типа с запасом колчедана на 8 ч работы, для печи производительностью
200 т/сутки — два бункера (бункеры снабжены вибраторами). Из загрузочных
бункеров колчедан пластинчатым питателем подается в герметичный тарельчатый
питатель с расширяющимся книзу ступенчатым бункером и неподвижным спираль-
ным ножом, который загружает материал в спускную трубу (течку) форкамеры печи.
Для создания кипящего слоя при горении колчедана в нижнюю часть печи под
решетку (в форкамеру и остальную часть пода) вентилятором подается воздух.
К 100-тонной печи устанавливается вентилятор производительностью 12 000 м3/ч
при напоре 1200—1000 мм вод. ст., к 200-тонной печи — воздуходувка производи-
тельностью 25 000 м3/ч при напоре 1800 мм вод. ст.
Для розжига печей, сушки системы и разогрева сухих электрофильтров пре-
дусматриваются специальные дымососы (№ 12 для 100-тонной печи, № 15,5 для
200-тонной), устанавливаемые после сухих электрофильтров. Из печи газ поступает
в котел-утилизатор, далее — в циклоны, затем в сухие электрофильтры. После
4. Обжиг в кипящем слое
373
электрофильтров газ направляется в сборный коллектор, откуда подается в промыв-
ное отделение.
Выгрузка огарка производится периодически (в соответствии с заданной высо-
той кипящего слоя) через провальную решетку форкамеры печи при помощи сектор-
ного затвора. В случае необходимости огарок выгружается также и с непровального
пода печи. Из бункеров котла-утилизатора, циклонов и сухих электрофильтров
огарок удаляется непрерывно через клапанные затворы. Следует отметить, что
огарок не должен накапливаться в бункерах этих аппаратов, поэтому предусмотрено
Рис. V1I-17. Технологическая схема печного отделения с печами кипящего слоя:
1 — тарельчатый питатель; 2 — вибратор; 3 — транспортер для колчедана; 4 — бункер для
колчедана; 5 — реечный затвор; 6 — пластинчатый питатель; 7 — печь сжигания флотацион-
ного колчедана в кипящем слое; 8 — котел-утнлизатор; 9 — циклоны; 10 — клапан на входе
газа в электрофильтр; 11 — электрофильтр; 12 — клапан на выходе газа из электрофильтра;
13 — дымовая труба; 14 — дымосос; 15 — цепной конвейер; 16 — бункер для огарка; 17 —
шнековый илн барабанный увлажнитель; 18 — скребковые конвейеры; 19 — вентилятор
(нагнетатель).
его непрерывное удаление транспортными устройствами — герметичными скребко-
выми конвейерами (редлерами), из-под сухих электрофильтров — цепными кон-
вейерами.
В зависимости от местных условий (взаимное расположение печного отделения
и.бункеров для огарка, длина трассы и др.) огарок транспортируется редлерами
непосредственно до бункеров, расположенных над железнодорожной линией, или
сначала поступает в барабанные (или шнековые) увлажнители и затем ленточными
конвейерами загружается в бункера. Система механизированного транспорта дубли-
руется. Преимущественно применяется транспорт сухого огарка редлерами.
> На некоторых предприятиях еще применяются охлаждение и увлажнение
огарка в шнековых холодильниках и транспортирование его ленточными конвейе-
рами в бункеры для погрузки в железнодорожные вагоны или автотранспорт. На
Предприятиях применяется и гидравлический метод удаления огарка (стр. 392 сл.).
Оборудование печного отделения следует размещать в продольном направлении
Возможно компактнее с минимальной протяженностью газоходов, особенно от печей
ДО циклонов. Сборные газовые коллекторы перед электрофильтрами не устана-
вливают.
Стабильность и точность соблюдения заданного режима обжига поддерживается
бистемой автоматического регулирования, предусматривающей: стабилизацию
374
I7//. Обжиг сырья
расхода воздуха, регулирование подачи колчедана по концентрации SO2 в газе,
автоматизацию подачи колчедана в тарельчатый питатель печи и выгрузки огарка
из слоя по заданному сопротивлению слоя, постоянство разрежения под сводом
печи, автоматизацию котлов-утилизаторов, электроблокировку воздуходувки, пи-
тателя печи, насосов котла.
Оборудование печных отделений с печами
кипящего слоя
Конструкции печей. На рис. V1I-18 показана печь КС-200 для обжига флота-
ционного колчедана в кипящем слое производительностью 200 mJ сутки (считая на
условный колчедан, содержащий 45% серы). Печь имеет цилиндрическую форму
с расширением в верхней части. Загрузочная камера (форкамера) печи снабжена
провальной и непровальной решетками. Благодаря наличию форкамеры предотвра-
щается забивка подины печей крупными кусками колчедана или посторонними
предметами и появляется возможность вертикально разместить в форкамере течки
Газ
от тарельчатого питателя, чтобы избежать
зависания колчедана. Стальной корпус печи
футерован шамотным и диатомовым кирпичом
(в настоящее время диатомовый кирпич за-
меняют легковесным шамотом).
Разрабатывается конструкция футеровки
печей жароупорным бетоном без фторсодер-
жащих компонентов. Стальная подовая ре-
шетка печи залита на высоту 100 мм арми-
рованным жароупорным бетоном. Равномер-
ное распределение воздуха по сечению
беспровальной зоны пода печи достигается
при помощи распределительной решетки и
Рис. VII-18. Печь кипящего слоя (КС-200):
/—опорная балка; 2—подовая решетка; 3—кожух;
4 — грибки; 5 — жароупорный бетон; 6 — балки
подовой решетки; 7 — окна для охлаждающих
элементов (элементы условно не показаны);
8—смотровое окно; 9 — диатомовый кирпич;
10 —шамотный кирпич; 11—сферическая крышка;
12 — теплоизоляция; 13 — бандаж; 14 —мазутная
форсунка, или газовая горелка; 15 — кожух фор-
камеры; 16 — люк; 17 — коллектор для подачи
воздуха в форкамеру; 18 — провальная решетка
форкамеры; 19 — бункер провальной части фор-
камеры; 20 — распределительная решетка.
шайб, установленных в грибках. Скорость истечения воздуха из отверстий грибков
13—10 м!сек. В нижней части футеровка печи имеет конусную форму, благодаря
чему повышается линейная скорость газа непосредственно над подиной (решеткой)
печи. При этом улучшается перемешивание материала в кипящем слое, что спо-
собствует предотвращению его слеживания и спекания. Расширение печи в верх-
ней части позволяет увеличить время пребывания в аппарате частиц материала,
вынесенного из кипящего слоя, что обеспечивает более полное выгорание серы.
Печь снабжена смотровыми стеклами, люками, взрывным клапаном и
мазутными форсунками или газовыми горелками для разогрева печи в период
пуска. Предусмотрены патрубки для раздельного удаления огарка из провальной
зоны форкамеры и беспровальной части пода печи.
4. Обжиг в кипящем слое
375
Воздух подается под решетку печи в трех местах: в провальный и непровальный
участки форкамеры и под беспровальную решетку основной подины печи (рис. VI1-19).
Для предотвращения спекания огарка удельный расход воздуха в форкамеру печи
должен в 1,8—2 раза превышать его подачу
в непровальную часть пода. Распределе-
ние воздуха регулируется изменением
положения задвижек, устанавливаемых
на воздухопроводах.
При обжиге колчедана с малым со-
держанием серы (12—13%) или в случае
необходимости подогрева воздуха в ка-
честве дутья предусматривается горячий
воздух (До 300° С).
Охлаждающие элементы печи (рис.
VI1-20) выполняются из толстостенных
бесшовных труб (Ст. 20) с толщиной стен-
ки 6—8 мм. Желательно, чтобы сварные
швы охлаждающих элементов находились
вне зоны действия высоких температур
в печи кипящего слоя и были доступны
для осмотра и ремонта.
Ниже приведена техническая харак-
теристика печей КС для обжига фло-
тационного колчедана в кипящем
слое:
Рис. VI1-19. Дутьевые устройства пе-
чей кипящего слоя:
а — в непровальной части подовой решетки;
1 -— воздушное сопло (грибок); 2—крафтбу-
мага; 3—жароупорный бетон; 4—стальная
плита (армнровка условно не показана);
5 —бобышка; 6 —шайба; б— в провальной
части пода форкамеры печи КС-200; /—«гри-
бок»; 2 — крафтбумага; 3 — жароупорный
бетон; 4—короб из швеллера; 5—бобышка
Показатели КС-100 Печн КС-200 К с-450
Производительность (считая на 45% S в кол- чедане), т/сутки 100 200 450
Размеры печи, м диаметр верхней расширенной части 4,27 6,20 9,84
диаметр нижней узкой части 3,27 4,75 9,144
общая высота 10,0 13,48 13,41
Общий объем печи, л<3 90 222 455
Удельный объем печи, м3!м? пода .... 10 11,05 ~9
Площадь дутьевого пода, л12 общая 9,0 20,1 51
основного пода 7,05 17,7 45,5
провальной части форкамеры .... 1,08 1.04 2,73
беспровальной части форкамеры . . . 0,87 1,36 2,77
Подовая интенсивность, тЦмг-сутки) 11 10 8,8
Количество дутьевых сопел (грибков) . . . 444 847 2862
Живое сечение выходных отверстий сопел, % 2,52 2,08 2,3
Расход воздуха, тыс. м3!ч 9—10 18—20 45
Гидравлическое сопротивление, мм вод. ст. кипящего слоя 900—1000 1000—1300 1600
подовой решетки 100—150 180—200 220—240
Коэффициент теплопередачи охлаждающих элементов, ккал!(м2-ч-град) для флотационного колчедана .... 250- -275 250—275
» рядового » 180- -200 180—200
Давление пара в элементах, ат f насыщенного 40 40 40
перегретого — 40 40
Рис. VI1-20. Устройство теп-
лообменного элемента печи
КС-200:
/ — пароотводящая камера;
2 — теплообменный элемент;
3 — водоподводящая камера.
Рис. VII-21. Схема реконструирован-
ной печи кипящего слоя:
1 — воздухораспределительная решетка;
2 — охлаждающие элементы; 3 — тарель-
чатый питатель; 4 — течка питателя;
5 — камера печи; 6 — перегородка; 7—эле-
менты котла-утилизатора; 8 — камера кот-
ла-утилизатора.
4. Обжиг в кипящем слое
377
Печи, аналогичные по конструкции печам КС-200, разработаны на произво-
дительность 450 т/сутки колчедана (печи КС-450).
На некоторых предприятиях работают печи (рис. VII-21), построенные на основе
реконструкции механических многоподовых печей, из которых удалены все своды,
вал и гребки с зубьями. Образовавшийся при этом свободный объем печи разделен
вертикальной перегородкой на две неравные части. В меньшей из них находится
камера горения, установлены дутьевая решетка для подвода воздуха в печь и тепло-
обменные элементы (типа труб Фильда с оребрением) для охлаждения кипящего слоя.
Другая часть печи, разделенная перегородками на три отсека, используется для
установки элементов котла-утилизатора и одновременно выполняет роль пылеоса-
дительной камеры.
Для отвода избыточного тепла реакции и охлаждения обжиговых газов в печь
встроен котел-утилизатор с естественной циркуляцией. В среднем и боковых отсе-
ках пылеосадительной камеры размещена теплообменная поверхность котла-утили-
затора, которая вместе с охлаждающими элементами в кипящем слое образуют общую
систему использования тепла.
Для подачи в печь колчедана на ее верхнем перекрытии установлен тарельчатый
питатель со спиральным ножом, течка которого через свод печи опущена в камеру
горения. Под течкой для загрузки колчедана установлена дутьевая решетка про-
вального типа. Остальная часть подины печи — колпачковая беспровальная.
Обжиговые газы из камеры горения движутся через отверстия в боковых стен-
ках пылеосадительной камеры, опускаются вниз и, проходя под арками перегоро-
док, направляются в средний отсек пылеосадительной камеры. Охлажденные
газы поступают в блок циклонов, откуда дымососом направляются в электрофильтры.
Огарок из печи, камер котла и циклонов удаляется при помощи шнеков-гасителей.
Площадь дутьевой решетки печи 7,4 л/2, объем камеры горения около 35 л/3,
общий объем камеры горения и боковых отсеков пылеосадительной камеры около 66 л<3
Показатели работы описанных (реконструированных) печей КС приведены
ниже:
Производительность, т/сутки ....................... 60—70
Интенсивность
подовая, т/(м2-сутки) ............................. 8—10
объемная, т/(м3-сутки)......................... 0,9—1,0
Удельный расход воздуха на решетке, м3/м2
на провальной ..................................... 1570
» беспровальной ............................... 700
Температура, °C
кипящего слоя ..................................... 730—750
газа на выходе из печи ........................ 800—850
» » » » котла......................... 500—550
» после электрофильтра........................ 360—400
Гидравлическое сопротивление кипящего слоя, мм вод. ст. 900—1000
Содержание
SO2 в газе, объемн. % ...................... 12—13
серы в огарке, вес. %.......................... 0,8—1,0
Запыленность газа, г/м3
до электрофильтра ................................. 9—10
после » ........................... 0,2—0,22
Давление пара, ат ...................................... 30
Выход пара на 1 т колчедана (45% S), т............. 0,8
Питатели и затворы. Одним из непременных условий нормальной работы печи
с кипящим слоем является ее бесперебойное питание колчеданом. Поэтому герметич-
ный питатель является важным узлом печного агрегата. Особенные трудности воз-
никают при подаче флотационного колчедана повышенной влажности. Для печей
378
VII. Обжиг сырья
обжига серного колчедана в кипящем слое наиболее совершенной является конструк-
ция герметичного питателя с обращенным конусным ступенчатым бункером, враща-
ющейся тарелкой и неподвижным спиральным ножом (тарельчатый питатель).
Бесперебойное питание печи колчеданом обеспечивается, если угол встречи мате-
риала с поверхностью ножа на протяжении первых двух третей длины спирали
(считая от центра) изменяется от 30 до 15°, а на всей последней трети длины состав-
ляет 15° (рис. VI1-22).
Производительность тарельчатых питателей со спиральным ножом регули-
руется путем изменения скорости вращения тарелки питателя в зависимости от
концентрации SO2 в сернистом газе или темпе-
ратуры в печи. Регулирование производится
при помощи электродвигателя постоянного тока
с магнитным усилителем.
Ниже приведен метод расчета питателя со
спиральным ножом. Для питателей большого
диаметра (d 1,5 м) построение спирального
ножа следует начинать от центра. При этом
длина первоначального радиуса-вектора спирали
Ro = 7?min (отсчитываемого от центра) должна
быть не более 0,ld. Тогда длина каждого после-
дующего радиуса-вектора 7?/ будет увеличи-
ваться, а угол а между соседними радиусами-
векторами (а равен углу встречи материала со
спиралью) уменьшаться от 30 до 15°.
Для питателя с диаметром d < 1,5 м по-
строение спирали можно начинать с точки ее
пересечения с окружностью нижнего основания
бункера. При этом длина первоначального ра-
диуса-вектора спирали Ro = 7?max = d/2, длина
каждого последующего радиуса-вектора R[ бу-
дет уменьшаться, а угол а увеличиваться (от
15 до 30°).
Радиус-вектор Ri спирали ножа (см. рис.
VII-22) может быть определен по формуле
Ri = Ro (cos а)1’ (VI1-38)
где
Рис. VI1-22. Тарельчатый пита-
тель с обращенным конусным
ступенчатым бункером и непо-
движным спиральным ножом:
1 — тарелка; 2 — корпус; 3 — спи-
ральный нож; 4 — ступенчатый ко-
нусный бункер.
а — угол встречи материала с поверхно-
стью ножа, град',
Ro — первоначальный радиус отсчета для
каждого угла спирали ножа;
i — порядковый номер радиуса-вектора
(1, 2, . . ., 10, 1', 2', . . ., 5', 1", 2",
3"), отсчитываемый от первоначаль-
ного радиуса отсчета для каждого
угла а.
Для расчета при d 1,5 м значение i берут со знаком минус (—), для d-<1,5 м —
со знаком плюс (-[-).
Выбирая высоту Я бункера (в пределах 2—3 м) и высоту h ножа (8—15 см),
определяют диаметр d (в м) нижнего основания бункера и скорость вращения п
(в мин'1) тарелки питателя по формулам:
_________0,045g__________
Рн^-^min (^min — 2/z/tg fJ)
(VII-39)
(VI1-40)
4. Обжиг в кипящем слое
379
где Б — производительность питателя, кг/ч;
у — время полного опорожнения бункера питателя (0,2—0,6 ч);
рн — насыпная плотность колчедана, кг/м3;
Н — высота бункера, м;
h — высота спирального ножа, м;
£)т1п — минимальный диаметр тарелки питателя, м;
(3 — угол естественного откоса колчедана (при влажности колчедана 4—
6% принимают (3 — 45°).
Минимальные значения (в м) диаметра Dmin тарелки и ширины 6min течки
питателя находят из соотношений:
^min ~ 1,43d Zz/tg Pi ^min ~ 0,28Z)mjn
Максимальный крутящий момент (в кгс-м) на валу питателя рассчитывается
по формуле:
Нкр = 0,26/yHd3// (VII-41)
где f — коэффициент трения скольжения колчедана по металлу (принимают f =
= 0,4—0,6).
Ю
твор:
1 — люк; 2—течка; 3—стальной
корпус; 4 — сектор.
Рис. VII-24. Клапанный затвор:
/ — корпус; 2 — клапан; 3—игла; 4 — втулка;
5 — вал; 6 — рычаг; 7 —рукоятка; 8— гайка;
9 — упорный виит; 10 — груз.
Тарельчатый питатель со спиральным ножом для дозирования любого другого
влажного сыпучего материала можно рассчитать аналогичным образом, предвари-
тельно определив оптимальный угол встречи материала с поверхностью ножа при
вращении тарелки и угол естественного откоса материала.
Для выгрузки огарка из печей используются дисковые задвижки и секторные
затворы, для выгрузки огарка из циклонов и котла — грузовые клапанные затворы.
После цепного конвейера для удаления огарка из сухих электрофильтров устана-
вливается двойной приводной затвор. Все устройства для выгрузки огарка должны
быть герметичными.
Односекторный затвор, показанный на рис. VII-23 (применяются и двухсектор-
ные затворы), представляет собой цилиндрический сектор, вращающийся на паль-
цах, закрепленных в боковых станках. Боковые щеки и днище (сектор) затвора
выполняются из стали марки Х18Н9Т.
380
17/. Обжиг сырья
Секторный затвор служит для периодической выгрузки огарка с пода
печи КС. Он открывается и закрывается в зависимости от величины сопротивления
кипящего слоя огарка в печи.
Клапанный затвор-мигалка (рис. VI1-24) предназначен для герметизации не-
прерывной выгрузки сухой огарковой пыли из бункеров оборудования печного отде-
ления с печами КС (циклоны, котлы). Герметизация оборудования достигается
регулированием величины зазора между входным патрубком и клапаном и наличием
над последним слоя огарка в спускной трубе. Допустимая температура огарка до
450° С. Разрежение в аппаратах до 100 мм вод. ст. (установка затвора-мигалки
в аппаратах, работающих под давлением, не допускается).
Автоматическое регулирование печей
кипящего слоя *
Высокая интенсивность процессов тепло- и массообмена в кипящем слое, где
сгорает почти весь колчедан, подаваемый в печь (до 90%), обусловливает практи-
чески одинаковую температуру (±10° С) во всей массе кипящего слоя и сравнитель-
ную легкость регулирования его температурного режима. Стабильность работы
сернокислотной системы в целом в значительной мере зависит от постоянства гидро-
динамического режима во всех аппаратах технологической линии. Колебания коли-
чества газов, проходящих через аппараты, приводят к изменениям линейных ско-
ростей газовых потоков в аппаратах (например, в циклонах и электрофильтрах
сухой очистки газов) и, как следствие, к ухудшению их работы. Кроме того, по-
скольку гидравлическое сопротивление аппаратов находится в квадратичной за-
висимости от линейных скоростей газа, их изменение приводит к изменению разре-
жения на всех участках технологической нитки, что вызывает колебания концентра-
ции сернистого ангидрида в обжиговом газе вследствие изменяющегося подсоса
воздуха. Колебания концентрации SO2 в сернистом газе, поступающем на пере-
работку, ухудшают технико-экономические показатели процесса производства
серной кислоты.
В связи с этим обжиг колчедана стремятся вести при постоянном гидродинами-
ческом режиме, для чего необходима стабилизация количества подаваемого в печь
воздуха и разрежения на выходе из печи. При поддержании постоянной концен-
трации сернистого ангидрида на выходе из печи обеспечивается заданная произво-
дительность по сжигаемому колчедану (в пересчете на 45% S).
Регулировать концентрацию сернистого ангидрида можно по импульсу от
газоанализатора либо по температуре в печи, так как между концентрацией SO2
в газе и температурой существует прямая зависимость. Однако при регулировании
производительности печи по температуре газа на выходе из нее достигается меньшая
точность, чем при регулировании непосредственно по концентрации газа, так как
температура обжигового газа зависит не только от содержания в нем SO2, но и от
температуры воздуха, поступающего в печь, влажности и гранулометрического
состава колчедана и других факторов. Кроме того, вследствие разогрева футеровки
печи и газоходов изменение температуры газа несколько отстает от изменения со-
держания в нем SO2, что также влияет на точность регулирования.
На рис. VII-25 изображена схема автоматизации работы печи с кипящим слоем.
Постоянный объем обжигового газа, выходящего из печи, и постоянная концентра-
ция в нем сернистого ангидрида поддерживаются автоматически. Постоянство объема
обжигового газа обеспечивается подачей в печь заданного количества воздуха.
Импульс от диафрагмы /, измеряющей общее количество воздуха, поступающего
в печь, через регулятор 2 воздействует на дроссельный вентиль 3. Импульс от диаф-
рагмы 5, которая измеряет количество воздуха, поступающего в форкамеру, через
регулятор 4 воздействует на дроссельный вентиль 6. Постоянная концентрация сер-
нистого ангидрида в газе, выходящем из печи, достигается благодаря тому, что
газоанализатор 9, имеющий газозаборное устройство после котла-утилизатора,
* Написано В. С. Петровским и В. А. Живописцевым.
4. Обжиг в кипящем слое
381
воздействует через регулятор 8 на электродвигатель 7 постоянного тока, соответ-
ственно изменяющий число оборотов тарелки питателя, который подает колчедан
в печь. Разрежение в верхней части печи поддерживается постоянным (5 —
10 мм вод. ст.) путем передачи импульса давления от измерителя 10 через регуля-
тор 12 дроссельному вентилю 11, установленному после электрофильтра. Постоянная
величина сопротивления кипящего слоя поддерживаается посредством передачи
импульса давления от измерителя 15 через регулятор 14 двойному секторному за-
твору 13. При промышленных испытаниях этой схемы мгновенные отклонения
концентрации' сернистого ангидрида составляли 0,5—0,7% от его номинальной
концентрации 12%, обычно они не превышали 0.2—0,3%.
Рис. VI1-25. Схема автоматизации печи КС для обжига колчедана:
1, 5 — диафрагмы; 2 — регулятор общего расхода воздуха; 3, 6, 11 — регулирующие дрос-
сельные вентили; 4 — регулятор расхода воздуха в форкамеру; 7 — электродвигатель по-
стоянного тока; 8 — регулятор числа оборотов тарелки питателя; 9 — газоанализатор;
10, 15 — газозаборные устройства; 12 — регулятор давления; 13 — двойной секторный
затвор; 14 — регулятор сопротивления слоя.
Из-за высокой температуры газов, выходящих из печи, газозаборное устрой-
ство газоанализатора устанавливается на газовом тракте после котла-утилизатора,
где температура газов не превышает 450° С, а концентрация SOa на 1—1,5% ниже
За счет подсоса воздуха в котел. Большая запыленность обжигового газа создает
значительные трудности при эксплуатации газоанализатора, газозаборное устрой-
ство которого часто забивается огарковой пылью. Однако опыт эксплуатации пе-
чей КС показал, что при профилактической очистке газозаборного устройства (не
реже одного раза за 2—3 суток) газоанализатор работает достаточно надежно. В на-
стоящее время разрабатываются и испытываются газоанализаторы, принцип дей-
ствия которых основан на зависимости скорости прохождения ультразвука в газовой
среде от ее плотности. На их работу не влияет запыленность обжигового газа.
Как отмечалось, при регулировании подачи колчедана по концентрации SO2
В газе датчиком системы регулирования является газоанализатор. Его инерционность
ограничивает быстроту действия системы регулирования. Поэтому наряду с регули-
рованием подачи колчедана по концентрации SO2 применяют также каскадное регу-
лирование подачи колчедана по температуре кипящего слоя с коррекцией по кон-
центрации сернистого ангидрида.
382
17/. Обжиг сырья
Расчет печи кипящего слоя для обжига
флотационного колчедана
Исходные данные:
Производительность печи по колчедану (45% S) В,
ml су тки....................................200
Объемная интенсивность печи (опытная величи-
на) {/об, т!(м?-сутки) ......................1,25
Содержание серы, %
в колчедане Gs............................ 40
» огарке Ggr .............................. 1
Содержание SO2 в обжиговом газе Cso2, % • • • 14
Влажность колчедана (считая на рабочую мас-
су) W, %.................................... 6
Доля огарка, уносимого из кипящего слоя р . . . 0,95
Площадь форкамеры (выбирают по конструктив-
ным соображениям) /ф, м2 ...................2,4
Температура, °C
колчедана /к.............................. 10
воздуха на входе в печь /в .............. 20
в кипящем слое 7СЛ........................750
газов на выходе из печи /вых..............850
то же, из котла-утилизатора / ........450
Энтальпия, ккал/кг (см. раздел I)
насыщенного пара //и. п...................669
питательной воды Нп, в .................105,6
котловой » 7/к. в ...................258
холодной » Нх, в .....................10
Коэффициент теплопередачи, ккал/(м2 • ч-град)
в кипящем слое (опытная величина) Ксл . . . 275
» конвективном котле-утилизаторе (опреде-
ляется по нормативному методу теплового рас-
чета котлов) Кк. у............................ 30
Расчет проведен для сухого колчедана (45% S) усредненного гранулометрического
состава (стр. 296); объем газов приведен к нормальным условиям.
Материальный расчет печи. Удельный выход огарка определяем по формуле
(УП-1ж)
160 — 40
160-0,4-1
= 0,752
степень выгорания серы — по формуле (VI1-2):
40-0,752-1
40
= 0,98
Количество сухих обжиговых газов на 1 кг сухого колчедана рассчитываем по
формуле (VI1-5)
Vc.
684,4-0,98-40
1000-14
= 1,9 м2[кг
в том числе объем SO2:
Vso, = 1,9-0,14 = 0,266 Л13/кг, или 0,784 кг!кг
4. Обжиг в кипящем слое
383
Концентрация кислорода в обжиговых газах по формуле (VI1-4) равна:
Со2 = 21 — 1,318-14 = 2,55%
Количество кислорода в газах:
Уо2 = 1,9-0,0255 = 0,048 м3/кг, или 0,069 кг/кг
Количество азота в газах:
Vn2 = 1,9 — (0,266 + 0,048) = 1,58 м3/кг, или 1,97 кг/кг.
Объем сухого воздуха, затрачиваемого на обжиг 1 кг колчедана:
1,58-100 9 П ,,
—-------= 2,0 м3/кг
Vc. в
Количество влаги, вносимой в газы колчеданом, находим по формуле (VII-8):
1000-6
IV = -ткх----с — 64 кг/т или 0,064 кг/кг
100 — о
Количество влаги, вносимой в газы воздухом (при ан±0= 11,5 г/м3), определяем
по формуле (VII-8a):
= 11 iooo = °-024
где 11,5 — О (содержание влаги в воздухе при 20° С и относительной влажности
* 29
60% составляет 8,91 г/кг сухого воздуха, или П,5 г^м3
сухого воздуха, см. раздел I, стр. 16).
Общее количество влаги в газах: 0,064 %- 0,024 = 0,088 кг/кг, или 0,108 м3/кг-
Рассчитываем по исходным данным часовой расход сухого 40%-ного колчедана^
_ 200-1000-45 ,
ВР = ---24-40-----= 9375 К5/Ч
Интенсивность печи в расчете на ее верхнее поперечное сечение находим по фор-
муле (VI1-30):
_ 34 465-14-щ"пр
сеч 40-0,98Т
t 4-f
где; Т = сл 273 = 1073° К.
Значение щопр рассчитываем по формуле (VI1-32), предварительно определив
{исходя из гранулометрического состава огарка), что donp = 0,3 мм при степени
уноса р = 0,95. Отсюда:
ш'пр = 1,1-107-0,00032 = 1 м/сек
Подставляя в формулу (VI1-30) найденные значения Т и &уопр, получим (7сеч =
~ 11 т/(м2-сутки).
Расчет основных размеров печи. Площадь верхнего поперечного сечения печи КС
определяем по формуле (VI1-35):
£сеч = 200:11 = 18 м2
Диаметр нижней цилиндрической части печи:
£>=1,13 К^сеч = 4,75 м2
Площадь пода печи:
Fn = £сеч + /ф = 20,4 м2
384
VI1. Обжиг сырья
Внутренний объем печи рассчитываем по формуле (VI1-36):
VBa= 200:1,25 = 160 м3
Средняя температура в печи:
t +
/ср = сл вых = 800° С
Время пребывания газов в печи (7< т < 9)
9,8- 10614н
Т Vb. г Bp4s (273 4- /ср) еК
Тепловой расчет печи. Приход тепла. Тепло, вносимое сухим колче-
даном (при 10° С):
Qc.k = 0,1284- 10 Вр= 12 Мкал/ч
где 0,1284 — теплоемкость колчедана, ккал!(кг-град).
Тепло, вносимое влагой колчедана:
Qh2o ~ 1’ ЮТГ'Вр ~ 6 Мкал!ч
где W ~ 0,064 (см. материальный расчет).
Тепло, вносимое влажным воздухом:
Qb.b= (4,81-2,59 + 8,95-0,024) Вр = 122 Мкал/ч
где 4,81 и 8,95 — энтальпия соответственно сухого воздуха и паров воды при 20° С,
ккал/кг (см. раздел I, стр. 18, 26);
2,59 — количество сухого воздуха, кг/ч.
Количество тепла, выделяющегося при горении колчедана, рассчитываем по
формуле (VI1-10):
Qn>p= 31,8-40-0,98Вр= 11 392 Мкал/ч
Суммарный приход тепла:
Qnp ~ Qc. к + ^н2о + Qb. в + Qrop II 532 Мкал/ч
Расход тепла. Количество тепла, израсходованного на испарение влаги
колчедана:
<2исп = 0,064 [(100 — 10). 1 + 539,6J = 372 Мкал/ч
где 539,6 — теплота испарения воды, ккал/кг.
Количество тепла, уносимого газами из печи:
Qra3 = (HV) Вр = (156,25-0,784 + 207,3-0,069 + 222-1,97 +
+ 425-0,088) Вр = 5691 Мкал/ч
где Н — энтальпия компонентов газовой смеси (SO2, О2, N2, пара), ккал/кг (см. раз-
дел I, стр. 18, 26 и раздел II, стр. 72);
V — количества компонентов газовой смеси, кг (см. материальный расчет).
Количество тепла, уносимого огарком из печи (5% огарка отбирается из кипя-
щего слоя при 750° С, 95% уносится с газами при 850° С):
Qor = (0,05соЛ« + О.ЭЧрСх) 0.752Вр = 1264,8 Мкал1ч
где <?ог — теплоемкость огарка, ккал/(кг- град): соГ= 0,146 + 1,2735-10"4/ —
— 5,77- IO’8 /2.
4. Обжиг в кипящем слое
385
Количество тепла, теряемого печью в окружающую среду:
QnoT — 0,01Qnpf-- Н5,3 Мкал/ч
где 0,01 — опытный коэффициент потерь тепла.
Суммарное количество тепла, уносимого из печи:
Qp = 9газ _г Qor Фисп “г QnoT 7443 Мкал/ч
Количество тепла, утилизируемого в кипящем слое охлаждающими элементами:
QyT = Qnp — Qp 4089 Мкал/ч
Количество тепла, вносимого огарком в котел-утилизатор:
Qor •= 0,95со/'ых-0,752Вр = 1207,7 Мкал/ч
Суммарный приход тепла в котел-утилизатор:
Qnp = Qra3 + Qor = 6898,7 Мкал/ч
Количество тепла уносимого огарком из котла при 450° С:
Qor + 0,95согУвых-0,7525р^ 577,5 тыс. ккал/ч
Количество тепла, уносимого газами из котла при 450° С (рассчитано анало-
гично Qra3 пРи соответствующих значениях энтальпии компонентов газовой смеси):
Qra3 = 960 Мкал/ч
Количество тепла, теряемого котлом в окружающую среду:
Qn0T = 0,05Qnp = 34,4 тыс. ккал/ч
где 0,05 — опытный коэффициент потерь.
Суммарное количество тепла, уносимого из котла:
Qp = Qor + Qra3 + QnoT^ 3571 Мкал/ч
Количество тепла, утилилизируемого в котле:
QyT = Qnp - Qp^ 3326,8 Мкал/ч
Суммарное количество тепла, утилизируемого в печи и котле:
2 QyT = QyT + Qyr^ 7415,8 Мкал/ч
Количество насыщенного пара, вырабатываемого агрегатом:
У QyT
D = 777------77 ч , п ;-И------ту--7 13 000 кг/ч
(“н. п “п. в) + Q (“к. в — “п. в)
где q= 0,05 — доля продувки (от паропроизводительности котла).
Условный удельный выход пара (испарительность колчедана):
QyT
Dyn = —п—тут------77—т- — 1,35 кг/кг колчедана
Вр и — 7ix. в)
где Вр—расход колчедана (45% S), кг/ч.
Тепловое напряжение печи:
Qnp 11532-10*
р- = —1SS— - 72.5 МкалЦч-л^
*5 Справочник серкокнслотчика
386
VII. Обжиг сырья
Расчет теплообменных поверхностей. Температурный напор в кипящем слое:
^сл ~ ^сл /н. п = 501 С
где /н. п — температура насыщенного пара (7Н. п = 249° С при 40 ат).
Поверхность холодильных элементов в кипящем слое:
/ел = ~ 31
Дел ^*сл
Температурный напор в котле-утилизаторе:
t' —t"
* / ВЫХ ВЫХ орго z-4
ArKV =-------------------- = «jod С
у t — t
2 3 lg -
s f —t
вых H. П
Поверхность нагрева котла-утилизатора:
Сушка и пуск печей кипящего слоя
До ввода в эксплуатацию печь должна быть тщательно просушена во избежание
растрескивания и разрушения футеровки. Предварительно печь очищают от опа-
лубки, лесов, строительного мусора, перед сушкой полностью закрывают грибки
стальными листами. В бункер тарельчатого питателя загружают огарок или песок
на высоту не менее 300 мм. Сушку ведут согласно графику (рис. VI1-26), используя
Рис. VII-26. График сушки печи.
в качестве топлива сухие колотые дрова (илщгаз). По достижении температуры 150° С
дальнейший обогрев печи можно производить продуктами горения мазута или газа.
Общая продолжительность сушки в среднем 10—12 суток.
Продукты горения и пары воды удаляются, минуя котел, через временную вы-
тяжную трубу, смонтированную на люке газохода от печи к котлу. Во время сушки
через охлаждающие элементы должна циркулировать вода. Одновременно с сушкой
печи ведут сушку и подготовку к пуску котла-утилизатора.
До пуска печи выполняют следующие подготовительные работы:
1. Очищают от посторонних примесей: камеру горения, газоходы, спускные
устройства, воздухоподводящий конус, проверяют чистоту всех отверстий грибков.
2. Проводят холодные гидродинамические испытания печи. Проверяют правиль-
ность подачи и распределения воздуха по зонам дутьевой решетки (в провальную и
4. Обжиг в кипящем слое
387
непровальную части форкамеры, на основную непровальную подину печи). Удельный
расход воздуха в форкамеру должен находиться в пределах 1500—1800 м3/(.и3-ч).
Особое внимание при холодных испытаниях печи обращают на то, чтобы продувка
воздуха не происходила через подину (минуя грибки); замеряют гидравлическое
сопротивление решетки, которое должно быть не менее 100—150 мм вод. ст. при
нормальном расходе воздуха (для печи КС-100).
3. Печь и весь печной агрегат проверяют на герметичность при соответствующем
последовательном перекрытии запирающих устройств. Печь, котел и циклоны испы-
тывают на герметичность при напоре воздуха не менее бОО.ч.и вод. ст., электрофильтр
при напоре не менее 200 мм вод. ст.
При проверке на герметичность места утечек воздуха (или соответственно воз-
можных подсосов воздуха в работающий агрегат) можно определять, как обычно
при использовании пенящихся растворов, по отклонению пламени и другими извест-
ными способами. Для облегчения проверки герметичности могут применяться также
дымовые шашки (дым выходит в местах подсоса воздуха).
4. Проверяют исправность всех механизмов и оборудования печного агрегата
(оборудование обкатывают в течение нескольких суток до пуска печи), состояние
холодильных элементов и всей системы утилизации тепла (в соответствии со специаль-
ной инструкцией по испытаниям котельных установок), оснащение и исправность
всех контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации.
5. Печь на высоту 1000—1100 мм загружают сухим огарком, просеянным через
сито с~Ътверстиями 2 леи, и выравнивают слой огарка. Для облегчения пуска печи
желательно, чтобы огарок содержал 5—6% серы, для чего в него можно добавить соот-
ветствующее количество колчедана (огарок можно заменить песком).
6. Проводят проверку состояния кипящего слоя. При этом клапан на входе в кол-
лектор чистого газа закрывают и открывают выхлопной шибер для выхода газа в атмо-
сферу (после пускового дымососа). Включают дымосос и дутьевой вентилятор и по-
дают в печь в течение 10—15 мин номинальное количество воздуха. После прекраще-
ния подачи воздуха (для чего выключают вентилятор и дымосос), наблюдают, как
лег слой. Он должен быть ровным с небольшим углублением в форкамере вследствие
большего удельного расхода воздуха в ней. Неровность слоя указывает на неравно-
мерное распределение воздуха, подача которого в этом случае должна быть перерас-
пределена при помощи соответствующих задвижек. Если же после этого высота слоя
заметно понизится (за счет отдувки мелкой фракции), в печь догружают огарок до
прежней высоты слоя 1000—1100 мм.
По окончании всех подготовительных работ приступают к разогреву печи, котла
и электрофильтра, используя в качестве топлива мазут или природный газ (стр. 663).
Перед разогревом печи включают все механизмы для удаления огарка и циркуля-
ционные насосы.
Для обеспечения необходимых санитарно-гигиенических условий работы печного
отделения и сернокислотного цеха в целом рекомендуется следующий порядок разо-
грева печного агрегата и пуска печи:
1. Приступают к розжигу мазутных "форсунок или газовых горелок, установ-
ленных в печи и в специальной топке для разогрева электрофильтров, и про-
водят разогрев кладки печи, котла и электрофильтра продуктами горения топ-
лива.
: 2. Одновременно с розжигом включают электрообогрев кварцевых труб электро-
фильтра. По достижении в первых двух полях электрофильтра температуры 300—
270°С включают напряжение.
3. После включения электрофильтра начинают разогрев огарка в печи кипящего
слоя с отводом дымовых газов из работающего электрофильтра в атмосферу. При таком
способе разогрева исключается загрязнение атмосферы частицами огарка. Расход
ЖвДуха при разогреве слоя огарка составляет 60—7О?/6 номинального и увеличи-
вается по мере повышения температуры кипящего слоя до номинала.
4. Для пополнения слоя, что необходимо вследствие частичного выдувания огар-
ковой пыли во время разогрева, в печь подают огарок из питателя или специально
Установленной течки через один из люков печи.
‘ 25*
388
17/. Обжиг сырья
5. По достижении температуры кипящего слоя 500—550° С начинают подачу
колчедана и выключают форсунки. Колчедан подают небольшими порциями, вклю-
чая питатель на 10 сек, одновременно наблюдая за температурой. Если температура
после включения подачи колчедана продолжает повышаться, то, дождавшись прекра-
щения подъема температуры, начинают питание печи уменьшенным количеством кол-
чедана. Если же температура в слое после прекращения подачи колчедана сразу сни-
жается (это происходит при недостаточном питании печи), необходимо увеличить коли-
чество загружаемого в печь колчедана. Через регулярные интервалы (1—2 мин)
необходимо прекращать подачу колчедана и наблюдать за температурой слоя.
Если при прекращении подачи колчедана температура слоя не повышается, сле-
довательно, в печь подается требуемое количество колчедана и при дальнейшей ее
работе может быть достигнута нормальная температура слоя (750—800° С). Если его
температура в течение 10 мин остается неизменной, то можно переходить на подачу
обжигового газа в сернокислотную систему.
В тех случаях, когда после прекращения’подачи колчедана в печь температура
слоя продолжает повышаться и превысит 770° С, быстро прекращают подачу воздуха
в печь и ждут, когда слой остынет до'730° С за счет отвода тепла холодильными эле-
ментами. Затем подают в печь воздух (не подавая колчедана) и наблюдают за темпе-
ратурой. При понижении температуры включают питатель на меньшую подачу кол-
чедана и снова наблюдают за температурой. Эти операции повторяют до тех пор,
пока не установится нормальный температурный режим в печи.
Пуск котлов-утилизаторов производится специализированными организациями,
разрешение на пуск дают местные'органы Госгортехнадзора после проведения испы-
таний и осмотра котла.
Технико-экономические показатели печей
кипящего слоя для обжига колчедана
Основные преимущества метода обжига колчедана в кипящем слое заключаются
в следующем: большая интенсивность процесса; высокая концентрация сернистого
ангидрида в обжиговом газе при степени выгорания серы 97—98% возможность испо-
льзования теплоты реакции горения колчедана для получения насыщенного или пере-
гретого (энергетического) пара (стр. 414 сл.); высокий коэффициент теплопередачи от
слоя к охлаждающим теплообменным элементам; возможность полной механизации
и автоматизации процесса; простота пуска и эксплуатации, облегчение условий труда
работающих в печном отделении; резкое сокращение строительного объема зданий
этого отделения; возможность сжигания сырья с высоким и низким содержанием
серы и совмещения процесса обжига с другими процессами, например с расщепле-
нием отработанной серной кислоты, утилизацией промывных кислот и др.
Кроме тоге, обжиг сырья, содержащего до 8% влаги, можно проводить без его
предварительной сушки, необходимой при использовании печей пылевидного обжига.
Благодаря высоким технико-экономическим показателям процесса себестоимость
серной кислоты снижается на 20—25%.
Вследствие перечисленных преимуществ обжиг в кипящем слое стал основным
методом переработки колчедана в сернистый газ. Сравнительные технико-экономи-
ческие показатели печей КС кипящего слоя и других типов — механических ВХЗ
и пылевидного обжига (ПО) — приведены ниже:
Показатели вхз по КС
Производительность, т!сутки 31,5 70 200
Коэффициент использования сырья, % 96 96 97—98
Удельный расход материалов на печь (в пересчете на 1 ml су тки колчедана), кг металл 1525 315 250
футеровка 4980 1257 890
4. Обжиг в кипящем слое
389
Показатели ВХЗ ПО КС
Удельные капиталовложения в строительство печного отде- ления и подготовку сырья (в пересчете на 1 т флота- ционного колчедана в год), руб. 10,7 10 26 *
Выработка пара, т/т колче- дана 0,5—0,6 —1,2
* Включая затраты на строительство вагоноопрокидывателя, (перегре- тый пар) тепляка для разогрева
вагонов с колчеданом, механизированных открытого и закрытого складов колчедана с под-
готовительным отделением и печного отделения с печами КС-200.
Как следует из этих данных, печи КС обеспечивают примерно вдвое боль-
шую выработку пара (по сравнению с печами пылевидного обжига) и макси-
мальную степень использования серы колчедана. В связи с общей тенденцией к уве-
личению единичной мощности агрегатов в химической промышленности к наиболее
перспективным в этом отношении печам следует отнести печи КС.
Обжиг колчедана в печах кипящего слоя
с применением кислорода
Одним из путей дальнейшей интенсификации печей КС может стать применение
кислорода при обжиге сырья. В печах старых конструкций (механические, пылевид-
ного обжига) применение кислорода осложнялось прежде всего трудностью отвода
избыточного тепла, количество которого увеличивается с ростом концентрации О2
в дутье. Отвод тепла из печей КС облегчается благодаря размещению в кипящем слое
холодильных элементов. Применение для обжига колчедана кислорода в известной
мере тормозится из-за его довольно высокой стоимости. Однако по мере внедрения
в промышленность высокопроизводительных кислородных станций (блоков разде-
ления воздуха) применение кислорода при обжиге колчедана станет экономически
целесообразным.
Проведенные на опытной печи ДКСМ испытания показали, что производитель-
ность печи, ее подовая и объемная интенсивность возрастают прямо пропорционально
повышению концентрации кислорода в дутье. Так, в опытах с подачей в печь 60%-
ного кислорода ее подовая интенсивность достигала 28 ml (.и2 • сутки), объемная
Интенсивность составляла 3,3 тЦмР'Сутки) вместо соответственно 10 т1(м2'сутки)
и 1,2 т!(м?• сутки), достигаемых при воздушном дутье.
При обжиге колчедана в кипящем слое с применением О2 не только резко
повышается интенсивность печи, но возрастает выход пара на 1 т колчедана (вслед-
ствие уменьшения удельного объема обжиговых газов). Например, при использова-
нии в качестве дутья 60%-ного кислорода выход пара достигает 1,6 т/т колчедана
(~1,4 т/т при работе на воздухе). Из получаемого при этом пара можно выработать
электроэнергию в количестве, достаточном для производства необходимого кисло-
рода и обеспечения нужд сернокислотного цеха.
Обжиг в печи-котле с двумя кипящими слоями (ДКСМ)
Дальнейшей ступенью развития процессов обжига серосодержащего сырья в ки-
пящем слое является использование принципа псевдоожижения не только для сжи-
гания сырья, но и для охлаждения обжиговых газов с утилизацией их физического
тепла для получения пара. Такой процесс осуществляется в едином комплексном
аппарате— печи-котле с двумя кипящими слоями — сокращенно ДКСМ (буква М
390
VII. Обжиг сырья
добавлена в память о главном авторе этого метода обжига, которым является
А. М. Малец) *. Опытная конструкция печи этого типа испытана в промышленных
условиях.
Аппарат состоит из двух расположенных одна над другой зон, разделенных пер-
форированной решеткой. В кипящем слое нижней зоны, куда подается колчедан
и воздух, протекает процесс горения при 700—800' С, в кипящем слое верхней зоны
Рис. VI1-27. Печь-котел ДКСМ с двумя кипящими слоями:
1 — тарельчатый питатель; 2 — нижняя зона печи; 3 — течка для огарка из верхнего слоя;
4 — газораспределительная решетка верхнего слоя; 5 — верхняя зона печи; 6 — циклон
для возврата огарка; 7 — барабан котла; 8 — подогреватель; 9 — охлаждающий (испари-
тельный) элемент верхнего кипящего слоя; 10 — питательный насос; 11 — охлаждающий
(испарительный) элемент нижнего кипящего слоя; 12 — течки для огарка из нижнего слоя;
13 — воздухораспределительная решетка нижнего слоя; 14 — пароперегреватель.
происходит охлаждение обжиговых газов и уносимого ими из нижней зоны огарка
до температуры 450—500° С. Второй (верхний) кипящий слой образуется из огарка,
уносимого восходящим потоком обжигового газа из нижней зоны через распредели-
тельную решетку в верхнюю зону печи. Образование и стабильность верхнего кипя-
щего слоя обусловливаются возвратом в него огарка, унесенного из верхней зоны
* А. М. Малец, А. Н. Терновская, Я. Г. Коренберг,
С. Я. Ш п у н т, авт, свид. СССР 198300; Бюлл. изобр., № 14 (1967).
4. Обжиг в кипящем слое
391
и уловленного в циклоне. Благодаря поддержанию соответствующей скорости газа
в отверстиях распределительной решетки (в зависимости от диаметра отверстий)
не наблюдается провала огарка из верхнего слоя в нижний.Необходимые температуры
горения сырья и охлаждения газов обеспечиваются при размещении в обоих кипящих
слоях тепловосприни.мающих элементов, составляющиих общую с печью систему
использования тепла (с естественной или принудительной циркуляцией) для получе-
ния энергетического пара.
Таким образом, при использовании нового метода обжига отпадает необходимость
в установке после печи специального котла-утилизатора, так как его заменяет вто-
рой кипящий слой. При этом в несколько раз сокращается требуемая поверхность
охлаждения газов вследствие значительно лучших условий теплообмена в кипящем
слое. Коэффициент теплопередачи в кипящем слое колчеданного огарка составляет
более 170 ккал/(м2'Ч'град), тогда как при конвективном теплообмене он не превы-
шает 25—30 ккал/(м2-Ч’град). В печах ДКСМ можно сжигать флотационный и рядо-
вой серный колчедан и другие виды сыпучего серосодержащего сырья, а также эле-
ментарную серу (при этом кипящие слои создаются из инертного материала).
Схема печи-котла ДКСМ для обжига колчедана с естественной циркуляцией
паро-водяной эмульсии в элементах нижнего кипящего слоя и принудительной цир-
куляцией в элементах верхнего слоя представлена на рис. VI1-27.
Серный колчедан подается через герметичный тарельчатый питатель 1 в нижнюю
зону 2 печи ДКСМ, где происходит его обжиг в основном в кипящем слое при 700—
800° С и частично в надслойном пространстве. Необходимый для горения воздух
подается в печь через комбинированную (провально-беспровальную) воздухорас-
пределительную решетку 13. Часть воздуха (около 1000 м?!ч) поступает в печь через
течку питателя для ее охлаждения, 500—800 м3!ч воздуха подается под течку воз-
врата огарка, что способствует его быстрому распределению по всему объему второго
кипящего слоя. Обжиговый газ из нижней зоны печи вместе с основным количеством
огарка выносится через решетку 4 в верхнюю зону 5 печи, где из огарка образуется
второй кипящий слой как за счет падения скорости газа (вследствие снижения тем-
пературы и некоторого расширения печи), так (главным образом) за счет возврата во
второй слой огарка, унесенного из верхней зоны печи и уловленного в циклоне 6.
Из циклона обжиговый газ направляется в этектрофильтр. Основная масса огарка,
образующегося при обжиге в печи-котле ДКСМ, отводится из верхнего кипящего
слоя через переливное окно по течке 3 на транспортер. Крупные частицы огарка,
остающиеся в нижнем кипящем слое печи, удаляются по течкам 12 из форкамеры с не-
провальной подины печи. Питательная вода насосом 10 прокачивается через подо-
греватель#, расположенный в барабане котла7, а затем циркулируете холодильных
элементах 9 верхнего кипящего слоя. Образующаяся в них паро-водяная эмульсия
поступает в барабан котла 7 для сепарации. Из барабана котловая вода подается
в охлаждающие элементы И нижнего кипящего слоя. Отсюда паро-водяная эмульсия
за счет естественной циркуляции поступает в барабан 7. Насыщенный пар, отделив-
шийся от капель воды в барабане 7, направляется в пароперегреватель 14, располо-
женный в нижнем кипящем слое. Перегретый пар энергетических параметров отби-
рается на его дальнейшее использование.
Техническая характеристика печи ДКСМ и основные показатели ее технологи-
ческого режима приведены ниже:
Объемная интенсивность зоны обжига (на 45?о-ный фло-
тационный колчедан), тЦм9-сутки)..................... 2,5—3,0
Подовая интенсивность, т(/м2 -сутки)
на площадь пода...................................... 12—14
» верхнее сечение кипящего слоя................. 10—11
Удельный расход дутья в провальной решетке нижней
зоны, м3/(м2-ч) ..................................... 1800—2000
Температура, °C
в первом слое........................................ 700—800
газов под решеткой .............................. 800—850
392
VII. Обжиг сырья
Температура во втором слое (зависит от схемы перера-
ботки сернистого газа), °C..........................
Сопротивление кипящего слоя, мм вод. ст.
нижнего ............................................
верхнего .......................................
Концентрация SO2 в газе, объемн. % ..............
Содержание серы в огарке, %.........................
Диаметр отверстий в решетке верхнего слоя, мм . . . .
Свободное сечение отверстий решетки верхнего слоя, %
Шаг между колпачками нижней решетки и отверстиями
верхней решетки, мм ................................
Линейная скорость, м/сек
воздуха в отверстиях колпачков провальной и бес-
провальной решеток нижней зоны .................
газов в цилиндрической части нижней зоны , . , .
то же, верхней зоны ............................
Расход воздуха под течку возврата, м/ч .............
Запыленность газов после циклонов возврата, г/м3 ....
Напор, создаваемый воздуходувкой, мм вод. ст. . . .
Рабочее давление пара, ат ..........................
Температура пара, °C ...............................
Коэффициент теплопередачи в слоях, ккал/(м2-ч град)
нижнем (для испарительных элементов)................
верхнем (для испарительных элементов) ..........
нижнем (для пароперегревательных элементов) . .
400—500
800—1000
600—700
14—15
1,0—1,2
28—32
2,0—2,5
150—180
10—12
0,3—0,35
0,24—0,26
500—800
25—35
1800—2000
40
450
250—270
170—190
200—220
Основными достоинствами метода обжига колчедана в печах ДКСМ в сравнении
с обычными печами КС являются: более высокая объемная интенсивность зоны горе-
ния; большая интенсивность теплообмена; отсутствие специального котла-утилиза-
тор а; снижение выхода мышьяка в газовую фазу более чем в 10 раз; увеличение выхода
селена в газовую фазу на 20—30%; компактность печного агрегата;^ сокращение
строительного объема зданий печного отделения; уменьшение протяженности тран-
спортных устройств. Однако наличие разделительной решетки для второго кипящего
слоя усложняет конструкцию печи, но это в известной мере компенсируется пере-
численными преимуществами ее.
5. МЕХАНИЗАЦИЯ УДАЛЕНИЯ ОГАРКА
В зависимости от способа удаления огарка из печного отделения сернокислот-
ных заводов применяются механические, пневматические и гидравлические транспор-
тирующие устройства. На подавляющем большинстве заводов применяется механи-
ческий транспорт, состоящий из шнековых холодильников или транспортирующих
труб, где огарок охлаждается до 60° С, и ленточных конвейеров, подающих охлаж-
денный материал в бункера для погрузки в железнодорожные вагоны.
Наилучшим решением системы комплексной механизации транспортирования
огарка из печного отделения являются конвейеры с погруженными скребками. При-
менение их полностью ликвидирует пылеобразование, значительно облегчает работу
обслуживающего персонала, повышает производительность труда и снижает капи-
тальные затраты. В некоторых случаях (когда это соответствует климатическим и
производственным условиям) предусматривается пневматическое и гидравлическое
удаление огарка.
Ниже рассмотрены перечисленные способы удаления огарка и применяемое обо-
рудование.
5. Механизация удаления огарка
393
Механический транспорт огарка
Винтовой конвейер (шнек) состоит из стального кожуха (рис. VII-28), внутри
которого на выносных подшипниках вращается винт. Винт выполнен из отдельных
чугунных витков, насаженных на стальной вал квадратного сечения. В кожух вин-
тового конвейера подается вода для охлаждения и увлажнения огарка. Подача воды
производится специальным устройством, состоящим из трубы, ковша и бачка. Труба
с ковшом приводится во вращение при помощи цепной передачи от привода шнека.
Ковш при вращении зачерпывает воду из бачка и вливает ее через отверстие внутрь
трубы. Образующиеся в кожухе винтового конвейера водяные пары отводятся на
установку очистки от пыли и затем выбрасываются в атмосферу. Преимуществами
Рис. VII-28. Шнековый холодильник огарка (винтовой конвейер):
1 — подшипник; 2 — затвор; 3 — вал; 4 — чугунная спираль (винт шиека); 5 — кожух;
6 — орошающая труба; 7 — ковш; 8 — бачок для воды; 9 — крышка; 10 — кольцо; 11 —
рама; 12 — редуктор; 13 — муфта; 14 — электродвигатель.
винтовых конвейеров являются их компактность, герметичность, простота конструк-
ции. К недостаткам относятся сильный износ винта и кожуха и повышенный расход
электроэнергии по сравнению с другими типами конвейеров.
Производительность винтового конвейера (в т/ч):
лР2
Q = 60-y-S/ipi|) (VII-42)
где D — наружный диаметр винта м;
s — шаг винта м;
п — скорость вращения винта, мин"1;
р — плотность материала (груза), т/м2',
ф — коэффициент заполнения площади поперечного сечения желоба.
30
Для огарка s = (0,5—0,6)0; п = Ф = 0,125.
Мощность электродвигателя (в кет):
_ QLco
367т]
(VII-43)
где Q — производительность винтового конвейера, т!ч\
L — длина пути перемещаемого груза, м;
® — коэффициент сопротивления движению груза (для огарка со = 4);
Ч— к. п. д. привода.
Транспортирующая труба (рис. VI1-29) представляет собой цилиндр с гладкой
или винтовой внутренней поверхностью. Труба опирается бандажами на ролики и
приводится во вращение от зубчатой передачи.
Рис. VII-30. Холодильный барабан:
загрузочная коробка; 2 — роликовые опоры; 3 — Привод; 4 — разгрузочная коробка.
5. Механизация удаления огарка
395
В транспортирующей грубо огарок, пересыпаясь при ее вращении, также полу-
чает iiociy паюльное движение вдоль оси трубы. При гладкой цилиндрической поверх-
ности труб\’ устанавлпвают под углом к горизонтали. К цилиндрической поверхности
горизонтальных труб изнутри крепится винтовая лента. Для охлаждения огарка
наружная поверхность трубы орошается водой. Достоинства транспортирующих
труб — герметичность и надежность в работе, однако они имеют ряд существенных
недостатков: значительные габариты по высоте; большой вес; необходимость значи-
тельных капитальных затрат и весьма точного монтажа опор и привода.
Модификацией транспортирующей трубы является холодильный барабан
(рис. V11-30), имеющий две роликовые опоры. Для лучшего перемешивания и продви-
жения огарка внутри барабана имеется винтовая спираль в загрузочной части, а к
внутренней поверхности остальной части трубы под углом 15е приварены стальные
полосы. Снаружи барабан охлаждается водой.
Производительность транспортирующей трубы (в щ/ч) определяется по формуле
(VH-42), в которой D, п и ф — соответственно диаметр трубы (в м), скорость ее вра-
щения (в мин"1) и коэффициент заполнения площади поперечного сечения трубы
(принимают ф ~ 0,2—0,3).
Мощность (в кет), затрачиваемая при вращении трубы, расходуется на преодо-
ление сопротивления в опорных роликах Vx и на подъем огарка, пересыпающегося
внутри трубы, V2. Величина Vx определяется по формуле:
(G -|- Go) (2^ 4" fd) D^nTt
cos aoDp-6O-102
(VII-44)
где G — вес трубы, кгс;
Go — вес перемещаемого огарка, кгс;
k — коэффициент трения качения, мм;
/ — коэффициент трения скольжения;
d — диаметр цапфы ролика, мм;
Dr — наружный диаметр бандажа, м;
п — скорость вращения трубы, лшн-1;
а0 — центральный угол между вертикальной осью трубы и линией, проходящей
через центр опорного ролика, град;
Dp — диаметр ролика, мм.
Значение V2 определяется по формуле;
Gan
975~
N2
(VII 45)
где а — расстояние от центра тяжести груза до вертикального диаметра трубы, м.
Для медленно вращающихся барабанов при ф = 0,3 можно принять а = 0,250.
Мощность электродвигателя (в кет):
11
где т] — к. п. д. передачи.
Конвейеры с погруженными скребками конструкции ВНИИПТмаш (рис. VI1-31)
изготовляются* в обычном закрытом термостойком исполнении и в специальном
(с охлаждаемым водой днищем) исполнении, обеспечивающем отсутствие пыления,
а также возможность охлаждения транспортируемого груза. Конвейер представляет
собой закрытый металлический короб прямоугольного сечения, состоящий из отдель-
* См. серию альбомов «Конвейеры с погруженными скребками», изд.
ВНИИПТмаш.
396
VII. Обжиг сырья
ных последовательно соединенных секций и приводной и натяжной станций. Внутри
короба движется замкнутая тяговая цепь со скребками (рис. VI1-32). При движении
цепи ее нижняя (рабочая) ветвь, погруженная в транспортируемый материал, пере-
мещает его в направлении приводной станции. В конвейерах с погруженными скреб-
ками их загрузка и разгрузка возможны в любых точках трассы.
Конвейеры выпускаются Гороховецким заводом подъемно-транспортного обо-
рудования для горизонтальной, наклонной и горизонтально-наклонной трасс.
Ширина короба 200, 320, 500 и 650 ми, максимальная длина конвейера 50 м, угол на-
клона к горизонту до 30°, температура перемещаемого груза до 300° С. При транспор-
тировании материалов, имеющих температуру выше 300° С, расчетную производи-
тельность конвейера следует уменьшить в 3,5 раза, а при температуре свыше 700° С —
в 10 раз.
Рис. VII-31. Конвейер с погруженными скребками, горизонтально-наклонный:
/ — привод; 2 — приводная станция; 3 — поворотная секция; 4 — загрузочные секции;
5 — люк; 6 — натяжная станция.
Производительность конвейера с погруженными скребками (в пг/ч)'.
Q = 3600 Bhtivp (VI1-46)
где В — ширина короба в свету, м;
h — высота слоя груза, м;
п — коэффициент производительности (принимается п = 0,92);
v — скорость движения цепи, м/сек,',
р — плотность груза, т/м3.
При расчете длины конвейера с погруженными скребками и мощности его элек-
тродвигателя следует руководствоваться табл. VII-5.
Значения коэффициента К в расчетных формулах длины конвейера (см. табл. VI1-5)
при различной ширине короба В (и соответственных Qmax) приведены ниже:
Грузы
Абразивные
Неабразивные
Значения К при ширине В (в мм)
200 320 500 и 650
2 300 * 4350 11 600
4200
4100 * 7700 20 000
7600
В числителе К для цепи с шагом 125 мм, в знаменателе — с шагом 160 .i/.w.
-----16D----*4*—---160 —-—*1
а
Рис. VH-32. Цепи скребковые:
а — однорядная; б—двухрядная; /—вилка; 2—скребки; 3— замок;
4 — шайба; 5 — палец; 6 — скребки зачистные; 7 — шплинт.
Таблица VII-5. К расчету конвейеров с погруженными скребками
(ширина короба В, в мм, максимальная производительность Qmax, в мР/ч, дана при v = 0,16 м/сек)
Принятые обозначения: Lr, LH — расстояние между осями валов приводной и натяжной станций (в горизонтальной
проекции), 3t; v — скорость движения скребковой цепи, м/сек-, Q — производительность конвейера, т/ч-, р. —коэффициент трения материала
о короб (0,5—0,7); т — коэффициент, полученный опытным путем (при шаге 125 мм величина т ~ 2,3, при шаге 160 мм величина т~ 3,0);
И —расстояние между осями валов приводной и натяжной станций в вертикальной проекции, м; /(—коэффициент (значения К см. стр. 396).
5. Механизация удаления огарка
399
Пневматический транспорт огарка
Работа пневматических устройств основана на принципе придания грузу (мате-
риалу) скорости потоком воздуха, движущимся в трубопроводе. Движение воздуха
вместе с транспортируемым материалом обусловливается разностью давлений в начале
и в конце трубопровода. По способу создания
этой разности давлений пневматические
устройства подразделяются на всасывающие,
нагнетательные и смешанные. На сернокис-
лотных заводах чаще всего применяются
пневматические установки всасывающего типа.
Установка такоготипа (рис. VI1-33) в сер-
нокислотном цехе Актюбинского химического
комбината удаляет огарок из пыльников га-
зоходов и из электрофильтров после печей
пылевидного обжига. Пыль забирается из
пыльников в пяти точках и от электрофиль-
тров в 20 точках. Концентрация пыле-воздуш-
ной смеси (отношение количеств огарка и воз-
духа, проходящих по трубопроводу за еди-
ницу времени) составляет 1 : 6,5.
Разрежение в системе (30 мм рт. ст.) соз-
дается паровым эжектором (рис.VII-34). По-
ступление огарка и воздуха в трубопровод
регулируется соплом. Расход пара на 1 т
огарка составляет 0,7 т/ч. Температура огар-
ка, входящего в трубопровод, равна 300° С,
Рис. VI1-33. Схема пневматического
поэтому труба снабжена компенсаторами.
Огарковая пыль отделяется от транспорти-
рующего ее воздуха в разгрузочной станции
(рис. VII-35). Установку обслуживают два
человека. Стоимость удаления 1 т огарка
1,13 руб. при стоимости 1 т пара 4,51 руб.
Установка нагнетательного типа при давлении воздуха 4—5 ат работает в печ-
транспорта огарка на установке
всасывающего типа:
1 — электрофильтр; 2—сопла; 3 — пыль-
ник газохода; 4 — пробковый кран;
5 — разгрузочная станция.
ном отделении сернокислотного башенного цеха Горловского азотнотукового завода.
Смесь огарка и воздуха из теплообменников, пыльников, электрофильтров
(рис. VII-36) по пневмопроводам подается в циклоны, установленные на бункерах.
Рис. VI1-34. Паровой эжектор:
- — манометр; 2 — корпус; 3 — сопловая головка; 4 — сопло; 5 — патрубок; 6 — смеси-
тельная камера; 7 — выходной патрубок; 8 — входной патрубок.
400
17/. Обжиг сырья
Осевший огарок периодически выгружается из бункеров в железнодорожные вагоны.
Воздух из циклонов очищается в электрофильтре и отводится в атмосферу. Стоимость
пневматического удаления 1 т огарка, по данным завода, 1 руб. 53 коп.
При расчете пневматической линии определяют скорость витания (в м/сек),
при которой материал, помещенный в трубе, будет находиться во взвешенном состоя-
нии: _____
= (VII-47)
где k — опытный коэффициент (для частиц шаровой формы k — 10—170, меньшее
значение k соответствует меньшему размеру частиц);
у — удельный вес частиц материала, тс/м3;
?в — удельный вес воздуха, кгс/м3;
d — размер частиц материала, м.
Рис. VI1-35. Разгрузочная станция:
/ — разгрузитель; 2—циклон; 3—оса-
дитель; 4—бункер; 5—шнек-увлажни-
тель; 6—выхлопная труба; 7 — вагон;
8 — паровой эжектор; 9 — глушитель
шума.
Рис. VI1-36. Схема пневматического удаления
огарка на установке нагнетательного типа:
/ — электрофильтры типа ОГ-З-ЗО; 2 —коллектор
с пыльниками; 3 — теплообменник; 4 — циклон;
5 — бункер; 6 — электрофильтр типа ХК-30.
Скорость воздуха в трубопроводе пиевмолинии (в м/сек)'.
ив = аУу + pz.Jp
где а — коэффициент (для огарка а — 10—16);
Р — коэффициент [принимают (2—5)-10-5; меньшее значение для сухих пыле-
видных материалов];
£пр — приведенная (расчетная) длина транспортирования материала, м.
Концентрация пыле-воздушной смеси (в кг материала на 1 кг воздуха):
Q (VI1-49)
(VII-48)
т = —
3,6увувК тр
где Q — производительность системы, т[ч;
Ктр — площадь сечения трубопровода, Л12.
5. .Механизация удаления огарка
401
Расход воздуха (в м3,сек)
Qs ^'в^тр (\ 11-50)
Давление воздуха (в ат) для нагнетательных устройств:
? Л
Рн-ЛД/ 1-----------(VII-51)
г “вн
для всасывающих устройств:
/ Ха у"
Рк = Рн|/ 1--------^r±Pn (VII-52)
где Рн, Рк — давление воздуха в начальной и конечной точках трубопровода, ат;
Л, — коэффициент сопротивления движению;
dBH — внутренний диаметр трубопровода, м;
Рп — потери на подъем материала (знак плюс при движении груза вверх,
знак минус при движении груза вниз), кгс/см2:
= (VII-53)
где Н — высота подъема груза, м.
Мощность электродвигателя (в кет)'.
N = (VII-54)
102ц v ’
где Р — теоретическая работа компрессора, кгс-л/.н3;
Qk — производительность компрессора, зг'/сек;
1] — к. п. д. компрессора.
Теоретическая работа компрессора:
Р = 23 030Ро 1g — (VII-55)
г о
где Ро — атмосферное давление, ат;
Рм — давление в компрессоре, ат.
Давление в компрессоре:
PH=V+/’» (V1I-56)
где Рр — рабочее давление в системе, ат;
а — коэффициент потерь в загрузочном устройстве (принимают а = 1,15—1,25);
Рв — потери давления в воздухопроводе, ат.
Производительность компрессора (в м3/сек):
Qk~ hQb (VI1-57)
где п — коэффициент, учитывающий потери на неплотност в системе (принимают
п — 1,1).
4 Гидравлический транспорт огарка
При гидравлическом транспортировании сыпучий материал поступает в струю
Воды. Образовавшаяся смесь (пульпа) перемещается до места назначения, где про-
исходит отделение воды.
Применяемые виды гидравлического транспорта подразделяются на низко-
« а п о р ный (смывание материала водой низкого давления с откачиванием пульпы
Иасосами); высоконапор ный (удаление материала водой высокого давле-
i. ^6 Справочник сернокислотчика---------------------------------------------
402
VII. Обжиг сырья
ния); смешанны й (смывание материала водой низкого давления с последующим
удалением водой высокого давления); г и д р о у д а л е и и е с отстаиванием
пульпы (пульпа самотеком поступает в отстойник, где твердые частицы оседают
котла -утилизатора
Огарок
из циклока
вода (бит)
на дно, осветленная вода насосами подается к местам выгрузки материала); гидро-
удаление с по мощью эрлифта (при малой высоте подъема пульпы).
На сернокислотных заводах применяются преимущественно два способа гидрав-
лического транспорта огарка: низконапорный
Рис. VI1-38. Схема гидроудаления огарка
с отстаиванием пульпы:
/ — печь; 2 — смеситель; 3 — отстойник пульпы;
4 — приемник осветленной воды;u5 —насос.
и с отстаиванием пульпы.
Низконапорный способ. На
рис. VII-37 показана схема низко-
напорного способа гидроудаления
огарка, работающая в печном отде-
лении сернокислотного цеха Алтын-
Тэпканского свинцово-цинкового
комбината. Огарок удаляется из
печи, котла-утилизатора (две точки
выгрузки) и из двух циклонов. Из
печи и других аппаратов огарок по-
ступает в смывной аппарат, куда
подается вода под напором 6 ат.
Образовавшаяся пульпа по наклон-
ному желобу движется в насосную.
Перед насосной пульпу нейтрали-
зуют содовым раствором (25 мг соды
на 1 л воды). Нейтрализованная
пульпа насосом (производитель-
ность 720 м?/ч) перекачивается па
отстаивание в систему открытых
земляных резервуаров. На всасы-
вающем патрубке насоса имеется ре-
шетка с ячейками размером 20 мм
для предотвращения попадания
6. Сжигание расплавленной серы
403
в машин) механических примесей. Установлены три насоса (один рабочий и два
резервных).
В насосной имеется такжефекальный насос вертикального типа для откачивания
пролитой пульпы. Во все пять смывных аппаратов подается 150 лГ. ч воды.
Гидроудаление огарка с отстаиванием пульпы. Такая установка работает в серно-
кислотном цехе Горловского АТЗ.
Колчеданный огарок (рис. VII-38) из печей и циклонов самотеком поступает
в смеситель, гасится водой и в виде пульпы с соотношением Т : Ж = 1 : 10 смы-
вается по трубам диаметром 300 м.и в одну из секций железобетонного отстойника.
Отстойник состоит из двух попеременно работающих секций. Огарок оседает на дно,
вода поступает в приемник осветленной воды, где нейтрализуется аммиачной водой
и при 62—65° С снова подается насосами в систему гидроудаления.
По заполнении одной секции отстойника огарковой пульпой ее направляют во
вторую секцию, а из первой секции отстоявшийся огарок выбирается экскаватором
на площадку и затем грузится в железнодорожные вагоны. Сразу выгружать огарок
из отстойника в железнодорожные вагоны нельзя, так как он имеет высокую влаж-
ность (18—20%) и в зимнее время будет смерзаться.
По данным Горловского АТЗ, стоимость удаления 1 т огарка гидравлическим
транспортом составляет 1 руб. 14 коп.
6. СЖИГАНИЕ РАСПЛАВЛЕННОЙ СЕРЫ
Для сжигания расплавленной серы применяются форсуночные печи.
На рис. VI1-39 представлена схема печного отделения с горизонтальной форсуночной
печью. Форсуночная печь (рис. VI1-40) для сжигания расплавленной серы представ-
ляет собою горизонтальный цилиндрический аппарат. Корпус печи выполнен из
листовой стали, изнутри выложен листовым асбестом и футерован шамотным и диа-
томовым кирпичом. Внутреннее пространство печи разделено кирпичными пере-
городками на три камеры. Расплавленная сера при 135—140° С форсунками подается
Рис. VI1-39. Схема печного отделения с форсуночной печью
для сжигания серы:
/—фильтр для серы; 2—погружной насос; 3 — сборник расплавленной
серы; 4 — форсунка для распыливания серы; 5 — форсуночная печь;
6 — вентилятор; 7 — котел-утилизатор.
йа сжигание в камеру I, через короб 4 сюда же поступает воздух, необходимый для
Горения. Для обеспечения и полного сгорания серы часть воздуха поступает через
Штуцер 7 в камеру II. Наблюдение за процессом ведут через смотровые окна 8, рас-
положенные около форсунок и в цилиндрической части печи. В период разогрева
Р®чи при пуске работают газовая или нефтяная форсунка 9.
26*
404
VII. Обжиг сырья
Производительность печи для сжигания серы в распыленном состоянии опре-
деляется по формуле (в mJ сутки)-,
0 KV-2i
1000?
где Л)— тепловое напряжение печи [70 000—90 000 ккал/(м3- ч) ];
V — объем печи, лг3;
q — тепловой эффект сжигания чистой серы (2217 ккал!кг).
Рис. VII-40. Горизонтальная фор-
суночная печь:
/ — корпус, выложенный листовым ас-
бестом: 2 — уголки жесткости; 3 — фу-
теровка (кирпич шамотный и диатомо-
вый); 4 — короб для подачи воздуха;
5 — форсунка для распиливания рас-
плавленной серы; 6 — перегородки;
7 — штуцер для подачи вторичного
воздуха; 8 — смотровое окно; 9—фор-
сунка для розжига печи; I — III — ка-
меры.
На рис. VI1-41 изображена вертикальная форсуночная печь с нижней подачей
серы. Наружный диаметр печи 4 м, высота 7 м, внутри она разделена на два неравных
отсека перегородкой, не доходящей на 700 мм до верхнего свода. Сера распиливается
воздухом и подается в печь форсункой 5. Через патрубки 6 поступает вторичный
воздух, через патрубки 7 на дно печи вводится барботажный воздух для разрушения
слоя битуминозной корки, которая может образоваться в процессе сжигания серы.
Для дожигания паров серы в верхнюю часть печи через патрубки 3 вводится воздух.
Вертикальная форсуночная печь с верхней подачей серы (рис. VI1-42) имеет
наружный диаметр 4,5 м, внутренний диаметр 3,3 м и высоту 12,5 м. Печь разделена
внутри сводами 1 и 2 на две неравные части (верхняя часть составляет 1/3 объема
печи). Жидкая сера распыливается механическими форсунками, размещенными в
верхнем своде печи. От общего количества воздуха, необходимого для горения серы,
20% подается форсунками и 80?6 вводится тангенциально между 1 и 2 сводами.
6. Сжигание расплавленной серы
405
печи при 825—1100° С с содержа-
из
В нижней части камеры 7 имеется насадка высотой 1,4 м из шамотного кирпича,
что улучшает условия перемешивания газов и дожигания паров серы.
Рассмотренные здесь форсуночные печи работают при тепловом напряжении
топочного пространства в предетах 70—90 тыс. ккал/(м3- ч) и объемной интенсивности
0,6—0,8 т серы на 1 .я3 в сутки. Газы выходят "
нием 9—13% SO2; жидкая сера подается
в печь при температуре 135—140° С.
Воздух перед подачей в печь осушается
в башне, орошаемой концентрированной сер-
ной кислотой. На некоторых зарубежных
заводах в серные печи подается воздух, пред-
варительно подогретый в теплообменниках
контактного отделения.
Центральный котлотурбинный институт
(ЦКТ11) разработал горизонтальные фор-
Сера^Лервичный воздух
8
9
Ю
1 — корпус; 2—футеровка (шамотный кир-
пич); 3 — патрубки для подачи воздуха;
4 — шамотная перегородка; 5 — форсунка
для серы; 6 — патрубок для подачи вто
ричного воздуха; 7 —патрубок для подачи
барботажного воздуха.
Рис. VH-42. Вертикальная фор-
суночная печь с верхней подачей
серы:
/, 2 — промежуточные своды; 3 —
верхняя камера; 4 — отверстие для
форсунки; 5—верхний свод; 6— за-
вихрители вторичного воздуха;
7— нижняя камера; 8 — кирпичная
насадка; 9 — футеровка; 10—тепло-
изоляция.
суночные печи, оформленные в виде циклонных топок. Такие печи успешно
эксплуатируются на Невском химическом заводе. На рис. V1I-43 показана
'горизонтальная циклонная топка производительностью 240 т'сутки, выполненная
Из стального листа и футерованная изнутри шамотным кирпичом. В центре топки
имеется «.пережим» из шамотного кирпича.
Расплавленная сера подается механическими форсунками конструкции Вол-
1 *овского алюминиевого завода, установленными в торцевой части топки. Расплавлен-
ная сера может поступать в печь через форсунки с осевым или тангенциальным рас-
положением или же самотеком (под напором воздуха). При осевом расположении
406
VI/. Обжиг сырья
форсунок зона горения находится ближе к периферии, при тангенциальном распо-
ложении — ближе к центру, благодаря чему уменьшается действие высоких темпе-
ратур на футеровку. Воздух подается через тангенциально расположенные сопла,
скорость воздуха на выходе из них примерно 35 м/сек. Сопротивление топки (по
воздуху и газу) составляет 240—260 мм вод. ст.
Рис. VII-43. Горизонтальная циклонная топка:
1 — кожух; 2—футеровка; 3—«пережим»; 4 — воздушный короб; 5 — сопло;
6 — опора; 7 — форсунки для распиливания серы; 8 — смотровое окно.
За «пережимом» находится камера дожигания серы. Она служит в основном
для выравнивания скорости потока газов по сечению печи перед входом их в пучок
кипятильных труб котла-утилизатора. В этой камере происходит также охлаждение
газов и завершение процесса горения серы,
достигать 1400° С, концентрация SO2—до
Температура в циклонной топке может
18%. Тепловое напряжение топочного
пространства 2—4 млн. ккал/(м3-ч),
т. е. оно в 30—60 раз больше, чем в ра-
нее рассмотренных форсуночных пе-
чах. Расход металла и футеровочных
материалов на сооружение циклон-
ной топки в 7—10 раз меньше, чем на
форсуночную печь одинаковой мощ-
ности.
В последние годы ЦКТИ совме-
стно с Белгородским котлостроитель-
ным заводом разработали агрегат типа
СЭТА-Ц-100 (серный энерготехнологи-
ческий агрегат циклонного типа про-
изводительностью 100 т/сутки серы),
включающий циклонную топку и ко-
тел-утилизатор (рис. VII-44).
Циклонные топки проектируются,
исходя из следующих оптимальных
соотношений их размеров:
А-=1,3-1.5; 4=0,5
Рис. VI1-44. Общий вид агрегата типа
СЭТА-Ц-100:
1 — топка; 2 — котел; 3—барабан котла.
где L — длина камеры;
D — диаметр камеры;
d — диаметр пережима.
6. Сжигание расплавленной серы
407
Содержащиеся в сере механические примеси (зола) удаляются фильтрацией ее
расплава перед подачей в форсуночные печи.
На рис. VI1-45 представлен работающий под давлением дисковый фильтр перио-
дического действия для очистки серы от примесей. Основной частью фильтра яв-
ляется горизонтально расположенный корпус, в котором происходит фильтрация
серы через перфорированные диски, обтянутые сеткой из нержавеющей проволоки.
Диски в количестве 9 штук насажены на полый вал с механическим приводом. Кор-
пус снабжен паровой рубашкой и прижимается открытым торцом к неподвижной
крышке, установленной на станине.
Рис. VI1-45. Фильтр для расплавленной серы:
1 — механизм для откатки; 2 — корпус; 3 — крышка; 4 — затворный механизм; 5 — привод;
6 — диски; 7 — вал; 8 — станина; 9 — лопатка для съема осадка.
Съем осадка с поверхности сеток фильтровальных дисков производится лопат-
ками при вращении вала с дисками (за 2—3 оборота) в закрытом фильтре с подачей
пара в рубашку. Осадок выгружается из котла при откатке последнего лопаткой,
установленной на конце вала. Удаляемый из котла осадок сбрасывается в тележку,
подаваемую под фильтр, и вывозится из цеха.
Все операции процесса фильтрования (открывание и закрывание котла, снятие
’осадка с фильтровальных дисков, удаление его из котла) механизированы и осу-
ществляются при помощи двух электродвигателей с кнопочным управлением.
Основная техническая характеристика фильтра:
Поверхность фильтрации, м2 .................... 6
Производительность по фильтрату, т1сутки 100
Давление, ат
наибольшее рабочее в котле ......... 2
пара в рубашках котла, крышки, в кранах 6
Температура расплавленной серы. °C .... 135—145
Размеры, мм
длина .................................. 8190
ширина........................... 2150
высота........................... 2340
Вес, кгс............................. 8750
Электродвигатель для вращения вала и дисков
мощность, кет......................... 0,6
скорость вращения ротора, мин'1 .... 1410
Электродвигатель для перемещения зажима
мощность, кет......................... 2,8
скорость вращения ротора, мин'1 .... 1420
408
VII. Обжиг сырья
Перед фильтрацией в расплавленную серу вводят вспомогательный фильтрующий
агент (например, диатомит) в количестве 0,2—0,5 кг т серы. Для предотвращения
коррозии аппаратуры при наличии в сере кислых примесей в расплав добавляют
Рис. VH-46. Воздушная форсунка для расплавленной серы:
/ — центральная труба для подачи воздуха; 2— труба для ввода серы;
3 —паровая рубашка; 4 — распределитель воздуха; 5 — распылитель серы.
известь (0,12—0,15 кг/т серы). В США на некоторых заводах от механических при-
месей очищают не расплавленную серу, а получаемый газ, пропуская его через
фильтр, заполненный пемзой или другим пористым материалом. В ряде случаев
устанавливают фильтры и для жидкой серы, и для газа. Расплавленная сера подается
Рис. VI1-47. Механическая форсунка для расплавленной серы:
/ — корпус; 2 — трубка для подачи пара; 3 — трубка для подачи серы; 4 — сопло;
5 — фланец; 6 — штуцер.
в печь форсунками двух типов: воздушными или механическими. Воздушная форсунка
показана на рис. VI1-46. Сера из сборника, установленного для создания напора на
4—5 м выше форсунки, поступает в трубу 2 и далее при помощи распылителя 5 в печь.
Распылитель изготовляется из жаростойкой стали. Для предотвращения возможности
7. Сжигание сероводорода
409
застывания расплавленной серы труба 2 снабжена рубашкой, куда подается пар под
давлением 6 ат. Необходимый для горения воздух поступает в печь по центральной
трубе 1 через распределитель 4, выполняемый тоже из жаростойкой стали.
Производительность форсунки 12—35 т'сутки в зависимости от размеров кана-
вок в распылителе. Расход воздуха составляет 100 л;3 на 1 т серы.
Механическая форсунка изображена на рис. VI1-47. В корпус форсунки вводятся
две трубки. По трубке 3 погружной насос типа 2ВХС или 2ВХС-1.5 подает в печь
расплавленную серу через сопло 4. По трубке 2 поступает пар для обогрева форсунки.
Конденсат выводится через штуцер 6. Форсунка крепится к патрубку печи при по-
мощи фланца 5 на откидных болтах (для удобства замены). Корпус форсунки, сопло
и труба для подачи серы изготовляются из стали марки Х18Н10Т. В зависимости от
диаметра отверстия в сопле производительность форсунки может изменяться в пре-
делах 30—100 т/сутки.
Форсунка проста по конструкции, надежна в работе и может быть легко заме-
нена. Такие форсунки успешно эксплуатируются на большинстве сернокислотных
заводов, работающих на сере.
7. СЖИГАНИЕ СЕРОВОДОРОДА
Сероводородный газ, поступающий после очистки технологических и других га-
Зов в цех мокрого катализа, подразделяют на концентрированный газ (91—94% H2S)
и газ низкой концентрации (3—7% H2S) *.
Схема печного отделения для сжигания концентрированного сероводородного газа
показана на рис. VII-48. Сероводородный газ под давлением 1000—1200 мм вод. ст.
подается в печное отделение по общему газопроводу, на котором установлены задви-
жка и продувочный воздушный вентиль. Главный газопровод соединен с каждой
печью отдельным газопроводом 7, на котором установлена задвижка 5 и мембранный
клапан-отсекатель 6.
Мембранный клапан автоматически прекращает поступление сероводородного
газа в печь при погасании в ней пламени или при нарушениях режима подачи воз-
духа. Импульсом к прекращению подачи газа служит падение давления воздуха
в трубке, соединяющей напорный патрубок вентилятора 9 и мембранное пространство
клапана-отсекателя. На газопроводе предусмотрен патрубок с вентилем для про-
дувки. На газо- и воздухопроводе имеются диафрагмы 3 для учета расхода газа и
заслонки 2 для регулирования соотношения газ : воздух.
Температура горения газа в печи 900—1000° С, в котле-утилизаторе газ охлаж-
дается до 450—470° С, при этом в теплообменных элементах образуется пар под
давлением 12 ат в количестве 3,5 т/ч, или 0,7 т/т кислоты. Из котла-утилизатора
охлажденный сернистый газ поступает в контактный аппарат.
Конструкция печи для сжигания сероводорода представлена на рис. VII-49.
Сероводородный газ поступает в верхнюю часть печи через две горелки 7, в которых
смешивается с воздухом; и затем сгорает внутри печи. Благодаря наличию насадки
время пребывания газа в печи достаточно для полного окисления H2S. В нижней
Части печи имеется боковой патрубок для выхода сернистого газа. Предохранитель-
-.ный клапан 1 закрыт заглушкой из стали и листового асбеста. Люк 8 служит для
осмотра и очистки печи.
В последние годы в аппаратурное оформление печного отделения для сжигания
вероводородного газа внесены существенные изменения. Печь и котел-утилизатор
..объединены в один агрегат ПКС-10/40 (ПКС—печь-котел для сероводорода). При
этом значительно улучшились условия теплообмена и использование тепла, сокра-
тился расход металла и футеровочных материалов, упростилось обслуживание.
.Более подробные сведения о ПКС-10/40 помещены на стр. 417 сл.
Мембранный клапан, предназначенный для прекращения подачи в печь серо-
Водородного газа при падении давления воздуха, изображен на рис. VII-50.
* Подробно о составе этих газов см. раздел VI (стр. 297).
410
VII. Обжиг сырья
Схема установки для сжигания сероводородного газа низкой концентрации
показана на рис. VII-51. Сероводородный газ содержит 3—7% H2S и 93—97% СО2.
При содержании сероводорода в газе менее 3.5% необходима подача обогащенного
кислородом воздуха. При снижении содержания H2S в газе до 2,5% устойчивый
процесс его сжигания возможен только при подаче в печь технического кислорода.
Сероводородный газ при давлении 1800 мм сод. ст. и температуре 35° С прохо-
дит гидравлический затвор 5 и поступает в верхнюю часть печи. Одновременно в нее
подается воздух, подогретый до 400° С в теплообменнике 2 и контактном аппарате 3.
Рис. VII-48. Схема печного отделения для сжигания концентрированного сероводо-
родного газа:
I — печь; 2 — заслонка; 3 — диафрагмы; 4 — вентиль; 5 — задвижка; 6 — мембранный
клапан; 7 — газопровод; 8 — воздухопровод; 9 — вентиляторы; 10 — обратный клапан;
11 — котел-утилизатор.
Окисление сероводорода в печи происходит на поверхности насадки из природного
боксита. Образующийся в результате сжигания H2S сернистый ангидрид при 600° С
направляется в теплообменник, где охлаждается до 4'0—180J С и далее передается
в контактный аппарат. Для поддержания устойчивого процесса горения в печь через
горелку постоянно подается небольшое количество горючего газа.
На рис. VI [-52 представлена печь для сжигания сероводородного газа низкой
концентрации. В ее верхней части имеется два ряда дюз 6, в первый ряд поступает
сероводородный газ, во второй ряд (дюзы большего диаметра) —обогащенный кисло-
родом воздух. Сероводородный газ смешивается с воздухом в кольцевых камерах
между верхним и нижним рядами дюз, затем входит в реакционное пространство печи.
В кольцевой камере расположена небольшая горелка 8 генераторного газа,служащая
для поддержания устойчивого процесса горения сероводорода.
На колосниковой решетке 3 из шамотного кирпича в нижней части печи поме-
щается бокситовая насадка 4 (куски размером 10—20 мм). Сбоку печи имеется патру-
бок, снабженный мембранным предохранительным клапаном 5. На крышке печи нахо-
дятся шесть мембранных предохранительных клапанов 7.
8
Рис. VI1-49. Печь для сжигания концен-
трированного сероводородного газа:
1 — предохранительный клапан; 2 — насадка;
3 — листовой асбест; 4 — шамотный кирпич;
5 — колосниковая решетка; 6 — обечайка;
7 — горелка; 8 — люк.
Рис. VI1-50. Мембранный клапан:
/ — пружина; 2 — тарелка; 3 — седло;
4 — корпус; 4 — шток; 6 — диафрагма.
Кислород-*-
Рис.
VI1-51. Схема установки
дородного газа низкой
для сжигания серово-
концентрации:
I — печь; 2 — теплообменник; 3 — контактный аппарат; 4 — мембранные клапаны;
5 — гидравлические затворы; 6 —трубопровод для H2S; 7 — воздуходувка.
412
VII. Обжиг сырья
Вертикальный трубчатый теплообменник, служащий для подогрева воздуха на
установке сжигания сероводородного газа низкой концентрации, изображен на
рис. VI1-53. В кожухе теплообменника размещено 439 стальных бесшовных труб дли-
ной по 6000 мм с общей поверхностью теплообмена 395 м-. Между верхней и нижней
трубными решетками находятся пять перегородок с отверстиями диаметром по 52 мм,
Рис. VII-53. Теплообменник:
Рис. VH-52. Печь для> сжигания серо-
водородного газа низкой концентрации:
/ — корпус, изнутри выложенный листовым
асбестом; 2— огнеупорный кирпич; 3 — ко-
лосниковая решетка; 4 — бокситовая на-
садка; 5, 7 —предохранительные клапана;
6 —дюзы для входа газа н воздуха; 8—го-
релка генераторного газа.
/ — корпус; 2 — трубы; 3 — люк;
4 — перегородки; 5 — линзовый ком-
пенсатор; 6—трубная решетка; 7—фу-
теровка.
8. Расщепление кислоты
413
служащих для улучшения условий теплообмена. Чтобы исключить возможность тер-
мических деформаций труб в местах их развальцовки в трубных решетках, корпус
теплообменника снабжен компенсатором.
Нижняя часть теплообменника футерована огнеупорным кирпичом толщиной
65 мм, верхняя часть защищена листовым асбестом и футерована термокислотоупор-
ной плиткой в два слоя. Снаружи теплообменник покрыт теплоизоляцией.
8. РАСЩЕПЛЕНИЕ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Получаемая в ряде производств отработанная серная кислота иногда не может
быть использована ни непосредственно, ни после ее концентрирования (см. раздел XI).
В этих случаях она подвергается расщеплению (разложению) до двуокиси серы,
перерабатываемой затем в серную кислоту обычно контактным методом.
На рис. VI1-54 представлена схема установки для расщепления отработанной
кислоты (после процессов алкилирования) и кислого гудрона. Поскольку процесс
Рис. VI1-54. Схема установки для расщепления отработанной серной кислоты:
1 — напорный бак; 2 — печь расщепления; 3 — печь дожигания; 4 — теплообменник; 5 — га-
зовые клапана; 6 — насос; 7 — бак для исходной серной кислоты; 8 — бак для кислого
гудрона; 9 — смеситель; 10 — воздушный компрессор; 11 — ресивер; 12 — вентилятор;
13 — воздуходувки.
расщепления кислоты протекает при сравнительно высокой температуре (800—850° С),
к установке подведен сероводородный газ, являющийся одновременно теплоносителем
и серосодержащим сырьем. Для первоначального разогрева и пуска системы преду-
смотрен также подвод горючего газа (природный или любой другой газ, имеющийся
на заводе и обладающий достаточно высокой теплотворной способностью — порядка
7000—8000 ккал,1мЛ).
Отработанная кислота и кислый гудрон из приемных баков 7 и 8 самотеком
^сливаются в смеситель 9, снабженный паровым змеевиком и мешалкой. Смесь пере-
качивается в напорный бак 1, установленный над печами, откуда через форсунку
414
V11. Обжиг сырья
самотеком поступает в печь расщепления 2. Для распиливания кислоты в печи к фор-
сунке подведен сжатый воздух, нагнетаемый компрессором 10. Расщепление кислоты
в печи 2 происходит за счет горения содержащихся в ней органических примесей
и сжигания сероводорода. Для сжигания H2S в печи имеются две турбулентные
горелки. Воздух, необходимый для горения, перед входом в печь предварительно
нагревается в теплообменнике 4 до 200° С. Для расщепления кислоты в печи следует
поддерживать температуру в пределах 800—850° С, при которой кислота разлагается
на Н2О, SO2 и О,.
Из нижней части печи расщепления газы поступают в печь дожигания 3, где про-
исходит окончательное разложение кислоты и гудрона и сгорание промежуточных
продуктов (СО, COS и S). Содержание СО в газе составляет примерно 4—5%. Для
его окисления в печь дожигания вводится горячий воздух. Температура в печи
дожигания поддерживается на 50—60° С выше, чем в печи расщепления. В случае
необходимости для поддержания этой температуры в печь дожигания подается серо-
водородный или любой другой горючий газ.
Из печи дожигания газ поступает в обдуваемый воздухом газоход, где охлаждается
до 500° С. Для подачи воздуха в рубашку газохода установлены два вентилятора 12,
из которых один рабочий, другой резервный (на рисунке показан один). Нагретый
воздух удаляется в атмосферу. Из обдуваемого газохода газ поступает в теплообмен-
ник 4, где охлаждается воздухом до 350° С. Охлаждающий воздух подается в тепло-
обменник воздуходувкой 13. Из теплообменника нагретый до 200° С воздух для исполь-
зования его тепла подается в печи расщепления и дожигания.
При первоначальном пуске цеха продукты горения топливного газа, сжигаемого
в печи для разогрева аппаратуры печного отделения, отводятся в атмосферу через
один из клапанов 5, в это время другой клапан 5 перекрывает газоход, соединяющий
печное и промывное отделения.
Печь расщепления представляет собой вертикальный полый стальной цилиндр,
футерованный огне- и кислотоупорным кирпичом. В ее боковую стенку вмонтированы
две газовые горелки для сжигания сероводорода (в пусковой период — горючего
газа). Кислота разбрызгивается в печи форсункой, расположенной в крышке аппа-
рата. Образующийся газ выходит снизу через боковой штуцер. Кроме того, пёчь
имеет выхлопной штуцер в крышке, мембранный предохранительный клапан в верх-
ней части боковой стенки, два смотровых окна в боковой стенке (у горелок) и боковой
люк в нижней части стенки.
Печь дожигания — вертикальный стальной цилиндр, также футерованный
огне- и кислотоупорным кирпичом. Она отличается от печи расщепления главным
образом тем, что имеет центральную трубу диаметром 1400/1150 мм из тугоплавкого
шамота, опирающуюся на кирпичные столбы и выходящую из печи через крышку.
Газ поступает в печь через тангенциальный патрубок, расположенный в верхней
части боковой стенки печи, по спирали опускается вниз и, поднимаясь затем по цен-
тральной трубе вверх, выходит из печи. На уровне входа газа в печь в боковую стенку
вмонтирована газовая горелка для топливного газа.
9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ГОРЕНИЯ
СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ
Тепло процесса обжига серосодержащего сырья в печах кипящего слоя исполь-
зуется для получения пара (в котлах-утилизаторах) или для подогрева воздуха
(в теплообменниках). Более целесообразна установка котлов-утилизаторов, в кото-
рых обеспечивается быстрое охлаждение сернистого газа до температуры 400° С,
благодаря чему область сульфатизации огарка сокращается во времени.
Получаемый в котлах пар можно использовать для выработки электроэнергии.
Энергия пара может использоваться в турбоагрегатах для получения электроэнер-
гии. Если на заводе нет потребности в паре низкого давления, устанавливают кон-
денсационные турбины, в остальных случаях — турбины с противодавлением. В пе-
чах КС на I иг вырабатываемой H2SO4 при установке конденсационных турбин полу-
9. Использование тепла горения
415
чают 190—210 квт-ч электроэнергии, в турбинах с противодавлением 120 квт-ч
и 1,2 т насыщенного пара (давление 8—10 ат).
Котлы-утилизаторы применяются для использования тепла сжигания серы
в форсуночных и циклонных печах и тепла обжига колчедана в печах кипящего слоя
и пылевидного обжига.
Пар можно использовать также в паровых турбинах с противодавлением, уста-
навливаемых вместо электродвигателей в качестве привода газовых нагнетателей,
воздуходувок, насосов.
При сжигании колчедана в механических печах на отдельных заводах исполь-
зовалось тепло горячего воздуха, выходящего из валов печей. Данные об использо-
вании тепла горения серосодержащего сырья в печах кипящего слоя, пылевидного
обжига и в печах для сжигания серы и сероводорода приведены в табл. VII-6.
Таблица VII-6. Данные об использовании тепла
обжига серосодержащего сырья для получения пара
Печи Степень использо- вания тепла, % выделяющегося при обжиге сырья Количество полу- чаемого пара, т Параметры пара
на 1 т стандарт- ного сырья на 1 т H2SO4 давление ат темпера- тура °C
Пылевидного обжига колчедана Кипящего слоя .Форсуночные серные В среднем 30—35 * 58—62, в среднем 60 (в том числе в охлаждающих элементах печи 30%) 68—72 ***, в среднем 70 0,5—0,6 (насыщен 1,4 (насыщен 1,2 (перегре —3,5 (насыщен (перегре 0,42—0,5 ный пар) ~1,15 ** ный пар) ~1 тый пар) — 1,22 ный пар) — 1,05 ** тый пар) 12—14 40 40 450 450
Для сжигания серо- водородного газа (91—94 вес. % H3S) с котлом пкс-ю/40 62—72 в среднем 67 На 1 м* газа 0,0056 (перегре 1,45 ** тый пар) 35—40 400—450
* Без учета тепла, расходуемого на подогрев воды в экране (данные ориентировочные).
** При следующем расходе сырья па 1 т H2SO4: 810 кг колчедана (45% S); 350 кг
серы; 260 .и3 сероводородного газа (объем приведен к нормальным условиям).
*** Включая использование тепла контактирования (в пароперегревателе) и горячего
'Воздуха (400° С), подаваемого в печь. Из общего количества получаемого пара ~30% при-
водится на тепло воздуха и 10—12% на тепло контактирования.
Котлы-утилизаторы для чистого сернистого газа
В ряде цехов мокрого катализа и в печных отделениях, работающих на сере,
были установлены котлы-утилизаторы из горизонтальных стальных труб, снабжен-
ных чугунными мундштуками, которые предохраняют трубы от коррозии при
конденсации паров серной кислоты. Применялись три типа мундштуков: гладкие,
Рис. VI1-55. Котел-утилизатор СКУ-7/40:
I — барабан; 2 — испарительная поверхность; 3 — патрубки
для выхода газа; 4 — перегородка; 5 — пароперегреватель.
Рис. VI1-56. Котел-утилизатор СКУ-14/40:
/ — испарительная поверхность; 2 — опора; 3 — патрубок для выхода газа
в 1-й слой контактной массы; 4 — патрубок для выхода газа во 2-й слой кон-
тактной массы; 5— пароперегреватель; 6—перегородка; 7—барабан; 8 — цир-
куляционный насос.
9. Использование тепла горения
417
волнистые и ребристые. Гладкие и волнистые мундштуки были установлены в пер-
вой по ходу газа камере котла, ребристые — во второй камере. Поверхность нагре-
ва котла 113.и2, съем пара 12 кг,л/2 поверхности, избыточное давление насыщенного
пара 12 ат. Котел работает с естественной циркуляцией паро-водяной смеси. Котлы
этого типа конструктивно устарели, весьма металлоемки и на новых заводах не
применяются.
Современные котлы-утилизаторы типов СКУ-7/40 и СКУ-14/40 устанавливаются
для утилизации тепла сгорания серы (см. также рис. VI1-44, стр. 406). Котел-утили-
затор СКУ-7/40 (рис. VI1-55) состоит из отдельно стоящего барабана, испарительной
Рис. VI1-57. Котел-
утилизатор ПКС-10/40:
1 — верхний барабан;
2 — трубная система;
3 — нижний барабан;
4 — взрывной клапан;
5 —опора; 6—паропере-
греватель; 7 — смотро-
вое стекло; 8— горелка.
секции и пароперегревателя, который для более надежной работы размещен за испа-
рительной поверхностью. Из испарительной секции газ поступает в контактный аппа-
рат, а затем в пароперегреватель. Это исключает возможность проскока серы вместе
с газом и предотвращает выход из строя труб пароперегревателя из-за образования
сернистого железа.
Котел-утилизатор СКУ-14/40 (рис. VI1-56) представляет собой цилиндр диамет-
ром 2900 мм и длиной 7570 мм, разделенный на две секции. Основные поверхности
нагрева — пакет испарительных элементов и пароперегреватель — состоят из спи-
ральных змеевиков. В первой секции котла размещена испарительная поверхность,
во второй секции — пароперегреватель.
Оба описанных котла работают с принудительной циркуляцией, осуществляе-
мой насосами типа НКУ-75 (в котле СКУ-7/40) и типа НКУ-150 (в котле СКУ-14/40).
Ниже приведена техническая характеристика этих котлов:
Показатели СКУ-7/40 СКУ-14/40
Паропроизводительность, пг/ч . . . у * 12—16
Давление пара, ат Температура, °C ... 40 40
перегретого пара . . . 450 450
газа на входе в котел . . . 1000—1100 1000—1100
» » выходе из котла . . . . Поверхность нагрева, м2. ... 485 480
испарительных секций ... 74 * 228
пароперегревателя ... 56 172
* Как показал опыт эксплуатации, паропроизводительность котлов
СКУ-7/40 ниже проектной из-за недостаточной величины испарительной
поверхности.
На рис. VI1-57 представлен котел типа ПКС-10/40, устанавливаемый в цехах
мокрого катализа для использования тепла сжигания сероводорода. Котел верти-
кального типа, водотрубный, двухбарабанный, с естественной циркуляцией. Он обо-
рудован двумя горелками для подвода в топку сероводородного газа и одной горел-
^7 Справочник сернокислотчика
418
VII. Обжиг сырья
кой для растопочного газа. Зажигание газа производится электрозапалом. В связи
с высокой токсичностью сероводорода и тем, что котел работает под давлением он
должен быть хорошо герметизирован. Котел снабжен двойным кожухом, внутри кото-
рого проходит воздух, поступающий затем в печь на сжигание H2S.
Техническая характеристика котла ПКС-10/40 приведена ниже:
Паропроизводительность, т/ч ............................. 10
Давление пара, ат .................................. 35—40
Температура, °C
перегретого пара ................................... 400—450
газа после печи..................................... 1300
» » котла ...................................... 520
Сопротивление (по газовому тракту), мм вод. ст. . . . 100
Расход на сжигание, м3/ч
сероводородного газа ............................... 1600
воздуха............................................ 13 000
Давление сероводородного газа, мм вод. ст...........1000—1200
Состав сжигаемого сероводородного газа: 91 вес. % H2S, 6% СО2, 1% Н2, 2%
углеводородов (СтНл). Состав газа после котла: 10 объемн. % SO2, 0,2% SO3, 74%
N2, 4,3% О2, 11,5% водяных паров.
Котлы-утилизаторы для запыленного
сернистого газа
На некоторых заводах для использования тепла обжига флотационного колче-
дана во взвешенном состоянии (в печах пылевидного обжига) были установлены котлы
с горизонтальными стальными трубами, снабженными чугунными мундштуками.
В первой камере котла размещались гладкие трубы, во второй камере — волнистые.
Под котлом находился бункер для сбора пыли. Поверхность теплообмена в котлах
113 или 165 м2, съем насыщенного пара 12—14 кг/м2 поверхности, давление пара
12—14 ат.
Котлы такого типа конструктивно устарели и не рекомендуются к установке
в новых и реконструируемых цехах.
При обжиге колчедана в печах КС тепло горения колчедана отводится из кипя-
щего слоя расположенными в нем теплообменными элементами и от обжиговых газов—
соответствующими теплообменными устройствами, установленными в печах или в кот-
лах.
Ниже кратко описаны возможные варианты схем утилизации тепла при обжиге
колчедана в печах КС.
Естественная циркуляция п а р о -водяной смеси
в теплообменных элементах печи и котла-утилизатора.
По этой схеме (рис.VI1-58),осуществленной на Щелковском химическом заводе, пита-
тельный насос подает воду в барабан котла. Отсюда вода по спускным трубам посту-
пает в теплообменное устройство, расположенное в кипящем слое и представляющее
собой ряд труб, наклоненных под углом 15° к горизонту. Тепло обжигового газа ути-
лизируется за счет радиационного излучения в объеме пылевой камеры печи, в кото-
рой размещены трубчатые радиационные экраны. Основным недостатком схемы
является необходимость длительного пребывания газов обжига в радиационной
камере. По этой причине в сернистом газе образуется некоторое количество SO3,
что приводит к сульфатизации огарковой пыли (т. е. к потере серы) и к ухудшению
очистки обжигового газа от пыли в электрофильтрах.
Схема, показанная на рис. VII-59, лишена перечисленных недостатков. По данной
схеме вода из барабана котла параллельно поступает на питание теплообменных эле-
ментов с естественной циркуляцией, установленных в кипящем слое, и на питание
9. Использование тепла горения
419
водотрубного котла-утилизатора ширменного типа тоже с естественной циркуля-
цией. Котел размещен после печи КС.
По принципу естественной циркуляции успешно работают газотрубные котлы-
утилизаторы ГТКУ (рис. VI1-60). Теплообменная поверхность таких котлов конст-
руктивно оформлена в виде секций типа «труба в трубе». По внутренним трубам про-
ходит обжиговый сернистый газ, в кольцевом пространстве — нагреваемая и испа-
ряемая вода. Для предохранения труб котла от забивки шлаком раскаленного огарка
температура газа на входе в котле не должна превышать 900° С.
Пар
Пар
Рис. VI1-58. Схема естественной цир-
куляции в теплообменных элементах
печи кипящего слоя и котла-утилиза-
тора:
1 — печь; 2 — барабан котла; 3—пылевая
камера; 4 — питательный насос.
Рис. VH-59. Схема печи КС и водотруб-
ного котла-утилизатора ширменного типа
с естественной циркуляцией в теплооб-
менных элементах:
/—печь; 2—теплообменный змеевик; 3—бара-
бан котла; 4 — котел; 5 — теплообменные
ширмы котла с естественной циркуляцией;
б — питательный иасос.
Газотрубные котлы-утилизаторы выпускаются трех типоразмеров: к колчедан-
ным печам производительностью соответственно 100, 200 и 450 т1сутки. Котлы этих
типов монтируются из унифицированных газотрубных секций. Газотрубная секция
состоит из двух коллекторов (входного и выходного), соединенных по воде вертикаль-
ными трубами.
В некоторых конструкциях котлов-утилизаторов типа ГТКУ имеются два отсека,
в которых расположены газотрубные секции. Для регулирования температуры отхо-
дящих газов внутри котла установлен перепускной (байпасный) газоход с шибером.
Все газовые трубы защищены от износа предохранительными гильзами из стали
.марки Х17 и на входе газа снабжены насадками из жароупорного стекла или шамота.
Конструкция котла обеспечивает хорошую герметизацию агрегата. Испарительные
Элементы, расположенные в печи и газоходах котла, объединены в общий циркуля-
ционный контур.
у К печам КС-200 разработаны конструкции газотрубных котлов-утилизаторов —
<ТКУ-10/40, КС-200 ГТКУ и ГТКУ-13/40-450 (для получения перегретого пара),
Для печей КС-450 сконструированы одноходовые газотрубные котлы типа ГТКУ-
125/40. В котлах этих конструкций испарительные элементы соединены в один пакет.
'Котлы ГТКУ-Ю/40, КС-200 ГТКУ и ГТКУ-25/40 снабжены пароперегревателями
Змеевикового типа, которые размещены непосредственно в кипящем слое печи.
27*
420
I II. Обжиг сырья
Опыт эксплуатации газотрубных котлов показал, что их обслуживание и ремонт
достаточно просты. Благодаря отсутствию в схеме утилизации тепла циркуляционных
насосов с системой трубопроводов исключается расход энергии на эти насосы. Про-
бег котла между капитальными ремонтами составляет 3—i года. Количество огар-
ковой пыли, отлагающейся в газовых трубах, зависит от режима работы печей КС
и подсоса воздуха в котел. Очистка газовых труб от сухого огарка производится
Рис. VII-60. Котел-утилизатор типа КС-100-ГТКУ:
1 — нагревательная поверхность (типа «труба в трубе»); 2—пере-
пускной (байпасный) газоход; 3 — кожух котла с теплоизоля-
цией; 4 — барабан котла; 5 — печь КС.
1 раз в 4—6 месяцев. На ряде зарубежных заводов применяются механизированные
способы очистки внутренних поверхностей газовых труб от огарка. Подобные авто-
матические устройства для очистки газотрубных котлов разработаны и в СССР,
чистка котла выполняется без остановки и охлаждения печей.
Принудительная циркуляция в теплообменных эле-
ментах печи и естественная—в элементах котла-ути-
лизатора. По такой схеме (рис. VI1-61) работает водотрубный котел типа КУКС-
200. Питательный насос подает воду в теплообменные элементы, расположенные
в кипящем слое. Образующаяся в них паро-водяная смесь (содержит 50—60% пара)
поступает в барабан котла, где происходит отделение пара. Далее отсепарированная
вода направляется на питание водотрубного котла-утилизатора ширменного типа
с естественной циркуляцией. Котел модернизирован (КУКС-203).
9. Использование тепла горения
421
Естественная циркуляция в теплоооменных эле-
ментах печи и принудительная — в элементах котла-
утилизатора. По данной схеме (рис. VI1-62) питательный насос подает воду
в теплообменные ширмы котла-утилизатора. Образующаяся в них паро-водяная
эмульсия (50—60°о пара) направляется в
барабан котла. Здесь пар отделяется от
воды, которая поступает на питание теп-
лообменных элементов с естественной цир-
куляцией, установленных непосредственно
в кипящем слое.
Рис. VI1-61. Принципиальная схема
работы водотрубного котла типа
КУКС-200:
1 — печь КС; 2 — теплообменный змеевик;
3 — барабан котла; 4 — котел; 5 — тепло-
обменные ширмы котла; б — питательный
насос.
Многократно-принудительная циркуляция в тепло-
обменных элементах печи и котла-утилизатора. Пита-
тельный насос подает воду в барабан котла (рис. VI1-63), откуда она поступает в цир-
куляционный насос, подающий воду в теплообменные элементы печи кипящего
слоя и в ширмы котла-утилизатора. Образующаяся в них паро-водяная эмульсия,
содержащая 8—15% пара, направляется в барабан котла, где происходит отделение
Рис. VI1-62. Схема естественной цирку-
ляции в теплообменных элементах печи
кипящего слоя и принудительной цир-
куляции в элементах котла-утилиза-
тора:
I — печь КС; 2 — теплообменный змеевнк
с естественной циркуляцией; 3 — барабан
Котла; 4 — подогреватель питательной воды;
о—котел; 6—теплообменные ширмы котла;
7 — питательный насос.
Рис. VI1-63. Схема многократно-прину-
дительной циркуляции в теплообменных
элементах печи кипящего слоя и котла-
утилизатора, осуществляемой циркуляци-
онным насосом:
1 — печь КС; 2 — теплообменный змеевик;
3 —барабан котла; 4 — котел; 5 — теплообмен-
ные ширмы котла; 6—циркуляционный насос;
7 — питательный насос.
422
VII. Обжиг сырья
пара. Отсепарированная вода возвращается циркуляционным насосом на испаре-
ние в теплообменные элементы системы.
Для поддержания нормальной циркуляции вкотле навходеводыв испарительные
элементы установлены индивидуальные и групповые шайбы. Температура газа после
котла регулируется байпасом с дроссельной заслонкой.
Рис. VI1-64. Котел-утилизатор УККС-4/40б/п:
/ — входной коллектор; 2 — выходной коллектор; 3 — испари-
тельная поверхность; 4 — футеровка; 5 — каркас; 6 — цирку-
ляционные насосы; 7—барабан котла; 8 — выходной коллектор
насыщенного пара.
Достоинства описанного котла — компактность и отсутствие забивки межтруб-
ного пространства огарковой пылью. Недостатками данной схемы являются необхо-
димость установки дополнительных насосов, работающих в тяжелых условиях и
повышенный расход электроэнергии на перекачивание большого количества цирку-
лирующей воды. Кроме того, котлы подобного типа трудно герметизировать, так как
трубы проходят через стенки кожуха.
По этой схеме на ряде сернокислотных заводов работают котлы-утилизаторы
(без пароперегревателя) типа УККС-4/40б/п (рис. VII-64). В эксплуатируемых котлах
вследствие эрозии и коррозии труб приходится ежегодно заменять испарительные
секции в первой по ходу газа камере. Для обеспечения надежной работы котла тем-
пература газа на входе в него не должна превышать 850—900° С. При более высокой
температуре возможно зашлаковывание поверхности котла.
В табл. VI1-7 приведены данные о работающих и проектируемых котлах-утили-
заторах.
Таб лица VII-7. Техническая характеристика котлов-утилизаторов к печам обжига колчедана в кипящем слое
(по проектным данным)
и пароперегревателем.
424
17/. Обжиг сырья
На сернокислотных заводах нашли применение также воздушные трубчатые
подогреватели, устанавливаемые после печей с кипящим слоем вместо котлов-ути-
лизаторов. Примерно 60°о воздуха, подогреваемого до 400° С в трубчатке, подается
в печь для обжига колчедана, где тепло воздуха воспринимается теплообменными эле-
ментами кипящего слоя.
ЛИТЕРАТУРА
Малин К- М., А р к и н Н. Л., Б о р е с к о в Г. К., С л и н ь к о М. Г., Техноло-
гия серной кислоты, Госхимиздат, 1950, стр. 95.
Малин К. М., Методы обжига сернистого сырья, Хим. наука и промышленность,
1, № 2 (1956).
Вопросы получения сернистого газа из колчедана и серы, в сб. «Материалы научно-
технического совещания», Госхимиздат, 1957.
Техническая и экономическая информация, вып. 3—4, Переработка серосодержащего
сырья, изд. НИУИФ, 1966.
Кузьминых И. Н., Флотационный колчедан в производстве серной кислоты,
Свердловское обл. гос. изд., 1935.
ЛяпустинаЕ. М., Пылевидный обжиг флотационного колчедана, Госхимиздат,
1957.
Бардин Ю. Н., Фефелов А. И..Орлов В. П., Интенсификация процесса
обжига флотационного колчедана во взвешенном состоянии, Труды УНИхим,
вып. 10, Госхимиздат, 1963.
Малец А. М., Хим. пром., № 1 (1959).
Малец А. М., Жукова В. А., К о р ж у к о в Н. Г., Лебедев Д. Д.,
Хим. пром., № 11 (1963).
Лева М., Псевдоожижение, перев. с англ, под ред. Н. И. Гельперина, Гостоптех-
издат, 1961.
Ребу П., Кипящий слой, перев с англ, под ред. Г. Я. Лейзеровича, изд. ЦНИИцвет-
мет, 1959.
Забродский С. С., Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое,
Госэнергоиздат, 1963.
ГельперинН.И. и др., Основы техники псевдоожижения, Изд. «Химия», 1967.
Сыромятников Н. И. и др., Тепло- и массообмен в кипящем слое, Изд. «Химия»,
1966.
Беранек Я.,Сокол Д., Хим. пром., № 3 (1959).
Сыромятников Н. И., Волков В. Ф., Процессы в кипящем слое, Метал-
лургиздат, 1959.
Р о м а н к о вП.С.,Р а шк о в ск а я Н.Б., Сушка в кипящем слое, Изд. «Химия»,
1964.
Беранек Я., Сокол Д., Техника псевдоожижения, перев. с чешек., Госнауч-
техиздат, 1962.
Применение в СССР процессов обжига в кипящем слое, Сборник докладов, изд. Гин-
цветмета, 1960.
Дэвидсон И. Ф., Харрисон Д.? Псевдоожижение твердых частиц, перев.
с англ., изд. «Химия», 1965.
Отмер Д. Ф., Процессы в кипящем слое, перев. с англ., Гостоптехиздат, 1958.
Г урфинкельМ. А., Сорокине. Ф., УликовскийЛ. Г., Транспорт-
ные и погрузочно-разгрузочные машины в химической промышленности, Маш-
гиз, 1960.
Промышленность удобрений, минеральных солей и их переработка, Информ, бюллет.
НИУИФ, № 2, 1964.
Левинсон В. Н., Транспортные устройства непрерывного действия, Машгиз,
1960.
РАЗДЕЛ VIII
ОЧИСТКА ГАЗОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ
СЕРНОЙ кислоты
А. П. АНДРИАНОВ, В. Н. УЖОВ
1. Газоочистные аппараты................................. 426
Инерционные пылеотделители ......................... 429
Центробежные пылеотделители — циклоны............... 429
Центробежные скрубберы ВТИ.......................... 442
Пенные пылеуловители ЛТИ............................ 445
Турбулентные газопромыватели (скрубберы Вентури) • • 449
Электрофильтры...................................... 452
2. Очистка газов от огарковой пыли....................... 455
Типы огарковых электрофильтров ..................... 456
3. Очистка газов в мокрых электрофильтрах ............... 460
Типы мокрых электрофильтров......................... 462
4. Применение газоочистных аппаратов..................... 470
Очистка отходящих газов в контактном производстве
серной кислоты...................................... 470
Очистка отходящих газов в башенном производстве
серной кислоты...................................... 470
Очистка газов в производстве серной кислоты методом
мокрого катализа ................................... 473
Очистка отходящих газов при концентрировании сер-
ной кислоты......................................... 475
Литература................................................ 480
1. ГАЗООЧИСТНЫЕ АППАРАТЫ
Работу аппаратов для очистки газов от пыли (пылеулавливания) характеризуют
следующие основные показатели.
1. Степень очистки газов, называемая коэффициентом очистки газов или коэф-
фициентом полезного действия (к. п. д.) аппарата, измеряется в относительных еди-
ницах или процентах. Иногда в качестве показателя работы аппарата принимают
абсолютную величину запыленности (содержание тумана) в очищенных газах, изме-
ряемую в г/.и3 (объем газа приведен к нормальным условиям).
2. Гидравлическое сопротивление аппарата (в кгс/м1).
3. Расход электроэнергии (в квт-ч на 1000 л3 очищаемых газов), а также пара,
воды и др.
4. Стоимость аппарата и очистки в расчете на 1000 л3 очищаемых газов в 1 ч.
Степень очистки газов т] может быть рассчитана несколькими способами:
1) по содержанию пыли (тумана) в газах до и после газоочистного аппарата
„' = == 2^а — 1 _ 2?а
‘ Gi V121 V&
где Gx, Ga — количество пыли (тумана), содержащейся в газах, которые поступают
в газоочистной аппарат и выходят из него, кг/ч;
Ух, У2 — объемный расход газов, поступающих в газоочистной аппарат и выхо-
дящих из него, м3/ч (объем газа приведен к нормальным условиям);
гх, г2 — содержание пыли (тумана) в газах, поступающих в газоочистной аппа-
рат и выходящих из него, г/м3 (при нормальных условиях);
2) по содержанию пыли (тумана) в газах до газоочистного аппарата и количеству
уловленной пыли:
G3-1000
1
где G3 — количество пыли (тумана), уловленной в газоочистном аппарате, кг/ч;
3) по количеству пыли (тумана), уловленной газоочистным аппаратом, и содер-
жанию пыли в газах, выходящих из аппарата:
, G3.1000
1 G3- 1000 + У2г2
При последовательной установке нескольких газоочистных аппаратов суммарную
степень очистки рассчитывают по формуле:
Sn = 1 — (1 — Hi) (1 — Ъ) ... (1 — Пл)
Если известен фракционный состав пыли
Фх + Ф2 + . . , + Фп= 100%,
то, зная фракционную степень очистки
Нфр, 1> Нфр, 2< > Нфр, п
можно определить общий коэффициент очистки (в %) по формуле:
_ Лфр, 1^1 . । ПФр, пФп.
1 100 ' г 100
Величина частиц пыли выражается чаще всего в микронах. В тех случаях, когда
состав пыли определяют методом воздушной классификации, частицы классифицируют
по скорости витания. Диаметр частиц можно определить по скорости их витания с по-
мощью номограммы, приведенной на рис. VIII-1.
Диаметр пылинок {верхние кривые), мкм
О 50 100 150 200
wo\------------------------
350
300
250
200
150
(1 мн=0,0001см)
250 300
1-12
Диаметр пылинок (нижние кривые), мкм
Скорость витания, см/сек
100
90
80
70
60
50
Ь5
ЬО
35
30
25
20
15
10
9
6
ь,о
3,5
3,0
Рис. VIII-1. Номограмма для определения диаметра частиц
по скорости их витания (у — удельный вес газов).
Рис. VIII-2. Схемы инерционных пылеотделителей:
а, б, в — с обращенным газовым фонтаном (а и б — правильное устройство; в — неправиль-
ное устройство); г, д — с отражательной перегородкой (г — правильное устройство, а — не-
правильное устройство).
7
Рис. VI11-3. Устройство
циклона и схема движе-
ния в нем газового потока:
/ — газоход обеспыленных
газов: 2 — улитка; 3 — крыш-
ка; 4 — корпус (цилиндри-
ческая часть); 5 — входной
патрубок; 6 — выхлопная
труба; 7 — корпус (кониче-
ская часть); 8 — отверстие
для выпуска пыли; 9 — бун-
кер; 10 — пылевой затвор.
/. Газоочистные аппараты
429
Гидравлическое сопротивление рассчитывают по формуле:
где Ар — гидравлическое сопротивление, кгс/м2-,
t, — коэффициент гидравлического сопротивления, равный отношению гидрав-
лического сопротивления к динамическому напору в каком-либо характер-
ном сечении трубопровода
Рд
V/ — удельный вес газов при рабочих условиях, кгс/м3-,
v — скорость газов, м/сек',
g — ускорение силы тяжести, м/сек2',
pR — динамический напор газов, кгс/м2.
Гидравлическое сопротивление Др определяется как разность полных напоров
на входе в аппарат и на выходе из него
2g
Расход электроэнергии слагается из двух составляющих: энергии для приве-
дения в действие встряхивающих устройств, разгрузочных затворов и др. (для элек-
трофильтров сюда же входит энергия, затрачиваемая на питание электродов и обо-
грев изоляторных коробок) и энергии, расходуемой на преодоление гидравлического
сопротивления аппарата. Расход воды определяется ее количеством, используемым
на охлаждение, увлажнение газов, промывку насадок и электродов; расход пара —
расходом на обогрев изоляторов, бункеров и др.
Стоимость аппарата слагается из стоимости оборудований и строительно-
монтажных работ.
Стоимость очистки определяется затратами на зарплату персоналу, на электро-
энергию, воду и пар; на материалы и текущий ремонт, на амортизацию оборудования
и зданий.
ИНЕРЦИОННЫЕ ПЫЛЕОТДЕЛИТЕЛИ
Принцип действия инерционных пылеотделителей (рис. VIII-2) основан на рез-
ком изменении направления движения газов с одновременным уменьшением их ско-
рости и расширением газового потока (для отделения пыли в отсутствие вихрей).
Частицы пыли, стремясь по инерции сохранить прежнее направление движения,
•выходят из газового потока и осаждаются на дне аппарата.
В ходе работы необходимо, чтобы изменение направления газов происходило
при скорости 5—15 м/с'ек. Струя газов не должна ударять в осевшую пыль и взмучи-
вать ее.
Недостаток инерционных пылеотделителей заключается в невозможности тон-
кой очистки газов, так как очень мелкие частицы будут перемещаться с газовым
потоком, не отделяясь от него.
Инерционные пылеотделители применяются обычно как элементы конструкции
газоходов для отделения частиц пыли размером более 25—30 м/км, например в зиг-
загообразных газоходах, при соединениях или разветвлениях двух газоходов.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ПЫЛЕОТДЕЛИТЕЛИ — ЦИКЛОНЫ
Принцип действия циклонов (рис. VIII-3) основан на вращении газового потока
(обычно путем тангенциального подвода газов). При этом развивается центробежная
сила, перемещающая взвешенные в газах частицы в наружные слои газового потока
и отделяющая их от газов.
430
VIII. Очистка газов
Теоретический расчет циклонов очень сложен и проводится редко. Практический
расчет циклонов выполняют по следующей схеме:
Задано:
Объемный расход очищаемых газов V....................м3/сек
Температура газов на входе в циклон t................ °C
Удельный вес газов у/ ...............................кгс/м3
Допустимое гидравлическое сопротивление циклона Др . . кгс/м2
Коэффициент гидравли-
ческого сопротивления
циклона, отнесенный
к средней скорости
газов увх в попереч-
ном сечении входного
патрубка £вХ
Коэффициент гидравли-
ческого сопротивления
циклона, отнесенный
к средней скорости
газов иц в поперечном
сечении цилиндриче-
ской части циклона
Расчет:
Скорость газов во входном патруб-
ке (в м/сек):
l/Ap-2g
ВХ V Т^вх
Площадь поперечного сечения вход-
ного патрубка (в л<2)
ВХ Увх
На основе известного для данной
конструкции циклона соотношения
между высотой входного патрубка а и
его шириной b (в долях диаметра ци-
линдрической части) циклона и по ве-
личине площади поперечного сечения
входного патрубка определяют диаметр
циклона (в jh):
FBX = aDbD = abD*
или ____
V ab
Скорость газов в цилиндрической
части циклона (в м/сек):
Площадь поперечного сечения ци-
линдрической части циклона (в м2)
Диаметр циклона (в л):
По величине D на основании типового чертежа циклона выбранной конструк-
ции определяют все остальные его размеры.
Конструкция циклонов. Оптимальную форму циклона определяют эксперимен-
тально. Существуют различные типы циклонов (Давидсона, ЦКТИ, ЛИОТ, СИОТ,
НИИОгаз и др.) *; известны также циклоны двойного действия, например циклон
Ван-Тонгерена, состоящий из двух циклонов разных диаметров. Часть газов, обо-
гащенная пылью, пройдя основной циклон, поступает в циклон меньшего диаметра,
где вторично подвергается действию центробежной силы.
* ЦКТИ — Центральный котлотурбинный институт имени И. И. Ползунова,
ЛИОТ — Ленинградский институт охраны труда, СИОТ — Свердловский институт
охраны труда.
1. Газоочистные аппараты
431
В установках для очистки газов от пыли в СССР применяют в основном цилин-
дрические (ЦН) и конические (СК-ЦН и СДК-ЦН) отечественные циклоны НИИОгаз
(Научно-исследовательский институт по очистке газов). Отличительными особенно-
стями циклонов ЦН (рис. VIП-4) являются наклонный входной патрубок, удлинен-
ная цилиндрическая часть и малый угол раскрытия конуса.
газы
t
Рис. VIП-4. Циклоны НИИОгаз типа ЦН:
а — элемент циклона (размеры в долях внутреннего диаметра D); б—общий вид
группы циклонов из восьми элементов в прямоугольной компоновке.
Циклоны ЦН разработаны четырех типов.
Ниже приведены общие для всех типов циклонов ЦН относительные размеры
(в долях внутреннего диаметра циклона О):
Наружный диаметр выхлопной трубы d *...................... 0,60
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия d^ 0,3—0,40
Ширина входного патрубка
в циклоне (внутренний размер) Ь ................ 0,20
на входе (внутренний размер) Ьг................... 0,260
Длина входного патрубка I........................... 0,60
Диаметр средней линии циклона Оср................... 0,80
\ Высота установки фланца Лфл............................. 0,24—0,320
* Толщину стенки выхлопной трубы брать не более 0,2 }D.
* * Больший размер принимается при малых D или при большой за-
пыленности.
/. Газоочистные аппараты 433
В табл. VII1-1 приведены дополнительные размеры для отдельных типов ЦН.
Конические циклоны отличаются удлиненной конической частью, спиральным
входным патрубком и малым отношением диаметра выхлопной трубы к корпусу
циклона (рис. VIП-5). Ниже указаны относительные размеры конических циклонов
(в долях внутреннего диаметра D цилиндрической части):
СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34
Высота цилиндрической части Нц . 0,5350 0,5150
конической части Нк 30 2,110
внешней части выхлопной трубы hB 0,2—0,30 0,5150
установки фланца йфЛ 0,10 0,10
входного патрубка а 0,5350 0,5150
заглубления выхлопной трубы /гт . . . 0,5350 0,5150
Внутренний диаметр выхлопной трубы d 0,3340 0,340
пылевыпускного отверстия dt ... 0,3340 0,2290
Ширина входного патрубка b 0,2640 0,2140
Длина входного патрубка 1 0,60 0,60
Текущий радиус улитки р J>- + bJL 2 ' 2л 4+^
Коэффициент гидравлического сопротивле
' ния 600 1150
Гидравлическое сопротивление циклонов следует выбирать по величине отно-
шения Ар/у/. Для каждого типа циклона это соотношение имеет оптимальное зна-
чение. Выбрав соотношение и зная коэффициент £ц, определяют также величину
условной скорости в циклоне:
Циклон м Циклон Ap/ty. м
ЦН-11 ............. 80—140 СДК-ЦН-33 .... 120—240
ЦН-15, ЦН-15ц . . 50—100 СК-ЦН-34 ..........120—240
ЦН-24 ............. 30—60
Аэродинамический расчет циклонов и подбор необходимого типоразмера циклона
может быть произведен по номограмме, приведенной на рис. VIII-6. Для определе-
ния диаметра циклона находят отношение Ар/yt- Затем из точки на оси абсцисс, со-
ответствующей заданному расходу газов, восстанавливают перпендикуляр до пере-
сечения с кривой (точка А), принадлежащей соответствующему типу циклона. Из
Точки А проводят горизонтальную прямую до пересечения в правой половине но-
мограммы с радиальной прямой (точка Б), соответствующей определенному отно-
шению Ap/yt, и проводя дуговую линию до точки В, определяют диаметр циклона.
По графику (рис. VIII-7) может быть определена фракционная степень очистки
газов в различных типах циклонов НИИОгаз диаметром 300 мм.
Цилиндрические циклоны типа ЦН можно устанавливать одиночно или группами.
При одиночном расположении диаметры циклонов ЦН-11, ЦН-15у могут быть до
2000 мм, а диаметры циклона ЦН-24 в пределах от 400 до 3000 мм.
1 При групповом расположении циклоны компонуются в два ряда (прямоуголь-
ная компоновка) или по окружности (круговая компоновка), см. табл. VIII-2.
! Конические циклоны СК-ЦН и СДК-ЦН диаметром 400—3000 мм устанавли-
ваются только одиночно.
Разработаны следующие типовые проекты циклонов НИИОгаз:
28 Справочник сернокислотчика
СДК-ЦН-33 СК-ЦН-З^
Рис. VIII-5. Циклоны НИИОгаз типа СДК-ЦН-33
и СК-ЦН-34.
Рис. VII1-6. Номограмма для расчета циклонов НИИОгаз.
Д Газоочистные аппараты
435
Циклоны НИИОгаз ЦН-15 общего применения (прямоугольное и круговое рас-
положение) предназначены для очистки от золы топочных газов котельных; от пыли
газов сушильных барабанов и аспирационного воздуха мельничных агрегатов и
других промышленных газов. Устанавливаются в качестве пылеуловителей для
очистки газов от пыли с частицами размером больше 10~5 м (Юмкм) или в качестве
первой ступени очистки перед пылеуловителями более интенсивного действия.
Теплоизоляцией служат минераловатные маты и слой асбоцемента.
диаметр
I
Рис. VIII-7. Фракционная степень очистки газов от кварцевой
пыли в циклонах НИИОгаз диаметром 300 мм (медианный
частиц 8—9 мкм при скорости газов п):
У -—3/ у < Целой,)' ) У ' '
ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24.............
СДК-ЦН-ЛЗ............ . У .... у . . У . ...... .
СК-ЦН-34......................... У. . . . . ....
V. м/сек
3,5
2
1,75
Таблица VII1-2. Рекомендуемые компоновки цилиндрических циклонов
1 Диаметр цик- ; лона, мм Прямоугольная компоновка ЦН-ll; ЦН-15; ЦН-15у, ЦН-24 Круговая компоновка циклонов • ЦН-11- ЦН15; ЦН45у Диаматр цик- лона, мм Прямоугольная компоновка ЦН-11; ЦН-15; ЦН-15у. ЦН-24 Круговая компоновка циклонов ЦН-11: ЦН-15; ЦН-15у
Количество цикло нов в группе Количество цикло нов в группе
2 (4 6 8 10 12 14 2 1 6 8 10 12 14
§§§§§§§ X X Н л 1 л 1 ! | | I. 1 у | г - I ; [ h X ... 900 1000 1200 1400 1600 1» 1 гл : ! •X ' X 4- X- i: X X X )Ху лХ гХ
II р и м е чаи и е. Зна! сом г 1ЛЮС обозн ачены г руппь «, pet сомеи дуемь ге дл я пр< гиму-
’венного применения; знаком минус — группы ограниченного применения (по возмож-
и не применять).
436
VIII. Очистка газов
Технико-экономическая характеристика:
Предел температуры очищаемых газов, °C
верхний ................................... 400
нижний ...................................На 30—50° выше
точки росы газов
Допускаемое давление (разрежение), кгс!м- . . 250
Допускаемая запыленность газов, аЛи3 .... 600—2500
Расход металла, кг на 1000 м3 очищаемых га-
зов в 1 ч ................................ 100—150
Вес группы циклонов, кгс
при прямоугольном расположении . . . 370—7 400
» круговом расположении ............. 2840—12 000
I ••Газы
Рис. VII1-8. Схема движения газового
потока в элементах батарейного циклона
с завихрителями типа:
и — «впит»; б — «розетка».
Рис. VI П-9. Схема батарейного
циклона:
/ — крышка; 2—конфузор; 3 —верхняя
опорная решетка; 4 — выхлопная труба;
5 — элементы; 6 — кожух; 7 —нижняя
опорная решетка; 8 — опорный пояс;
9 — бункер; 10 — просеянный шлак;
11 — корпус элемента; 12 — завихри-
тель; 13 — диффузор; А — камера очи-
щенных газов; Б — газораспределитель-
ная камера; В—бункер для сбора пыли.
1. Газоочистные аппараты
437
Циклоны НИИОгаз типа ЦН-15 специального назначения (прямоугольное рас-
положение) предназначены для очистки от огарковой пыли газов, образующихся
при обжиге серного колчедана в печи кипящего слоя. Устанавливаются в качестве
первой ступени очистки перед огарковыми электрофильтрами.
Теплоизоляцией служат минераловатные маты и слон асбоцементной штука-
турки.
Технико-экономическая характеристика:
Допускаемая температура очищаемых га-
зов, °C ............................... 450—650
Допускаемое разрежение, кгс/м- ......... 250
Допускаемая запыленность газов, г/м3 . . 250
Вес группы циклонов, кгс................ 3900—12 600
Если необходимо очищать от ныли газы, имеющие более высокую температуру,
циклоны НИИОгаз изготовляют из соответствующих жаропрочных материалов (спец-
сталь, жароупорный бетон, керамика и др.) или футеруют термостойкими материа-
лами.
Батарейные циклоны (мультициклоны). В батарейных циклонах (ВЦ) запылен-
ный газовый поток приводится во вращение с помощью завихряющих устройств;
развивающаяся при этом центробежная сила отделяет взвешенные частицы от газов.
Схема движения запыленного газового потока в элементе показана на рис. VII1-8.
Батарейный циклон (рис. VIII-9) состоит из батареи и элементов малого диа-
метра, установленных в общем корпусе.
В институте «Гипрогазоочистка» разработаны элементы с завихрителями «винт»
и «розетка». Завихритель «винт» (рис. VIII-8, а) имеет две лопасти, наклоненные
под углом а = 25°. Завихритель «розетка» снабжен восемью лопатками, расположен-
ными под углом а — 25 или 30°.
Нормализованные условные диаметры элементов составляют 250, 150 и 100 мм;
можно применять также элементы диаметром 40 и 60 мм. Рабочие диаметры чугун-
ных элементов 254 мм, стальных — 259 мм, чугунных и стальных — 148 и 98 мм.
В табл. VIII-3 даны приближенные значения коэффициентов очистки газов от
пыли для различных элементов батарейных циклонов.
Т а б л и ц a VIII-3. Коэффициенты очистки газов от пыли
для различных элементов батарейных циклонов
Завихритель Диаметр эле- мента, мм Условный диаметр частиц, мкм
5 10 20
коэффициент очистки
250 72 84 93
«Розетка» 150 78 88 95 90
100 82 91 96
«Винт» 250 63 78 91 85
* Коэффициент гидравлического сопротивления, отнесенный к средней скорости газов
в цилиндрической части.
На рис. VIII-10 изображены кривые фракционных коэффициентов очистки га-
зов для батарейного циклона с элементами диаметром 250 мм и завихрителями «винт»
и «розетка», расположенными под углом 25°.
Гидравлическое сопротивление следует выбирать исходя из величины \p/yt
в пределах 55—75 м.
Таблица VIП-4. Рекомендуемое число элементов в прямоугольных секциях батарейных циклонов
Секция О 5 ® Л а « х ® о к У г а Общее число элементов в секции Примечание Секция о S « go л к >> а я ч ® о к Ума Общее число элементов в секции Примечание
Пят ь р я дов в глубину секции Шесть ряд о в в г пубину секции
ПС-5-25 5 25 Для элементов диаметром 100 мм Для элементов диаметром 150 мм ПС-6-36 6 36
ПС-5-30 6 30 ПС-6-42 ПС-6-48 7 8 42 48 Для элементов диаметром 150 и 250 мм 100,
ПС-5-35 7 35 Для элементов диаметром 150, 200 мм 100, ПС-6-54 ПС-6-60 9 10 54 60
ПС-5-40 8 40 —
ПС-5-45 9 45 —
Вос е м ь рядов в глубину секции Дес ять р ядов в глубину секции
ПС-8-64 8 64 Для элементов диаметром 150 и 250 мм 100, ПС-10-100 10 100 Для элементов диаметром 150 и 250 мм 100,
ПС-8-72 9 72 ПС-10-110 11 НО
ПС-8-80 ПС-8-88 10 11 80 88 В бункере рекомендуется вить перегородку ста- ПС-10-120 ПС-10-130 12 13 120 130 Устройство перегородки в кере обязательно бун-
ПС-8-96 12 96 ПС-10-140 14 140
ПС-8-104 13 104 Устройство перегородки обяза- тельно ПС-10-150 ПС-10-160 15 16 150 160 Рекомендуется устройство бункеров в секции двух
ПС-8-112 14 112 —
Рис. VIII-11. Номограмма для расчета батарейных циклонов.
440
VIII. Очистка газов
Аэродинамический расчет БЦ и подбор необходимого числа элементов может
быть произведен по номограмме, приведенной на рис. VIII-11 (пользование номограм-
мой аналогично подбору циклонов по рис. VIII-6, стр. 434).
Разработанные институтом «Гипрогазоочистка» конструкции батарейных цик-
лонов различаются по устройству корпуса (прямоугольный или цилиндрический)
и газораспределительной камеры (прямоугольная или клиновидная форма); по числу
секций (односекционные и многосекционные) и по назначению (для взрывобезопас-
ных и взрывоопасных пылей).
Очищаемые газы могут подводиться в батарейный циклон через общий или раз-
дельные газоходы, сбоку, снизу или через верхнюю часть камеры; выходят газы
через верхнюю часть камеры или сбоку.
Рис. VIH-10. Фракционные коэффициенты очистки газов в бата-
рейном циклоне с элементами диаметром 250 мм
(Тп = 2200 кгс/м3; vr = 1.32 кгс/м3, /=18° С, Др/?г =80 Л£3; 1 — с зави-
хрителем «винт» (а = 25°); 2 — с завихрителем «розетка» (а = 25°).
Наибольшее применение имеют БЦ с прямоугольными корпусами и прямоуголь-
ными газораспределительными камерами.
Рекомендуемое число элементов в прямоугольных секциях БЦ приведено
в табл. VIII-4.
В табл.УП1-5 указаны расстояния между стенками кожуха (рис. VIII-12)
в зависимости от типа и диаметра элементов, а в табл. VIII-6 — расстояния между
элементами.
Таблица VII1-5. Расстояние А между стенками кожуха
(в мм)
Секция Диаметр элементов, мм Секция Диаметр элементов, лиг
100 150 250 100 150 250
ПС-5 710 960 1460 ПС-8 1100 1500 2300
ПС-6 840 1140 1740 ПС-10 1360 1860 2860
1. Газоочистные аппараты
441
Таблица VIII-6. Расстояние между элементами
(в мм)
Завихритель Условный диаметр циклонных элемен- тов, .W.W Диаметр выхлопной трубы, мм a, 3L4 Ь, .И.И
250 133 280 170
«Розетка» 150 83 180 120
100 59 130 95
«Винт» 250 159 280 170
Расстояние между элементами А рассчитывается по формуле
А — («! — 1) а + 2Ь
где пг — число элементов в ряду по глубине;
а — расстояние между осями элементов;
b — расстояние от оси крайнего элемента до стенки корпуса.
Расстояние В между стенками по ширине определяют по уравнению:
В = (п2 — 1) а + 2Ь
где п2 — число элементов в ряду по ширине.
Высота корпуса слагается из высоты кожуха, опорного
пояса, бункера и высоты конфузора (при отводе газов
сверху). Высоту кожуха газораспределительной камеры
рассчитывают по уравнению:
^вх (fi — n2d)
где k — число секций батарейного циклона.
Для обеспечения равномерного распределения газов
по всем циклонным элементам, входящим в секцию бата-
рейного циклона, скорость vr газов во входном сечении
газораспределительной камеры должна быть не выше рас-
считанной по формуле:
бСц
Скорость иВХ1к в^живом сечении FBX газораспредели-
тельной камеры связана со средней скоростью по всему
сечению камеры соотношением:
ВН
^ВХ, К — УГ -р
г вх
В целях уменьшения эрозии первых рядов выхлоп-
ных труб скорость овх, к рекомендуется принимать не
выше 14 м/сек.
Нормальные БЦ рассчитаны на очистку газов с за-
пыленностью 50—100 г/м? при температуре до 400° С и
Давлении (разрежении) 250 кгс/м2.
Диаметр элементов зависит от расхода газов:
Газы
Рис. VIII-12. Устрой-
ство газораспредели-
тельной камеры бата-
рейного циклона.
Диаметр элементов,
ЛШ
100
150
250
Расход газов, м*/ч,
не менее
2 500
7 500
25 000
442
VIII. Очистка газов
При меньшем объеме очищаемых газов целесообразнее применять циклоны
НИИОгаз, которые при сниженном расходе металла обеспечивают лучшую очистку
газов, чем батарейные циклоны.
Расход металла в батарейных циклонах составляет 200—250 кг на очистку
1000 л3/ч.
Батарейные циклоны можно применять для очистки газов и аспирационного
воздуха сушильных, мельничных, дробильных, транспортирующих и других агрега-
тов, выделяющих при работе частицы пыли размером более 10—15 мкм.
Пылеразгрузочные устройства. Для обеспечения нормальной работы циклонов
БЦ пылеразгрузочные устройства следует выполнять с учетом следующих тре-
бований.
Устройства должны быть герметичными при давлении (разрежении) не менее
250 кгс/м? и обеспечивать регулярную выгрузку пыли при повышенном и понижен-
ном давлениях в бункере. Отсутствие герметичности пылеразгрузочного устройства
при давлении в бункере ведет к выбросу пыли в окружающую среду, а при разреже-
нии — к подсосу воздуха, резко снижающего коэффициент очистки.
При нерегулярном выпуске пыли возможно переполнение бункера, в результате
чего снижается эффективность работы циклонов, они забиваются пылью. Совер-
шенно недопустимо использование корпусов ЦН в качестве емкости для собирания
пыли.
Существуют схемы периодического и непре-
рывного пылеудаления из бункеров при перио-
дическом или непрерывном транспортировании
пыли.
При периодической выгрузке во избежание
выброса пыли из бункера следует прекращать
подачу газов через пылеуловитель. Для транс-
портирования пыли обязательно используются
закрытые, тщательно герметизированные ваго-
нетки или автомашины, снабженные матерчатыми
фильтрами для очистки вытесняемого воздуха.
Для периодической выгрузки пыли из бункеров
используются шиберные или конусные затворы;
непрерывная выгрузка осуществляется затвором
«мигалка» или лопастным затвором.
Не допускается установка затворов на пыле-
выпускных отверстиях циклонов, затворы уста-
навливаются только после бункеров.
Центробежные скрубберы ВТ И *
В центробежных скрубберах очищаемые газы
приводятся в интенсивное вращательное движе-
ние путем подачи их тангенциально со значитель-
ной скоростью в нижнюю часть скруббера.
Содержащаяся в газах пыль улавливается
под действием центробежной силы. Пыль от-
брасывается к внутренней поверхности корпуса
скруббера и улавливается стекающей по ней
пленкой воды. Очищенные газы выходят из верх-
ней части аппарата (рис. VIП-13).
Фракционные коэффициенты очистки газов
в центробежном скруббере при внутреннем диа-
метре D — 1 м приведены в табл. VIП-7.
Рис. VIII-13. Центробежный
скруббер ВТИ.
* Всесоюзный теплотехнический институт.
/. Газоочистные аппараты
443
Т аблица VIII-7. Фракционные коэффициенты очистки газов (в %)
в центробежном скруббере
(по данным ВТИ)
Скорость | Скорость витания частиц, см сек
газов во входном патрубке, м/сек 0-0,5 >0,5—2 >2,5-5 >5-10 >10-15 >15-20 >20
15 65,5 80 88 91 92,7 94 98
17 75,7 85,2 90 92 93,7 95 98,5
19 81,4 88,2 91,5 93,2 94,5 95,8 99
21 85 90,3 92,8 94,3 95,5 96,7 99,5
23 87,4 91,6 93,7 95,3 96,4 97,6 100
23,5 87,7 91,8 94 95,5 96,6 97,8 100
Общий коэффициент очистки газов (в %) в центробежном скруббере произволь-
ного диаметра определяется по формуле:
Т1= ЮО - (100 - 11D=1) VD
где —общий коэффициент очистки газов в центробежном скруббере диа-
метром I м.
Эффективность улавливания газообразных составляющих (например, при очи-
стке топочных газов от золы) зависит от их растворимости в отработавшей воде.*
Газы, практически неограниченно растворимые в воде (например, SO3), улавли-
ваются в скруббере на 30—40%. Газообразные составляющие топочного газа, огра-
ниченно растворимые в воде (например, СО2, SO2), улавливаются в скруббере в ко-
личествах, которые можно определить по формуле (в кг/ч):
Gr= C(q' - q”)
где С — растворимость газа в отработавшей воде при парциальном давле-
нии газа в неочищенных топочных газах, кг/jw3;
(q' —• q") — количество отработавшей воды, м3/ч.
Кислотность отработавшей воды после очистки топочных газов:
Концентрация SO2 в газах, объемн. % 0,1 0,2
Растворимость SO2 в чистой воде при
50° С, кг/м3 ..................... 0,180 0,280
Кислотность отработавшей воды,
мг-экв/л.........................5,6 8,7
0,3
0,360
11,2
0,4
0,420
13,1
0,5
0,480
15,0
Центробежные скрубберы типа ВТИ служат для очистки от пыли кислых газов.
В основном они предназначены для очистки топочных газов от золы, образующейся
Ври сжигании твердого топлива (приведенная сернистость топлива не выше 1,2%
Ва 1000 ккал/кг), а также для очистки газов от свободной извести, составляющей
Be более 20% в золе, и солей жесткости (содержание этих солей в воде не более
15 мг-экв/л).
/ Центробежные скрубберы можно также применять для очистки газов обжи-
говых печей и сушильных барабанов, аспирационного воздуха дробильных и мель-
ничных агрегатов, транспортных устройств, а также других газов, содержащих
* 3 а л о г и н Н. Г., Шухер С. М., Очистка дымовых газов, Госэнерго-
•здат, 1954.
444
VIП. Очистка газов
нецементирующуюся пыль и агрессивных по отношению к стальным незащищенным
конструкциям.
Условия применения центробежных скрубберов:
Допустимая температура очищаемых газов, °C До 200
Допустимое разрежение, кгс/м2 ............... 200
Максимально-допустимая скорость газов, м/сек
в сечении скруббера ....................... 6
во входном патрубке ...................... 23
Скорость истечения воды из сопел, м/сек . . 1—2
Необходимый диаметр скруббера, расход воды на орошение и коэффициенты
гидравлического сопротивления принимают по нормалям ВТИ-55 (табл. VIII-8).
Таблица VIII-8. Техническая характеристика
центробежных скрубберов
Внутренний диаметр, м Максимальная про- изводительность, м.3[сек Расход воды на оро- шение, л’/ч Коэффициент гидравли- ческого сопротивления, отнесенный к скорости в сечении скруббера
0,50 1,10 0,7 46,5
0,55 1,35 0,8 44,5
0,60 1,60 0,9 42,8
0,65 1,85 1,0 41,4
0,70 2,15 1,1 40,3
0,75 2,50 1,2 39,4
0,80 2,85 1,3 39,6
0,85 3,20 1,4 37,8
0,90 3,55 1,5 37,3
0,95 4,00 1,6 36,9
1,00 4,40 1,7 36,6
1,05 4,85 1,8 36,2
1,10 5,30 1,9 35,8
1,15 5,80 2,0 35,4
1,20 6,30 2,1 35,2
1,25 6,85 2,2 34,9
1,30 7,40 2,35 34,7
1,35 8,00 2,5 34,4
1,40 8,60 2,65 34,1
1,45 9,20 2,8 33,9
1,50 9,85 2,95 33,8
1,55 10,50 3,1 33,6
1,60 11,20 3,25 33,5
1,65 10,50 3,1 33,6
1,70 11,20 3,25 33,5
Расход металла на центробежные скрубберы составляет 70—100 кг на 1000 м3
газов в 1 ч. Скрубберы футеруются кислотоупорной керамической плиткой по слою
бетона.
1. ['азоочистные аппараты
445
Пенные пылеуловители ЛТИ
Пылеуловитель ЛТП (рис. VIII-14), разработанный в Ленинградском техноло-
гическом институте им. Ленсовета, выполнен в виде полого резервуара прямоуголь-
ного или круглого сечения, в котором установлены одна или несколько горизон-
тальных решеток (полок). На решетки подается жидкость (обычно вода). Очищае-
мые газы, проходя через решетки, вспенивают воду. Пылинки, попадающие в газо-
вые пузырьки пены вследствие сильного трения и перемешивания газов с жидкостью,
ударяются о пленки жидкости и улавливаются ею. Часть пылинок (особенно крупные
фракции) удаляются в подрешеточном пространстве вследствие инерционного вы-
броса в результате перемены направления газо-
вых струй при их прохождении через решетку,
последующего осаждения выделившихся пыли-
нок на нижней смоченной поверхности решетки
и дальнейшего смывания их протекающей через
отверстия водой.
Очищенные от пыли газы л отводятся через
штуцер, расположенный в верхней части аппа-
рата.
По способу отвода воды пенные пылеулови-
тели разделяются на два типа: со сливом отрабо-
тавшей воды через порог в сливную коробку и
с полным’провалом воды сквозь отверстия реше-
ток.
Рис. VIII-14. Устройство пенного пылеулови-
теля:
1 — корпус; 2—порог; 3— сливная коробка; 4 — ре-
шетки; 5—гидравлический затвор; 6—диффузор для
ввода газов; 7 — приемная коробка.
В аппаратах первого типа часть жидкости сливается с решеток через сливные
коробки, а часть проваливается через отверстия решеток. Количество проваливаю-
щейся жидкости должно быть таким, чтобы в подрешеточной части (бункере) пен-
ного пылеуловителя получалась концентрированная, но достаточно подвижная
для стекания пульпа. Это достигается при весовом отношении твердой и жидкой
фаз т : ж от 1 : 5 до 1 : 10.
Пенный аппарат с провальными решетками отличается отсутствием сливного
устройства для отвода пены с решетки (порога, сливной коробки и трубопровода
для слива жидкости).
Из подрешеточной части пульпа через бункер и гидравлический затвор направ-
ляется в отстойник или удаляется гидравлическим способом по пульпопроводу.
На орошение пылеуловителя можно подавать стекающую через порог несколько
загрязненную воду или воду после отстойников.
Скорость газов в пенных пылеуловителях следует принимать 1—3 м.1сек (счи-
тая на полное сечение аппарата). Площадь свободного сечения решеток составляет
10—40% площади решеток; расход воды на очистку газов 0,1—0,3 л/м?.
Решетками в пенном пылеуловителе обычно служит перфорированный лист
с равномерно расположенными отверстиями круглой, прямоугольной (щелевидной)
Или любой другой формы. Решетки могут состоять из отдельных колосников, труб
Или прутков со щелями между ними.
446
VIII. Очистка газов
Толщина решеток в зависимости от материала принимается 4—20 мм, другие
параметры решеток с круглым сечением приведены ниже:
Шаг, леи Диаметр от- верстий, мм Свободное се- чение, % Шаг, мм Диаметр от- Свободное
верстнй, мм чение, ®
6 3 22,6 12 5 15,7
6 4 40,3 12 6 22,6
8 4 22,6 13 5 13,4
9 4 17,9 13 6 19,3
10 5 22,6 13 7 26,3
10 5,5 27,2 14 6 16,7
11 5 18,7 16 7 17,4
11 6 27,1 18 8 17,9
Пороги для перелива жидкости делают высотой до 100 мм (чаще до 40 мм) и
толщиной до 15 мм. Длина порога определяется размерами сливного отверстия,
в прямоугольных аппаратах она может быть равна ширине аппарата.
Диаметр частиц, пыли а,, мкм
Рис. VIII-15. Фракционная степень очистки газов в пенных
пылеуловйтел я х:
а — для гидрофильной пыли (прн pd‘ > 1) и гидрофобной пыли
(при pd2 >43,5); б — для гидрофобной пыли (при pd2 <43,5).
На очистку газов от пыли в пенном пылеуловителе в основном влияют:
физические свойства пыли (диаметр частиц d, плотность р, смачиваемость);
скорость газов в полном сечении аппарата v;
высота слоя пены Н на решетке аппарата (и, следовательно, все факторы, ее
определяющие);
запыленность газов на входе в аппарат zt;
число полок в аппарате.
Значения фракционных степеней очистки газов в однополочном пенном пыле-
уловителе в зависимости от свойств пыли приведены на рис. VIII-15.
1. Газоочистные аппараты
447
По этим кривым можно с достаточной для практического применения точностью
определить степень очистки газов для нормализованных пенных пылеуловителей
(у — 2 м/сек, И = 90 мм). Данные для гидрофильной пыли (SiO2, СаСО3, А12О3,
BaSO4, Fe2O3, CuO и др.) приведены на рис. VIII-15, а для всех обычно встречаю-
щихся значений диаметра частиц d и плотности пыли р; эти же кривые практически
могут быть использованы и для гидрофобной пыли (древесный и каменный уголь, S,
ZnS, FeS2, PbS и др.), но при значении произведения pd2^> 43,5. При меньшей
величине pd2 для гидрофобной пыли следует пользоваться кривыми на рис. VIII-15, б.
Пенные пылеуловители можно устанавливать как на всасывающем, так и на на-
гнетательном участке системы газоходов. Содержание пыли во входящих газах до-
пускается до 300 г/м3.
Абсолютное давление очищаемых газов, поступающих в пенный пылеуловитель,
может быть любым при обеспечении необходимой прочности и герметичности аппарата.
По условиям механической прочности стальных конструкций температура га-
зов должна быть не выше 400° С. При более высокой температуре необходимо обеспе-
чить механическую прочность конструкции под влиянием температурных изменений.
Для промывки нейтральных газов водой пенные пылеуловители изготовляют
из обычной стали. При очистке агрессивных газов для изготовления аппаратов и ком-
муникаций необходимо использовать коррозионностойкие стали и материалы или
применять защитные покрытия.
Таблица VI11-9. Характеристика одиополочных пенных
пылеуловителей ЛТИ с отводом воды через сливное устройство
Аппараты ПГС-ЛТИ Произво- дитель- ность, м3/ч Расход во- ды, л/м3 Скорость га- зов в аппара- те, м/сек U Я S £ * * a- q Ч • я Е с га я О o.'t о, ° s я 5 4> И Е у ХЧ я « Высота пены, мм 1 Площадь се- чения решет- ки, м1 Вес аппа- рата, кгс
2 100 1,4 30 73
3 3 000 0,2 2,0 35 90 0,42 639
3 900 2,6 43 105
3 850 1,4 30 73
5,5 5 500 0,21 2,0 35 90 0,77 845
7 100 2,6 43 105
7 000 1,4 30 75
10 10 000 0,23 2,0 35 90 1,40 1150
13 000 2,6 43 105
12 000 1,5 31 80
16 16 000 0,25 2,0 35 90 2,24 1495
20 000 2,5 42 100
18 500 1,6 35 82
23 23 000 0,25 2,0 40 90 3,22 2710
28 500 2,5 48 100
24 000 1,6 35 82
30 30 000 0,28 2,0 40 90 4,20 3227
37 500 2,4 48 100
33 000 1,65 36 83
40 40 000 0,3 2,0 40 90 5,60 4133
48 000 2,4 46 100
42 500 1,7 37 85
50 50 000 0,3 2,0 40 90 7,00 4807
60 000 2,4 46 100
448
17//. Очистка газов
Сечение аппарата может быть круглым или прямоугольным. В аппарате круг-
лой формы обеспечивается более равномерное распределение газов по сечению ре-
шетки, чем в аппарате прямоугольной формы, и большая прочность корпуса при
работе под давлением или в вакууме. В аппарате прямоугольной формы достигается
более равномерное распределение жидкости по решетке.
Максимальный размер сечения аппарата определяется возможностью равномер-
ного распределения газов и жидкости. В связи с этим производительность одиночных
пенных пылеуловителей (или самостоятельных секций аппаратов) ограничена (не
более 50 000 м3/ч). Число полок в пенном пылеуловителе зависит от требуемой сте-
пени очистки газов и начальной запыленности их. Если к общей степени очистки
газов не предъявляются особые требования, то при начальной запыленности до 15—
20 г/м3 следует применять однополочные аппараты. При большей начальной запылен-
ности газов (до 300 г/м3) используются двухполочные аппараты.
Таблица VIII-10. Характеристика однополочных пенных
пылеуловителей ЛТИ с полным протеканием воды через отверстия решетки
Аппараты пгс-лти Произво- дитель- ность, м3/ч Расход ВОДЫ, Л/Л13 Скорость га- зов в аппа- рате, м/сек Гидравличес- кое сопро- тивление пол- ки аппарата, кгс/м3 Высота пены, мм Площадь се- чения решет- ки, м3 Вес аппа- рата, кгс
2 400 1,6 29 70
3 3 000 0,8 2,0 33 90 0,42 494
3 600 2,4 39 120
3 600 1,6 29 70
4,5 4 500 0,8 2,0 33 90 0,63 631
5 400 2,4 39 120
5 350 1,65 30 75
6,5 6 500 0,82 2,0 33 90 0,91 810
7 800 2,4 39 120
7 650 1,7 30 75
9 9 000 0,82 2,0 33 90 1,26 1025
10 500 2,35 38 115
10 200 1,7 30 75
12 12 000 0,85 2,0 33 90 1,68 1265
14 000 2,3 37 ПО
13 600 1,7 30 75
16 16 000 0,85 2,0 33 90 2,24 1583
18 400 2,3 37 ПО
17 900 1,7 30 75
21 21 000 0,87 2,0 33 90 2,94 2183
24 200 2,3 37 НО
23 800 1,7 30 75
28 28 000 0,87 2,0 33 90 3,92 2626
32 100 2,3 37 ПО
30 000 1,7 30 75
35 35 000 0,9 2,0 33 90 4,90 3167
40 000 2,3 37 ПО
38 000 1,7 30 75
45 45 000 0,9 2,0 33 90 6,30 3879
1. Газоочистные аппараты
449
Условия применения. Пенные пылеуловители устанавливаются для тонкой
очистки технологических, топочных и отходящих газов, а также вентиляционного
воздуха от пыли, туманов и других загрязнений. Они обеспечивают более высокую
степень очистки газов, чем, например, мокрые пылеуловители центробежного дей-
ствия.
В табл. VI11-9 и VIII-10 приведены технические характеристики нормализован-
ных пенных пылеуловителей типа ЛТИ, разработанных совместно с Гипрогазоочист-
кой.
Турбулентные газопромыватели (скрубберы Вентури)
Действие скрубберов Вентури основано на использовании динамического по-
тока газов для распыления вводимой в газовый поток жидкости. Жидкость в виде
мельчайших капель, сталкиваясь со взвешенными в газах частицами пыли (или кап-
лями), укрупняет их. Под действием центробежной силы укрупненные частицы осаж-
даются в каплеуловителе.
Установка скруббера Вентури приведена на
рис. VIII-16. Жидкость (вода или раствор) вводится
в газовый поток близ горловины трубы Вентури,
так что в суженном месте трубы образуется сплош-
ная завеса жидкости. Запыленные газы, проходя
через суженную горловину со скоростью 60—
150 м/сек,, сталкиваются с завесой жидкости и раз-
рывают ее на капли. Размер образующихся при
этом капель приблизительно обратно пропорциона-
лен скорости газового потока. Так, при скорости
потока 100 м/сек струя воды, вводимая через отвер-
стия диаметром 5 мм, дробится на капли размером
около 10 мкм, а при скорости газового потока
150 м/сек средний размер капель значительно мень-
ше 10 мкм.
Ниже приведены данные о количестве и по-
верхности капель, образующихся из 1 л воды, рас-
пыляемой газовым потоком *;
Рис. VII1-16. Устройство
турбулентного газопромыва-
теля:
1 —наконечник для подачи жид-
кости; 2 — стекающая пленка
жидкости; 3 — труба-распылн-
тель (труба Вентури); 4 — цик-
лон-каплеуловитель.
Скорость потока газов, м.!сек. Число капель, образующихся в 1 см газового потока Суммарная поверхность капель в 1 м3 газа
10 103 60
20 104 130
50 ю5 280
100 10е 500
150 107 1000
В потоке, движущемся с большой скоростью,
капли соударяются с частицами взвешенной в газах
пыли и друг с другом, причем после уменьшения
скорости потока в расширяющейся части трубы образуются капли диаметром
10—20 мкм, легко улавливаемые затем в каплеуловителе.
Расчет турбулентного газопромывателя складывается из ряда стадий.
При расчете скорости потока газов р2 в горловине трубы в зависимости от раз-
мера частиц необходимо учитывать следующие данные:
* Подсчитано по формулам, разработанным М. К- Барапаевым, Е. Н. Теверов-
СКим и Э. Д. Трегубовой, ДАН СССР, 66, № 5 (1949).
450
VIII. Очистка газов
при улавливании высокодисперсных частиц пыли или капель тумана, образую-
щихся в результате возгонки или конденсации паров высококипящих жидкостей
(размер частиц менее 1 лкл), п2 = 904- 120 м сек;
при улавливании пыли или капель жидкости, образующихся при механическом
дроблении (размер частиц более 3—5 мкм), п2 = 704-90 м,сек;
при использовании турбулентного газопромывателя для охлаждения газов или
абсорбции из них паров или газов и2 = 40-?70 м/сек.
Подача жидкости в турбулентный промыватель может осуществляться:
в виде стекающей по стенке конфузора пленки. Этот способ подачи жидкости
применяется при вертикальном расположении трубы Вентури, небольших диаметрах
Рис. VIII-17. Зависимость £ж от скорости газов в горловине
трубы-распылителя при различном удельном расходе жидкости
(в л/м3)'.
1 — при т = 0,3; 2 — при т = 0,5; 3 — при т = 0,75; 4 — при т = 1,0;
5 — при tn — 1,25.
горловины, а также в случае улавливания пыли, склонной к образованию прочных
отложений на стенках трубы;
через центрально расположенные в конфузоре цилиндрические наконечники,
снабженные радиальными отверстиями для слива жидкости (при диаметре горло-
вины трубы <4 300 мм применяется один наконечник), или через форсунки центро-
бежного действия (например, форсунки типа ВТИ);
через отверстия в стенке трубы (периферийный способ подачи жидкости).
Расход жидкости в турбулентном промывателе принимается в пределах 0,25.—
1,25 л/м3 очищаемых газов.
Гидравлическое сопротивление трубы (в кгс/м-) подсчитывают по следующим фор-
мулам:
при подаче жидкости в трубу одновременно в виде пленки и через центральные
наконечники или сопла:
2
Др = [(0,2^0,4)+
т — удельный расход жидкости, л/м3;
Т-2 — удельный вес газов в горловине трубы.
При подаче жидкости в трубу только через центральные наконечники или сопла:
Др=Го.12+и^1Д^
L V, J 2g
Скорость газов в газоходе перед конфузором трубы и на выходе из трубы обычно
принимается 10—20 м/сек; — определяется по рис. VIII-17.
1. Газоочистные аппараты
451
Длина отдельных участков трубы определяется следующим образом:
1) длина входного участка (конфузора):
I ~
где 04 — угол сужения конфузора (25 — при нормальной длине трубы и 60 — для
укороченной трубы).
2) длина горловины трубы /2 приаг = 25" принимается равной 0,15 л«; при 04 =
=- 60е величина /2 = 0,3 я.
Длина выходного участка трубы (диффузора):
где dlt d2 и d3 — диаметр трубы соответственно на входе газов, горловины и на
выходе газов.
Угол расширения диффузора при укороченной трубе а2 = 7—8°, при нормаль-
ной длине трубы а2 — 6°.
Каплеуловитель. В качестве каплеуловителя после трубы можно устанавливать
прямоточный циклон (центробежный скруббер), спроектированный по нормалям
ВТИ, но без люков, форсунок для подачи воды и фартуков.
Диаметр цилиндрической части циклона (в м) определяется по формуле:
£)ц = 0,0188
где К3 — объемный расход газов, поступающих в циклон, м3/ч;
иц — средняя скорость газов в сечении циклона, м/сек.
Высота цилиндрической части циклона в зависимости от скорости газов
и я,'се к Нц, м о м[сек. Яц’ 4
2,5—3,0 2,5 3,5-4,5 3,8
3,0—3,5 2,8 4,5—5,5 4,5
* Отсчитывается от оси входного патрубка циклона.
Коэффициент гидравлического сопротивления, отнесенный к средней скорости
газов цц в сечении циклона, t, = 30—32.
Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя (в кгс/я-]
1,63уцУз
где уз — удельный вес газов на выходе из трубы.
Общее сопротивление установки турбулентного промывателя подсчитывается
как сумма сопротивлений трубы, циклонного каплеуловителя и соединительных га-
зоходов.
В установке турбулентного промывателя может применяться также пенный пыле-
уловитель.
Турбулентные промыватели можно применять для тонкой очистки газов от ту-
мана кислот и высокодисперсной пыли; для уничтожения вредных и неприятных
запахов производственных выбросов, а также в качестве абсорбционных, теплооб-
менных и массообменных аппаратов.
Расчет турбулентных промывателей рекомендуется проводить по методике, раз-
работанной НИИОгаз и Гипрогазоочисткой.
29*______________
452
17//. Очистка газов
Электрофильтры
Очищаемые газы пропускают через неоднородное электрическое поле, образую-
щееся между коронирующими электродами (круглая или профилированная про-
волока) и осадительными электродами (цилиндрические или шестигранные трубы
диаметром 250—300 льи или пластины, отстоящие друг от друга на расстояние 250—
300 льм). Коронирующие электроды изолированы от земли, к ним подводится выпрям-
ленный ток отрицательной полярности при напряжении 50—75 кв\ осадительные
электроды заземлены и подключены к положительному полюсу. В этих условиях
вокруг коронирующих электродов образуется область ионизированного газа, за-
полненная электронами и ионами, и возникает ионный поток от коронирующих элек-
тродов к осадительным. Твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, сорбируют
ионы и, приобретая униполярный электрический заряд, движутся к противополож-
ному по знаку электроду и осаждаются на нем. Основная часть взвешенных в газе
частиц заряжается отрицательно и осаждается на осадительных электродах. Не-
большая часть взвешенных частиц заряжается положительно и осаждается на ко-
ронирующих электродах.
При осаждении тумана жидкость стекает с электродов, твердую пыль удаляют
с помощью специальных встряхивающих механизмов.
В зависимости от конструкции осадительных электродов электрофильтры назы-
ваются трубчатыми или пластинчатыми. Электрофильтры могут быть вертикальными
(с вертикальным ходом газов) и горизонтальными (с горизонтальным ходом газов).
Обычно устанавливают несколько электрофильтров или один электрофильтр, со-
стоящий из нескольких параллельных секций, с тем, чтобы в условиях эксплуатации
можно было отключить часть электрофильтров или часть аппарата для осмотра
и ремонта без прекращения работы всей газоочистной установки.
Иногда электрофильтры составляют из нескольких последовательно располо-
женных по ходу газов ячеек (электрических полей). По числу электрических полей
такие электрофильтры называют двухпольными, трехпольными и т. д.
Установка электрофильтров обычно состоит из осадительных камер — электро-
фильтров, через которые пропускают очищаемый газ, и преобразовательной подстан-
ции, где расположена электрическая аппаратура, преобразующая переменный ток
промышленной частоты 50 гц при напряжении 220—380 в в выпрямленный ток на-
пряжением 70—90 кв, необходимый для питания электрофильтров.
Размеры электрофильтров определяют по объемному расходу очищаемых газов
и времени их пребывания в электрическом поле, зависящему от длины пути, геоме-
трических размеров электродов и скорости газов в электрическом поле. При длине
поля 3—4 .м. средние скорости газов в трубчатых электрофильтрах равны 0,75—
—1,2 м/сек, в пластинчатых 0,4—0,6 м/сек.
Оборудование подстанций электрофильтров. Для питания электрофильтров
выпрямленным током высокого напряжения ранее применялись электроагрегаты
АФА-90-200 с механическими выпрямителями и ручным регулированием напря-
жения.
В настоящее время для установок электрофильтров применяют элеКтроагре-
гаты типа АРС (АФАС) и АИФ с полупроводниковыми выпрямителями и автомати-
ческим регулированием напряжения.
Электроагрегат АФА-90-200 имеет три модификации и состоит из однофазного
масляного трансформатора, повышающего напряжение заводской сети; механиче-
ского выпрямителя, преобразующего переменный ток высокого напряжения в ток
постоянного напряжения; щита управления с пусковыми, регулирующими и кон-
трольно-измерительными приборами; высоковольтного переключателя с приводом
и защитных устройств.
Электроагрегат АФА-90-200 монтируется в закрытой металлической кабине.
Щит управления устанавливается отдельно.
/. Газоочистные аппараты
453
Техническая характеристика электроагрегата АФА-90-200:
Мощность на стороне выпрямленного напряже-
ния, кеа ................................... 18
Номинальное выпрямленное напряжение (ампли-
тудное значение) при нагрузке 200 ма, кв . . . 90
Напряжение питающей сети при частоте 50 гц, в
модель А..................................380
модель Б...................................220
модель В...................................500
Вес, кгс ......................................1400
Напряжение высоковольтной цепи регулируется автотрансформатором, вклю-
ченным в цепь первичной обмотки трансформатора. Напряжение регулируется без
разрыва цепи, ступенями, путем переключения контролера.
Техническая характеристика высоковольтного трансформатора:
Номинальное напряжение вторичной обмотки на холо-
стом ходу (эффективное значение), кв.......... 68—78
Номинальное напряжение первичной обмотки, в . . 380
Номинальная мощность, ква ..................... 18
Габариты трансформатора *, мм.................. 825X735X1050
* Трансформатор рассчитан на кратковременное заземление любого по.
люса вторичной обмотки.
Техническая характеристика синхронизированного электродвигателя механи-
ческого выпрямителя:
Номинальное напряжение при частоте 50 гц, в . . . 220/380 или 500
Номинальная синхронная мощность, ква........... —0,5
Скорость вращения (строго синхронная), обороты
в 1 мин ....................................... 1500
Габариты, мм
механического выпрямителя....................... 680X915X1220
щита управления............................. 930X660X2030
Электроагрегаты АФА-90-200 снабжены автотрансформаторами для регулиро-
вания высокого напряжения путем изменения напряжения на первичной стороне
трансформатора. Они оборудованы устройствами для автоматического выбора поляр-
ности и автоматического повторного включения в работу и допускают дистанцион-
ное управление пуском и остановкой.
Электроагрегат выпускается заводом-изготовителем с механическим выпрями-
телем, работающим по схеме двухполупериодного выпрямления. При монтаже ме-
ханический выпрямитель может быть переделан и пущен в работу также по схеме
однопол упер иодного выпрямления.
Электроагрегаты типа АРС (АФАС). Первые серии электроагрегатов с автома-
тическим регулированием напряжения и полупроводниковыми выпрямительными
блоками выпускались под маркой АФАС; в дальнейшем эти агрегаты стали выпус-
каться под маркой АРС. В отличие от агрегатов типа АФАС они снабжены распреде-
лительным устройством. Это позволяет в процессе эксплуатации подключать их
к любому полю электрофильтра, что не предусмотрено для агрегатов типа АФАС.
Электроагрегат типа АРС состоит из панели управления, в которой смонтиро-
ваны магнитный усилитель, регулирующая и контрольно-измерительная аппара-
тура; повысительно-выпрямительного блока, включающего повысительный транс-
форматор и полупроводниковый выпрямитель (помещены в наполненный маслом
бак); высоковольтного распределительного устройства на повысительно-выпрямитель-
Ном блоке.
454
VIII. Очистка газов
Техническая характеристика электроагрегата типа АРС:
АРС-250 АРС-400
Напряжение питающей сети, в............ 380 380
Номинальное выпрямленное напряжение
(амплитудное значение), кв............ 80 80
Номинальный выпрямленный ток (среднее
значение), ма......................... 250 400
Мощность
выходная, кет ........................... 17 27
потребляемая из сети, ква................ 23 38
Номинальный потребляемый ток, а . . . . 60 100
К- п. д................................... 0,8 0,8
Cos ф...................................... 0,8 0,8
Частота переменного тока питания, гц . . 50 50
Применяется мостовая двухполупериодная схема выпрямления. Ниже приведен
вес агрегата и отдельных узлов (в кгс)'.
АРС-250 АРС-400
Электроагрегат в сборе (с маслом) .... 2020 2580
Панель управления .......................... 430 740
Повысительно-выпрямительный блок . . . 1250 1500
Выемная часть повысительно-выпрямитель-
ного блока ................................. 250 310
Высоковольтное распределительное устрой-
ство ....................................... 340 340
Электроагрегаты АРС обеспечивают плавное автоматическое регулирование
напряжения на электродах электрофильтров от 40 до 100% номинального и поддер-
живают его на максимально возможном уровне (на границе пробойного), что создает
оптимальные условия работы электрофильтров. В качестве регулятора напряжения
в агрегате применяется магнитный усилитель.
Электроагрегат снабжен автоматическим устройством для повторного включе-
ния в работу после отключения под действием защиты и рассчитан на работу без
постоянного дежурного персонала.
Электроагрегаты типа АИФ выпускаются промышленностью с 1970 г. и яв-
ляются более совершенными. Они снабжены системой автоматического регули-
рования напряжения по заданному числу искровых разрядов в электрофильтрах
и обеспечивают регулирование напряжения на более высоком уровне.
По внешнему виду агрегат типа АИФ аналогичен агрегатам типа АРС.
Техническая характеристика электроагрегата типа АИФ:
АИФ-250 АИФ-400
Напряжение питающей сети, в............ 380 380
Номинальное выпрямленное напряжение
(амплитудное значение), кв............. 80 80
Номинальный выпрямленный ток (среднее
значение), ма .............................. 250 400
Диапазон регулирования, нскр/лшн . . . 70—300 70—500
Выходная мощность, кет ....................... 17 25
Мощность, потребляемая из сети, ква . . 23 38
Номинальный потребляемый ток, а . . . . 60 100
К. п. д................................. 0,8 0,8
Cos ф................................... 0,8 0,8
Частота переменного тока питания, гц . . 50 50
Вес, кгс .................................... 2400 2820
Схема выпрямления............................ Мостовая,
двухполупериодная
2. Очистка газов от пыли
455
Электроагрегаты устанавливаются в помещении преобразовательной подстан-
ции. Высота помещения в свету должна быть не менее 4 м. Стены, к которым примы-
кают кабины электроагрегатов с механическими выпрямителями, должны быть эк-
ранированы (оштукатурены по металлической сетке, полотна которой имеют между
собой надежный электрический контакт и заземлены) для защиты от помех радио-
приему и телевизионному приему. Стены помещения подстанции окрашивают свет-
лой масляной краской, пол выстилают метлахскими плитками.
Помещение подстанции должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиля-
цией (не менее 5-кратного часового обмена). Вытяжка делается из каждой кабины,
приток — в помещение щитов управления. Превышение притока над вытяжкой со-
ставляет не менее 20%. Приточный воздух должен подогреваться.
2. ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ОГАРКОВОЙ ПЫЛИ
Содержание пыли в газах, поступающих на очистку, сильно колеблется и зависит:
от обжигаемого сырья (наименьшее для рядового колчедана; увеличивается
с повышением количества флотационных хвостов);
от конструкции печей (после печей пылевидного обжига и обжига в кипящем
слое в несколько раз выше, чем после печей с вращающимися гребками);
от нагрузки печей (запыленность увеличивается при форсировке печей);
от конструкции газопроводов (чем больше их сечение, протяженность, количе-
ство колен и поворотов, тем меньше пыли в газе перед электрофильтрами).
Состав пыли по величине частиц крайне неравномерен и зависит от обжигае-
мого сырья, длины газопроводов и размеров пыльников. Запыленность газов, выходя-
щих из печей обжига:
Содержание
Печи пыли, г/м3 *
С вращающимися гребками .... 1 —10
Пылевидного обжига .............. 20—80
Кипящего слоя ................... 50—200
* Объем газа приведен к нормальным условиям.
Таблица VIII-11. Содержание огарковой пыли в печных и конверторных газах
(опытные данные)
Источник получения газов Характеристика газопроводов Состав шихты Запыленность газов, г/м3
Печи с вращаю- Длинные Рядовой колчедан 3,0—4,2
щимися гребка- » 30—50% флотацион- 4,2—4,8
ми » ных хвостов 40—70% флотацион- 2,0—3,4
Короткие ных хвостов 50% флотационных 5,1—8,5
Печи пылевидного Короткие с пыльниками хвостов Флотационные хво- 40—45
обжига Длинные с пыльниками; сты То же 20—25
Г имеются воздушные холодильники Короткие; имеются кот- » 52
Ьечи кипящего лы-утилизаторы Короткие; имеется пы- » 120—150
| слоя (КС) й левая камера Короткие » 180—200
456
V111. Очистка газов
Запыленность конверторных газов 5—8 г]м3 (при нормальных условиях).
Данные о влиянии отдельных факторов на содержание огарковой пыли в газах
приведены в табл. VIII-11.
Содержание пыли в очищенных газах на действующих предприятиях должно
быть не выше 100 мг/м3 (при нормальных условиях); на вновь проектируемых заво-
дах количество пыли не должно превышать 50 мг!м3.
С повышением температуры газов условия работы электрофильтра ухудшаются
вследствие увеличения объемного расхода и вязкости газов (возрастает скорость
газов), понижения электрической прочности электрофильтра (которая обратно про-
порциональна абсолютной температуре), образования на коронирующих проводах
трудно снимаемых наростов спекшейся пыли.
Типы огарковых электрофильтров
Электрофильтр ВП-7,4 является модернизацией ХК-45 и имеет те же габариты.
Это вертикальный двухсекционный аппарат в кирпичной кладке, стянутой металли-
ческим каркасом, устанавливается в помещении (рис. VIII-18). В верхней части кор-
Рис. VI П-18. Электрофильтр типа ВП-7,4.
пус электрофильтра имеет железобетонную обвязку. Осадительные электроды вы-
полнены в виде пластин, набранных из стальных прутков диаметром 8 мм, корони-
рующие электроды — из нихромовой илифехралевой проволоки диаметром 2—2,5 мм,
натянутой вертикальными рядами между осадительными электродами и подвешен-
ной к коронирующей раме.
2. Очистка газов от пыли
457
Для встряхивания электродов служат механизмы ударного действия, работаю-
щие от электропривода. Периодическое встряхивание производится посекционно
(периодичность 2—4 ч). На время встряхивания секция отключается от потока газа
колокольными затворами, установленными на входе и выходе газов, и от напряжения
с помощью дистанционных кнопочных постов, которые управляют приводами дрос-
сельных клапанов, отключающих газы, механизмами встряхивания, включением и
выключением электроагрегатов. В зависимости от принятой системы пылеудаления
производится периодическая или непрерывная выгрузка пыли из бункеров.
Рис. VIП-19. Электрофильтр типа ОГ-ЗО (с кирпичным корпусом).
Электрофильтры ОГ-3-20 и ОГ-З-ЗО представляют собой горизонтальные двух-
секционные трехпольные аппараты (рис. VIII-19) с кирпичными корпусами, снабжен-
ными для усиления кладки и обеспечения плотности железобетонными поясами,
заложенными внутри кладки. Эти электрофильтры различаются между собой только
площадью сечения (производительностью).
Системы электродов (электрические поля) расположены в секциях электрофиль-
тров последовательно по три. Осадительные и коронирующие электроды аналогичны
электродам электрофильтра типа ВП.
Электрофильтры оборудованы устройствами для механического встряхивания
С Дистанционным или автоматическим управлением. В зависимости от местных тре-
1бований механизмы встряхивания электродов могут работать непрерывно или пери-
одически. Встряхивание осадительных электродов первых двух полей в электрофиль-
трах производится под напряжением без перекрытия потока газа. Электроды трет их
458
VIII. Очистка газов
полей встряхиваются с перекрытием газов одной секции дроссельным клапаном,
снабженным электроприводом и установленным на выходном газопроводе.
На входе газов в электрофильтр помещены двойные газораспределительные
решетки со встряхивающими механизмами.
Рис. VI11-20. Электрофильтр типа ОГ-4-16 (со стальным корпусом).
Для надежного отключения электрофильтров на ревизии и ремонты необходимо
на входных и выходных газопроводах устанавливать плотные Отключающие устрой-
ства (например, колокольные затворы).
Электрофильтры данного типа рассчитаны для установки в помещении.
Электрофильтры ОГ-4-8 и ОГ-4-16 (рис. VII1-20) разработаны для установки
после печей кипящего слоя и циклонных аппаратов предварительного обеспылива-
ния. Электрофильтр выполнен в виде односекционного аппарата в стальном корпусе,
покрытом снаружи теплоизоляцией. Бункер для пыли общий для всех полей; для вы-
2. Очистка газов от пыли
459
грузки уловленного огарка применяется цепной скребковый транспортер. Входные
и выходные газовые патрубки расположены в верхней части электрофильтра. Для
регулирования количества проходящих через электрофильтр газов в выходных па-
трубках установлены дроссельные клапаны, а для отключения электрофильтра от
потока газа входные и выходные газопроводы снабжаются колокольными затворами.
Внутри корпуса со стороны входа газов последовательно расположены две или три
газораспределительные решетки, снабженные механизмом для встряхивания. Вы-
падающая перед решетками пыль отводится на транспортер.
Для осмотра, ремонта и проведения монтажных работ в боковых стенках и
в крышке электрофильтра предусмотрены люки, а внутри электрофильтра устроены
площадки.
Активная часть электрофильтра состоит из четырех последовательно располо-
женных по ходу газов самостоятельных систем электродов (электрических полей).
Осадительные электроды выполнены в виде пластин из стальных прутков диаметром
8 мм, вставленных с шагом 15 мм в направляющие из полосовой стали. Пластины оса-
дительных электродов установлены' на балках, закрепленных в корпусе электро-
фильтра. В верхней и нижней частях пластины ограничены дистанционными упо-
рами.
Коронирующие электроды выполнены из нихромовой проволоки диаметром
2,5 мм, натянутой вертикальными рядами в плоскостях, расположенных посередине
между осадительными электродами. Коронирующие электроды подвешены к верх-
ней раме; положение электродов фиксируется нижней рамой, которая, кроме того,
удерживает их от раскачивания. Прямолинейность и натяжение электродов обеспе-
чивается грузами, прикрепленными к ним снизу.
Система коронирующих электродов каждого электрического поля подвешена
к опорной конструкции на газовых трубах. Конструкция расположена на перекры-
тии корпуса электрофильтра, причем токонесущие части изолированы от корпуса
аппарата кварцевыми трубами и опорными фарфоровыми изоляторами.
Встряхивание осадительных электродов каждого поля производится ударами мо-
лотков, закрепленных на вращающемся валу; молотковый вал приводится во враще-
ние электродвигателем через редуктор.
Таблица VIП-12. Характеристика огарковых электрофильтров
Показатель ВП-7,4 ОГ-3-20 ог-з-зо ОГ-4-8 ОГ-4-16
Активное сечение, м2 .... Количество 7,4 20 30 8 16
секций 2 2 2 1 1
полей 1 3 3 4 4
осадительных электродов 18 84 78 32 60
коронирующих электродов 128 624 864 192 384
Температура газов, °C ... . 275—425 275—425 275—425 275—425 275—425
Допустимое разрежение, кгс/м2 Гидравлическое сопротивле- 30 30 30 150 150
ние, кгс/м2 Габариты, м 25 25 20 15 15
длина 5,52 14,7 14,7 13,5 14,3
ширина 4,99 8,25 8,63 3,6 5,3
общая высота Размеры осадительных элек- 10,7 10 13,1 , 11,45 12,84
тродов, м Общая активная длина корони- 1,67X3 1,67X3 2,5X4,5 4,9X4,5 1,5X4,5
рующих электродов, м . . . 360 1750 3720 864 1728
В®с (без кладки), кгс .... 19 577 81 243 НО 292 69 800 112 000
460
VI11. Очистка газов
Для встряхивания коронирующих электродов служит ударник, приводимый
в действие от электропривода; он ударяет по верхней коронирующей раме. Л1еханизмы
встряхивания могут работать непрерывно или периодически; управление механиз-
мами автоматическое. Встряхивание производится без прекращения подачи газов
и без снятия напряжения.
Узлы электрофильтра, находящиеся под нагрузкой в условиях высокой темпе-
ратуры, выполнены из стали. Электрофильтры типа ОГ рассчитаны для установки
на открытом воздухе под шатрами.
В табл. VIII-12 дана характеристика огарковых электрофильтров, в табл. VI1I-13
приведены показатели работы пылеулавливающих установок на сернокислотных
заводах.
Таблица VIII-13. Технико-экономические показатели работы
пылеулавливающих установок
Тип электрофильтра
Показатель ВП ог-з ог-з ОГ-4
(механические печи) пылевид- ный обжиг (печи КС)
Запыленность газов, г/л3 начальная конечная Температура газов, °C Скорость газов, м/сек Гидравлическое сопротивление, кгс/м2 Удельный ток, а/м Расход электроэнергии на очистку * 1000 л3/ч газов, квт-ч 8 0,2 275—425 0,5 25 4,5-10"4 1,0 8 0,1 275—425 0,7—1,1 20 4 • 10~4 0,85 50 0,2 275—425 0,7 20 4-Ю’4 0,85. 180 0,05—0,1 275—425 0,5—0,6 60 4-Ю"4 1,2
* Включая затраты энергии на преодоление гидравлического сопротивления установок.
3. ОЧИСТКА ГАЗОВ В МОКРЫХ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАХ
После огарковых электрофильтров в контактном производстве серной кислоты
газы очищаются в промывном отделении (см. раздел IX, стр. 485) от остатков пыли,
соединений As, Se и F (As2O3, SeO2, HF, SiF4), а также от тумана и брызг серной кис-
лоты, образующихся в отделении.
Количество указанных примесей колеблется и зависит от сырья, способа его об-
жига, степени очистки газов от огарковой пыли в сухих электрофильтрах, темпера-
турного режима промывных башен, интенсивности их орошения и концентрации оро-
шающих кислот. При работе на чистой сере эти примеси в газах отсутствуют и элек-
троочистка не применяется. Содержание мышьяка в газах, полученных после сжи-
гания сильно загрязненной серы, достигает 80 мг/м3 и более; содержание селена в га-
зах обжига серного колчедана ~12 мг/м? и в газах после сжигания серы 35—80 мг/м?\
брызг и тумана серной кислоты 1—8 г/л3 (объем газа приведен к нормальным усло-
виям).
Установлено, что при обжиге серного колчедана в печах с кипящим слоем со-
держание мышьяка в газах гораздо меньше, чем при обжиге в механических подовых
печах; содержание огарковой пыли в газах не определялось, но количество ее возра-
стает особенно при недостаточно тонкой очистке в сухих электрофильтрах.
В очищенном газе принимается содержание мышьяка не более 0,005 мг Аз2О3/л3
(при нормальных условиях), тумана серной кислоты не более 0,005 г/л3; содержание
селена и пыли не нормируется, поскольку газ должен быть практически полностью
3. Очистка в мокрых электрофильтрах
461
очищен от пыли. Двуокись селена не оказывает заметного действия на ванадиевую
контактную массу, однако полное извлечение ее из газов в процессе их очистки не-
обходимо, так как SeO2 представляет собой ценное сырье для производства селена.
Из общего количества селена в печных газах приблизительно 50% осаждается в мок-
рых электрофильтрах в виде так называемого богатого шлама, содержащего 45—
70% селена.
Обычно в промывном отделении устанавливаются две ступени электрофильтров
(рис. VII1-21). При этом газы после второй промывной башни при 35—40° С посту-
пают в электрофильтры 1-й ступени, затем в полую увлажнительную башню (на ста-
рых заводах применялись башни с насадкой), орошаемую оборотной 5%-ной серной
кислотой, и окончательно доочищаются в электрофильтрах 2-й ступени.
Рис. VIII-21. Схема двухступенчатой очистки в мокрых электро-
фильтрах:
1 — газовые затворы; 2 — электрофильтры первой ступени; 3 — электро-
фильтры второй ступени; 4 — увлажнительная башня; 5 — бак для обо-
ротной кислоты; 6 — насос; 7—холодильник оборотной кислоты (движе-
ние газов указано сплошными стрелками; движение оборотной кислоты
увлажнителя — пунктиром).
Чтобы снизить температуру газов в увлажнительной башне на 5—7° С, оборот-
ную кислоту увлажнительной башни охлаждают в водяном холодильнике. Сниже-
ние температуры в увлажнительной башне вызывает конденсацию водяных паров,
способствующую некоторому укрупнению частиц удаляемых примесей и улучшению
условий их улавливания в электрофильтрах 2-й ступени. В увлажнительной башне,
кроме того, происходит дополнительная очистка газов орошаемой кислотой.
Электрофильтры 1-й ступени периодически (примерно раз в месяц) отключаются
для внутренней очистки электродов от осадков мышьяка, селена и пыли. Электро-
фильтры 2-й ступени очищаются реже. Для обеспечения бесперебойной работы про-
изводства в каждой ступени устанавливается не менее двух параллельных секций
или самостоятельных односекционных электрофильтров, отключаемых с помощью
гидравлических или сухих шиберных затворов.
Требуемая степень очистки достигается при скорости газов в активном сечении
электрофильтров с трубчатыми (сотовыми) осадительными электродами до 1 м/сек,
с пластинчатыми осадительными электродами — до 0,5 м/сек. Учитывая кратковре-
менность отключения электрофильтров на очистку, в трубчатых (сотовых) электро-
фильтрах принимается скорость в пределах 0,7—0,8 м/сек с увеличением ее вдвое при
отключении одного из электрофильтров.
Очистка электрофильтров производится путем пропарки или промывки горячей
водой. Оставшиеся наросты снимаются вручную, скребками.
462
VIII. Очистка газов
При достаточном охлаждении в промывных башнях (наличие холодной воды и
необходимая поверхность холодильников), обеспечивающем температуру газов 30—
32° С на входе в электрофильтры 1-й ступени, увлажнительная башня может быть
исключена из схемы.
При работе без увлажнительной башни для создания в электрофильтре 2-й сту-
пени пленки жидкости, стекающей с поверхности электродов, в стояк газопровода
перед электрофильтрами 2-й ступени необходимо подавать небольшое количество
воды, тонко распыляемой с помощью форсунок.
Для очистки печных газов на некоторых заводах цветной металлургии, где
улавливание весьма тонкой пыли окислов цветных металлов (в частности, свинца)
представляет значительные трудности, применяется трехступенчатая схема промывки
и электроочистки. Электрофильтры и промывные башни совмещаются в одном ап-
парате, причем в 1-й полой промывной башне используется электрофильтр пла-
стинчатого типа, во 2-й и 3-й промывных башнях с насадкой — шестигранные элек-
трофильтры.
Такая двухступенчатая схема электроочистки с пониженной скоростью газов
в электрофильтрах или трехступенчатая схема применяются в тех случаях, когда
не достигается тонкая очистка печных газов от огарковой пыли в горячих электро-
фильтрах. При этом промывные башни работают на свежей воде, а мокрые электро-
фильтры, вследствие большого количества поступающей в них пыли, требуют частого
отключения на промывку и очистку электродов.
Одноступенчатая схема электроочистки применяется при отсутствии в газах
других примесей, кроме небольших количеств пыли, остающейся после промывных
башен, или тумана серной кислоты, содержащегося в газах, которые получаются
при расщеплении отработанной серной кислоты и кислых гудронов.
Типы мокрых электрофильтров
Все мокрые электрофильтры вертикальные однопольные с ходом газов снизу
вверх. По конструкции осадительных электродов они подразделяются на пластин-
чатые и трубчатые с цилиндрическими и шестр игр энными трубами (сотовые). Ввиду
неэкономичности электрофильтры с цилиндрическими трубами в настоящее время
не применяются.
Осадительные электроды изготовляются из свинца. Изучается также возмож-
ность изготовления осадительных электродов из винипласта и других кислотостой-
ких материалов. Корпус аппаратов выполняется из листовой стали с кислотостой-
кой защитой. Имеются также электрофильтры с корпусом, выполненным из свинца
на стальном каркасе и толстого листового винипласта. Мокрые электрофильтры в кон-
тактном производстве серной кислоты работают при небольшом вакууме (допускае-
мое разрежение до 300 или до 500 кге/м2).
Электрофильтр типа М. Электрофильтры этого типа аналогичны по своему
устройству и различаются только числом шестигранных труб осадительных электро-
дов и соответственно размерами и производительностью (по объемному расходу очи-
щаемого газа).
В Гипрогазоочистке разработаны следующие электрофильтры: М-2,3; М-3,4;
М-5,4; М-7,0 (табл. VIII-14); удельный ток короны (2,5—3) I0”4 а на I м длины ко-
ронирующего электрода.
Электрофильтры типа М однопольные, двухсекционные. Корпус, крышка и оса-
дительные электроды выполняются из свинца на стальном каркасе. Пакет шести-
гранных труб, смонтированных на стальной раме из швеллеров, устроен таким об-
разом, что наружные грани пакета служат также стенкой аппарата. Длина вписан-
ной окружности шестигранника 247 мм. Длина шестигранных труб 3,5 м. По оси каж-
дой трубы проходит коронирующий электрод из стальной проволоки, освинцован-
ной в форме шестигранной звездочки. Верхний конец коронирующего провода при-
креплен к раме подвеса, нижний конец снабжен натяжным грузом.
3. Очистка в мокрых электрофильтрах
463
Во избежание раскачивания проводов все грузы фиксируются в горизонтальной
плоскости при помощи дистанционный скоб. Система коронир\ющих электродов по-
средством тяг подвешена к опорным высоковольтным изоляторам, установленным
на крышке электрофильтра и заключенным в стальные коробки. Во избежание ох-
лаждения изоляторов и конденсации влаги на их поверхности изоляторные коробки
снабжены электрическими нагревательными элементами и наружной теплоизоля-
цией.
Для равномерного распределения газов по сечению электрофильтра в нижней
части аппарата установлена двойная газораспределительная решетка.
Общий вид электрофильтра типа М показан на рис. VIII-22.
В зависимости от климатических условий электрофильтры этого типа устанавли-
ваются на открытом воздухе под шатром или в неотапливаемом здании легкой кон-
струкции.
Электрофильтры типа ПМК. Существует несколько типоразмеров аппаратов
ПМК (пластинчатый, мокрый, кислотный).
Все эти электрофильтры аналогичны по устройству и различаются только раз-
мерами, количеством пластин осадительных электродов и соответственно произво-
дительностью (по объемному расходу очищаемого газа).
Наиболее часто применяются разработанные Гипрогазоочисткой электрофильтры
ПМК-7 и ПМК-9. Удельный ток короны па 1 м длины коронирующего электрода
(1,5—2,0) 10- 4 а.
Ниже приведена характеристика электрофильтров ПМК:
Показатель ПМК-7 ПМК-9
Активное сечение, м2 7,0 9,0
Температура газов, С 25—40 25—40
Допускаемое разрежение, кгс/м'2 300 300
Гидравлическое сопротивление, кгс/м2 . . . 10—15 10—15
Габариты, м в плане 4,8-2,98 6,0 2,94
высота 11,41 12,84
Длина, м пластин осадительных электродов . . . 2,16X3,2 2,16X3,5
общая активная коронирующих элек- тродов 450 573
Вес общий, кгс 113 680 126 280
в том числе свинец 6 670 8 460
сталь 15 970 17 850
кислотоупорный кирпич 68 440 75 900
Электрофильтры типа ПМК однопольные, односекциопные. Корпус электро-
фильтра сплошной, выполнен из листовой стали, защищенной кислотоупорной футе-
ровкой по подслою из полиизобутилена (крышка защищена свинцом). В верхней
части электрофильтра на выступ футеровки подвешены свинцовые пластинчатые
осадительные электроды, которые по длине фиксируются направляющими гребен-
ками, прикрепленными к футеровке корпуса анкерными болтами. В центральной
плоскости между осадительными электродами на определенном расстоянии друг
от друга размещены свободно висящие коронирующие провода. Конструкция коро-
нирующих проводов, их фиксирование в определенном положении, подвес системы
и изоляторные коробки принципиально аналогичны электрофильтрам типа М.
464
VI[I. Очистка газов
Таблица VIII-14. Характеристика электрофильтров типа М
Показатель М-2,3 М-3,4 М-5,4 М-7,0
Активное сечение, .и2 . . . 2,3 3,4 5,4 7,0
Температура газов, °C . . . Допустимое разрежение, 25—40 25—40 25—40 25—40
кгс!м2 Гидравлическое сопротивле- 300 300 300 300
ние, кгс/л(2 Габариты, м 10—15 10—15 10—15 10—15
в плане 2,55X1,96 2,98X2,25 3,45X2,74 3,87x3,01
высота Общее число осадительных 11,66 12,49 12,90 12,90
электродов Длина, м осадительных электро- 44 64 102 134
дов общая активная коро- нирующих электро- 3,35 3,35 3,35 3,35
дов Вес, кгс 148 214 242 450
общий в том числе 16 700 22 400 28 400 34 800
свинец 9 700 13 000 17 200 20 700
сталь 5 000 6 700 7 800 9 400
Для равномерного распределения газа установлена двойная газораспредели-
тельная решетка. Общий вид электрофильтра типа ПМК представлен на рис. VIII-23.
В зависимости от климатических условий электрофильтры этого типа устанав-
ливаются на открытом воздухе под шатром с наружной тепловой изоляцией корпуса.
В последнее время электрофильтры этого типа применяются редко, так как по зат-
ратам свинца, стоимости и габаритам они уступают сотовым электрофильтрам типа М
и ШМК.
Электрофильтры типа ШМК- Существует несколько типоразмеров аппара-
тов ШМК, разработанных Гипрогазоочисткой: ШМК-2, -3, -4,5, -5,4, -6,6 и -9,6
(шестигранный, мокрый, кислотный). Все эти электрофильтры аналогичны по уст-
ройству и различаются только числом шестигранных труб осадительных электродов
и соответственно размерами и производительностью. Гидравлическое сопротивление
и удельный ток короны такие же, как у электрофильтров «М».
Электофильтры типа ШМК однопольные, односекционные. Корпус электрофиль-
тра стальной, футерованный кислотоупорным кирпичом по подслою из полиизобу-
тилена, крышка стальная, защищенная листовым свинцом.
В электрофильтре ШМВ-3 корпус и крышка изготовлены из винипласта. Вся
система осадительных и коронирующих электродов находится внутри корпуса и
поэтому надежно защищена от воздействия и изменений манометрического режима
работы. Устройство осадительных и коронирующих электродов аналогично их уст-
ройству в электрофильтрах типа М. Характеристика электрофильтров приведена
в табл. VIII-15.
Общий вид электрофильтра типа ШМК представлен на рис. VIП-24.
В зависимости от климатических условий электрофильтры этого типа устанав-
ливаются на открытом воздухе с шатром или с наружной тепловой изоляцией корпуса.
Рис. VI11-22. Электрофильтр М.
Справочник сернокислпгчнка
466
VI II. Очистка газов
Электрофильтры типа ШМК в настоящее время имеют наиболее широкое приме-
нение, их типоразмеры отвечают производительности типовых контактных систем
производства серной кислоты.
Комбинированные электрофильтры, применяемые для мокрой очистки печных
газов на некоторых заводах цветной металлургии, разработаны Гипроцветметом
Рис. VII1-23. Электрофильтр ПМК,-
и представляют собой промывную башню и электрофильтр, объединенные в одном
корпусе. В качестве 1-й ступени очистки служит пластинчатый электрофильтр с по-
лой промывной башней.
В настоящее время применяется аппарат с электрофильтром, имеющим сече-
ние 12 м2 в плоскости активной зоны. Это однопольный, односекционный электро-
фильтр. Корпус аппарата стальной, прямоугольной формы и футерован кислото-
упорным кирпичом по подслою из полиизобутилена. Осадительные электроды —
Рис. VI11-24. Электрофильтр ШМК.
Н300............................ -4—---2661
Рис. VI П-25. Электрофильтр МСПГ-12,
пластинчатые, коронирующие — из освинцо-
ванного провода в форме шестигранной звез-
дочки. Кроме оросителей в полой башне аппа-
рат снабжен оросителями над слоем керами-
ческих колец высотой 500 мм, расположенных
на решетке между башней и электрофиль-
тром, и оросителями над электрофильтром
для периодической промывки электродов.
Техническая характеристика комбини-
рованного электрофильтра:
Размер осадительных электродов,
м .................................2,65X3
Суммарная активная длина коро-
нирующих электродов, м . . . 675
Габариты, м
в плане ........................3,7X5,7
высота.......................... 14,3
Вес, кгс ...................... 253 400
в том числе
сталь ....................... 22 700
свинец..................... 9 200
кислотоупорный кирпич . 19 500
Комбинированный аппарат показан на
рис. VIII-25.
Для 2-й и 3-й ступеней очистки служит
электрофильтр с осадительными электродами
шестигранной формы в сочетании с насадоч-
ной промывной башней.
В настоящее время применяется одно-
польный односекционный электрофильтр се-
чением 10 м2 в плоскости активной зоны.
Корпус аппарата стальной, прямоугольной
формы, футерован кислотоупорным кирпичом
по подслою из полиизобутилена. Кроме оро-
сителей в башне аппарат снабжен оросите-
лями над электрофильтром для периодиче-
ской промывки электродов.
Ниже приведена техническая характе-
ристика электрофильтра:
Длина, м
осадительных электродов . . 3
суммарная коронирующих
электродов..................... 558
Высота насадки, м.................. 5
Объем » , Л13 52,5
Габариты, м ~
в плане ...................3,7X5,7
высота...................... 16,96
Вес, кгс........................ 282 200
в том числе
сталь ...................... 24 200
свинец................... 15 400
кислотоупорный кирпич 175 000
3. Очистка в мокрых электрофильтрах
469
Таблица VIП-15. Характеристика электрофильтров типа ШМК
Показатель ШМК-2 шмк-з ШМК-4,5 ШМК-5,4 ШМК-6,6 ШМК-9,6
Активное сечение, м2, 2,0 3,0 4,5 5,4 6,6 9,6
Температура газов, °C 25—40 25—40 25—40 25—40 25—40 25—40
Допустимое разрежение, кгс/м2. Гидравлическое сопротивление, 500 500 500 500 500 500
кгс/м3 Габариты, м 10—15 10—15 10—15 10—15 10—15 10-15
в плане (диаметр) 2,74 3,37 3,68 4,08 4,28 4,9
высота Общее число осадительных элек- 12,02 12,32 12,44 12,98 13,18 13,89
тродов Длина, м пластин осадительных элек- 42 58 86 102 126 183
тродов общая активная коронирую- 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35
щих электродов 141 194 288 342 422 595
Вес общий, кгс в том числе 48 600 61 500 74 600 85 200 96 600 141 700
свинец 4 550 6 180 8 270 9 640 11 630 15 290
сталь 8 520 10 750 12 870 14 740 16 720 18 730
кислотоупорный кирпич . . . 32 000 40 000 47 500 54 000 60 000 76 500
В табл. VIII-16 приведены технико-экономические показатели типовых уста-
новок электрофильтров в промывных отделениях контактных производств.
Таблица VIII-16. Технико-экономические показатели работы
двухступенчатых мокрых электрофильтров
в контактном производстве серной кислоты
Показатель м ПМК ШМК
Содержание в газах тумана серной кис- лоты, г/м3 * перед первой ступенью конечное, после очистки Температура газов перед первой сту- пенью очистки, °C ’ Скорость газов, м/сек Гидравлическое сопротивление, кгс/м3 -Удельный ток, а/м-104 Расход электроэнергии на очистку 1000 м3/ч газов**, квт-ч 3—5 0,003—0,005 20—45 1,0 30 2,5—3,0 1,0 3—5 0,003—0,005 20—45 0,5 30 2,5—3,0 1,35 3-5 0,003—0,005 20—45 1,0 30 2,5—3,0 1,0
* Объем газа приведен к нормальным условиям.
** Включая затраты энергии на преодоление гидравлического сопротивления электро-
фильтра.
470
VIII. Очистка газов
4. ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗООЧИСТНЫХ АППАРАТОВ
Очистка отходящих газов в контактном производстве
серной кислоты
При достаточно высокой степени контактирования и абсорбции отходящие газы
контактного производства серной кислоты содержат незначительные количества SO2
и SO3 и не подвергаются специальной очистке. Если после абсорберов установлены
башни для получения бисульфита натрия или аммония (стр. 613), отходящие газы
могут содержать туман серной кислоты и перед выходом в атмосферу должны очи-
щаться от него в электрофильтрах.
Применяются свинцовые электрофильтры типа МБ (мокрые, бисульфитные)
с осадительными электродами в виде шестигранных труб. Конструкция этих электро-
фильтров такая же, как электрофильтров типа М. В отличие от последних электро-
фильтры типа МБ работают при небольшом избыточном давлении порядка 20 кгс/м2.
В связи с этим для подвеса коронирующих электродов и питания их выпрямленным
током высокого напряжения применяются фарфоровые гирляндовые изоляторы П-4,5;
внутрь изоляторных коробок вентилятором подается теплый воздух, предохраняю-
щий изоляторы от загрязнения кислотой.
Температура газов на входе в эти электрофильтры составляет 25—40° С. До-
пускается скорость газа в активном сечении до 1 м/сек. Размеры электрофильтра уста-
навливаются в зависимости от производительности системы.
Очистка отходящих газов в башенном производстве
серной кислоты
Отходящие газы башенного производства содержат брызги и туман серной кис-
лоты, окислы азота в виде NO и NO2, не поглощенных при абсорбции, и неокисленный
сернистый ангидрид.
Содержание брызг и тумана серной кислоты составляет 2—5 г/м3, окислов азота
(при хорошей работе системы) 0,15 объемн. % (—-4,5 г/м3 в расчете на HNO3), однако
нередко оно достигает 0,3—0,4 объемн. %; содержание сернистого ангидрида до
0,1 объемн. % (—3 г/м3') *.
Вследствие невысокого содержания сернистого ангидрида в отходящих газах
башенных систем специальная очистка их от SO2 не требуется.
В целях защиты атмосферы от загрязнений и возвращения в производство сер-
ной кислоты, уносимой газами, они очищаются от брызг и тумана H2SO4, причем
практически достигаемая степень очистки газов составляет 90—98%, что соответст-
вует содержанию в очищенных газах 0,1—0,2 г/м3 H2SO4 и может быть принято в ка-
честве нормы.
Следует отметить, что определение содержания H2SO4 в очищенном газе должно
производиться с помощью лабораторного стеклянного электрофильтра (методика
НИИОгаза), так как метод фильтрации газа через хлопчатобумажную вату дает не-
правильные, резко завышенные результаты, обусловленные интенсивным поглоще-
нием двуокиси азота и сернистого ангидрида с образованием на поверхности ваты
серной кислоты. Содержание окислов азота в очищенных газах должно быть не выше
0,05 объемн. %.
Типы электрофильтров и условия их работы. Для улавливания брызг и тумана
серной кислоты применяются пластинчатые и трубчатые электрофильтры, разра-
ботанные Гипрогазоочисткой.
Поскольку внутренние части этих электрофильтров выполнены из обычной угле-
родистой стали, основным требованием при эксплуатации аппаратов является такой
режим орошения последней башни сернокислотной системы, который обеспечивает
Объем газа приведен к нормальным условиям.
4. Применение газоочистных аппаратов
471
получение в электрофильтре конденсата серной кислоты концентрацией не менее
74—75%, с содержанием 5—7% окислов азота при температуре газов на входе не
более 5(Г С.
Электрофильтры пластинчатые типа П.М (пластинчатые мокрые) устанавли-
ваются в здании или вне здания (с шатром в верхней части). Они представляют со-
бой двухсекционные аппараты в стальном корпусе прямоугольной формы, футеро-
ванном кислотоупорным кирпичом.
Рекомендуемая скорость газа в активном сечении этих электрофильтров 0,5 м сек.
Электрофильтры ПМ еще эксплуатируются на некоторых заводах, однако в настоящее
время они заменяются трубчатыми электрофильтрами типа МТ.
Электрофильтры трубчатые типа МТ (мокрые трубчатые) устанавливаются вне
здания (с шатром в верхней части). Он представляет собой односекционный аппарат
в стальном корпусе цилиндрической формы, футерованном кислотоупорным кирпи-
чом и плиткой. Крышка стальная, защищенная кислотоупорной замазкой по арма-
туре.
Газы входят в аппарат снизу и выходят сверху. Для равномерного распределе-
ния газов по сечению электрофильтра над патрубком входа газов установлены две
стальные газораспределительные решетки. Осадительные электроды выполнены из
стальных бесшовных труб диаметром 273x8 лш. По оси каждой осадительной трубы
проходит свободно висящий нихромовый коронирующий провод, прикрепленный
верхним концом к раме подвеса и снабженный на нижнем конце натяжным чугунным
грузом.
Кроме нихромового провода применяются также коронирующие электроды из
ферросил ид овых звеньев сечением в виде шестигранной звездочки (диаметр описан-
ной окружности 14 Л1?и).
Все грузы фиксируются в горизонтальной плоскости с помощью регулируемых
крючков, объединенных нижней коронирующей рамой. Вся система коронирующих
электродов подвешивается на стальных тягах к опорным изоляторам, размещенным
на крышке аппарата. Изоляторы заключены в стальные коробки, защищающие их
от загрязнений и атмосферных осадков. Изоляторные коробки снабжаются наружной
теплоизоляцией и электрическими нагревательными элементами.
Для периодической промывки осадительных и коронирующих электродов,
а также внутренних частей электрофильтра от образующегося (особенно при пони-
женных температурах) осадка нитрозилсерной кислоты в верхней части фильтра
предусматривается оросительная система. Промывка производится горячей серной
кислотой.
Разработан и применяется электрофильтр МТ-9,5 (рис. VIII-26), техническая
характеристика его приведена ниже;
Площадь сечения активной зоны, м2 .... 9,5
Активная длина коронирующих электродов, м 736
Скорость газа в активной зоне, м/сек, не более 1
Удельный расход тока короны, а/м..........2 10~4
Расход электроэнергии на очистку 1000 м21ч
газа, к^т ч............................... 0,6
Гидравлическое сопротивление, кгс/м2 .... 15
Температура в изоляторных коробках, °C . . 110
Вес, кгс .................................. 130 470
в том числе сталь....................... 71 420
На Константиновском химическом заводе был сконструирован электрофильтр
Для улавливания брызг и тумана серной кислоты, совмещенный с санитарной башней
Для улавливания окислов азота, так называемый комплекс-аппарат. Установлен-
ный в его верхней части электрофильтр состоит из стальных трубчатых осадительных
электродов (диаметр 259X7 мм, длина 3,5 м) и коронирующих электродов из нихро-
мовой проволоки (диаметр 2 мм). Нижняя часть аппарата служит сборником концен-
трированной оборотной нитрозилсерной кислоты, стекающей из орошаемой средней
Рис. VIII-26. Электрофильтр МТ-9,5.
4. Применение газоочистных аппаратов
473
части аппарата, заполненной на высоту 8 .и насадкой из керамических колец разме-
ром 50X50 мм.
Комплекс-аппарат смонтирован в общем стальном цилиндрическом кожухе,
футерованном по всей высоте кислотоупорным кирпичом.
Улавливание окислов азота. До настоящего времени не существует метода,
обеспечивающего достаточно полное улавливание окислов азота из отходящих газов
башенного производства серной кислоты.
А На Константиновском химическом заводе реализован
I кислотный метод поглощения окислов азота, который в на-
1 стоящее время рекомендуется к применению. Улавливание
окислов азота по предлагаемому методу проводится в санитар-
ной поглотительной башне, орошаемой концентрированной
серной кислотой, получаемой со стороны или образующейся
в дополнительной башне-денитраторе (концентрация H2SO4
не менее 88%). Содержание N2O3 в кислоте должно быть до
5%. Температура газов на входе в санитарную башню не
должна превышать 40—45° С. Часть циркуляционной кис-
лоты, орошающей башню, непрерывно выводится из цикла и
дополняется таким же количеством свежей концентрирован-
ной кислоты.
Рис. VIII-27. Схема установки комплекс-аппарата:
1 — насадка; 2 — трубчатый электрофильтр; 3 — циркуляционный насос; 4 — холо-
дильник; 5 — дозатор; 6 — приемный бак; 7 — сборник кислоты.
Выводимая нитрозилсерная кислота направляется в 1-ю продукционную башню.
Степень улавливания окислов азота составляет 65—80%, содержание их в газах
после очистки составляет 0,05—0,1 объемн. %.
Схема установки комплекс-аппарата Константиновского завода представлена
на рис. VIII-27.
Очистка газов в производстве серной кислоты
методом мокрого катализа
При производстве серной кислоты из концентрированного сероводородного
газа по принятой в настоящее время схеме со скрубберным абсорбером-конденсато-
ром примерно 30—35% образующейся кислоты поступает и улавливается в электро-
фильтре в виде тумана. Концентрация улавливаемой кислоты составляет 92—96%;
474
VIII. Очистка газов
температура газов на входе в электрофильтр 40—50 С. Поскольку газы не содержат
других вредных примесей, после извлечения тумана серной кислоты в электрофильт-
тре (остаточное содержание не более 0,1 г/м3) при нормальных условиях газы могут
удаляться в атмосферу.
Типы электрофильтров. Для улавливания тумана серной кислоты в производ-
стве серной кислоты методом мокрого катализа применяются трубчатые элек-
трофильтры, разработанные Гипрогазоочисткой.
Рис. VI11-28. Электрофильтр ЦМВТ.
4. Применение газоочистных аппаратов
475
Электрофильтр ЦМВТ-4,6 (мокрый, вертикальный, трубчатый, в цилиндриче-
ском корпусе) — односекционный аппарат, площадь сечения в активной зоне 4,6 м2
(рис. VHI-28). Корпус электрофильтра стальной, футерованный плиткой и кирпи-
чом. Крышка и выхлопная труба стальные, защищенные штукатуркой из кислото-
упорной силикатной замазки по арматуре. На выступ футеровки корпуса и опор-
ный столб из кислотобетона укладываются балки, несущие систему осадительных
электродов, которые представляют собой трубы из хромистого чугуна Х28 диаметром
250x275 мм и длиной 4000 мм. Несущие балки стальные, залитые чугуном Х28.
В нижней части электрофильтра имеются две чугунные газораспределительные
решетки. Коронирующие электроды изготовлены из нихромового провода (диаметр
3 мм), их активная длина 354 м. Для натяжения провода служат чугунные грузы,
фиксируемые скобами. Система коронирующих электродов с помощью тяг подве-
шена к гирляндовым изоляторам П-4,5, устанавливаемым в четырех изоляторных
коробках. Изоляторы обдуваются воздухом, поступающим за счет подсоса вследствие
небольшого разрежения в верхней части аппарата.
Рекомендуемая скорость газов в активном сечении электрофильтра 0,8 м/сек.
При удельном расходе тока короны 3,5* 10-4 а!м рабочий ток короны равен 130 ма,
а расход электроэнергии, включая затраты энергии на преодоление гидравлического
сопротивления электрофильтра, составляет 0,7 квт-ч на 1000 м2/ч газа. Общий вес
электрофильтра 237 тс, в том числе 26 тс стали и 47,8 тс чугуна Х28. Электрофильтр
устанавливается вне здания.
Для небольшого цеха мокрого катализа использован электрофильтр ЦМВТ-1,8.
Одна технологическая нитка производства серной кислоты методом мокрого
катализа оборудуется двумя параллельно работающими электрофильтрами с воз-
можностью отключения каждого из них при помощи гидравлического затвора.
Ранее для улавливания тумана серной кислоты в цехах мокрого катализа при-
менялись и в настоящее время эксплуатируются электрофильтры МВТ-3,5 — труб-
чатые, вертикальные, односекционные аппараты площадью сечения активной зоны
3,5 м2. Основные конструкционные отличия его от электрофильтра ЦМВТ — прямо-
угольный корпус, чугунные осадительные электроды и газораспределительные
плиты, а также облицовка несущих чугунных балок. Прямоугольная форма этого
аппарата делает его защитную футеровку менее надежной. Наблюдаемая коррозия
чугуна (особенно внутренней поверхности осадительных электродов) нарушает ра-
боту электрофильтра, поэтому применение таких электрофильтров не рекомендуется.
Очистка отходящих газов при концентрировании
серной кислоты
Концентрация отработанной серной кислоты в установках концентрирования
азотной кислоты составляет около 68%, а в производстве синтетических спиртов
около 40% H2SO4. После концентрирования содержание серной кислоты возрастает
до 90—93% H2SO4.
Отработанная серная кислота в производстве азотной кислоты содержит до
0,05 вес. % окислов азота, а в производстве спиртов — органические примеси.
Отходящие из барабанных концентраторов газы содержат туман и брызги сер-
ной кислоты в количестве 4—8% от массы кислоты, поступающей в концентратор
(30—50 г/м2). Содержание и дисперсность тумана зависят от конструкции концентра-
тора (двухкамерные, трехкамерные), способа подачи в него горячих топочных газов
и вида топлива (мазут, газ). Кроме того, в отходящих газах содержатся вредные
примеси окислов азота и сернистого ангидрида. При концентрировании кислоты
в производстве HNO3 содержание окислов азота в отходящих газах в пересчете на
азотную кислоту не должно превышать 0,4 г/м2 *, а концентрация SO2 в зависимости
от содержания серы в топливе до 2 г/м2 *.
При концентрировании кислоты в производстве синтетических спиртов содер-
жание SO2 в отходящих газах вследствие восстановления H2SO4 органическими при-
* Объем газа приведен к нормальным условиям.
476
VIII. Очистка газов
месямн составляет 4—10 г/м3 * (в зависимости от количества этих примесей). Отхо-
дящие газы подвергаются лишь очистке от тумана и брызг серной кислоты до содер-
жания 0,2—0,4 г/м3 * H2SO4. В отдельных случаях может возникнуть необходимость
дополнительной очистки газов от SO2 или устройства высокой трубы для выброса
газов в целях снижения концентрации SO2 в воздухе до санитарных норм.
Определение содержания тумана серной кислоты в очищенных отходящих газах
вследствие наличия окислов азота и SO2 производится по специальной методике.
Типы электрофильтров и условия их работы. Для улавливания тумана и брызг
серной кислоты применяется несколько типов вертикальных трубчатых однополь-
ных электрофильтров, разработанных Гипрогазоочисткой.
Конструкция электрофильтров определяется условиями их работы: высокой тем-
пературой газов на входе (до 160° С) и низкой концентрацией улавливаемой кислоты
(40—72%). Рекомендуемая скорость газа в активной эоне равна 1—1,2 м/сек. Газы
после электрофильтра должны удаляться в атмосферу через выхлопную трубу, вхо-
дящую в комплект аппарата и обеспечивающую небольшое разрежение в его верхней
части и в изоляторных коробках.
Электрофильтр КТ-72 — однокамерный, КТ-144 — двухкамерный (кислотный,
трубчатый), площадь активного сечения соответственно 3,5 и 7 At2, корпус прямо-
угольной формы (рис. VIII-29). Корпус от основания до сводов, на которые установ-
лены осадительные трубы, а также сами своды выполняются из тесаного андезита;
выше сводов (до крышки) корпус выкладывается кислотоупорным кирпичом. Своды,
несущие большую нагрузку от тяжелых осадительных труб, затянуты снаружи
металлоконструкцией, воспринимающей распорное усилие сводов. Дно корпуса
аппарата двойное (верхнее рабочее и поддон) со свинцовыми прослойками, что вызы-
вается необходимостью надежной защиты несущей строительной конструкции от
проникания и воздействия кислоты. Для равномерного распределения газов по се-
чению электрофильтра в нижней части аппарата установлена двойная решетка.
Осадительные электроды состоят из труб диаметром 250X275 мм и длиной 4 м.
По центрам осадительных труб размещены коронирующие провода, укрепленные
верхними концами к балкам подвеса коронирующей системы. Коронирующие про-
вода оттягиваются снизу грузами. Во избежание раскачивания проводов все грузы
связаны между собой дистанционными скобами. Система коронирующих электродов
подвешена с помощью тяг к высоковольтным изоляторам, заключенным в защитные
стальные коробки, установленные на крышке электрофильтра. В изоляторных короб-
ках имеется отверстия для подсоса воздуха, происходящего вследствие небольшого
разрежения в верхней части электрофильтра.
Ранее крышки электрофильтра выполнялись из фер роси лидовых плит, поддер-
живаемых системой балок, либо из кислотостойкого бетона, и выхлопная труба —
из стали с защитной футеровкой кислотоупорной плиткой.
В конструкции, разработанной в последние годы, крышка электрофильтра
изготовляется из отвержденного фаолита, а выхлопная труба из текстолитирован-
ного фаолита на стальном каркасе. Система коронирующих и осадительных электро-
дов, а также газораспределительная решетка выполняются из ферросилида.
Электрофильтры этого типа устанавливаются под шатром на постаменты. Вых-
лопная труба опирается на кровлю шатра.
Электрофильтры КТ-3,5 и КТ-7,0 (рис. VIII-29) являются усовершенствованными
аппаратами этого типа и отличаются от электрофильтров КТ-72 и КТ-144 лишь тем,
что их корпус выполняется из стали с футеровкой кирпичом по подслою полиизо-
бутилена. Исключение составляет пояс опоры несущих осадительные электроды сво-
дов и сами своды, изготовляемые из тесаного андезита. Это снижает затраты анде-
зитового камня.
Крышка аппарата двойная: стальная (несущая конструкция) и фаолитовая
(защитная). Выхлопная труба (из текстолитированногофаолита на стальном каркасе)
опирается на аппарат. Электрофильтры устанавливаются на постаменте вне здания.
* Объем газа приведен к нормальным условиям.
Таблица VIIН6. Технико-экономические показатели электрофильтров
в отделениях концентрирования серной кислоты
литература
479
Недостатки, присущие аппаратам с прямоугольным корпусом и изготовленным
из штучного тесаного андезита, устраняются в предложенной, но недостаточно оп-
робованной в работе (построено два аппарата) новой конструкции электрофильтров
типа ЦКТ-3,7 и ЦКТ-7,4 (цилиндрический, кислотный, трубчатый) площадью актив-
ного сечения соответственно 3,7 и 7,4 .и2. Корпус этих аппаратов имеет цилиндриче-
скую форму, выполнен из стали и футерован диабазовой плиткой и блоками из кис-
лотоупорного бетона по подслою полиизобутилена. Осадительные электроды опи-
раются на монолитный купол из кислотостойкого бетона с отверстиями для прохода
коронирующих электродов. Несущие конструкции газораспределительных решеток
также выполнены из бетона. Крышка аппарата двойная: несущая (стальная)
и защитная (фаолитовая). Выхлопная труба изготовлена из текстофаолита с ме-
таллическим несущим каркасом. Характеристика электрофильтров приведена
в табл. VIII-16.
ЛИТЕРАТУРА
Дергачев Н. Ф., Мокрые золоуловители системы ВТИ, Госэнергоиздат, 1960.
Жебровский С. П., Электрофильтры, Госэнергоиздат, 1950.
3 а л о г и н Н. Г., Шухер С. М., Очистка дымовых газов, Госэнергоиздат,
1954.
Каталоги на электрофильтры, циклоны и батарейные циклоны треста Газоочистка,
№ 1—28, Госхимиздат, 1960.
Поз ин М. Е., М у х л е н о в И. П., Тар ат Э. Я., Пенный способ очистки
газов от пыли, дыма и тумана, Госхимиздат, 1959.
П о з и н М. Е., М у х л е н о в И. П., Т а р а т Э- Я-, Пенные пылеуловители, газо-
очистители и теплообменники, Госхимиздат, 1959.
Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуа-
тации циклонов НИИОгаз, Верхне-Волжское книжное издательство, Яро-
славль, 1970.
Руководящие указания по проектированию, монтажу и эксплуатации батарейных
циклонов, Госхимиздат, 1955.
Ужов В. Н., Очистка отходящих промышленных газов, Госхимиздат, 1959.
Ужов В. Н., Очистка промышленных газов электрофильтрами, Изд. «Химия»,
1967.
Ужов В. Н., Борьба с пылью в промышленности, Госхимиздат, 1962.
Ужов В. Н., Мягков Б. И., Очистка промышленных газов фильтрами,
Изд. «Химия», 1970.
Шнеерсон Б. Л., Электрическая очистка газов, Металлургиздат, 1950.
РАЗДЕЛ IX
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ
В. С. БЕСКОВ, В. П. КОЗЛОВ,
К. М. МАЛИН, М. Г. СЛИНЬКО, Д. Ф. ТЕРЕНТЬЕВ
1. Схемы производства и очистка газа........................ 482
2. Контактное окисление двуокиси серы....................... 501
Равновесие реакции окисления двуокиси серы .... 501
Катализаторы окисления двуокиси серы .................. 505
Кинетика окисления двуокиси серы на ванадиевых ката-
лизаторах ............................................. 513
Отравление контактных масс............................. 515
Гидравлическое сопротивление слоя катализатора • • • 516
Определение времени контакта .......................... 517
3. Оптимальные условия контактного окисления двуокиси серы
на ванадиевых катализаторах............................... 529
4. Важнейшие типы контактных аппаратов и основы методики
их расчета................................................ 534
Аппараты с адиабатическими слоями контактной массы 535
Аппараты с внутренним теплообменом................... 550
Аппараты с кипящими слоями контактной массы • • 552
Пример упрощенного расчета контактного аппарата • . 553
5. Промышленные контактные узлы и аппараты................ 559
Аппараты для переработки газов обжига серного колче-
дана и сульфидов цветных металлов в воздухе .... 561
Аппараты для переработки газов, получаемых при сжига-
нии чистой серы и сероводорода........................ 569
Контактные аппараты и узлы для переработки концен-
трированных газов ..................................... 571
Теплообменники контактного узла ....................... 573
Автоматизация контактного отделения.................... 577
6. Сушильно-абсорбционное отделение ........................ 582
Технологические схемы и режим отделения................ 582
Тепловой баланс сушильно-абсорбционного отделения 587
Аппаратура сушильно-абсорбционного отделения • • • 590
Автоматизация сушильно-абсорбционного отделения - . 598
7. Получение улучшенных и специальных сортов серной кислоты 602
8. Очистка отходящих газов от вредных примесей.............. 609
Допустимое содержание примесей в отходящих газах 609
Получение бисульфита натрия из остатков SO2 в отхо-
дящих газах ........................................... 613
Получение бисульфита аммония из остатков SO2 в отхо-
дящих газах ........................................... 614
9. Технико-экономические показатели контактных систем ... 617
Литература................................................... 619
Справочник сернокислотчика
1. СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И ОЧИСТКА ГАЗА
На рис. IX-1 представлена принятая в СССР схема производства серной кислоты
контактным методом при работе на колчедане. По этой же схеме работают контактные
заводы, использующие «грязную» серу, получаемую из сульфидных руд, отбросные
металлургические газы, содержащие SO2 (газы обжига медных и цинковых сульфид-
ных руд и Др.), и газы, образующиеся при расщеплении отработанной серной кислоты
(например, кислоты алкилирования).
По типовой схеме, показанной на рис. IX-1, до 1966 г. строились контактные
цехи годовой мощностью 80 и 120 тыс. т H2SO4, в последние годы сооружались кон-
тактные цехи мощностью 120 и 180 тыс. т!год, в 1971—1975 гг. в основном будут
строить контактные системы мощностью 360 тыс. т1год (1000 т! сутки — «тысячные
системы»).
На ближайшее будущее намечено строительство ряда сернокислотных цехов
по измененной типовой схеме. Это изменение заключается в том, что в контактном
отделении последовательно установлены два контактных аппарата с промежуточной
абсорбцией SO3 между ними.
Намечено также строительство контактных цехов, работающих по новой схеме,
условно названной СО. Она отличается тем (рис. IX-2), что газы, полученные при
особом режиме обжига колчедана, практически не содержащие мышьяка и очищен-
ные в пятипольном сухом электрофильтре до содержания пыли не более 30 мг/м3,
непосредственно поступают в контактный аппарат. Имеются два варианта такой
технологической схемы; без двойного контактирования (см. рис. 1Х-2,'а) и с двойным
контактированием (см. рис. IX-2, б).
На рис. IX-3 представлена схема производства контактной серной кислоты
из чистой серы, получаемой из природных руд или сероводорода. Газы, получаемые
сжиганием чистой серы, не содержат соединений селена, мышьяка и других примесей,
поэтому они без специальной очистки направляются в контактный аппарат.
На рис. IX-4 показана схема производства серной кислоты контактным методом
из сероводородного газа, получаемого при очистке нефтепродуктов. В этой системе
по тем же причинам, что и в схеме СО, отсутствуют аппараты для специальной очистки
газа. От схемы, изображенной на рис. IX-3, установки, работающие на сероводороде,
отличаются тем, что подаваемый в печь воздух не подвергается осушке от влаги
(поскольку большое количество паров воды образуется при горении сероводорода),
а влажные газы из печи после котла-утилизатора поступают непосредственно в кон-
тактный аппарат, где окисление SOa происходит в присутствии водяных паров.
Сероводород, получаемый при очистке коксового газа вакуум-карбонатным ме-
тодом, содержит значительное количество цианистого водорода (1—1,5%). При сжи-
гании такого сероводородного газа с избытком воздуха из HCN образуются окислы
азота, которые переходят в состав продукционной кислоты, загрязняя ее. Во избежа-
ние этого сероводород сжигают с небольшим недостатком воздуха, при этом циани-
стый водород сгорает до элементарного азота. Небольшое количество элементарной
серы, образующееся в этих условиях, сжигается при последующем добавлении воз-
духа в специальной камере дожигания.
Во многих зарубежных схемах, работающих на чистой сере, после котла-утили-
затора, в отличие от отечественной схемы (см. рис. IX-3), устанавливается газовый
фильтр.
Печь расщепления отработанной кислоты описана в разделе VII (стр. 414).
Если в отработанной кислоте нет примесей, отравляющих контактную массу, полу-
чаемые газы целесообразно перерабатывать по схеме, показанной на рис. IX-4.
31
484
IX. Производство кислоты контактным методом
Рис. IX-2. Схема производства серной кислоты контактным методом по схеме СО:
а — с одинарным контактированием; б — с двойным контактированием; 1 — нагнетатели;
2 — печь КС; 3 — котел-утилизатор; 4 — циклон; 5 — сухой электрофильтр; 6, 7 — кон-
тактные аппараты; 8 — пароперегреватели; 5, [0 — теплообменники; 11 — конденсаторы
серной кислоты; 12 — волокнистые фильтры; 13 — мокрый электрофильтр; 14 — кислотные
холодильники; 15 — сборники кислоты.
Рис. IX-3. Схема производства серной кислоты контактным методом из чистой серы:
/ — сушильная башня; 2 — брызгоуловитель; 3 — воздуходувка (нагнетатель); 4 — отстой-
ник; 5 — фильтр; 6 — сборник чистой серы; 7 — печь; 8 — испаритель; 9 — пароперегре-
ватель; 10 — контактный аппарат (/ — V слон контактной массы); // — теплообменник;
12 — ангидридный холодильник; 13 — олеумный абсорбер; 14 — моногндратный абсорбер;
15 — брызгоуловитель; 16 -— циркуляционные сборники; 17 — оросительные холодильники.
1. Схемы производства и очистка
485
Рис. IX-4. Схема производства серной кислоты из сероводородного
газа (установка мокрого катализа):
/ _ вентилятор; 2 — печь-котел; 3 — контактный аппарат; 4 — башня-конден-
сатор; 5 — холодильник; 6 — сборник; 7 — насос; 8 — электрофильтр.
Режим работы промывного отделения
В отделении очистки газы должны быть освобождены от соединений мышьяка
и фтора (являющихся ядами для катализатора), от селена (для его дальнейшего
использования), от сернокислотного тумана (для предотвращения коррозии после-
дующих аппаратов) и от последних остатков пыли.
на аасорбаию
Рис. IX-5. Схема очистного отделения:
1,2 — промывные башни; 3,5 — мокрые электрофильтры; 4 — увлаж-
нительная башня; 6—сушильная башня; 7—брызгоуловитель; 8—кис-
лотные холодильники; 9 — сборники кислоты.
На рис. IX-5 представлена схема очистного отделения сернокислотного завода,
работающего на колчедане. Показанная на этой схеме увлажнительная башня
имеется на ряде действующих заводов, на вновь проектируемых заводах она не пре-
дусматривается за исключением тех случаев, когда в газах присутствует фтор или
486
IX. Производство кислоты контактным методом
применяемая в производстве вода имеет температуру выше 30° С. Каждая башня
орошается «на себя» с передачей накапливающегося избытка кислоты в сборник
предыдущей башни. Сюда же передаются конденсаты, образующиеся в мокрых элек-
трофильтрах. При использовании селена эти конденсаты направляются на специаль-
ную установку для выделения из них Se, а затем — в циркуляционный сборник
последней башни. Концентрация кислоты в первой промывной башне и уровни
жидкости во всех циркуляционных сборниках поддерживаются постоянными.
По мере необходимости в сборник последней башни добавляется вода. Кислота,
образующаяся в промывном отделении (из SOs присутствующего в обжиговых газах),
отводится из сборника первой башни для непосредственного использования в других
производствах или отправляется потребителям после укрепления ее 93%-ной H2SO4
до нужной концентрации в сборнике-смесителе.
Баланс воды промывного отделения (в кг) описывается соотношением:
^ВХ.г + ^Д= ^п+ ^вых.г
где 1ГВХ. г — количество воды, приносимой входящими газами [определяется из соот-
ношений (VII-8a) и (VII-9), стр. 350, 351];
1ГД — количество воды, добавляемой в цикл орошения последней башни;
ВТц — количество воды, выводимой с промывной кислотой (определяется
по количеству и концентрации выводимой промывной кислоты);
Й7ВЫХ. г — количество воды, уносимой газами из промывного отделения (прини-
мается исходя из полного насыщения газов при температуре слабой
кислоты или воды, орошающей последнюю башню).
Все количества воды (составляющие баланса) относятся к единице продукции
или к единице времени работы системы.
В условиях, принятых при составлении теплового баланса (см. табл. IX-2),
баланс воды промывного отделения на 1 т H2SO4 продукционной представляется
таким (в кг):
Содержание SO2 в газах, %
7,5 12
Приносится с газами ....................... 65 55
Добавляется в последнюю башню .... 104 59
Выводится с промывной кислотой .... 24 24
Уносится с выходящими газами ............. 145 90
Количество получаемой промывной кислоты (H2SO4) по отношению ко всей
продукции системы определяется следующим выражением (в %):
G _ IQOn'Cso,
Tl^so2 + Я CSOs
где Т|,> Т1 — коэффициенты использования SO3 и SO2 в продукции системы (прак-
тически т]' = 1);
CSOs, Cso — содержание SO3 и SO2 в обжиговых газах, объемн. %.
В зависимости от условий работы печных отделений на заводах с механическими
печами получается от 5 до 8%, а на заводах с печами КС от 1 до 3% промывной кислоты
от общей выработки системы.
На контактных заводах СССР, работающих по схеме, показанной на рис. IX-1,
продукционную промывную кислоту (для удобства ее использования) в случае при-
менения свинцовых или антегмитовых холодильников выпускают при концентра-
ции 50—60% H2SO4, раньше при использовании чугунных холодильников вы-
пускали 72—76%-ную промывную кислоту.
В табл. IX-1 представлены данные о принятом технологическом режиме очист-
ного отделения, работающего по схеме, изображенной на рис. IX-5.
1. Схемы производства и очистка
487
Таблица IX-1. Технологический режим промывного отделения
Башни Назначение башеи Концентрация орошающей кислоты % H2SO* Температура, °C Фиктивная скорость газа, м!сек Плотность орошения, м*1(мг-ч)
газа * КИСЛО- ТЫ *
Первая промыв- Охлаждение газа; упа- ривание кислоты; об- 300—350 50 0,8-1,0
50 60 8—10
или 70—90 75
ная разование и частич- ное улавливание ту- мана; окончательное освобождение газов от пыли и частичное 72—76 **
Вторая промыв- от мышьяка и селена Дальнейшее охлажде- ние раза; укрупнение 15—20 или 70—90 30 0,8—1,0 10—15
35—40 35
ная капель тумана; даль- нейшее улавливание тумана и соединений 20—30 ***
мышьяка и селена
Увлаж- нитель- Дальнейшее охлажде- ние газа; увлажнение 0—5 35—40 25 0,8-1,0 8—10
30—35 30
ная газа и укрупнение ка- пель тумана, обеспе-
чивающее его полное улавливание в по- следних электрофиль- трах; абсорбция со- единений фтора
ходу.
Верхняя цифра относится к входу газа (или кислоты) в башню, нижняя — к вы-
Кислота такой концентрации иа новых заводах ие выпускается.
Кислота такой концентрации применяется при наличии увлажнительной башни.
Технологический режим первой промывной башни определяется в основном
Соотношением SO3 и воды в газах, поступающих в эту башню, и заданной концентра-
цией продукции — отбираемой промывной кислоты. Технологический режим работы
всех последующих аппаратов зависит от режима предшествующих (по ходу газа)
•аппаратов. Зависимость отдельных показателей технологического режима второй
промывной и увлажнительной башен от технологического режима первой промывной
башни представлена на рис. IX-6. Он характеризует схему очистного отделения
С увлажнительной башней. Рис. IX-6, б относится к системе, работающей при кон-
)1ентрации кислоты в первой башне 70% H2SO4.
jr В каплях тумана, образующегося в промывных башнях, растворяется основное
количество SeO2 и Аз20з, которые выделяются из газа вместе с туманом. В зависи-
мости от содержания мышьяка в колчедане и условий его обжига содержание Аз20з
В промывной кислоте из первой башни составляет 1—2%. В очистных отделениях,
работающих по схеме, показанной на рис. IX-5, в указанном выше технологическом
режиме, примерно 30—50% образующегося тумана улавливается в башнях, осталь-
ное в электрофильтрах.
Температура кислоты в последней башне должна быть возможно более низкой,
Чтобы с газами уходило меньше паров воды в сушильную башню (их количество
488
IX. Производство кислоты контактным методом
влияет на выход олеума по отношению к продукции всей системы). После промыв-
ного отделения мышьяк должен отсутствовать в газах, содержание тумана серной
кислоты не должно превышать 5 мг!м3.
В табл. IX-2 приведен тепловой баланс промывного отделения в расчете на 1 т.
продукционной кислоты системы.
Температура, кислоты
впервой промывной баш.не,аС
Рис. IX-6. Взаимозависимость показателей работы аппаратов промывного отделения:
а — зависимость концентрации кислоты во второй промывной башне от режима работы первой
промывной башни; 1 — при G = 70° С; 2 — при ti = 80° С; 3 — при /2 = 100° С; 4 — при
ti = 120° С (ii — температура кислоты, орошающей первую промывную башню); б — зави-
симость количества тепла, передаваемого в башнях, от it; 1 — в первой промывной башне;
2 — во второй промывной башне; 3 — в увлажнительной башне.
Таблица IX-2. Тепловой баланс промывного отделения
(в Мкал)
Приход тепла Температура входящих газов, °C Расход тепла Температура входящих газов, °C
250 350 250 350
7.5% SO2 12% so2 7.5% so2 12% so2 7,5% so2 12% so2 7,5% SO2 12% so2
С входящими газами Теплота образования 50% -ной H2SO4 254 9,6 163 9,6 359 9,6 232 9,6 С выхо- дящими газами Теплота испарения воды 35 59 22 35 35 59 22 35
Итого 263,6 172,6 368,6 241,6 Итого 94 57 94 57
Отводится в холо- дильниках 169,6 115,6 274,6 184,6
Всего 263,6 172,6 368,6 241,6 Всего 263,6 172,6 368,6 241,6
1. Схемы производства и очистка
489
Состав и количество газов рассчитывали по формулам (VII-5)—(VII-9), приведен-
ным в разделе VII (стр. 350). Влагосодержание воздуха и выходящего газа опреде-
лялось по табл. 1-9, энтальпия газов определялась по табл. 1-10, 1-15, П-29, теп-
лота образования промывной кислоты рассчитывалась по табл. II-73.
Из табл. IX-2 видно, что в пределах принятых условий (это примерно охваты-
вает пределы изменения практических условий работы промывного отделения) на 1 т
продукции системы в холодильниках промывного отделения требуется отводить
115—275 Мкал тепла.
Аппаратура промывного отделения *
На рис. IX-7 представлены конструкции первой и второй промывных башен-
Увлажнительная башня бывает или полой (по конструкции аналогична первой про-
мывной башне) или насадочной (аналогична второй промывной башне). Объемы
• Рис. IX-7. Промывные башни:
j о — первая промывная башня; 1 — обечайка; 2 — полиизобутилен в два слоя и асбест;
& — кислотоупорный кирпич; 4 — смотровые окна; 5 — распылители; 6 — свинцовая крышка;
7 — кислотные коллекторы; 8 — люки; 9 — кислотная коробка; 10 — опорные балки; б —
вторая промывная башня; 1 — 6, 8 — то же, что в первой промывной башне; 11 — напорный
бачок; 12 — насадка (снизу 2 ряда колец 150X 150 мм, выше 2 ряда колец 120X 120 мм,
, Сверху 63 ряда колец 100X 100 мм); 13 — колосниковая кирпичная решетка; 14 — опорная
конструкция из кирпича; 15 — опорные балки; 16 — газовая коробка.
* Об электрофильтрах, применяемых для мокрой очистки, см. раздел VIII
(стр. 460).
10
Рис. IX-8. Сборник промывной кислоты:
1 — обечайка; 2 — полиизобутилен в два слоя; 3 — асбест; 4 — кислотоупорный кирпич;
5 — штуцера для входа кислоты; 6 — воздушник; 7 — люк; 8 — штуцера для КиП; 9 — люк
для установки погружного насоса; 10 — штуцера с пробкой и механизмом подъема при работе
с горизонтальными насосами; 11 — днище с балками жесткости; 12 — опора.
Рис. IX-9. Центробежные распылители:
а — общий вид; б — распылитель с неразъемной крышкой; 1 — одинарный; II — двойной;
1 — корпус; 2 — крышка из ферросилида, наглухо залитая в корпус из сурьмянистого свинца
(гартблей); в — распылитель с разъемной крышкой; / — одинарный; // — двойной; / — кор-
пус; 2 — крышка.
1. Схемы производства и очистка
491
первой и второй промывных башен рассчитывают по процессу передачи тепла от
газа к кислоте. При этом коэффициенты теплопередачи принимают: для первой
полой башни К ~ 500 — 350 ккал/(м3-ч-град), для второй (насадочной) башни
К—8—9 ккал/(м2-ч-град). Практически объем орошаемой части полой башни
предусматривают в пределах 2—4 м3 на 1000 м3/ч газа (объем газа приведен к нор-
мальным условиям).
Рис. IX-10. Установка центро-
бежных распылителей в полой
башне:
/ — корпус башни; 2 — одинарные
распылители кислоты; 3 — двойные
распылители кислоты; 4 — коробка
со штуцером для отвода кислоты;
5—желоб для спуска шлама; 6—ко-
робка для ввода кислоты.
На рис. IX-8 показан сборник промывной кислоты.
Для разбрызгивания орошающей кислоты в башнях промывного отделения
применяются центробежные распылители (рис. IX-9, IX-10) и щелевые распыли-
тели *. Центробежные распылители устанавливаются в полых башнях в несколько
ярусов: верхние одинарные распылители разбрызгивают кислоту только вниз, рас-
положенные ниже двойные распылители разбрызгивают кислоту и вниз, и вверх.
Более подробные данные о центробежных распылителях приведены на стр. 492.
* О распылителях кислоты см. также стр. 594 раздела IX и в разделе X
(стр. 645).
492
IX. Производство кислоты контактным методом
Производи- тельность ж’/ч Тип Размеры, мм Вес, кге
А Б в г Д Е Ж кор- пуса крыш- ки
1,5 Одинарные Рис. IX-9, в 50 39 26 65 14 9 54 0,35 0,44
2,5 5 Рис. IX-9, б 120 92 50 51 32 31 70 57 21 20 11 16 78 96 0,30 2,31 0,20 0,43
3 Двойные Рис. IX-9, в 70 68 65 15 9 63 1,80 1,20
5 10 Рис. IX-9, б 120 100 65 107 — 70 62 21 24 11 16 78 96 0,50 2,90 0,40 0,87
На рис. IX-11 показаны щелевые распылители для полых и насадочных башен,
в табл. IX-3 и IX-5 — данные об этих распылителях. В табл. IX-4 приведены дан-
ные об установке щелевых распылителей в полых и насадочных башнях.
Таблица IX-3. Данные о щелевых распылителях для полых башен (тип I)
(размеры в леи)
Производи- тельность м3[ч ^вн ^И D а б в
5 40 64 158 9 24 17
10 70 94 188 12 25 26
12 100 124 212 13 26 28
20 100 124 212 16 26 39
Таблица IX-4. Данные об установке щелевых распылителей
в полых и насадочных башнях
Башии Количество орошения м3/ч Распылители
наружный диаметр D мм площадь сечения л*2 диаметр установочной окружности мм коли- чество ТИП производи- тельность м3/ч
Полые пр о м ы в н ы е башни
3000 6 50 1350 10 I 5
3500 8,3 80 1600 8 I 10
4000 11 100 1850 10 I 10
4500 14,2 120 2100 10 I 12
5000 17,7 170 2350 8 I 20
Нас а д о ч н ь е п р о м ы в н ы е и с у ш и л ь н ы е ба ШНИ
3000 6 50 1350 10 II 5
3500 8,3 80 1500 8 II 10
4000 11 100 1850 10 II 10
4500 14,2 120 2100 10 II 12
5000 17,7 200 2350 8—10 II 20
1. Схемы производства и очистка
493
Т аблица IX-5. Щелевые распылители для насадочных башен (тип II)
(размеры в мм)
Нижний фланец
Верхний фланец
отвер-
стия под
болты
отвер-
стия под
болты
5
10
12
20
25
40
70
100
100
125
64
94
124
124
149
10
13
14
16
17
60
45
45
45
49
9
12
14
16
18
16
24
29
37
43
205
235
260
260
315
170
200
225
225
280
148
178
202
202
258
18
20
20
20
22
3
3
3
3
3
18
18
18
18
18
130
160
205
205
235
100
130
170
170
200
80
ПО
148
148
178
16
16
18
18
24
14
14
18
18
18
Рис. IX-11. Щелевые распы-
лители:
а — для полой башни (тип 1);
б — для насадочной башни
(тип II).
494
IX. Производство кислоты контактным методом
Имеются промывные отделения, значительно отличающиеся по аппаратурному
оформлению и технологическому режиму от описанного. Например, в СССР на ряде
заводов промывные отделения работают в так называемом испарительном режиме.
При первой башне, орошаемой 60%-ной кислотой, холодильников кислоты нет,
и охлаждение газов в ней происходит за счет упаривания кислоты. В зависимости
от температуры входящих газов их температура по выходе из башни устанавливается
в пределах 120—150° С. Вторая промывная башня орошается 10—15%-ной кислотой
при температуре 30—35° С. При этой башне установлены мощные холодильники *,
в ней происходит конденсация паров воды, приносимых газом из первой башни.
Находящиеся в газе капли тумана при большой концентрации паров воды с пониже-
нием температуры укрупняются, что' значительно улучшает последующее улавли-
вание тумана в электрофильтре.
На зарубежных заводах, работающих на газах обжига колчедана (и других
загрязненных газах), при промывке печного газа большей частью применяется
испарительный режим. В качестве промывных аппаратов применяются трубы Вен-
тури и аппараты Пибоди, совмещающие функции испарительной и охладительной
башен; в ряде случаев вместо второй промывной и увлажнительной башен устана-
вливают газовые холодильники, в большинстве систем увлажнительная башня от-
сутствует. При установке аппарата Пибоди селен из газов не извлекается. Обычно
применяется отдельная колонка для отдувки SO2 из промывной кислоты.
Автоматизация промывного отделения **
Нормальное протекание технологического процесса в промывном отделении
обусловлено в основном температурным режимом и концентрацией орошающих
кислот. Постоянство концентрации кислоты в первой промывной башне (рис. IX-12)
достигается воздействием регулятора концентрации 7 на клапан 5, изменяющий
количество воды, которое поступает в сборник увлажнительной башни. Избыток
Рис. IX-12. Схема автоматизации промывного отделения:
1,2 — промывные башни; 3 — увлажнительная башня; 4 — сборники
кислоты; 5, 6—регулирующие клапаны; 7 — регулятор концентрации;
8 — регулятор уровня (пунктиром показаны импульсные линии).
кислоты, накапливающийся в сборнике 4 первой промывной башни, перекачивается
на склад. Уровень кислоты в этом сборнике поддерживается регулятором 8, который
воздействует на клапан 6.
Недостаток схемы — большая инерционность, однако не очень существенная
в данном случае, так как допустимое отклонение концентрации кислоты первой
промывной башни составляет 2—3%, а влияние инерционности не превышает этих
* О холодильниках промывной кислоты см. раздел XII, о насосах — раздел IV,
о кислото- и газопроводах — раздел V.
** Написано В. С. Петровским и В. А. Живописцевым.
/. Схемы производства и очистка
495
пределов. При отсутствии увлажнительной башни воду добавляют в сборник второй
промывной башни 2, при этом инерционность системы уменьшается и точность регу-
лирования повышается.
На некоторых сернокислотных заводах применяются два режима работы про-
мывного отделения: летний и зимний (рис. IX-13). По летнему режиму в сборник
Рис. IX-13. Схема автоматизации промывного отделения, работающего на двух
режимах:
1,2 — промывные башни; 3, 5 — мокрые электрофильтры; 4 — увлажнительная башня;
6 — хранилище кислоты; 7 — сборники кислот; 8 — регулятор концентрации; 9, 13 — регу-
ляторы уровня; 10 —12, 15 — регулирующие клапаны; 14 — панель дистанционного управ-
ления (пунктиром показаны импульсные линии при работе на летнем режиме; тонкими сплош-
ными — импульсные линии при работе на зимнем режиме).
второй промывной башни 2 подается кислота из сборника увлажнительной башни 4.
Количество подаваемой кислоты зависит от концентрации кислоты, вытекающей
из башни 2, в сборник увлажнительной башни вводится вода. По зимнему режиму
концентрация кислоты первой промывной башни регулируется добавлением воды
в сборник при второй промывной башне. При этом увлажнительная башня оро-
Рис. 1Х-14. Схема автоматического регулирования промывного отде-
ления с водной промывкой газа:
1,2 — промывные башни; 3, 4 — электрофильтры; 5 — сушильная башня;
6 — брызгоуловитель; 7 — газодувка; 8 — отстойник; 9, 10 — сборники;
11 — 13 — регуляторы уровня; 14—регулятор концентрации; 15 — термопара;
16 — автоматический газоанализатор на SOs.
496
IX. Производство кислоты контактным методом
шается кислотой повышенной концентрации (около 25% H2SO4 и не связана по-
стоянным кислотооборотом с промывными башнями.
На некоторых заводах, работающих на отходящих газах цветной металлургии,
применяется водная очистка газа (рис. IX-14).
Газ последовательно проходит две промывные башни 1 и 2, орошаемые по зам-
кнутому циклу, первую и вторую ступени электрофильтра 3 и 4, сушильную башню 5
и брызгоуловитель 6. Холодная вода из сборника 10 поступает на орошение второй
промывной башни, часть вытекающей из нее кислой воды поступает в сборник 9
второй промывной башни, откуда насосом подается на ее орошение. Остальная часть
кислой воды вытекает в сборник первой промывной башни. Кислая вода из этой
башни частично поступает в емкость 8 для отстаивания, а другая часть передается
в нейтрализационную установку, после чего вода сливается в канализацию. Из от-
стойника кислая вода поступает в циркуляционный сборник 9, а из него на оро-
шение башни 1.
Автоматическое регулирование температуры газа перед первой сушильной баш-
ней для поддержания заданного соотношения продукционных олеума и купоросного
масла производится путем изменения регулятором 14 подачи холодной воды во вто-
рую промывную башню. Этот регулятор является двухимпульсным: один импульс
поступает от термопары 15, установленной на входе газа в сушильную башню 5,
второй — от газоанализатора 16 на SO2, который установлен после газодувки 7.
Задание на поддержание соотношения олеума и купоросного масла в продукции
системы периодически устанавливается регулятору 14 специальным задатчиком.
В промывных отделениях с водной очисткой газа автоматически контролируют тем-
пературу и разрежение газа на входе в башни и электрофильтры и на выходе из них
и уровни кислот в циркуляционных сборниках.
Очистка газа от соединений фтора *
В производстве серной кислоты нередко возникают серьезные трудности, свя-
занные с наличием в обжиговом газе соединений фтора. Обычно источником фтора
является серосодержащее сырье. Он содержится в серном колчедане ряда месторо-
ждений, в медных концентратах, в цинковой обманке.
При использовании фторсодержащих обжиговых газов во избежание коррозии
аппаратуры и вредного действия фтора на контактную массу необходимы специальная
антикоррозионная защита аппаратов и труб и очистка газа от его соединений. В пири-
тах и цинковой обманке фтор обычно содержится в виде фторида кальция.
В обжиговых печах фтористый кальций в присутствии паров воды под воздей-
ствием высокой температуры подвергается пирогидролизу с образованием фтористого
водорода:
CaF + Н2О (пар) СаО + 2HF (газ)
В присутствии SiO2 в сырье разложение фторида кальция ускоряется в резуль-
тате связывания СаО в силикаты кальция:
СаО + SiO2 -+ CaO-SiO2
2СаО + SiO2 -> 2CaO-SiO2
Фтористый водород в свою очередь может взаимодействовать с кремнеземом
сырья, образуя четырехфтористый кремний:
SiO2 + 4HF SiF4 |- 2Н2О
В зависимости от условий обжига и состава сырья 80—90% фтора в обжиговых
газах находится в виде HF и 10—20% в виде SiF4. Наличие в обжиговых газах фтори-
стого водорода приводит к интенсивной коррозии футеровки, насадки и аппаратуры,
* Материал предоставлен Б. Т. Васильевым.
1. Схемы производства и очистка 497
содержащих кремнезем. В отдельных случаях, когда фтор содержится в газе в виде
SiF4 в значительных количествах, четырехфтористый кремний может служить при-
чиной засорения аппаратуры в результате осаждения кремнегеля (гидратирован-
ный SiO2), который образуется при гидролизе SiF4 слабой серной кислотой:
Si F4 + 2Н2О SiO2 -г 4HF
Действие фтористого водорода на контактную массу выражается в разрушении
ее кремнийсодержащей основы и нарушении пористой структуры.
Присутствие SiF4 в газовой смеси, поступающей в контактный аппарат, приводит
к уменьшению активности контактной массы в результате осаждения кремнегеля
на гранулах контактной массы. Результаты лабораторных опытов по очистке смесей
SO2 с воздухом от SiF4 серной кислотой показали, что степень очистки зависит от
концентрации и температуры кислоты. При концентрации до 50% H2SO4 степень
очистки достигает 99%, а с дальнейшим повышением концентрации кислоты резко
снижается, приближаясь к нулю при концентрации более 63% H2SO4. Особенно
резкое уменьшение степени очистки наблюдается при следующих условиях:
Температура °C Повышение концентрации H2SO4, % Уменьшение степени 0' /0 очистки раз
20 От 55 до 65 От 94 до 10 9,4
50 » 50 » 63 » 99 » 5 19,7
80 » 40 » 60 » 84 » 6 14
Степень очистки от SiF4 смесей SO2 с воздухом уменьшается с повышением тем-
пературы кислоты. Влияние температуры особенно резко выражено при концентра-
циях 50—60% H2SO4. Так, с повышением температуры от 20 до 80° С степень очистки
снижается следующим образом:
Концентрация H2SO4, %.............. 49 53 56 59 62
Снижение степени очистки газа, раз 1,7 3,3 5,3 7,8 14
Для очистки газа от соединений фтора в производстве серной кислоты нашли
применение промывка газа водой (или слабой серной кислотой) и связывание фтора
во фторсиликаты. По первому способу первая промывная башня орошается водой
или серной кислотой, имеющей концентрацию не более 55% H2SO4, так как SiF4
нерастворим в серной кислоте при концентрации выше 62,5% H2SO4, а в интервале
55—65% H2SO4 минимальна растворимость Аз20з (что приводит к засорению мышь-
яковым шламом холодильников и кислотопроводов). Поглощенный фтор выводится
из промывного отделения с промывной жидкостью из цикла первой башни.
Затруднений, связанных с коррозией керамических насадки и футеровки аппа-
ратов, при водной промывке не возникает, но в этом случае не используется SO3
обжигового газа и, если не предусмотрена отдувка SO2, неизбежны потери сернистого
ангидрида, растворенного в промывной жидкости. Кроме того, требуются дополни-
тельные мероприятия обезвреживания промышленных стоков. При орошении первой
.Промывной башни 50—55%-ной серной кислотой и выводе ее из системы в количестве
tie менее 5% производительности цеха также обеспечивается достаточно полная
очистка газа от фтора, при этом заметного разрушения керамики не наблюдается.
Очистка газа от фтора по второму способу путем связывания его в малораство-
римую натриевую или калиевую соль кремнефтористоводородной кислоты прово-
дится во второй промывной или увлажнительной башне. Прн использовании второго
способа возможны два режима работы первой промывной башни: орошение 50—55%-
Ной серной кислотой, что требует вывода из системы до 5% продукции в виде про-
Мывной кислоты или применения графитовой футеровки башни; орошение 70—75%-
»°й серной кислотой при температуре выше 80° С, в этих условиях растворимость HF
Невелика и для футеровки башни можно использовать кислотоупорный кирпич.
32 Справочник сернокислотчика
498
IX. Производство кислоты контактным методом
В целях связывания в H2SiFe фтористого водорода, поглощаемого циркули-
рующей кислотой второй промывной или увлажнительной башни, их насадка вы-
полняется из материала, богатого кремнием, или предусматривается интенсивный
контакт кислоты с таким материалом на выходе из башни.
Ввод соли щелочного металла, например Na2SO4, в циркулирующую кислоту,
в которой ионы фтора уже связаны в SiF^--ионы, позволяет выводить фтор в виде
малорастворимого кремнефторида:
Na2SO4 H2SiFe 4- aq = Na2SiFe | + H2SO4 + aq
Для освобождения циркулирующей кислоты от шлама (Na2SiF6 и SiO2), обра-
зующегося в результате гидролиза SiF4, предусматривается отстойник.
Промывка газа от фтора серной кислотой, имеющей концентрацию не более
5% H2SO4, при выводе промывной кислоты в количестве не менее 5% производи-
тельности цеха обеспечивает достаточно полное удаление фтора из газа, полученного
при обжиге колчедана и содержащего относительно небольшие количества соединений
фтора (обычно около 0,01% F). При большем содержании фтора в исходном сырье
предпочтителен второй способ очистки.
Извлечение селена из обжигового газа *
В колчедане содержится примерно 0,02—0,002% селена. При обжиге колчедана
в механических печах в огарке и пыли остается около 20%, при обжиге в печах КС
около 45% Se. Примерно половина селена, перешедшего в газ в виде SeO2, раство-
ряется в промывной кислоте, образуя селенистую кислоту, остальной селен рас-
творяется в каплях сернокислотного тумана и осаждается вместе с конденсатом
в мокрых электрофильтрах. В промывной кислоте и в кислотном конденсате селе-
нистая кислота восстанавливается сернистым газом:
H2SeO3 4- 2SO2 4- Н2О = Se + 2H2SO4
Скорость восстановления SeO2 по этой реакции описывается уравнением:
1 , Со
Т kCSO.2 lg С
где т — время, сек-,
k — константа скорости реакции;
С so., — концентрация SO2, г/л;
Со, С — начальная и конечная концентрация SeO2 в кислоте.
В табл. IX-6 приведены значения константы k при различных концентрациях
кислоты и температурах (по данным лабораторных исследований).
Таблица IX-6. Константы k скорости реакции между H2SeO3 и SO2
Темпе- ратура °C Л-105 при концентрации H2SO«, % Темпе- ратура °C А-105 при концентрации H2SO4, %
60 65 70 75 85 60 65 70 75 85
50 13,1 3,2 0,9 0,24 0,037 100 151 44,7 12,5 4,0 0,5
60 23,4 5,6 1,8 0,5 0,063 120 560 141 42,5 12,5 1,6
80 79,5 17,8 5,6 1,5 0,21 150 1580 355 107 30 4,0
Материал предоставлен Б. Т. Васильевым.
/. Схемы производства и очистка
499
Восстановленный селен извлекается вместе со шламом при очистке отстойников,
сборников и холодильников промывных башен. Шлам разбавляют водой и прогре-
вают острым паром. Полученную пульпу отфильтровывают, осадок промывают водой
и 0,5%-ным раствором соды н сушат при 90—100° С. В полученном таким образом
сухом «бедном» шламе содержание селена составляет 3—5%. В сухом «богатом»
шламе, извлекаемом из мокрых электрофильтров, содержится до 50% селена. При-
мерно половина извлекаемого селена приходится на «бедный» шлам, остальное —
на «богатый».
а
Рис. IX-15. Схема извлечения селена;
а — из «бедного» шлама; / — первая промывная башня; 2 — фильтрпресс; 3 — холодильник;
4 — отстойник; 5 — репульпатор; 6— сборник первой промывной кислоты; 7—нутч-фильтр;
8 — сушилка; 9 — расфасовочный агрегат; б — из «богатого» шлама; / — электрофильтр;
2 — подогреватель; 3 — сборник конденсата; 4 — нутч-фнльтр; 5 — сушилка; 6 — расфа-
совочный агрегат.
На рис. IX-15 представлена аппаратурная схема очистного отделения контакт-
ного цеха вместе с аппаратами для выделения селенового шлама. Такая схема преду-
сматривается на строящихся сернокислотных заводах большой мощности.
«Бедный» шлам (см. рис. IX-15, а) получают путем фильтрования в рамном
фильтрпрессе части кислоты из цикла орошения первой промывной башни. Кислот-
ный фильтрат возвращают в цикл орошения. Избыток фильтрата направляется на
склад в виде готовой продукции. Кислоту фильтруют непрерывно, поэтому для полу-
чения «бедного» шлама предусматривается два фильтрпресса, из которых один на-
ходится в работе, другой на очистке.
Шлам из фильтрпресса направляется для отмывки в репульпатор, куда подается
Также вода и сжатый воздух. Полученная здесь суспензия направляется в нутч-
фильтр, на котором шлам отделяется от жидкости, затем промывается содовым рас-
твором и направляется в сушилку. Высушенный шлам расфасовывается в специаль-
ные барабаны.
. «Богатый» шлам (см. рис. IX-15, б), образующийся в мокрых электрофильтрах,
Извлекается из конденсата, вытекающего из фильтров во время их работы и при
Периодической промывке для удаления селенового шлама, осаждающегося на стенках
яппарата и электродах. Конденсат из мокрых электрофильтров содержит часть се-
, 32* ___________________________
500
IX. Производство кислоты контактным методом
лена (до 50%) в виде растворенной SeO2. Для восстановления SeO2 до элементарного
селена конденсат направляется в специальный подогреватель, где нагревается до
90—100° С. При этом двуокись селена восстанавливается присутствующим в конден-
сате сернистым ангидридом. Из подогревателя конденсат собирается в емкость,
откуда насосом перекачивается на фильтрпресс или нутч-фильтр, на котором ьбога-
тый» шлам отфильтровывается и после нейтрализации направляется на сушку и рас-
фасовку. Чистка фильтрпресса и обработка селенового шлама производится ана-
логично тому, как описано выше.
Сушку шлама обычно проводят в электрических муфельных печах; в последнее
время внедряются вакуумные шнековые шаровые сушилки.
Технология сбора и обработки селеновых шламов на разных заводах сильно
различается, поэтому в настоящее время назвать в сернокислотной промышленности
какую-либо унифицированную схему селеновой установки не представляется воз-
можным.
При фильтровании первой промывной кислоты через фильтр должно пройти
такое количество ее, с которым будет выведена вся твердая фаза, поступающая
в промывное отделение с обжиговым газом. Поэтому количество кислоты, подлежа-
щей фильтрованию, определяется запыленностью обжигового газа и концентрацией
твердой фазы, принимаемой в качестве рабочей в циркулирующей промывной кислоте.
Пример. В цехе, работающем с нагрузкой по газу * около 50 000 м3!ч, при
содержании в газе на входе в первую промывную башню 0,1 г/л/3 пыли перейдет
в кислоту 50 000X0,1 : 1000 = 5 кг/ч твердой фазы. Если рабочая концентрация
твердой фазы в циркулирующей кислоте составит 100 г/м3, то для вывода твердой
фазы из цикла орошения придется фильтровать 5 : 0,1 = 50 мл1ч кислоты.
На основе обследования ряда заводов (работающих с печами КС) при темпера-
туре газов после электрофильтров 300—320° С селен распределяется в контактном
сернокислотном производстве примерно так: загружается с сырьем 100% Se, извле-
кается 34%, теряется 66% Se, в том числе с огарком 50%, с промывной кислотой 5%,
с сушильной кислотой 3,5%, прочие потери 7,5% Se.
При повышении температуры газа после электрофильтров до 380—400° С потери
селена с огарком уменьшаются до 25—30%, а степень извлечения селена повышается
до 50—60%.
Селеновый шлам (товарный) должен удовлетворять следующим требованиям
МРТУ 6-08-112—68):
Показатели Сорта
высший 1-й 2-й 3-й 4-й
Внешний вид -. . Содержание элементарного селена (в пере- счете на сухое вещество), %, не менее . . . Влажность, %, не более Свободная кислота (в пересчете на H2SO4), %, не более Порошок кого ц кусков 50 5 0,5 темне вета, г не доп 35 5 0,5 -серогс [рисутс ускаетс 20 5 0,5 или твие т :я 3 5 0,5 крас- зердых 1,5 5 0,5
* Объем газа приведен к нормальным условиям.
2. Контактное окисление 8О.г
501
2. КОНТАКТНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ДВУОКИСИ СЕРЫ
Равновесие реакции окисления двуокиси серы
Константы равновесия. Согласно закону действия масс
PSO,
-----4==** ОХ-1)
PSO2 у РО.2
где pso3, pso.v РО2 — парциальные давления сернистого и серного ангидрида и
кислорода в состоянии равновесия, апис,
Кр — константа равновесия.
Зависимость константы равновесия Кр от температуры определяется уравнением
d In Кр Qp .. „
dT RT2 u 1
где — теплота реакции при постоянном давлении, отнесенная к 1 моль окисляе-
• мой SO 2, кал\
Т — температура, °К;
R —универсальная газовая постоянная [1,987 кал/(моль‘град)].
Теплота реакции (в кал/моль) в свою очередь зависит от температуры
Qp = 22 034,3 + 5,6187 — 10,4575-10~372 + 6,4212- 10-в7’3 —
— 1,648-10-97-4 (IX-3)
В табл. IX-7 приведены значения теплот реакции окисления двуокиси серы при
различных температурах, вычисленные по уравнению (IX-3). В температурном
интервале 400—700° С достаточную точность вычисления обеспечивает двучленное
уравнение:
Qp = 24 205 — 2,217 (IX-4)
Т а б л и ц a IX-7. Теплоты реакции (в кал/моль)
окисления двуокиси серы, вычисленные по уравнению (1Х-3)
Р, °C QP t, °C % t, °c
0 22 918 225 22 930 450 22 607
25 22 939 250 22 908 500 22 506
50 22 956 275 22 881 550 22 399
100 22 975 300 22 879 600 22 285
150 22 962 350 22 780 650 22 165
200 22 949 400 22 698 700 22 039
Зависимость константы равновесия от температуры 7 (в °К):
1g Кр = — 2,8254 1g 7 + 2,284 • 10’37 — 7,012 • 10~772 4
4- 1,197-10-1073 4~ 2,23
(IX-5)
Константы Кр равновесия реакции
SO 2 + V2O2 = SO3
вычисленные по уравнению (IX-5) для различных температур, даны в табл. IX-8.
502
IX. Производство кислоты контактным методом
Таблица IX-8. Константы равновесия Кр (в fl/w.u °’5)
реакции окисления двуокиси серы
t, °C '• 'С । Лр г. °с i А-р 1 ' 'с 1 /. °C -; t, °C
390 571,9 | 440 !171,3 490 1 60,32 530 1 28,83 570 14,81 ! 610 8,107
400 442,9 450 !137,4 500 | 49,78 540 : 24,25 580 I 12,67 620 7,034
410 345,5 460 '110,8 510 , 41,29 J 550 j 20,49 I 590 1 10,88 630 6,124
420 271,5 470 I 89,97 520 560 17,39 600 ! 9,375 650 5,348
430 214,9 480 J 73,47 | 34,42 | 1 1
для определения
Лр можно пользоваться двучленным
В интервале 390—700° С
уравнением
4905
Т
4,6455
(IX-6)
Значения констант, вычисленные по этому уравнению, менее чем на 1% отли-
чаются от вычисляемых по уравнению (IX-5).
Таблица IX-9. Равновесные степени превращения газовой смеси,
полученной обжигом колчедана в воздухе *
t, °C а =0,05, b =0,139 а =0,06, b =0,124 а = 0,07, b =0,11 а = 0,075, b = 0,105 а = 0,08, b = 0,09 а = 0,09, b = 0,081 а = 0,010, b = 0,0675 а = 0,12, b = 0,055
400 0,993 0,993 0,992 0,991 0,990 0,988 0,984 0,909
410 0,992 0,991 0,990 0,989 0,988 0,985 0,980 0,905
420 0,990 0,988 0,987 0,986 0,984 0,982 0,974 0,899
430 0,987 0,985 0,983 0,983 0,980 0,977 0,968 0,893
440 0,983 0,982 0,979 0,978 0,975 0,971 0,961 0,885
450 0,979 0,977 0,975 0,973 0,969 0,964 0,952 0,875
460 0,974 0,972 0,969 0,967 0,963 0,957 0,942 0,864
470 0,968 0,966 0,962 0,960 0,954 0,947 0,930 0,852
480 0,962 0,958 0,954 0,952 0,945 0,937 0,917 0,838
490 0,953 0,950 0,944 0,942 0,934 0,924 0,902 0,823
500 0,945 0,940 0,934 0,931 0,921 0,910 0,886 0,806
510 0,934 0,928 0,921 0,918 0,907 0,895 0,868 0,788
520 0,922 0,915 0,907 0,903 0,891 0,877 0,848 0,767
530 0,909 0,901 0,891 0,887 0,874 0,858 0,826 0,748
540 0,893 0,885 0,874 0,869 0,854 0,837 0,803 0,726
550 0,876 0,867 0,855 0,849 0,833 0,815 0,779 0,703
560 0,857 0,847 0,834 0,828 0,810 0,790 0,754 0,679
570 0,837 0,825 0,811 0,804 0,785 0,765 0,727 0,658
580 0,815 0,802 0,787 0,780 0,759 0,738 0,699 0,629
590 0,791 0,777 0,761 0,753 0,732 0,710 0,671 0,603
600 0,766 0,751 0,734 0,726 0,704 0,681 0,642 0,577
610 0,739 0,724 0,706 0,697 0,675 0,652 0,613 0,550
620 0,712 0,695 0,676 0,668 0,645 0,622 0,583 0,523
* Здесь я в табл. IX-10— IX-12 а — начальное содержание SO2, b — начальное содер-
жание Ог в газе, объемн. доли.
2. Контактное окисление SO*
503
Таблица IX-10. Равновесные степени превращения газовой смеси, полученной сжиганием серы в воздухе
t, сс а -= О.07. b = 0,14 а = 0.08. Ъ =0.13 а =- 0.09, b = 0.12 а = 0.10. Ь = 0,11 а = 0.11, b = 0,10 а = 0,12, b = 0.09 а = 0,13. b = 0.08
400 0,993 0,993 0,992 0,991 0,990 0,988 0,983
410 0,991 0,991 0,990 0,989 0,987 0,984 0,978
420 0,989 0,988 0,987 0,986 0,983 0,980 0,973
430 0,936 0,985 0,984 0,982 0,979 0,975 0,967
440 0,983 0,981 0,980 0,977 0,974 0,969 0,959
450 0,978 0,977 0,975 0,972 0,968 0,962 0,950
460 0,973 0,971 0,969 0,966 0,961 0,954 0,940
470 0,967 0,965 0,962 0,958 0,953 0,944 0,929
480 0,961 0,958 0,954 0,949 0,943 0,933 0,915
490 0,952 0,949 0,945 0,939 0,932 0,920 0,901
500 0,943 0,939 0,934 0,928 0,919 0,906 0,885
510 0,932 0,928 0,922 0,915 0,905 0,890 0,867
520 0,920 0,915 0,908 0,900 0,889 0,873 0,848
530 0,906 0,900 0,893 0,883 0,871 0,853 0,927
540 0,890 0,883 0,875 0,865 0,851 0,833 0,805
550 0,873 0,866 0,856 0,845 0,830 0,810 0,782
560 ода 0,846 0,836 0,823 0,807 0,786 0,758
570 0,833 0,824 0,813 0,800 0,783 0,761 0,732
580 0,811 0,801 0,789 0,775 0,758 0,735 0,706
590 0,787 0,776 0,764 0,749 0,731 0,708 0,678
600 0,762 0,750 0,737 0,722 0,703 0,680 0,650
610 0,735 0,723 0,710 0,694 0,674 0,651 0,622
620 0,707 0,695 0,681 0,665 0,645 0,622 0,593
Равновесная степень превращения. Степенью превращения х называется
отношение количества прореагировавшей двуокиси серы к количеству ее
в исходной реакционной смеси. Степень превращения равна отношению парциаль-
ного давления трехокиси серы в прореагировавшей смеси к сумме парциальных давле-
ний трехокиси и двуокиси серы. Максимальное значение степени превращения при
заданной температуре достигается при равновесии и называется равновесной сте-
пенью превращения хр:
PSO3 (IX-7)
Комбинируя уравнения (IX-7) и (1Х-1), находим:
Кр _
кр +1/]/ рО2
(IX-8)
> Равновесное парциальное давление кислорода выражается через начальные кон-
центрации двуокиси серы и кислорода
; р b — 0,5ахр
РО> ~ И 100 —0,5ахр
(“Де Р — общее давление, атм;
а — начальное содержание SO2 в газе, объемн. %;
b — начальное содержание кислорода в газе, объемн. %.
2. Контактное окисление S02
505
Подставляя значение ро2 в уравнение (IX-8), получим следующее выражение
КР
-л Г 100 — 0,5ахр
/ P(b — Q,5axp)
(IX-9)
Это уравнение определяет хр в неявном виде, что, однако, не исключает возмож-
ности расчета, поскольку величина хр под корнем мало влияет на значение всего
выражения. Обычно нетрудно грубо оценить ожидаемую величину равновесной сте-
пени превращения и, подставив ее в правую часть уравнения (IX-9), вычислить хр
без большой ошибки. Если найденное таким путем значение хр значительно отли-
чается от предварительно принятого, расчет повторяют. Второе приближение обычно
достаточно точно.
Значения равновесных степеней превращения, рассчитанные для газовых смесей
различного состава, приведены в табл. IX-9—IX-12 (здесь и в дальнейшем состав
газа определяется с учетом того, что при обжиге колчедана 5% серы окисляется до
БОз, который затем удаляется в промывном отделении).
Таблица IX-12. Зависимость равновесной степени превращения SO2
от давления
(а = 7,5%, b = 10,5%)
t, °C Абсолютное давление, ат
1 5 10 25 50 100
400 99,15 99,61 99,72 99,84 99,88 99,92
450 97,34 98,78 98,14 99,46 99,62 99,72
500 93,06 96,75 97,67 98,52 98,94 99,25
550 84,92 92,52 94,56 96,48 97,48 98,20
600 72,61 85,20 88,97 92,67 94,68 96,16
Катализаторы окисления двуокиси серы
Каталитическая активность веществ в реакции
окисления двуокиси серы. Контактные массы
Энергия активации гомогенного окисления двуокиси серы составляет более
50 ккал!моль. Поэтому в отсутствие катализаторов взаимодействие SO2 с кислородом
не протекает с заметной скоростью. В присутствии катализаторов возможно проте-
кание этой реакции по иному механизму с меньшей энергией активации. Каталити-
ческой активностью в отношении реакции окисления SO2 обладают многие вещества
(табл. IX-13), но большая часть их увеличивает скорость реакции лишь при больших
температурах, при которых высокая степень превращения двуокиси серы недости-
жима из-за смещения равновесия в сторону диссоциации трехокиси серы.
Из всех катализаторов, приведенных в табл. IX-13, лишь платиновые, ванадие-
вые и окисножелезные получили промышленное значение. В настоящее время во всем
мире для окисления SO2 применяются почти исключительно ванадиевые катализа-
торы. Активным соединением в промышленных ванадиевых катализаторах являются
сульфованадаты щелочных металлов, наносимые на поверхность двуокиси кремния.
Катализатор БАВ. Свежеприготовленная контактная масса БАв представляет
собой гранулы белого или розоватого цвета. После насыщения двуокисью серы масса
506
IX. Производство кислоты контактным методом
Т а б л и ц a IX-13. Активность катализаторов окисления двуокиси серы
(состав газа: 7?о SO2; 19,5?6 О2; объемная скорость 150 ч-1)
Катализаторы Наибольшая степень превращения xp* °0 /. °C Катализаторы Наибольшая степень превращения xp' % t, °C
Платина на асбесте 92,2 400 Сг2О3 83,0 587
V2O5+K2O+SiO2 99,0 420 wo3 62,5 670
V2O5+Ag2O .... 95,5 475 CuO 58,7 700
V2O5+CuO 91,3 505 As2O5 55,0 670
v2o5 90,0 505 TiO2 49,0 700
Fe2O3+SnO2 .... 76,2 600 MoO3 46,8 700
Fe2O3+Bi2O3 .... 72,2 625 SnO2 35,2 750
Fe2O3 69,5 625 Mn2O3 20,0 700
Cr2O3+SnO2 .... 96,3 475
приобретает желтую окраску. Ниже приведена характеристика бариевой алюмова-
надиевой контактной массы Б АВ:
Свежая масса
Плотность, г!смэ
насыпная ...............................
кажущаяся ..........................
истинная ...........................
Пористость, сма/г ......................
“Удельная поверхность, м'-/г о...........
Преобладающий радиус пор, А ............
0,5—0,55
0,9
2,2
0,65
30
100—600
После
насыщения
0,6—0,7
1,2
2,5
0,45
8
700—1000
Новые катализаторы. В последние годы разработан новый катализатор окис-
ления SO2, названный СВД (сульфованадат на диатомите), примерно следующего
состава:
35SiO2- V2O5.3K2O-6SO3
Этот катализатор термически более устойчив, стоимость его ниже, а технология
изготовления проще, чем катализатора БАВ. По внешнему виду СВД представляет
собой зерна (гранулы) от желтого до светло-коричневого цвета, прочность зерен в
10 раз больше по сравнению с зернами БАВ.
В качестве носителя катализатора СВД применяется природный диатомит.
При содержании до 3,5% А12О3 природный диатомит может быть непосредственно
использован при изготовлении катализатора. При более высоком содержании окиси
алюминия в диатомите ее целесообразно отмывать 20%-ной серной кислотой.
Для катализатора СВД не требуется предварительное насыщение сернистым
газом при пуске контактных аппаратов (после замены отработанного катализатора
новым).
Катализатор СВД имеет большую насыпную плотность и при содержании более
3,5% А12О3 в диатомите примерно на 6—8% менее активен, чем БАВ. Поэтому при
одинаковых условиях контактирования катализатора СВД следует загружать в кон-
тактный аппарат больше (по весу) по сравнению с количеством БАВ. Контактную
массу СВД изготовляют также в форме таблеток, по каталитической активности
соответствующих катализатору БАВ.
Кроме того, разработан и испытан в промышленных условиях катализатор СВНТ
(сульфованадиевый низкотемпературный), изготовляемый в насыщенном SO2 состоя-
2. Контактное окисление S0.2
507
нии. Он отличается повышенной активностью при низких температурах (до 460° С)
и предназначен для загрузки в первый слой контактного аппарата (в качестве «за-
пала») и в последние слон.
В различных стадиях внедрения находятся катализаторы СВС сульфованадневый
на силикагеле (разработанный УНИХим), ИК-4 (разработан Институтом катализа
Сибирского отделения АН СССР), обладающие высокой активностью при низких
температурах контактирования, а также катализатор ИК-2, высокоактивный в обла-
сти температур более 470" С.
В связи со стремлением к применению в контактном процессе высококонцентри-
рованного сернистого газа, а также к осуществлению конверсии недостаточно очи-
щенного газа выявилась целесообразность применения контактных аппаратов с ки-
пящими слоями контактной массы. Это в свою очередь вызвало потребность в кон-
тактных массах со специфическими свойствами (в первую очередь прочность к исти-
ранию наряду с термической стойкостью и др.). Первым таким катализатором (КС)
оказалась ванадиевая контактная масса в виде шариков (разработчики — Воскре-
сенский химический комбинат и НИУИФ), испытанная в промышленном масштабе.
В табл. IX-14 приведены данные о важнейших ванадиевых катализаторах.
Таблица IX-14. Характеристика ванадиевых катализаторов
Катализаторы Форма зерен Насыпная плотность г/см9 Механическая прочность кгс/см,9 Степень превращения х, %
при 485° С при 420° С
БАВ Гранулы 0,60 6 *; 50 ** 86—87 16—19
СВД » 0,67 30—40 85—87 18—20
СВД Таблетки 0,76 —30 86—88 22
СВИТ . ... Гранулы 0,67 . 30—40 85—86 30
свит Таблетки 0,76 —30 86—87 —
* Прочность до насыщения. ’
** Прочность после насыщения.
Методы испытания контактных масс
Каталитическая активность. Активность контактных масс часто характеризуют
степенью превращения реагента, достигаемой при определенной объемной скорости
и заданном составе газа. Более правильно оценивать их активность величиной кон-
станты скорости реакции, вычисляемой по кинетическому уравнению. Для вычисле-
ния константы скорости должно быть известно количество прореагировавшего
вещества (степень превращения), соответствующее определенному времени сопри-
косновения газа с катализатором. Для более полной характеристики активности кон-
тактной массы определяют константу скорости при различных температурах.
Определение активности катализаторов можно проводить статическим, проточным
и стационарно-циркуляционным методами. Статический метод удобен лишь при
определении каталитической активности платины. Обязательным условием прове-
дения испытаний является постоянство температуры в слое контактной массы, иначе
•возможны весьма значительные ошибки.
Проточный метод испытания активности контактных масс (рис. IX-16). Испы-
туемая газовая смесь получается смешением воздуха или кислорода с двуокисью
серы, подаваемых из баллонов. Газы предварительно очищают и высушивают кон-
центрированной серной кислотой. Количество газов измеряют с помощью реометров.
Из смесителя газы направляются в контактную трубку (см. рис. IX-16, б). Исследуе-
508
IX. Производство кислоты контактным методом
мую контактную массу загружают в кольцевое пространство между контактной
трубкой и чехлом для термопары. Можно применять кварцевые, фарфоровые или
стеклянные тугоплавкие трубки. Температуру измеряют хромельалюмелевой или
железоконстантановой термопарой, скользящей в футляре.
Контактную трубку помещают в электрическую печь, снабженную тремя само-
стоятельными нихромовыми спиралями 1—1; 2—2; 3—3, что дает возможность раз-
дельно регулировать температуру в разных частях слоя контактной массы и интен-
Рис. IX-16. Схема испытания актив-
ности контактных масс проточным ме-
тодом:
а—проточная установка; 1 — баллон с кис-
лородом; 2 — баллон с двуокисью серы;
3 — промывалки; 4 — сепараторы; 5—га-
зоанализаторы; 6 — термопара; 7 — элек-
трическая печь; 8 — контактная трубка;
9 — склянка с серной кислотой; 10 — аспи-
раторы; б — контактная трубка и печь;
1—3 — нагревательные спирали; 6—8 —то
же, что на рис. IX-16, а.
2. Контактное окисление S02
509
сивность отвода тепла по высоте слоя катализатора. Вместо электрической печи
можно применять печь с псевдоожиженным слоем корунда.
Недопустимо колебание температуры в слое катализатора более чем на 5° С.
Выходящий из контактной трубки газ проходит поглотитель с серной кислотой и
далее отводится в тягу или наружу.
Концентрация двуокиси серы определяется до и после контактной трубки.
Для испытания берут 10 мл контактной массы, предварительно насыщенной (или
11 мл ненасыщенной) и высушенной в токе воздуха при постепенном повышении
температуры до 450° С, и смешивают с 20 мл плавленого кварца такой же крупности.
Высота слоя такой смеси в контактной трубке 75 мм. Температуру измеряют в трех
точках: в середине слоя, на 5 мм выше нижней границы слоя и на 5 мм ниже верхней
границы слоя массы.
Точность определения констант скорости описанным способом тем выше, чем
дальше измеряемая степень превращения от теоретически возможной (равновесной)
в условиях эксперимента. В противном случае небольшие колебания и неточности
измерения температуры очень резко влияют на величину константы скорости реак-
ции. Поэтому следует работать с высокими скоростями газового потока. В случае
испытания активных ванадиевых контактных масс при температурах выше 450° С
скорость газовой смеси должна быть в пределах 600—700 мл1мин, для более низких
температур — 200 мл/мин (считая на объем газа, приведенный к нормальным усло-
виям). Заданные условия определения активности катализаторов соблюдают до
достижения постоянных степеней превращения в течение нескольких часов.
Значения констант скорости вычисляют по экспериментальным данным с по-
мощью изотерм на диаграмме т — х (см. ниже).
Аппаратурное оформление проточного метода довольно просто, но при его исполь-
зовании процессы массо- и теплопередачи могут привести к искажению эксперимен-
тальных данных или затруднить их обработку. Это связано с появлением: градиента
температуры по сечению слоя катализатора, возрастающего с уменьшением размера
его и гранул относительно диаметра трубки реактора; градиента температуры вдоль
слоя катализатора вследствие выделения или поглощения тепла при протекании
реакции; градиента скоростей потока по сечению слоя катализатора (при этом изме-
ряемая средняя скорость потока может сильно отличаться от фактической скорости
.прохождения газа вблизи стенок трубки реактора); градиента концентраций вдоль
слоя катализатора.
Однако проточный метод вполне пригоден для контроля качества промышлен-
ных катализаторов. Существенным недостатком метода является невозможность не-
посредственного измерения скорости реакции. Экспериментальные данные позволяют
оценить лишь конечное изменение степени превращения х за конечное время кон-
такта т, а для определения dxldx приходится прибегать к графическому дифференци-
рованию х по т, что значительно снижает точность определения каталитической ак-
тивности. Эти недостатки проточного метода вызвали необходимость исследовать
Каталитическую активность ванадиевых катализаторов окисления SO2 в SO3 про-
бочно-циркуляционным методом.
< Проточно-циркуляционный метод испытания активности контактных масс позво-
ляет вести процесс контактирования в режиме идеального смешения, практически
При отсутствии градиентов концентраций и температур, и дает возможность непосред-
ственно измерять скорость реакции. Этот метод допускает исследование зерен ката-
лизатора любой крупности и формы без предварительного измельчения. Можно
Испытывать даже отдельные зерна или кольца, но в этом случае необходимо довольно
ррлыпое соотношение скоростей циркуляции и газового потока, чтобы наблюдаемая
^Корость реакции не зависела от неравномерности прохождения реакционной смеси
Ио сечению реактора.
При исследовании активности ванадиевых катализаторов в проточно-циркуля-
НИонной установке (рис. IX-17, а) газы (кислород или воздух, азот, двуокись серы)
баллонов, пройдя систему очистки и осушки, поступают в расходомеры. Затем
ЧРИ газовых потока соединяются в смесителе и направляются в колонку, заполнен-
ную Р2О6, для более тонкой осушки. Газовый поток непрерывно поступает в цикл
510
/А'. Производство кислоты контактным методом
и выводится из него. Интенсивная циркуляция газа в цикле достигается при помощи
стеклянного поршневого электромагнитного насоса производительностью около
1000 д/ч. Клапанная коробка обогревается наружной электрической спиралью, что
позволяет избежать «залипания» клапанов вследствие конденсации SO3.
Контактный аппарат (рис. IX-17, б) представляет собой пирексовую или квар-
цевую трубку внутренним диаметром 25—28 мм и высотой 100—120 леи со стеклян-
ной сеткой, на которую помещен катализатор, и впаянным карманом для термопары.
Змеевик контактного аппарата с большим числом витков (15—20) служит для подо-
грева входящего газа до температуры катализа. Внутренний диаметр трубок змее-
вика 6—8 мм. Реактор помещен в трубчатую печь внутренним диаметром 70 мм
(наружный диаметр печи не менее 180—200 мм) и высотой 700 мм. Температурное
поле по высоте печи должно иметь изотермический участок длиной не менее 100—
120 мм.
Рис. IX-17. Схема испытания активности контактных масс проточно циркуляцион-
ным методом:
а — проточно-циркуляционная установка; / — колонка с окисью меди; 2 — моностаты;
3 — осушители газа (с серной кислотой); 4 — стеклянные реометры; 5 — смеситель; 6 — ко-
лонка с ангидроном; 7 — колонки с Р2О5; 8 — клапанная коробка; 9 — циркуляционный
насос; 10 — дифференциальный манометр; 11 — реактор; 12 — ловушка; 13 — барботер
с серной кислотой; б — реактор; 1 — трубка; 2 — змеевик; 3 — карман для термопары;
4 — пористая пластинка или сетка.
Заданная температура в печи поддерживается с помощью терморегулятора
типа ЭПВ2-11А или другого. Регулирующая термопара находится в кармане,
расположенном вдоль стенки трубки в печи (непосредственно под обмоткой), пока-
зывающая термопара помещается в кармане реактора (в слое катализатора).
В зависимости от степени превращения и возможности проскока газа необходимо
соблюдать определенное соотношение скорости циркуляции цц и скорости потока i’n-
При степени превращения 30—50% без учета проскока отношение иц : ип должно
быть не менее 7—10, при’степени превращения 70% отношение иц : ип > 15, для
высоких степеней превращения (порядка 90—95%) уц: уп > 50—100.
Для сравнительного испытания катализаторов их следует измельчать на зерна
одинаковой величины (3—4 мм), что соответствует количеству 100—105 зерен в 10 мл
объема катализатора. Для оценки истинной активности катализаторов целесообразно
2. Контактное окисление S02
511
испытывать их в кинетической области, т, е. на мелком зерне. Исследование ката-
литической активности проводится при двух температурах (485 и 420 С) на газовой
смеси, состоящей из 7,5% SO2, 11% О2 и 81,5°о Х2‘> испытания начинают при 485е С.
Стационарное состояние системы при этой температуре устанавливается довольно
быстро, и все определение активности занимает 4—5 ч.
Содержание SO2 на выходе из цикла определяют по методу Рейха, анализ конеч-
ного газа проводится 3—5 раз без поглощения SO3 с интервалом по 30 мин. Если
результаты сходятся, определение считают законченным. Исходный газ анализируют
на содержание SO2 таким же методом, кислород определяют в исходном газе путем
поглощения О2 щелочным раствором пирогаллола.
Сразу же посте испытаний при 485° С переходят к определению активности
при 420° С и степени превращения 30—33%. Степень превращения регулируется
изменением объемной скорости; интервал между анализами конечного газа 1 ч.
Определение активности при 420° С считается законченным, если достигнутая степень
превращения не изменяется в течение 8 ч.
Степень превращения х рассчитывают по формуле:
(а — ау) 100-100
а (100 — l.ofly)
(IX-10)
где а — концентрация SO2 в исходной газовой смеси, объемн. %;
О] — то же, в газе, выходящем из цикла.
Скорость реакции w [в мольЦсм3- сек) ], отнесенная к единице объема катали-
затора:
= (IX-11)
‘-'к
или
где Ор — концентрация SO3 в реакционной циркуляционной смеси, моль/см3;
V — объем реакционной смеси, выводимой из системы за единицу времени,
см3/сек;
— объем катализатора, см3.
Константа скорости реакции рассчитывается из уравнений (IX-13) и (IX-14)
Борескова — Иванова (см. ниже).
Термическая устойчивость. Второй существенной характеристикой качества
контактной массы является ее устойчивость к перегревам. Для определения терми-
ческой устойчивости контактных масс схема установки сохраняется такой же, как
при испытании их активности, но изотермическая печь заменяется обычной электри-
ческой печью с платиновым нагревателем. В кварцевую или фарфоровую контактную
трубку внутренним диаметром 30—35 мм вставляют внутренний кварцевый чехол
Для хромельалюмелевой или платиноплатиновой термопары; наружный диаметр
Чехла 10 мм. Испытуемую массу известной активности обрабатывают двуокисью
серы и 30 мл этой массы загружают в контактную трубку.
Температуру повышают до 450° С, после чего через контактную трубку начинают
Пропускать газовую смесь, содержащую 5% SO2. Затем температуру возможно бы-
стрее повышают до 700° С и выдерживают в этих условиях 5 ч, после чего темпера-
туру быстро снижают до 450° С и проводят испытания каталитической активности.
До окончании испытаний измеряют объем выгруженной контактной массы.
- Термическая устойчивость характеризуется относительным уменьшением кон-
стант скорости реакции после описанной обработки и относительным уменьшением
объема контактной массы. Данные, приведенные в табл. IX-15, иллюстрируют тер-
мическую активность ванадиевого катализатора.
512
/А. П роизводство кис.юты контактным методом
Т а б л и ц a IX-15. Термическая устойчивость ванадиевого катализатора БАВ
(содержание двуокиси серы в воздухе 10%, объемная скорость 4000 'Г1)
Температура прогрел..-, СС Продолжи- тельность прогрева, ч Насыпная плотность, гТ~.м3 Степень превраще- ния при 4853 С, % * Снижение активности, % началь- ной Уменьшение объема, % начального
550 87 0,62 91,5 0 —
600 48 0,66 88,9 15,9 10
600 88,5 0,67 84,0 35,4 12
600 130 0,69 80,2 46,2 —
700 6,5 0,73 88,0 20,3 —
700 9,5 0,73 84,2 34,7 15
750 3 0,74 86,7 25,2 15
800 3 0,87 84,6 33,2 25
* Степень превращения после прогрева катализатора при указанных температурах
(550 — 800° С).
Сушка и насыщение ванадиевых контактных масс
Насыщение катализатора БАВ проводится в рабочих контактных аппаратах.
Сушка и разогрев контактной массы в аппарате производится сухим воздухом, со-
держащим не более 0,002% SO2 и 0,02% паров воды. Газ в аппарате проходит сверху
вниз, температуру воздуха на входе в аппарат для насыщения можно быстро повы-
сить до 80° С, а в дальнейшем постепенно повышать со скоростью 10 град/ч. По дости-
жении на входе в аппарат температуры 100—120° С ее подъем задерживается на
4—5 ч. В дальнейшем нагревание можно ускорить до 20—25 град/ч. Разогрев массы
воздухом продолжается до достижения ла входе температуры 400—420° С, затем
массу выдерживают 4—5 ч для равномерного разогрева всех участков катализатора.
Количество воздуха составляет 400—1000 м3/ч на 1 г насыщенной массы. Темпе-
ратура воздуха в нижних слоях контактной массы должна быть не ниже 360° С.
По окончании сушки к воздуху добавляют двуокись серы (для насыщения кон-
тактной массы). Вначале добавление SO2 ведут очень осторожно, с таким расчетом,
чтобы концентрация SO2 не превышала 0,1%. При этой концентрации следует про-
должать насыщение 3—4 ч, затем содержание двуокиси серы повышают до 0,2—
0,3% и, в зависимости от объема подаваемого воздуха, поддерживают на этом уровне
в течение 12—20 ч. Далее концентрацию SO2 повышают до 0,4—0,5% и сохраняют
постоянной на этом уровне до окончания насыщения. При этом вследствие превра-
щения хлоридов в сульфаты контактная масса разогревается, и термопары, нахо-
дящиеся в середине и в конце слоя массы, отмечают резкий подъем температуры.
Если температура достигнет 500° С, концентрацию двуокиси серы необходимо
снизить. Обработку контактной массы газом указанного состава следует продолжать
до тех пор, пока разность температур на выходе и входе снизится до 30° С. После
этого концентрацию SO2 постепенно повышают до 1% и поддерживают ее 4—5 ч,
чтобы полностью насытить отдельные участки контактной массы. Затем концентра-
цию двуокиси серы повышают со скоростью 0,2—0,5% в 1 ч до достижения 5?о SO2
и поддерживают эту концентрацию в течение 4 ч, далее переходят на эксплуатацион-
ный режим, если операция сушки и насыщения ванадиевого катализатора проводи-
лась в производственном аппарате. Если же эти операции выполнялись в специаль-
ном аппарате, подачу двуокиси серы прекращают и через контактную массу проду-
вают в течение 10 ч воздух при начальной температуре 420—450° С. Затем темпера-
туру воздуха снижают со скоростью 50—100 град/ч до уровня, при котором можно
перегружать контактную массу в промышленный реактор.
2. Контактное окисление S02
513
В процессе насыщения из контактной массы выделяется хлор, поэтому выходя-
щие из аппарата газы следует отводить в трубу достаточной высоты. Насыщенная
масса гигроскопична и, поглощая влагу из воздуха, разрушается. Хранение насы-
щенной массы допускается лишь в герметичной таре.
Кинетика окисления двуокиси серы
на ванадиевых катализаторах
Предложено несколько кинетических уравнений, описывающих зависимость
скорости реакции окисления SO2 на ванадиевых катализаторах от состава газовой
смеси. Более точно эта зависимость описывается уравнением Борескова — Иванова:
, Pso.,
W = kpc, --------:—jrf----
°2 Pso2 -1- А Pso
PSQs
Vso2 /Ро?
(IX-13)
где k — константа скорости реакции;
Кр — константа равновесия;
Pso2’ Ро • Pso3 — парциальные давления двуокиси серы, кислорода и трехокиси
серы;
А' — коэффициент (А' = 0,80).
Обозначим начальные концентрации (в долях) двуокиси серы через а, кислорода
через b и степень превращения через х, тогда уравнение (IX-13) преобразуется к виду
А аХ / 1 ax \
dx _ k 2 1 — х / j х2 dr ~ a . ax 1 — Ax /у2 p 2 \ p 2 \ — (IX-14) " 2 /
Здесь член 1----— учитывает увеличение концентрации SO2 вследствие умень-
шения общего объема газовой смеси в результате реакции (коэффициент А — 1 — А'
для катализатора БАВ равен 0,20—0,25).
Условное время контакта т равно
т = vK/v0 (IX-15)
где vK — объем катализатора, м3;
v0 — объемная скорость исходной реакционной смеси, приведенной к нормаль-
ным условиям, м3/сек.
В табл. IX-16 приведены значения констант скорости реакции окисления дву-
окиси серы на гранулированном ванадиевом катализаторе при 400—600° С.
Т а б л и ц a IX-16. Константы скорости k реакции окисления
двуокиси серы на промышленном катализаторе БАВ
(диаметр зерен 4,5—5 мм, длина 10 мм)
t, °C k, сек'1 -атм 1 f, °C k, сек 1-ат.ч 1
при x > 0,6 при х < 0,6
Выше 530 2,81 460 1,18 1,00
520 2,50 450 1,02 0,408
510 2,23 440 0,89 0,22
500 1,97 430 0,47 0,12
490 1,74 420 0,24 0,060
485 480 470 1,64 i 1,54 1,35 410 0,12 0,030
33 Справочник сернокислотчика
514
/А’. Производство кис.юты контактным методом
Состав и свойства катализатора зависят от состава реакционной смеси. При темпе-
ратурах 470° С и ниже в зависимости от содержания двуокиси и трехокиси серы в газе
активный компонент ванадиевого катализатора превращается в каталитически мало-
активный сульфат ванадила с одновременным фазовым превращением. В связи с этим
зависимость константы скорости реакции от температуры имеет ряд особенностей.
Для катализатора промышленного зернения (зерна 4,5X4,5 мм) подобная зависи-
мость приведена на рис IX-18. График lg k = \!Т имеет три излома — при темпера-
турах 440, 470 и 530° С и соответственно разные значения энергий активации" Е,
наблюдаемые в различных_областях
изменения температур и степеней
превращения:
/, °C X, доли Е, ккал/моль
<400 >0,6 63,8
<470 >0,6 63,8
>440 и <530 >0,6 14,5
>470 и <530 <0,6 14,5
>530 — 0
Влияние процессов массопере-
носа на скорость процесса окисле-
ния двуокиси серы. Процесс окис-
ления двуокиси серы на зернах
катализаторов, используемых в про-
мышленных контактных аппаратах,
протекает в переходной области
(между областями химической ки-
нетики и внутренней диффузии). Степень
Рис. IX-19. График lg k—l/Т для катали-
затора БАВ:
/ — зерна 0,75 мм; 2 — зерна 4,5 мм.
использования внутренней поверхности
катализатора зависит от пористости его структуры, крупности зерен и степени пре-
вращения.
На рис. IX-19 приведены константы скоростей реакции на мелких зернах ката-
лизатора (в кинетической области) и для зерен размером 4,5Х 4,5 мм (во внутридиф-
фузионной и переходной областях).
2. Контактное окисление SOn
515
Процессы переноса к внешней поверхности зерен катализатора оказывают влия-
ние на скорость окисления SO2 лишь при высоких температурах, малых степенях пре-
вращения и высоком содержании двуокиси серы. При переработке газа, содержащего
менее 10?6 двуокиси серы, влияние внешней диффузии можно не учитывать.
Отравление контактных масс
Отравление катализаторов количественно выражается относительным уменьше-
нием константы k скорости реакции, происходящим в результате подачи 1 кг кон-
тактного яда на 1 л катализатора:
dk
k dG
(IX-16)
где dk — изменение константы скорости реакции в результате подачи на катали-
затор контактного яда в количестве dG.
При постоянстве о) уравнение (IX-16) можно записать в интегральной форме:
2,303 , kH
(IX-17)
где G — общее количество яда, поданное на катализатор;
kH — константа скорости реакции до отравления;
kK — то же, после подачи контактного яда.
Характер действия контактных ядов на катализаторы:
Яды Действие на платиновые катализаторы
As2O3 Значительно снижает активность, отравляемость зависит от темпе-
ратуры и количества поглощенного мышьяка
AsH3 При 300° С в начальный период 0) = 300, затем снижается; при 450° С
« = 61; при 600° С w = 32. При высоких температурах отрав-
ление частично обратимо
Se, Те Сильное, отравление необратимо
Cl2, НС1 Активность снижается, отравление обратимо
СО, СО2 Не вызывают отравления
Действие на ванадиевые контактные массы
Н2О Не влияет при температурах выше температуры конденсации сер-
ной кислоты; при более низких температурах происходит разру-
шение контактной массы с потерей активности и механической
прочности
As2O3 Снижает активность, но значительно меньше, чем для платиновых
катализаторов. Продувка газовой смесью, не содержащей мышья-
ка, повышает активность отравленных катализаторов, но полнота
регенерации не достигается. При температурах ниже 600° С ката-
лизатор насыщается мышьяком с достижением предельной ката-
литической активности, не снижающейся при дальнейшем отрав-
лении. Снижение активности связано с блокированием поверх-
ности катализатора пятиокисью мышьяка As2O5. При темпера-
турах выше 600° С образуется летучее соединение V2O6-As2O5,
снижение активности связано с улетучиванием из катализатора
пятиокиси ванадия в виде V2O3-As2O5
AsH3 Вследствие легкой окисляемости такое же действие, как As2O3
Se Вредное действие лишь при температурах ниже 400° С, после про-
грева при 480—500° С восстанавливается первоначальная актив-
ность
33*
516
/Л'. Производство кислоты контактным методом
Яды
(углеводороды)
SiF4, HF
FeSO1
S, CS2
H2
NH3
CO2, H2S, NO
CO
Cl2, HC1
Действие на ванадиевые контактные массы
В малых концентрациях безвредны. В отдельных случаях наблюда-
лось отравление катализатора в результате покрытия его поверх-
ности углеродом, образующимся при неполном окислении угле-
водородов. Выделение углерода зависит от свойств и концентра-
ции углеводорода, концентрации кислорода и температуры
Сильные яды, резко снижают активность
Механически покрывает поверхность катализатора и вызывает
снижение активности. Накапливаясь в первых по ходу газа слоях
контактной массы, приводит к образованию корок, труднопрони-
цаемых для газа
Не отравляют при достаточном количестве кислорода
Падение активности катализатора из-за восстановления пятиокиси
ванадия
В малых количествах (до 5%) безвреден
Не отравляют
По данным большинства исследователей, не вызывает отравления,
однако в присутствии больших количеств СО возможно замедле-
ние реакции за счет восстановления SO3 (SO3 + CO^z±SO2 + СО2)
Не отравляют при малых концентрациях. При длительном воздей-
ствии возможны потери ванадия из катализатора в результате
образования VOC13
Гидравлическое сопротивление слоя
катализатора
Величина гидравлического сопротивления слоя зернистого материала опреде-
ляется по уравнению
Др = /-^-Я (IX-18)
где Ар — перепад давления при прохождении газа через слой зернистого материала,
кгс/м2-,
f — коэффициент сопротивления;
р — плотность газа, кгс- сек2/м*;
и — линейная скорость газа, отнесенная к полному сечению аппарата, м/сек-,
S — внешняя удельная поверхность слоя зерен, м2!м3-,
е — доля свободного объема (порозность) слоя;
Н — высота слоя зерен, м.
Коэффициент сопротивления зависит от критерия Рейнольдса:
f SK 4- К
(IX-19)
где Re =—=— (v — кинематическая вязкость, м2/сек).
Значения коэффициентов К и Ки для катализаторов СВД и БАВ в виде гранул,
таблеток, колец:
Катализаторы К
Гранулы СВД . . 8—9 0,6—0,65
Таблетки СВД . . 6—7 0,5—0,55
Кольца БАВ . , 10—11 0,9—1,0
2. Контактное окисление SO..
517
В области значений Re = 50 — 500 величина f может быть аппроксимирована
с точностью до 10% выражениями:
f — 4,00 Re-0,26 (для таблегок и гранул)
f = 4,20 Re~0,3 (для колец)
Если размер реактора соизмерим с размерами зерен, то к величине S надо при-
бавить 5ст — поверхность стенок аппарата, умноженную на коэффициент 0,75:
S' = S - 0,75 SCT
На рис. IX-20 приведены данные
о гидравлическом сопротивлении слоя
катализатора высотой 100 мм для га-
зовой смеси, состоящей из 7,5% SO2,
10,5% О2 и 82% N2, при средней тем-
пературе 500° С. Внешняя поверхность
катализатора S и свободный объем 8
(порозность) следующие:
Форма и размеры
зерен ’ мг'м ₽, м3/.и3
Гранулы
5X9 мм . . . 615—595 0,40—0,42
Кольца
10X10X4jhjh . 415—400 0,52—0,54
Кольца
8X8X3 мм . 510—490 0,50—0,52
Таблетки
7,5X5 мм . . 590—570 0,37—0,39
Скорость газа и^м/сен
Чтобы скорость газа и, отнесен-
ную к полному сечению слоя, пере-
считать на скорость газа в свободном
сечении слоя, надо величину и разде-
лить на свободный объем (порозность)
слоя.
Рис. IX-20. Гидравлическое сопротивле-
ние слоя катализатора высотой 100 мм
(состав газа: 7,5% SO2, 10,5% О2, 82% N2
при 500° С):
1 — гранулы 5X9 мм; 2 — кольца 8x8 мм;
3 — кольца 10X10 мм.
Определение времени контакта
Объем катализатора в стационарном слое катализатора определяется уравне-
нием:
VK = CVot (IX-20)
где VK — объем катализатора (включая свободное пространство между зернами), м3;
С — коэффициент запаса, зависящий от неравномерности температур в слое,
изменения активности катализатора, запаса устойчивости процесса и т. д.;
Vo — объем газа, проходящего через катализатор в единицу времени (при нор-
мальных условиях), м3!сек',
т — условное время соприкосновения, отнесенное к газу при нормальных
условиях, сек.
; Условное время соприкосновения определяется из уравнения:
И у
~1~ = w(x, Т) (IX-21)
518
/Д'. Производство кислоты контактным методом
или
Г dx
Х== J и> (х, Т)
Лн
(IX-22)
где хн, хк — начальная и конечная степени превращения;
u? (х, Т) — определяется из уравнения (IX-13).
Для вычисления интеграла (IX-22) в соответствии с условиями отвода тепла
мических условиях (430° С) для газовой смеси,
полученной при обжиге колчедана (началь-
ная концентрация двуокиси серы 7,5%)
должна быть задана функция
Т = (р (х) (IX-23)
Значение интеграла (IX-22)
определяется графическим путем
dx
при помощи диаграммы х —
(степень превращения — обратная
Ч ГЛ dx
скорость). Величина , равная
обратной скорости реакции, рассчи-
тывается по уравнению (IX-14). Ни-
же приведены ^примеры %>пределе-
ния т.
Изотермический процесс. Время
соприкосновения равно площади,
ограниченной соответствующей изо-
термой на диаграмме х —
dx
dx ’
осью
абсцисс и ординатами хн и хк. На
рис. IX-21 показан пример для
430° С, хн = 0,77 и хк = 0,88. За-
штрихованную площадь надо умно-
жить на масштабы координат про-
цесса. В данном примере площадь
равна ~ 109 клеточкам; одна кле-
точка по оси абсцисс равна 0,01, т. е. по оси х масштаб тх = 0,01; масштаб по
заштрихованная площадь соответствует времени
контакта в изотермическом режиме при изменении
степени превращения от х = 0,77 до х = 0,88.
оси ординат тх = 1,0. Тогда х = 109 • 0,01- 1,0 = 1,09 сек.
В табл. IX-17 и IX-18 приведено необходимое время контактирования т в изо-
термических условиях для газов следующего состава: 7,5% SO2, 10,5% О2, 82% N2
и 9% SO2, 12% О2, 79% N2, при изменении степени превращения от хн = 0 до х,
указанного в таблице.
Части таблиц, обведенные жирными линиями, рассчитаны для хн = 0,6. Чтобы
определить время контактирования при начальной степени превращения хн ф 0
(или 0,6 для части таблицы), надо из времени контакта при начальной степени пре-
вращения хн, определенного из таблицы, вычесть время контактирования, необходи-
мое для изменения степени превращения от 0 (или от 0,6 для части таблицы) до задан-
ного хк. Для приведенного выше примера из табл. IX-17 находим:
х = 1,97
0,82 + 0,96
2
= 1,08 сек.
Адиабатический процесс. При отсутствии теплоотвода температура возрастает
с ростом степени превращения х. Если пренебречь изменением теплоемкости газа
с изменением температуры, то последняя будет связана со степенью превращения
линейной зависимостью
t = /н + (х — хн)
(IX-24)
2. Контактное окисление SO.,
52]
Таблица IX-18. Необходимое время контактирования т в изотермических условиях для газа,
, . - содержащего 9% SO2, 12% О2 и 79% N2
(обведенное жирном линией рассчитано при начальной степени превращения хн = 0 6)
где /н — начальная температура при х — хн;
X — максимальное увеличение температуры газа (в град), отвечающее измене-
нию степени превращения .г от 0 до 1 в адиабатических условиях. При-
ближенно рассчитывается по формуле
Х^ 10,1 —
СР
(IX-25)
где а — начальная концентрация двуокиси серы, %;
ср — средняя теплоемкость газовой смеси [в кал,!(м3- град) ] при 500° С и х = 0,5.
Ниже приведены значения X для газовых смесей с различным содержанием дву-
окиси серы, рассчитанные по более точным формулам с учетом изменения объема
реакционной смеси и состава газа при протекании реакции окисления SO2 в адиаба-
тических условиях:
Содержание so2, % Л, град Содержание so2, % град Содержание so,, % Л, град
2 60 7,5 213 12 328
3 89 8 226 14 378
4 117 9 252 17 440
5 145 10 278 20 506
6 173 И 303 62,5 1150
7 200
Мольные теплоемкости газов (при р = const) вычисляют по формулам:
СОг = 6,148 + 3,102- 10-3Г — 9,23- 10“ 7Т~2
Cso2 = 6’147 + 13,844- Ю-ЗТ — 91,03- Ю’7?2 + 2,057- 10~9Т3
CSo3 = 3,603 + 36,310- Ю-ЗТ — 288,28- Ю’7?2 + 8,649- 10~9Т3
CN - 6,492 4- 1,4125- 10-3Г — 0,807- 10" 1Т3
где Т — температура, °К-
Как видно из выражения (IX-24), между температурой и степенью превращения
в адиабатическом процессе существует прямолинейная зависимость. На рис. IX-22
в координатах t — х представлено 29 адиабат, отвечающих различным значениям /н
и хн для исходной газовой смеси состава: а = 7,5% SO2, b = 10,5?6 О2. На рис. IX-23
подобные же адиабаты представлены для исходной газовой смеси состава: а =9% SO2,
b = 12% О2. Кривые на обоих графиках t — х показывают зависимость между тем-
пературой и равновесной степенью превращения, следовательно, эти адиабаты не
могут пересечь кривую хр равновесного превращения. Используя рис. IX-22 и IX-23
, dx
в сочетании с соответствующими графиками х-------изотермического процесса
(рис. IX-24), можно построить графики т — х адиабатического процесса, по которым
-непосредственно определяется время контакта газа с катализатором, необходимое
для изменения степени превращения х от любого значения хн до любого хк в адиаба-
тических условиях.
Рассмотрим, например, адиабатический процесс в пределах от х = 0,7 до х =
= 0,85 при /н = 480° С. Исходная точка этого процесса на рис. IX-22 находится
в начальной точке адиабаты 14, на рис. IX-24—в начальной точке изотермы 480° С.
При х = 0,75, как видно из этого рисунка [а также по расчету, см. выражение
(IX-24)], адиабата 14 находится на изотерме 490° С. Таким же путем находим точку
х — 0,8 на изотерме 500° С, а точку х — 0,85 на изотерме 510° С. Соединяя эти точки,
dx „ ,
получим отрезок кривой в координатах х — , отражающий ход адиабатического
Рис. IX-22. Диаграмма t — х для газа начального состава 7,5% SO2 и 10,5% О2:
Рис. IX-23. Диаграмма t—х для газа начального состава 9% SO2 и 12% О2:
1—31 — адиабаты т — ’х (см. рис. IX-26).
2. Контактное окисление SO*
523
4
3
2
(LT
Лх
О
0,7 0,75 0.8 0,85
процесса в интервале от х = 0,7 до х — 0,85 при начальной температуре 4803 С.
По площади диаграммы под этим отрезком методом графического интегрирования
(как и по диаграмме на рис. IX-21) определяется время, необходимое для возраста-
ния х от 0,7 до 0,85 при /н = 480° С. Делая такие расчеты и построения для разных
начальных величин х и температур t (применительно к адиабатам на рис. IX-22)
при небольших интервалах изменения х, найдем ряд значений изменения х и соот-
ветствующих им значений времени т. Таким способом для всех адиабат, изображенных
на рис. IX-22, построено 29 адиабат в координатах х— т (рис. IX-25).
По этим графикам определяется необходимое время окисления SO2 от исходного
значения х до заданного. Предположим требуется узнать время окисления от х = 0
до х = 0,6 при начальной температуре 450°С.
На рис. IX-22 этим исходным условиям со-
ответствует адиабата 1, по которой находим,
что при х — 0,6 температура достигает
-^580° С. По диаграмме т — х на рис. IX-25, а
на адиабате 1 находим необходимое время
(от х = 0 до х = 0,6) т — 0,36 сек.
На рис. IX-26 представлена 31 адиабата
в координатах т — х для газовой смеси ис-
ходного состава: 9?6 SO2 и 12% О2. Эти кри-
вые соответствуют адиабатам в координатах
х— t, показанным на рис. IX-23.
Для газа исходного состава 9% SO2 и
12% О2 зависимость времени контактирова-
ния т от степени превращения хн до хк при
различных начальных температурах приве-
дена в табл. IX-19.
Диаграммы на рис. 1Х-25и IX-26 удобны
также для определения оптимальной темпе-
ратуры газа на входе в адиабатический слой
контактного аппарата с заданным количе-
ством катализатора. По эксплуатационным
данным о начальной и конечной степенях
превращения определяется активность ката-
лизатора. В этом случае ее целесообразно
характеризовать фактическим временем кон-
тактирования Тф, при котором степень пре-
вращения в слое изменяется от хн до хк. Расчетное время контактирования, необхо-
димое для изменения степени превращения от хн до хк при заданной температуре
входящего газа и «стандартной» активности катализатора, определяется по диа-
грамме т — х. Отношение фактического времени пребывания к расчетному пока-
зывает, во сколько раз изменилась активность катализатора. Например, при
хн = 0,935, хк = 0,951 и /н = 427° С расчетное время контакта т = 0,6 сек (кривые
25 на рис. IX-22 и IX-25, г). Фактическое время контакта Тф -^ 0,75 сек. Отсюда
находим, что активность катализатора уменьшилась в 0,75 : 0,6 = 1,25 раза.
Оптимальная температура газа на входе в слой также определяется из диа-
граммы т — х. Для этого на рис. IX-25, г проводим линию, параллельную оси абс-
цисс и соответствующую заданному хн (в данном случае хн = 0,935); линия пересе-
кает адиабаты на диаграмме т — х в точках /, 2, 3. Затем проводим попарные верти-
кальные линии, параллельные оси ординат и отстоящие друг от друга на расстояние
расчетного т = 0,6 сек. Каждая левая вертикальная линия проходит через точки /,
2, 3, правые вертикальные линии пересекают соответствующие адиабаты в точках Г,
2', 3'. В нашем примере точки 1 и 1' соответствуют исходным координатам системы
(хн = 0,935, хк = 0,951, т = 0,6 сек).
Наибольшая ордината точки пересечения правой вертикали со «своей» адиабатой
определяет максимальную степень превращения, возможную в данном слое ката-
лизатора; в нашем примере это соответствует пересечению вертикали с адиабатой 24
0,9 х
dx
Рис. IX-24. Изотермы х--------
для газовой смеси, полученной об-
жигом колчедана и содержащей
7,5% SO2:
[жирная линия — адиабата 14 (см. рис.
IX-22) при хн = 0,7 и /н = 480° С].
524
IX. Производство кислоты контактным методом
(точка 3'). При этом максимальная степень превращения в слое хк = 0,962. По адиа-
бате 24 (см. рис. IX-22) находим, что при дк = 0,935 температура газа на входе в стой
должна быть —4473 С.
Общий случай. Температуры, достигаемые при одинаковых степенях превра-
щения, будут меньше при отводе тепла, чем в адиабатическом процессе, и линия,
Рис. IX-25. Диаграмма т — х для газа
а — адиабаты 1-6 при %н —: 0 и /н = 400 — 450° С, адиабаты 7—10 при хн = 0,3 и /н — 130 —
х(( — 0,8 и /н — 420 — 460° С; г — адиабаты ‘24—‘29 при хи~ 0,9 И
2. Контактное окисление SO.,
525
изображающая процесс на диаграмме t — х, пройдет левее адиабаты, отклоняясь от
нее на количество отводимого тепла, выраженное в градусах:
<1Х'26>
где At— соответствующее отклонение температуры газа от адиабаты, град;
q — количество отводимого тепла при достижении данной степени превращения,
ккал',
G — количество газа, кг',
Ср — теплоемкость газа, ккал/(кг-град).
Чтобы определить необходимый объем контактной массы, на диаграмме t — х
строят адиабату, затем от нее откладывают влево выраженную в градусах величину
теплоотвода (до достижения данной степени превращения) и определяют линию про-
dx
цесса, которую переносят на диаграмму х — так же, как описано для адиабати-
йачального состава 7,5% SO2 и 10,о% О2:
460° С; б — адиабаты 11-18 при х(1 — 0,7 и /н = 440 —510° С; в— адиабаты 19—23 при
% 400 — 440° С (точки 1—3 и I' —3' — к определению т расчетного).
526 /Д’. Производство кисюпш контактным методом
ческого процесса. Необходимое время соприкосновения для данного случая, вы*
численное по диаграмме х—-j- , тоже равно площади, ограниченной линией про-
цесса, осью абсцисс и ординатами хн и хк.
Псевдоожиженный слой. Время контактирования в псевдоожиженном слое
зависит от соотношения диаметра и высоты слоя, скорости газа, крупности частиц,
интенсивности перемешивания газа и твердых частиц в слое и других факторов.
Расчет количества катализатора с учетом перечисленных условий пока невозможен.
Рис. IX-26. Диаграмма т — х* для газа
в — адиабаты 1 — 6 прн xJf = Ои <8 = 400—450° С, адиабаты 7—// при хн = 0,3 и 1Н — 43& —
' ; хн — 0,8 н = 420 —460° С; г — адиабаты
2. Котошктнет окисление SOt
S27
Для грубой оценки т можно предположить, что в псевдоожиженном слое происходит
полное выравнивание концентраций реагирующих веществ и температур. При таком
предположении расчет дает увеличенное время контактирования по сравнению с фак-
тически необходимым:
1^"
т = 4- -------- • ------ --------------—(1Х-27>
Л , ах 1 — х «ж ' •
'’-“ТО 1 х» ‘ " ТО
(1 — хр ах
Р . о 2
где т — необходимое время контактирования для достижения степени превращения
хк при заданном хк; -то
k — константа скорости реакции;
Кр— константа равновесия реакции;
а, b — начальные концентрации SO2 п О2 в газе.
Начального состава 9% SO2 и 1Д?°а О2:
Ч?0° С; п — адиабаты 12—20 при *н = 0,7 и tfJ — 440—520° С; в — адиабаты 21—25 при
31 при хн = 0,9 и ta = 400—440° С. ; ‘ '
3. Оптимальные условия окисления
529
Таблица IX-19. Степень превращения х (в %) в адиабатических условиях для газа,
содержащего 9% SO2, 12% О2 и 79% N2
So 440 90,0 I 92,0 93,5 94,7 95,5 96,2 96,5 96,8 96,9 97,0 97,0
ь 0 ч Й id 90,0 91,2 92,4 93,5 94,6 95,5 96,2 96,7 97,0 97,4 97,4 97,4
? °- 420 90,0 90,6 91,2 91,8 92,4 93,1 93,7 94,4 95,5 95,6 96,1 96,5 96,9 97,2 97,5 97,6
£ 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 1
460 1 80,0 83,0 85,5 87,7 89,5 91,0 92,0 92,7 93,3 93,6 93,7 93,9 93,9
450 80,0 82,6 84,9 86,9 88,8 90,3 91,5 92,5 93,3 93,8 94,2 94,5 94,7 1 94,7
440 | о со со сч lq г- оо оо со сч со ю о о4 -г o’ г4" с7 о —* сч со ^4" to io irf ООООООООООООСТ>СТ>СТ>ОСТ>СТ>ОС}СТ>
Й Си Ф с 2 430 80,0 81,3 82,7 84,4 86,0 87,6 88,9 I 90,1 91,3 92,3 93,2 94,5 95,3 95,8 96,0 96,1
01 К сП Щ 490 О — СООООО—' сч сч О О -* lc t' ь." об со об" г-г-'оооооооооооооо
Начал 480 | ОЛ-С-Г — -f — COTf-f d irf о n оо* а>" о* ь-г-~оооооооооооооооо
470 С^'М'-М'ЧОиОСОСЧ'М'ЮЮ о* -т стГ со* d об Ф d о’ о’ о* Г- Г- 00 00 ОО ОО СТ) СТ) О Ст)
460 70,0 74,3 78,4 88,2 85,4 87,9 89,6 90,6 91,1 91,4 91,5 91,6 I 1
N30 ‘1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
О 0 СП 450 0 10,0 19,4 30,5 41,9 51,1 58,1 62,8 65,5 66,8 67,4 67,7 67,8
й Си ф С 2 440 1 ° [ 3,8 12,7 21,4 31,6 42,5 51,6 58,7 63,7 66,7 68,3 69,0 69,3 69,4 69,5
ф к СП 430 0 1,8 4,2 5,8 7,9 10,9 16,2 24,4 33,8 44,3 53,2 60,0 65,0 68,1 69,7 70,9 71,1
СП з* я X 420 0 0,8 1,8 2,4 3,0 3,7 4,4 I 5,3 6,2 7,4 8,7 10,4 12,7 16,0 21,9 38,8 56,5 67,2 87,3
0 0,1 0,2 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20
3. ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ КОНТАКТНОГО окисления
ДВУОКИСИ СЕРЫ НА ВАНАДИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ
Оптимальные температуры
Оптимальной (при данной степени превращения) называется температура, при
которой скорость реакции имеет наибольшее значение при равенстве всех прочих
условий. Оптимальная температура реакции окисления двуокиси серы может быть
определена, так как при низких температурах, вдали от равновесия, скорость реак-
ции возрастает с повышением температуры, а при высоких температурах, вблизи
равновесия, скорость реакции снижается вследствие приближения системы к равно-
весию.
Оптимальная температура вычисляется из уравнения, определяющего экстремум
функции
, / dx \
Решение этого уравнения приводит к связи оптимальной температуры Топт
с равновесной для данной степени превращения
Т'опт — Т'р
R 2 EP-MQ
MQ Р 1П Е
+ MQ Тр 1 Е
(IX-29)
где Тр — равновесная температура для заданной х;
Е — энергия активации прямой реакции, ккал/моль.
Q — тепловой эффект реакции, ккал/моль;
R — универсальная газовая постоянная, ккал/(моль- град);
М — число молей SO2, окисляемой при превращении одного активного ком-
плекса.
Значения энергии активации Е прямой реакции и величины М приведены ниже;
Контактные массы ............... Платиновые Ванадиевые Окись железа
Е, ккал/моль........................ 17 22 36
М.................................... 1 2 2
Как видно из этих данных, разность между Т0Пт и Тр, согласно формуле (IX-29),
различна для разных контактных масс. Значения оптимальных температур окисле-
ния SO2 при различных степенях превращения для газовых смесей разного началь-
ного состава приведены в табл. IX-20.
В оптимальных условиях процесса изменение температуры с увеличением сте-
пени превращения соответствует оптимальной температурной кривой. При опти-
мальной температуре скорость реакции максимальна, следовательно, обратная ей
dx
величина ~ f (х, Т) минимальна. Протекание реакции в этом случае изобразится
dx
Па диаграмме х—кривой, совпадающей для каждого значения х с низшей изо-
термой, огибающей все семейство изотерм. Необходимое время соприкосновения равно
Площади, ограниченной огибающей изотермой, соответствующими ординатами и
осью X.
34 Справ очник сернокислотчик_а___
530
IX. П роизводство кислоты контактным методом
Таблица IX-20. Оптимальные температуры окисления
(в СС)
Начальный Степень превращения .v. %
состав газа, %
so2 О 2 1 N» | 70 1 1 75 j 80 | 85 90 92 94 96 97 97,5 98,0 98,5
Газ,
получаемый
при обжиге колчедана
6,0
7,0
7,5
8,0
9,0
12,7
11,3
10,5
9,8
8,1
81,3
81,7
82,0
82,2
82,9
530
530
530
530
530
530
530
530
530
530
530
530
530
525
515
518
513
509
506
495
493
488
484
481
470
480 465
475 460
473 457
468 453
458 443
445
440
440
440
440
440
440
440
440
430
440 433
438 428
435 425
432 422
422 412
420
415
413
410
400
Газ, получаемый
при сжигании серы
11
9
7
10
12
14
Газ,
79,0 530
79,0 530
79,0 530
530
530
530
521
530
530
получаемый
501 I
512
520 I
476 I 464
487 475
495 j 482
448
460
467
440
440
447
435 427
440 438
440 440
417
427
435
при сжигании сероводорода
405
415
422
8 I 6,7 I 86,3 | 530 I 525 I 508 I 488
9 3 86,0 520 503 484 463
464 I 452 I 440 I 438 I 424 1 415 1 406 | 395
440 440 427 407 396 386 378 367
Смесь двуокиси
серы с воздухом
17
20
18,1
17,3
16,8
67,9
65,7
63,2
530
530
530
530
530
530
530
530
530
524
519
513
498
493
488
485
480
475
469
465
459
449
444
440
440 440
440 440
440 438
437
432
427
424
419
415
Смесь двуокиси серы
с кислородом
62,5 37,5 — 530 530 530 528 499 485 468 446 440 440 432 419
64,5 35,4 — 530 530 530 519 489 474 457 440 439 430 420 407
66,7 33,3 — 530 530 530 507 473 456 440 427 409 397 384 —
Время контактирования т при оптимальном процессе для газа начального со-
става 7,5% SO2, 10,5% О2 и 82% N2 и различных степенях превращения приве-
дено ниже:
X т, сек X Т, сек X т, сек
0,60 0,24 0,85 0,57 0,94 1,13
0,64 0,27 0,88 0,69 0,95 1,31
0,66 0,28 0,90 0,74 0,96 1,57
0,70 0,32 0,91 0,81 0,97 1,99
0,75 0,38 0,92 0,89 0,975 2,43
0,80 0,45 0,93 1,00 0,980 3,42
Опт имальная температур а при добавлении холод
ного воздуха. Охлаждение реакционной смеси возможно при добавлении
3. Оптимальные условия окисления
531
холодного воздуха. В этом случае объем газа изменяется и оптимальные условия,
соответствующие максимальной интенсивности процесса, определяются равенством
dt J x=const
где V — объем реакционной смеси.
Это равенство преобразуется к условию:
ft (t - /х) = fvV - о (IX-30)
f df . df ,
где ft — и fy = -t--------частные производные от обратной скорости реакции,
умноженной на увеличение объема, по температуре и
степени превращения (надо учитывать, что исходный
состав газа и соответственно скорость реакции зависят
от количества добавленного воздуха);
df = v •
' dx ’
— температура холодного воздуха.
Объем газа V при степени превращения х зависит от начальной температуры газа
на входе to, температуры холодного воздуха tK и объема газа на входе Vo
V=V0
+ hx — lx
%
(1Х-31)
где X — максимальный разогрев исходной газовой смеси при полном окислении
двуокиси серы в адиабатических условиях (стр. 521), град.
В табл. IX-21 приведены результаты расчета количества добавляемого холодного
воздуха и объемов катализатора, необходимых для разных степеней превращения.
Таблица IX-21. Изменение объема газа и катализатора при оптимальном
режиме окисления с добавлением и без добавления холодного воздуха
(начальный состав газа 9% SO2; 12% О2;
температура холодного воздуха 40° С; начальная температура 440° С)
Степень превращения х, % Темпера- тура, °C Относитель- ное увеличе- ние объема газа Объем катали- затора ^опт’ м3 Темпера - тура, °C Объем ката- лизатора * м3 опт Относитель- ное умень- шение объема катализатора V /V* опт/ опт
С добавлен и е м Б е з д о б а в л е н и я
воздуха воздух а
70 530 1,18 0,41 530 0,43 0,95
80 530 1,23 0,52 530 0,57 0,91
84 520 1,27 0,58 517 0,66 0,88
88 503 1,34 0,68 499 0,81 0,84
90 493 1,38 0,75 488 0,92 0,82
93 475 1,46 0,91 468 1,19 0,77
95 458 1,53 1,10 451 1,51 0,72
96 448 1,57 1,24 440 1,78 0,70
97 440 1,61 1,46 440 2,23 0,66
98 438 1,62 1,97 428 3,80 0,52
Расчет количества добавляемого холодного воздуха для достижения заданной
Р^пени превращения х при соответствующей ей оптимальной температуре t, опре-
деляемой из уравнения (IX-30), проводится по формуле (IX-31).
532
IX. Производство кислоты контактным методом
В табл. IX-22 приведено рассчитанное количество воздуха, которое необходимо
добавлять к газовым смесям различного состава для достижения оптимальной конеч-
ной температуры.
Таблица IX-22. Оптимальное количество добавляемого холодного воздуха
(температура холодного воздуха 40° С, начальная температура 440° С,
конечная степень превращения х~ 98%)
Начальный состав газовой смесн, % Конечное содержа- ние SO2 +SOs в газовой смеси, % Конечная опти- мальная темпе- ратура, °C Количество воздуха, добавляемого на 1 м3 исходного газа, м3
so2 О2
Газ, по лученный сж иганием серы
8 13 5,1 439 0,55
9 12 5,5 438 0,62
10 11 5,9 437 0,70
11 10 6,2 436 0,78
12 9 6,5 435 0,84
Г а з, п о л у ч е нный сжиган ием се р о в о Д о р о д а
8 6,7 5,0 431 0,59
9 5,0 5,4 429 0,66
Отвод тепла. Если окисление двуокиси серы осуществляется в полном соот-
ветствии с оптимальными температурными условиями, то количество тепла, подле-
жащее отводу, слагается из тепла реакции
/ dx \
dqr = VoaQ ( -^) dx (IX-32)
\ UT / опт
и уменьшения энтальпии газовой смеси при снижении температуры в соответствии
с кривой оптимальных температур
dq2 = — Vo (1 + ах) ср ) dx (IX-33)
\ аТ / опт
где Ко — начальный объем газа (приведенный к нормальным условиям), прохо-
дящего через катализатор в единицу времени, м31сек\
а — начальная концентрация SO2, кмоль! м3\
Q—теплота реакции, отнесенная к 1 кмоль двуокиси серы, ккал/кмолъ',
ср — теплоемкость газа, кк.ал/\м3 граду,
( dx\
( -г—} — производная степени превращения по времени контакта для оптималь-
\ dx / ОПТ
ного температурного режима;
/ dt \
I -г-) — производная температуры по времени контакта для оптимального тем*
\dx J ОПТ
пературного режима;
а — относительное изменение объема реакционной смеси при полном пре*
(а \
а —------— I .
3. Оптимальные условия окисления
533
Таблица IX-23. Количество тепла ()
\ ЦУк / опт
которое необходимо отводить от катализатора
при разных степенях превращения х
(начальный состав газа: 7,5% S, 10,5% О2)
X, % т, сек ( Л’к/ кка.1/(м3-сек) х, % х, сек ккал/(м*сек)
65 а 27 33,5 88 0,69 19,9
70 0,32 27,7 90 0,74 18,1
75 0,38 21,7 92 0,89 12,1
80 0,45 20,6 94 1,13 8,8
84 0,54 29,3 96 1,57 3,4
86 0,61 24,6 98 3,42 1,3
Суммарное количество тепла, которое необходимо отвести от единицы объема
катализатора на данной стадии контактирования, определяется из суммирования
уравнений (IX-32 ) и (IX-33):
(IX-34)
- Оптимальная концентрация двуокиси серы
Оптимальная концентрация двуокиси серы определяется из условия достижения
максимальной производительности контактного аппарата при заданных сечении его,
гидравлическом сопротивлении и конечной степени превращения хк.
Необходимый объем катализатора, отнесенный к единице производительности,
пропорционален времени контактирования т и обратно пропорционален начальной
концентрации двуокиси серы а:
(IX-35)
С увеличением разбавления газа избыточным воздухом концентрация кисло-
рода b возрастает, концентрация двуокиси серы а снижается, а множитель Ь —
ах \ тт , ах
----увеличивается. Член 1----------увеличивается очень незначительно, и в
целом подынтегральная функция в уравнении (IX-35) уменьшается.
Таким образом, с разбавлением газа необходимый объем катализатора умень-
шается. Однако с уменьшением концентрации двуокиси серы возрастают объем газа,
гидравлическое сопротивление и расходы на отделения компрессии и абсорбции.
При заданном сечении контактного аппарата и предельном гидравлическом сопро-
534
IX. Производство кислоты контактным методом
тивлении слоя катализатора зависимость производительности от начальной концен-
трации SO2 определяется уравнением:
Рис. IX-27. Зависимость произ-
водительности G контактного
аппарата от начальной концен-
трации SO2 в газе а, полученном
обжигом колчедана:
1 — в аппарате с промежуточными
теплообменниками; 2 — в аппарате
с вводом холодного газа после 1-го
слоя.
°=“х-йг С'х-зв)
где G — относительная производительность кон-
тактного аппарата;
«] — коэффициент пропорциональности.
На рис. IX-27 показано изменение произ-
водительности контактного аппарата в зависи-
мости от концентрации двуокиси серы в газе, по-
лученном при обжиге колчедана.
Ниже приведены оптимальные концентра-
ции аопт двуокиси серы при контактировании
газов, полученных сжиганием колчедана, серо-
водорода или серы в воздухе, а также смеше-
нием двуокиси серы с воздухом и кислородом:
Исходное сырье аопт’ %
Двуокись серы (100% SO2) . . . 14—15
Сера...........................8,5—9
Сероводород ................... 8—9
Колчедан ...................... 7—7,5
4. ВАЖНЕЙШИЕ ТИПЫ КОНТАКТНЫХ АППАРАТОВ
И ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ИХ РАСЧЕТА
Конструкция контактного аппарата должна отвечать следующим основным
требованиям:
1) обеспечивать протекание процесса с максимальной скоростью при возможно
меньшей затрате катализатора, т. е. ведение процесса окисления на всех стадиях
по оптимальной температурной кривой или вблизи нее;
2) достижение конечной степени контактирования порядка 98—99%;
3) малое гидравлическое сопротивление;
4) устойчивая работа при изменении концентрации SO2 и температуры;
5) простота регулирования и автоматизации;
6) доступность всех деталей для ремонта и замены при их амортизации;
7) легкость загрузки и выгрузки катализатора и простота пуска в эксплуа-
тацию;
8) большая тепловая инерция (после перерывов работы аппарат должен вклю-
чаться без подогрева);
9) минимальные габариты и невысокая стоимость контактного узла.
Для достижения высокой степени окисления двуокиси серы по мере хода реак-
ции приходится отводить выделяющееся тепло. Все известные до последнего времени
конструкции контактных аппаратов можно разделить на две основные группы в за-
висимости от метода отвода тепла:
1. Аппараты с промежуточным теплообменом, в которых реакция окисления
двуокиси серы и теплообмен проводятся раздельно, последовательными этапами,
т. е. реакция в слоях катализатора протекает в адиабатических условиях, а тепло
отводится между слоями).
2. Аппараты с непрерывным теплообменом, в которых отвод тепла осуще-
ствляется одновременно с протеканием реакции, а теплообмен происходит между
слоем катализатора и холодным газом через теплообменную поверхность.
3. Аппараты с псевдоожиженными слоями катализатора, в* которых тепло
отводится одновременно с протеканием реакции или между слоями. Особенностью
этих аппаратов является изотермичность процесса в каждом слое катализатора.
4. Типы контактных аппаратов
535
Для расчета должны быть заданы производительность контактного аппарата,
состав газа на входе в него, допустимое гидравлическое сопротивление, характери-
стика контактной массы (значения констант скорости реакции, размер зерен, насып-
ная плотность) и конечная степень превращения SO2. Расчетом определяется темпе-
ратурный режим, начальные и конечные степени превращения по слоям катализа-
тора, объемы и высоты слоев контактной массы в отдельных стадиях, а также поверх-
ность и основные конструктивные размеры теплообменников, включая их элементы.
Расчет целесообразно проводить в следующем порядке: составление материаль-
ного и теплового баланса для определения количества и свойств газа, подлежащего
переработке (плотность и теплоемкость в зависимости от температуры); определение
координат процесса (температура, степень превращения) поверхности теплообмен-
ных элементов, объема контактной массы, диаметра контактного аппарата, 'Исходя
из допустимого гидравлического сопротивления.
Аппараты с адиабатическими слоями
контактной массы
Материальный баланс. Расчет ведут по каждому компоненту газо-
вой смеси, определяя его объем Или массу при входе в аппарат и выходе из него.
Количество поступающих газов:
G-22,4-100
0 ~ 24-98хкт)а
(IX-37)
где Уо — объем газа, ле3/ч;
G — производительность аппарата, кг H2SO4/сутки’,
хк — конечная степень превращения;
т] — коэффициент поглощения SO3 в абсорбционном отделении (0,99 <С ri <<
< 0,995);
а— содержание двуокиси серы в исходном газе, объемн. %.
Аппараты с промежуточными теплообменниками
Для определения координат процесса общее число стадий задается условиями
расчета. Распределение температур t и изменений степени превращения х между
отдельными слоями определяют из условия минимума суммарного времени контак-
тирования в аппарате.
Условие минимума суммарного времени контактирования и, следовательно,
наибольшая интенсивность процесса удовлетворяют двум правилам:
1. Наибольшая интенсивность процесса отвечает равенству степеней исполь-
зования контактной массы в конце каждого этапа контактирования и в начале сле-
дующего этапа. Под степенью использования контактной массы здесь понимается
соотношение скоростей реакций при заданных условиях и при оптимальной темпе-
ратуре. Это означает, что концы отрезка, отображающего процесс в промежуточном
теплообменнике, находятся на кривых с одинаковым удалением от оптимальной
кривой.
2. Степень использования контактной массы в конце каждого слоя должна
быть больше, чем в начале. При этом Ахг- — изменение степени превращения по
адиабате до достижения оптимальной кривой и Axz — изменение степени контакти-
рования по адиабате после пересечения кривой оптимальных температур связаны
соотношением
д(-£-\
\ dx I г. . \ dx ) х-
я, (IX-38)
536
IX. Производство кислоты контактным методом
Координаты, удовлетворяющие этим правилам, находят путем подбора, выпол-
лг тт j t/Т
няемого следующим образом. При заданных хн и /н находят , затем при /н, отли-
. »
чающейся от заданной на величину А / так, что /н = /н 4- А/, находят новое зна-
/ t/т \ '
чение I 1 и определяют величину
Рис. IX-28. Диаграмма / — х
аппарата с промежуточными
теплообменниками.
(IX-39)
Соответствующим подбором хк и /к находят
аналогичным путем
/ dx \ / dx \ '
причем и \~^) определяют при выбран-
ных хк, /к и хк, /к+ А/. Равенство выражений
(IX-39) и (IX-40) указывает на правильность опре-
деления хк и tK.
Координаты рассчитывают с помощью диаграмм t — х и х-----j— в такой после-
довательности (рис. IX-28):
1) задаются начальными координатами х1Н = 0, 440 С /1н < 450 (точка /);
2) из начальной точки х1Н, /1Н проводят адиабату до точки 2, определяемой
заданной степенью использования контактной массы в конце первого слоя. Уравне-
ние адиабаты:
I — /щ 4~ (X — Х1Н)
(IX-24)
(здесь А — максимальное увеличение температуры газа, отвечающее изменению
степени превращения х от 0 до 1 в адиабатических условиях);
3) из точки 2 проводят отрезок, параллельный оси /, до точки 3, в которой
степень использования контактной массы такая, как в конце первого слоя;
4) из точки 3 проводят адиабату, параллельную линии 1—2. Конечные коор-
динаты второго слоя (точка 4) находят из уравнения (IX-38);
5) из точки 4 проводят отрезок, параллельный оси t (см. выше), и так далее
для всех заданных слоев катализатора,
Если в результате расчета полученная (рассчитанная) конечная степень превра-
щения будет отличаться от заданной, построение диаграммы в координатах / — х
повторяют, изменив конечную степень превращения х1К в первом слое. Если рас-
считанная конечная степень превращения больше заданной, следует уменьшить х1к,
если меньше — увеличить.
Для расчета координат оптимального режима аппаратов с промежуточным
теплообменом на электронных вычислительных машинах (ЭВМ) лучше применять
следующие уравнения:
1. Правило 1 (стр. 535) означает, что скорости реакции в конце каждого слоя
и начале следующего равны
ДО (х/к» Gk) = ДО (*t‘+iH, ^z+ih) (IX-41)
где w (х, /) — скорость реакции, определяемая выражением (IX-14); здесь xJK =
= *<+1н> т. е. степень превращения между слоями не изменяется.
4. Типы контактных аппаратов
537
2. Правило 2 отвечает следующему условию:
j ft(x, t)dx = Q (IX-42)
XiH
f(X(0=__L_
Функции f (x, i) и ft (x, t) получаются из выражения (IX-14):
। ax
t , a 2 1 — Ax 1 /Tv
f = (x, t) = -r--------------;---=—--— (I x -43)
k b ax 1—x 1—L(x, t) v /
' , ax
1 / x \ 2 2~
L(x, t) =\—t——)----------— (IX-44)
K2 \ 1 — x 1 ax v '
" b----
, A— n А Г £ 2L(x, i) dlnApT
ft(x, t) f(x, 0 RT2 !_L(X ’ dt j (IX-45)
dlnKp 4812,3
dt “ T2
2,8254
T
+ 2,284 • IO"3 — 14,024-10-7T 4- 3,591 • 10-10T2
(IX-46)
В адиабатическом процессе x и t связаны линейной зависимостью [см. уравне-
ние (IX-24)]. Алгоритм расчета следующий. Заданы состав газа а,Ь, начальная тем-
пература /1Н и степень превращения х1н, число слоев п и конечная степень превра-
щения в аппарате хпк. Выбирают значение х1к и по уравнению (IX-41) находят
начальную температуру перед вторым слоем /2Н. Затем интегрируют выражение
(IX-42) до тех пор, пока интеграл не станет равным нулю, и таким образом нахо-
дят х2К и соответственно /2К. Далее из уравнения (IX-41) определяют Хзн, /Зн и т. д.
Если рассчитанное таким образом значение хпк не совпадает с заданным, изме-
няют х1к) и расчет повторяют заново.
По найденным координатам процесса (х;н, /;н, xtK, /£К) можно, исходя из урав-
нения
'(К
т(= j f(x,t)dx (IX-47)
рассчитать необходимые времена контактирования по слоям. Для примера укажем,
что расчет четырехслойного контактного аппарата с промежуточными теплообменни-
ками на ЭВМ «Минск-2» занимает 15—20 мин.
В табл. IX-24 приведены результаты расчета оптимального режима трех-,
четырех- и пятислойного контактных аппаратов.
538
IX. Производство кислоты контактным методом
Т а б л и ц a IX-24. Оптимальные координаты процесса
в контактном аппарате с промежуточными теплообменниками
(начальный состав газа 7,5% SO^ 10,5% О2)
Стадии контак- тирования Параметры Числовые значения параметров по стадиям контактирования
в 3 стадии в 4 стадии в 5 стадий
I *к 0,723 0,707 0,686
/и, °C 440 440 440
tK, °C 594 591 586
т, сек 0,671 0,613 0,571
II •^к 0,947 0,920 0,875
t№ °C 431 451 482
/к, °C 479 497 522
т, сек 1,427 0,834 0,428
III 0,980 0,971 0,949
tw °C 426 436 450
tK, °с 433 446 466
т, сек 2,787 1,271 0,771
IV — 0,980 0,974
t№ °с — 429 436
t °C — 431 442
т, сек — 1,418 1,025
V — — 0,980
t№ °C — — 429
°C — — 430
т, сек — — 1,101
2 Тй сек 4,885 4,136 3,896
Аппараты с вводом холодного газа между первым
и вторым слоями и промежуточными теплообменниками
между остальными
Как и дляаппарата с теплообменниками, координаты процесса (распределение
температур t и степеней превращения х по слоям) определяются из условия мини-
мального времени контакта. Минимум времени контакта определяется из следующих
условий (при этом учитывается, что через первый слой проходит газа меньше, чем
через остальные):
1. При подаче холодногсГгаза после первого слоя изменяется не только тем-
пература, но и степень превращения, причем температура 11к и степень превраще-
ния /1К в конце первого слоя и в начале следующего (/2Н, х2н), объем газа после
первого слоя V\, количество добавляемого холодного газа /х. г и его температура /х. г
связаны следующими соотношениями
Vx.r = V1y1K~tlH (IX-48)
*2Н ьх. Г
х2Н = х1к _1 1(/ (IX -49)
И1 ~Г "х. г
4. Типы контактных аппаратов
539
Условию максимальной интенсивности процесса в аппарате отвечает равенство
скоростей реакции в конце первого и в начале второго слоев:
W {XlKi ^1к) = W (*2Н> ^2н)
Это условие аналогично выражению (IX-4I) для аппарата с промежуточными
теплообменниками, но надо иметь в виду, что при охлаждении в теплообменниках
степень превращения не изменяется (хгк = хг+1Н), а при добавлении холодного
газа х1К и хгн связаны соотношением (IX-49).
Рис. IX-29. Диаграмма х---
для определения оптимальных
координат второго слоя в аппа-
рате с вводом холодного газа
после первого слоя.
Рис. IX-30. Диаграмма t— х аппарата
с вводом холодного газа после первого
слоя.
2. Степень использования катализатора в конце второго слоя должна быть
меньше, чем в его начале, и отличается от характера изменения х в аппаратах с про-
межуточным теплообменом [см. уравнение (IX-38) ] на постоянную величину:
/ dx \
Х1К )х ~Т1
+--------f-----Л--------- (1Х’50)
Чн {х. г
dx
-j— числитель этой
ах
dx
щадью над адиабатой --------х (рис. IX-29).
На диаграмме х
постоянной величины выразится пло-
Условия выбора координат оптимального режима для остальных слоев ана-
логичны условиям для аппарата с промежуточными теплообменниками.
Координаты оптимального процесса рассчитывают с помощью диаграмм t—х
их-----в такой последовательности (рис. IX-30):
1) задаются начальными координатами х1Н = 0,440° С 4И 450° С (точка /);
2) из начальной точки х1И, 4н проводят адиабату до точки 2. Уравнение адиа-
баты i = /1Н + Л (х — х1н);
dx
3) по диаграмме -----х (см. рис. IX-29) определяют время контакта в пер-
/ dx \
вом слое, постоянный член уравнения (IX-50) и значение (;
4) на диаграмме t—х (см. рис. IX-30) проводят прямую 3, соединяющую точки 2
и 3'. На этой прямой должна находиться начальная координата второго слоя хги,
540
IX. Производство кислоты контактным методом
Чтобы ее определить, удобно пользоваться изотермами диаграммы х----------. На
прямой 3 диаграммы t—х выбирают такую точку (точка 4 на рис. IX-30), чтобы
/ dx \ _ / dx \
'2Н
5) из точки 4 проводят адиабату 4—5 и находят конечную координату вто-
рого слоя.
Оптимальные координаты остальных слоев находят по правилам, аналогичным
для аппаратов с промежуточными теплообменниками.
При расчетах на электронных вычислительных машинах используются следую-
щие уравнения оптимальных координат:
1) связи их в конце предыдущего и начале последующего слоев
f (xiK> ^к) = / (^»+1н> ^'+1и)> 4=1, 2, . . ., п 1 (IX-51)
причем
хя = ₽х1к; ₽ = (1Х-52)
ЧК -- fx. г
хек ~ Xj+iH’, i — 2, 3, . . ., п — 1 (IX-53)
(здесь Р — доля общего потока газа, идущего через первый слой);
2) координат второго слоя
Х2К
( ft (X, t) dx = *1кН*1К’ (IX 54)
J -- ‘X. г
X2H
3) координат остальных слоев
XiK
j ft(x, t)dx = O; i = 3, 4........n (IX-55)
XtH
Обозначения для f (x, t), связь t и x были даны выше. Алгоритм расчета ацало"
гичен алгоритму расчета оптимального режима аппарата с промежуточными тепло-
обменниками: при заданных исходных условиях выбирают х1К, затем из уравне-
ния (IX-51), используя уравнение (IX-52), рассчитывают х2н. и р. Интегрирова-
нием выражения (IX-54) находят х2К» /2к» затем из уравнения (IX-55), используя
(IX-53), рассчитывают хзн, i3H и далее вычисляют хзк, и т. д. Если рассчитан-
ное Хггк не совпадает с заданным, изменяют значение х1к и расчет повторяют.
Аппараты с промежуточным, добавлением
холодного воздуха
В этих аппаратах наиболее выгодное распределение температур и степеней пре-
вращения по отдельным слоям должно отвечать условию:
ик = v*i = S = min (IX-56)
где ук — общий объем катализатора, л3;
ик{ — объем катализатора i-й стадии контактирования, м3;
Vrt — объем газовой смеси (приведенный к нормальным условиям) в i-й стадии
контактирования, м3/сек\
Xi — необходимое время контактирования газовой смеси с катализатором
на i-й стадии, сек.
4. Типы контактных аппаратов
541
Приведенные в предыдущем расчете правила определения оптимальных коор-
динат процесса изменяются. Степень использования контактной массы в начале
следующей стадии должна быть выше, чем в конце данной стадии. Взамен первого
условия должно соблюдаться соотношение
(IX-57)
dx Vri \ dx )
в начале в конце этапа
этапа z'+l
Соотношение (IX-38) также изменяется и принимает вид:
dvKi
dtin
(IX-58)
= О
где vKi — объем катализатора в i-м слое;
Лн — температура на входе в i-й слой.
Поскольку между слоями добавляется холодный воздух, концентрации ком-
понентов изменяются следующим образом:
Vi
Oi а Vo
д __ 0,21 (Vi — Vo) + &V0
Vi
(IX-59)
где a.i, bi — концентрация SO2 и O2 в i-м слое в пересчете на исходные условия
(т. е. при х — 0);
а, b — то же, перед аппаратом;
V[, Vo — объемы реакционной смеси в i-м слое и перед аппаратом.
В табл. IX-25—IX-28 приведены оптимальные режимы контактных аппаратов
в различных технологических схемах для газов разного состава.
Т а б л и ц а IX-25. Оптимальные режимы контактных аппаратов
с промежуточными теплообменниками
Слой контакт- ной массы Параметры Числовые значения параметров при указанных составах исходного газа*
а = 6,0, 6 = 12,7 а = 6,5, b = 12,0 а = 7,0, 6 — 11,3 а=7,5, 6= 10,5 а = 8,0, b = 9,0
I Хк 0,755 0,744 0,725 0,707 0,608
iH, °C . 440 440 440 440 440
°C 571 578 585 591 596
т, сек 0,448 0,500 0,548 0,613 0,680
II 0,905 0,917 0,918 0,920 0,923
t*, °C 486 472 463 451 440
°C 512 504 501 497 493
т, сек 0,270 0,430 0,582 0,834 1,174
III хк 0,961 0,970 0,970 0,971 0,971
tK, °с 450 439 438 436 434
tK, °с 460 449 448 446 444
т, сек 0,458 0,745 0,953 1,271 1,712
IV хк 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980
tK, °C 437 434 432 429 425
tK, °C 439 436 434 431 427
т, сек 0,714 0,710 0,976 1,418 2,134
2 т, сек 1,890 2,385 3,059 4,136 5,700
; * Здесь н в табл. IX-26 —IX-28: а — содержание SOt, объемн. %, b — содержание О>,
ббъемн. % в исходном газе.
542
IX. Производство кислоты контактным методом
Таблица IX-26. Оптимальные режимы контактных аппаратов
с вводом холодного газа после первого слоя
и промежуточными теплообменниками поре остальных
(tx, г —температура холодного газа, °C;
Р — доля общего потока газа, подаваемого в первый слой)
Слой контакт- ной массы Параметры Числовые значения параметров при указанных составах исходного газа
а = 6,0, 6 = 12,7 а = 6,5, & = 12,0 а=7,0, Ь = 11,3 а = 7,5, 6 = 10,5 а = 8,0, 6 = 9,8
I ’’к 0,661 0,659 0,665 0,649 0,641
°C 440 440 440 440 440
<к. °C 554 562 571 578 585
т, сек 0,376 0,417 0,472 0,523 0,587
ty.. г> С 269 253 237 220 206
₽ 0,780 0,746 0,717 0,692 0,664
II хн 0,516 0,492 0,469 0,449 0,426
хк 0,834 0,831 0,827 0,823 0,820
°C 492 484 476 468 458
tK, °C 527 547 548 547 547
т, сек 0,229 0,289 0,359 0,458 0,591
III хк 0,933 0,936 0,938 0,939 0,943
'н, °C 473 463 460 453 445
*к- °C 490 486 482 478 473
т, сек 0,325 0,445 0,595 0,802 1,140
IV хк 0,971 0,973 0,973 0,973 0,973
t„, °C 440 438 437 436 435
t °C 446 445 444 443 441
т, сек 0,521 0,689 0,889 1,136 1,535
V хк 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980
°с 437 434 431 429 424
/к, °C 438 435 433 431 426
т, сек 0,481 0,581 0,783 1,223 1,817
РТ1 + тг-5 1,849 2,315 2,964 3,981 5,473
4. Типы контактных аппаратов
543
Т а б л и ц а IX-27. Оптимальные режимы контактных аппаратов
для переработки газов, получаемых сжиганием серы
[аппараты с теплообменником после первого слоя (схема 1)
и после первого и второго слоев (схема 2)
и с вводом холодного воздуха после остальных слоев]
Слой контактной массы Параметры Числовые значения параметров при указанных составах исходного газа
а = 7, b = 14 а = 8, Ь= 13 а = 9, b = 12 а = 7, Ь = 14 а = 8, Ь = 13 а = 9, b = 12
С х е м а 1 С х е м а 2
I хк 0,707 0,674 0,641 0,715 0,683 0,656
'н, °C 440 440 430 440 440 430
tK, °C 581 592 592 583 595 596
V, м3}сек 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
Ут, мэ 0,405 0,456 0,705 0,412 0,467 0,724
II хк 0,872 0,860 0,845 0,886 0,880 0,879
/н, °с 500 493 486 494 484 470
tK, °C 532 535 538 528 528 526
V, мл/сек 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
Ут, сек 0,208 0,277 0,359 0,244 0,351 0,542
III хк 0,953 0,952 0,952 0,953 0,954 0,957
in, °C 460 456 449 459 452 442
/к, °C 474 473 471 473 469 462
V, м3!сек 1,166 1,186 1,212 1,000 1,000 1,000
Ут, .и3 0,412 0,573 0,782 0,446 0,646 1,094
IV хк 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980 0,980
/н, °C 438 437 436 436 435 432
/к. °C 442 442 441 441 440 438
У, м?!сек 1,271 1,292 1,318 1,090 1,085 1,072
Ут, м3 0,600 0,799 1,046 0,736 1,068 1,616
Ут, лг3 1,625 1,105 2,892 1,838 2,532 3,976
544
IX. Производство кислоты контактным методом
Т а б л и ц a IX-28. Оптимальные режимы контактных аппаратов
для переработки газов, получаемых сжиганием сероводорода
(аппараты с промежуточным добавлением холодного воздуха;
температура холодного воздуха 40° С)
Слой контактной массы Параметры Числовые значения параметров при указанных составах исходного газа
а = 8.0, 6 = 6,7 а = 8,5, 6 = 5,8 а = 9,0, 6 = 5,0
I хк 0,579 0,547 0,501
°C 440 440 440
t °C >к» 571 571 566
V, м3/сек 1,000 1,000 1,000
Vt, м3 0,798 0,949 1,085
II 0,863 0,879 0,863
/я, °с 469 ' 455 446
*к» °C 521 516 517
V, м3!сек 1,231 1,272 1,288
Ут, м3 0,610 0,847 1,040
III 0,959 0,964 0,963
tK, °с 443 439 438
tK, °C 458 453 454
V, м3/сек 1,464 1,513 1,338
Ут, .и3 0,971 1,238 • 1,441
IV 0,980 0,980 , 0,980
*н» °C 436 434 433
*к. °C 439 436 436
V, м3!сек 1,545 1,587 1,620
Ут, м3 1,158 1,198 1,480
ут> м3 3,573 4,232 5,046
Устойчивость контактных аппаратов
Под устойчивостью понимается следующее. Пусть аппарат работает в стационар-
ном режиме. Если на входе в аппарат возникло какое-либо возмущение, стационар-
ное состояние аппарата будет нарушено. Если устранить источник возмущений,
то либо восстановится прежнее стационарное состояние, либо установится новое
стационарное состояние. В первом случае мы будем называть стационарный режим
устойчивым, во втором — неустойчивым.
Рассмотрим устойчивость контактного аппарата с промежуточными теплооб-
менникамн (рис. 1Х:31). Предположим, что температура на входе в первый слой
катализатора /1Н немного уменьшилась, тогда соответственно уменьшится темпера-
тура на выходе из этого слоя /1к. Выходящий из первого слоя газ поступает в пер-
вый промежуточный теплообменник и отдает часть своего тепла свежей реакционной
смеси. Вследствие уменьшения f1K уменьшится нагрев газа в теплообменнике, что
приведет к дополнительному уменьшению и т. д. Если изменения при коле-
баниях ?1и достаточно великн, могут создаться такие условия, что случайное изме-
4. Типы контактных аппаратов
545
нение температуры входящего газа «потушит» слой катализатора, и при устранении
источника возмущений холодный слой катализатора не сможет разогреться без
посторонних источников тепла. Охлаждение первого слоя может вызывать охлажде-
ние второго слоя, в результате весь аппарат
начнет «остывать».
Условие устойчивости одного верхнего
сл'оя с промежуточным теплообменником
(на рис. IX-31 эта часть обведена пунктиром)
имеет следующий вид:
dijK
dtiu
1
А
(IX-60)
^1К
где —л—
“^1Н
чувствитель-
А
— параметрическая
ность слоев катализатора, пока-
зывающая, насколько изменится
температура на выходе из слоя
при изменении температуры
входа на 1° С;
— параметр промежуточного тепло-
обменника (определенный без за-
кала труб):
А = ~ (IX-61)
Vocp Gk Gh
где К — коэффициент теплопередачи;
F — поверхность теплообменника;
Vo — поток газа;
Ср — теплоемкость газа.
Условие устойчивости при возмущениях
Рис. IX-31. Схема аппарата с про-
межуточными теплообменниками:
/ — IV—слои контактной массы; 1—3 —
промежуточные теплообменники;
4—выносной теплообменник.
по другим параметрам (начальная
концентрация SO2, количество реакционной смеси и т. д.) такое же, как устойчи-
вости к колебаниям начальной температуры.
Условие (IX-61) получено исходя из> предположения, что байпас газа помимо
теплообменников отсутствует. Анализ условия устойчивости при наличии байпаса
Рис. IX-32. Диаграмма т — х для
определения параметрической чув-
ствительности слоя.
показывает, что байпасирование не изменяет
область устойчивых режимов, и для расчета
устойчивости аппарата можно пользоваться
выражением (IX-60), определяя величину
параметра А из уравнения (IX-61) темпера-
турного режима.
Если охлаждение реакционной смеси
после первого слоя производится путем до-
бавления холодного газа или воздуха (в теп-
лообменниках смешения), условие устойчи-
вости аппарата имеет вид:
d^iK dt2K ।_________1 1 — р / т Y м\
dtlu * ditH < 1+ A 2(1 4- 0) (IX’62)
где 0 — доля газа, идущего через первый
слой.
Расчет параметрической чувствительности производится с помощью диаграммы
т—х (рис. IX-32). Для выбранного режима слоя (известные начальная хн и конеч-
ная Хк. степени превращения и температура tK в начале слоя) определяют необхо-
димое время контакта т. Затем берут соседнюю адиабату, отличающуюся на А/
от адиабаты предыдущего слоя (А/~ 5—10° С), и. при той же начальной степени
35 Справочник сернокислотчнка------------------------------------------------
546
IX. Производство кислоты контактным, методом
превращения хн, начальной температуре (/+ Д/) определяют хк, которая дости-
гается в слое при определенном т (см. рис. IX-32). Таким образом определяется изме-
нение конечной степени превращения Дхк при изменении / на Д/.
Исходя из полученного хк по формуле
< = *н + "-ЬХ(х;-хя) (IX-63)
рассчитывают температуру tK на выходе из слоя при изменении начальной темпера-
туры на Д t и затем вычисляют —гг~ — —.
Рис. IX-33. Параметрическая чувствительность слоев катализатора:
а — первый слой; 1 — при т = 0,6; 2 — при т = 0,9; 3 — при Т «= 1,2; 4 — при т == 1,5 сек;
б — второй слой с промежуточными теплообменниками; 1 — при т = 0,8; 2 — при т = 1,0;
3 — при т = 1,2; 4 — при т = 1,5 сек; в — второй слой с вводом холодного газа между слоями;
/ — при т = 0,45; 2 — при т = 0,60; 3 — при т = 0,75; 4 — прн т = 0,9 сек.
На рис. IX-33, а приведены рассчитанные значения параметрической чувстви-
тельности первого слоя катализатора для различного времени контакта и разных
начальных температурах (состав исходного газа 7,5% SO2 и 10,5% О2). Здесь же
пунктирной линией отмечено значение предела устойчивости 1-|—Величину
Z1
параметра А для первого промежуточного теплообменника находят из соотноше-
ния (IX-61).
Поверхность теплообменника обычно берут с запасом, но, чтобы поддержать
нужный температурный режим, часть нагреваемого газа при этом пропускают по-
мимо теплообменника по байпасу. Однако, как ранее указывалось, байпасирование
не влияет на область устойчивости, поэтому предел устойчивости можно определять
из условия (IX-60).
Приведем пример расчета устойчивости контактных аппаратов (оптимальные
режимы даны в табл. IX-25—IX-28). Из уравнения (IX-61) находят предел устой-
4. Типы контактных аппаратов
547
чивости 1 + = 2,15. Из рис. IX-33, а видно, что при количестве катализатора,
объем которого пропорционален т, определяемому из оптимального режима, аппа-
рат находится вблизи границы устойчивой области. Чтобы при колебаниях условий
работы аппарата не произошло резких изменений его режима, надо увеличить коли-
чество катализатора в первом слое. При этом степень превращения в первом слое
изменится очень незначительно (при оптимальном режиме на выходе из первого слоя
превращение почти равновесное), но режим работы аппарата будет дальше от гра-
ницы устойчивой области, т. е. его эксплуатационные характеристики улучшатся.
При двукратном запасе катализатора «запас устойчивости» составит 20° С (при сни-
жении температуры на входе в первый слой более чем на 20° С режим работы ста-
нет неустойчивым). Если первый слой катализатора работает устойчиво, то второй
слой практически также устойчив.
Рассмотрим пример проверки условия устойчивости реактора с вводом холод-
ного газа между первым и вторым слоями катализатора (см. табл. IX-26). Пара-
метр А первого промежуточного теплообменника (см. рис. IX-31) определяется
из условия теплового баланса:
v«cp (<;к - <и) = KF (<« ~ '1н) +(<ан ~ 9м) (IX-64)
где 02Н — температура газа на входе в теплообменник.
Из соотношения 0 = и уравнения (IX-64) определяем параметр А
ни “ги
и затем предел устойчивости [правая часть неравенства (IX-62)], равный 2,37.
При оптимальном режиме произведение параметрических чувствйтельностей пер-
вых двух слоев равно —1,2.
Таким образом, предел устойчивости первых двух слоев катализатора с тепло-
обменником после второго слоя и вводом холодного газа между слоями (2,37) не на-
много больше предела устойчивости первого слоя с теплообменником (2,15).
На рис. IX-33, аи б показаны результаты расчета параметрических чувствительно-
стей первых двух слоев катализатора в аппарате с вводом холодного газа. Поскольку
в данном случае предел устойчивости определяется для произведения параметриче-
ских чувствйтельностей первых двух слоев [см. неравенство (IX-62) ], надо макси-
мально уменьшить чувствительность обоих слоев, чтобы гарантировать стабильную
работу аппарата. Устойчивость трех, четырех слоев и т. д. практически обеспечи-
вается, если устойчивы два первых слоя.
Из приведенных расчетов видно, что в аппаратах с теплообменниками при
падении температуры на входе в первый слой ниже 420—425° С режим работы реак-
тора становится неустойчивым и аппарат может «затухнуть», хотя катализатор при
этих температурах еще достаточно активен. В аппаратах с промежуточным вводом
холодного воздуха или с отводом тепла внешним теплоносителем (например, вода,
пар) отсутствует теплообмен между исходным и прореагировавшим газом. Поэтому
нет причин неустойчивости, и такие аппараты могут работать при температурах
намного ниже 440° С.
Неравномерность температур на входе в слой. Оптимальный режим опреде-
ляется при условии равномерного распределения температур и концентраций в попе-
речном сечении слоя катализатора и при одинаковой температуре на входе в каждый
слой во всех его точках. В действительности эту равномерность выдержать очень
трудно, поэтому всегда наблюдаются отклонения от средней температуры. Отклоне-
ния от оптимальной температуры приводят к снижению степени превращения в слое
и соответственно к ухудшению показателей работы всего аппарата. На рис. IX-34
и IX-35 приведены результаты расчета влияния отклонений от оптимального ре-
жима. На рис. IX-34 и IX-35, а показана зависимость необходимого избытка кон-
тактной массы по сравнению с оптимальным ее количеством от температуры ta на
входе газа в слой катализатора (принималось, что степень превращения х в слое
должна быть постоянной). Если избытка контактной массы нет, конечная степень
548
IX. Производство кислоты контактным методом
превращения хк уменьшается (см. рис. IX-34,6, 1Х-35, б). На рис. IX-34, в и 1Х-35, в
показаны необходимые избытки контактной массы, на рис. IX-34, г и IX-35, г —
потеря конечной степени превращения Дхк при оптимальном количестве катализа-
тора и уменьшении степени превращения хн на входе в слой.
Рис. IX-34. Влияние отклонений от оптимального режима аппарата с про-
межуточными теплообменниками:
необходимый избыток контактной массы (а, в) и потеря конечной степени превраще-
ния Дхк (б, г) при отклонениях начальной температуры Д/н (а, б) и уменьшении Д*н
начальной степени превращения (в, г); II—IV — слон контактной массы.
Рис. 1Х-35. Влияние отклонений от оптимального режима аппарата с вводом
холодного газа после первого слоя:
III—V — слои контактной массы; остальные обозначения см. рис. IX-34.
4. Типы контактных аппаратов
549
Определение объема контактной массы и размеров
контактного аппарата
После того как найдены координаты оптимального процесса, необходимое
время контакта определяют согласно методу, изложенному для адиабатического
процесса (см. рис. IX-22, IX-23, IX-25 и IX-26). Потери тепла через стенки аппарата
можно не учитывать.
Количество катализатора vi в i-м слое определяется по формуле (IX-20):
Vi ~ CiVQXi
Коэффициент запаса катализатора в слое определяется с учетом ряда попра-
вок:'на активность контактной массы по сравнению со «стандартной», на размеры
и форму зерна по сравнению с испытуемым в лаборатории, на снижение активности
катализатора в процессе эксплуатации, на влияние продольного смешения в слое,
на неравномерность распределения и смешения потоков газа, на устойчивость ра-
боты аппарата.
Поправка на активность определяется согласно паспорту катализатора или
результатов его контрольных испытаний:
Сг = ~ (1Х-65)
где kcr — константа скорости для стандартного образца (см. табл. IX-16);
k — константа скорости, определенная по паспорту или контрольному испы-
танию катализатора,
С учетом этой поправки находят изменения Количества контактной массы для
различных ванадиевых катализаторов (например, СВД). При стандартных испыта-
ниях активности используют гранулы катализатора размером 4Х 4 мм. По техниче-
ским условиям зерна промышленного катализатора БАВ имеют размеры (4—5)Х
X 10 мм, что дает снижение по сравнению с испытуемым в лаборатории. В табл. IX-15
и IX-L6 внесена эта поправка на размер зерен контактной массы.
Поправка на снижение активности катализатора определяется по условиям
его .эксплуатации. Наиболее сильное падение активности происходит в первых слоях,
в последующих слоях изменение активности катализатора во время эксплуатации
весьма мало. Поправка на снижение активности для первого слоя Cj 2, для вто-
рого слоя Сц «« 1,5—2, для остальных слоев С — 1—1,3.
Поправочный коэффициент на форму зерен вводится в соответствии со следую-
щим (по данным Л. Г. Риттера):
Поправочный коэффициент
Форма зерен для начальных для конечных
слоев слоев
Гранулы .................... 1,0 1,00
Кольца 8X8 мм ... 1,4 1,05
То же, 10X10 мм . . . 1,8 1,20
Поправка на влияние продольного смешения весьма мала (даже для первого
слоя не более 5%).
Запас по условиям устойчивости существенен для первых слоев катализатора,
и его можно не учитывать для последующих слоев. Зато в них значительна поправка
на влияние неравномерного распределения температуры и степени превращения
на входе в слои.
В табл. IX-29 приведены коэффициенты запаса для контактных аппаратов
с промежуточными теплообменниками и с вводом холодного газа после первого
слоя.
Диаметр контактного аппарата D находят в соответствии с заданным гидравли-
ческим сопротивлением слоя контактной массы, которое определяется по уравне-
ниям (IX-18) и (IX-19).
550
IX. Производство кислоты контактным методом
Таблица IX-29. Коэффициенты запаса по слоям ковтактвой массы
Контактный аппарат Слой Коэффициенты запаса на Общий коэф- фициент за- паса грану- лированной массы
снижение актив- ности устойчи- вость неравно- мерность входа
С промежуточными теплооб- I 2,0 2,0 4,0
менниками II 1,1 1,5 1,2 2,0
III — — 1,3 1,3
IV — — 1,35 1,35
С вводом холодного газа I 2,0 2,0 — 4,0
после первого слоя II 2,0 1,5 — 3,0
III 1,1 1,5 1,2 2,0
IV — — 1,3 1,3
V — — 1,35 1,35
Суммарное гидравлическое сопротивление всех слоев гранулированного ката-
лизатора:
„ с.1,26..0.26,,0,74
0,0253- (IX-66)
Площадь сечения контактного аппарата
/ qI.26 0,26 0,74 \ 0,365
f = (°’0253 —JKvTC-----------5j Й) vo”) <1Х‘67)
\ irFPZj&Pi " /
где S внешняя удельная поверхность зерен катализатора, я’1;
ц — вязкость газа, кгсЦм2- сек);
То — удельный вес газа при нормальных условиях, кгс1м3;
т — доля свободного объема в слое;
Р — общее давление в аппарате, сип;
цщ — объем контактной массы в i-м слое, л<3;
Ti — средняя температура в слое катализатора, °К;
VOi — объем газа (приведенный к нормальным условиям), проходящего через
Аппараты с внутренним теплообменом
Расчет их целесообразно вести в такой последовательности:
1. Составляют материальный баланс так же, как при расчете аппаратов с адиаба-
тическими слоями контактной массы.
2. Ориентировочно подсчитывают объем контактной массы для определения
диаметра аппарата по таблицам.
Коэффициент запаса принимают 2—3 для первого неохлаяедаемого слоя и 1,2—1,5
для остальных слоев.
. 3. Определяют диаметр контактного аппарата D в соответствии^ величиной
предельно допустимого гидравлического сопротивления
. /0.0253у°'?4 0,26 8^_6 у Ц И.’Л0 3“
g ’ т’ ‘273 И" )
(IX-68)
4. Типы контактных аппаратов
551
где е — степень заполнения катализатором общего сечения аппарата; е =
' = 0,907 для катализатора, находящегося внутри труб, располо-
\
— \ Для катализатора
в межтрубном пространстве; е = 1 для сплошных слоев;
dB — внутренний диаметр труб;
— наружный диаметр труб;
а — расстояние между осями труб.
4. Диаметр трубок с контактной массой принимают равным 50—75 мм.
5. Число труб определяют по уравнению
е£>2
П~ d2
н
а затем уточняют путем графического расчета трубной решетки.
. 6. Составляют тепловой баланс и определяют температуру свежего газа. Потери
тепла в окружающую среду для аппаратов с внутренним теплообменом составляют
около 3—5%.
7. Определяют высоту слоев контактной массы и охладительных поясов. Высота
неохлаждаемых слоев массы
h -
1 0,785D*
Расчет процесса в частях труб, заполненных контактной массой, ведут по поясам
dx
(участкам) с помощью диаграмм х—и t—х. Высоту пояса выбирают такой, чтобы
степень превращения в нем изменялась практически линейно при изменении тем-
пературы.
Расчет пояса ведут в такой последовательности:
1) задаются конечной степенью превращения х = хк и количеством тепла Q,
которое передается в поясе сернистому газу. По хк уточняют высоту пояса (см.
ниже, п. 5). Величину Q проверяют в конце расчета;
2) определяют конечную температуру горячего газа по формуле:
tK = t0 + * (*к- *п) - Л <1Х'69>
где ср —теплоемкость газа, ккал/(кг-град);
G — количество холодного газа, кг;
3) строят линию t=f(x) на диаграмме t—х, отображающую ход процесса
в поясе;
4) определяют время контактирования и объем массы;
5) по объему массы уточняют высоту поясов;
6) определяют температуру охлаждающего газа
(0k = Z“k + z4-" (ТХ-70)
где Д? — понижение температуры за счет потерь тепла в окружающую среду;
7) определяют разность температур /к —
8) находят коэффициент теплопередачи /С по общеизвестным формулам тепло-
передачи;
9) определяют количество тепла, передаваемого через пояс, и сравнивают
с количеством, принятым в начале расчета (см. п. 1).
552
IX. Производство кислоты контактным методом
Совпадение величин Q указывает на правильность расчета. В противном случае
расчет повторяют, задаваясь значениями Q, найденными в результате первого рас-
чета.
Таким образом, расчет охлаждаемого слоя контактной массы в слое состоит
из последовательного расчета отдельных поясов. При этом режим работы, т. е.
координаты процесса надо определять так, чтобы линия, отображающая процесс
на диаграмме t—х, располагалась в пределах оптимальной зоны.
Расчет охладительного пояса производится по обычным формулам теплопере-
дачи.
Аппараты с кипящими слоями контактной массы *
В зависимости от концентрации газовой смеси и конечной степени превраще-
ния определяют число слоев контактной массы (от одного до пяти) и степени пре-
вращения х по слоям: хг = 0,65—0,75; х2 = 0,85—0,90; х3 = 0,93—0,95; х4 =
= 0,97—0,98. Далее в зависимости от степени превращения в слое и состава газо-
вой смеси графическим методом определяют оптимальную температуру в слое.
При найденных температурных условиях находят время контактирования, исходя
из приближенного уравнения (IX-27).
Объем катализатора ок, необходимый для достижения заданной степени окисле-
ния, находят из уравнения
Ок = т Уо
где Vo — объем перерабатываемой смеси (приведенный к нормальным условиям),
проходящий через катализатор за 1 сек.
Диаметр зерна катализатора 0,5—2 мм. Число псевдоожижения ** от 1,5 до 2,5.
Исходя из размеров зерна катализатора и числа псевдоожижения, находят линей-
ную скорость газа в аппарате. Исходя из производительности аппарата и линейной
скорости газа, определяют диаметр аппарата и высоту слоя катализатора (по слоям).
Гидравлическое сопротивление слоя катализатора определяют по формуле:
Дре = 9,81Яорн (IX-7I)
где Но — высота неподвижного слоя контактной массы, м;
рн — насыпная плотность катализатора, кгс!м3.
Гидравлическое сопротивление решетки находят из уравнения:
(1Х-72)
Г» - 1 i ~~ Кер
где п — число псевдоожижения;
вер — средняя порозность взвешенного слоя, которую можно определить по фор-
муле О. М. Тодеса ***;
е0 — порозность неподвижного слоя.
Исходя из гидравлического сопротивления решетки, находят скорость газа
в отверстиях:
2
Лрт1п = С.,,45« (1Х-73)
где $ — коэффициент, зависящий от толщины решетки (для решеток толщиной
5—7 мм $ = 1);
уг — удельный вес газа;
о>0 — скорость газа в отверстиях решетки;
g — ускорение силы тяжести.
* Материал предоставлен И. П. Мухленовым и Ю. В. Филатовым.
•• Число псевдоожижения, порозность и другие характеристики кипящего
слоя см. разд. VII, стр. 364 сл.
*** См. Изв. вуз., сер. «Нефть и газ», № 1, 125 (1958).
4. Типы контактных аппаратов
553
Затем определяют свободное сечение решетки So:
S.= S^- (IX-74)
где S — поперечное сечение реактора;
w — скорость газа в реакторе в расчете на его полное сечение.
Гидравлическое сопротивление аппарата примерно равно сумме гидравличе-
ских сопротивлений решеток и слоев катализатора.
Следует учесть влияние размера частиц катализатора на габариты (диаметр)
аппарата и его гидравлическое сопротивление: с ростом диаметра зерен катализа-
тора возрастает и скорость псевдоожижения. Диаметр аппарата при этом умень-
шается, а гидравлическое сопротивление увеличивается. Решающее влияние в дан-
ном случае играют экономические факторы.
Температура на входе газа в аппарат определяется исходя из теплового баланса
первого слоя (путем понижения температуры поступающего газа). В других слоях
требуемая температура поддерживается за счет теплообмена с водой, подаваемой
в охлаждающие трубы. Коэффициент теплопередачи от слоя к воде, протекающей
в трубах, К= 165—195 ккал/(м2-ч- град).
Пример упрощенного расчета контактного аппарата
Ниже приведен упрощенный расчет пятислойного контактного аппарата типа
К-39-5 (стр. 562) с промежуточным добавлением холодного газа после первого слоя
и промежуточными теплообменниками после остальных. Производительность аппа-
рата 360 т/сутки H2SO4 при следующем составе исходного газа: 7,5% SO2; 10,3% О2;
82,2% N2.
Сернистый газ после газодувки-нагнетателя и внешнего теплообменника раз-
деляется на два потока. Первый поток проходит все теплообменники контактного
узла, где нагревается до 440—450° С, затем проходит первый слой катализатора.
После первого слоя к этому потоку при пониженной температуре добавляется вто-
рой газовый поток (15—30% общего объема), благодаря чему снижается температура
газа при входе во второй слой. После второго слоя газовая смесь охлаждается в теп-
лообменнике, затем последовательно проходит остальные три слоя катализатора.
Температурный режим аппарата по слоям катализатора регулируется соответствую-
щими задвижками, установленными на газопроводах.
Определяем объем газа (приведенный к нормальным условиям), поступающего
в контактный аппарат указанной производительности (360 т/сутки H2SO4):
360.1000-22,4 .ftKnn
V° 24-98.0,98.0,075 46 500 М ,Ч
где 0,98 — коэффициент использования SO2.
Для определения наилучших параметров контактного аппарата и уточнения
дальнейших расчетов построим по данным табл. 1Х-9 или уравнению (IX-9) для дан-
ной газовой смеси кривую зависимости равновесной степени превращения от темпе-
ратуры (см. пунктирную линию хр на рис. IX-36). Расчет ведем по слоям.
1-й слой. На этот слой катализатора газовая смесь поступает при 440° С и за счет
тепла реакции окисления разогревается до 590° С. Соответственно повышению тем-
пературы степень контактирования достигнет:
= 590-440 >100==7°(5%
где 213= % (см. стр. 521).
554
IX. Производство кислоты контактным методом
От начальной точки А на оси х (t= 440° С) проводим прямую'до точки Б,
соответствующей t = 590° С и х = 0,705. Прямая АБ — адиабата 1-го слоя.
Конечные температуры берут такими, чтобы достигаемые степени контактиро-
вания были на —2% ниже (а в расчетах последних слоев на ~0,5% ниже) равно-
весных..
После 1-го слоя к реакционному газу добавляется второй поток свежего газа
при температуре 50—220° С (в зависимости от режима работы аппарата). Темпера-
туру смеси на входе во 2-й слой принимаем 480° С.
Из материального и теплового балансов определяем объем газовых потоков,
поступающих в аппарат на 1-й слой (V\) и после 1-го слоя катализатора (Иг).’
Рис. IX-36. Диаграмма t—х аппарата
с вводом холодного газа после первого
слоя.
Vi = 46 500 — V2
590 Vr 0,34+ 220 V2.0,34=46 500- 0,34- 480
590 (46 500 — V2) + 220V2 = 46 500- 480
Отсюда:
V2 = —^Q1"0 = 13 800 м3/ч
Vi = 46 500 — 13 800 = 32 700 м3/ч
где 0,34 — теплоемкость газа, ккал/(м3Х
Хград).
2-й слой. Определим степень контак-
тирования на входе во 2-й слой после
смешения газовых потоков:
32 700-70,5 .О.Л/
— 2Н ~ 46500 ~ 49,5
На диаграмме t—х точка В с коорди-
натами х = 49,5%, t — 480° С соответ-
ствует входу газа во 2-й слой. Из точки В
. . . на этой прямой на расстоянии около 2% от
равновесной кривой хр ставим точку Г. Температура и степень контактирования
в точке Г соответствуют состоянию газа на выходе из 2-го слоя (f=551°C,
х =83%).
После 2-го слоя катализатора газовая смесь охлаждается в теплообменнике
с 551 до 460° С. Определяем тепловую нагрузку теплообменника:
Q = 46 500- 0,34- (551 — 460) = 1 440 000 ккал/ч.
Изменение объема газа за счет реакции окисления условно не учитываем. Часть
46 500- (551 — 460)
газа, идущего в первый слой, при этом нагревается на-----------5о^пл--------=
32 700
== 129° С, т. е. при входе в теплообменник она имеет температуру 440 — 129 —
Средняя разность температур:
551 -> 460
111 149
440 311
Поверхность нагрева теплообменника:
F== Q == 1440000
КМ 10-130
проводим прямую, параллельную АБ,
дгср = Н9_±1И = 1зо° с
2
1107 л2
Принимаем (с учетом запаса) 1500 м2. Здесь К — коэффициент теплопередачи для
газовых трубчатых теплообменников [~10 ккал!(м2 ч- град)].
4- Типы контактных аппаратов
555
На диаграмме t—х из точки Г проводим прямую, параллельную оси абсцисс,
до температуры 460° С (точка Д). Из точки Д проводим прямую, параллельную АБ,
до пересечения с равновесной кривой хр. На этой прямой на расстоянии около 1,5%
до равновесной кривой ставим точку Е. Температура н степень контактирования
в точке Е соответствуют состоянию газа на выходе из 3-го слоя.
3-й слой. Согласно диаграммы t—х температура газа на входе в слой 460° С,
на выходе 481° С, степень контактирования на входе 83, на выходе 93%. После
3-го слоя катализатора газовая смесь охлаждается в теплообменнике с 481 до 438° С.
Определяем тепловую нагрузку теплообменника:
Q = 46 500-0,34 (481 — 438) = 680 000 ккал/ч.
46 500 (481 —438) й10
На ------32 700-----' = 61 С’ Т- е- На
— 61 = 250° С.
Газ нагревается в теплообменнике
входе в него имеет температуру t — 311
Средняя разность температур:
481 ->438 ..
170 188
311 250
Поверхность теплообменника:
680 000 _
10-179
,ср=170+18 8=179ОС
Принимаем F = 450 м2.
На диаграмме t—х из точки Е проводим прямую, параллельную оси абсцисс
до линии, отвечающей 438° С (точка Ж). Из точки Ж проводим прямую, параллель-
ную А Б, до пересечения с равновесной кривой хр. Ниже равновесной кривой на
наклонной линии ставим точку 3; ее координаты: х = 97%, t= 446° С.
4-й слой. Согласно диаграммы t—х температура газа на входе в слой равна 438° С,
на выходе 446° С. Степень контактирования на входе 93, на выходе 97%.
После 4-го слоя катализатора газовая смесь охлаждается в теплообменнике
с 446 до 430° С.
Тепловая нагрузка теплообменника:
Q = 46 500-0,34 (446 — 430) = 253 000 ккал/ч
Определяем температуру газа на входе в теплообменник (по линии SO2):
Ы = 4- 509 (44^ 430).. = 23°C; tEX = 250 — 23 = 227° С
Средняя разность температур:
446 -> 430
196 203
250 <- 227
Поверхность теплообменника:
Д/Ср = 196 +. 203 =: 199 °C
F =
253 000 = 27 м2
10-199 1
Принимаем F = 150 м2.
5-й слой. В этом слое степень контактирования повышается с 97 до 98%, соот-
ветственно температура газа на выходе из слоя равна 430 -J- 2 = 432° С.
Тепловая нагрузка выносного теплообменника:
Q = 46 500-0,34 (227 — 50) ъ 2 800 000 ккал/ч.
556
IX. Производство кислоты контактным методом
Температура газа на выходе из теплообменника (по линии SO г):
432 — 177 = 255° С.
Средняя разность температур:
432 -> 255
205 205
227 *- 50
Поверхность охлаждения выносного теплообменника:
2800000
10-205
д/ср = ^05 = 205„с
Принимаем F — 1500 м2.
Расчетные данные сводим в таблицу:
Слой катализатора Объем газа, м*/ч Температура, °C Степень контактирова- ния, %
входа выхода на входе на выходе
1-й 32 700 440 590 0 70,5
2-й 46 500 480 551 49,5 83
3-й 46 500 460 481 83 93
4-й 46 500 438 446 93 97
5-й 46 500 430 432 97 98
Поверхность теплообменников: после 2-го слоя катализатора 1500 м2, после
3-го слоя 450 м2, после 4-го слоя 150 м2, выносного теплообменника 1500 м2. Общая
поверхность теплообмена 3600 м2. Удельная поверхность (на 1 т/сутки выраба-
тываемой серной кислоты):
^УД—
3600
360
= 10 м2
Расход катализатора (в к3) определяем отдельно для каждого слоя по урав-
нению:
Ок = CVoT
где С — коэффициент запаса (см. табл. IX-29);
Vo — объем газа, поступающего на данный слой катализатора, мН сек,
х — время контактирования, сек.
Если пренебречь уменьшением объема газа за счет потребления кислорода
на окисление SO2, то объем газа в 1-м слое
Vo = 32 700 : 3600 = 9,1 м3/сек
во всех остальных слоях
Vo =* 46 500 : 3600 = 12,9 м31сек.
Время контактирования т, необходимое для достижения заданной степени
превращения х в каждом слое катализатора, можно упрощенно рассчитать по урав-
нению (1Х-14).
Приведем пример такого способа расчета для исходной газовой смеси, содержа-
щей 7.5% SO2 и 10,5% О2. Задаемся степенью превращения X в 1-м слое, равной 0,705.
Разделим слой на ряд последовательных участков (в данном случае на 8) с тем, чтобы
значение х в каждом участке незначительно изменялось по сравнению с его значе-
нием в предыдущем и последующем участках.
4. Типы контактных аппаратов
557
Температуру газа в конце каждого участка определяем по формуле (IX-24).
Так, в конце 1-го участка (в начале 2-го) температура равна:
G = 440+^13 (0,05 — 0) = 451° С
где 440 — температура газа на входе в контактный аппарат, °C;
213 — значение 1 при а = 7,5% SO2 (стр. 521);
0,05 — значение х в конце 1-го участка слоя.
dx
Для вычисления по уравнению (IX-14) для начала каждого участка (и конца
следующего) пользуемся значениями констант равновесия и скорости реакции k,
приведенными в табл. IX-8 и IX-16.
dx
Например, в начале 1-го участка (х = О, t ~ 440° С) значение = 0,302;
в конце участка (х = 0,05, t ~ 451° С) = 0,584. Соответственно = 3,31
в начале 1-го участка и 1,71 в конце. Среднее значение в первом участке:
dx 3,314-1,71 ОС1
dx 2
dx
Принимая т = получаем т = 0,05-2,51 — 0,125 сек.
Результаты расчета х в 1-м слое катализатора сведены в таблицу:
Участки Степень превраще- ния X Температура, °C Константа т, сек
в начале в конце в начале в конце равновесия скорости реакции
1 0 0,05 440 451 171,3 * 0,22 * 0,125
2 0,05 0,1 451 461 134,0 0,45 0,062
3 0,1 0,2 461 483 124,0 1,03 0,069
4 0,2 0,4 483 525 69,8 1,59 0,107
5 0,4 0,6 525 568 31,6 2,65 0,129
6 0,6 0,65 568 578 15,3 2,81 0,048
7 0,65 0,68 578 585 13,1 2,81 0,040
8 0,68 0,705 585 590 10,8 2,81 0,052
у, х = 0,632
* Эти значеиня. констант равновесия и скорости относятся к температуре газа на входе
в первый участок слоя. Каждое последующее значение этих констант относится к температуре
газа на выходе из предшествующего участка и входе в следующий участок.
Таким же способом рассчитываем время контактирования х во всех остальных
слоях катализатора, находящихся в контактном аппарате. Зная величины х по слоям,
рассчитываем по уравнению (IX-20) необходимые объемы контактной массы
(табл. IX-30).
Расход катализатора на 1 т суточной выработки серной кислоты составит:
-1 !°4'°00 = зоо л
зьи
Такой же расчет любого контактного аппарата с адиабатическими слоями кон-
тактной массы можно сделать и по диаграммам (рис. IX-22 и IX-23, IX-25
558
IX. Производство кислоты контактным методом
Т а б л и ц а IX-30. Результаты расчета контактного аппарата
производительностью 360 т/сутки HaSO4
Слой катализатора Объем газа V,, м*!сек т, сек Коэффициент запаса * Расход катали- затора м*
1-й 9,1 0,632 4 21,6
2-й 12,9 0,510 3 19,7
3-й 12,9 0,690 2 17,8
4-й 12,9 1,40 1,3 23,4
5-й 12,9 1,60 1,35 27,8
* См. табл. IX-29.
Итого. - . 110,3
и IX-26) для исходного газа состава: а = 7,5% SOa, b = 10% Оа или а = 9% SOa,
b = 12% Оа. Находим необходимое время контактирования в рассмотренном кон-
тактном аппарате:
Слой катализатора 1-Й 2-й 3-й 4-й 5-й Адиабата (рисунок) 2 (ГХ-25, а) 9 (IX-25, а) Между 19 и 20 (IX-25, в} Между 24 и 25 (IX-25, г) хи 0 0,495 0,83 0,93 0,97 хк 0,705 0,83 0,93 0,97 0,98 т, сек 0,59 0,51 0,69 1,40 1,60
Между 26 и 27 (IX-25, г)
Итого 4,79
Таким образом, разница значений т, полученных расчетным и графическим
способом для 1-го слоя катализатора в нашем случае, составляет:
0,632 — 0,590 _Л0/
—Ода---------100 = 6,6%.
Для более точных расчетов по адиабатам t—х и т—х рекомендуется выполнять
эти графики в больших масштабах, при этом кроме имеющихся на рисунках адиабат
можно по мере надобности наносить на них промежуточные адиабаты.
Расчет гидравлического сопротивления слоев катализатора для приведенного
выше технологического режима. На стр. 550 помещена формула (IX-66) Н. М. Жаво-
ронкова для определения гидравлического сопротивления слоя зернистого ката-
лизатора. Эту величину для слоя гранул можно с достаточной точностью определить
и по более простой формуле (в мм вод. ст.};
&рс = 675у°’7ш1'7Я (IX-75)
где у — удельный вес газа при средней температуре в слое, кгс/м9\
w — фиктивная скорость газа, считая на живое сечение аппарата при средней
температуре в слое (для гранулированного ванадиевого катализатора w
допускается не более 0,4—0,45 ж/сек);
Н — высота слоя катализатора, ж;
675 — коэффициент, величина которого выведена на основании практических
данных с учетом различной длины гранул, плотности упаковки слоя,
запаса кварцевой подстилки под слой, принятого типа решетки в данной
конструкции контактного аппарата.
5. Контактные узлы и аппараты
559
Наружный диаметр аппарата принимаем 8 jk, аппарат изнутри футерован,
внутренний диаметр D = 7,75 м. Площадь сечения аппарата:
F = 0,785-7,75 = 47,1 л2.
Давление перед аппаратом Р = 1,1 ат. Определим сопротивление 1-го слоя
катализатора.
П 1 и 21,6 л <
Высота 1-го слоя И = = 0,4 м.
47,1
Скорость газа в аппарате прн /ср = —н
32 700-(273 + 515) _ __ .
W 47,1-3600-1,1.273 °’50 м1сек
Удельный вес газовой смеси:
Yso,fl + YO? + Yn.c 273
Y- inn '273 + /‘F
440 4- 590
2
= 515° С:
100
(здесь ySOj = 2,86 кгс!м?-, yOf = 1,43 кгс/м3 и yNj = 1,25 кгс/м3; P = 1,1 am)-
Отсюда у = 0,53 кгс!мл.
Сопротивление 1-го слоя:
Дрс = 675-0,53°’5 * 7-0,51,7-0,4 = 50 мм вод. ст.
Так же определяют сопротивление последующих слоев катализатора.
5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОНТАКТНЫЕ УЗЛЫ И АППАРАТЫ
Технологическая схема и аппаратурное оформление контактного узла зависят
от характера применяемого сырья, способов отвода тепла реакции и других факторов.
В контактных сернокислотных установках, работающих на сернистом газе,
полученном при обжиге серного колчедана или сульфидных руд цветных металлов,
обжиговый газ обычно проходит систему мокрой очистки и осушки. В контактное
отделение сернистый газ подается газодувкой при температуре 40—70° С. Перед
поступлением на контактную массу исходный сернистый газ нагревается в теплооб-
менниках за счет тепла реакционного газа.
Сернистый газ, полученный сжиганием чистой серы или сероводорода, как
правило, не подвергается специальной очистке. После охлаждения в котлах-утили-
заторах исходный сернистый газ поступает в контактный узел при 420—440° С.
Производительность вновь устанавливаемых контактных узлов быстро воз-
растает. В СССР за последние 40 лет их максимальная производительность увели-
чилась с 70 до ЮОО mlсутки.
Аппараты с непрерывным теплообменом широко применялись при относи-
тельно небольших производительностях (от 30 до 100 т!сутки). При использовании
принципа непрерывного теплообмена процесс окисления SOa удается приблизить
к оптимальным условиям и уменьшить расход катализатора. Однако конструкция
таких аппаратов значительно сложнее, чем аппаратов с промежуточным теплообме-
ном, затруднен их ремонт и особенно замена контактной массы. Аппараты с непре-
рывным теплообменом имеют некоторую перспективу для применения при перера-
ботке сернистого газа повышенной концентрации (12—18% SOa).
В настоящее время применяются почти исключительно контактные аппараты
с промежуточным теплообменом.
Для достижения степени окисления сернистого ангидрида 97,5—98,5%
необходимо 4—5 слоев катализатора, поэтому ранее применявшиеся трехслойные
контактные аппараты заменяются на четырех- и пятислойные.
560
IX. Производство кислоты контактным методом
На рис. 1Х-37 представлена схема контактного узла, включающего 4-слойный
контактный аппарат с промежуточными теплообменниками, такие контактные узлы
работают в сернокислотных цехах с полной схемой подготовки сернистого газа.
Очищенный и осушенный сернистый газ нагревается за счет тепла реакцион-
ного газа, последовательно проходя внешний теплообменник и промежуточные
теплообменники в контактном аппарате. Наибольшая разность температур между
нагреваемым сернистым газом и реакционным газом создается при их противотоке
во всех теплообменниках. Для поддержания оптимального температурного режима
применяются байпасные газоходы с задвижками, регулирующими количество исход-
ного газа, поступающего в теплообменники.
Рис. IX-37. Схема контактного узла, оборудованного контактным аппаратом с про-
межуточными теплообменниками:
1 — газодувка; 2 — брызгоуловитель; 3 — внешний теплообменник; 4 — контактный аппа-
рат; 5 — пусковая газодувка; 6 — пусковой подогреватель; 7 — дымосос.
С этой же целью в ряде контактных узлов температура реакционной смеси
после 1-го слоя контактной массы регулируется путем поддува части исходного
сернистого газа. После 1-го слоя можно поддувать как холодный сернистый ,газ
(40—70° С), так и газ, предварительно нагретый во внешнем теплообменнике до
220—250° С. В первом случае поддувается около 20, во втором — около 30% общего
количества газа, поступающего в контактный узел.
Некоторые иностранные фирмы разработали схемы контактных узлов, в кото-
рых часть тепла реакции отводится в теплообменниках, охлаждаемых воздухом.
Применяется также подача на 1-й слой контактной массы сернистого газа повышенной
концентрации. Например, при работе на колчедане в 1-й слой подается газ, содер-
жащий 9—10% SOa. В этом случае часть промежуточных теплообменников заме-
нена поддувом осушенного воздуха.
В последние годы строится много контактных установок, работающих по ме-
тоду двойного контактирования с промежуточной абсорбцией серного ангидрида.
На рис. IX-38 представлена схема подобного контактного узла, разработанная фир-
мой «Лурги» (ФРГ).
Сернистый газ после нагрева в теплообменниках первой ступени окисляется
в трех слоях контактной массы на 90%, а затем проходит промежуточную абсорбцию.
Нагретый в теплообменниках второй ступени газ поступает на вторую ступень кон-
тактирования и затем на конечную абсорбцию.
5. Контактные узлы и аппараты
561
При использовании метода двойного контактирования оптимальная концен-
трация исходного газа повышается до 9—10% SOa в установках, работающих на
колчедане, и до 11—12% в установках, работающих на сере. Общая степень контак-
тирования достигает 99,5—99,8%. Применение метода двойного контактирования
позволяет значительно уменьшить содержание SOa в хвостовых газах, кроме того,
уменьшается объем газа в контактном и абсорбционном отделениях. К недостаткам
метода следует отнести необходимость тщательной очистки газа от брызг и тумана
серной кислоты после промежуточной абсорбции и увеличение поверхности тепло-
обменников контактного узла в 1,5—1,7 раза по сравнению с их поверхностью
в обычных схемах.
Рис. IX-38. Схема контактного узла, работающего по методу двойного контакти-
рования: г
I — газодувка; 2— фортеплообменник первой ступени; 3 — теплообменники первой ступени;
4 — контактный аппарат; 5 —теплообменники второй ступени; 6 — фортеплообменник вто-
рой ступени.
Промышленные контактные аппараты различаются способами охлаждения
реакционной смеси между Слоями, конструкцией теплообменников, устройствами
для смешения газовых потоков, способами крепления опорных решеток для ката-
лизатора и другими конструктивными элементами. Реакционный газ охлаждается
между слоями контактной массы в поверхностных теплообменниках или смешением
с более холодным сернистым газом или воздухом.
Способы охлаждения газа между слоями контактной массы, конструкции теп-
лообменников и смесителей выбираются с учетом используемого серосодержащего
сырья и производительности контактного аппарата.
В контактных аппаратах должно обеспечиваться равномерное распределение
газа по всей площади слоя катализатора и хорошее смешение газовых потоков.
Поэтому при разработке новых конструкций контактных аппаратов необходимо
предварительное гидродинамическое моделирование устройств для распределения
и смешения газовых потоков.
Аппараты для переработки газов обжига
серного колчедана и сульфидов цветных металлов
в воздухе
В процессе специальной сухой и мокрой очистки обжиговый газ охлаждается
до 30—40° С. В контактный узел очищенный газ подается газодувкой при темпера-
туре 40—70° С. Исходный сернистый газ нагревается до 430—450° С в теплообмен-
никах за счет тепла реакционного газа.
. 36 Справочник сернокислотчика
562
IX. Производство кислоты контактным методом
На многих отечественных сернокислотных заводах установлены контактные
аппараты типа К-39, трех-, четырех- и пятислойные. Наиболее распространены
четырехслойные аппараты (рис. IX-39).
Корпус аппарата вертикальный цилиндрический, иногда в ннжней части он
расширен для снижения гидравлического сопротивления нижних слоев контактной
массы. Теплообменники состоят из вертикальных трубок, развальцованных в гори-
зонтальных трубных решетках. Нагрузка от слоя контактной массы передается через
опорную решетку на трубные решетки
теплообменников и корпус аппарата.
Перед последним слоем катализатора
часто размещается пластинчатый тепло-
обменник (рис. IX-40), состоящий из двух
горизонтальных пластин, между которыми
установлена вертикальная спиральная
перегородка. Холодный сернистый газ
проходит по спиральному каналу, реакци-
онная смесь —сверху вниз по патрубкам,
соединяющим пластины. Патрубки внизу
заканчиваются тангенциально направлен-
ными карманами для перемешивания газа,
выходящего из теплообменника. Таким
Рис. IX-39. Контактный аппарат К-39: Рис- IX-40. Пластинчатый теплообменник:
/ — корпус; 2 — колосниковые решетки; 1 — горизонтальная пластина; 2 — спираль-
3 — распределительная решетка; 4 — слои ная перегородка; 3 — карман; 4 — патрубок,
катализатора; 5 — стойки; 6 — опорные
кольца; 7 — трубчатые теплообменники; - „
в — пластинчатый теплообменник; 9—цен- образом, пластинчатый теплообменник
тральная стойка; jo — люки. одновременно является газовым смесите-
лем и уменьшает неравномерность темпе-
ратурного поля перед последним слоем катализатора. Эти теплообменники имеют
довольно высокий коэффициент теплопередачи —15—20 к.кал/(м2-ч-град) и просты
в изготовлении. Однако их поверхность, ограничиваемая диаметром контактного
аппарата (она примерно в 2 раза больше площади горизонтального сечения аппа-
рата), в ряде случаев может оказаться меньше требуемой. Ремонт пластинчатых
теплообменников затруднителен.
Контактные узлы с аппаратами типа К-39 имеют небольшую наружную поверх-
ность, что обусловливает их устойчивую работу даже при небольшой производи-
тельности (60—70 т]су тки). Но наряду с этими положительными качествами аппа-
раты К-39 имеют ряд существенных недостатков:
1) ремонт трубок теплообменников возможен лишь при демонтаже верхней
части аппарата;
5. Контактные узлы и аппараты
563
2) неравномерное охлаждение газа в трубках приводит к неоднородности тем-
пературного поля в слоях катализатора, что способствует снижению степени
контактирования по сравнению с расчетной. Неравномерность температур на входе
во второй (или третий) слой по горизонтальному сечению аппарата достигает
30—40° С;
3) из-за малых скоростей газа в трубках теплообменников коэффициент тепло-
передачи не превышает 6—8 ккад/(м?-ч-град)-,
4) при производительности аппарата 180—240 т/сутки диаметр трубных реше-
ток достигает 6—7 м, поэтому их приходится изготовлять из двух половин.
Производительность аппаратов типа К-39 от 60 до 240 т/сутки. Строить аппа-
раты такого типа большей производительности нецелесообразно.
При производительности контактных узлов 240 т/сутки и более применяются
аппараты типа К-58-5 (рис. IX-41). Снижение температуры реакционного газа в них
после 1-го слоя катализатора производится за счет добавления более холодного
исходного сернистого газа в смеситель. Применяются смесители с поддувом газа
через несколько штуцеров и смешением в карманах нли спиральные смесители,
в которых оба потока перемешиваются в горизонтальном спиральном канале. Перед
последним слоем контактной массы также устанавливается смеситель для выравни-
вания температурного поля. В центре аппарата находится сборная опорная колонна,
на которую опираются радиальные колосниковые решетки для контактной массы.
Трубки теплообменников расположены горизонтально, причем длина трубок
близка к диаметру аппарата. Коэффициент теплопередачи в таких теплообменни-
ках 10—12 ккал/(м*-ч-град). Из-за .наличия центральной колонны каждый тепло-
обменник изготовляется из двух половин (рис. IX-42). Ремонт горизонтальных
теплообменников возможен без демонтажа аппарата и выгрузки катализатора.
Однако горизонтальные теплообменники конструктивно сложнее вертикальных.
Так как теплообменники разделены на две половины, усложняется система газо-
ходов контактного узла. <.
В аппарате типа К-58-5 реакционный газ неравномерно охлаждается по сече-
нию аппарата. Наибольшая неравномерность температуры газа (30—40° С) создается
в теплообменнике после 2-го слоя контактной массы. Для выравнивания темпера-
турного поля перед 3-м слоем катализатора целесообразно устанавливать газовый
смеситель.
В случае снижения степени контактирования в 1-м слое при отравлении кон-
тактной массы доля поддува уменьшается или поддув может быть совсем прекращен.
При этом аппарат сохраняет работоспособность и работает по схеме аппарата К-39-4
с некоторым снижением степени контактирования.
Существует модификация аппарата К-58-5 с выносным теплообменником после
2-го слоя и пластинчатыми теплообменниками после 3-го и 4-го слоев контактной
массы. В результате этого несколько удлиняются газоходы, но за счет лучшего
смешения уменьшается неравномерность температур перед 3-м слоем.
Наиболее удачной конструкцией аппарата К-58-5 представляется такая, в кото-
рой после 2-го слоя имеется выносной теплообменник, а после 3-го и 4-го слоев
контактной массы — горизонтальный трубчатый теплообменник.
Производительность аппаратов К-58-5 составляет 240, 360 и 540 т/сутки.
Для контактной системы мощностью 360 тыс. т H2SO4 в год разработана кон-
струкция пятислойного аппарата производительностью 1030 т/сутки. Регулирова-
ние температуры на входе во 2-й слой осуществляется за счет поддува холодного
газа. После 2-го слоя установлен выносной теплообменник, после 3-го и 4-го слоев
газ охлаждается в водяных экономайзерах.
Представляют интерес контактные аппараты, работающие на исходном серни-
стом газе повышенной концентрации (9—10% SO2). В этом случае охлаждение реак-
ционного газа между слоями осуществляется как в теплообменниках, так и путем
поддува холодного осушенного воздуха. Такие аппараты применяются на некоторых
зарубежных предприятиях.
При работе на сернистом газе, получаемом обжигом сульфидных руд цветных
металлов, концентрация SO2 на входе в контактный аппарат обычно составляет
5. Контактные узлы и аппараты
565
4,5—6,5%. В таких системах наряду с аппаратами типов К-39 и К-56-5 используются
аппараты КЦТ с центральными теплообменниками (рис. IX-43).
Основная особенность аппарата КЦТ заключается в том, что трубчатые тепло-
обменники установлены в центральной колонне, а катализатор размещен на решет-
ках в кольцевом пространстве между корпусом аппарата и распределительными
карманами центральных теплообменников. Контактный узел с аппаратом КЦТ
имеет наименьшую удельную наружную поверхность по сравнению с аппаратами
Рис. IX-43. Контактный аппарат с центральными
теплообменниками:
1 — смеситель газа; 2 — корпус аппарата; 3 — колосни-
ковая решетка; 4—распределительный карман; 5—ката-
лизатор; 6 — центральный теплообменник; 7—пластин-
чатый теплообменник; в—центральная колонна; 9—пере-
городки.
других типов и, следовательно, меньшие теплопотери, что существенно при перера-
ботке газов с пониженной и переменной концентрацией SO2. Такие аппараты могут
Применяться и для переработки газов обжига колчедана.
Конструктивные особенности трубчатых теплообменников аппарата КЦТ позво-
ляют достигать повышенных коэффициентов теплопередачи, а благодаря противо-
току газовых потоков в трубном и межтрубном пространствах достаточно равномерно
охлаждать газ по сечению аппарата. Расход металла на аппарат КЦТ на 20—30%
меньше, чем на аппарат типа К-39-4 одинаковой производительности. К недостат-
кам аппарата КЦТ следует отнести некоторое усложнение внутренних конструкций
и малую поверхность пластинчатого теплообменника.
566
IX. Производство кислоты контактным методом
Разработана новая оригинальная конструкция контактного аппарата КВ-69
(рис. IX-44) с вертикальными слоями катализатора *. Контактная масса загру-
жается между двумя параллельными вертикальными газопроницаемыми стенками
коробов, газ проходит через катализатор в горизонтальном направлении. Соответ-
ственно подбирая конфигурацию коробов с катализатором, можно получить наиболь-
шую из возможных площадь сечения слоя контактной массы при относительно не-
большом диаметре аппарата. Объем аппарата типа КВ-69 значительно меньше, чем
аппаратов Других конструкций равной мощности, а металлоемкость на 20—40% ниже.
Применение контактных аппаратов такого типа наиболее эффективно при боль-
шой производительности (500 ml сутки и более).
В табл. IX-31 приведены основные технические характеристики некоторых
распространенных контактных аппаратов, работающих на газах обжига колчедана
и сульфидных руд цветных металлов.
Для разогрева контактного узла при первоначальном пуске и после продолжи-
тельных остановок используется пусковой подогреватель (рис. IX-45), состоящий
из топки и кожухотрубного теплообменника. Воздух или сернистый газ подается
нагнетателем в межтрубное пространство теплообменника пускового подогревателя.
Через его трубы дымососом протягиваются топочные газы.
Топка обычно оборудуется форсунками для сжигания жидкого топлива или
газовыми горелками. При избыточном давлений газа до 500 мм вод. ст. применяются
турбулентные горелки с установкой дутьевого вентилятора низкого давления.
При большем давлении газа можно использовать инжекционные горелки. Техниче-
ская характеристика пускового подогревателя контактного узла производитель-
ностью 240—540 т!сутки'.
Топка горизонтальная цилиндрическая
объем топочного пространства, м3 ...... 8
наружный диаметр, м...................... 2,6
длина, м ................................... 6,25
производительность газовой горелки, ккал[ч 4,0-10®
Теплообменник кожухотрубный
поверхность теплообмена, м3 ........ 940
диаметр, м .................................. 2,4
высота, м...................... 8,85
диаметр трубок, мм............ 57X3,5
длина трубок, м ............. 7
количество трубок . ......................... 756
Дутьевой вентилятор
производительность, м3/ч ......... 8000
напор, мм вод. ст............... 200
Дымосос
производительность, м3/ч ......... 35 000
разрежение, мм вод. ст................... 200
температура топочных газов, °C .......... 250—300
Для разогрева контактных узлов производительностью 1000 т/сутки приме-
няется пусковой подогреватель большей мощности с двумя последовательно вклю-
ченными теплообменниками. Воздух подается в топку, работающую под давлением,
вентилятором высокого давления. В этом случае дымосос не устанавливается.
* Авт. свид. СССР 233631; Бюлл. изобр., № 24 (1968).
Рис. IX-44. Контактный аппарат с вер-
тикальными «лоями катализатора (вид
сверху):
1 — распределительное устройство для
входящего газа; 2 — контактная масса;
3—днище, 4—вертикальная стенка короба;
5 — смеситель газа, поступающего на сле-
дующий слой катализатора; б — горизон-
тальный трубйатый теплообменник.
Рис. IX-45. Пусковой подогреватель:
— топка; 2 — горелка; 3 — люк; 4 — дымоход; 5 — окна для подсоса воздуха;
6 — теплообменник пускового подогревателя; 7—чугунная крышка; в—патрубки
для заливки шамотного раствора; 9—шамотный раствор; /0—бетонный приямок;
// — дымосос.
* В числителе диаметр верхней части аппарата, в знаменателе — нижней части
•* Теплообменники пластинчатого типа.
5. Контактные узлы и аппараты
569
Аппараты для переработки газов, получаемых
при сжигании чистой серы и сероводорода
Газы, образующиеся при сжигании чистой серы и сероводорода, не подвергаются
специальной очистке. После охлаждения в котлах-утилизаторах исходный серни-
стый газ поступает в контактный узел при температуре, необходимой для начала
реакции окисления сернистого ангидрида.
На рис. IX-46 показана схема переработки газа, полученного сжиганием чистой
серы (без сушильно-абсорбционного отделения). В печь через форсунку подается
Рис. IX-46. Контактный узел, работающий на сере по короткой схеме:
/ — воздуходувка; 2 — ангидридный холодильник; 3 — выносной теплообменник; 4 — кон-
тактный аппарат; 5—пароперегреватель; 6—котел-утилизатор; 7—печь для сжигания серы.
жидкая сера и сухой подогретый до 200—250° С воздух. После охлаждения в испари-
тельной секции котла-утилизатора сернистый газ поступает в пятйслойный контакт-
ный аппарат. После 1-го слоя контактной массы реакционный газ охлаждается в па-
роперегревателе котла, после 2-го слоя — в выносном теплообменнике.
После 1-го и 2-го слоев в контактном аппарате установлены глухие перего-
родки. Для снижения температуры реакционного газа после 3-го и 4-го слоев в сме-
сители, встроенные в аппарат, поддувается холодный осушенный воздух.
Оптимальная концентрация SO2 на входе в контактный аппарат около 10%,
степень контактирования 0,98—0,983.
При работе на чистой сере применяются также четырехслойные аппараты с охла-
ждением реакционного газа после 1-го, 2-го и 3-го слоев в пароперегревателях.
В этом случае на первый слой подается сернистый газ, содержащий 8—8,5% SO2,
достигаемая степень превращения около 0,98.
В установках мокрого катализа, работающих на концентрированном сероводо-
роде, применяются два типа контактных аппаратов:
1. Четырехслойные аппараты с охлаждением реакционного газа во встроенных
теплообменниках (рис. IX-47). В качестве охлаждающего агента используется
воздух, подаваемый в U-образные трубки теплообменников специальным вентиля-
тором. Воздух поступает во все теплообменники параллельно. Для предотвраще-
ния конденсации серной кислоты на трубках теплообменников применяется частич-
ная рециркуляция воздуха, который вводится в теплообменник при температуре
около 250° С. Для выравнивания температурного поля после теплообменников уста-
новлены смесители. Такие аппараты надежны в эксплуатации, однако имеют боль-
шую высоту и требуют большого расхода металла.
570
IX. Производство кислоты контактным методом
2. Четырехслойные аппараты с регулированием температуры реакционного
газа поддувом холодного воздуха (рис. IX-48) после 1-го, 2-го и 3-го слоев контакт-
ной массы. Обычно они используются в установках мокрого катализа на нефте-
перерабатывающих заводах. Концентрация сернистого ангидрида в газе на входе
в 1-й слой катализатора 8,5—9,5%. За счет поддува воздуха объем реакционной
Рис. IX-47. Аппарат с теплооб-
менниками для мокрого катализа:
1 — контактная масса; 2—трубчатые
теплообменники; 3—смесители газов;
4 — центральная колонна.
Рис. IX-48. Аппарат с поддувом воздуха для
мокрого катализа:
1 — контактная масса; 2 — смесители газов;
3 — центральная колонна.
смеси на выходе из аппарата в 1,5 раза больше объема газа на входе в него. Аппарат
такой конструкции проще аппарата с теплообменниками, имеет меньшую высоту
и вес. Однако при поддуве холодного воздуха необходимо предусматривать такие
меры по защите от коррозии внутренних элементов аппарата, как футеровка, при-
менение легированных сталей, что повышает стоимость аппарата.
В табл. IX-32 приведены технические характеристики аппаратов, работающих
на сернистом газе, получаемом сжиганием чистой серы и сероводорода.
5. Контактные узлы и аппараты
571
Таблица IX-32. Характеристика контактных аппаратов
для переработки газов, получаемых сжиганием серы (I) и сероводорода (II)
Показатели Пятислой- ный аппарат (D Четырехслойные аппараты (II)
с тепло- обменниками с поддувом воздуха
Производительность, т/сутки HaSO4 Концентрация SOa, объемн. % .... 350 150 150
10 6 8,5
Общая степень контактирования, % . . . 98 98 98
Объем газа, тыс. м3/ч Габариты, м 34 24 17,5
высота 17,4 19,6 15,6
диаметр 8 6 6
Вес стали и чугуна, тс 220 160 100
Количество контактной массы, м3 . . . 95,8 48 50
в том числе: х
1-й слой 16,3 11,0 12,0
2-й » 14,2 11,0 11,0
3-й » 14,2 12,0 13,0
4-й » 23,2 14,0 14,0
5-й » 27,9 — —
Поверхность теплообменников, м3 650
после 1-го слоя — —-
» 2-го » 1200 . 370 —
» 3-го » . . , — 224 •—и»
Количество поддуваемого воздуха, м3/ч 7000 — 10 500
в том числе
после 1-го слоя — - 5 000
» 2-го » — — 4 000
» 3-го » 5000 — 1 500
» 4-го » 2000 — —
Контактные аппараты и узлы для переработки
концентрированных газов
В связи с усовершенствованием установок для разделения воздуха, снижением
стоимости электроэнергии и увеличением мощности отдельных сернокислотных
цехов в ряде случаев целесообразно применение технологического кислорода для
обжига сернистого сырья, в первую очередь сульфидов цветных металлов, с даль-
нейшим использованием концентрированных по SO2 газов в производстве серной
кислоты. Это позволяет резко повысить интенсивность сернокислотных систем,
снизить удельные капитальные затраты, увеличить выработку пара. Кроме того,
появляется возможность выпуска всей продукции или большей ее части в виде
высокопроцентного олеума или 100%-ного серного ангидрида.
В зависимости от состава воздушно-кислородной смеси, подаваемой в печи,
и от характера сернистого сырья изменяется оптимальное соотношение концентра-
ций сернистого ангидрида и кислорода перед контактным узлом. Оптимальные
составы газа приведены ниже (в %):
SOa.............. 7* 13 15 19 22 25 32 39 47 54
Оа ...............11 14 15 17 19 20 23 27 31 34
* Газ обжига серного колчедана в воздухе.
572
IX. Производство кислоты контактным методом
При окислении газовых смесей, содержащих более 10% SOa, температура на
выходе из первого слоя катализатора без отвода тепла значительно превышает 600° С.
Большинство промышленных катализаторов при этом быстро теряет свою активность.
Поэтому переработку концентрированных газовых смесей целесообразно проводить
в аппаратах с кипящим слоем катализатора.
На рис. IX-49 представлен однослойный
контактный аппарат с кипящим слоем ката-
лизатора. Исходный сернистый газ поступает
в нижнюю часть аппарата, проходит распре-
делительное устройство, затем слой катали-
затора, загруженный на решетку колпачко-
вого типа. Благодаря интенсивному переме-
шиванию частиц катализатора в кипящем слое
температура газа на входе в него значительно
ниже, чем в аппаратах с неподвйжным слоем
катализатора. Так, в случае окисления
12%-ного SO2 при температуре в слое 580°С
температура газа на входе в аппарат не пре-
вышает 350° С.
Отвод тепла от кипящего слоя можно
осуществлять при помощи теплообменных
элементов, используя в качестве охлаждаю-
щего агента воду или пар. Коэффициент теп-
лопередачи охлаждающих элементов до-
стигает 150—200 ккалЦмР-ч-град).
Наиболее ответственными узлами аппара-
тов с кипящим слоем являются решетки для
загрузки катализатора. Гидравлическое со-
противление решетки, необходимое для рав-
номерного «кипения» слоя, составляет 50—150 мм вод. ст. Для аппаратов с кипя-
щим слоем разработан специальный износоустойчивый катализатор на алюмосили-
катном носителе.
Рис. IX-49. Аппарат с кипящим
слоем катализатора:
1—устройство для ввода газа; 2—кор-
пус; 3 — распределительная решетка;
4—колосниковая решетка; 5 — контакт-
ная масса; 6 — расширенная часть (для
снижения скорости газа); 7—отбойник.
1 — газодувка; 2 — контактный аппарат с двумя кипящими слоями
(первая стадия окисления); 3 — внешние теплообменники; 4—контакт- \
ный аппарат с двумя стационарными слоями (вторая стадия окисления).
5. Контактные узлы и аппараты
573
Для переработки концентрированных газов эффективно применение схемы двой-
ного катализа (рис. IX-50). Исходный газ, содержащий около 15% SOa, нагревается
в теплообменниках и поступает в контактный аппарат с двумя кипящими слоями
(первая стадия окисления). Образовавшийся здесь серный ангидрид поглощается
в башнях промежуточной абсорбции, остаточный газ, содержащий 2—3% SOa, на-
правляется в контактный аппарат с двумя стационарными слоями катализатора (вто-
рая стадия окисления) и затем на вторую (конечную) ступень абсорбции. Общая сте-
пень контактирования в такой схеме достигает 0,995—0,997.
При содержании до 20% SOa в сернистом газе на входе в контактный узел на
первой стадии окисления возможно применение контактного аппарата со стацио-
нарными слоями катализатора и непрерывным теплообменом. Можно также использо-
вать постепенное увеличение концентрации SO2. Например, в 1-й слой катализатора
подается газ, содержащий 7—8% SO2, во 2-й слой добавляется такое количество креп-
кого газа, чтобы суммарная концентрация SOa и SO3 составляла 12—13%, и т. д.
Однако работающие по такому принципу аппараты довольно громоздки. Кроме того,
требуется очень точное регулирование количества поддуваемого газа.
Теплообменники контактного узла
На 1 mlcymK.ii вырабатываемой серной кислоты требуется до 20 м2 теплообменной
поверхности при работе на газе обжига колчедана и до 35 лса при работе на отходящих
сернистых газах. Необходимая поверхность теплообмена зависит от концентрации
исходного сернистого газа, схемы контактного узла и коэффициента теплопередачи
теплообменника.
Теплообменник, в котором исходный сернистый газ нагревается реакционным
газом, выходящим из последнего слоя контактного аппарата, обычно называют внеш-
ним, теплообменники для охлаждения реакционного газа между слоями контактной
массы — промежуточными. В зависимости от конструкции контактного аппарата
промежуточные теплообменники монтируют внутри аппарата или вне его (в послед-
нем случае они называются выносными). Внешние и выносные теплообменники вы-
полняются в виде кожухотрубных аппаратов. При окислении сернистого газа пони-
женной концентрации (менее 6—6,5% SOa) обычно устанавливают последовательно
два внешних теплообменника, так как с уменьшением концентрации SOa в сернистом
газе необходимая мощность теплообменника на единицу производительности резко
возрастает.
Поверхность внешнего теплообменника определяется из соотношения:
л KF _ — А) .
Vocp — ^61
где А — безразмерный параметр, характеризующий мощность теплообменника;
К — коэффициент теплопередачи, ккал/(м2 ч-град);
F — поверхность теплообмена, м2;
Vo — количество газа *, лс3/ч;
ср — истинная теплоемкость реакционного газа * при средней температуре
в теплообменнике, ккал/(м3-град);
tK —'температура реакционного газа на выходе из контактного аппарата, °C;
to — температура сернистого газа на входе в контактный узел, °C;
X — адиабатический разогрев газа, °C (стр. 521);
хк — конечная степень превращения SOa;
Д/п ~~ снижение температуры газа за счет потерь тепла в окружающую среду, °C
Ниже приведена зависимость параметра А внешнего теплообменника от концен
Трации SOa в исходном газе (при t0 = 40° С, tK = 430° С, Д/п = 20° С, хк = 0,98)
% SOa . . 2 3 4 5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 '
А .... 9,0 4,72 3,13 2,19 1,61 1,40 1,22 1,06 0,94 0,82 0,72 0,63 0,55 '
* Объемы газа приведены к нормальным условиям.
574
IX. Производство кислоты контактным методом
Определим, к примеру, поверхность внешнего теплообменника для контактного
аппарата при следующих условиях:
производительность 360 т/сутки\ объем исходного сернистого газа 50 000 м3/ч\
концентрация SOa 7%; ср = 0,35 ккал/(м3-град); К = 10 ккал!(м3-Ч‘град)
10
F = _ 1,22-50 000'0,35_
К
2
(методика расчета величины К дана ниже).
Обычно принимается запас теплообменной поверхности, учитывающий ее загряз-
нение, возможное отключение части трубок при ремонтах и колебания концентрации
SOа во время работы контактного узла. Этот'за-
пас берут в пределах 25—40% расчетной вели-
чины.
Кожухотрубный теплообменник (рис. IX-51)
состоит из пучка длинных труб, развальцован-
ных в трубных решетках и заключенных в ци-
линдрический кожух. Для увеличения скорости
газа в межтрубном пространстве и придания га-
зовому потоку перпендикулярного направления
к осям трубок обычно устанавливают сегментные
перегородки. При полном заполнении кожуха
трубками поток газа в межтрубном пространстве
омывает трубки как в поперечном, так и в про-
дольном направлениях. Коэффициент теплопере-
дачи в этом случае обычно составляет 7—
8 ккалЦм3 • ч • град) при гидравлическом сопро-
тивлении 100—150 мм вод. ст. При направлении
газа, показанном стрелкой на рис. IX-51, б, ги-
дравлическое сопротивление меньше, чем при
перпендикулярном к нему (продольном) направ-.
лении потока.
Значительные местные сопротивления воз-
никают при входе, выходе и поворотах газового
потока в межтрубном пространстве. При произво-
дительности контактных узлов 360—1000 т/сутки
в кожухе теплообменника обычно оставляют сег-
менты, незаполненные трубками. В этом случае
удается повысить коэффициент ^теплопередачи
до 10—13 ккал/(м3-Ч’град) без существенного
увеличения гидравлического сопротивления.
Коэффициент теплопередачи определяется
по уравнению:
а.
Рис. IX-51. Теплообменник с сег-
ментными перегородками:
а"—разрезы; /—корпус; 2—тепло-
обменные трубки; 3 — трубные ре-
шетки; 4 — люки; 5—перегородки;
б — штуцер для слива кислоты;
б — размещение трубок в трубных
решетках.
1 _ еаха2
1 ।____1 “ «1 + «ха
аг еаа
где at, аа — коэффициенты теплоотдачи;
в — поправочный коэффициент (см. ниже).
Для теплообменников газ — газ термическим сопротивлением стенки можно пре-
небречь.
Коэффициенты теплоотдачи а рассчитываются по критериальным уравнениям.
Для газа, идущего по трубкам:
Nu = O,O23Reo,8Pr°’4
5. Контактные узлы и аппараты
575
Для газа, омывающего в межтрубном пространстве пучок труб, расположенных
в шахматном порядке:
Nu = O,33Re°’6Pr0,33
ad >
wd
3600cpv \ .
X )'
где Nu — критерий Нуссельта ^Nu =
Re — критерий Рейнольдса ^Re =
Рг — критерий Прандтля ^Рг = —
a — коэффициент теплоотдачи, ккал/{м?'Ч-граду,
d — диаметр трубки, м. (для газа в трубках — внутренний диаметр, для меж-
трубного пространства — наружный диаметр);
X— теплопроводность газа, ккал/{м-ч-град);
w — скорость газа, м)сек;
v — кинематическая вязкость газа, мг!сек;
ср — теплоемкость газа, ккал! {кг-град).
Скорость газа в трубках определяется по формуле:
Vo
WtP 3600-0,785^
где п — количество трубок теплообменника;
dB — внутренний диаметр трубки, м.
Скорость газа в межтрубном пространстве теплообменника определяется по
формуле:
Vo
й)мт------------- —
3600/iD (1—-у
где h — высота хода газа (расстояние между перегородками или трубными решет-
ками), м;
D — диаметр кожуха теплообменника, ж;
dH — наружный диаметр трубки, лс;
t — шаг между трубками, м [обычно /= (1,2—l,3)dH].
При расчете коэффициента теплоотдачи аа в межтрубном пространстве промыш-
ленных теплообменников вводится поправочный коэффициент е = 0,3—0,4, учиты-
вающий отклонение газового потока от поперечного омывания труб и проскок газа
в зазорах межДу корпусом и трубками, между перегородками и корпусом и в отвер-
стиях перегородок. Для теплообменников контактного узла, работающего на газе,
содержащем до 10% SO2, коэффициенты теплоотдачи в трубах и межтрубном про-
странстве можно брать по значениям, рассчитанным для воздуха (табл. IX-33).
Значения коэффициентов теплоотдачи а при данной температуре определяют,
вводя поправочный коэффициент ф на температуру:
a = а°ф
Коэффициенты ср для труб и межтрубного пространства приведены ниже:
Темпера- тура, °C Воздух Топочные *Ртр газы ^мт
<Ртр ‘Рмт
0 1,0 1,0 1,0 1,о
200 1,09 1,15 1,13 1,17
400 1,19 1,25 1,25 1,21
600 1,29 1,33 1,37 1,43
576
IX. Производство кислоты контактным методом
Т а б л и ц а IX-33. Коэффициенты теплоотдачи конвекцией от газа,
идущего внутри труб а®, и газа, омывающего пучок трубок,
расположенных в шахматном порядке, к стенке труб
(при 0° С и 760 мм рт. ст.)
W, м/сек Диаметр труб d, мм W. Диаметр труб d, мм
25 50 75 25 50 75
коэффициент „0 а1 м/сек коэффициент
0,4 6,9 6,5 6,2 0,4 13,5 10,5 8,8
0,6 7,9 7,3 7,0 0,6 17,4 13,3 11,3
0,8 8,9 8,1 7,7 0,8 20,7 15,8 13,4
1,0 9,9 9,0 8,4 1,0 23,7 18,1 15,4
1,5 12,5 10,9 9,9 1,5 30,3 23,2 19,7
2,0 15,2 12,9 11,6 2,0 36,2 27,7 23,6
2,5 18,2 15,2 13,7 3,0 46,4 35,5 30,2
3,0 20,8 17,4 15,7 4,0 55,0 42,1 36,0
4,0 25,6 21,5 19,5 5,0 63,0 48,3 41,2
5,0 30,2 25,4 23,0 7,5 79,0 62,0 52,8
6,0 8,0 10,0 15,0 34,8 43,1 51,0 69,0 29,3 36,2 42,5 58,0 26,5 32,8 38,7 52,0 10,0 97,0 74,0 63,0
Для промышленных теплообменников с сегментными перегородками оптималь-
ные скорости газа в трубках 6—8 м/сек, в межтрубном пространстве 5—6 м/сек (счи-
тая на объем газа, приведенный к нормальным условиям). При дальнейшем увеличе-
нии скорости газа в межтрубном пространстве теплообменников с сегментными пере-
городками гидравлическое сопротивление аппаратов быстро возрастает. В теплооб-
менниках контактных узлов приходится увеличивать шаг между трубками. Диаметр
теплообменника контактного узла производительностью 1000 т/сутки достигает
5,5—6 м. Ниже приведены технические характеристики внешних теплообменников
контактных узлов производительностью 360 и 540 т/сутки кислоты:
Производительность контактного узла,
т/сутки...................................... 360
Концентрация SO2 %......................... 7,5:
Объем газа *, м3/ч .......................... М 000
Поверхность теплообмена, мг ...... 2120
Трубки
количество................................. 1407
диаметр, мм ......................... 57X3,0
длина, мм ............................... 9000
Диаметр аппарата, мм....................... 3200
Количество перегородок......................... 2
Доля общего объема газа, поступающего
в межтрубное пространство .......... 0,7—1,0
Скорость газа *, м/сек
в трубках..................... .......... 4,5
в межтрубном пространстве.......... 5,1—7,3
540
7,5
71 000
2960
1988
57X3,5
9000
4200
2
0,7—1,0
5,0 .
6—8,5
Приведен к нормальным условиям.
5. Контактные узлы и аппараты
577
Температура сернистого газа, °C
L входящего ............................ 40—60 50—65
выходящего............................ 280—350 280—330
Температура реакционной смеси, °C ... .
входящей................................ 420—440 420—440
выходящей ............................ 230—260 240—265
Коэффициент теплопередачи, ккал/(м2 ч град) 9—12 10—13
Общее гидравлическое сопротивление,
мм вод. ст.............................. 120—180 150—250
В теплообменниках с перекрестным током газа без перегородок в межтрубном
пространстве (рис. IX-52) достигается более высокий коэффициент теплопередачи.
Равномерное распределение газа в межтрубном
пространстве обеспечивается установкой диффу- Т
зоров с направляющими лопатками. Так как по-
ток газ'а пересекает пучок трубок только один
раз, без поворотов, можно увеличить скорость
газа в межтрубном пространстве до 9—12 м/сек.
Коэффициент теплопередачи при этом достигает
18—25 ккалЦм2 • ч-град) при гидравлическом со-
противлении 150—200 мм вод. ст.
При использовании внешнего теплообмен-
ника без перегородок целесообразно устанавли-
вать два последовательно включенных аппарата.
В этом случае средняя разность температур со-
ставляет 0,88—0,95 ее величины при полном про-
тивотоке, а при одном теплообменнике 0,7—0,75
этой же величины.
При соблюдении норм технологического ре-
жима осушки и очистки сернистого газа от ту-
мана и брызг серной кислоты коэффициент теп-
лопередачи во внешнем теплообменнике длитель-
ное время остается постоянным. Нарушение ре-
жима подготовки газа приводит к интенсивной
коррозии трубок теплообменников, трубы и меж-
трубное пространство засоряются отложениями
сульфатов, снижается коэффициент теплопере-
дачи в теплообменниках и возрастает их ги-
дравлическое сопротивление.
Вследствие коррозии трубок и трубных ре-
шеток исходный сернистый газ может попадать
в трубы, в результате снижается тепловая
устойчивость контактного узла, увеличиваются
расход сырья и количество вредных выбросов
в атмосферу.
Рис. IX-52. Теплообменник
с перекрестным током газов:
1 — корпус; 2 — теплообменные
трубки; 3 — трубная решетка; 4 —
диффузор; 5 — направляющие ло-
патки.
Автоматизация контактного отделения *
Автоматизация контактных аппаратов с промежуточным теплообменом. Для до-
стижения возможно более высокой степени контактирования при заданном составе
газа температурный режим контактного аппарата необходимо поддерживать с точ-
ностью до ±3—5° С. Как известно, температурный режим контактного отделения за-
висит от концентрации SO2 в поступающем газе, поэтому регулирование температур-
• Написано В. С. Петровским и В. А. Живописцевым.
37 Справочник сернокислотчика
578
IX. Производство кислоты контактным методом
ного режима этого отделения обычно сочетается с автоматическим поддержанием тре-
буемой концентрации сернистого ангидрида.
Одна из таких схем автоматизации контактного узла, оборудованного аппаратом
с промежуточным теплообменом, изображена на рис. IX-53.
Постоянная температура газа на входе в контактный аппарат поддерживается
путем перестановки клапана 7, который регулирует количество холодного газа, по-
ступающего на катализатор помимо теплообменника (байпасный газ). Датчиком яв-
ляется термопара 8, измеряющая температуру газа на входе в аппарат. При постоян-
ной температуре газа на входе в первый слой контактной массы температура газа на
выходе из него (при постоянном объеме газа) зависит только от концентрации SO2
в поступающем газе. Эта зависимость используется для поддержания постоянной
Рис. 1Х-53. Схема автоматизации контактного узла:
/ — сушильная башня; 2 — брызгоуловитель; 3 — газодувка; 4 — внешний тепло-
обменник; 5 — контактный аппарат; б, 7 — регулирующие клапаны; 8, 9—термопары.
концентрации сернистого ангидрида. Импульс от термопары 9, измеряющей темпера-
туру газа после первого слоя контактной массы, подается клапану 6 на линии подачи
атмосферного воздуха, добавляемого к газу перед входом в сушильную башню.
Таким образом, одновременно с регулированием температуры поддерживается тре-
буемая концентрация сернистого ангидрида в газе.
При постоянной температуре газа после первого слоя катализатора и постоянной
концентрации сернистого ангидрида в газе температурный режим второго и последую-
щих слоев контактной массы достаточно устойчив. Концентрацию газа можно регу-
лировать по показаниям газоанализатора.
Автоматизация контактного аппарата дает возможность достигнуть следующей
точности регулирования температуры и концентрации:
Точность
Температура газа, °C
на входе в аппарат................. ±0,5
» выходе из первого слоя кон-
тактной массы .................. ±2,0
Концентрация SO2, %.................... ±0,3
Автоматизация контактных аппаратов с непрерывным (внутренним) теплооб-
меном. В таких аппаратах поддерживается постоянная температура газа на входе
во второй и третий слои контактной массы (рис. IX-54). Это достигается изменением
количества холодного газа, вводимого в верхнюю часть контактного аппарата. Подача
5. Контактные узлы и аппараты
579
газа регулируется в зависимости от температуры газа на входе во второй слой кон-
тактной массы. Регулятор температуры с термопарой 4, измеряющей температуру
газа на входе в третий слой контактной массы, воздействует на клапан 6, изменяю-
щий количество холодного газа, до-
бавляемого в контактный аппарат.
Такое регулирование обеспечивает
надежную работу контактного аппарата
при изменении концентрации SO2 в по-
ступающем газе не более чем на 0,3—
0,5%.
Ниже приведены результаты испы-
таний описанной схемы на точность
регулирования:
ТсЧ-
Регулируемая температура газа кость,
°C
На входе
в первый слой контактной
массы.....................±1,0
» трубки с контактной мас-
сой ......................±1,5
На выходе из трубок и входе
в третий слой контактной массы± 1,0
Рис. IX-54. Схема автоматизации контакт-
ного аппарата с внутренним теплообменом:
1—теплообменник; 2 — контактный аппарат;
3, 4 — термопары; 5, 6 — регулирующие кла-
паны.
На рис. IX-55 приведена схема автоматизации контактного аппарата, работаю-
щего на отходящих сернистых газах цветной металлургии. Концентрация SO2 в газе
SO3 на абсорЬиию
SO^
nvuianinviu ainiapa 1 a пуп pvjnnA нэмипипплл липцсп" 1 l
трации газа (регулирование подсосом невозможно): L—J
1 — контактный аппарат; 2—внешние теплообменники; Pt, Pt — регуляторы
температуры; ИМ,, ИМисполнительные механизмы; Д,, Дг — дроссель-
ные регулирующие заслонки; Ти Tt— термопары; Г—электрический газоана-
лизатор; В—вторичный прибор газоанализатора; МК — мост коррекции.
37*
580
IX. Производство кислоты контактным методом
колеблется в пределах 5—8,5%, регулирование концентрации SOa подсосом воздуха
здесь исключено, а стабилизация только температуры на входе газа в первый слой
контактной массы не обеспечивает постоянства температур в остальных слоях ката-
лизатора при переменной концентрации SO2 в газе. Поэтому установка регулятора
температуры на входе в аппарат не исключает необходимости ручного регулирова-
ния контактного процесса.
Стабилизация температурного режима контактных аппаратов, работающих на
газах переменной концентрации, осуществляется поддержанием соответствующей
температуры на входе в нижний (внутренний) теплообменник аппарата. При повыше-
нии концентрации SO2 описанная система регулирования должна автоматически сни-
жать заданную температуру газа на входе в нижний внутренний теплообменник с тем,
чтобы отвести избыток тепла, выделившегося при окислении сернистого газа с повы-
шенной концентрацией SO2. При понижении концентрации SO2 система автоматиче-
ски изменяет задание регулятору и температура газа повышается.
Ниже приведены отклонения температуры газа в контактном аппарате К-39-4
при изменении концентрации SO2 на входе на 1% для следующих трех случаев:
1) при отсутствии регулятора; 2) при наличии одного регулятора температуры на
входе в первый слой контактной массы; 3) при наличии двух регуляторов:
Слои контактной массы. Отклонения температуры, °C
1-й случай 2-й случай 3-й случай
на входе на выходе на входе на выходе на входе на выходе
1-й 34,1 54,2 0 20,1 0 20,1
2-й 28,5 33,3 11,6 26,4 3,2 8,0
3-й 20,1 21,5 9,9 11,8 —2,8 —0,4
4-й 21,5 21,9 11,3 Н,7 —0,4 0
Как видно из таблицы, применение двух регуляторов практически стабилизирует
температуру газа на входе в слои контактной массы при изменении концентрации SO2.
Приведенная на рис. IX-55 схема включает два регулятора температуры. Регу-
лятор Pi поддерживает постоянную температуру газа на входе в аппарат (независимо
от концентрации SO2) байпасированием холодного газа помимо внешнего теплообмен-
ника. Регулятор Р2 поддерживает на входе в нижний внутренний теплообменник
температуру, зависящую от концентрации SO2.
Для корректировки задания регулятору Р2 по концентрации SO2 использован
импульс от электрического газоанализатора Г сернистого газа на входе в контактный
узел. Реостатный датчик, установленный на вторичном приборе газоанализатора В,
включен в схему неравновесного моста коррекции МК- Выход моста включен после-
довательно с термопарой Т2 на вход электронного регулятора Р2. Величина коррек-
тирующего импульса по концентрации SO2 выбрана из условия получения минималь-
ных статистических отклонений температуры газа на выходе из четвертого слоя кон-
тактной массы при изменении концентрации газа.
Охлаждение газа в контактных аппаратах для окисления сернистого ангидрида
в кипящем слое ванадиевого катализатора после отдельных слоев производится хо-
лодным воздухом или водой. Благоприятным условием автоматизации таких аппара-
тов является равномерность температуры в кипящем слое, поэтому датчиком ее регу-
лятора служит одна термопара.
На рис. IX-56 приведена схема автоматизации контактного аппарата с.кипя-
щими слоями катализатора.
Заданная температура на первом (иижнем) слое автоматически поддерживается
регулированием подачи в аппарат 2 холодного газа, поступающего по байпасу, минуя
5. Контактные узлы и аппараты
581
внешний теплообменник 1. Температура во втором слое регулируется подачей воды
в холодильник, который размещен в кипящем слое, температура в третьем (верхнем)
слое — подачей воздуха, направляемого под решетку.
Рис. IX-56. Схема автоматизации контактного аппарата с кипя-
щими слоями катализатора;
1 — теплообменник; 2 — контактный аппарат; 3—5 — регуляторы
температуры.
На рис. IX-57 представлена структурная схема экстремального регулирования
контактного аппарата с одним кипящим слоем. Приведенные выше способы регулиро-
вания контактных аппаратов базируются на стабилизации температуры газа на входе
в слой катализатора. Особенностью данной схемы является поддержание с помощью
экстремального регулятора такой температуры газа на входе в слой, чтобы разность
температур в слое была максимальной, по- Газ на контак(Ти.
скольку рованае
где хн, хк — степень контактирования на
входе в слой и выходе из слоя
контактной массы;
/н, ^к — температура газа на входе
в слой и выходе из слоя кон-
тактной массы;
X — коэффициент повышения
температуры газа при изме-
нении степени контактиро-
вания х от 0 до 1 (стр. 521).
Из этого уравнения следует, что для
достижения оптимальных условий кон-
тактного процесса необходимо поддержи-
вать максимальную разность температур
Д/ == tK ta.
На вход экстремального регулятора 1
поступает сигнал разности температур от
дифференциально включенных термопар
яа входе 2 и на выходе 3 из катализатора.
Рис. IX-57. Структурная схема экстре-
' мального регулирования контактных.
процессов:
I — экстремальный регулятор; А/—сигнал
разности температур на входе в катализа-
тор (2) и на выходе из катализатора (3) от
дифференциально включенных термопар;
4 — слой катализатора.
582
Г*
IX. Производство кислоты контактным методом
Экстремальный регулятор в процессе автоматического поиска устанавливает на входе
в слой катализатора 4 температуру газа, обеспечивающую максимальную разность
температур в слое.
6. СУШИЛЬНО-АБСОРБЦИОННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
Технологические схемы и режим отделения
Осушка газа. Из промывного”отделения (стр. 485) газы выходят практически
полностью' насыщенные парами воды при температуре во второй промывной или
в увлажнительной башне (если имеется последняя). Исходя из формулы (VII-7),
определим количество паров воды в газах в расчете на 1 т продукционной контакт-
ной кислоты (в кг): • ,
223,5ан п
(ix-76)
где 223,5 — количество SO2 на 1 т продукционной кислоты (см. раздел VII), ж3;
aHjO — количество паров воды в 1 ле3 газа на выходе из увлажнительной башни, а;
Cso — концентрация SO2 в сухом газе, объемн. %;
т] — коэффициент использования SO2 в продукционной контактной кислоте.
Пары воды не оказывают вредного влияния на работу ванадиевой контактной
массы, но в процессе производства серной кислоты по схемам, показанным на рис. IX-1
и IX-3, при охлаждении газа в межтрубном пространстве теплообменника они соеди-
няются с SO3, образуя пары H2SO4, которые конденсируются на поверхности труб и
разрушают их. Кроме того, при наличии в газе паров воды образуется туман серной
кислоты, который плохо улавливается в абсорбционном отделении.
Для освобождения от водяных паров газы пропускают через одну или две су-
шильные башни, орошаемые концентрированной серной кислотой. Для поддержания
постоянной концентрации кислот, орошающих сушильные башни и абсорберы, между
ними осуществляется непрерывный кислотооборот.
Конкретную схему кислотооборота между сушильными и абсорбционными
башнями выбирают в зависимости от того, какую концентрацию должна иметь про-
дукционная контактная кислота, а также, вводится ли в абсорбционную систему кис-
лота со стороны для повышения выхода олеума (рис. IX-58).
При необходимости выпуска продукции системы в виде слабой, например 76% -
ной, кислоты для суперфосфатного цеха или 70%-ной, подаваемой на упаривание
(при вводе купоросного масла со стороны для увеличения выхода олеума), первую
сушильную башню орошают кислотой, имеющей концентрацию выводимой кислоты
(т. е. 76% или 70% HgSOJ. Если слабая кислота из системы не отводится, пер-
вая сушильная башня орошается кислотой концентрацией 93 ± 0,5% H2SO4, а вто-
рая — 94—95%-ной кислотой. На отечественных заводах при одной сушильной башне
в системе башня орошается 94—95%-ной кислотой. На новых заводах в СССР уста-
навливается одна сушильная башня и два последовательных абсорбера: первый, оро-
шаемый олеумом, и второй, орошаемый 98%-ной кислотой (моногидратом).
На зарубежных заводах обычно устанавливается одна сушильная башня, оро-
шаемая 93%- или 98%-ной кислотой. Если из системы не выпускается олеум, ставят
один абсорбер, орошаемый 98%-ной кислотой. Если имеется два абсорбера, олеум-
ный абсорбер иногда устанавливается в шунт. В большинстве случаев и сушильные, и
абсорбционные башни, и их кислотные сборники объединены. Моногидратный абсор-
бер (а большею частью и сушильная башня) оборудованы фильтрами для улавлива-
ния брызг кислоты из газа (дополнительный слой насадки, проволочная сетка, тефло-
новый фильтр).
Однако кислоты поступают в эти башни через отдельные холодильники, так как
кислота, орошающая сушильную башню, должна охлаждаться до более низкой тем-
пературы, чем кислота для орошения моногидратного абсорбера. Одновременно
6. Сушильно-абсорбционное отделение
583
с парами воды в сушильной башне серной кислотой поглощается некоторое коли-
чество SO2. Поскольку кислота из сушильной башни передается в последний (моно-
гидратный) абсорбер или в концентрационную установку или отводится как продук-
ция, растворившийся в кислоте SO2 теряется, если в дальнейшем она не продувается
воздухом, поступающим в систему.
8О3
I
Разбавленная
сиишлъная
кислота
Рис. IX-58. Схемы кислотооборота между сушильными и поглотительными башнями:
а — без ввода кислоты со стороны; б — с вводом кислоты со стороны без отвода разбавленной
кислоты; в — с вводом кислоты со стороны н отводом разбавленной кислоты; г — с вводом
кислоты со стороны и концентрнрованнем разбавленной сушильной кислоты; д — с вводом
кислоты со стороны, отводом разбавленной кислоты н установкой дополнительной поглотитель-
ной башни; 1 — сушильные башни; 2 — поглотительные башни для 98%-ной серной кислоты;
3 — поглотительная башня для олеума; 4 — концентратор; 5 — дополнительная башня
(с передачей кислоты в башню 2 или 3).
Величина этих потерь может быть значительной. Так, при т] = 0,97, Cso =
= 7,5% и а = 47,5 г1м3 (полностью насыщенный паром воздух при 35° С) на 1 т
продукционной контактной кислоты необходимо поглотить из газов 145 кг водяных
паров [см. формулу (IX-76) ]. При добавлении в сушильную башню 98,3%-ной
H2SO4 и выводе из нее 95%-ной H2SO4 с 1 т отбираемой кислоты будет удаляться
поглощенной воды:
1000 1000
0,95 0,983 — Э”1 Кг
В этом случае на 1 т продукции из сушильной башни отводится (145 : 35,3) =
= 4,08 т моногидрата, или 4,3 т 95%-ной кислоты. В этой кислоте при 50° С,’ пар-
циальном давлении SO2, равном 0,075 атм (7,5 объемн. %) и полном насыщении рас-
творителя будет поглощено 5,25—6,1 ksSO2 (см. раздел II, стр. 77), что соответствует
потере —8,6 кг H2SO4 на 1 т продукции системы.
Для устранения потерь SO2 передаваемую из сушильного отделения кислоту
продувают в отдельной колонке воздухом, который далее смешивается с технологи-
584
/А. Производство кислоты контактным методом
ческим газом (перед сушильной башней). Это тем более целесообразно, поскольку при
содержании в газах из промывного отделения более 7,5% SO2 газы приходится разбав-
лять примерно до Cso = 7,5% — оптимальной концентрации в процессе контак-
тирования при работе системы на колчедане. При разбавлении газов в них вводится
воздуха
ДУВ==-----------------\ л» (IX-77)
11 \ cso, Cso« )
9 1
где Cso —содержание SO2 в газе после разбавления, объемн. %.
С этим количеством воздуха добавится влаги на 1 т продукционной контактной
кислоты:
w=^Ы—<1Х'78)
1 \ GSO2 GSOi /
где aHjO — содержание воды в 1 м3 добавляемого воздуха при данной температуре, г.
В проектных расчетах ан о берут равным 50% содержания паров воды в насы-
щенном ими воздухе при 20° С (т. е. 9,5 г/м3).
Таким образом, после добавления воздуха в газах в расчете на 1 т продукцион-
ной контактной кислоты будет содержаться влаги:
, 223,5 / , » ^sos ^so. |
IT = ————— I а„ a —---------» кг (IX-79)
T|Cso/10^ H’° H2° CSOi J V
Определим содержание влаги в расчете на 1 т продукционной контактной кис-
лоты при следующих условиях: С$о* = 12%, CSOj — 7,5%, т| = 0,97, температура
в увлажнительной башне 30° С (aHjO ~ 35,4 г/м3), температура воздуха 20° С (a^sO =
= 9,5 г/м3). Подставляя эти величины в выражение (IX-79), получаем 1Г = 80 кг
(или 0,1 кг Н2О на 1 кг SO3).
Содержание влаги в газах после осушки должно быть не выше 0,01 объемн. % и
не более 0,005% г/м3 сернокислотного тумана. Полнота поглощения водяных паров
увеличивается с повышением концентрации серной кислоты и с понижением ее темпе-
ратуры. Однако с ростом концентрации H2SO4 увеличивается содержание тумана
в газах.
Ниже приведено содержание сернокислотного тумана в газе после сушильных
башен при различных температуре и концентрации орошающей кислоты:
Концентрация орошающей кислоты, % H2SO4 Содержание тумана, г/ж*
прн 40° С прн 60° С прн 80° С при 100° С
90 0,0006 0,002 0,006 0,023
95 0,003 0,011 0,033 0,115
98 0,006 0,019 0,056 0,204
Практически оптимальной концентрацией кислоты для орошения первой су-
шильной башни является 93%, для второй 94—95% H2SO4.
В табл. IX-34 представлены принятые показатели нормального технологиче-
ского режима сушильных башен.
6. Сушильно-абсорбционное отделение
585
Т а б л и ц a IX-34. Технологический режим сушильного отделения
Показатели режима Сушильные башин
первая вторая
Концентрация кислоты, % H2SO4 93±0,5 94—95
при выпуске товарной продукции —
» выдаче кислоты в суперфосфатный цех . . . 76 —
» отводе кислоты на концентрирование . . . Температура кислоты, °C 70 —
на входе 35—40 35—40
» выходе Температура газа, °C 50—55 40—45
на входе 30—35 —
» выходе 45 30—40 .
Фиктивная скорость газа, м!сек, Плотность орошения, м3/(м2 • ч) . 0,8±0,1 0,8± 0,1
10—15 8—10
В установках, работающих на сере (см. рис. IX-3), в сушильной башне осушается
воздух, идущий в печь, а в некоторых установках и воздух, используемый для даль-
нейшего разбавления обжиговых газов, направляемых помимо котла-утилизатора
в контактное отделение. Количество влаги, улавливаемой сушильной дсислотой из
воздуха, в данном случае меньше, чем в установках, работающих на колчедане.
Концентрация кислот, вытекающих из башен, меньше концентрации орошающих
кислот примерно на 0,4—0,8% H2SO4.
Максимально возможная концентрация олеума. Если вся влага, поступающая
с газами в сушильную кислоту, отводится из системы в результате концентрирования
сушильной кислоты, то вся продукция (по'балансу SO3 и Н2О) может быть получена
в виде олеума любой концентрации (вплоть до 100% SO3, стр. 603). В противном слу-
чае максимально возможная концентрация олеума (в % SO3 общ.) составит:
ОХ-80)
где а — количество воды, поступающей на абсорбцию, кг/кг SO3.
Практически возможная максимальная концентрация олеума зависит не только
от соотношения Н2О : SO3 в поступающих на абсорбцию газах, hoji от условий про-
цесса абсорбции.
Теоретически максимально возможная концентрация олеума по условиям равно-
весия определяется равенством
Pso, = Pso,
где pgOj — парциальное Давление SO3 в газах при входе в олеумный абсорбер;
Pso — равновесное давление SO3 над олеумом, вытекающим из олеумного абсор-
бера при данной температуре и концентрации олеума.
Практически pgO > р*о . Если, например, парциальное давление SO3 в газе
Pso = 58 мм Рт- ст (ПРИ 7,6 объемн. % SO3 в газе и общем давлении газов 760 мм
рт. ст), то при температуре вытекающего олеума 60° С может быть получен примерно
33—34%-ный олеум (см. раздел II, стр. 111), считая на свободный SO3. Из этой же
таблицы видно, что при 60° С для получения 20%-ного олеума необходимо, чтобы
концентрация SO3 в газах (при общем давлении газов 760 мм рт. ст.) была не ме-
нее 1,8%.
586
IX. Производство кислоты контактным, методом
Выход олеума. Чтобы всю продукцию системы получить в виде олеума кон-
центрацией П&о , необходимо соблюдение следующего условия:
100 —
"" nsot
(IX-81)
где а — количество влаги, поступающей с газами на абсорбцию, кг/кг SO3.
При получении 20%-ного олеума (считая на 20% SO3 своб.) а 0,171 кг/кг SO3.
Если на абсорбцию вводится кислота со стороны с содержанием П$о , то
"so. = T-D-ioo <1Х-82)
1+о+’Нг—
/;so,
где а — отношение общего количества получаемого олеума к количеству олеума,
получаемого за счет SO3 в газе.
Из этого выражения находим:
100/7SOj — ^soAo, 0 "Ь а)
100 (77SOj — nSOt)
(IX-83)
Так, если П5О = 85,3 (олеум, содержащий 20% свободного БОз), П5О = 75,5
и а = 0,1 кг, общий выход олеума а = 1,46, т. е. на 1 т олеума, получаемого за счет
SO3 в газе, можно получить 0,46 т олеума за счет ввода кислоты со стороны.
Если влага из газов удаляется при концентрировании сушильной кислоты
(т. е. а= 0), выражение (IX-83) примет вид
100/7SOj — ^so.^so,
а~ 100
(IX-84)
При 77SOg = 85,3 и П'5О — 75,5 выход олеума а = 2,13.
Распределение степени абсорбции SO3. Указанные выше величины выхода олеума
(по балансу Н2О и БОз) могут практически реализоваться лишь при соответствующих
условиях абсорбции, так как определенной величине а соответствует минимально
необходимая степень абсорбции БОз в олеумном абсорбере р. Если концентрация оле-
ума, вытекающего из первого абсорбера, /7SO*, а концентрация кислоты, вытекающей
из второго абсорбера, /7SO , то в расчете на 1 кг БОз из газов:
100° = □, (1-В + (°-1) 100
"so, l^so,
Откуда
Р = 100а —~ ^so, (IX-85)
"so. (100 —/7SOJ
Из этого выражения при П5О = 85,3 и П$о = 80 получается Р = 0,31а. При
таких же концентрациях SO3 в олеуме и моногидрате а= 1, величина р= 0,31,
а при а = 2,13 (см. рассмотренный пример) р = 0,66. Отсюда следует, что для повы-
шения выхода олеума при вводе кислоты со стороны необходима повышенная произ-
водительность олеумного абсорбера.
Показатели технологического режима абсорбции. После контактного узла газы
охлаждаются в экономайзере или в ангидридном холодильнике или же в обоих аппа-
ратах последовательно.
6. Сушильно-абсорбционное отделение 587
-----------------------------------------:--------j-------------------------
; На заводах США, работающих на чистой сере, если система не выпускает олеума,
устанавливают только экономайзер. Если же олеум выпускается (т. е. имеется олеум-
ный абсорбер), устанавливают экономайзер и ангидридный холодильник; в холодиль-
цикетаз охлаждается воздухом. На отечественных заводах, работающих на колчедане,
газы охлаждаются в ангидридном холодильнике до 100° С. Иногда его не ставят, и
таз поступает в олеумный абсорбер при 200° С.
Если выпускается товарный олеум, его концентрация должна быть в пределах
18,5—24% свободного БОз. Олеум такой концентрации обладает меньшим коррозион-
ным действием и имеет более низкую температуру замерзания, чем олеум большей и
меньшей концентрации. В такой системе олеумный абсорбер орошается олеумом кон-
центрацией 18—24% свободного БОз. Если олеум полностью используется для от-
гонки БОз, из олеумного абсорбера он выпускается с возможно более высокой кон-
центрацией БОз.
НаД кислотой, орошающей второй абсорбер, должны быть возможно меньшие
равновесные давления паров БОз и воды. Этому условию соответствует 98,3%-ная
Н2БО4. При более высокой концентрации кислоты с заметной величиной равновес-
ного давления БОз над ней абсорбция БОз будет неполной, а при более низкой концен-
трации кислоты с заметным равновесным давлением водяных паров в газах образуется
сернокислотный туман, что также ведет к снижению степени абсорбции БОз.
В табл. IX-35 приведены принятые показатели технологического режима аб-
сорбции.
Таблица IX-35. Технологический режим абсорбционного отделения
Показатели режима Абсорберы
олеумный моногид- ратный
Концентрация кислоты, % 20 98,3
(БО3 своб.) (H2SO4)
Температуры кислоты, °C 35—40 45—55
на входе
» выходе Температура газа, °C 55—60 60—70
на входе 100—200 60—70
» выходе 60—70 40—50
Фиктивная скорость газа, м/сек Плотность орошения, м3/(ж2-ч) Общая степень абсорбции, % 0,8± 0,1 0,8±0,1
8—10 14—16
60—70 99,9
Примечание. В газах, отходящих из абсорбционной системы, обычно содержится
не более 1 г/м* SOa и не свыше 0,3% SO*. Однако такой отходящий газ в соответствии с тре-
бованиями органов Государственной санитарной инспекции следует подвергать санитарной
очистке, после которой концентрация SOf в газе не должна превышать 0,05 объемн. %
(стр. 609 сл.).
Тепловой баланс сушильно-абсорбционного отделения
В сушильно-абсорбционном и контактном отделениях выделяется тепло прн
абсорбции паров воды в сушильных башнях.и абсорбции БОз, а также при окислении
SO2 в контактных аппаратах. Необходимый температурный режим контактного
узла поддерживается при помощи газовых теплообменников, в сушильных башнях н
абсорберах при помощи кислотных и ангидридных холодильников (последний при-
меняется не всегда).
В табл. IX-36 приведен общий тепловой баланс контактного и сушильно-абсорб-
Ционного отделений, в табл. IX-37 — тепловые балансы по аппаратам, где отводится
588
IX. Производство кислоты контактным методом
Таблица IX-36. Общий тепловой баланс
контактного и сушильно-абсорбционного отделения
(на 1 т H2SO4)
Приход тепла Количество тепла Мкал Расход тепла Количество тепла Мкал
С газами, поступающими С отходящими газами при
в сушильное отделение Теплота конденсации 80 кг 28 60° С Отводится в холодильниках 50
паров воды 575-80 Теплота окисления SO2 22 506-816 80 Теплота образования 20%-ного олеума при 55° С 2060-141 46 230 290 (по разности) 544
Итого 594 Итого 594
Примечания: 1. Количество и физическое тепло поступающих газов см. раз-
дел VII (стр. 384).
2. Теплота конденсации I кг паров воды при 40° С составляет 575 ккал (стр. 29); коли-
чество паров воды, конденсирующихся из газов, — 80 кг/т H3SO< (стр. 584).
3. Теплота окисления I кмоль SO, при 500° С равна 22 506 ккал (табл. IX-7); на 1 т
H,SO4 требуется 816 кг SO3.
4. При получении 20%-ного олеума смешением газообразного SO3 с водой при 55° С
выделяется 2060 ккал/кг воды (стр. 124); на 1 т HjjSO* в виде 20%-ного олеума требуется
141 кг воды.
5. Количество и физическое тепло отходящих газов определено с учетом теплоты кон-
тактирования, конденсации паров воды и абсорбции SO3.
Таблица IX-37. Тепловые балансы мест отвода тепла
в сушильно-абсорбционном отделении
(на 1 т H2SO4)
Приход тепла Количество тепла Мкал Расход тепла Количество тепла Мкал
Цикл сушильной башни
С поступающими газами (см. табл. IX-36) .... Теплота конденсации паров воды (см. табл. IX-36) Теплота разбавления 98,3%-ной кислоты до 95%-ной при 40°С 1484-560—1650-480 28 46 40 С выходящими газами . . . Отводится в холодильниках (по разности) 43 71
Итого 114 Итого 114
6. Сушильно-абсорбционное отделение
589
Продолжение / табл. IX-37
Приход тепла Количество тепла Мкал Расход тепла Количество тепла Мкал
Ангидридный холодильник
С газами, поступающими из контактного отделения (см. табл. IX-36 и выше) 43 + 230 273 С выходящими при 100° С газами Отводится в холодильнике (по разности) 90 183
Итого 273 Итого. . . . . 273
Ц и к л перво го абсорбера
С поступающими газами (см. выше) Теплота смешения SO3 с 98,3%-ной H2SO4 для образования 20%-ного олеума при 50° С (2046 — 1679)-141 . . 90 53 С выходящими при 65° С газами Отводится в холодильнике (по разности) 60 83
Итого 143 Итого. 143
Ц и к л второ го абсорбера
С поступающими газами (см. выше) Теплота смешения SO3 с водой с образовани- ем 98,3%-ной H2SO4 при 60° С 1686 (141 — 80) . . . с 95%-ной кисло- той с образованием 98,3%-ной H2SO4 при 60° С (1686 — 1510)-560 . . 60 102 95 С выходящими при 60° С газами Отводится в холодильниках (по разности) 50 207
Итого 257 Итого 257
Всего отводится в дильниках . . . . ХОЛ о- 544
Примечаний. 1. Теплота образования 95% - и 98,3%-ной кислоты соответственно
1484 и 1650 ккал/кг воды (стр. 124); 560 и 480 кг — количество воды соответственно в 95%-
и 98,3%-ной кислотах, циркулирующих между сушильными башнями и абсорберами на
1 т H»SO4.
2. С газами, поступающими в контактный узел, в ангидридный холодильник прино-
сится 43 тыс. ккал.
3. Теплота смешения SO» с водой с образованием 20%-ного олеума н 98,3%-ной кислоты
соответственно 2046 и 1679 ккал/кг воды; на I т H»SO4 требуется 141 кг воды.
4. Теплота смешения SO» с водой с образованием 98,3%-ной кислоты 1686 ккал/кг
воды; (141—80) = 61 кг воды добавляется во второй абсорбер.
5. Теплота смешения SO» с водой с образованием 95%-ной кислоты 1510 ккал/кг воды;
из сушильной башни с циркулирующей 95%-ной кислотой поступает 560 кг воды на 1 т
продукционной H»SO4.
6. Теплота орошающих кислот в балансе не учитывается, соответственно в выходящей
кислоте учтено только тепло, воспринятое ею в абсорбере, т. е. подлежащее отводу из цикла.
590
IX. Производство кислоты контактным методом
тепло. В расчетах принято, что вся продукция системы отбирается в виде 20%-ного
олеума, в первом абсорбере поглощается 31% SO3, в сушильное отделение из второго
абсорбера поступает 98,3%-ная серная кислота, во второй абсорбер из сушильного
отделения направляется 95%-ная серная кислота. Температуры газов и кислот при-
няты по табл. IX-34 и IX-35, в расчетах не учитывались потери тепла во внешнюю
среду. В сушильное отделение поступает газ, содержащий 7,5% SO2, полученный сме-
шением газа из промывного отделения (12% SO2) при 30° С и воздуха при 20° С.
Энтальпия газов рассчитана по методу, изложенному в разделе VII (стр. 384).
Общее количество тепла, которое необходимо отвести из сушильно-абсорбцион-
ной системы, увеличивается, если продукций выпускается в виде менее концентриро-
ванной кислоты, чем 20%-ный олеум. Без ангидридного холодильника значительно
возрастает теплоотвод в абсорберах. При другом распределении степеней абсорбции
SO3 между абсорберами соотношение количеств отводимого из них тепла соответст-
венно изменится.
Аппаратура сушильно-абсорбционного
отделения
И для осушки газа, и для абсорбции SO3 в настоящее время применяют башни
с насадкой из керамических колец в укладку, размеры колец большею частью 50Х
Х50 мм (в системах малой производительностью, примерно до 100 т/сутки H2SO4,
применяют керамические кольца размерами 25X25 мм). В отдельных случаях, когда
вырабатывается чистая кислота (например, для производства химических волокон),
применяются фарфоровые кольца.
При небольшой разности температур входящей и выходящей кислоты требуемую
поверхность насадки абсорбера можно рассчитать по формуле
где G — количество абсорбируемого вещества, кг/ч;
Ар — движущая сила абсорбции, мм рт. ст.;
К — коэффициент скорости абсорбции, кг/(м2-ч-мм рт. ст).
Достаточно надежных данных для определения величины К нет. Известны лабо-
раторные данные А. Г. Амелина и данные Гипрохима, полученные на основе завод-
ской практики. По всем этим данным
K = AwJ’8 (IX-87)
где и>0 — приведенная скорость газа (м/сек), рассчитываемая на все насаженное
сечение абсорбера.
Коэффициенты А для температуры порядка 60° С приведены ниже:
Процессы абсорбции Коэффициен- ты А Процессы абсорбции Коэффициен- ты А
по лабора- торным данным по производ- ственным данным по лабора- торным данным по производ- ственным данным
Серного ангидрида 20%-ным олеумом 98%-ной HaSO4 . . . 0,115 0,175 0,026 0,069 Водяных паров 76%-ной H2SO4 . . . 93—96%-ной H2SO4 0,035 0,035 0,023 0,023
6. Сушильно-абсорбционное отделение
591
По имеющимся данным, зависимость коэффициента А от температуры может
быть определена следующими относительными цифрами:
Температура, °C.........................20
Относительная величина А при абсорб-
ции SO3
20%-ным олеумом....................... 1
98%-ной H2SO4....................... 1
30 40 50 60 70
0,98 0,95 0,92 0,89 0,83
0,94 0,88 0,82 0,76 0,7
Рис. IX-59. Сушильная башня:
1 — стальная обечайка; 2— кислотоупорный кирпич; 3 — асбест; 4 — люкн; 5 — тяги для
подвески плиты; 6 — напорный бачок; 7 — труба для подачн кислоты; 8 — ограждение на
крышке; 9 — крышка; 10 — распределитель кислоты по плнте; 11 — смотровое окно; 12 —
чугунная плита со стаканчиками; 13 — насадка (снизу по два ряда колец 150 X 150, 120Х 120,
100Х 100, 80x80 мм, выше 144 ряда колец 50X50 мм, сверху кольца 80x80 мм навалом);
14 — газовая коробка; 15 — стальная опорная балка; 16 — опорная конструкция с кирпич-
ными арками; 17 — кирпичная колосниковая решетка.
Рис. IX-60. Моногидратный абсорбер:
1—11 — см. рнс. IX-59; 12 — насадка (снизу по два ряда колец 150Х 150, 120х 120, ЮОх 100,
80 X 80 мм, выше 144 ряда колец 50 X 50 мм, сверху кольца 80 X 80 мм навалом); 13 — газовая
коробка; 14 — стальная опорная балка; 15 — опорная конструкция с кирпичными арками;
16 — кирпичная колосниковая решетка.
Рис. IX-61. Олеумный абсорбер:
/ — стальная обечайка; 2 — люкн; 3 — ограждение на крышке; 4 — труба для подачи кис-
йоты; 5 — напорный бачок; 6 — тяга для подвески плнт; 7 — плита стальная со стаканчиками
Лия распределения кислоты; 8 — насадка (снизу по два ряда колец 150x 150, 120X 120,
ГООх 100, 80x 80 мм, сверху 143 ряда колец 50X 50 мм); 9 — колосниковая решетка; 10 —
стойка (стальная труба); 11 — стальная сетка с кислотоупорной обмазкой; 12 — днище (кис-
лотоупорный кирпич); 13 — опорные балки; 14 — газовая коробка.
38 СпОа
594
IX. Производство кислоты контактным методом
Для подбора коэффициента скорости абсорбции SO3 считают возможным пользо-
ваться значениями коэффициента скорости абсорбции аммиака водой, вводя необхо-
димые поправочные множители *.
На рис. IX-59—IX-61 представлены применяемые конструкции сушильных и
абсорбционных башен. Сушильные башни и абсорберы — стальные, футерованные
кислотоупорным^кирпичом. Олеумный абсорбер может быть и нефутерованным, но
Рис. IX-62. Модернизированная плита с кислотными и
газовыми стаканчиками:
1 — распределительная решетка; 2 — кислотный стакан
(d = 20—40 мм); 3 — газовый стакан.
в этом случае во избежание коррозии стального корпуса концентрация орошающего
олеума должна быть не ниже 18% свободного SO3.
Распределение орошающей кислоты в сушильных башнях и абсорберах осуще-
ствляется главным образом распределительными плитами со стаканчиками. На
/ — фарфоровая трубка (d = 38 мм); 2 — распреде-
лительная плнта; 3 — насадка.
рис. IX-62, IX-63 приведены конструкции распределительных плит, показавшие вы-
сокую эффективность. Хорошие результаты в практике орошения моногидратных
абсорберов получены также при
использовании отражательного
щелевого распылителя.
Для улавливания брызг кис-
лоты, уносимых газами, после
второй (или одной) сушильной
башни и моногидратного абсор-
бера устанавливают брызгоуло-
вители. В качестве таких улови-
телей применяют насаженные
неорошаемые башни такой же
конструкции, к£к основные аппа-
раты или стальные футерован-
ные циклоны. При малых диа-
метрах башен (примерно до 3—
4 м) иногда вместо установки
отдельных брызгоуловителей вверху башни размещают неорошаемый слой насадки.
На рис. IX-64 показаны применяемые схемы соединения башен со сборниками,
холодильниками и насосами. При каждой башне сушильно-абсорбционного отделе-
ния имеется отдельный циркуляционный сборник полезной емкостью не менее 10-ми-
нутного количества орошения башни при расположении холодильников на сточной
линии. В отдельных случаях холодильники устанавливают под напором, при этом
необходимая емкость сборника должна составлять не менее 10-минутного количества
орошения башни плюс объем кислоты в холодильниках.
Сборники при сушильных башнях и моногидратном абсорбере выполняются из
стали марки Ст.З с футеровкой кислотоупорным кирпичом или кислотоупорными
плитками (рис. 1Х-65, а). Штуцера большого диаметра также футеруют, штуцера
♦ Ра мм В. М., Абсорбция газов, Изд. «Химия», 1966, стр. 480.
Рис. IX-64. Схемы соединения башен с холодильниками,
сборниками и насосами:
1—башни; 2—сборники; 3—насосы; 4—оросительные холодильники.
13 6
Рис. IX-65. Сборники:
о — купоросного масла и моногидрата; 1 — переливной штуцер; 2 — люк для установки
погружного насоса; 3 — 5 — штуцера для входа кислоты; 6 — люк; 7, 8 — штуцера для КИП;
9 — воздушник; 10, 11 — резервные штуцера; 12 — сифон (для работы на горизонтальных
насосах); 13 — опора; 14 — обечайка; 15 — кислотоупорный кирпич; 16 — асбест; 17 —
ДНнще с балками жесткости; б — олеума; 1—3 — штуцера для входа кислоты; 4—5 — шту-
цера КИП; 6 — воздушник; 7, 9 — штуцера резервные; 8 — люк; 10 — сифон при горизон-
тальных насосах; 11 — люк для установки погружного насоса; 12 — обечайка; 13 — опора.
38*
596
IX. Производство кислоты контактным методом
малых диаметров защищают чугунными вкладышами. В тех штуцерах, где подводя-
щая труба погружена в кислоту, ставят также чугунные патрубки; сифоны для вы-
хода кислоты тоже чугунные. Сборники при олеумных абсорберах изготовляются
также из стали Ст.З иногда без футеровки; все патрубки и сифоны стальные
(рис. IX-65, б).
На ряде заводов сушильные башни и абсорберы сравнительно небольших диа-
метров выполнены совместно со сборниками, которые находятся в нижних частях
этих аппаратов.
Кислотные холодильники описаны в разделе XII.
Ориентировочный расчет олеумного абсорбера. Исходные данные:
Содержание SO2 в газе на входе в контактный аппа-
рат, объемн. % ........................... 7,5
Степень контактирования ....................... 0,98
Температура газа, °C
на входе в абсорбер ........................ 100
» выходе из абсорбера ....................... 60
Температура кислоты, °C
орошающей .................................... 45
вытекающей .................................. 55
Степень абсорбции SO3, % 40
(326 кг/т H2SO4)
Удельная поверхность насадки башни (гладкие кольца
50X50 мм), м2/м3 87,5
Плотность орошения (по практическим данным),
м3/(м2-ч) .................... 10
Производительность контактной системы, т/ч H2SO4 15
Концентрации входящего и выходящего олеума выбираем такими, чтобы темпе-
ратура вытекающего олеума была не выше 55° С. Этому условию удовлетворяет,
например, олеум, содержащий 19,5% SO3 своб. на входе в абсорбер и 21% SO3 своб.
на выходе.
Составим баланс серного ангидрида в абсорбере;
G-0,195 + 326- 15 = (G + 326- 15) 0,21 (IX-88)
где G — количество олеума, поступающего на орошение абсорбера, т/ч;
0,195, 0,21 —доли SO3 своб. в орошающем и вытекающем олеуме;
326 — количество абсорбируемого SO3, кг/т H2SO4;
15 — производительность системы, т/ч.
Решая уравнение (IX-88), получаем
G = 250 т/ч (138 м3/ч)
138
Площадь сечения в насадочной части абсорбера = 13,8 м2.
Диаметр сечения абсорбера
п 13,8-4 л о
D = —— = 4,2 м
3,14
Согласно исходным данным, в абсорбер поступает следующее количество газа:
223,5-15 ,Яо_.
Vr ~ 0,075-0,98 ~ 46 200 М'14
Фиктивная скорость газа
46 200 „ по ,
ш« = -зббоПУ8- = 0-92 м/№к
6. Сушильно-абсорбционное отделение
597
Коэффициент скорости абсорбции по формуле (IX-87):
К — 0,026. 0,920,8 = 0,0204 кг/(м2- ч-мм рт. ст.)
Движущая сила абсорбции
. (58 - 10,37) — (34 — 5,05) о_ л
4р =------ -58-1037---------= 37'4
43
где 58, 34 — парциальные давления SO3 в газе на входе в абсорбер и выходе из него,
мм рт. ст.;
10,37 — равновесное парциальное давление SO3 над 21% -ным олеумом при 55° С,
мм рт. ст.',
5,05 — то же, над 19,5%-ным олеумом при 45° С (см. раздел II).
Необходимая поверхность насадки абсорбера по формуле (1Х-86)
326-15 _2
F ~ 0,0204- 37,4 ~ 6500 М
Л 6500 ,
Объем насадочной части абсорбера -„=. < = 74,2 мЛ.
О/,0
74,2
Высота насадочной части абсорбера -jbo = 5,4 м.
1 3,0
Если система не выпускает продукцию в виде олеума, абсорбцию SO3 целесооб-
разно вести только моногидратом (98,3% H2SO4), так как равновесное давление SO3
над ним равно нулю, а значение К для моногидрата значительно больше, чем для 20% -
ного олеума. При выпуске олеума суммарный объем абсорберов будет тем меньше,
чем большая часть SO3 поглощается в моногидратном абсорбере.
Так как выпуск всей продукции системы в виде 20%-ного олеума обеспечивается
уже при степени абсорбции SO3 в олеумном абсорбере, равной 0,31, то проектировать
олеумный абсорбер на степень абсорбции SO3, превышающую 40%, имеет смысл
только в том случае, если предполагается надобность в повышенном выпуске олеума
за счет ввода кислоты со стороны.
Особенности оформления процессов осушки газа и абсорбции серного ангидрида
при получении серной кислоты по другим схемам заключаются в следующем. При
производстве серной кислоты из сероводорода обжиговые газы не освобождаются от
паров воды и окисление SO2 в контактном аппарате происходит в их присутствии
(мокрый катализ). Процесс сжигания сероводорода описан в разделе VII (стр. 409);
окисление SO2, полученного сжиганием H2S, рассмотрено в данном разделе (стр. 569).
Как видно из рис. IX-4 (стр. 485), горячий газ (450° С), содержащий серный
ангидрид и пары воды, поступает в башню-конденсатор, имеющую такое же устрой-
ство, как сушильная башня, и снабженную кольцевой насадкой. Башня орошается
концентрированной серной кислотой при температуре 50—60°С на входе и 80—90°С
На выходе.
При охлаждении газов внизу башни пары воды и SO3 образуют пары серной кис-
лоты, концентрация которых не превышает критическую величину, поэтому образо-
вание тумана здесь не происходит и в нижней части башни пары серной кислоты кон-
денсируются на поверхности насадки. При дальнейшем движении газа вверх и его
охлаждении пересыщение паров H2SO4 достигает критической величины и образуется
туман, который далее улавливается в электрофильтре. Из общего количества SO3
около 65% конденсируется в башне в виде паров H2SO4, остальное в виде тумана улав-
ййвается в электрофильтре. Конденсат из электрофильтра поступает в сборник цикла
орошения башни-конденсатора.
Получаемая этим методом продукционная серная кислота имеет концентрацию
—93% H2SO4.
598
IX. Производство кислоты контактным методом
При проектировании установок получения серной кислоты по методу мокрого
катализа (из сероводорода) размеры башни-конденсатора определяются расчетом
процесса теплопередачи (без учета образования тумана в объеме).
В раздеЛе VII приведена схема печного отделения для разложения отработан-
ной серной кислоты (стр. 413). Если образующиеся при этом газы содержат примеси,
отравляющие контактную массу, то газ в дальнейшем перерабатывается по схеме,
показанной на рис. IX-1. Если полученные при разложении отработанной серной
кислоты газы не содержат примесей, вредных для контактной массы, в дальнейшем
газ перерабатывается по схеме, изображенной на рис. IX-4.
Автоматизация сушильно-абсорбционного
отделения *
Сушильно-абсорбционное отделение является сложным объектом регулирования
с большим циклом прямых и обратных связей и восемью регулируемыми параметрами
(четыре концентрации и четыре уровня кислот). В каждом цикле орошения имеется
несколько регулируемых звеньев (абсорбер, холодильник, сборник) со сложными ди-
намическими характеристиками. Этот объект подвергается действию таких возмуще-
ний, как изменения концентрации сернистого ангидрида в газе, степени абсорбции
SO3 в олеумном абсорбере, температуры газа перед первой сушильной башней и др.
Рис. IX-66. Схема автоматизации сушильно-абсорбционного отделения
(с принудительной циркуляцией):
- / — сушильная башня; 2 — моногидратный абсорбер; 3 — олеумный абсорбер;
4 — 6 — сборники кислоты; 7—10 — холодильники; 11 — 13 — регуляторы концен-
трации; 14 —16 — регуляторы уровня; 17—23 — регулирующие клапаны.
На рис. IX-66 изображена схема автоматизации сушильно-абсорбционного
отделения с одной сушильной башней и двумя абсорберами (олеумным и моногидрат-
ным).
Концентрация кислоты, орошающей сушильную башню, регулируется при по-
мощи регулятора 11, который воздействует на клапан 17, изменяющий поступление
моногидрата в сборник 4. Избыток сушильной кислоты передается в сборник 5. Опре-
* Написано В. С. Петровским и В. А. Живописцевым.
6- Сушильно-абсорбционное отделение
599
деленный уровень кислоты в сборнике 4 поддерживается при помощи регулятора 14,
который воздействует на клапан 18.
В сборник 5 добавляется вода, количество которой регулируется концентра-
томером 12 и клапаном 19. По мере накопления моногидрата в сборнике 5 регу-
лятор уровня 15 воздействует на клапан 22, через который кислота передается на
склад.
Постоянство концентрации олеума в абсорбере 3 поддерживается благодаря воз-
действию регулятора 13 на клапан 20, через который моногидрат поступает в сбор-
ник 6. Одновременно регулятор1 уровня 16 воздействует на^клапан 21, изменяющий
поступление олеума в сборник 5.
Если соединить между собой
сборники кислоты и несколько
изменить схему кислотопрово-
дов (рис. IX-67), возможны авто-
матическое поддержание задан-
ной концентрации кислоты во
всей системе и автоматическая
передача двух видов продукции
на склад при меньшем количе-
стве регуляторов уровня, чем по
схеме, изображенной на рис.
IX-66.
Заданная концентрация
олеума поддерживается (см. рис.
IX-67) путем воздействия регу-
лятора 9 на клапан 12, изменяю-
щий количество моногидрата,
которое поступает в сборник
олеума 6. Так же регулируется
концентрация моногидрата и су-
шильной кислоты: регуляторы 8
и 7 воздействуют на клапаны 10
и 11.
Рис. IX-67. Схема автоматизации сушильного
отделения (с сигнальными перетоками):
/ — сушильная башия; 2 — моногидратный абсорбер;
3 — олеумный абсорбер; 4 — 6 — сборники кислоты;
7—9 — регуляторы концентрации; 10 — 15 — регули-
рующие клапаны; 16, 17 — регуляторы уровня;
18 — 20 — холодильники.
Количество олеума, перека-
чиваемого на склад, регулирует-
ся при помощи датчика регуля-
тора 16, который воздействует
на клапан 15. В олеумном аб-
сорбере 3 поглощается больше серного ангидрида, чем требуется для выпуска всей
продукции в виде олеума (поглощается 60—70% SO3 вместо необходимых 31%),
поэтому моногидрата не хватает для разбавления олеума. Это несоответствие устра-
няется благодаря тому, что избыток олеума перетекает по сигнальному кислотопро-
воду из сборника 6 в сборник 5 и разбавляется там до концентрации моногидрата.
Если количество влаги, поступающей с газом в сушильную башню, больше, чем
необходимо для выпуска всей продукции в виде олеума, концентрация сушильной
кислоты может снизиться до предельно допустимого значения (92,5% H.2SO4). Тогда
регулятор концентрации 7 подает импульс клапану 14 на закрытие. При этом повы-
шается уровень кислоты во всех сборниках. Если уровень кислоты в сборнике 4 до-
стигнет воспринимающего элемента регулятора 17, он передает импульс на открытие
клапану 13, в результате чего часть продукции будет выводиться из системы в виде
сушильной кислоты (в данном случае в виде купоросного масла). При недостатке
воды концентрация сушильной кислоты поддерживается на верхнем допустимом пре-
деле (93% H2SO4) в результате воздействия датчика регулятора 7 на клапан 10, регу-
лирующий подачу воды в систему. В этом случае вся продукция выдается на склад
в виде олеума через клапан 15.
Установленная концентрация сушильной кислоты поддерживается поступлением
моногидрата по сигнальному кислотопроводу из сборника 5 в сборник 4. Для полу-
600
IX. Производство кислоты контактным методом
чення всей продукции системы в виде купоросного масла клапан 15 по сигналу с дис-
петчерского пункта закрывается и выпуск олеума прекращается.
При наличии двух сушильных башен сборник кислоты при второй сушильной
башне является промежуточным. В этот сборник для повышения концентрации су-
шильной'кислоты поступает моногидрат. Из сборника кислота по сигнальному кисло-
топроводу перетекает в сборник при первой сушильной башне, и концентрация кис-
лоты в первой сушильной башне повы-
шается.
Схема автоматического регулиро-
вания не изменяется и в том случае,
если степень поглощения серного анги-
дрида в олеумном абсорбере становит-
ся менее 31% (например, вследствие
нарушения хода технологического про-
цесса), но при этом часть продукции
будет выдаваться в виде купоросного
масла.
Описанная схема автоматического
регулирования полностью сохраняется
при вводе серной кислоты со стороны
для увеличения выпуска олеума. В этом
случае малоконцентрированная серная
кислота из первой сушильной башни
отводится из системы как продукция,
а вместо воды в систему вводится сер-
ная кислота. Регулирование процесса
во второй сушильной башне осуще-
ствляется так же, как показано на
схеме для башни 1. По описанной схеме
достигается надежное регулирование
процесса при бесперебойной работе
Рис. IX-68. Схема автоматизации сушиль-
но-абсорбционного отделения, работаю-
щего по упрощенному циклу:
1 — сушильная башня; 2 — бак для воды;
3 — моногидратный абсорбер; 4, 6—сборники
кислоты; 5 — смеситель; 7, 8 — трубчатые
холодильники; 9, 14 — концентратомеры; 10,
13—регуляторы; //, 12— регулирующие кла-
паны; 15 — дистанционный клапан с электри-
ческим исполнительным механизмом.
насосов и холодильников.
Схема автоматизации сушильно-
абсорбционного отделения, работаю-
щего по упрощенному циклу (рис.
IX-68), осуществлена на одном из чехо-
словацких заводов и выполнена техни-
чески несложными средствами, в ос-
новном с применением системы элек-
трического регулирования.
Концентрация сушильной кислоты
регулируется следующим образом.
Кондуктометрический концентратомер 9 подает импульс регулятору 10, воздей-
ствующему на привод клапана 11, через который кислота из абсорбера 3 поступает
в сборник 4. Постоянство уровня кислоты в этом сборнике и соответственно количе-
ство циркулирующей сушильной кислоты поддерживаются путем передачи избытка
разбавленной кислоты в сборник 6.
Концентрация кислоты, орошающей моногидратный абсорбер, измеряется кон-
центратомером 14, подающим импульс регулятору 13, который воздействует на кла-
пан 12, регулирующий подачу воды в смеситель 5. Если температура обжигового
газа перед входом в сушильную башню выше, чем требуется для получения заданного
количества моногидрата, вода в смеситель 5 не подается.
Часть сушильной кислоты через клапан 15, имеющий дистанционное управление,
отводится из системы и передается на производство суперфосфата.
При переменной влажности газа на входе в первую сушильную башню представ-
ляет интерес схема автоматизации сушильно-абсорбционного отделения, рассчитан-
ная на два^режима работы (рис. IX-69).
6- Сушильно-абсорбционное отделение
601
По первому режиму система выдает заданное количество купоросного масла и
остальную продукцию в виде олеума. В соответствии с заданием по выпуску купорос-
ного масла система может работать на первом режиме при определенной температуре
газа на входе в сушильную башню, т. е. при содержании влаги в газе, не превышаю-
щей допустимого предела. Если температурные условия не соответствуют заданию
по количеству продукционного купоросного масла, т. е. если влажность газа превы-
шает допустимое значение, система автоматически (переключением комбинации реле и
электромагнитных клапанов) переводится на второй режим. При этом получается
Рис. IX-69. Схема автоматизации сушильно-абсорбционного отделения
(два режима работы):
1,2 — сушильные башни; 3 — моногидратный абсорбер; 4 — олеумный абсорбер;
5—холодильники; 6—9 — сборники кислоты; 10 —13—регуляторы концентрации:
14 — 17 — регуляторы уровня; 18—26 — регулирующие клапаны; 27 — регулятор
количества купоросного масла.
олеум в количестве, соответствующем температуре газа, остальная продукция вы-
дается в виде купоросного масла. При восстановлении заданных условий система
также автоматически (обратным переключением тех же реле и клапанов) возвращается
к первому режиму.
При работе системы по первому режиму процесс ведется следующим образом.
Концентрация сушильных кислот и олеума регулируется добавлением моногидрата
в соответствующие циркуляционные сборники при помощи регуляторов концентра-
ции 10,11,13 через клапаны 18,19,21. Концентрация моногидрата регулируется до-
бавлением воды в сборник 8 через клапан 24. Требуемый уровень сушильной кислоты
в сборнике 6 первой сушильной башни поддерживается регулятором 14, воздействую-
щим на клапан 20. Через этот клапан избыток кислоты подается в сборник моногид-
рата 8. Избыток кислоты второй сушильной башни из сборника 7 передается при
помощи регулятора уровня 15 через клапан 22 в сборник 6. Уровень кислоты
в сборнике 9 олеумного абсорбера поддерживается регулятором 17, связанным
с клапаном 25. Уровень моногидрата в сборнике 8 регулируется добавлением олеума
в этот сборник через клапан 23. Заданное количество купоросного масла, переда-
ваемого на склад, поддерживается регулятором 27 с клапаном 26.
При работе на втором режиме управление процессом несколько иное. Уровень
кислоты в сборнике 6 первой сушильной башни стабилизируется регулятором 14,
602
IX. Производство кислоты контактным методом
передающим через клапан 26 избыток сушильной кислоты на склад. Концентрация
моногидрата регулируется добавлением купоросного масла в сборник 8 через клапан
20. Регулятор 27 количества купоросного масла в этом режиме не работает, клапан 24
полностью закрыт.
Концентрация сушильных кислот и олеума, а также уровни жидкости в сборни-
ках при моногидратном и олеумном абсорберах и при второй сушильной башне регу-
лируются так же, как по первому режиму.
Ниже приведены данные о точности поддержания основных параметров процесса
при ручном управлении и автоматическом регулировании:
Параметры
Концентрация H2SO4, %
в моногидрате.....................
» сушильной кислоте...........
Концентрация SO3 своб.
в олеуме, % ................
Уровень в сборниках, см
моногидрата ......................
сушильной кислоты.............
олеума .......................
Расход кислоты, т/ч ..............
Управление
ручное автоматическое
±0,3 ±1,0 ±0,1 ±0,25
±2,0 ±0,15
±30 ±3,5
±20 ±0,3
±40 ±6,2
Не измерялся ±0,3
7. ПОЛУЧЕНИЕ УЛУЧШЕННЫХ И^СПЕЦИАЛЬНЫX СОРТОВ
СЕРНОЙ кислоты
Для обеспечения выпуска высококачественной продукции рядом производств
(вискозные волокна, капролактам, двуокись титана, синтетические красители и др.)
в последние годы предъявляются повышенные требования к качеству серной кислоты,
в больших количествах применяемой в указанных производствах. Эти повышенные
требования к качеству технической серной кислоты отражены в действующих стан-
дартах. Для получения улучшенных сортов технической серной кислоты нет надоб-
ности разрабатывать особую схему ее производства. И технический олеум, и техни-
ческая высококонцентрированная серная кислота, соответствующие требованиям
стандартов, могут быть получены из серы и колчедана по описанным выше схемам.
Но для этого требуется максимально уменьшить коррозию аппаратуры, для чего все
кислотные холодильники и кислотные коммуникации необходимо выполнять из труб,
изготовленных из специальных кислотостойких сталей. В качестве насадки абсорб-
ционных башен следует применять кислотостойкие полуфарфоровые кольца, а для
перекачивания кислот — бессальниковые погружные насосы. Необходимо также
установить добавочные кислотные хранилища для отстаивания кислоты.
Весьма важны мероприятия, направленные на максимальное предотвращение
коррозии теплообменников контактного узла. Для этого прежде всего обязательно
поддержание оптимальных режимов в отделениях очистки и осушки газов в целях
обеспечения минимального содержания влаги и тумана в газах перед контактным уз-
лом. Для освобождения газов от пыли контактной массы и от пыли, образующейся
в результате коррозии аппаратов контактного узла, после них целесообразна уста-
новка газового фильтра.
Некоторые сорта серной кислоты, имеющие ограниченное применение, выраба-
тываются на отдельных установках или в обычных контактных цехах, оснащенных
дополнительной аппаратурой. К этим специальным сортам серной кислоты относятся:
100%-ный серный ангидрид, 65%-ный олеум, реактивная и аккумуляторная кислоты.
Серный ангидрид 100%-ный обладает высокой химической активностью. Его
стали широко применять в ряде химических производств вместо серной кислоты.
7. Получение специальных сортов
603
Концентрированный серный ангидрид получают отгонкой из олеума (за счет использо-
вания тепла контактирования или топочных газов) и взаимодействием высококонцен-
трированных SO2 и кислорода с непосредственным получением концентрированного
SO3.
На рис. IX-70 показана схема получения 100%-ного SO3 отгонкой его из олеума
за счет тепла газов, идущих из контактного отделения. Подаваемый на разгонку олеум
с содержанием 25—33% свободного SO3 подогревается в теплообменнике 2 до 100—
110° С. Отгонка SO3 происходит при 140° С, контактные газы, проходя межтрубное
пространство испарителя 1, охлажда-
ются с 225—200 до 180° С. Разгоняемый
олеум течет в испарителе по внутрен-
ним стенкам труб и выходит из испа-
рителя с содержанием 15—20% свобод-
ного SO3 при 140° С, далее олеум
охлаждается в теплообменнике 2 до
70° С. Отогнанный SO3 поступает на
конденсацию или на непосредственное
использование.
На описанной установке получают
около 30% всей продукции цеха в виде
100%-ного'SO3. Если отгонку SO3 не
лимитировать ресурсами физического
тепла контактных газов (т. е. исполь-
зовать и топочные газы), выход 100%-
ного SO3 можно значительно увели-
чить. При выводе из системы всей воды,
поглощаемой в сушильной башне, пу-
тем концентрирования сушильной кис-
лоты всю продукцию системы можно
получить в виде 100%-ного SO3. Без
отвода воды из системы при соответствующей затрате тепла на отгонку серного
ангидрида возможный выход 100%-ного SO3 будет равен:
. и
а=1-Ь^
Газ из кон-
тактного
отделения
В абсорбцион- J
ное отделе-г~~
ние r« [ill jll
Вода пар
% в канализацию!
ттттгтЗ-^ L~
1 Олеум из абсорб-
ционного отделе-
ния
В сборник
олеума
Жидкий SO3
В канализацию
IX-70. Схема получения 100%-ного
Рис.
серного ангидрида отгонкой из олеума
контактными газами:
1 — теплообменник-испаритель; 2 — олеумный
теплообменник; 3—конденсатор серного анги-
дрида; 4—сборник жидкого серного ангидрида;
5 — резервуар для получения теплой воды.
(IX-89)
Н2О
где
"so,
^Н2О
b — количество воды, поступающей в сушильную башню, кг!кг SO3;
— отношение содержания SO3 : Н2О в другой части продукции, выводимой
из системы одновременно с олеумом (например, в купоросном масле).
Так, если на 1 кг SO3 в сушильную башню поступает 0,1 кг воды, а из системы
кроме 100%-ного SO3 отводится 92%-ная H2SO4, то в виде 100%-ного SO3 может быть
получено
1 0,1-0,751 _л_0
“ ~ 1 0,249 0,68
где 0,751 —доля SO3 в 92%-ной серной кислоте;
0,249 — доля воды в 92%-ной серной кислоте.
Таким образом, в данном случае 68% продукции системы получается в виде
100%-ного серного ангидрида. При выпуске же другой части продукции в виде
75%-ной H2SO4 выход SO3 составит 84,2%.
На одном заводе имеется небольшая установка для непосредственного получе-
ния высококонцентрированного SO3 из сернистого ангидрида и кислорода. Окисление
SO2 в SO3 проходит в интервале 410—510° С, степень окисления достигает 95%.
Контактный аппарат во время пуска разогревают, а при нормальном режиме охлаж-
дают смесью воздуха и топочных газов.
604
IX. Производство кислоты контактным методом
Получаемый по той или иной схеме 100%-ный газообразный SO3 непосредственно
используется в цехе-потребителе или сжижается или же перерабатывается в удобный
для перевозки 65%-ный олеум. Конденсация SO3 во избежание его замерзания про-
водится при охлаждении темперированной водой (~45°С).
В обычных условиях технический серный ангидрид после замерзания самопроиз-
вольно полимеризуется. После этого перевести его в жидкое состояние нагреванием
при атмосферном давлении практически невозможно, поскольку SO3 возгоняется.
Это затрудняет применение серного ангидрида, так как дозировать и перевозить его
Рис. 1Х-71. Схема получения 65%-ного олеума:
1 — отгонный аппарат; 2 — конденсатор SOs; 3 — теплообменник олеум — олеум; 4, 5 —
напорные баки; 6 — реактор; 7 — сборник 65%-ного олеума; 8 — холодильник 65%-ного
олеума; 9 — резервуар; 10 — железнодорожная цистерна.
в твердом состоянии практически невозможно. Чтобы сохранить серный ангидрид
в жидком состоянии при охлаждении ниже температуры его замерзания (16,8° С,
см. раздел II, стр. 81), к нему добавляют стабилизаторы (В2О3, Na2SO4, КСгО3идр.).
Однако устойчивость жидкого серного ангидрида даже в присутствии стабилизатора
сильно снижается, особенно при температурах ниже 27° С.
Для стабилизации жидкого серного .ангидрида (содержащего'не менее 99,6% SO3)
к нему добавляют в закрытом сосуде 0,7—1% В2О3, содержащего не более 0,3% влаги.
После перемешивания жидкость нагревают^до 60—70° С и выдерживают при этой
температуре в течение 3 ч. Жидкий серный ангидрид, стабилизированный борным ан-
гидридом и сохраняемый в герметически закрытой таре из углеродистой стали, не
полимеризуется в течение многомесячного хранения даже при температуре до —30° С.
Олеум 65%-ный* получают путем смешения жидкого SO3 и технического
олеума. На рис. IX-71 приведена схема получения олеума, содержащего 65% свобод-
ного SO3 и удобного для перевозок вследствие сравнительно низкой температуры его
замерзания.
Газообразный SO3 по выходе из аппарата 1 сжижается в конденсаторе 2 и посту-
пает в напорный бак 5. Отсюда жидкий SO3 передается в реактор 6, куда одновременно
* Материал о получении 65%-ного олеума, реактивной и аккумуляторной кис-
лоты предоставлен Л. М. Мером.
7. Получение специальных сортов
605
из напорного бака 4 подается технический олеум. В реакторе, снабженном мешалкой,
происходит смешение компонентов с образованием 65°о-ного олеума, который сли-
вается в сборник 7 и перекачивается в резервуар 9.
Смешение происходит с выделением тепла, поэтому температура в реакторе
повышается до 90—100° С. Для понижения температуры реакционной смеси в реактор
непрерывно подается 65%-ный олеум (ретур) из сборника 7 через оросительный холо-
дильник 8.
Если с 1 tn 100?6-ного SO3 смешивается, например, 2О?о-ный олеум, можно напи-
сать:
0,853% + 1 = (1 + X) 0,9357
где 0,853 и 0,9357 — общее содержание SO3 в смешиваемом и получаемом олеуме, %;
X — количество 20%-кого олеума, смешиваемого с 1 т 100%-ного
SO3, т\
1 + X —количество получаемого 65%-ного олеума, т.
Отсюда следует, что на 1 т 65% -ного олеума расходуется 436 кг 20% -кого олеума
и 564 кг SO3, а на 1 т SO3 в 65%-ном олеуме 600 кг приходится на 100%-ный SO3 и
400 кг на 20%-ный олеум.
Расходные коэффициенты на 1 т 65%-ного олеума:
Электроэнергия, квт-ч........................20
Вода, м3
темперированная (35—37° С) ...............25
техническая (25° С)...................... 3
Реактивная серная кислота. Серная кислота, применяемая в качестве реактива,
должна удовлетворять техническим требованиям ГОСТ 4204—66. Выпускаются три
сорта реактивной кислоты: химически чистая (х. ч.), чистая для анализа (ч. д. а.)
и чистая (ч.). Реактивная серная кислота представляет собой бесцветную прозрачную
жидкость, содержащую 93,56—95,60% H2SO4. Относительный вес d%° = 1,8300—
1,8350.
Допустимое количество примесей в реактивной серной кислоте (в % не более):
К в а л ификация реактива
Примеси X. ч. ч. д. а. ч.
Нелетучий остаток .... 0,001 0,002 0,01
Хлориды (СГ) 0,00005 0,0002 0,0005
Нитраты (NOj~) Тяжелые металлы сероводо- 0,00005 0,0002 Не нормируется
родной группы (РЬ) . . 0,0002 0,0005 0,0005
Железо (Fe) 0,00005 0,0001 0,0003
Мышьяк (As) 0,000003 0,000003 0,00001
Селен (Se) 0,0001 0,0005 0,001
Аммонийные соли (NH^) Вещества, восстанавливаю- 0,0001 0,0003 0,001
щие КМпО4 0,0001 0,0001 0,0002
На рис. IX-72 представлена схема получения реактивной кислоты, основанная
На поглощении серного ангидрида в абсорбционных колоннах 4, орошаемых моно-
гидратом (98—98,3%-ная H2SO4). Стабилизация концентрации кислоты в циклах
орошения абсорбционных колонн достигается добавлением дистиллированной воды
В^циркуляционный сборник 7.
Г В продукционном сборнике 2 производится разбавление 98%-ной кислоты ди-
стиллированной водой до стандартной концентрации. Здесь же происходит отдувка
98%-мсся\\2^Оц
Рис. IX-72. Схема получения реактивной кислоты:
1,5 — напорные баки; 2 — продукционный сборник; 3 — газовый фильтр;
4 — абсорбционные колонны; 6 — брызгоуловитель; 7 — циркуляционный
сборник; 8 — холодильники погружные.
Рис. IX-73. Газовый фильтр:
1 — стальной корпус; 2—филь-
трующий слой (бесщелочное
стекловолокно).
7. Получение специальных сортов
607
уя кислоты SO2 воздухом, который подается через перфорированную трубу и барбо-
тирует через слой кислоты. Для охлаждения кислоты в холодильниках 8 и в продук-
‘ ционном сборнике 2 имеются погружные теплообменные элементы и водяная рубашка.
Аппаратура описанной системы исключает возможность загрязнения реактивной
кислоты и позволяет получить до 100% химически чистой кислоты.
Фильтр для газа (рис. IX-73) представляет собой стальной корпус, внутри кото-
рого находится фильтрующий материал. В качестве фильтрующего материала приме-
няется однонаправленное длинноволокнистое бесщелочное стекловолокно.
В таком фильтре достигается высокая степень очистки газа от окислов азота,
~~ мышьяка, селена, брызг серной кислоты и других примесей при полном отсутствии
потерь серы.
Абсорбционная колонна выполнена’в виде цилиндрического аппарата, смонти-
рованного из стальных эмалированных царг. На фарфоровые распределительные
решетки навалом помещены фарфоровые кольца размером 15Х 15 мм. Орошающая
кислота подается через трубу из жаростойкого стекла.
Продукционный сборник (IX-74) ^представляет собой стальной эмалированный
корпус с водяной рубашкой. В корпусе размещены погружные змеевики, выполнен-
ные из стальных эмалированных труб.
Аккумуляторная серная кислота, предназначенная для заливки в свинцовые
аккумуляторы, выпускается двух сортов (А и Б) и должна удовлетворять техническим
требованиям ГОСТ 667—53.
Содержание H2SO4 в обоих сортах должно быть в пределах 92—94%.
• Допустимое количество примесей в аккумуляторной кислоте (в %, не более):
Примеси Сорт А Сорт Б
Нелетучий остаток ...................... 0,03 0,05
Марганец (Мп) .......................... 0,00005 0,0001
Железо (Fe)............................. 0,006 0,012
Мышьяк (As) ............................ 0,00005 0,0001
Хлор (С!-) ............................. 0,0005 0,0005
Окислы азота (N2O3) .................. 0,00005 0,0001
Вещества, восстанавливающие КМпО4 . . . Должна выдерживать
испытание по пункту 18
ГОСТ
Тяжелые металлы, осаждаемые сероводоро-
дом или сернистым натрием (кроме РЬ
и Fe)..................................То же, по пункту 19
ГОСТ
При перевозке кислоты в освинцованных цистернах или контейнерах содержание
Нелетучего остатка не должно превышать величину, нормируемую ГОСТ, за вычетом
количества сернокислого свинца. По интенсивности окраски кислота должна выдер-
живать испытание по ГОСТ 667—53.
На некоторых заводах построены и еще работают специальные абсорбционные
установки для получения аккумуляторной кислоты.
Газ, прошедший олеумный абсорбер (рис. IX-75), очищается от брызг в аппарате
3 и поступает в абсорбер 4, орошаемый 98%-ной серной кислотой. Избыток кислоты
из цикла орошения моногидратного абсорбера отводится в бак 7 для продувки возду-
хом, прошедшим специальную очистку в четырех последовательно установленных
баках 9. Первый из них (по ходу воздуха) имеет насадку из стеклянной ваты и служит
фильтром, второй — залит водой, третий — кислотой, четвертый, снабженный на-
садкой (стеклянные шарики), служит брызгоуловителем.
В баке 7 концентрированная (98%-ная) кислота освобождается от растворенного
в ней сернистого ангидрида и поступает в бак-смеситель 8, снабженный свинцовым
вмеевиком, где разбавляется дистиллированной водой до стандартной концентрации.
8. Очистка газов от примесей
609
Дистиллированная вода получается в аппарате 1, обогреваемом паром. Готовая про-
дукция направляется в продукционный сборник 11.
Вся аппаратура системы получения аккумуляторной кислоты выполнена из
таких материалов, которые обеспечивают чистоту продукта. Аппараты в цикле оро-
шения абсорбера 4 защищены футеровкой. Баки 9 для очистки воздуха, дистилля-
тор 1 и относящиеся к ним коммуникации выполнены из меди.
Аккумуляторная кислота транспортируется потребителю, как правило, в стек-
лянных бутылях.
При условии согласия потребителя в каждом отдельном случае разрешается
отгружать аккумуляторную серную кислоту в железнодорожных цистернах или
контейнерах со специальным кислотоупорным покрытием или футеровкой и в железно-
дорожных цистернах или контейнерах, предварительно тщательно очищенных.
Расходные коэффициенты на 1 т аккумуляторной серной кислоты (считая на
100% H2SO4):
Серная кислота (100% H2SO4), т...............1
Электроэнергия, квт-ч........................4,8
Вода (на охлаждение), м3 ....................10
Пар, кг ....................................250
В последние годы большая часть выпускаемой аккумуляторной кислоты произ-
водится непосредственно в контактных цехах, работающих по типовой схеме. При
этом соблюдаются такие же условия, что и при получении технических сортов серной
кислоты. Кроме того, при смешении сушильной кислоты (или моногидрата) с водой
для более полного удаления сернистого ангидрида продувка кислоты производится
очищенным воздухом. К продукционной кислоте добавляют небольшое количество
перекиси водорода, если это требуется для окисления органических примесей.
8. ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ *
Допустимое содержание примесей
в отходящих газах
Отходящие газы производства серной кислоты, как и других производств, не
должны содержать вредных примесей больше установленных для каждой примеси
пределов по санитарным нормам.
Для улавливания брызг серной кислоты в контактных системах, работающих по
схемам, показанным на рис. IX-1 и IX-3 (стр. 483 и сл.), устанавливаются брызгоуло-
вители — насадочные башни, по конструкции аналогичные второму абсорберу.
На некоторых заводах отдельный насадочный брызгоуловитель заменен неорошаемым
слоем насадки в верхней части последнего абсорбера. Вместо насадочных брызгоуло-
вителей применяются также циклоны. Если степень контактирования недостаточна,
приходится сооружать специальную установку для улавливания SO2 из отходящих
газов или направлять их в высокую трубу для рассеивания в верхних слоях атмо-
сферы **. При улавливании SO2 содовым или аммиачным раствором присутствующие
в газе остатки SO3 образуют сернокислотный туман, для улавливания которого тре-
буется мокрый электрофильтр (см. раздел VIII, стр. 460 сл.).
Установки по улавливанию сернистого ангидрида из отходящих газов контактных
систем в ряде случаев используются для получения товарных бисульфитов. При этом
может оказаться целесообразным снизить степень контактирования для обеспечения
бисульфитной установки сернистым ангидридом и повышения производительности
Контактного узла (нагрузки по газу).
* Материал предоставлен Б. А. Чертковым.
** О конструкции выхлопных труб см. раздел IV (стр. 255 сл.).
39 Справочник сернокислотчика
610
IX. Производство кислоты контактным методом
Органами санитарной инспекции в СССР для вредных веществ установлены пре-
дельно допустимые концентрации (ПДК), которые являются основной характеристи-
кой их опасности для живых организмов.
В табл. IX-38 приведены предельно допустимые концентрации вредных веществ,
выделяющихся в воздух при производстве серной кислоты, и некоторых других ток-
сичных соединений (для сравнения).
Т а б л и ц a IX-38. Предельно допустимые концентрации
вредных веществ (ПДК) в атмосферном воздухе населенных мест
и в рабочей зоне производственных помещений
Вещества Предельно допустимые концентрации в воздухе, .иг, ,м3
населенных мест рабочей зо- ны произ- водственных помещений
максималь- ная разовая | среднесу- точная
Сернистый ангидрид SO2 0,50 0,15 1,0
Серная кислота H3SO4 0,30 0,10 1,0
Окислы азота NO2 0,085 0,085 5,0
Соединения фтора (в пересчете на F) . . . 0,03 0,01 0,5
Фосфорный ангидрид Р2О5 0,15 0,05 1,0
Хлор С12 0,10 0,03 1,0
Хлористый водород НС1 0,05 ' 0,015 5,0
Сероводород H2S 0,008 0,008 10
Пыль нетоксичная 0,50 0,15 10
Окись углерода СО 3,0 1,0 20
Примечания. I. Максимальные разовые значения ПДК определяются в пробах
атмосферного воздуха, отбираемых в течение 20 мин.
2. При совместном присутствии в атмосферном воздухе SO2 и тумана (аэрозоля) серной
кислоты их суммарная концентрация при расчете по приведенной ниже формуле не должна
превышать 1:
Mt 1 Л4,
(1Х-90)
где С], Сг — концентрации определяемых веществ в воздухе;
М 1, М 2 — предельно допустимые концентрации этих веществ при изолированном дей-
ствии.
Для определения допустимого по санитарным нормам выброса вредного вещества
в атмосферу нужно оценить его возможную концентрацию на местности, окружаю-
щей источник выброса газа, и сравнить ее с ПДК-
Рассеивание газового потока в атмосфере определяется в основном высотой
трубы, скоростью газа в ее устье, силой ветра, изменением его направления, градиен-
том температуры, рельефом местности, а также рядом других факторов. При полном
отсутствии ветра возле устья трубы, что бывает редко, выбрасываемые газы подни-
маются расширяющейся струей вертикально вверх до тех пор, пока газ не охладится
до температуры окружающего воздуха, потеряет первоначальную скорость и пол-
ностью смешается с воздушной массой. В этих условиях концентрация газа в призем-
ных слоях атмосферы крайне незначительна.
В большинстве случаев, при наличии ветра, струя газа поднимается на некото-
рую высоту, а затем ее движение приобретает почти горизонтальное направление.
Струя газа принимает при этом форму расширяющегося конуса и, двигаясыпо направ-
лению ветра, нижним краем достигает поверхности земли. Место соприкосновения
струи с землей является началом зоны загрязнения, в которой концентрация приме-
сей максимальна.
8. Очистка газов от примесей
611
Руководство, составленное «Гипрогазоочисткой», рекомендует следующую упро-
щенную расчетную формулу для определения максимальной концентрации газовой
примеси на земле, соответствующей отбору пробы в течение не более 2 мин:
где СмаКс — максимальная концентрация газа на земле, мг/м3;
G — количество вредного газа, выбрасываемое из трубы, г/сек-,
ш0 — скорость ветра на высоте от земли 10 м *, м/сек-,
И — эффективная высота выброса, м.
Для сопоставления с приведенными в табл. IX-38 значениями ПДК, установлен-
ными при отборе пробы воздуха в течение 20 мин, значения Смакс, полученные по этой
формуле, должны быть уменьшены примерно в 2,5 раза.
Эффективная высота выброса Н — расстояние от земли до горизонтальной оси
газового потока, складывающееся из высоты трубы h и возвышения струи Ай:
Я — й + Ай (IX-92
Зависимость возвышения струи от диаметра устья трубы и соотношения скорости
газа в устье трубы и скорости ветра учитывается формулой
Ай = -1’?^° (IX-93)
w v '
где D — диаметр устья трубы, м\
t'o — скорость газов в устье трубы, м/сек',
w — скорость ветра на высоте трубы, м!сек.
Скорость ветра на высоте трубы w может быть определена по скорости ветра
на высоте 10 м от земли пу0 из соотношения
w — ПУОФ (IX-94)
Значения <р для различных высот приведены ниже:
Высота, м <Р Высота, м <Р
10 1,0 120 1,54
20 1,15 140 1,57
40 1,30 160 1,60
60 1,40 180 1,63
80 1,46 200 1,65
100 1,50
Расстояние от источника газа (трубы) до места у поверхности земли, где при сред*
них метеорологических условиях может возникнуть максимальная концентрация
вредного вещества ориентировочно определяется по формуле Хмакс = 20Н.
Пример. Определить максимальную концентрацию SO2 в приземном слое воз-
духа, загрязняемом выбросами мощной контактной сернокислотной системы произво-
дительностью 1000 т/сутки, при высоте выхлопной трубы 20; 30; 40 и 90 м. Степень
контактирования 98%; содержание SO2 в отходящем газе 0,15 объемн. % (4,5 г/л3);
содержание H2SO4 в отходящем газе 1 г/м3 (при нормальных условиях); диаметр вы-
хлопной трубы 2 м\ температура газа на выхлопе 70° С; скорость ветра на высоте 10 м
от земли 4 м/сек.
' * При скорости ветра на этой высоте, равной 5—7 м/сек, и наличии интенсивного
вертикального обмена наземная концентрация вредных веществ достигает максималь-
ных значений.
39*
612
IX. Производство кислоты контактным методом
(при рабочих условиях):
0,155-100-343 t. ,,,
~ 2,92-0,15-273 ~ 44 1С™
кг/м3.
Определяем общий выброс SO2 в трубу:
1000-106-64-0,02 _ ,
24-3600-98-0,98 “ °° г‘СеК
Объем отходящего газа
V
где 2,92 — плотность газа,
Линейная скорость газа в устье трубы:
44
~ 0,785-4 = 14 м!сеК
Далее по формулам (IX-91)—(IX-94) определяем скорость ветра на высоте трубы
w, возвышение струи Д/г, эффективную высоту выброса Н и максимальную концен-
трацию SO2 в приземном слое Смакс при различной высоте выхлопной трубы h. Ре-
зультаты расчета сводим в таблицу:
Расчетные данные Высота трубы, м
20 30 40 90
Скорость ветра на высоте трубы w, м/сек 4,6 4,9 5,2 5,9
Возвышение струи Д/г, м 11,5 10,8 10,2 9
Эффективная высота выброса Н, м . • 31,5 40,8 50,2 99
Максимальная концентрация SO2 в при-
земном слое Смакс, мг.'м3 3,7 2,2 1,45 0,38
Результаты расчета показывают, что при малой высоте выброса величина Смакс
в приземном слое в несколько раз превышает значения ПДК для SO2. Лишь при эф-
фективной высоте выброса газа, равной 90 м, Смакс становится меньше ПДК. Однако
запаса высоты трубы здесь нет, поскольку в газе помимо SO2 содержится H2SO4
(в виде тумана, мелких брызг и непоглощенного SO3). При содержании H2SO4, равном
1/3/1/ с/л \ 0,38 0,076
1 г/мл (Vs содержания SO2), можно написать —|------- 1, что соответствует
U,О (Jjlj
требованию, сформулированному в примечании к табл. IX-38.
Для расчета очень крупных источников выброса SO2 в атмосферу, измеряемых
тоннами в час и большими объемами газов, приведенные выше формулы непригодны.
В таких случаях максимальную концентрацию SO2 в приземном слое можно опреде-
лять по временной методике, разработанной для расчета рассеивания в атмосфере
выбросов из дымовых труб электростанций.
При расчете максимальной концентрации вредных газов в приземном слое сле-
дует учитывать, что на химических предприятиях одиночные выбросы газа весьма
редки. Чаще всего выбросы из нескольких источников накладываются друг на друга,
поэтому для достижения ПДК в приземном слое высота выброса каждой примеси
должна быть значительно увеличена. В таких случаях целесообразно предвари-
тельно извлекать из газов основную массу вредных примесей (на 90—95%) и выбрасы-
вать очищенные газы на более низкой высоте.
В последние годы приняты эффективные меры к значительному снижению со-
держания вредных веществ (SO2 и тумана серной кислоты) в отходящих газах как на
действующих, так и на проектируемых контактных сернокислотных заводах.- Содер-
жание SO2 в выхлопных газах должно быть не выше 0,0Й объемн. % . Это достигается
при двойном (двухстадийном) окислении SO2 с промежуточной абсорбцией или путем
8. Очистка газов от примесей
613
извлечения S02 из отходящих газов в специальных абсорберах. Абсорбция SO2 из
отбросных газов реализована на ряде действующих заводов и находится в процессе
освоения на ряде других сернокислотных систем. Применены следующие способы
абсорбции:
1) аммиачный — с получением сульфит-бисульфитного раствора аммония,
который далее используется как товарный продукт или разлагается кислотой с обра-
зованием высококонцентрированного SO2 и соответствующего удобрения, или же ре-
генерируется с получением высококонцентрированного сернистого газа. Высококон-
центрированный SO2 возвращается в контактную систему или перерабатывается в то-
варную жидкую двуокись серы;
2) содовый — с получением сульфитов;
3) кислотно-каталитический (окисление SO2 в растворе серной
кислоты в присутствии ионов марганца) — с получением слабой серной кислоты,
используемой на этом же заводе, например в производстве удобрений. Конкретный
поглотитель SO2 выбирают с учетом местных условий. После абсорбции SO2 отходя-
щие газы должны очищаться в мокром электрофильтре (или другом фильтре) от брызг
и тумана. При строительстве новых заводов в тех случаях, когда установка абсор-
бера для улавливания SO2 нецелесообразна, следует предусматривать двойное кон-
тактирование и после моногидратаого абсорбера устанавливать только мокрый
электрофильтр.
Получение бисульфита натрия из остатков SO2
в отходящих газах
Получение бисульфита натрия основано на активном поглощении SO2 растворами
соды. Фактически процесс получения проходит через стадии образования бикарбоната
и сульфита натрия в соответствии с реакциями:
2Na2CO3 + SO 2 + Н2О = 2NaHCO3 + Na2SO3
2NaHCO3 + SO2 = Na2SO3 + 2CO2 + H2O
Na2SO3 + SO2 + H2O = 2NaHSO3
Растворимость NaHSO3 в воде (в a/100 г раствора) при различной температуре t
приведена ниже:
t, °C................. О 10,4 22,8 31,4 40,2 59 81,4
Растворимость......... 37,4 38,8 39,8 40,8 41,6 44,3 47,4
Из насыщенных растворов NaHSO3 при охлаждении выпадают кристаллы пиро-
сульфита натрия Na2S2O5, на чем основан «мокрый» способ его получения.
Технический бисульфит натрия выпускается заводами в виде растворов светло-
желтого цвета плотностью 1,33 г! см3 с содержанием 36% NaHSO3. Согласно
ГОСТ 902—41, такой раствор должен содержать не менее 22,5% бисульфита на-
трия NaHSO3 (в пересчете на SO2), не более 1% сульфита натрия Na2SO3 (в пересчете
на SO2) и не более 0,02% железа (в пересчете на закись железа FeO); свободный SO2
должен отсутствовать.
При очень малой концентрации SO2 в газе (менее 0,3%) получение стандартного
продукта затрудняется из-за параллельно протекающего процесса окисления NaHSO3
в жидкой фазе. В этих случаях перед выпуском готового продукта необходимо насы-
щать раствор более концентрированным сернистым газом, отбираемым из основной
системы.
Принципиальная схема производства бисульфита натрия приведена на рис. IX-76.
Установка состоит из двух абсорбционных башен /, 2, заполненных насадкой (кера-
мические кольца). Газ последовательно проходит обе башни и очищенный от SO2 на
85—90% отводится в атмосферу. Орошающий раствор при помощи циркуляционных
насосов движется противотоком к газу, по мере поглощения SOa содержание NaHSO3
614
IX. Производство кислоты контактным методом
в растворе возрастает. По достижении стандартного состава раствора в системе цир-
куляции башни 1 готовый продукт отводится из системы, а эквивалентное количество
содового раствора вводится в систему циркуляции башни 2.
Рис. IX-76. Схема получения бисульфита натрия:#
1,2 — абсорбционные башни; 3—5 — сборники; 6 — растворитель соды.
Получение бисульфита аммония из остатков SO2
в отходящих газах
По условиям равновесия между газовой и жидкой фазой стандартный раствор
бисульфита аммония не может быть получен на малоконцентрированных отходящих
газах контактных систем. Фактически получают смешанный раствор, в котором
NH4HSO3 и (NH4)2SO3 находятся в определенном соотношении.
Для выпуска концентрированного бисульфита аммония полученный раствор
дополнительно насыщают концентрированным газом, отбираемым из производствен-
ного цикла.
По существующим техническим условиям (ТУ МХП № 2157—50) раствор би-
сульфита аммония, применяемый в производстве капролактама, должен удовлетво-
рять следующим требованиям:
Цвет ............................................От светло-желтого
до зеленовато-желтого
Плотность при 20° С, г/см3 ................... Не выше 1,35
Содержание NH4HSO3, г/л ......................... 820± 10
Железо, г/л .................................. Не более 0,01
Кислотность (избыточный SO2) в пересчете
на H2SO4, г/л ................................ Не ниже 3
Для повышения устойчивости бисульфита аммония к саморазложению в послед-
нее время начали выпускать раствор без избытка SO3. Наоборот, в растворе допу-
8. Очистка газов от примесей
615
скается небольшая примесь сульфита аммония, причем суммарное содержание суль-
фита и бисульфита в пересчете на \H4HSO3 должно быть не менее 810 г'л, pH рас-
твора должно находиться в пределах 3,7—4,3 (при 20° С).
Технологическая схема получения растворов сульфит-бисульфита аммония из
отходящих газов контактных систем в принципе не отличается от приведенной на
рис. IX-76. Особенность ее заключается лишь в том, что аммиак, в отличие от других
щелочных поглотителей, летуч. Поэтому во избежание его потерь поглощение SO2
ведут не аммиачной водой, а раствором сульфит-бисульфит аммония с таким соотно-
шением между (Х’Н4)2 SO3 и NH4HSO3, при котором равновесное давление SO2
и NH3 над раствором минимально.
Рис. IX-77. Схема получения сульфит-бисульфита аммония:
1 — абсорбер распиливающего типа; 2—вентилятор; 3— элек-
трофильтр.
На рис. IX-77 приведена технологическая схема получения раствора сульфит-
бисульфита аммония, в которой громоздкие насадочные абсорберы заменены интен-
сивным массообменным аппаратом-абсорбером распыливающего типа (APT).
Отходящий газ контактной системы в количестве 35 000 м3/ч поступает в абсор-
бер 1 распыливающего типа (APT), состоящий из трех частей — распылительной,
абсорбционной и сепарационной. В распылительной части расположены семь алю-
миниевых конусов диаметром 300 мм в нижнем основании и 400 мм в верхнем. В аб-
сорбционной части (диаметр 1600 мм, высота 5000 мм) происходит основной процесс
абсорбции SO2 распыленным раствором. В сепарационной части (диаметр 3800 мм,
высота 4000 мм) капли жидкости отделяются от газа.
Из APT очищенный газ попадает в вентилятор типа ВД-13,5, кожух и крыльчатка
которого выполнены из алюминия или нержавеющей стали. Из вентилятора 2 газ
поступает в двухсекционный санитарный электрофильтр 3 типа М-16 для освобожде-
ния от взвешенных частиц аммонийных солей и далее отводится в атмосферу.
Одна из конструкций абсорбера распыливающего типа изображена на рис. IX-78.
616
IX. Производство кислоты контактным методом
Нижняя часть сепаратора APT служит сборником циркуляционного раствора.
Сюда же подаются необходимые для связывания SO2 аммиак и вода. Избыток рас-
твора из APT передается для укрепления и образования стандартного бисульфитного
раствора в абсорбционную систему, работающую на концентрированном сернистом
газе.
Рис. IX-78. Абсорбер распили-
вающего типа (APT).
Рис. IX-79. Схема получения сульфит-бисуль-
фита аммония с барботажным абсорбером:
1 — барботажный абсорбер; 2 — циркуляционный бак;
3 — вентилятор; 4 — электрофильтр.
Оптимальный режим работы APT:
Линейная скорость газов в узком сечении конусов, м/сек 23
Количество орошения, л3/1000 Л13- газа.............. 4—4,5
Суммарное содержание солей в поглотительном растворе
(в пересчете на NH4HSO3), г/л........................ 650—680
Мольное отношение SO2 : NH3 в поглотительном растворе 0,68—0,72
Температура газа и раствора, °C..................... 30—40
Гидравлическое сопротивление, мм вод. ст............ 70—90
При этом режиме концентрации SO2 в газе снижается с 0,3—0,5 до 0,05%, содер-
жание примеси сульфата аммония в получаемом растворе (образующемся в резуль-
тате окисления) не превышает 100 г/л.
На рис. IX-79 показана технологическая схема получения растворов сульфит-
бисульфита аммония из отходящих газов, основным аппаратом которой является
барботажный алюминиевый абсорбер с ситчатыми переливными тарелками, работаю-
щий в пенном режиме. Газовая и жидкая фазы движутся в этом аппарате перекрестно-
противоточно.
На выходе газа из аппарата установлена жалюзийная решетка для отделения
уносимых брызг раствора. Далее очищенный газ вентилятором 3 через санитарный
электрофильтр 4 отводится в атмосферу. Аммиак и вода, необходимые для связыва-
9. Технико-экономические показатели
617
ния S02 и образования раствора сульфит-бисульфита аммония, подаются в цирку-
ляционный бак 2.
Оптимальный режим работы барботажного абсорбера:
Линейная скорость газа в общем сечении, м'сек ... 2
Плотность орошения решеток, Л13/(.ч2-ч) ............ 2—3
Коэффициент свободного сечения решеток .............. 0,15
Гидравлическое сопротивление одной решетки, мм вод. ст. 40—50
Общее содержание солей (в пересчете на NH4HSO3), г/л 500—600
Изменение мольного отношения SO., : NH3 в процессе аб-
сорбции ...........................................0,75—0,85
Температура газа и раствора, °C...................... 30—40
При этом режиме степень улавливания SO2 из газовой смеси в трехступенчатом
абсорбере составляет 85%.
9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ
При работе сернокислотной системы на колчедане (см. рис. IX-1) выход продук-
ционной контактной серной кислоты по отношению к сере, содержащейся в загру-
жаемом в печь колчедане, равен
Л = П1П2П3П4П5
где г)! — степень перехода серы колчедана в газовую фазу в печи;
г|2 — выход серы (в виде SO2) с газами из промывного отделения по отноше-
нию к (SO2 + SO3), поступившим в промывное отделение;
т]з — отношение количества SO2 в газах, выходящих из сушильного отделения,
к количеству SO2 в газах, входящих в это отделение;
т|4 — степень контактирования;
т)5 — степень абсорбции SO3.
Величину г|1 определяем по формулам (VII-la) и (VII-16), приведенным на
стр. 348, принимая, по данным практики, содержание серы в сухом колчедане 40%,
а в огарке 2,5% при работе с механическими печами и 1,2% при работе с печами КС.
Для первого случая получаем г|г = 0,943, для второго г)! = 0,966. При этом следует
обратить внимание на то, что степень использования серы при обжиге колчедана
повышается не только с понижением содержания серы в огарке, но и с увеличением
содержания ее в колчедане.
Для определения величины т|2 принимаем, по практическим данным, что в про-
мывном отделении абсорбируется 6% SO3 от количества (SO2 + SO3), поступившего
в отделение, при работе с механическими печами и 2% при работе с печами КС.
В обоих случаях теряется 0,5% SO2 (по растворимости его в выводимой промывной ки-
слоте) от поступившего количества. Следовательно, для первого случая т|2 =
0,965, для второго случая г]2 = 0,985.
Если из сушильной кислоты SO2 полностью отдувается и возвращается в газы,
идущие на контактирование, то г]3 = 1,0. Принимаем 1]4 = 0,975, а т)5 = 0,999.
Таким образом, выход продукционной кислоты при работе на механических
печах т] = 0,859, при работе на печах КС величина т) = 0,917, что соответствует
расходу 45%-ного колчедана на 1 т контактной кислоты соответственно 845 и 790 кг.
При использовании промывной кислоты расход колчедана на 1 т кислоты составляет
соответственно 796 и 714 кг.
618
IX. Производство кислоты контактным методом
Таблица IX-39. Себестоимость H2SO4 и капитальные затраты
при различном сырье
(в относительных единицах)
Сырье Себестоимость 1 г H,SO4 Капитальные за- траты на 1 т го- довой мощности n2so<
Пирит 100 100
Сера 117 140 *
Отходящие газы цветной металлургии 6—12% SO., ' . . 46 " 64
4—5% SO3 66 ** 107—112
Газы нефтехимической промышлен- ности, содержащие H2S . . 46 53
* С учетом сопряженных затрат на добычу серы,
** При нулевой стоимости сырья.
Таблица IX-40. Экономические показатели производства серной кислоты
в США при различном сырье
Сырье 1 Капитальные затраты*, ! % Заводская себестоимость 1 т H2SO4, долл. Слагающие себестоимости 1 т H2SO4, долл.
сырье переработка | ! амортизация побочный про- дукт, удешевля- ющий стоимость
Сера 100 15,0 9,20 2,50 4,0 0,70
Сероводород 133 15,5 7,50 3,25 5,75 1,00
Газы цинкообжигательных печей . . . 133 9,25 0 3,50 5,75 —
Пириты 200 20,50 7,50 6,00 9,00 2,0
Ангидрит Отработанная кислота 290 24,50 3,00 12,00 12,50 3,0
50%-на я 60 6,50 0 4,00 2,50
30%-пая 100 11,00 0 6,75 4,25 —
Кислые гудроны
процесса алкилирования 167 12,00 0 4,75 7,25 —
нефтепереработки 250 18,00 0 7,00 11,00 —
Растворы сульфата железа 280 19,50 0 9,00 12,50 2,00
* По сравнению с заводом, работающим па сере, принятым за 100%
Литература
619
При работе сернокислотного цеха на загрязненной сере величину можно
принять равной 0,98, исходя из того, что потери серы при расплавлении и фильтрации
вместе с неучитываемыми потерями составляют 2% . Все другие потери в этом случае
принимаются такими же, как при работе на колчедане. Таким образом, для этого
случая т| = 0,892, что соответствует расходу 366 кг серы на 1 т контактной кислоты.
На 1 /и общей продукции системы (вместе с промывной кислотой) расход серы составит
342 кг.
При работе цеха на чистой сере (по короткой схеме см. рис. IX-3) можно принять
следующие оптимальные степени использования серы по стадиям: при переходе серы
в газовую фазу = 0,98 (принимают потери при расплавлении и фильтрации серы
и другие неучитываемые потери, равные 2%), степень контактирования Т|2 = 0,98,
степень абсорбции т|з = 0,999. Общий коэффициент использования серы, таким обра-
зом, равен = 0,959, что соответствует расходу 340 кг серы на 1 т H2SO4.
По данным американской фирмы «Monsanto», степень использования чистой серы
в контактном процессе составляет 95—96%, по данным фирмы «Titlestad Corpora-
tion», — лишь 93—95,5?6 •
Повышенный расход серосодержащего сырья в практических условиях является
следствием худших показателей работы системы, чем принято в проведенном расчете,
наличием неучитываемых потерь (потери колчедана до подачи в печь, розливы кис-
лоты, утечка реакционного газа в атмосферу).
Для выяснения основных причин перерасхода сырья следует провести расчеты,
аналогичные приведенным выше, но по фактическим показателям работы цеха. Если
обозначить расход сырья, получаемый расчетом по оптимальным показателям, че-
рез Ро, по действительным показателям через Рд, а фактический (по фактическому
балансу сырья) через Рф, то разность (Рд — Ро) будет соответствовать потерям сырья
за счет ухудшения показателей работы цеха по сравнению с оптимальными, а раз-
ность (Рф — Рд) — потерям сырья, кислоты и технологического газа. Оценку вели-
чины каждой из этих потерь можно установить в результате обследования работы
цеха.
В табл. IX-39 приведены данные НИУИФ о себестоимости 1 in H2SO4 и о капи-
тальных затратах на 1 т годовой мощности по H2SO4 в зависимости от видов сырья
(для систем одинаковой мощности).
В табл. IX-40 приведены аналогичные данные США.
ЛИТЕРАТУРА
Амелин А. Г., Производство серной кислоты, Изд. «Химия», 1964.
Амелин А. Г., Производство серной кислоты по методу мокрого катализа, Гос-
химиздат, 1960.
Боресков Г. К., Катализ в производстве серной кислоты, Госхимиздат,
1954.
Боресков Г. К-, Теоретические основы интенсификации контактного серно-
кислотного производства, Хим. пром., № 4 (1955).
Ванадиевые катализаторы для контактного производства серной кислоты, Сборник
под ред. В. В. Илларионова и Е. В. Гербурта, Госхимиздат, 1954.
Голозачевский Ю. А., Оросители и форсунки скрубберов в химической про-
мышленности, Изд. «Машиностроение», 1967.
Калинчук А. К-, Анализ работы отдельных сернокислотных контактных цехов,
изд. НИУИФ, 1959.
Малин К- М., Аркин Н. А., Боресков Г. К., С л и н ь к о М. Г., Техно-
логия серной кислоты, Госхимиздат, 1950.
620 IX. Производство кислоты контактным методом
Парамонов Ф. Т.,О работе контактных сернокислотных цехов при наличии
фтора в обжиговом газе, Информ, бюллет. НИУИФ «Промышленность удобрений
и минеральных солей», вып. 2, 1964.
Р а м м В. М., Абсорбция газов, Изд. «Химия», 1966.
Тибилов С. Г., Р а м м В. М., Баранова А. И., Влияние коэффициента
диффузии на коэффициент массопередачи при абсорбции в насадочной колонке,
техн, и эконом, информ. НИУИФ, вып. 1—2, «Производство серной кислоты»,
1966.
РАЗДЕЛ X
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ кислоты
НИТРОЗНЫМ МЕТОДОМ
]Н. Л. АРКИН], к. М. МАЛИН
1. Равновесие и скорость реакций образования окислов азота 622
2. Свойства нитроз ................................................ 623
3. Абсорбция окислов азота.......................................... 632
4. Окисление двуокиси серы......................................... 633
5. Денитрация нитрозы .............................................. 635
6. Аппаратура башенных систем...................................... 636
Башни и их детали.............................................. 636
Насадки башен ................................................. 641
Оросительные устройства ....................................... 645
Сборники и напорные баки ................... 649
7. Технологический режим башенных систем ........................... 650
Температура и состав газа и кислот................ 650
Объем отходящих газов и коэффициент подсоса воздуха 651
Выделение и отвод тепла ................... 651
Расходные коэффициенты в нитрозном процессе .... 653
8. Комбинированная контактно-башенная система....................... 655
Литература.......................................................... 657
1. РАВНОВЕСИЕ И СКОРОСТЬ РЕАКЦИЙ
ОБРАЗОВАНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА
Окисление NO протекает по реакции
2NO + О2 = 2NO2 + 29,5 ккал
Выражая концентрации компонентов через их парциальное давление, получаем
следующую зависимость константы равновесия Кр реакции окисления NO от темпе-
ратуры:
PxrnPn S74Q
1g = 1g — Н 1,75 lg Т + 0.0005Т + 2,839 (Х-1)
^NO,
где р — парциальное давление газовых компонентов реакции, атм-, Т — темпера-
тура, °к.
Значения 1g Кр и Кр при 0—350° С:
°C 1g t, °C 1g
0 — 14,093 8,07 -10"15 200 —4,871 1,35 Ю-5
50 —10,732 1,85-Ю-11 250 —3,657 2,20 Ю’4
100 —8,260 5,50 10"9 300 —2,654 2,22 10"3
150 —6,368 4,2910~7 350 — 1,810 1,55-10“2
Время окисления NO в NO2 (в сек):
2,303 Г х(рСу — 0,5pNO) 1—х
Т ~ (Ро2 ~ °>5Pno)2 р2К 2,303-0,5pNO (х— 1)+ S“ 0,5pNOx
1 ~ Ро.
где
Р — общее давление газовой смеси, атм;
pN0, Ро, — начальное парциальное давление компонентов, атм-,
х — степень окисления NO в NO2, доли единицы;
К — константа, значения которой приведены ниже:
, °с X t, °C X /, °C К
0 69,4 141 13,4 291 5,28
30 42,9 197 8,48 340 4,32
60 29,3 241 6,76 389 3,65
90 21,0
Время окисления (в сек) NO до N2O3 (х — 0,5):
___________2,303________ Ро2 0>5pNO
Т~ (Ро2 - °>5Pno)3 V2 2,303-0,5pN0
\ Ро2
(Х-3)
Если в исходной газовой смеси концентрация NO мала по сравнению с концен-
трацией кислорода, которую можно принять постоянной, то время окисления (в сек):
X
V2Po/°-5Pno 0 — *)
(Х-4)
Образование N2O4 протекает по реакции
2NO2;zt NaO4 + 13,53 ккал
1. Равновесие и скорость реакций
623
(юнстанта равновесия которой определяется из выражения:
1g Кр = 1g 4- 1,751 lg Т 4~ 4,83-10-3Г —
Pn,o4 1
— 7,144-10'T2 - 3,062 (Х-5)
Значения 1g Кр и Кр этой реакции приведены ниже:
t, °C JgNp *Р t, °C 1g л'р
0 —1,749 0,0178 80 0,710 5,129
20 —1,006 0,0986 100 1,154 14,26
40 —0,362 0,4345 120 1,547 35,32
60 4-0,206 1,607 150 2,059 114,6
Зависимость Кр от температуры:
При 25° С...................... Кр = 0,1426 — 0,7588/VfN2O
» 35° С....................... Кр - 0,3183 — l,591MNjiOt
» 45' С....................... Кр = 0,6706 — 3,382MN2q4
где 44n2q4 ~ концентрация N2O4, моль!л (при условии, что все молекулы NO2 поли-
меризованы в N2O4).
Образование N2O3 протекает по реакции
NO 4~ NO2 N2O3 + 9,6 ккал
Константа ее равновесия
„ PnoPno2
Лр - ——
Pn2O3
зависит от температуры и имеет следующие значения:
При 25° С.........................Кр = 2,105 — 45,63/WN2Oi
» 35° С.........................Кр = 3,673 — 78,11
» 45э С.........................Кр = 6,880 — 196,4М^О’
где AJN2q3 — условная концентрация N2O3, моль!л (при условии отсутствия NO и
диссоциации):
^N2Oj — V2 (Pno2 + Pn2O3 + Pno)
Скорости образования N2O3 и N2O4 очень велики.
2. СВОЙСТВА НИТРОЗ
При растворении N2O3b растворах серной кислоты (концентрация 73% H2SO4)
получается нитрозилсерная кислота:
2H2SO4+ N2O3= 2HSO5N+ Н2О+ 20,611 ккал
При растворении NO2 (или N2O4) образуются нитрозилсерная и азотная кислоты:
H2SO4 -I- 2NO2 = HSO5N + HNO3 + 5,709 ккал
624
А'. Производство кислоты нитрозным методом
При нормальном режиме башенного процесса отношение NO2 : NO в газах не
более 1, поэтому обычно в нитрозах присутствует лишь нитрозилсерная кислота.
Плотность нитроз. При растворении окислов азота в серной кислоте концен-
трация H2SO4 в растворе понижается. Поскольку окислы азота в ходе башенного
процесса обычно растворяются в виде N2O3, можно написать
С” -100
^Н,5О4 1ОО Г
4 1UU CN2O3
(Х-7)
где Сд —концентрация H2SO4 в кислоте, являющейся растворителем окислов
азота, %;
^H2sot — т0 же’ в нитР°зе, %;
CN2o3 —концентрация N2O3 в нитрозе, %.
Пользуясь диаграммой (рис. Х-1), можно по плотности нитрозы и содержанию
в ней окислов азота найти плотность исходной серной кислоты и содержание в ней
H2SO4.
I
«о
V)
«о
93/0
91,00
89/0
87,60
86/0
85/0
84/2
83,01
82/0
81/2
80,24
79,36-
78,48
77,60 -
76/6-
§ 75/4 -
75,08-
74/0-
73,40'-
I
Рис. Х-1.
Зависимость плотности нитрозы при 20° С от содержания
в ней окислов азота (в пересчете на HNO3).
2. Свойства нитроз
625
Пример. Пусть данная нитроза при 20° С имеет плотность 1,740 г!см3 и содер-
жит 9,5% окислов азота (в пересчете на HNO3). Из точки С на левой оси ординат
(1,740 г/с.ч3) проводим прямую, параллельную оси абсцисс. Из точки N на оси абс-
цисс (9,5?о HNO3) проводим прямую, параллельную оси ординат. Из точки D пере-
сечения двух названных прямых проводим линию, параллельную ближайшей на-
клонной, до ее пересечения с осью ординат. В точке пересечения Е на оси орди-
нат находим плотность исходной серной кислоты (1,734 г/см3). Проведя влево
от точки Е линию, параллельную оси абсцисс, находим процентное содержание
H2SO4 в исходной кислоте.
Из выражения
«в
НЛО.
(Снло< - 2>58CN2O3) 100
100-3,34CN2Oi
(Х-8)
видна зависимость концентрации свободной H2SO4 в нитрозе (являющейся раствори-
телем нитрозилсерной кислоты) от тех же величин, что в формуле (Х-7). В обоих
выражениях СМаОз = 0,6CHNOj.
Как показали лабораторные опыты, при насыщении окислами азота растворов
серной кислоты в интервале концентраций 74,2—75,9% H2SO4 плотность их практи-
чески не изменяется. При насыщении окислами азота более концентрированных
растворов серной кислоты их плотность почти линейно возрастает в зависимости
от степени насыщения, а линии, изображающие эту зависимость, поднимаются тем
круче, чем выше содержание H2SO4 в исходном растворе серной кислоты.
к В табл. Х-1 приведена плотность концентрированных нитроз, содержащих
HNO3 и HSO5N.
Таблица Х-1. Плотность нитроз, содержащих HNO3 и HSO5N
(в г/см3)
Состав нитроз, вес. % Температура, °C
HNO3 HSO6N H2SO4 н2о 20 30 40 50 60 70 80 90
20,69 44,28 29,50 5,53 1,8468 1,8367 1,8266 1,8155 1,8054
20,50 43,38 28,95 7,17 1,8351 1,8245 1,8143 1,8040 1,7941 — — —
21,54 44,52 27,00 6,94 1,8281 1,8182 1,8078 1,7978 1,7879 — — —
14,75 51,51 29,47 4,27 1,8495 1,8414 1,8313 1,8202 1,8101 — — —
14,66 49,36 30,96 5,02 1,8538 1,8437 1,8336 1,8225 1,8124 — -—, —
14,33 49,55 31,46 4,21 1,8531 1,8430 1,8329 1,8218 1,8117 — -—. —
— 25,20 71,86 2,94 1,9048 1,8938 1,8847 1,8753 1,8660 1,8571 1,8484 1,8398
0,58 22,09 72,19 5,14 1,8876 1,8777 1,8677 1,8576 1,8486 1,8394 1,8298 1,8204
0,20 26,3 69,45 4,05 1,9043 1,8942 1,8852 1,8754 1,8652 1,8558 1,8465 1,8373
— — 98,05 1,05 1,8378 1,8281 1,8188 1,8097 1,8001 1,7912 1,7825 1,7749
Степень гидролиза. Под действием воды нитрозилсерная кислота в растворах
серной кислоты подвергается гидролизу по реакции
hso5n+ Н2О^ H2SO4+ HNO2
теплота которой равна 8900 кал/моль.
40 Справочник сернокислотчика
626
Л'. Производство кислоты нит розным методом
По ранее выполненным определениям, степень гидролиза увеличивается с умень-
Количество
разложившейся
HSNO», %
1,1
4,0
7,3
12,4
19,4
27,7
49,8
100,0
Степень гидролиза нитрозилсерной кислоты повышается также с ростом тем-
пературы, а по последним данным и с увеличением содержания окислов азота в ни-
трозе (рис. Х-2).
Рис. Х-3. Диаграмма для определения парциальных давлений окислов азота над
нитрозой (по данным И. Ф. Черепкова).
Давление окислов азота над нитрозами, не содержащими избыточной NO (по
сравнению с эквивалентной смесью NO2 + NO) и HNO3, в пределах концентрации
0—5 вес. % N2O3 приблизительно прямо пропорционально весовому содержанию
NaO3 (HSNO5) в нитрозе. При больших концентрациях N2O3 в нитрозе давление
2. Свойства нитроз
627
окислов азота над ней возрастает быстрее, чем их концентрация в жидкой фазе.
Кроме того, давление окислов азота над нитрозой увеличивается с повышением ее
температуры и с уменьшением концентрации исходной H2SO4 в нитрозе.
Между результатами различных исследований давления окислов азота над ни-
трозами имеются довольно значительные расхождения. По диаграмме И. Ф. Череп-
кова (рис. Х-3) можно определить примерное давление окислов азота над нитрозой
в пределах температур от 10 до 100° С и концентраций окислов азота в нитрозе от 1 до
10% N2O3. Пример определения давления N2O3 (NO2 -р NO) над нитрозой (в мм
рт. ст.) на рисунке показан пунктирной линией для нитрозы с исходным содержа-
нием 76% H2SO4 и концентрацией N2O3 в ней -~3% при температуре нитрозы 50° С.
При наличии в нитрозе наряду с HSNO5 также HNO3 давление окислов азота
над нитрозой значительно повышается (табл. Х-2 и Х-3).
Т а б л и ц а Х-2. Давление окислов азота (в мм рт. ст.)
над нитрозой, содержащей N2O3 и Н NO3
Состав нитрозы, о/ /0 Температура, с Соста нитрозы В % Температура, С
< ч < ч
га Six о Z о Z 30 50 70 90 ° 5- J? S та о Z HNOs 30 50 70 90
75 4 0,5 10 30 78 150 92 4 4 5 24 60 138
4 1,0 21 54 НО 245 4 9 19 52 120 290
4 4 2,0 4,0 27 37 76 101 157 240 355 500 92 7 7 0,5 1 2,1 3,1 9 12 27,4 35 50 83
80 4 0,5 4 18 50 100 7 2 4,6 19,5 45 122
4 1 6,7 24 65 160 7 4 5,5 26 70 160
4 2 13 36 95 230 7 9 13,3 48 128 280
4 4 25 52 138 352 92 1 0,5 1 0,2 1 0,8 2,8 9
92 4 0,5 1 1,2 3,8 7,5 23,4 1 2,8 9,2 18
4 1,6 7,3 17,2 38,6 1 2 1,6 4,5 15,2 35,6
4 2 3 12,1 33 77 1 4 3,7 8,5 32,4 72,5
1 9 9,1 29 79 215
* -
Растворимость NO в серной кислоте показана ниже:
Содержание H2SO4, г/100 г раствора Растворимость NO, вес. % Содержание H2SO4, г/100 г раствора Растворимость NO, вес. % Содержание H2SO4, г/100 г раствора Растворимость NO, вес. %
0,0 9,90-10 3 58,7 2,94-Ю"3 90,0 3,08 10“3
8,8 8,72 66,5 2,54 90,4 3,22
18,2 6,97 70,8 2,54 91,9 3,22
28,0 6,03 76,7 2,42 92,4 3,34
38,0 5,10 78,0 2,54 95,0 5,10
48,0 3,89 88,3 2,68 95,9 5,62
52,6 3,22 89,1 2,81
Из этих данных видно, что растворимость NO в растворах серной кислоты очень
мала. В нитрозах растворимость NO значительно больше (рис. Х-4) *.
* Данные предоставлены В. А. Копыловым, В. С. Епифановым, Т. И. Куниным,
Н. И. Смысловым.
40*
628
X. Производство кислоты нитрозным методом
Таблица Х-3. Давление окислов азота (в мм рт. ст.)
над крепкими нитрозами, содержащими HNO3 и HSO5N
Состав нитрозы, % Температура, °C
H2SO4 HSObN HNOS Н2О 30 50 70 90 по 130 150
61,71 29,51 1,90 6,88 4,4 20 42,3 92,8
60,99 31,18 0,28 7,55 0,4 5,4 18,6 45,5 —. — —
62,35 27,87 0,24 9,54 — — 3,0 7,7 14 27 45
67,60 23,26 0,10 9,04 0,7 1,7 3,7 7,4 — — —
67,08 23,33 0,48 9,11 2,1 9 27 50 — — —
67,35 23,19 0,99 8,77 3,1 12 35 83 130 243 360
70,63 25,63 0,94 2,80 3,1 12 35 83 160 -— —
74,62 22,36 0,57 1,95 2,1 9 27 50 — — —
71,30 25,77 0,0 3,33 — — — 2,5 — — 6,6
29,50 44,28 20,69 5,53 102,3 * 355 — — —, — —
26.94 44,52 21,54 7,0 115,4 ** 401 — — — — —
♦ Прн 20° С давление 55 мм рт. ст., при 40° С давление 207,5 мм рт. ст., при 60° С
давление 593,4 мм рт. ст.
♦* При 20° С давление 56,3 мм рт. ст., при 40° С давление 230,1 мм рт. ст., при
60° С давление 659,4 мм рт. ст.
2. Свойства нитроз
629
Вязкость и другие свойства нитроз. В табл. Х-4 и Х-5 приведены данные о вяз-
кости нитроз, в табл. Х-6 — о поверхностном натяжении.
Таблица Х-4. Вязкость нитроз
(в спз)
Содержали е. % Температура, °C
H,SOt в исходной кислоте n203 в растворе 0 25 50 75 97
74,45 12,76 6,74 4,27 2,95
74,97 1,92 30,09 13,63 7,08 4,37 3,05
75,80 3,81 34,95 14,89 7,55 4,52 3,14
77,25 5,80 40,02 16,20 8,08 4,82 3,35
75,80 7,90 — 17,50 8,67 5,05 3,43
92,43 0 — 19,525 9,75 5,83 3,92
92,57 2,08 65,50 23,10 10,91 6,33 4,30
92,82 3,91 85,45 27,55 12,53 7,14 4,86
92,63 6,20 122,95 35,70 15,22 8,07 5,24
92,52 8,20 158,75 43,37 17,65 9,06 5,77
92,56 10,85 253,60 59,67 22,15 10,89 6,74
92,45 12,66 355,75 71,57 26,50 12,18 7,35
Т а б л и ц а Х-5. Вязкость нитроз, содержащих HN03 и HSO5N
(в спз)
Состав нитроз, % Температура, °C
Н 2 SO 4 HSObN HNO3 н2о 20 30 40 50 60 70 80 90
29,50 44,28 20,69 5,53 56,67 35,13 23,52 17,39 13,00
28,95 43,38 20,50 7,17 56,48 34,94 23,83 17,20 12,81 — — —
27,00 44,52 21,54 6,94 57,55 36,62 22,62 16,57 12,97 — — —
29,47 51,52 14,75 4,26 57,09 35,29 23,66 17,49 13,09 —- — —
30,95 49,34 14,66 5,05 56,16 34,82 23,42 17,32 19,97 — — —
31,46 49,50 14,83 4,21 56,28 34,89 23,45 17,34 12,97 -—. — —
71,86 25,20 — 2,94 39,85 26,67 19,20 14,29 10,87 8,59 6,62 5,02
72,19 22,09 0,58 5,14 39,72 26,67 19,08 14,02 10,67 8,15 6,47 5,07
70,13 25,50 0,94 3,43 41,01 27,49 20,10 14,50 11,05 8,50 6,67 5,10
98,05 — — 1,95 29,53 20,16 14,45 10,80 8,50 6,30 5,00 3,91
100 — — — 26,70 19,20 14,50 10,70 8,00 6,20 4,90 4,00
Электропроводность нитроз с исходным содержанием 75 или 80% H2SO4 и до
3—4% N2O3 больше, чем исходных растворов H2SO4; с дальнейшим повышением со-
держания N2O3 электропроводность нитроз уменьшается. Электропроводность ни-
трозы с исходным содержанием 85 и 92,5% H2SO4 снижается с увеличением содер-
жания в ней окислов азота (табл. Х-7).
Теплоемкость нитроз, содержащих от 2 до 16% N2O3, при концентрации исход-
ной кислоты 75—92,5% H2SO4 отличается на 2—3% от теплоемкости серной кислоты
соответствующей концентрации. В табл. Х-8 приведены данные о теплоемкости ни-
троз, содержащих HNO3 и HSO5N.
630
X. Производство кислоты нитрозным методом
Таблица Х-6. Поверхностное натяжение нитроз
(в дин/см)
Содержание, % Температура, °C
H2SO4 в исход- ной кислоте n2o, в растворе HtSO« в нитрозе 25 54 75 97
75,00 2,02 73,50 75,60 75,20 74,40 73,50
75,80 4,05 70,94 75,35 74,79 74,22 73,15
74,20 5,88 69,82 75,92 75,15 74,09 73,23
78,80 2,06 77,05 73,00 71,90 70,85 70,05
78,40 3,92 75,45 73,45 72,43 72,20 71,28
78,20 5,97 73,53 74,74 73,61 73,19 72,36
78,90 7,55 72,85 75,13 74,53 74,03 72,83
80,50 8,01 74,16 75,98 75,63 75,14 74,29
84,40 1,97 82,96 70,20 69,85 67,85 66,60
84,60 4,03 80,15 71,80 70,78 69,80 68,80
83,65 5,91 78,80 73,53 72,51 72,63 70,87
84,20 9,43 76,34 74,93 74,75 74,07 73,24
91,30 1,98 89,55 63,07 61,35/ 60,70 60,10
92,70 4,24 88,78 64,93 63,81 63,20 62,55
92,20 6,63 84,86 68,31 67,79 66,52 65,80
93,20 8,14 85,57 71,63 70,05 69,23 68,80
92,00 10,80 82,06 75,77 74,48 74,12 73,12
96,20 2,11 94,20 58,90 57,69 57,01 56,66
97,20 3,99 93,20 60,96 59,12 58,75 58,14
97,50 5,38 92,31 65,14 64,24 63,62 63,17
97,00 6,89 90,42 59,27 67,74 67,23 66,84
94,25 8,79 88,66 72,50 72,29 71,64 71,14
94,20 12,83 82,70 74,14 — 73,58 72,89
Таблица Х-7. Электропроводность нитроз
(в см~1-ом~1)
Содержание, % Температура, °C
H2SO4 в исходной кислоте N2O3 в растворе 0 25 50 75 97
75,45 0 — 0,1785 0,2880 0,4020 0,5210
74,97 1,92 0,0912 0,1795 0,3030 0,4190 0,5230
75,80 3,81 0,0833 0,1662 0,2770 0,4020 0,5140
77,25 5,80 0,0783 0,1623 0,2710 0,3960 0,5110
75,80 7,90 —. 0,1550 0,2610 0,4010 0,5160
92,45 0 —. 0,1294 0,2060 0,3285 0,4015
92,57 2,08 0,0558 0,1255 0,2100 0,3090 0,3940
92,82 3,91 — 0,1184 0,2040 0,3030 0,4000
92,68 6,20 0,0370 0,0976 0,1875 0,2910 0,3980
92,52 8,20 0,0364 0,0870 0,1706 0,2695 0,3710
92,56 10,85 0,0209 0,0663 0,1453 0,2470 0,3500
92,45 12,66 0,0161 0,0561 0,1271 0,2605 0,3280
2. Свойства нитроз
631
Т аблица Х-8. Теплоемкость нитроз, содержащих HNO3 и HSO5N
Состав нитроз, % Температура °C Теплоемкость кал/ (г град)
H2SO4 HSO.N HNO3 Н2О
32,82 42,78 17,54 6,86 22,9 0,3964
29,51 42,91 21,25 6,33 23,4 0,4106
29,75 42,89 20,59 6,77 23,5 0,4077
71,86 24,86 0,41 3,05 22,2 0,3525
Таблица Х-9. Температура /к кристаллизации нитроз
/к,°с Состав нитроз, % /к. °C Состав нитроз, %
N2C?3 в расчете на SO3 в расчете на H2SO4 n2o3 в расчете на SO3 в расчете на H2SO4
so3 Н2О H2SO4 н2о so3 н2о H2SO4 Н2О
—20 2,7 55 42,3 67,36 29,94 20 11,9 64 24,1 78,40 9,70
2,5 56 41,5 69,59 28,91 14,0 66 20,0 80,84 5,16
2,4 58 39,6 71,05 26,55 17,0 68 15,0 —
2,3 2,5 2,8 60 62 64 37,7 35,5 33,2 73,30 76,00 78,40 24,40 21,50 18,80 30 10,5 10,7 11,0 55 56 58 34,5 33,3 31,0 67,36 68,59 71,05 22,18 20,71 17,95
— 10 3,5 55 41,5 67,36 29,12 11,5 60 28,5 73,30 15,20
3,7 56 40,3 68,59 27,71 12,2 62 25,8 76,00 11,80
4,0 58 38,0 71,05 24,95 13,5 64 22,5 78,40 8,10
4,4 60 35,6 73,30 22,30 15,1 66 18,9 80,84 4,06
5,0 62 33,0 75,00 21 00
5,05 64 30,9 78,40 16,55 40 13,2 57 29,8 69,82 16,98
4,9 65 30,1 79,63 15,47 13,0 58 29,0 71,05 15,95
13,1 60 26,9 73,30 13,60
0 4,2 54 41,8 66,15 29,65 14,2 62 23,8 76,00 9,80
4,9 56 39,1 68,59 26,51 16,2 64 19,8 78,40 5,40
5,2 58 36,8 71,05 23,75 19,0 66 15,0 80,84 0,16
5,8 60 34,2 73,30 20,90 50
6,2 62 31'8 76,00 17*80 16,2 58 25,8 71,05 12;75
7,0 8,0 9,4 64 66 68 29'0 26,0 22,6 78'40 80,84 83,35 14,60 11,16 7,25 15,9 16,4 17,9 21,0 60 62 64 66 24,1 21,6 18,1 13,0 73,30 76,00 78,40 10,80 7,60 3,70
10 5,6 54 40,4 66,15 28,25 60 60 62 64 77,30 76,00 78,40 7,40 5,10 2,60
6,2 6,9 7,6 56 58 60 37,8 36,1 32,4 68,59 71,05 73,30 25,21 22,05 19,10 19,3 18,9 19,0 23,0 20,7 19,1 17,0
8,6 62 29,5 76,00 15,50 DO 11,0 — —
9,5 64 26,5 21,60 12,10 70 21,9 61 17,1 74,72 3,38
11,1 66 22,9 80,84 8,06 21,0 62 17,0 76,00 3,00
15,0 68 17,0 83,35 1,65 20,5 63 17,5 77,17 2,33
20 7,5 54 38,5 66,15 26,35 21,9 25,5 64 14,1 — —
8,2 56 35,8 68,59 23,21 оэ 9,5 — —
9,0 58 33,0 71,05 19,95 80 23,9 62 14,1 76,00 0,10
9,7 60 30,3 73,30 17,00 23,5 63 13,5 — —-
10,6 62 27,4 76,00 13,40 24,4 64 11,6 — —
632
X. П роизводство кислоты нитрозным методом
Температура кристаллизации нитроз. С повышением нитрозности кислоты при
одинаковом соотношении SO3 : Н2О температура кристаллизации нитроз возрастает
(табл. Х-9). Безводная нитрозилсерная кислота кристаллизуется при 73° С.
Теплота растворения. Теплота растворения газообразного N2O3 в растворах
H2SO4 при 20—25° С (в кал/г N2O3) приведена ниже;
Конечное содержание N2O3 в раство-
ре, % ........................
Теплота растворения в H2SO4
в 75%-ной ..................
» 92%-ной ....................
0,2 0,5 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0
263 260 257 255 247 — —
486 479 475 470 460 465 450
Теплота растворения 1 г кристаллической нитрозилсерной кислоты в 100 г рас-
твора серной кислоты характеризуется следующими данными:
Концентрация исход-
ной H2SO4, % ... 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Теплота растворения, кал 33,75 33,0 30,9 27,75 25,75 23,9 18,8 10,6 9,35
3. АБСОРБЦИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА
Из приведенных выше данных о давлении окислов азота над нитрозами и о рас-
творимости NO в нитрозах следует, что в абсорбционной зоне башенной системы от-
ношение CNOo:CNO в газах должно быть возможно ближе к 1. Однако и превышение
количества NO2 над NO недопустимо. Избыток NO2 нежелателен, потому что коэффи-
циент скорости абсорбции NO2 73—95%-ной серной кислотой примерно в 2 раза
(считая на мольное количество) меньше коэффициента скорости абсорбции эквимо-
лярной смеси (NO + NO2). В пределах сохранения пропорциональности между
концентрацией N2O3 в нитрозе и равновесным давлением окислов азота над ней
можно рассчитать процесс абсорбции трехокиси азота серной кислотой и нитрозой
по формуле:
F =
где F — необходимая поверхность раздела фаз, м2;
G — количество абсорбируемого N2O3, кг/ч;
Др — среднелогарифмическая разность между парциальным и равновесным дав-
лением N2O3 (движущая сила абсорбции), мм рт. ст.',
К — коэффициент скорости абсорбции, кг/(м2- ч-мм рт. ст.).
Если давлением окислов азота над нитрозой по сравнению с их парциальным
давлением в газах можно пренебречь, то
G
КЬр
(Х-9)
В общем случае
ЛВХ ПВЫХ
Др = —-------—
ргвх
2 31g —5—
’ & -ВЫХ
” г
(ргх-Рг)-(р!
гвых
Др = ----LEZ---
к Рвх —рп
2,3 1g--------г
рвыХ_ р
(Х-10)
(Х-Н)
где рвх, рвых — парциальное давление N2O3 в газах соответственно на входе в абсор-
бер и выходе из него;
рг, рг — равновесное давление окислов азота над нитрозой в месте входа
и выхода газа.
4. Окисление двуокиси серы
633
Как установлено опытами, избыток NO в газах над эквимолярной смесью (NO +
-f- NO2) на скорость абсорбции N2O3 не оказывает влияния. В лабораторных условиях
для 78%-ной безнитрозной серной кислоты получены приведенные ниже значения
общего коэффициента скорости абсорбции N2O3 при разных температурах и скоростях
газа и при полной смачиваемости поверхности абсорбционной трубки.
Коэффициенты К-103 скорости абсорбции N2O3 78%-ной серной кисло-
той [в кг/(м2-ч-мм рт. сщ.)]:
Скорость газа, м/сек 20 30 Температура, °C 40 50 60
10 23,32 20,98 16,33 15,06 13,13
20 33,16 30,62 26,61 23,05 21,55
30 43,99 36,61 32,43 31,20 25,03
40 47,10 41,30 37,20 35,33 30,40
50 50,30 46,08 42,02 39,60 35,88
60 50,40 46,65 42,34 38,22 36,06
На рис. Х-5 представлена зависимость коэффициентов скорости абсорбции N2O3
75—78%-ной серной кислотой при 35—45° С от скорости газа. Эта зависимость по-
лучена на полузаводской установке для различных насадок. Как видно из этих и
других данных, коэффициенты, полученные в лабораторных условиях, в 2—4 раза
превышают коэффициенты, характерные для полузаводских условий. Такая разница
объясняется тем, что в производствеяных условиях возможны неравномерность рас-
пределения орошения по насадке и газа по сечению башни, а также проскок SO2
в абсорбционные башни и частичное загрязнение их насадок.
Рис. Х-5. Коэффициенты К скорости абсорбции N2O3
серной кислотой при различных насадках.
Относительное изменение коэффициента скорости абсорбции с изменением кон-
центрации серной кислоты представлено следующими цифрами (по лабораторным
данным):
Концентрация H2SO4, %............ 73,4 76,6 80,8 84 95,6
Коэффициент скорости абсорбции N2O3 0,97 1,00 1,02 1,08 1,19
4. ОКИСЛЕНИЕ ДВУОКИСИ СЕРЫ
Скорость окисления SO2 при взаимодействии ее с нитрозой зависит от состава
газовой фазы (концентрации SO2 и О2) и жидкой фазы (% H2SO4 и N2O3 в нитрозе),
от температуры и в некоторых пределах от гидродинамических факторов (характер
соприкосновения жидкой и газовой фаз — барботаж, распыление жидкости в газе,
634
X. Производство кислоты нитрозным методом
взаимодействие на поверхности орошаемой насадки, скорость движения жидкости
и газа).
Факторы, относящиеся к жидкой фазе (содержание и окислов азота)
таким-же образом влияют на взаимодействие SO2 с нитрозой, как на процесс гидро-
лиза нитрозилсерной кислоты в нитрозе. Опытами установлено, что скорость взаимо-
действия SO2 с нитрозой можно описывать тем же выражением, что и процесс абсорб-
ции. При этом движущей силой абсорбции является концентрация SO2 в газовой
фазе, а давление SO2 над активной нитрозой принимается за нуль. Правомерность
последнего допущения подтверждается тем, что при отсутствии кислорода в газах
количество окисляющегося SO2 прямо пропорционально его концентрации в газах.
При работе на газах обжига колчедана в воздухе и небольших изменениях концен-
трации SO2 в исходном газе (как и
наблюдается на практике) влияние
кислорода на скорость окисления
SO2 можно не учитывать, если с ни-
трозой подается значительно больше
окислов азота, чем требуется для
полного окисления SO2 (что и осу-
ществляется в интенсивных башен-
ных системах).
В случае работы на газах, бога-
тых кислородом (получаются при
сжигании серосодержащего сырья
в кислороде или смешении 100%-
ного SO2 с кислородом или возду-
хом), количество перерабатываемого
сернистого ангидрида прямо про-
порционально концентрации кисло-
(Гю <?z7 зо lo зо во 70 so зо too
Содержание H2SO4 8 исходной кислоте, %
Рис. Х-6. Зависимость коэффициента скоро- рода в газах.
сти абсорбции SO2 нитрозой от содержания На рис. Х-6 представлена по-
H2SO4 в исходной кислоте. лученная по лабораторным данным
зависимость коэффициента скорости
абсорбции SO2 нитрозой от исходной концентрации H2SO4 (при содержании окислов
азота в нитрозе, равном 1% HNO3, и 90° С). Как видно из рисунка, характер кривой
близок к зависимости степени гидролиза HSO5N от концентрации H2SO4 (стр. 626).
Ниже приведены значения коэффициента К скорости абсорбции SO2, получен-
ные в лабораторных опытах с орошаемой трубкой, для исходного газа, содержащего
10% SO2 и 8% О2 [К в кг/(м2- ч- мм рт. ст.)]:
Температура, °C ... . 80 85 90 95 100 105 110 115 120
К-103 ............. 26 29,2 32,4 36,4 4 1 47,2 5 2 55,4 58
Примечание. Содержание H2SO4 в исходной кислоте 76,3%, содержание N2O3
в нитрозе 7% (в пересчете на HNO3).
Эти значения К можно принять и для других составов практически применяемого
газа, получаемого при обжиге колчедана в воздухе.
Обработка результатов лабораторных опытов показала, что при температурах
до 90° С справедливо соотношение
K=Koe~E,RT (Х-12)
В пределах нитрозности кислот от 5 до 8% HNO3 коэффициент скорости абсорб-
ции SO2 нитрозой пропорционален содержанию в ней окислов азота. Приведенные
выше коэффициенты К получены при плотности орошения, равной 0,354 см2! мин
(в расчете на 1 см периметра орошаемой трубки), что применительно к насадке в виде
5. Денитрация нитрозы
635
.колец размерами 50 X 50 мм, уложенных в рядки, соответствует плотности оро-
шения 15 л3/(.и3 ч). Как приведенные здесь коэффициенты скорости абсорбции, так
и полученные в других опытах с орошаемой трубкой, примерно в 3 раза превышают
значения коэффициентов, достигаемых в заводских условиях на регулярно уложен-
ной кольцевой насадке.
Т а б л и ц а Х-10. Интенсивность реакционной зоны нитрозного процесса
[в кг H2SO4 (,w3’Сутки)] при различных технологических условиях
(плотность нитроз р в г, сл»3, нитрозность в % N.2O3, температура t в °C)
Интенсивность модельно- лабораторной установки Интенсивность в пересчете на заводскую установку Нитрозы
Р % n2o3 t
3780 625 1,757 3 107
1,740 6 65
1,715 6 43
1,715 3 96
1,672 3 80
2850 475 1,757 3 105
1,715 6 40
1,715 3 87
1,740 6 60
1,672 3 70
2200 330 1,757 3 100
1,740 6 55
1,715 3 75
1,767 3 45
1420 230 1,762 6 50
1,735 3 77
1,715 3 50
В табл. Х-10 приведены данные об интенсивности нитрозного процесса, получен-
ные при различных сочетаниях плотности, нитрозности и температуры нитроз в мо-
дельных опытах с насадочной колонкой [насадка — стеклянные бусы удельной по-
верхностью 530 л/2/л/3)], и той же интенсивности в пересчете на заводские условия (на-
садка башен — кольца Рашига 50 X 50 мм с удельной поверхностью 87,5 л»2/л/3).
5. ДЕНИТРАЦИЯ НИТРОЗЫ
Денитрация нитрозы (удаление из нее окислов азота) имеет большое значение
в башенном процессе прежде всего для выпуска безнитрозной продукции и получения
малонитрозной кислоты для орошения последних абсорбционных башен. системы.
Денитрация происходит как благодаря взаимодействию SO2 с окислами азота в ни-
трозе, так и вследствие десорбции окислов азота. Денитрации благоприятствуют
все факторы, которые способствуют процессу окисления SO3 в нитрозе и гидролизу
Нитрозилсерной кислоты.
636
X. Производство кислоты нитрозным методом
Ниже приведены данные об относительной скорости денитрации нитрозы при
различной исходной концентрации H2SO4 в нитрозе и разных температурах (в усло-
виях орошаемой трубки):
Содержание H2SO4 Относительная скорость денитрации
в исходной
кислоте, % при 50э С при 75° С при 100° С
70 1,00 1,22 2,48
71,7 0,74 0,99 1,35
74,81 0,26 0,33 0,70
78,04 — 0,11 —
Другие данные получены в лабораторных опытах, проведенных в условиях
барботажа (начальное содержание окислов азота в нитрозе 4,6—4,9%, температура
130° С, денитрация велась смесью 10% SO2 с воздухом):
Содержание H2SO4 в исходной кислоте, % 73 76 78 82 85 92
Относительная скорость денитрации ... 1,0 0,25 0,20 0,10 0,08 0,03
С повышением температуры нитрозы и содержания в ней окислов азота, а также
с понижением концентрации исходной кислоты возрастает доля окислов азота, вы-
Рис. Х-7. Влияние состава газовой смеси на
скорость денитрации:
/ — 9% SO2, 91% N2; 2 — 24% SO2, 76% N2;
3-56% SO2, 44% N2; la — 9% SO2, 9% O2, 82% N2;
2a — 24% SO2, 16% O2> 60% N2; 3a — 56% SO2,
31% O2, 13% N2.
деляющихся в результате де-
сорбции. С понижением концен-
трации SO2 в газе увеличивается
количество удаляемых окислов
азота на единицу переработан-
ного SO2 (за счет увеличения
доли десорбции). В присутствии
кислорода в газах скорость де-'
нитрации уменьшается (рис.
Х-7). При отсутствии же в газах
SO2 скорость десорбции с уве-
личением концентрации кисло-
рода несколько возрастает (бла-
годаря появлению в нитрозе
азотной кислоты).
В условиях башенного про-
цесса абсорбция окислов азота
(если в газе присутствует кис-
лород) начинается раньше, чем
закончится окисление основного
количества SO2. В башне-дени-
траторе процессу денитрации
благоприятствует происходящее в ее средней части разбавление нитрозы парами
воды, которое проявляется тем в большей степени, чем больше разность между равно-
весным давлением паров воды над поступающей в башню нитрозой и парциальным
давлением их в газах в нижней части башни.
В благоприятных условиях содержание H2SO4 в нитрозе в средней части башни
снижается до 72—73% .
6. АППАРАТУРА БАШЕННЫХ СИСТЕМ
Башни и их детали
Построенные в СССР до 1941 г. башенные системы состояли из разного количества
башен нестандартных размеров. Сразу после Великой Отечественной войны было
спроектировано и построено несколько пятибащенных систем с башнями следующих
стандартных размеров;
6. Аппаратура башенных систем
637
Башни
Продукционные
1-я.........................
2-я.....................
Окислительная (полая) , . .
Абсорбционные
1-я.....................
2-я.....................
Строительные размеры, .к
высота диаметр
16 4,5
14 6
14 6
14,6 6
14 4,5
Практика показала, что пятиба-
шенная система может успешно рабо-
тать только при строго постоянной на-
грузке и практически при постоянной
концентрации SO2 в поступающих га-
зах. В связи с тем, что на ряде заводов
не удавалось поддерживать достаточно
стабильные условия работы башен,
а в других случаях и в связи с необхо-
димостью повышения мощности дей-
ствующих систем, все башенные системы
были реконструированы в шести-, семи-
И Даже восьмибашенные.
Стальные башни (рис. Х-8) футе-
руются кислотоупорным кирпичом или
андезитом, насадкой служат керамиче-
ские кольца размерами 50 X 50 мм.
Колосниковые решетки выполняются
из кислотоупорного кирпича или при-
родных кислотоупорных камней. Тол-
щина стального днища башни 10 мм,
обечайки — 8 мм. К низу днища для
жесткости приварены двутавровые
балки, располагаемые по осям стоек
колосниковых решеток.
Футеровке башни-денитратора и
первой продукционной башни (рис. Х-9)
Уделяется особое внимание, поскольку
они работают в жестких условиях, что
связано с высокой температурой газов
и вытекающей кислоты. Качество кис-
лотоупорного кирпича или андезита,
применяемого для футеровки этих ба-
шен, должно соответствовать техноло-
гическим условиям их работы. Так,
образец футеровки, насыщенный 76% -
ной серной кислотой, должен выдер-
жать не менее 10 теплосмен при тем-
пературе от 0 до 600° С.
Для футеровки абсорбционных и
окислительной башен применяется
кислотоупорный кирпич. При этом
Между стальным кожухом башни и
кирпичом должен быть слой теплоизо-
ляции.
Обечайка футеруется в нижней
Части андезитом: до подколосников
Рис. Х-8. Стальная башня:
/—насадка; 2—колосники; 3—подколосники;
4 — футеровка стенок; 5 — кожух; 6—диище
башни; 7 — стойка под колосники; 8—балка
жесткости; 9 — футеровка днища; 10 — балка
жесткости к диищу газовой коробки; // — газо-
вая коробка; 12 — турбинка для орошения;
13 — уголок жесткости кожуха; 14 — крышка.
Рис. Х-9. Футеровка продукционной башни:
1 — стальной кожух; 2 — покраска; 3 — замазка андезитовая (6 = 5 мм);
4 — барулин (б = 10 мм); 5,6 — андезитовая футеровка стен (б = 20 лл<);
7—стальное днище; 8—андезитовая футеровка днища (6=120 мм); 9 —стойки;
10 — подколосники; 11 — колосники (высота футеровки над уровнем колос-
ников 200 мм).
Рис. Х-10. Газовая коробка продукционной башни:
1 — башня; 2 — газовая коробка; 3 — штуцер для входа газа;
4 — люк.
6. Аппаратура башенных систем
639
плитами толщиной 400 мм, на уровне колосников плитами толщиной 325 мм, над
.колосниками (до верха) андезитовыми плитами толщиной 120 мм или кислотоупор-
ным кирпичом (слой в V2 кирпича). Днище футеруют андезитовыми плитами тол-
щиной 120 леи в два слоя (в перекрышку, см. рис. Х-9).
На рис. Х-10 представлена газовая коробка продукционной башни. Крышка
газовой коробки выполнена из армированного жаростойкого кислотоупорного бетона,
Рис. Х-11. Коробка для выхода кис-
лоты из денитратора:
1 — башня; 2— днище; 3 — облицовка дна
кислотоупорными плитками; 4—футеровка;
5 — порог для регулирования выхода кис-
лоты; 6 — крышка коробки; 7 — стальная
крышка; 8 — камень гидравлического за-
твора.
Рис. Х-12. -Штуцер для выхода кислоты
из абсорбционной башни:
1 — башня; 2 — стальной штуцер; 3 —чугун-
ный вкладыш; 4—диабазовый цемент; 5 — уп-
лотнение (асбестовый шнур).
затворенного на жидком стекле. Остальные башни снабжаются газовыми коробками
с минимальным расстоянием от крайней образующей башни до оси штуцера.
На рис. Х-11 представлена коробка для выхода кислоты из денитратора. Из аб-
сорбционных и окислительной башни кислота выходит через стальные штуцера с чу-
гунными вкладышами (рис. Х-12). Вкладыши уплотняются асбестовым шнуром только
Рис. Х-13. Штуцер с кварцевым
вкладышем:
1 — керамика; 2 — плавленый кварц;
3 — сталь; 4 — кислотоупорный бетон;
5 — диабазовая замазка.
Рис. Х-14. Гидравлический за-
твор:
/ — корпус; 2 — свинцовое уплотне-
ние; 3 — внутренняя крышка; 4 —
крышка затвора; 5 — перегородка.
640
X. Производство кислоты нитрозным методом
после окончательной затяжки болтов, соединяющих вкладыш с фланцами штуцера.
Для уплотнения вкладыша применяется кислотостойкий асбестовый шнур, проварен-
ный в графите с маслом. На рис. Х-13 представлен штуцер с кварцевым вкладышем
для выхода кислоты из башни-концентратора.
Рис. Х-15. Крышка башни из армированного бетона:
1—кожух; 2—футеровка; 3—кольцо жесткости; 4 — крышка
(андезито-бетонная плита со стальной арматурой); 5 — слой
кокса (теплоизоляция); 6~кислотоупорный асфальт; 7—ос-
новные балки крышки; 8— турбинка для орошения башни;
9 — стальная арматура; 10 — люк.
На рис. Х-14 показан гидравлический затвор, соединяющий штуцер для выхода
кислоты из абсорбционной башни с трубами кислотопровода. Разность высот шту-
церов (в мм) для входа и выхода кислоты в гидравлический затвор:
где Н — разрежение (или давление) в башне, мм вод. ст.;
d — относительная плотность кислоты.
6. Аппаратура башенных систем
641
Нормальные размеры чугунных гидравлических затворов диаметром 20 мм при
различном разрежении и плотности кислоты 1,64 т/м9-.
Разрежение в башне, мм вод. ст. . . .
Высота до оси штуцеров, мм
для входа кислоты ................
» выхода » ..............
Общая высота гидравлического затво-
ра, мм ...............................
Вес гидравлического затвора, кгс . . .
До 100 100 200 300 400 500
500 500 500 500 600 650
500 440 375 310 350 315
737 737 737 737 837 887
315 315 315 315 335 335
Крышки башен выполняют из армированного кислотоупорного бетона толщи-
. ной 100—120 мм (рис. Х-15) или из стали (рис. Х-16). Расчет бетонных крышек про-
водится аналогично расчету обычного железобетона с учетом специфических свойств
.кислотоупорного бетона. При
конструировании крышки надо
учитывать следующие основные
данные для армированных кис-
лотобетонных конструкций:
расстояние от арматуры до
поверхности бетона должно быть
не менее 30 мм\
диаметр стальной арматуры
принимают не менее 10—12 мм-,
диаметр стальных хомутов
принимают 3 мм-,
суммарное сечение арматуры
должно быть не менее 0,1% и не
более 5% J сечения арматурного
элемента;
запас прочности арматуры
бетона принимают не более 2.
Поверх кислотоупорного бе-
тона (во избежание возникнове-
ния напряжений при темпера-
турных перепадах) укладывают
слой кокса толщиной 90 мм и
покрывают его кислотоупорным
асфальтом. Для жесткости на
Крышке наваривают балки или
уголки.
Газ
Насадки башен
Рис. Х-16. Стальная крышка башни:
1 — кожух башня; 2—кольцо жесткости; 3— сталь-
ная крышка; 4—балки жесткости; 5—люк; 6—отвер-
стие для турбинки.
В настоящее время на сер-
нокислотных заводах применяет-
ся насадка только из керамиче-
ских колец. Насадка первой башни, при выработке купоросного масла должна
быть выполнена из керамических колец высшего качества.
Гидравлическое сопротивление неорошаемой насадки (в кгс/м2) можно опре-
делить по формуле:
сух —
WpX
8ёз
(Х-13)
где X — коэффициент сопротивления насадки;
Н — высота слоя насадки, м\
41 Справочник сернокислотчика
642
X. Производство кислоты нитрозным методом
f — удельная поверхность насадки, м2/м3-,
рг — плотность газа, кгс- сек2/м*;
w0 — фиктивная скорость газа, м!сек\
е — свободный объем насадки, м3/м3.
Для правильно уложенных насадок коэффициент сопротивления
j^O.375 (Х-14)
где Rer — критерий Рейнольдса для газа;
а — коэффициент (для колец а = 9,2).
Для воздуха, например при 25° С, фиктивной скорости газа 1 м/сек и насадке
из колец Рашига с удельной поверхностью ПО м2/м3, величина Rer= 2310, отсюда
Подставляя в выражение (Х-13) числовые значения входящих в него величин,
получим следующее сопротивление насадки высотой 15 м (например, для башни с на-
садкой данной высоты из правильно уложенных колец при /=110 м2/м3, & —
— 0,735 м3/м3 и фиктивной скорости газа 1 м/сек):
.п 0,272.15.110.0,124-12 . 2 . _
ДР =-----------------------= 17-4 Кгс/Л (или мм вод. ст.)
о* О,/ иЬ*
(здесь 0,124 — плотность воздуха в указанных условиях, кг сек2/м4).
На рис. Х-17 даны для различных сухих насадок величины сопротивления слоя'
насадки высотой 1 м в зависимости от скорости воздуха.
Сопротивление орошаемой насадки можно приближенно определить по урав-
нению
АР = Рсух (1 + aL) (Х-15)
где а — коэффициент для правильно уложенных насадок при орошении 75—78%-ной
серной кислотой (а = 0,06);
L — плотность орошения, м3/(м2- ч).
В данном примере при Л — 10 м3/(м2- ч) сопротивление башни ДР =
— 17,4 (1 + 10-0,06) = 28,8 мм вод. ст.
По приведенным здесь уравнениям можно рассчитать сопротивление чистых
насадок. При загрязнении сопротивление насадки может возрасти в несколько раз.
Загрязненную в процессе эксплуатации насадку промывают водой. Для этого сталь-
ную башню отключают от системы, все отверстия тщательно и плотно закрывают и
промывают башню водой в течение 8 ч одновременно из 3—4 точек; количество воды
100—300 м3/ч в зависимости от диаметра башни. Немедленно по окончании промывки
в башню подают на орошение крепкую серную кислоту, концентрация которой на
выходе из башни должна быть доведена до 75—76%.
В табл. Х-11 приведена характеристика насадок, применяемых в сернокислотной
и других отраслях промышленности.
В последние годы на многих заводах в 1-й—3-й абсорбционных башнях почти
полностью изъята насадка, небольшой ее слой оставлен лишь в самой нижней части
башен для улучшения распределения газа по их сечению. Реакционная поверхность
взаимодействия газа с жидкостью создается распылением орошающей жидкости в по-
лом объеме башни. Достаточная реакционная поверхность в башне без большого
брызгоуноса обеспечивается при распылении большого количества кислоты на капли
диаметром 1—5 мм и скорости газа в полой башне 0,6—0,7 м/сек. В этих условиях
унос брызг составляет 17—20 г H2SO4 на 1 м3 газа.
На рис. Х-18 изображена одна из полых башен для улавливания окислов азота.
Башня орошается при помощи семи распылителей типа «Шодуд» общей производи-
41*
644
X. Производство кислоты нитрозным методом
Таблица Х-11. Характеристика промышленных насадок
(по Н. М. Жаворонкову)
Насадка I Размеры элемента насадки, мм Свободный объем в, м3/м* Удельная поверх- ность f, м*/м* Насыпная плот- ность, кг1м* Гидравлический радиус e/f 2 о к 5^^ св н 02 О s S II и Я 11 bi s л
Кварц 12—25 0,47 167 2,8 11,2
50 0,45 63 7,15 28,6
75 0,46 42,5 — 10,8 43,2
150 0,44 29 — 15,1 60,4
Кокс кусковой 24,4 0,53 120 600 4,45 17,80
28,6 0,53 НО 660 4,85 19,40
40,8 0,54 86 585 6,33 25,32
42,6 0,56 77 455 7,30 29,20
Кольца керамические гладкие 15X15X3 0,70 330 1150 2,12 8,46
(навалом) 25Х 25Х 4 0,74 204 720 3,63 11,52
35Х 35Х 4 0,78 140 696 5,55 22,20
50Х 50Х 5 0,78 87,5 683 9,00 36,00
80X80X8 0,74 76 640 9,20 36,80
100Х100Х ю 0,74 60 606 12,33 49,32
120X 120X 12 0,74 50 14,80 59,20
То же (правильно уложенные) 50Х 50Х 5 0,735 ПО 26,40
80X80X8 0,72 80 35,90
100X100X 10 0,72 60 47,0
Хордовая деревянная ' 10 0,55 100
(100Х 100 мм), шаг в свету 20 0,68 65
30 0,77 48
Таблица
и после переоборудования
Х-12. Средние показатели работы башен * до
(диаметр башен 6 м, высота 18 м)
Количество орошения, м*/ч Выходящая ннтроза Содержание no + no2 в газе, % Степень абсорбции, % Коэффициент абсорбции **, ке/ (м* • ч • ат)
плот- ность, г! см* темпе- ратура, °C % HNO, на входе на выходе
Насадочные баш н и
330 1,782 54 14,2 3,27 1,16 64,5 235
330 1,773 53 13,7 4,37 1,62 63,0 220
Полая башня
300 1,742 58 6,9 4,90 1,23 75,0 320
* За 3 месяца.
•* В расчете на реакционный объем башен (~400 ж’).
6. Аппаратура башенных систем
645
тельностью 300 мР/ч серной кислоты при избыточном давлении 1,5 ат (описание рас-
пылителей «Шодуд» см. стр. 647).
В табл. Х-12 приведены показатели работы абсорбционных башен с насадкой
и после удаления насадки.
Оросительные устройства
Разбрызгивающие стаканы (рис. Х-19) ранее широко применяли в башенных
системах; в зависимости от их производительности и напора устанавливали стаканы
различных размеров:
Производитель- ность, м*/ч Диаметр, мм Количество отверстий
стакана отверстий
12,6 75 3 35
28,6 75 3 130
37,0 75 3 168
46,8 75 4 190
60,0 75 4 260
90,0 130 4 350
Скорость истечения кислоты на выходе из отверстий стакана (в м/сек) опре-
деляется по выражению:
Vo = и /
(Х-16)
где р, — коэффициент истечения (0,82);
И — напор, м (Н = 4—6 м);
g— ускорение силы тяжести (9,81 м/сек2).
Угол а вылета струи, образуемый отверстием в стакане с горизонталью, опре-
деляют из формулы траектории тела, брошенного под углом к горизонту:
{/ = xtga
gx2
2uq cos2 a
(X-17)
где у — ордината точки истечения струи;
х — абсцисса точки падения струи.
В настоящее время для орошения насадочных башен в отечественных башенных
системах применяются почти исключительно разбрызгивающие звездочки конструк-
ции Полякова—Гальцова. Установка для орошения башни разбрызгивающей звез-
дочкой представлена на рис. Х-20. В центре звездочки концентрически к валу
находится коническое отверстие, через которое протекает кислота, орошающая центр
башни. В этом отверстии имеется 12 ребер различной длины, винтообразно размещен-
ных под разными углами к валу. Кислота, проходящая через центральное отверстие
авездочки, получает направление, определяемое расположением ребер, благодаря
Чему она равномерно разбрызгивается на центральную часть торцевой (верхней)
Поверхности насадки. Для орошения остальной части торцевой поверхности насадки
кислота, поступающая из сливной коробки, разбрызгивается внешними радиальными
Зебрами звездочки, имеющими разную длину. Образующиеся при этом капли кислоты
риобретают различную начальную скорость полета, чем и достигается равномерное
распределение жидкости по всему сечению башни.
6. Аппаратура башенных систем
647
Выведены сителей: следующие соотношения, используемые для расчета описанных оро- г = 0,0832л (R — 0,01) //7 (Х-18) ДА-100 = 5,83 — 0,0145n (Х-19) Г
Q = Н/сл. отвЗбОО J/ 2g (l - -- у
/сл. отв9ц. ср
/ц- отв = 0Л270
(Х-20)
(Х-21)
где г — расстояние от оси звездочки до средней линии кольцевой зоны оро-
шения, м;
п — скорость вращения звездочки, мин-1;
R — протяженность разбрызгивающего ребра звездочки, м;
/г — расстояние от звездочки до насадки, м;
/ц. к — площадь круга, орошаемого из центрального отверстия звез-
дочки, м~;
F — площадь торца насадки, м~;
Q — расход орошающей жидкости, м3/ч;
l-i — коэффициент расхода диафрагмы;
/сл. отв — площадь кольцевого отверстия диафрагмы, лг2;
g — ускорение силы тяжести, м/сек2;
L — высота столба жидкости в сливной воронке, м;
Ро, Рг — давление вне и внутри башни, мм вод. ст.;
у — удельный вес кислоты, кгс/м3;
fu- отв — площадь центрального кольцевого отверстия (между валом и верхом
конической втулки звездочки), м~;
Яц. ср — средняя плотность орошения площади центрального круга торца на-
садки, м3/(м2-ч).
В практике работы башенных систем применяется также центрально располо-
женный ороситель, звездочка которого изготовляется двух типов — А и В с различ-
ной протяженностью ребер R, разбрызгивающих жидкость:
Тип
звездочки /?!
А ............... 225 200
В ................127 160
Размеры ребер, .к.ч
R3 R< R, Ra R?
100 300 220 130 280
85 200 170 120 195
R3 R« Rio Rn Rti
180 99 285 240 145
180 90 197 180 135
Такие звездочки устанавливаются на башнях разных диаметров и эксплуати-
руются в широком интервале числа оборотов и расхода жидкости. Звездочка типа А
применяется в башнях диаметром более 3 м, типа В — в башнях диаметром менее 3 м.
Для распыления орошающей кислоты в полых башнях нитрозных систем при-
меняется шайбовый ороситель двойного ударного действия «Шодуд» (рис. Х-21, а) *.
Принцип его работы показан на рис. Х-21, б. Струя жидкости по выходе из головки-
насадки проходит сквозь ряд шайб с постепенно уменьшающимися диаметрами от-
верстий. При этом шайбы отсекают от струи жидкости кольца толщиной
А
dn — dn+l
ГДе dn — диаметр отверстия n-й шайбы;
dn+l — то же (л + 1)-й шайбы (нумерация по ходу струи жидкости).
* Материал предоставлен В. М. Проценко.
><
6. Аппаратура башенных систем
649
Кольцо жидкости, отсеченной от струи, растекаясь по шайбе, движется по ее
поверхности к периферии и слетает в направлении, определяемом углом прилива 0.
Ударившись о поверхность предыдущей шайбы, пленка жидкости слетает в орошае-
мое пространство в заданном направлении, определяемым углом а бортика шайбы.
Ороситель может быть рассчитан на производительность от 20 до 140 м?/ч. Он
работает непосредственно от насоса при избыточном давлении перед оросителем не
менее 0,7 ат. Производительность оросителя рассчитывается по формуле:
Лб/л---------
Q = 3600 ц /2gH (Х-22)
где d0 — диаметр отверстия головки-насадки, м;
р, — коэффициент расхода (0,74—0,80);
Н — напор перед оросителем, м;
g — ускорение силы тяжести, м/сек?.
В зависимости от высоты оросителя над орошаемой поверхностью, угла а вылета
пленки и давления радиус распыления может находиться в пределах 0,7—5 м. Плот-
ность распределения жидкости на орошаемой площади зависит от выбранных зна-
чений а и р каждой шайбы и может быть равномерной или иметь любые заданные зна-
чения для определенного кольца орошаемого круга. Оросители «Шодуд» изготов-
ляются из легированных сталей, что обеспечивает работу оросителя без замены не
менее чем в течение 1 года.
Для орошения насадочных башен с успехом могут применяться также щелевые
распылители (см. раздел IX, стр. 492).
Сборники и напорные баки
Количество сборников циркуляционных нитроз определяется применяемой схе-
мой орошения (числом нитроз различного состава). Общий объем сборников цирку-
ляционных нитроз принимают равным 30% часового объема кислот, подаваемых
на все орошаемые башни с насадкой из колец. Сборники нитроз и кислот выполняют
преимущественно в виде вертикальных баков или в виде горизонтальных баков ци-
линдрической формы. Баки для нитроз изготовляют из стали марки Ст.З без футе-
ровки. Баки-сборники для продукционной кислоты и для нитрозы с малым содер-
жанием окислов азота футеруют диабазовыми плитками. Пробку и штуцер для слива
кислоты изготовляют из пирофиллита. Шток пробки также защищается пирофилли-
товой трубой, соединенной с пробкой. Меланж хранят в горизонтальных баках, футе-
рованных диабазовыми плитками.
На рис. Х-22 показан напорный бак со щелевым кислотомером, расчет которого
проводится по формуле:
н=35-7/4 <х'23>
где Q — количество протекающей кислоты, м?/ч\
b — ширина щели, м;
Н — высота столба жидкости, см.
Ниже приведена характеристика щелевых кислотомеров:
Q, м3/ч н, см Ь, см Q, м3/ч н, см Ь, см <?, 1 м3 ч н, см Ъ, см
4,8 7 5 20,7 10 10 50 18 10
7,5 8 5 23,9 11 10 59 20 10
10 10 5 30,8 13 10 62 13 20
12 11 5 34,4 14 10 76 15 20
15,5 13 5 38 15 10 92 17 20
19,1 15 5 45,7 17 10 100 18 20
650
,Y. Производство кислоты нитрозным методом
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ БАШЕННЫХ СИСТЕМ
На рис. Х-23 представлена схема орошения семибашенной системы. Если в си-
стему поступает газ с повышенной запыленностью, то, чтобы предотвратить загряз-
Рис. Х-23. Схема орошения башенной системы:
1 — деннтратор; 2 — первая продукционная башня (концен-
тратор); 3 — вторая продукционная башня; 4 — окислитель-
ная башня; 5 — 7 — абсорбционные башни.
грязевым (внешним) циклом, по которому кислота из первой продукционной башни
поступает в последнюю абсорбционную башню и возвращается обратно. При этом
интенсивность работы первой башни снижается.
Температура и состав газа и кислот
Температура газа, поступающего в денитратор и первую продукционную башню
(параллельные), должна быть по возможности высокой. Через денитратор пропу-
скается примерно 25% общего объема газа (минимальное его количество определяется
возможностью получить продукцию, отвечающую требованиям стандарта к содер-
жанию окислов азота). В части газа, подаваемой в денитратор, концентрация SO2
должна быть возможно выше. Если концентрация SO2 в общем объеме газа бо-
лее 9% , то перед второй башней в газ следует добавлять воздух в количестве, соответ-
ствующем концентрации 9% SO2 в расчете на исходный газ.
Температура кислоты, орошающей денитратор и продукционные башни, должна
быть в пределах 60—75° С. Кислоту, подаваемую на орошение последней башни, сле-
дует охлаждать до возможно более низкой температуры (не выше 50° С). Кислота,
идущая в другие абсорбционные башни, охлаждается с таким расчетом, чтобы она
возвращалась в продукционные башни при указанной выше температуре. Общее ко-
личество орошения и орошение отдельных башен определяется и может быть рассчи-
тано по принятым температурам орошающих (и вытекающих) кислот, в увязке с необ-
ходимой плотностью орошения.
Концентрация H2SO4 в исходных нитрозах, орошающих продукционные башни,
и содержание в них окислов азота следует выбирать с учетом температуры кислот,
при этом должна быть обеспечена интенсивность системы. Для выбора режима можно
ориентировочно пользоваться данными табл. Х-10 (стр. 635), составленной по резуль-
татам модельных опытов.
На основе заводского опыта ниже приведены состав и температура нитроз, оро-
шающих продукционные башни:
Принятая интенсивность системы, кг/ (м3 -сутки) Нитрозы
р, т/м3 % HNO, t, °C
100—130 1,754 9,8 70—75
175—200 1,776 13,0 60—70
1,832 19,0 60—70
1,753 9,5—10,0 60—65
240 1,775 14,0 65-70
7. Технологический режим
651
Для предотвращения проскока SO2 в абсорбционную зону иногда последнюю
продукционную башню целесообразно орошать «на себя» нитрозой с пониженным ис-
ходным содержанием НгЗО4.
Объем отходящих газов * и коэффициент подсоса воздуха
Если подсоса воздуха в систему нет, то объем отходящих выбросных газов **
в расчете на 1 т продукционной НгЗО4 равен (в м3):
22 350 . ЮР — 1.51CSq2
1l^so2 100
. (Х-24)
где т] — коэффициент использования SO2 в системе;
CSOj — начальная концентрация SO2 в газе, %.
Если коэффициент подсоса воздуха равен [3 (в объемах подсосанного воздуха на
1 объем выбросного газа без подсоса), то
п_ 22 350(0+D
1 ^Cso., 10°
100 — 1,51CSO.
V^lCso.,
22 350(100— 1,51CSO2)
(X-25)
Коэффициент подсоса воздуха определяется по содержанию кислорода в выброс-
ных газах. Если подсоса в систему нет, содержание кислорода в выбросных газах
(без учета окислов азота) должно быть равно
_ (21-l,83CSO2)-100
°2 100-l,51CSO2
(Х-26)
Если фактическое содержание кислорода в выбросных газах другое и анализом
определено равным Cq то
/-»В . ф /"> В
р = _о,-----о^_
21-Со,ф
Выделение и отвод тепла
В табл. Х-13 представлен примерный тепловой баланс башенной системы на 1 т
продукционной H2SO4. В основу составления баланса были приняты следующие
данные: содержание серы в сухом колчедане 40%; содержание влаги в сыром колче-
дане 4% ; степень выгорания серы 0,97; степень использования SO2 в продукции 97% ;
температура отходящих газов 45° С.
Тепло, выделяющееся в системе, отводится в холодильниках путем охлаждения
кислот, вытекающих из денитратора и продукционных башен. Повышение темпера-
туры этих кислот приводит к уменьшению необходимой поверхности охлаждения,
так как при этом увеличивается среднелогарифмическая разность температур. Не-
обходимая величина теплообменной поверхности холодильников в конкретных усло-
виях эксплуатации системы зависит от местных климатических условий (темпера-
туры охлаждающей воды) и от конструкции и состояния холодильников.
* Подробно об очистке отходящих газов башенных систем см. раздел VIII,
стр. 470 сл.
** Здесь и далее объем газа V® приведен к нормальным условиям (0° С и
760 мм рт. ст.).
Таблица Х-13. Тепловой баланс башенной системы на 1 т продукционной H2SO4
Количество добавляемого воздуха рассчитывают так, чтобы общий его расход был таким же, как при начальном содержа-
7. Технологический режим
653
НИИ УТЬ oU2 в газе иез разорении.
По утвержденным нормам эта поверхность в расчете на 1 т1сутки продукцион-
ной H2SO4 (включая резерв) составляет * 10—12 м2.
Количество тепла, подлежащего отводу в холодильниках, приблизительно может
быть определено также из выражения:
<?о,в=2‘Г'-2‘Т-£‘к (Х-27)
где У11®ых — сумма энтальпий кислот, вытекающих из башен;
— то же, орошающих кислот;
t” —то же, продукционной кислоты после холодильников.
Расчет ведут на 1 т продукционной кислоты или на часовую производительность
системы.
Расходные коэффициенты в нитрозном процессе
Потери окислов азота и расход азотной кислоты. Окислы азота теряются в ре-
зультате неполноты денитрации продукционной кислоты, неполного обратного по-
глощения окислов азота из отходящих газов нитрозой, проливов нитрозы, утечки
газов из аппаратов сернокислотных систем и пр.
Потери азотной кислоты с 1 т продукционной H2SO4 составляют (в кг/triy.
_ iooocHNOj
y7HNO3 — с
CH2SO4
где CHNOj и CH2SO4 — содержание HNO3 и H2SO4 в продукции, вес. %.
Содержание окислов азота (в пересчете на HNO3) в продукции должно быть не
более 0,05%; таким образом, потери азотной кислоты с продукцией (76%-ная H2SO4)
не превышает 0,66 кг/т кислоты.
При содержании в выхлопных газах Со объемн. % окислов азота потери азотной
кислоты на 1 т продукционной кислоты равны (в кг/т)-.
G= 63
100 ’ 22,4
Заменяя V® его значением по выражению (Х-24а), получим:
(1 + Р)Со-22 350 (100- 1,51CSO2) б3 _
~ 100CSO2-100 * 22,4 ~
(l+₽)Co(I00-l,5ICSOj)
= 0,0 ----------------------- (л-2о)
CSO2
где р — коэффициент подсоса воздуха в систему;
CSq2 — содержание SO2 в газах на входе в систему, %.
Из формулы (Х-28) видно, что потери азотной кислоты с выхлопными газами
будут тем меньше, чем меньше величины р и Со и больше CSq2. Например, если за-
воду установлена норма потерь HNO3 с хвостовыми газами не более 10 кг, то при
Р = 0 и CSOj — 9% содержание окислов азота в выхлопных газах должно быть не
Большая цифра для южных районов СССР.
654
X. Производство кислоты нитрозным методом
выше 0,16% . Кроме того, парциальное давление N2O3 в выходящем газе по крайней
мере в 2 раза должно быть больше давления N2O3 над орошающей нитрозой.
Так, если в рассматриваемом примере из 0,16% окислов азота на долю NOa
приходится 0,06%, а на долю NO 0,1%, то давление N2O3 над нитрозой (при общем
давлении газовой смеси, равном, например, 740 мм рт. ст.) не должно превышать
740-2-0.06 ПЛЛЛ
—-р,——= 0,444 мм рт. ст. По этому значению парциального давления окислов
Ivv *2
азота определяются допустимые температура и концентрация нитрозы, орошающей
последнюю башню. Например, если температура орошающей нитрозы принята
50° С, а содержание H2SO4 в исходной кислоте 76% , то по рис. Х-3 (стр. 626) находим,
что содержание N2O3 в нитрозе должно быть не более 1% .
Таким образом, кроме ранее перечисленных условий, обеспечивающих низкие
потери окислов азота с отходящими газами, к ним относятся также возможно более
близкая к 50% степень окисления NO в выхлопных газах и орошение последней башни
нитрозой с достаточно низким равновесным давлением окислов азота над ней (это
обеспечивается рациональным выбором состава и температуры нитроз).
Расход азотной кислоты на 1 т продукционной H2SO4 в среднем составляет 18 кг.
На лучших заводах, даже при высокой интенсивности башенных систем [порядка
200 кг/(м3-сутки)], расход HNO3 не превышает 8 кг/т H2SO4.
Расход колчедана. По расчету, приведенному в разделе IX (стр. 617), принимаем
степень перехода серы из колчедана в газовую фазу при обжиге в механических
печах 0,943, в печах КС — 0,966. В отходящих газах башенных систем содержится
примерно 0,1 объемн. % SO2 (см. раздел VIII, стр. 470). На 1 т продукционной H2SO4
при исходной концентрации 9% SO2 в газе без подсоса воздуха в систему это коли-
чество SO2 соответствует 9,6 кг H2SO4. С учетом возможного остатка сернокислот-
ного тумана в газах после электрофильтра потери серы с отходящими газами на 1 т
продукции примем 10 кг. Тогда общая степень использования в продукции серы кол-
чедана при обжиге его в механических печах будет равна 0,943-(1000 : 1010) = 0,934,
при обжиге в печах КС она составит 0,956, что соответствует 778 кг расхода 45% -ного
колчедана в механических печах и 754 кг в печах КС. Фактический расход 45%-ного
колчедана на 1 т H2SO4 на отечественных башенных заводах колеблется в пределах
774—830 кг, на зарубежных 770—775 кг.
Причины увеличения расхода колчедана описаны в разделе IX (стр. 617). В ба-
шенных системах расход сырья несколько может возрасти в связи с понижением кон-
центрации SO2 в газе, входящем в систему, и с подсосами воздуха в систему (при этом
увеличиваются потери SO2 с отходящими газами).
Расход воды. Для получения 1 т H2SO4 в виде 76%-ной кислоты требуется
1000-18/98 + (1000/0,76—1000) — 500 кг воды. В основном она расходуется в ни-
трозном процессе на охлаждение циркулирующих кислот. Как указывалось
(стр. 652), вода отводит от кислоты 815—937 Мкал тепла на 1 т H2SO4. Количество
расходуемой воды зависит от практически возможного интервала ее нагрева, что,
в свою очередь, зависит от ряда конкретных условий. Нагрев воды может быть при-
нят в пределах 15—20° С. Отсюда нормальный расход воды должен составлять 30—
65 м3 на 1 т продукции.
В соответствии с санитарными требованиями для охлаждения кислот приме-
няется оборотная вода, при этом расход свежей воды будет находиться в пределах
7—10 м3 на 1 т продукционной H2SO4.
Расход электроэнергии по разным башенным системам очень различен. Это свя-
зано с особенностями аппаратурного оформления цехов, разным количеством оро-
шения, различной степенью загрязнения насадки башен и др. Например, за I квартал
1970 г. средний расход электроэнергии на 1 т H2SO4 составлял 69 квт-ч. На лучших
заводах, даже при интенсивности башенных систем порядка 200 кг/(м3'сутки), рас-
ход электроэнергии составляет 51—53 кет-ч на 1 т H2SO4 в продукционной кислоте.
8. Комбинированная система
655
8. КОМБИНИРОВАННАЯ КОНТАКТНО-БАШЕННАЯ СИСТЕМА
В комбинированной системе часть сернистого ангидрида окисляется до SO3
в контактном аппарате на катализаторе, остальная часть SO2 окисляется с помощью
окислов азота в нитрозном процессе. В печном отделении такой системы, работающей
на сере, установлен однослойный контактный аппарат со стационарным слоем ката-
лизатора.
Схема печного отделения (при сжигании серы), оборудованного контактным ап-
паратом со стационарным слоем катализатора, изображена на рис. Х-24. Все аппа-
раты до печи и все трубопроводы для жидкой серы обогреваются при помощи паровых
змеевиков и рубашек.
Рис. Х-24. Схема печного отделения контактно-башенной
системы:
/ — бункер; 2- плавитель; 3, 5—отстойники; 4 — насосы; 6 — фильтр;
7 — сборник кислоты; 8 — печь; 9, 16 — воздуходувки; 10 — испари-
тельная секция котла-утилизатора; 11 — байпас; 12 — смеситель газа
и воздуха; 13 — контактный аппарат; Н —пароперегреватель; 15 — теп-
лообменник.
Газ выходит из печи при 1150° С и концентрации SO2 в нем 12—13%. В условиях
контактно-башенного процесса представляется возможным контактировать серни-
стый газ при концентрации SO2 вплоть до 12% . В контактный аппарат газовая смесь
входит при 420—480° С. В зависимости от температуры газа, концентрации SO2 на
выходе из котла-утилизатора и от качества катализатора печной газ поступает в кон-
тактный аппарат без смешения или после смешения с холодным или подогретым воз-
духом. По выходе из контактного аппарата газ, содержащий SO2 и SO3, охлаждается
в пароперегревателе с 580—620 до 520° С, затем — в воздушном теплообменнике, от-
куда направляется в башенное отделение.
В контактном аппарате комбинированной системы с успехом может быть исполь-
зована отработанная контактная масса из 2-го, 3-го и следующих слоев аппаратов
контактных систем. Это позволяет не только уменьшить затраты на катализатор, но
и резко упростить разогрев, пуск и эксплуатацию контактных аппаратов. В частности,
пуск контактного аппарата комбинированной системы возможен без пускового подо-
гревателя.
В такой системе получается примерно 0,8 т энергетического пара на 1 т про-
дукции (считая на 100% H2SO4) при сохранении достаточной температуры газов на
входе в башенное отделение. Благодаря включению контактного аппарата в состав
комбинированной системы весь процесс в башенном отделении смещается в его го-
ловную^часть, что обеспечивает более полную переработку БОг'и лучшее поглоще-
ние окислов азота из отходящих газов. Лучшая очистка их является также резуль-
татом того, что в продукционной зоне системы в газовую фазу выделяется меньше
Литература
657
окислов азота вследствие меньшего количества реагирующего с нитрозой SO2, чем
в обычном интенсивном нитрозном процессе. Преимуществом комбинированного
процесса является, кроме того, то, что наличие контактного аппарата дает возмож-
ность подавать в систему контактированный газ при стабильной температуре порядка
420—450° С и выше. Процесс переработки контактированного газа может быть осу-
ществлен по обычной для башенных систем схеме с выдачей слабой башенной кислоты
или с выпуском купоросного масла в количестве, достаточном для выхода продукции
и для орошения последней башни си-
стемы.
Первая контактно-башенная си-
. стема (рис. Х-25) работала по обычной
схеме (с выпуском слабой башенной
кислоты). На орошение всех продук-
ционных башен подается наиболее ни-
трозная кислота. Две последних аб-
сорбционных башни орошаются мало-
нитрозными кислотами, вытекающими
из концентратора и из первой продук-
; ционной башни. Первая абсорбционная
башня орошается более нитрозной кис-
лотой из второй продукционной башни.
Интенсивность системы составляла
200—220 кг/сутки на 1 .м3 строитель-
ного объема всех башен при низком
расходе азотной кислоты (6—7 кг на
i т продукта) и концентрации окислов
азота в выхлопных газах 0,06 объемн.
%.
В табл. Х-14 приведены данные о размерах и показателях работы восьми башен
сернокислотной системы Одесского суперфосфатного завода, где впервые был внедрен
контактно-башенный процесс. Все башни, за исключением окислительного объема
и башни № 4, целиком заполнены насадкой — кольцами размером 50 X 50 мм.
Окислительный объем и башня № 4 имеют насадки только на высоту 2 м от колосни-
ковой решетки и орошаются при помощи форсунок, вмонтированных в крышки башен.
Из показателей технологического режима этой контактно-башенной системы
отметим, что 22% печного газа (в пересчете на SO2), поступающего в систему по дан-
ной схеме, передается без контактирования в денитратор. При необходимости в кон-
тактно-башенной системе можно получать не только купоросное масло, но и моно-
гидрат, однако при этом схема работы системы должна быть несколько изменена.
Рис. Х-25. Схема орошения башен в кон-
тактно-башенной системе:
1 — денитратор; 2 — концентратор-абсорбер;
3,4 — продукционные башнн; 5 — окисли-
тельная башня; 6—8—абсорбционные башнн.
ЛИТЕРАТУРА
Мал и н К- М., Аркин И. Л., Боресков Г. К., С л и н ь к о М. Г., Техно-
логия серной кислоты, Госхимиздат, 1950.
Кузьминых И. Н., Технология серной кислоты, Госхимиздат, 1955.
Мельник Б. Д., Мельников Е. Б., Краткий инженерный справочник по
технологии неорганических веществ, Изд. «Химия», 1968.
Головачевский Ю. А., Оросители и форсунки скрубберов в химической
промышленности, изд. «Машиностроение», 1967.
Кудрявцев А. А., Упругость окислов азота над нитрозами, ЖПХ, 10 (1941).
И т к и н а Д. Я., Малин К- М., Кинетика кислотообразования в нитрозном
? процессе, ЖПХ, 25, № 9 (1952).
Малин К- М., Основные мероприятия по снижению расхода азотной кислоты
t в башенном сернокислотном производстве, Хим. пром., № 1 (1955).
Бухман А. С.,Малин К-М., Влияние линейной скорости газа и температуры
на скорость абсорбции окислов азота серной кислотой, ЖПХ, 29, № 4 (1956).
42 Справочник ссрнокислотчика
658
Л'. Производство кислоты нитрозным методом
Смыслов Н. И., И т к и н а Д. Я.,П ас т у х о в а М. Г., О денитрации нитроз
в башенных системах, Научн. -техн, информ, бюл. НИУИФ, вып. 2, 1956.
Бухман А.С..М ал и нК- М., Влияние плотности орошения на скорость абсорб-
ции окислов азота серной кислотой, ЖПХ, 29, № 3 (1956).
Бухман А. С., М а л и н К- М., Движущая сила абсорбции окислов азота сер-
ной кислотой, ЖПХ 29, № 5 (1956).
Смыслов Н. И., Сипягина М. И., О реакционных свойствах нитроз;
Смыслов Н. И..Бернацкий Ю. П., СипягинаМ. И., Об исходной
кислоте и удельном весе нитрозы, в сб. НИУИФ «Сообщения о научно-техниче-
ских работах», вып. 3, Госхимиздат, 1957.
Гладушко В. И., Баранов А. В., Упругость окислов азота над нитрозами,
Науч.-техн, информ, бюл. НИУИФ, № 5—6, 1957.
Смыслов Н.И..Ф а й н штейн Г. И.,Ш кляр Б.В.,Ско р и ч е нко А. В.,
Кавнатская Б. С., Комбинированный контактно-башенный процесс полу-
чения серной кислоты, Хим. пром., 8, (1967).
Черепков И. Ф., Об упругости паров окислов азота над нитрозой, изд. НИУИФ,
1969.
РАЗДЕЛ XI
КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
А. Я. ЛЕБЕДЕВ
1. Общие сведения ...................................660
2. Топливо и топки, применяемые при концентрировании серной
кислоты ..............................................662
3. Установки для концентрирования серной кислоты .... 673
Установки с внешним обогревом кислоты...........674
Установки с непосредственным нагревом кислоты 681
4. Концентрирование серной кислоты путем комбинирования
выпарки с другими процессами и смешения кислот .... 697
Литература............................................698
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Качество отработанных кислот. Серная кислота в больших количествах при-
меняется как водоотнимающее средство во многих процессах (концентрирование азот-
ной кислоты, нитрование органических веществ, осушка промышленных газов,
очистка нефтепродуктов и др.).
Абсолютный расход (потери) серной кислоты в большинстве перечисленных про-
цессов невелик. Но при этом исходная концентрированная кислота (92—96% H2SO4)
превращается в слабую кислоту (67—68% H2SO4), содержащую те или иные при-
меси, которые переходят в кислоту в процессе ее применения (окислы азота и азотная
кислота при концентрировании азотной кислоты, нитросоединения и смолы при ни-
тровании и т. д.).
Когда это технически возможно и экономически целесообразно, слабая отрабо-
танная серная кислота подвергается концентрированию в целях ее вторичного ис-
пользования. Концентрирование серной кислоты производится преимущественно
удалением части воды путем упаривания. В отдельных случаях слабая кислота сме-
шивается с более концентрированной (олеум, 92,5%-ная H2SO4) для получения более
крепкой кислоты, пригодной к последующему применению (техническая серная кис-
лота, 68—76%-ная H2SO4).
Сочетанием концентрационных установок с другими производствами, как, на-
пример, при получении серной кислоты башенным способом, можно значительно
разгрузить эти установки, а в некоторых случаях, например в производстве контакт-
ной серной кислоты, даже полностью исключить их необходимость.
Возможность концентрирования водных растворов серной кислоты упариванием
основана на том, что при концентрации до 98,3% H2SO4 отношение содержания H2SO4
к содержанию воды в парах меньше, чем в жидкости. Кислота концентрацией 98,3%
H2SO4 является азеотропной смесью и полностью перегоняется без изменения состава
жидкости и паров. Практически концентрацию серной кислоты при упаривании ее
слабых растворов доводят не более чем до 96% H2SO4.
Давление и состав паров над растворами серной кислоты и зависимость темпера-
туры кипения растворов серной кислоты от содержания H2SO4 см. в разделе II
(стр. 105 сл.).
Разложение серной кислоты при концентрировании. В процессе концентриро-
вания слабых кислот ряд содержащихся в них примесей и некоторые продукты
неполного сгорания топлива (если концентрирование ведется при непосредственном
соприкосновении упариваемой кислоты с топочными газами) вызывают разложе-
ние H2SO4. Так, ее восстановление в основном происходит за счет углерода топлива
и органических примесей:
2H2SO4 + С СО2 + 2SO2 + 2Н2О
В табл. XI-1 приведены данные о степени разложения серной кислоты в зависи-
мости от характера присутствующих в ней органических примесей и условий про-
цесса упаривания.
При выборе способа концентрирования кислоты необходимо учитывать характер
присутствующих в ней примесей, так как некоторые из них могут настолько сильно
восстанавливать серную кислоту, что возникает вопрос о технической нецелесообраз-
ности ее концентрирования. Поэтому всегда следует предварительно удалять орга-
нические примеси или снижать их содержание до минимума путем отстаивания или
экстрагирования. Если кислоту не удается освободить от примесей (до приемлемого
содержания их), надо проверить возможность непосредственного использования такой
кислоты, например для производства суперфосфата или сульфата аммония или для
других целей. В производстве суперфосфата, потребляющем значительные количества
серной кислоты, допускается некоторое добавление загрязненных кислот к техниче-
ской кислоте без ухудшения качества удобрения.
Выражено через отношение углерода к моногидрату (C;H2SO4).
662
XI. Концентрирование кислоты
Количество удаляемой воды и расход тепла при концентрировании. На уста-
новках для упаривания серной кислоты на 1 кг H2SO4 выделяется следующее коли-
чество воды (в кг):
100 100
Па Пк
где Пн, Пк — содержание H2SO4 в исходной (слабой) и в концентрированной кис-
лоте, %.
Однако в выпарных аппаратах на большинстве установок выпаривается не-
сколько больше воды (чем получается по расчету из этого уравнения), так как неко-
торое количество водяных паров постоянно циркулирует между выпарным и конден-
сационным аппаратами и в виде конденсата возвращается на выпарку.
При упаривании растворов серной кислоты подводимое тепло расходуется на
нагревание исходной кислоты до температуры процесса ее концентрирования; на
выделение воды из раствора — дегидратацию кислоты (количество тепла численно
равно дифференциальной теплоте ее разбавления); на испарение воды и перегрев по-
лучаемого пара; на испарение части серной кислоты и на ее частичное разложение.
Кроме того, тепло, приносимое топочными газами в установку концентрирования,
используется не полностью: частично оно уносится отходящими газами, а также те-
ряется во внешнюю среду.
Данные, необходимые для определения всех статей расхода тепла при концентри-
ровании кислоты, приведены на стр. 690 и сл.
2. ТОПЛИВО И ТОПКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
При концентрировании серной кислоты в основном применяется жидкое и газо-
образное топливо.
Жидкое топливо. В качестве жидкого топлива на установках концентрирования
могут быть использованы топочные мазуты (ГОСТ 10585—63*), основные свойства
которых приведены в табл. XI-2.
Обычно на установках концентрирования потребляются топочные мазуты ма-
рок 40 и 100. Мазут топочный марки 200 поставляется по согласованию с потреби-
телями и только по трубопроводам непосредственно с нефтеперерабатывающих за-
водов. Разогрев этого мазута острым паром запрещается.
Указанная в табл. XI-2 низшая теплота сгорания сухого топлива (в ккал!кг)
должна быть приведена к рабочей массе топлива. Пересчет производится по формуле:
« = (XI-D
где QP, QC — низшая теплота сгорания рабочего и сухого топлива.
Теоретический расчет сухого воздуха 1 (в м3/кг), необходимый для полного сгора-
ния топлива:
Г® - 0,0889 (С + S) - 0.265Н — 0,03330
(XI-2)
1 Здесь и далее объемы газов приведены к нормальным условиям (760 мм рт. ст.,
0° С) и даны в м31кг сухого топлива.
2. Топливо и топки
663
Таблица XI-2. Основные свойства мазутов
Марки мазутов
Показатели * !Й Ф12 3 СЧ
£ g Я
с о с п с Е О
•& •4
Вязкость (условная), °ВУ, не более при 50° С 5,0 12,0
» 80° С — — 8,0 15,5 —
» 100°С — — — — 6,5-9,5
Зольность, %, не более . . . 0,1 0,1 0,15 0,15 0,3
Содержание серы, в мазуте, %, не более 2,0 0,8 — — —
в малосернистом — — 0,5 0,5 0,5
» сернистом — — 2,0 2,0 2,0
» высокосернистом .... — — 3,5 3,5 3,5
Водорастворимые кислоты и щелочи О т сутствие
Механические примеси, %, не более 0,1 0,15 1,0 2,5 2,5
Вода, %, не более 1,0 1,0 2,0 2,0 1,0
Температура застывания, °C, не выше —-5 —8 10 25 36
То же, для мазутов из высоко- парафиновых нефтей .... — — 25 42 42
Плотность при 20° С, г/см\ не . более — —. — 1,015 —
Температура вспышки, опреде- ! ляемая в открытом тигле, °C, не ниже _ 90 ПО 140
Низшая теплота сгорания ма- зута (в пересчете на сухое топливо), ккал!кг 9870 9870 .— —.
малосернистого — — 9700 9650 9600
сернистого — — 9700 9650 9600
высокосернистого .... 9550 9500 9450
664
XI. Концентрирование кислоты
Объемы продуктов сгорания при теоретически необходимом количестве воздуха
(а= I):
азот... ^, = 0,79^-0,8^ (XI-3)
I/O , QCC С 4-0.375S /VT
трехатомные газы . . . = 1,866' jog (XI-4)
водяные пары . . . — 0,111Н 4~ 0,0124W 4~ 0,0161 (XI-5)
где С, Н, О, N, S, W — содержание в топливе углерода, водорода, кислорода, азота,
серы, влаги, вес. %.
Влагосодержание воздуха в формуле (XI-5) принято 10 а на 1 кг сухого воздуха.
Если по заданию влагосодержание воздуха d существенно отличается от указанного,
объем водяных паров, определяемый по этой формуле (в м3/кг) должен быть изменен на
AV°H,o = O.OOieaV^o (d - 10) (XI-6)
Коэффициент избытка воздуха а при горении жидкого топлива равен 1,2—1,4.
В неэкранированных топках коэффициент а для защиты футеровки повышают до 2.
Количество полезного тепла, выделившегося в топке определяется по формуле
(в ккал!кг топлива):
QT = Qh 1ОО~1оо + ?о) + Qb <xi'7)
где qK — потери тепла из-за химической неполноты сгорания топлива (~1%);
9о — потери тепла в окружающую среду (—3%);
QB — тепло, вносимое в топку воздухом:
QB = aV»BrfB (XI-8)
где с — теплоемкость холодного воздуха при его температуре /в, ккал!(кг-град).
Температуру продуктов сгорания определяют, интерполируя значения их
энтальпии при определенной температуре (стр. 668).
Расход воздуха для охлаждения топочных газов до рабочей температуры опре-
деляется уравнением
L =--------------_4_
с t — с t
в в в в
(Х1-9)
или
л (я;-я;)
(Х1-10)
где A, L — соответственно количество газов и воздуха, м3!кг топлива;
сг> сг — средняя теплоемкость газов при начальной и конечной температуре,
ккал! м3;
св> св — то же, для воздуха, ккал/м3;
Нг, Нг — энтальпия газов при начальной и конечной температуре, ккал/м3’,
— то же, для воздуха, ккал!м3.
Теплоемкости и энтальпию газов см. раздел I (стр. 18, 26) и раздел II (стр. 72).
Газообразное топливо. В качестве газообразного топлива на установках кон-
центрирования серной кислоты применяются природные газы (табл. XI-3) и попут-
ные нефтяные газы (табл. XI-4).
Т абл иц a Xl-З. Средний состав и свойства некоторых природных газов
чхэонхосц О О О Ю Ч#1 ОТ СТ. ОТ СО СО CD 30 Ю X О О* О сэ о" o' о"
tK/vvnx BHHBd -олэ eioL'iiaj, сч от о о от от о ’С Tt< тЬ но —. о о ос оо оо оо оо оо г—
•vO о"' n С д 1) д с Е 5 С д 1) X д га К О с О О О СО — — СЧ СЧ I СО О* О о" о" О 1 о"
Z СЧ СО СЧ CCiOS СО 1О —." —" со" ч* CD ОТ
и II 1 II
1 ' С4Н1О 1 4f I —• 4f 00 —• со о' 1 о* о" о" о" о"
Е О СТ) СЧ СЧ Г— [ сч о o' о" О* —“ 1 о'
£ <5 д о —< 4i< LiO сч 110 00 о со" о" о" --ч" тГ о" —<"
ОО OOSC1 о of оо" С-~" 4i*" со" сч" со оо СТ> ОТ> CTJ t~~ ОТ 00
Месторождение Шебелинекое (УССР) Ставропольское Дашавское (Западная Украина) Саратовское (Елшанское) Бугурусланское Курдюмское Ухтинское
Непредельные углеводороды.
Водород.
666
Л7. Концентрирование кислоты
Теплота сгорания газообразного топлива (в ккал’я3) подсчитывается по правилу
смешения:
QE=0.01[QHiSH.iS^<2coCO + «H,H!+ 2 (XI-11)
где Qh2s» Qco» Qh2> Qc h — теплота сгорания соответственно H.,5, СО, Н2 и
углеводородов, ккал'я3-,
H2S, СО Н2., CW[H,i — содержание соответствующих компонентов в газо-
вой смеси, объемн. % (индексы тип обозначают
числа атомов С и Н в углеводороде).
Теплоты сгорания некоторых газов приведены в табл. XI-5.
Т а б л и ц a XI-5. Характеристика компонентов
газообразного топлива
Газ Плотность кг/м* Теплота сгорания QP, ккал/м*
Водород Н2 . . ... 0,090 2 579
Азот N2 .... 1,251 —
Кислород О2 1,428 —
Окись углерода СО 1,250 3 018
Двуокись углерода СО2 1,977 —
Сернистый ангидрид SO2 2,926 —
Сероводород H2S 1,5239 5 585
Метан СН4 0,717 8 555
Этан С2Нв 1,357 15 226
Пропан С3Н8 2,019 21 795
Бутан С4Н10 2,703 28 338
Пентан С5Н12 .... 3,218 34 890
Этилен С2Н4 1,226 14 107
Пропилен С3Нв 1,915 20 541
Бутилен С4Н8 .... 2,503 27 111
Объемы воздуха и продуктов сгорания при сжигании 1 я3 сухого газообразного .
топлива с теоретически необходимым количеством воздуха определяются по следую-
щим формулам (в л3):
воздух . . . У°в — 0,0476 [о,5СО |-0,5Н2 -- 1,5H2S —,
+ У, + С-Нп] -О2] , (XI-12)
азот... V°2 = 0,79V°+^ (ХЫЗ)
трехатомные газы . . . Уро2 = (СО2 + Н2$ + S 'ЯСА)
(XI-14)
водяные пары . . . = 0,01 (h2S 4- Н2 + JT -^-CmH^ Д- 0,124drj ф-
4-0,0161^ (Х1-15)
где dr — влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 я3 сухого
газа, г/я3.
2. Топливо и топки
667
Из природных газов, транспортируемых на большие расстояния, влага уда-
ляется. Поэтому можно принять, что влагосодержание таких газов отвечает насыще-
нию при 10° С, т. е. равно 10,1 г/м3 сухого газа.
Коэффициент избытка воздуха а при горении газообразного топлива равен 1,15—
1,30. В неэкранированных топках коэффициент а для защиты футеровки повышают
ДО 2.
Полезное выделение тепла в топке на 1 м3 топлива определяют по формуле
(XI-7). Температуру продуктов сгорания находят, интерполируя значения их эн-
тальпии при определенной температуре (см. ниже). Расход воздуха для охлаждения
топочных газов до рабочей температуры рассчитывают по формуле (XI-9) или (XI-10).
Для составления теплового баланса процесса концентрирования необходимо
рассчитать количество и состав топочных газов, поступающих в концентратор на
единицу объема топлива (на 1 л3).
Пример. В качестве топлива используется попутный нефтяной газ следующего
состава: 59,9% СН4; 17,5% С2Нв; 10,5% СзН8; 0,16% С4Н10; 11,8% N2; прочие ком-
поненты 0,14%. Теплота сгорания газа QP — 10 000 ккал/м3. Рабочая температура
газов 850° С, газов, отходящих из концентратора, 150° С. Воздух поступает в топку
при 20° С.
Теоретическое количество воздуха для сжигания 1 м3 сухого газа рассчиты-
ваем по формуле (XI-12):
V°B = 0,0476 ^1 + 59,9 + ^2 + 17,5 +
+ (з+-4)10,5 + (4+v) 0,16J= 11,17 м3
Теоретическое количество азота определяем по формуле (XI-13):
= 0,79-11,17+^8. = 8,94 м3
Теоретическое количество трехатомных газов находим по формуле (X1-14):
V°o =0,01 (59,9 4- 2-17,5 4- 3-10,5 4- 4-0,16)= 1,27 м3
Теоретическое количество водяных паров рассчитываем по формуле (XI I5):
= 0,01 (2-59,9 4- 3-17,5 4-4-10,5 4-5-0,164-0,124-10,1)+0,0161-11,17 = 2,35
Количество и состав топочных газов на 1 м3 исходного газа при избытке воз-
духа а = 2: .и3 объемн. %
СО» ... . . . . 1,27 5,3
n2 . . . . . . . 8,94+11,17-0,79=17,76 74,4
02 . . . , . . , 11,17-0,21=2,35 9,7
н2о . . . , . . . 2,35+11,17-0,0161=2,53 10,6
14 т о г о . . . 23,91 100,0
Полезное выделение тепла в топке определяем по формуле (XI-7):
QT = 10000-100~ 3) 4- 140 = 9740 ккал/м3
здесь QB — 2-11,17-6,25 = 140 ккал/м3.
где 6,25—энтальпия воздуха при 20° С, ккал/м3 (см. табл. 1-10, стр. 16).
668
XI. Концентрирование кислоты
Приняв температуру топочных газов и воздуха 1100° С, рассчитываем их сум-
марную энтальпию на 1 м3 сжигаемого газа по формуле:
2 (VH) = 1,27-586+ 8,94-366+ 2,53-460 + 11,17-374 = 9340 ккал
Здесь первые множители в слагаемых — объемы компонентов теоретического
количества топочных газов, м3 (см. выше), вторые множители — энтальпия компо-
нентов, ккал/м3 (см. табл. 1-10, стр. 18 и 1-18, стр. 26).
При 1200° С суммарная энтальпия топочных газов составит 10 870 ккал.
Интерполяцией находим, что при QT =ь 9740 ккал/м3 температура газов в топке
равна —1130° С.
Расход воздуха при 20° С для охлаждения топочных газов до 850° С опре-
деляем по формуле (XI-10):
9740 — 7390 __ ,
£ = 283 - 6,25 = 8-5-“
где 7390 — энтальпия топочных газов при 850° С, ккал;/м3 сжигаемого газа;
283 — энтальпия воздуха при 850° С, ккал!м3.
Энтальпия газов, поступающих в концентратор при 850° С, равна 9740 +
+ 6,25-8,5 = 9800 ккал/м3 сжигаемого газа. Энтальпия топочных газов, опреде-
ленная по правилу смешения при 150° С, равна 1600 ккал/м3 сжигаемого газа.
Количество и состав топочных газов, поступающих в концентратор на 1 м3
сжигаемого газа:
м3 кг
СО,............................... 1,27 2,3
N,................. 17,76+8,5-0,79=24,46 30,6
О2 ................. 2,35+8,5-0,21=4,15 5,9
Н.О............... 2,53+ 8,5-0,0161=2,68 2,2
Итого. . .
32,56 41,0
Подготовка топлива к сжиганию и топки. Установки для концентрирования
серной кислоты, работающие на газе, оборудуются газорегулировочным устройст-
вом — ГРУ (рис. X1-1), предназначенным для снижения давления газа и поддержа-
Рис. XI-1. Схема газорегулировочного устройства:
задвижки; 2~волосяной фильтр; 3 —предохранительный
клапан; 4 — регулятор давления; 5 — командный прибор;
6 — мембранная головка.
Рис. XI-2. Топка:
— газо-мазутная горелка; 2 смотровое стекло; 3 — стальной кожух; 4 — асбест; 5 — канал для вторичного воздуха; 6 — красный
кирпич; 7 огнеупорный кирпич; 8 — гильза для термопары; 9 — задвижка для воздуха; 10 — лебедка для поднятия клапана.
670
XI. Концентрирование кислоты
2. Топливо и топки
ния его конечного давления на требуемом в эксплуатации постоянном уровне, неза-
висимо от расхода газа. Обычно установки для концентрирования серной кислоты
питаются газом пониженного давления (до 1 ат), поэтому газорегулировочное
устройство с учетом местных условий может быть расположено непосредственно
в помещении цеха. В этом случае оно должно быть отгорожено металлической сетча-
той перегородкой и иметь запирающуюся дверь.
Топка (рис. XI-2) представляет собой цилиндр из стали толщиной 10 мм, из-
нутри выложенный 5-миллиметровым листовым асбестом и снабженный футеровкой
толщиной 440 мм.
Наиболее распространены топки, размеры которых приведены ниже:
Диаметр, мм Длина, мм Объем топочного
наружный внутренний наружная внутренняя пространства, м*
2820 1910 .. 6000 5100 14,5
3020 2110 6000 5100 17,5
3220 2310 6000 5100 20,5
Тепловое напряжение топок, работающих на мазуте, природном или нефтяном
газе, согласно нормам, принимается в пределах (200—250)-103 ккал/ч на 1 м3 топоч-
ного объема при коэффициенте избытка воздуха а = 1,15. На некоторых заводах
для защиты футеровки топки коэффициент избытка вдуваемого воздуха увеличивают.
При этом тепловое напряжение топки достигает (300—350)-103 ккал/ч на 1 м3 топоч-
ного объема.
Для распиливания мазута в топке устанавливается механическая форсунка.
Производительность форсунок в зависимости от набора распиливающих элементов
и давления жидкого топлива приведена в табл. XI-6.
Т а б л и ц a XI-6. Форсунки механические для мазута
(длина факела 2,5—5 м)
Т и п Производи- тельность *, кг,'ч ч С О S CS 5^ Т ип Производи- тельность *, кг'ч CQ ч С С S S СВ
Р-= 20 ат Р — 35 ат \ Р — 20 ат \ Р — 35 ат I
ОН-521-01 80 ПО 1,5 ОН-521-09 520 690 3,о
ОН-521-02 120 160 2,0 ОН-521-10 660 860 3,5
ОН-521-03 160 220 2,5 ОН-547-01 400 500 2,5
ОН-521-04 210 270 3,0 ОН-547-02 600 800 3,5
ОН-521-05 250 330 3,5 ОН-547-ОЗ 800 1000 4,5
ОН-521-06 180 230 1,5 ОН-547-04 1200 1500 5
ОН-521-07 280 360 2,0 ОН-547-05 1600 2000 6
ОН-521-08 400 520 2,5 ОН-547-06 2000 2600 7
* Пределы регулирования 70—100%.
Размеры ячеек фильтра для очистки мазута от механических примесей должны
быть: 0,5X0.5 мм для форсунок с диаметром сопла <2,5 мм, IX 1 мм для форсунок
С диаметром сопла 2^2,5 мм.
Рис. XI-3. Схема установки газо-мазутной горелки па фронте топки
1 — газо-мазутная горелка; 2 — завихритель; 3 — мазутная форсунка.
Температура мазута различных марок перед
Марка мазута.......................
Температура мазута перед форсун-
кой, °C...........................
В топке, работающей на газе, устанавливается газо- д ____ ___
обычно предусматривается возможность работы газовой топки и на мазуте. Г<
мазутная горелка (рис. XI-3) представляет собой стальную трубу диаметром 219
и длиной 1180 мм. На расстоянии 25 мм от конца трубы имеется 30
стий размером 35X6 мм, расположенных по периметру трубы под
Мазутная форсунка помещена в специальнуг
Пелки
механическими форсунками:
40 100 200
100 115 125
газо-мазутная горелка, так как
т топки и на мазуте. Газо-
---------д ) мм
щелевых отвер-
. _ -----д углом 15° к ее оси.
гмзушаи форсунка помещена в специальную трубу, расположенную в центре го-
релки.
Для разжигания топки на отходящем от нее газоходе (рис. XI-4) устанавли-
вается пусковой клапан.
Рис. XI-4. Конструкция газохода:
1 — клапан; 2 — тройник; 3 — штанга; 4 — трос; 5—шамотный
камень; 6 — труба для подвода воздуха; 7 —штуцер для термо-
пары; 8 — топка
3. Установки для концентрирования
673
При работе трпки на газе предусматривается предохранительный клапан
(рис. XI-5), диафрагма которого изготовляется из белой жести толщиной 0,5 мм
и защищается от воздействия горячих топочных газов двумя слоями асбестового
картона толщиной 5 мм.
Рис. XI-5. Схема установки предохранительного клапана:
1 — диафрагма; 2 — асбестовый картон; 3 — лючок для осмотра
диафрагмы.
3. УСТАНОВКИ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ
СЕРНОЙ кислоты
В современных установках для концентрирования серной кислоты передача
тепла от горячих газов к кислоте происходит через стенки концентрационных аппа-
ратов (установки с внешним обогревом) или при непосредственном контакте газов
с кислотой (установки с непосредственным соприкосновением).
Преимущество установок первого типа — отсутствие или очень малое содержа-
ние тумана серной кислоты, выбрасываемого в атмосферу, преимущество установок
второго типа — лучшее использование тепла газов. Концентрируемая кислота
на установках второго типа не доводится до температуры кипения, что также яв-
ляется одним из достоинств таких установок.
Установки с внешним обогревом применяются при концентрировании относи-
тельно малых количеств серной кислоты, особенно кислот, загрязненных приме-
сями, установки с непосредственным обогревом—для переработки больших коли-
честв кислоты.
43 Справочник сернокнслотчика
674
XI. Концентрирование кислоты
Установки с внешним обогревом кислоты
Установки этого типа работают при атмосферном давлении и при разрежении.
Некоторое применение еще имеют установки с ретортами, работающие под атмосфер-
ным давлением.
Схема технологического процесса концентрирования кислоты на установке
с ретортами показана на рис. XI-6.
Слабая серная кислота из напорного бака поступает в верхнюю часть дефлегма-
тора. Здесь кислота стекает сверху вниз, встречая на своем пути горячие пары серной
Рис. XI-6. Схема концентрирования серной кислоты на установке с ретортами:
1 — напорный бак; 2 — центробежные насосы; 3 — дополнительная колонка; 4 — дефлегма-
тор; 5 — конденсатор; 6 — дымосос; 7 — реторта; 8 — топка; 9 — холодильник; 10 — шла-
моотстойннки; 11 — сборник концентрированной серной кислоты; 12 — гидравлический
затвор; 13— нейтрализатор; 14 — вакуум-насос; 15 — промыватель.
кислоты, выделяющиеся в реторте при кипении 96%-ной H2SO4. При этом концен-
трация слабой кислоты повышается. Реторта обогревается снаружи газом, посту-
пающим из топки при 1050° С. Для повышения степени использования тепла и про-
изводительности установки предусматривается возврат части отходящих топочных
газов и предварительный подогрев и концентрирование слабой серной кислоты
отходящими газами в колонке 5. Топочные газы отсасываются из-под реторты и, прой-
дя колонку 3 при 125—130° С, выбрасываются в атмосферу.
Расходные коэффициенты на 1 т 96%-ной серной кислоты при питании уста-
новки 70%-ной H2SO4, имеющей температуру 70—100° С:
Генераторный газ = 1300 ккал), м? . . . 430—450
Электроэнергия, квт-ч ..................... 4—5
Вода, м3
для охлаждения кислоты.................... И—12
» орошения конденсатора............... 12—13
3. Установки для концентрирования
675
Производительность описанной установки 15—18 т!сутки серной кислоты.
Этот тип установок может быть применен при концентрировании небольших
количеств серной кислоты для получения кислоты высокой концентрации. Их до-
стоинство — отсутствие необходимости в очистке отходящих газов от кислотного
тумана. Однако установки с ретортами малопроизводительны, а реторты быстро
Рис. XI-7. Номограмма для определения температуры
кипения /кип растворов серной кислоты при различном
абсолютном давлении Р.
изнашиваются из-за высокой температуры кипения кислоты (более 300° С). Кроме
того, при высокой температуре кипения увеличиваются потери серной кислоты из-за
ее испарения и разложения.
В вакуум-концентрационных установках для упаривания серной кислоты пред-
ставляется возможным:
1) упаривать растворы серной кислоты (в том числе содержащие органические
примеси) при пониженном давлении и соответственно более низкой температуре
(рис. XI-7, ср. также табл. П-57, стр. 108);
43*
676
XI. Концентрирование кислоты
2) уменьшить потери серной кислоты при упаривании ее растворов (в том числе
содержащих органические примеси);
3) применять в качестве теплоносителя насыщенный водяной пар, дифенильную
смесь, высококипящие нефтяные фракции и т. п.;
4) уменьшить разрушающее действие упариваемой кислоты на материалы,
из которых изготовлены концентраторы;
5) выполнять поверхности нагрева из кислотоупорного чугуна различных марок,
сплава свинца и сурьмы и др.;
6) обеспечить отсутствие серной кислоты в отходящих парах без специальных
устройств для улавливания тумана серной кислоты.
Ри с. XI-8. Схема концентрирования серной кислоты на установке с колонной:
1 — барометрические сосуды; 2 — колонна; 3 — конденсатор; 4 — сепаратор; 5 — нейтра-
лизаторы; 6 — бак для щелочи; 7 — центробежный насос; 8 — сборник; 9 — холодильник
концентрированной серной кислоты; 10 — промежуточный бак; 11 — подогреватель; 12 —
гидравлический затвор; 13 — вакуум-насос; 14 — буферный бак.
Различают вакуум-концентрационные установки с погружными нагревательными
элементами и с упариванием кислоты в текущей пленке. К числу первых относятся
установки с колоннами и с вакуум-концентраторами, к числу вторых — установки
с омываемыми трубами.
Установка с колонной представлена на рис. XI-8.
Слабая серная кислота через промежуточный барометрический сосуд засасы-
вается в колонну, где поддерживается температура 215—220° С и разрежение в пре-
делах 710—725 мм рт. ст. В колонне кислота упаривается до концентрации 95—
97% H2SO4.
На рис. XI-9 показана концентрационная колонна. Каждая царга колонны
окружена металлической ванной (расплав цинка и свинца), нагреваемой водяным
паром давлением 60—64 ат при температуре 265—280° С.
Расход пара составляет 525 кг на 1 т 96%-ной серной кислоты в пересчете на
моногидрат (100% H2SO4). Производительность колонны 10 т) су тки H2SO4 при
Пары
Рис. XI-9. Колонна для концен-
трирования серной кислоты:
/ — крышка; 2—царга дефлегматора;
3 — колпак; 4 — царга колонны;
5 — нагревательные змеевики; 6 —
поддон из свинца; 7—алюминиевое
кольцо; 8 — металлическая ванна.
678
XI. Концентрирование кислоты
питании установки кислотой обычной температуры (~20° С). При подаче кислоты,
имеющей температуру 150—160° С, производительность повышается до 14 т]сутки
H2SO4.
Преимущество описанной установки перед установкой с ретортами — сокра-
щение потребной площади в два раза. К недостаткам относится применение водяного
пара высокого давления, что вызывает необходимость строительства котельной
и приводит к растрескиванию ферросилидовых царг колонны, а также к нарушению
уплотнений между царгами.
Пар
Рис. XI-10. Схема концентрирования серной кислоты в вакуум-концентраторах:
1,2 — аппараты первой и второй ступеней; 3 — конденсаторы; 4 — двухступенчатые паро-
вые эжекторы с промежуточными конденсаторами; 5 — вакуум-усилитель; 6 — центробеж-
ные насосы; 7 — барометрический сосуд; 8 — холодильник концентрированной кислоты.
Установка с вакуум-коицентраторами. На рис. ХЬЮ приведена схема непре-
рывнодействующей установки двухступенчатого концентрирования серной кислоты
в вакуум-аппаратах . Слабая серная кислота (концентрация 68%) при температуре
40° С подается в аппарат первой ступени, в котором поддерживается остаточное
давление 50 мм рт. ст. и концентрация серной кислоты повышается до 82%.
Далее серная кислота поступает в аппарат второй ступени, где поддерживается оста-
точное давление 10 мм рт. ст. В этом аппарате серная кислота концентрируется
до содержания 93% и при 160° С стекает в холодильник.
Вакуум-концентратор представляет собой стальной аппарат, выложенный из-
нутри листовым свинцом и кислотоупорной керамикой или андезитом. В корпусе
аппарата консольно закреплены секции нагревательных труб из кислотоупорного
чугуна. Греющий водяной пар под давлением 8—10 ат поступает параллельно в каж-
дую секцию в направлении сверху вниз.
Работа этих вакуум-аппаратов основана на свободной циркуляции серной кис-
лоты. Общий коэффициент теплопередачи в зависимости от степени загрязненности
поверхности труб колеблется в пределах 135—400 ккалЦм2 • ч-град).
3. Установки для концентрирования
679
При упаривании отработанных кислот, содержащих растворенные соли, выпа-
дающие в виде осадка, применяются вакуум-концентраторы с коническими бункерами
для сбора осадка, периодически выгружаемого из аппарата.
Для упаривания растворов серной кислоты до содержания не более80% H2SO4
применяют нагревательные трубы из сплава свинца и сурьмы или из меди, покрытой
слоем свинца.
На рис. XI-11 показан вакуум-усилитель (эжектор) для отсоса паров из кон-
центратора, рассчитанный на создание в концентраторе остаточного давления
7,5 мм рт. ст.
Камера всасывания эжектора изготовлена из кислотоупорной бронзы (состав:
77% меди, 15% свинца, 8% олова), внутренние трубы эжектора — из кислотоупор-
ного чугуна и помещены в стальной кожух (рубашку).
конденсатора
Рис. XI-11. Вакуум-усилитель (эжектор):
1 — паровое сопло; 2 — камера всасывания; 3 — камера смешения; 4 — стальной кожух;
5 — свинцовая заливка; 6 — внутренние трубы.
На рис. X1-12 представлен конденсатор смешения. В нем при смешении с водой,
подаваемой через распылители, происходит конденсация паров, отсасываемых из
концентратора, и водяного пара, подаваемого в вакуум-усилитель. Температура
подаваемой воды 12—20° С, воды, выходящей из конденсатора, не выше 35° С.
На рис. XI-13 нанесены кривые вакуума, создаваемого при подаче воды в конден-
сатор (кривая /) и дополнительном включении двухступенчатого парового эжектора
(кривая 2), в зависимости от температуры выходящей из конденсатора воды.
Двухступенчатый эжектор (рис. XI-14), также изготовляемый из упомянутой
кислотоупорной бронзы, состоит из двух ступеней эжекции с промежуточным кон-
денсатором.
Водяной пар (давление не менее 7 ат) поступает в диффузоры; выходящие из
первой ступени эжектора пары конденсируются в промежуточном конденсаторе при
смешении с холодной водой, подаваемой через распылитель. Эжектируемый воздух
из второй ступени эжектора поступает в атмосферу. На установке описанного типа
суточной производительностью 136 m кислоты с упариванием ее от 68 до 93% H2SO4
расходные коэффициенты на 1 т H2SO4 следующие:
Водяной пар (10 ат), кг ...........1050
Вода (24° С), м*.................... 50
Электроэнергия, кет-я ............0,2
При работе на чистой серной кислоте (после процесса денитрации) ее потери
составляют 0,4—0,5%.
Подобная непрерывнодействующая вакуум-концентрационная установка при-
менена для упаривания отработанной серной кислоты, получаемой в производстве
этилового спирта и содержащей углеводороды. При ее упаривании от 45 до 84%
H2SO4 потери кислоты составляют не более 1%, а при упаривании такой же кислоты
от 84 до 93% H2SO4 — менее 2%.
680
Л/. Концентрирование кислоты
Основной недостаток вакуум-концентраторов — сравнительно быстрое загряз-
нение нагревательных элементов, снижающее производительность аппарата. Кроме
того, нагревательные элементы из ферросилида при высокой температуре дают тре-
щины, что приводит к длительным простоям
аппарата.
Установка с омываемыми трубами. На
рис. XI-15 представлена установка, в кото-
рой упаривание серной кислоты происходит
в пленке, текущей по поверхности труб 4.
Концентрационный агрегат производительно-
стью до 50 т/сутки состоит из четырех сек-
ций. Каждая секция выполнена из двух
ферросилидовых труб внутренним диаметром
Вода
Рис. XI-13. Зависимость создавае-
мого вакуума от температуры отхо-
дящей воды:
1 — при подаче воды в конденсатор;
2—с дополнительным включением паро-
вого эжектора.
Рис. XI-12. Конденсатор смешения:
Рис. XI-14. Двухступенчатый эжек-
тор:
1 — корпус; 2— перфорированные распредели-
тельные плиты; 3 — перфорированный распре-
делительный стакаи.
1 — корпус; 2—первая ступень эжектора;
3 — вторая ступень эжектора; 4 — распы-
литель воды; 5 — фильтр.
3. Установки для концентрирования
681
200 и.ч и длиной по 3600 мм, смонтированных вертикально одна над другой. Трубы
снабжены рубашкой для обогрева паром давлением 19—20 ат. Установка работает
при разрежении (остаточное давление 25—30 ,и.ч рт. ст.). Общая поверхность нагре-
ва труб 16 .и2, коэффициент теплопередачи в трубах со стекающей пленкой 365—
390 ккал,(м--ч-град).
Расходные коэффициенты на
1 т серной кислоты, упаренной до
90,5—92,5% H;SO4 при питании
установки 75,5—76,5%-ной кисло-
той:
Водяной napJ19—20 ат), кг 720
Вода, .м3 ................30
Электроэнергия, кет ч . . 0,5
Потери серной кислоты при
концентрировании составляют 0,3—
0,5%.
Описанная установка довольно
проста по устройству, ее недостаток
заключается в том, что с течением
времени поверхность труб загряз-
няется, вследствие чего ухудшает-
ся теплопередача.
Установки
с непосредственным
нагревом кислоты
К таким относятся установки
башенного, барботажного и капель-
ного типов.
Установки башенного типа
(рис. XI-16) имеются на некоторых
работающих заводах, но вновь не
строятся и не проектируются.
Слабая серная кислота посту-
пает в верхнюю часть рекуперато-
ра, заполненного насадкой. Подо-
гретая и несколько упаренная кис-
лота стекает в сатуратор, где со-
прикасается с горячими газами,
идущими из топки навстречу кис-
лоте.
Сатуратор представляет собой прямоугольную коробку, на дне которой всегда
находится слой кислоты, упариваемой здесь до концентрации готового продукта.
Уровень кислоты можно изменять при помощи фарфоровой перегородки, которая
вставляется в трубу, выводящую кислоту, и закрывает нижнюю часть этой трубы.
Для более тесного соприкосновения газов с кислотой сатуратор разделен на секции
рядом перегородок (колосников), немного не доходящих до уровня кислоты. Дымовые
газы поступают в сатуратор из топки при температуре 1000—1100° С и выходят
из рекуператора при 140—150° С.
Для очистки от тумана и паров серной кислоты газы подаются в электрофильтр,
а затем охлаждаются в поглотительной башне, откуда вентилятором отводятся
в атмосферу.
Производительность такой установки 20—25 т!сутки серной кислоты.
Рис. XI-15. Схема концентрирования серной
кислоты на установке с омываемыми трубами:
1 — подогреватель; 2—распределитель; 3 — сепа-
ратор; 4 — омываемые трубы; 5 — вакуум-бак;
6 — конденсатор; 7 — двухступенчатый эжектор;
682
XI. Концентрирование кис.юты
Расходные коэффициенты на 1 т 93°о-ной серной кислоты (в пересчете на моно-
гидрат) при питании установки 68%-ной H2SO4:
Твердое топливо (7000 ккал кг), кг .... 85
Вода (20° С), .и3........................ 10
Электроэнергия, квт ч ...................13,5
Потери серной кислоты с отходящими газами находятся в пределах 1,5—2%.
Установки башенного типа могут работать на любом местном виде топлива (газо-
образном, жидком, твердом), что является их положительным свойством. К числу
недостатков башенных установок следует отнести необходимость периодической
очистки рекуператора с выгрузкой насадки.
Рис. XI-16. Схема концентрирования серной кислоты на установке башенного
типа:
/ — напорный бак; 2 — контрольная коробка; 3 — рекуператор; 4 — сатуратор; 5 — топка;
6 — холодильник; 7 — электрофильтр; 8 — поглотительная башня; 9 — сборник слабой
серной киелоты; 10 — центробежные насосы; 11 — сборник концентрироваииой серной
кислоты; 12 — вентилятор.
Установки барботажного типа. Выпарка в барботажных концентраторах полу-
чила в СССР наиболее широкое распространение, главным образом благодаря высо-
кой производительности основных аппаратов таких установок. Кислота (рис. XI-17)
из напорного бака через регулирующий клапан и расходомер поступает в последнюю
по ходу газа камеру концентратора. Кислота, упаренная до заданной концентрации,
выходит из первой камеры концентратора в холодильник. Газ движется противо-
током кислоте, после концентратора охлажденный газ проходит электрофильтр
для выделения брызг и тумана серной кислоты.
На рис. XI-18 показан основной аппарат установки — барботажный концен-
тратор, представляющий собой горизонтальный сварной цилиндр из стали толщи-
ной 12 мм, изнутри футерованный кислотоупорными материалами. Общая толщина
футеровки 290 мм, она состоит из слоя диабазовой замазки (5 леи), двух слоев
диабазовой плитки (по 18 мм), слоя асбеста и двух слоев кислотоупорного кирпича
(по 113 мм).
Все штуцера для входа и выхода кислоты и отвода газа в электрофильтр,
а также люки обкладывают листовым свинцом толщиной 5 мм. Штуцера для ввода
газов из топки в концентратор не обкладывают свинцом. Футеровка верхней части
аппарата в местах расположения люков и горловин из-за трудности разделки этих
3. Установки для концентрирования
683
участков кислотоупорным кирпичом выполняется из андезитовых камней толщи-
ной 150 мм в два слоя.
Ранее применялись двухкамерные концентраторы, в последние годы проекти-
руют и строят только трехкамерные аппараты. Перегородки (толщина 460 мм) между
камерами делают из кислотоупорного кирпича. Для перетока кислоты из камеры
В камеру в каждой перегородке имеется по два канала сечением 150 < 180 мм.
Рис. Х1-17. Схема концентрирования серной кислоты в установке барботажного
типа:
1 — напорный бак; 2, 8 — холодильники кислоты; 3 — топка; 4 — концентратор; 5 — расхо-
домер; 6 — электрофильтр; 7 — воздуходувка; 9 — сборник концентрированной серной
кислоты; 10 — центробежный насос.
Топочные газы направляются в первую и частично во вторую камеры концен-
тратора, благодаря чему облегчается регулирование температурного режима про-
цесса упаривания кислоты и значительно уменьшается содержание тумана серной
кислоты в выходящих газах из концентратора (по сравнению с его содержанием при
концентрировании с последовательной подачей газа в камеры).
Поступающие в первую камеру топочные газы проходят через слой кислоты
по трем барботажным трубам диаметром 400 мм. Барботажные трубы изготовляются
из хромистой стали марки Х28. Для подачи части топочных газов во вторую камеру
в ней установлена барботажная труба, состоящая из двух частей. Верхняя часть ее,
как и труба в первой камере, выполняется из стали Х28, нижняя часть — из ферро-
силида. На барботажной трубе во второй камере установлены кольца с различными
проходными отверстиями, что позволяет регулировать подачу газа в эту камеру.
Для перехода газа из первой камеры во вторую и из второй в третью в каждой пере-
городке имеются по три барботажных колена с зубцами высотой 100 мм, выполненные
из ферросилида.
При монтаже концентратора важно выдержать барботажные уровни, т. е. рас-
стояния от верхнего обреза зубцов барботера до низа отверстий для перелива кислоты.
При проектировании принимают следующие барботажные уровни: в первой камере
Рис. XI-18. Барботажный концентратор:
стальной корпус; 2 — футеровка; 3 — барботажная труба; 4 — барботажное колено; 5 — канал для кислоты; 6 — перегороди
7 люк для чистки; 8 — площадка для обслуживания.
3. Установки для концентрирования
685
15 .м.ч, во второй и третьей камерах по 30 мм. Правильность установки заданных
барботажных уровней проверяется U-образным манометром, состоящим из резино-
вого шланга и стеклянных наконечников с делениями.
В табл. XI-7 приведена техническая характеристика двух типов трехкамерных
барботажных концентраторов.
Таблица XI-7. Барботажные концентраторы
(размеры в леи)
Общая длина Диаметр Первая камера Вторая камера Третья камера
наруж- ный внут- ре н н и й длина диаметр барботажных труб длина диаметр барботаж- ных колен длина диаметр барботажных колен
10 500 3024 2370 3650 450 2640 400 2700 400
10 500 2824 2170 3650 400 2640 350 2700 350
Примечание. В первой камере концентраторов обоих типов три барботажные
трубы, во второй и третьей камерах — по три барботажных колена.
Ниже приведены нормы проектного технологического режима установки с трех-
камерным концентратором диаметром 3024 мм:
Показатели Нормы
Производительность, т/сутки H2SO4 .................. 180—200
Концентрация кислоты, % H2SO4
получаемой..........................................92,5—95
поступающей на концентрирование................. 68—70
во второй камере ............................... 85—88
в третьей » .............................. 70—76
Температура кислоты, °C
поступающей на концентрирование..................... 120—140
выходящей из концентратора ..................... 220—250
Температура газов, °C
поступающих в первую камеру ........................ 850—900
в первой камере ................................ 245—285
во второй » .............................. 180—210
выходящих из концентратора ..................... 150—160
Давление воздуха перед топкой, мм вод. ст...........1000—1400
Потери кислоты, ?о ................................. 1—2
На рис. XI-19 представлен характер зависимости производительности барбо-
тажного концентратора от некоторых условий его эксплуатации.
Из общего количества кислоты, поступающей в концентратор, до 10% уносится
в виде брызг и тумана, которые улавливаются в электрофильтре и в виде 70% -ной
H2SO4 при 130° С возвращаются в третью камеру концентратора.
Конструкции применяемых электрофильтров и принципы их работы описаны
в разделе VIII (стр. 475 сл.).
686
А/. Концентрирование кислоты
Ниже приведены расходные коэффициенты на выпарной установке с барбо-
тажным концентратором (на 1 т упаренной кислоты в пересчете на 100% H2SO4):
Концентрация получаемой
Топливо (в условных единицах), кг , . . 70 78
Вода (23° С), м3............................. 7 7,5
Электроэнергия, квтч ........................ 18 20
Насыщенный пар + (3—4 ат), кг......... 6,3 7,0
Рис. XI-19. Зависимость производительности концентратора N:
а — от напора воздуха; б — от температуры греющих газов; в — от температуры поступающей
кислоты; г — от концентрации поступающей кислоты.
В табл. XI-8 представлен часовой материальный баланс барботажного концен-
тратора. Для расчета баланса на основе опыта работы приняты следующие исходные
данные:
Производительность, т! су тки H2SO4.........................200
Концентрация кислоты, % H2SO4
поступающей ........................................68
получаемой.........................................92,5
Температура кислоты на входе в концентратор, °C..........120
Температура топочных газов на входе в концентратор, °C . . . 850
Количество конденсата, улавливаемого в электрофильтре, % про-
изводительности концентратора............................ 10
3. Установки для концентрирования
687
В том числе улавливается (в %) за счет
конденсации паров .......................................... 5
улавливания брызг .................................. 5
Концентрация H2SO4 в конденсате, °о ....................... 70
Температура конденсата на входе в концентратор, °C .... 130
Потери кислоты с отходящими газами, % производительности 1,5
в виде паров ...................................... . . . 0,1
» результате разложения H2SO4 ......................... 1,4
Таблица Х1-8. Материальный баланс концентратора
Расчетные формулы Количество,
Статьи баланса кг/ч
Приход
Серная кислота (68% H2SO4) 200-1000-1,015 12 437
0,68-24
Конденсат из электрофильтра 200-1000-0,1 0,70-24 1 191
Топочные газы 15 797 *
Итого. . . 29 425
Расход 200-1000 9 008
Серная кислота (92,5% H2SO4) .... 0,925-24
Унос продуктов разложения серной кис- 200-1000-0,014 116
лоты 24
в том числе
SO2 — 76
о2 — 19
Н2О Потери серной кислоты в виде паров . . . 200-1000-0,001 21 8
24
Унос брызг 70%-ной серной кислоты в электрофильтр (конденсатор) . . . 200-1000-0,05 596
0,70-24
Унос паров серной кислоты в электро- 200-1000-0,05
фильтр (конденсатор) 417
24
Топочные газы Унос водяных паров, образующихся при По разности содержа- 15 797 * 3 483
выпарке
ния воды в поступив- шей и продукционной
кислоте
Итого. . . 29 425
В табл. XI-9 приведен часовой тепловой баланс барботажного концентратора,
составленный по таким же исходным данным, как для расчета материального баланса.
* Определено из теплового баланса (стр.690 и табл. XI-9).
Таблица XI-9. Тепловой баланс барботажного концентратора
Расчетные формулы н пояснения Количество тепла
Мкал/ч %
Приход
Со слабой серной кислотой 12 437-64,9 (64,9 — энтальпия 68%-ной H2SO4 при 120° С, ккал/кг; энтальпия кислот здесь и далее табл. П-70, стр. 119) 807 17,2
С топочными газами (вычислено после определения величины х) 9800х (9800 — энтальпия топочных газов на 1 м3 сжи- гаемого газа, ккал, стр. 668; х—количество сжигае- мого газа, м3/ч, стр. 690) 9,8х = 3773 81,1
С конденсатом серной кислоты из электрофильтра 1191 -67,14 (67,14 — энтальпия конденсата — 70%-ной H2SO4 при 130° С, ккал/кг) 80 1,7
Итого. . . 887+9,8х = 4660 (вычислено после определения х) 100
Расход
С серной кислотой (92,5% H2SO4) 9008-94,5 (94,5 — энтальпия 92,5%-ной H.,SO4 при 220° С, ккал/кг) 850 18,2
С брызгами в электрофильтр 1191-0,5-83,3 (0,5—доля брызг в улавливаемом кон- денсате; 83,3 — энтальпия 68%-ной H2SO4 при 150° С, ккал/кг) 50 1,07
Теплота испарения серной кислоты 425-122,1 (425 — количество испаряющейся кислоты, кг/ч, в том числе 417 кг/ч уносится в электрофильтр и 8 кг/ч теряется; 122,1—теплота испарения H2SO4, ккал/кг) 52 1,1
С парами серной кислоты 425-56,5 (56,5 — энтальпия 100%-ной H2SO4 при 150° С, ккал/кг) 24 0,52
С водяным паром (без тепла водяных 3504 663 (3^04—количество образующихся Паров воды, 2323 • 1 49,76
паров топочных газов, которое учтено ниже) кг/ч, в том числе 3483 кг/ч выпаривается из кислоты и 21 кг/ч получается при разложении H2SO4; 663 — пол- ная энтальпия водяного пара при 150° С, ккал/кг-, табл. 1-18, стр. 34)
На дегидратацию серной кислоты 8874 (107—36) (8874 — количество H2SO4, подвергаемой дегидратации, кг/ч, в том числе 12 437-0,68 = 8457 кг/ч поступает в концентратор и 1191-0,5-0,70= 417 кг/ч возвращается из электрофильтра в виде конденсата; 107 и 36 — теплоты разбавления * 68%- и 92,5%-ной H2SO4, ккал/кг) 631 13,52
На разложение серной кислоты —54 580 [54 580 — теплота разложения H2SO4, ккал/кмоль ,по реакции H2SO4 (жидк.) = Н2О(жидк.)+ + SO2 (газ)+72О2 (газ)] 65 1,38
С продуктами разложения 76-23,36+19-33,36 (23,36 и 33,36 — энтальпия SO2 и О2 при 150° С, ккал/кг-, табл. П-29, стр. 72 и табл. 1-10, стр. 18) 2,3 0,05
С топочными газами (вычислено после определения х) 1600х (1600 — энтальпия топочных газов при 150° С, ккал/м3 сжигаемого газа, стр. 668) 1,6х -- 616 13,4
Потери тепла в окружающую среду (вычислены после определения х) (887+9,8х)-0,01 (приняты в размере 1% прихода тепла) 8,87 ]-0,098х 1,0
Итого. . . 4006,17 |-1,698х ; 4660 100
* Теплота разбавления (без учета температуры процесса дегидратации определена по приближенно!! формуле q - 272 —уу- (гДе
П — концентрация HsSO4 в кислотах, %); см. также табл. П-76).
Более точные значения получаются по формуле q = O^gOl3~ + ° ’ м 0~062—~ ккал/кг SO3 (Л1 =- % Н2О : % SO3 в кислоте).
Разность значений q для исходной и разбавленной кислот равна теплоте дегидратации в процессе упаривания кислоты при /, °C (ее мож-
но рассчитать и по данным табл. П-72, стр. 122).
690
XI. Концентрирование кислоты
Приравняв расход и приход тепла, определяем х — количество потребляемого
газообразного топлива (в м3/ч, считая на объем газа, приведенный к нормальным
условиям):
887 + 9,8л- = 4006,17 + 1,698х
Отсюда х = 385 м3/ч или 46 м3/т H2SO4.
Расход сухого воздуха при 20° С на 1 т продукции составит:
(2-11,17 + 8,5)-46-293 , „ 1ОСПП
i—-------------------= 1 550 м3, или 12 800 м3/ч
где 2 — коэффициент избытка воздуха;
11,17 — расход воздуха в топке, м3/м3 газа (стр. 667);
8,5 — расход воздуха на охлаждение топочных газов, л<3/.и3 сжигаемого газа
(стр. 668).
На 1 м3 сжигаемого газа (при нормальных условиях) в концентратор поступает
32,56 м3 топочных газов (стр. 668), или 41 кг. Следовательно, часовое количество
топочных газов, поступающих в концентратор, составит 32,56-385= 12 500 м3/ч,
или ~15 800 кг/ч, а на 1 т продукции 1540 м3, или 1940 кг.
На концентрационных установках с барботажным концентратором для охла-
ждения получаемой серной кислоты применяются погружные холодильники, кон-
струкция которых показана на рис. XII-2 и ХП-З (стр. 702, 703).
От 1 т 92,5%-ной серной кислоты при охлаждении ее с 220 до 40° С необходимо
отвести следующее количество тепла:
(94,5 — 15) • 1000 = 79 500 ккал
где 94,5 и 15—энтальпия 92,5%-ной H2SO4 соответственно при 220 и 40° С,
ккал!кг (стр. 120).
Количество тепла, подлежащего отводу от 1 т 100%-ной серной кислоты, со-
ставляет:
Q = 79 500 : 0,925 = 86 000 ккал
Коэффициент теплопередачи К для холодильников, применяемых на рассма-
триваемых установках, практически равен 180—190 ккал/(м2-ч-град). Температура
охлаждающей воды зависит от местных условий. Например, если температура вхо-
дящей воды 23° С, а выходящей 35° С, то при указанных выше температурах кислоты
(220 — 35) — (40 — 23)
„ 220 — 35
3‘8-40=
Поверхность охлаждения на 1 т/сутки HaSO4 составит:
Q 86000
Д(Л-24 70-185-24 '
м2
Расход воды на 1 т продукции (H2SO4):
86000 ,
(35 —23)-1000 ’
На новых установках барботажного типа осуществляется автоматическое регу-
лирование процесса концентрирования кислоты. В системе автоматического регули-
рования режима работы барботажного концентратора в качестве основного пара-
метра принято количество топочных газов, подаваемых в аппарат при постоянной
температуре.
Схемой автоматического регулирования концентратора, работающего на при-
родном газе (рис. Х1-20), предусматривается автоматическое регулирование темпе-
Рис. XI-20. Принципиальная схема автоматического регулирования работы барботажного концентратора:
1 — воздуходувка; 2 — топка; 3 — барботажный концентратор; 4 — холодильник кислоты.
Измеряемые и регулируемые параметры: t — температура; Р — давление; G — расход; С — концентрация,
эзначеиия приборов: П—показывающий; Сг—сигнализирующий; С~самопишущий; И — интегрирующий; //з—изодром!
регулятор; ПМ. — переключатель магнитный.
о
44*
692
XI. Концентрирование кислоты
ратуры газа, поступающего в концентратор (путем изменения количества природ-
ного газа, подаваемого в топку); температуры в первой камере концентратора (путем
изменения подачи в концентратор слабой серной кислоты), исходя из температуры
газов в шлемовой трубе; температуры концентрированной кислоты в холодильнике
(путем изменения расхода воды, поступающей на охлаждение).
На входе в концентратор поддерживается оптимальная температура газов
(850—900° С), которая обеспечивает максимальную производительность аппарата
при его нормальном износе. Указанная температура поддерживается соответствую-
щим регулированием количества природного газа, подаваемого в топку, для чего
Рис. Ai-zi. схема установки концентратомера
типа КСО-3:
1 — холодильник концентрированной серной кислоты; 2 — эпруветка;
3 — датчик концентратомера; 4 -г- термометр; 5 — смотровой фонарь;
6 — вентиль.
на газоходе устанавливают хромельалюмелевую термопару. В качестве измеритель-
ного прибора и регулятора применяется электронный автоматический потенцио-
метр типа ЭПД или АСП с изодромным автоматическим регулятором. Исполнитель-
ным механизмом служит регулирующий мембранный клапан с пневматическим при-
водом системы НЗ.
При установившемся процессе в барботажном концентраторе требуемой темпе;
ратуре газов на выходе из аппарата соответствует определенная концентрация серной
кислоты, вытекающей из первой камеры концентратора. При автоматическом поддер-
жании постоянства температуры топочного газа, подаваемого в концентратор, и его
постоянном количестве температура газов в первой камере зависит от количества
слабой серной кислоты, поступающей в концентратор. Эти взаимозависимости пара-
метров процесса используются для регулирования подачи слабой серной кислоты
в концентратор по температуре газов в шлемовой трубе.
Для автоматического регулирования количества кислоты, поступающей на кон-
центрирование на шлемовой трубе устанавливается термометр сопротивления типа
ТСП (корпус из термостойкого стекла) в комплекте с автоматическим электронным
мостом типа ЭМД или АСМ с изодромным регулятором, который воздействует на
регулирующий мембранный клапан, установленный на линии поступления слабой
серной кислоты в концентратор. Клапан изнутри футерован фторопластом. Для этой
цели может быть использован также ферросилидовый вентиль, на шток которого
посажена головка (мембрана) обычного пневматического клапана.
Концентрация серной кислоты в пределах 92—96% H2SO4 измеряется при по-
мощи концентратомера КСО-3 (рис. XI-21) проточного типа. Принцип его действия
5. Установки для концентрирования
693
основан на измерении электропроводности кислоты равновесным мостом перемен-
ного тока. Количество кислоты, протекающей через датчик концентратомера про-
точного типа, регулируется в пределах 1,5—2,5 л/мин. Для измерения концентра-
ции серной кислоты (до 94% HjjSO^ в датчик подается из холодильника часть горя-
чей кислоты, нагревающей контролируемую кислоту до 80—90° С. Погрешность из-
мерения концентрации ±0,3% H2SO4. В качестве измерителя применяется уравно-
вешенный электронный мост переменного тока типа ЭМД или АСМ.
В настоящее время дли измерения концентрации серной кислоты на установках
концентрирования внедряются бесконтактные кондуктометрические низкочастотные
концентратомеры типа КНЧ-1. Принцип их работы основан на индукционном методе
измерения сопротивления витка анализируемой жидкости, который образуется при
погружении в нее чувствительного элемента датчика. Этот элемент состоит из пи-
тающего и дифференциального трансформаторов, а жидкостной виток является
витком связи между ними. Под действием наведенной э. д. с. в жидкостном витке
протекает ток, прямо пропорциональный электропроводности серной кислоты. При
изменении электропроводности контролируемого раствора изменяется сопротивление
жидкостного витка, что приводит к изменению магнитного потока. Возникающая
при этом разность магнитных потоков создает сигнал на входе усилителя вторичного
прибора.
Расход слабой серной кислоты и количество получаемой концентрированной
кислоты измеряются щелевыми расходомерами с пьезометрическими устройствами.
Кислотность охлаждающей воды при повреждении охлаждающих элементов изме-
ряется сигнализатором типа СЭ-1 (сигнализатор электропроводности), который воз-
действует на задвижки с электрическим приводом или на пневмоклапаны.
Для обеспечения безопасной работы концентратора при сжигании природного
газа на линии подачи газа в топку установлен отсекающий клапан с электромагнит-
ным приводом и электромагнитной защелкой. Клапан-отсекатель автоматически
прекращает подачу газа в топку: при давлении газа ниже или выше заданных пре-
делов, при повышении температуры на шлемовой трубе сверх допустимой, в случае
погасания факела в топке.
Установка с погружными горелками * также является установкой барботажного
типа. Основной ее особенностью является то, что топливо сжигается под поверхностью
упариваемой серной кислоты в специальных погружных горелках. Благодаря этому
достигается более полное использование тепла, чем в установках с самостоятельными
(внешними) топками.
На рис. XI-22 показана конструкция одного из типов погружных горелок.
Горелка состоит из цилиндрической трубы, освинцованной снаружи и футерованной
в нижней части шамотом. Труба может быть выполнена из ферросилида. В верхний
конец трубы вводят воздух и горючий газ. Для предотвращения взрыва газ и воздух
интенсивно смешиваются в завихрителе с образованием короткого факела пламени.
Зажигание газо-воздушной смеси производится подвижной электрической свечой.
Горелку в защитной трубке вставляют в крышку концентратора (рис. XI-23) на
такую глубину, чтобы горение происходило ниже уровня жидкости.
Погружные горелки получили применение преимущественно для упаривания
очень слабой серной кислоты. При этом на установке с погружными горелками пре-
дусматривается упаривание кислоты до концентрации 50—70% H2SO4, а дальней-
шее концентрирование (в случае необходимости и возможности), например до 92,5%
H2SO4, завершать на установке другой конструкции.
На рис. XI-24 представлена схема установки с погружными горелками для упа-
ривания гидролизной серной кислоты — отхода производства двуокиси титана.
Концентратор оборудован тремя погружными горелками, газы поступают в кислоту
из горелок при температуре 1100° С.
Материал предоставлен И. Ф. Черепковым.
694
XL Концентрирование кислоты
Ниже приведен состав исходной гидролизной кислоты, на которой работает дан-
ная установка, упаренной кислоты (после фильтрации) и осадка (в %):
Нг5О4
Кислота
до упаривания................24,5
после упаривания и фильтрации 55,0
Осадок после фильтрации.........17,0
Т1Ог СггО3 МпО А1,Оз Fe (общ.) Fe2+
0,47 0,012 0,130 0,032 4,13 4,09
0,22 0,012 0,062 0,034 1,23 1,12
3,17 _ _ _ 19,9 19,9
Производительность установки 7,5 т/ч55%-ной
серной кислоты. Упаренную кислоту смешивают
с более крепкой кислотой и используют в произ-
водстве суперфосфата или других фосфорных удоб-
рений.
На другом заводе эксплуатируется установка
такого же типа, работающая на мазуте с двухста-
дийным упариванием гидролизной кислоты до кон-
центрации 75% H2SO4, По ориентировочным дан-
ным, установка работает со следующими расходными
коэффициентами (на 1 т H2SO4 в упаренной сер-
ной кислоте):
0,560
39
50
240
Слабая (16%-ная) серная кислота, т . . 7,6
Мазут, т.............
Вода, jw3 ...........
Пар, кг .............
Электроэнергия, кет ч
2
1
Уробень кислоты
Рис. XI-22. Погружная горелка: Рис. XI-23. Концентратор с погруж-
1 — корпус; 2 — огнеупорная футеровка; Н°Й горелкой.
3 — завихритель; 4—газовая камера; 5—воз- / — стальной корпус; 2—кислотоупорная
душная камера; 6 — труба; 7—свеча для зажи- футеровка; 3—предохранительная мембра-
гаиия; 8 — штуцер для измерений давления; иа. 4 — сборник паро-газовой смеси;
9 — смотровой лючок; 10 — датчик наличия 5 — горелка; 6 — барботажная труба,
пламени.
Рис. XI-24. Схема концентрирования гидролизной кислоты — отхода производства
титановых белил:
1 — сборник гидролизной кислоты; 2 — центробежные насосы; 3 — вытяжная труба; 4 —
оросительный теплообменник; 5 — осевой вентилятор; 6 — эрлифт; 7 — взрывная мембрана;
8 — концентратор; 9 — погружная горелка; 10 — отстойник; 11 — центрифуга; 12 — транс-
портер для удаления кристаллов сульфатов; 13 — бак для пуска установки.
«Рис. XI-25. Схема концентрирования серной кислоты в установке капельного типа:
-/—напорный бак; 2— дозатор; 3—туманоуловитель Веитури; 4, б—циклоны; 5—концентра-
тор Вентури; 7 — холодильник концентрированной серной кислоты; 8 — топка; 9 —сборник
концентрированной серной кислоты; 10 — центробежный насос; 11 —электрофильтр.
696
XI. Концентрирование кислоты
Установка капельного типа. Принцип ее работы основан на принудительном
дроблении поступающей кислоты в капли потоком горячего газа. Для концентри-
рования серной кислоты в капельном состоянии используются аппараты типа труб
Вентури.
В такой установке (рис. XI-25) слабая серная кислота (68—70% H^SOJ через
напорный бак и дозатор поступает в концентратор 5 типа трубы Вентури и частично
в туманоуловитель 3 такого же типа. В трубах Вентури кислота разбрызгивается
и в виде мелких капель уносится газовым потоком соответственно в циклоны 4 и 6,
в которых капли кислоты осаждаются. Собирающаяся в циклоне 4 серная кислота
вместе с потоком кислоты из дозатора стекает в концентратор Вентури 5, где также
Рис. XI-26. Концентратор типа трубы Вентури:
1 — стальной корпус; 2 — ферроснлидовые сопла; 3 — компенсатор;
4 — охлаждающая рубашка; 5 — футеровка.
разбрызгивается и уносится в циклон 6. Кислота, упаренная до концентрации 92,5—
95% H8SO4, отделяется от газа в циклоне 6 и при 180—220° С стекает в холодильник.
Горячие топочные газы, при помощи которых кислота разбрызгивается в капли
размерами 100—400 мк и упаривается, поступают в концентратор Вентури 5 при
850—900° С. Здесь газы охлаждаются до 220—230° С и через циклон 6 направляются
в туманоуловитель 3. Из циклона 4 газы выходят при температуре 140° С.
Напор воздуха перед топкой составляет 1700 мм вод. ст. Скорость газового
потока в концентраторе Вентури равна 160 м/сек. Содержание тумана в газах после
первого циклона находится в пределах 5—6 г/л3, после второго циклона — 4—5 г/м3.
Исследования показали, что количество образующегося тумана не зависит от кон-
центрации поступающей и получаемой кислоты и от температуры газового потока,
а зависит только от его скорости. Эта зависимость объясняется тем, что по достиже-
нии скорости газа 160 м/сек очень малое количество кислоты попадает на стенки
трубы, где она незначительно перегревается и потому образует мало паров, которые
в дальнейшем конденсируются в виде небольшого количества тумана.
Концентратор, выполненный в форме трубы Вентури (рис. XI-26), состоит из
двух усеченных конусов разной длины. Общая длина трубы 2500 мм, диаметр гор-
ловины 300 мм, диаметр отверстий для входа газа и выхода газо-жидкостной смеси
650 мм. Корпус аппарата изготовлен из углеродистой стали толщиной 10 мм и снаб-
жен охлаждающей водяной рубашкой. Для орошения трубы слабой серной кислотой
на периферии конфузора расположены четыре сопла диаметром 25 мм из ферроси-
лидовых трубок. Толщина футеровки трубы 130 мм, она выполняется из специального
фасонного кирпича по конфигурации соответствующей форме и размерам трубы.
К футеровке концентратора предъявляются особо жесткие требования, по-
скольку она подвергается совместному воздействию температуры, агрессивной среды
4. Комбинирование выпарки с другими процессами
697
и эрозии. Кроме того, поверхность футеровки должна быть гладкой и в местах со-
пряжения плиток не образовывать уступов. Наиболее пригодным для этой цели
является кислотоупорный кирпич, выпускаемый щекинским заводом «Кислотоупор».
Установка с концентратором указанных размеров имеет производительность
350 т/су тки H2SO4.
Расходные коэффициенты на 1 т 92,5%-ной серной кислоты (считая на моно-
гидрат) при питании установки 68%-ной серной кислотой при температуре 120° С:
Газ (10 000 ккал), м3 ................43,5
Вода (23° С), м3..................... 6,5
Электроэнергия, квтч .................16,6
Применение труб Вентури для концентрирования серной кислоты позволяет
создать компактную, высокопроизводительную установку при меньших капитальных
затратах на 1 т концентрируемой кислоты по сравнению с барботажными концен-
траторами. Описанный метод концентрирования при больших скоростях газового
потока дает возможность избежать перегрева кислоты и отводить ее из аппарата
при более низкой температуре, чем в барботажных концентраторах. Благодаря этому
снижается расход топлива на концентрирование и воды на охлаждение получаемой
кислоты. При более низкой температуре кислоты уменьшается степень ее разложения
при концентрировании и образуется меньше тумана, что приводит к уменьшению
удельного объема очищаемых газов (на 1 т кислоты) и к снижению расхода электро-
энергии.
Процесс концентрирования серной кислоты в трубах Вентури может быть авто-
матизирован. В такой установке единовременно находится незначительное коли-
чество кислоты, вследствие чего уменьшается инерционность системы, присущая
установкам с барботажными концентраторами. Принцип работы труб Вентури описан
также в разделе VIII (стр. 449 сл.).
4. КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ПУТЕМ
КОМБИНИРОВАНИЯ ВЫПАРКИ С ДРУГИМИ
ПРОЦЕССАМИ И СМЕШЕНИЯ КИСЛОТ
В качестве примера комбинирования процесса концентрирования серной кислоты
с другими производствами можно привести такой технологический комплекс: кон-
центрирование азотной кислоты — производство серной кислоты нитрозным мето-
дом — концентрирование серной кислоты. В башенных сернокислотных системах
продукция выпускается в виде 76%-ной H2SO4. При этом на образование 1 т H2SO4
и ее разбавление до 76% H2SO4 затрачивается
1000-18 / 1000
98 ' \ 0,76
1000) =500 кг воды
За счет влаги, содержащейся в колчедане и воздухе, в систему с обжиговыми га-
зами поступает — 60 кг воды на 1 т H2SO4.
Недостающее количество воды (500 — 60 = 440 кг) обычно добавляется в си-
стему. На тех заводах, где наряду с башенной системой имеются установки концен-
трирования азотной и серной кислот, в башенную систему вместо воды можно вводить
68%-ную H2SO4 — отработанную кислоту после концентрирования азотной кислоты
и превратить ее в ходе нитрозного процесса в 76% -ную серную кислоту. На 1 т H2SO4
в продукции башенной системы при этом можно ввести
или 4,2 т 68%-ной отработанной серной кислоты.
Такой кислотбоборот подроляет уменьшить общий расход топлива на концен-
трирование 68%-ной серной кислоты до 93% H2SO4.
698
XI. Концентрирование кислоты
Рассмотренное в разделе IX повышение выхода олеума в контактной системе
с выводом воды путем концентрирования сушильной кислоты также является при-
мером концентрирования кислоты в результате сочетания работы установок (в дан-
ном случае выпарной и контактной). В ряде случаев целесообразно получать серную
кислоту нужной концентрации смешением более концентрированной кислоты с ки-
слотой низкой концентрации.
Для получения 1 кг серной кислоты средней концентрации (Пс, % HgSO^)
из кислот более высокой (77в, % H2SO4) и более низкой концентрации (77н, % HgSO4)
требуется:
/7С — /7Н
-=----==- кг концентрированной кислоты
‘‘в — “н
Пъ — И С
-=----=— кг кислоты низкой концентрации
“в ‘‘в
т. е. для смешения концентрированной и слабой кислот их следует брать в соотно-
шении:
/?с —
77в — /7С
При смешении кислот выделяется дифференциальная теплота смешения Q,
которую можно определить по формуле (в ккал/кг кислоты требуемой сред-
ней концентрации):
Q = 2,72
Гп 100 — 77с
L с 150 —/7С
100—/7Н
150 — /7И
(1 — ^н) /?в
100 — /7В 1
150 — 77в J
би/7н
где GH — весовая доля кислоты низкой концентрации в смеси.
ЛИТЕРАТУРА
Перриш П., Снеллинг Ф., Концентрирование серной кислоты, Госхим-
техиздат, 1930.
Степанов М. Н., Сергеева Л. А., Романчук Г. А., Раскисление
серной кислоты при ее упарке, Хим. пром., № 7 (1951).
Андрианов А. П., Левин М. Н., Гурфинкель М. А., Использо-
вание серосодержащих отходов, Хим. пром., № 11 (1950).
Кузьминых И. Н., Технология серной кислоты, Госхимиздат, 1955.
Амелин А. Г., Производство серной кислоты, Изд. «Химия», 1964.
Burke J., Mantius Е., Concentration of Sulfuric Acid ander vacuum, Chem.
Eng. Progr., N 5 (1947).
Francis S., Chambers R., Peterson F., Sulfuric Acid Concentra-
tion. Du Pont falling-film Process, Chem. Eng. Progr., N 5 (1947).
Кирш А. И., Сосновский H. П., Концентрирование серной кислоты,
Госхимиздат, 1940.
Berger J., ‘Gloster A., Chemico drum-type Sulfuric Acid Concentrator,
Chem. Eng. Progr., N 5 (1947).
Summary A., Sulfuric Acid Concentration, Chem. Jnd., N 1 (1947).
Амелин А. Г., Бородастова 3. Б., Механизм образования тумана при
концентрировании серной кислоты, ЖПХ, 28 (1956).
Справочник сернокислотчика, Госхимиздат, 1952.
Поляков К. А., Румянцев О. В., Лебедева Н. Н., Холодильники
из ферросилидовых труб для охлаждения кислоты, Хим. пром., № 10 (1950).
Ф и а л к о Г. М., Автоматизация производства серной кислоты, Изд. «Машино-
строение», 1964.
Малин К. М., Аркин Н. Л., Боресков Г. К-, Слинько М. Г-,
Технология серной кислоты, Госхимиздат, 1950.
Тепловой расчет котельных агрегатов, Госэнергоиздат, 1957.
РАЗДЕЛ XII
ХОЛОДИЛ ЬНИКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ
СЕРНОЙ кислоты
М. А. ГУРФИНКЕЛЬ, М. И. РА КОВИЧ
1. Погружные холодильники...........................700
2. Оросительные холодильники.......................704
3. Кожухотрубные холодильники......................709
4. Спиральные холодильники.........................712
5. Аппараты (холодильники) воздушного охлаждения .... 713
6. Нейтрализация сточных вод.......................714
Литература..........................................715
В настоящее время в производстве серной кислоты применяются главным обра-
зом оросительные холодильники. На некоторых старых контактных заводах, а также
для охлаждения продукционной (денитрованной) башенной кислоты еще исполь-
зуются погружные холодильники. Кроме того, погружные холодильники всегда
применяют для охлаждения технической контактной кислоты после барботажных
барабанных концентраторов.
В некоторых башенных системах установлены спиральные холодильники. В по-
следнее время начинают широко внедряться кожухотрубные холодильники и
аппараты воздушного охлаждения кислоты.
1. погружные холодильники
К достоинствам погружных холодильников относятся простота изготовления,
доступность теплообменной поверхности для осмотра и ремонта и малая чувствитель-
ность к изменению режима при наличии большого объема кислоты в холодильнике.
Рис. XI1-1. Холодильник с погружными свинцовыми змеевиками:
1 — крышка; 2,— стальной корпус; 3 — полиизобутиленовая прокладка; 4 — асбест; 5 —
клапан с приводом; 6 — стойка; 7 — опорные балки; 8 — кислотоупорный кирпич; 9 —
трубы для выхода'кислоты; 10 — коллектор для поступающей воды; 11 — желоб для воды,
стекающей из змеевиков; 12 — свинцовый змеевик.
1. Погружные холодильники
701
Недостатки холодильников этого типа заключаются в громоздкости, невысокой ско-
рости кислоты (вследствие чего теплоотдача снаружи змеевика происходит лишь за
счет свободной конвекции с низким коэффициентом теплоотдачи) и в трудности вну-
тренней очистки труб.
Погружные холодильники в промывном отделении контактного производства
ставились в тех случаях, когда промывная кислота содержала много взвешенных
твердых частиц. В настоящее время холодильники этой конструкции применяются
редко. На рис. XI1-1 показан погружной холодильник промывной кислоты со свин-
цовыми змеевиками. Вместо змеевиков могут быть трубки Фильда, наружная труба
которых выполняется из ферросилида или антегмита.
Для охлаждения кислоты первой башни в башенных системах змеевики погруж-
ных холодильников выполнялись из свинца, или кислотостойкой стали (для осталь-
ных башен холодильники изготовляются из углеродистой стали). В последнем случае
обязательно предварительное пассивирование змеевиков, заключающееся в обра-
ботке их наружной поверхности нитрозой при 70—100° С в течение 12—20 ч в зави-
симости от температуры нитрозы и содержания в ней окислов азота. Окончание пас-
сивирования определяют по следующим признакам:
1) с поверхности кислоты (зеркало) в холодильнике прекращается выделение
пузырьков газа;
2) при опускании уровня кислоты и обнажении части трубок на их поверхности
должна быть видна блестящая с голубоватым или зеленоватым оттенком пассивирую-
щая пленка.
Конструкция погружных холодильников со стальными змеевиками из цельнотя-
нутых труб диаметром 50 мм для нитрозной кислоты аналогична конструкции холо-
дильников со свинцовыми змеевиками. Для защиты от коррозии на участки змееви-
ков, где поверхность кислоты соприкасается с воздухом, насаживают отрезки сталь-
ных труб длиной 400 мм. Зазоры между трубами заполняют кислотоупорным це-
ментом.
Место ввода горячей кислоты в таких холодильниках должно быть ниже уровня
кислоты не менее чем на 500—600 мм. Кислоту отбирают из нижней части холо-
дильника с помощью труб-стояков, верхние концы которых выведены в желоб холо-
дильника. Все фланцевые соединения вынесены за пределы холодильника. Высота
вывода холодной кислоты (в мм) должна быть ниже уровня кислоты в холодильнике
на величину, определяемую по уравнению:
h = Н (1 — + 50
\ Рх /
где Н — высота уровня кислоты в холодильнике, мм;
рг, Рх— плотность горячей и холодной кислот, г/см3.
Поверхность охлаждения змеевиков (в м1 2) определяют по уравнению
р VKpc (^н — ^к)
F=--------------------------------кй--------
где Кк — количество охлаждаемой кислоты, ма/ч;
р — плотность кислоты, /сгЛи3;
с — теплоемкость кислоты, ккал!(кг- град);
tn, tn — начальная и конечная температура кислоты, °C;
К — коэффициент теплопередачи, ккал/(м2- ч- град);
А/ — средняя разность температур.
Приближенно величина общего коэффициента теплопередачи может быть опре-
делена по формуле:
(ХП-1)
(XI1-2)
1 - 6 /tilK 1 т 6
где шк — скорость кислоты, м/сек;
— скорость воды, м/сек.
702
XII. Холодильники
В заводских условиях для охлаждения безнитрозной кислоты были обследованы
16 погружных холодильников со свинцовыми и 3 холодильника со стальными змее-
виками. Было установлено, что зависимость общего коэффициента теплопередачи
от скорости воды (в пределах до = 1 м/сек) можно выразить в виде следующего
уравнения:
К = 236о£7
Кислота
Рис. XI1-2. Погружной холодильник для технической контактной кислоты:
1 — стальной корпус; 2 — футеровка; 3 — охлаждающий элемент; 4 — перегородка; 5 —
окна в перегородке.
1. Погружные холодильники
703
Общая длина всех змеевиков погружного холодильника (в л) определяется
по уравнению
L = ^r «хн-Ч
где F — поверхность змеевиков холодильника, ж2;
d — наружный диаметр трубы змеевика, м.
Рис. XI1-3. Охлаж-
дающий элемент:
1 — труба; 2—калач;
3 — свинцовая залив-
ка; 4 — кислотоупор-
ная замазка; 5—сталь-
ной хомут.
Рис. XII-4. Холодильник с погружными свинцо-
выми змеевиками и мешалкой:
/—корпус аппарата; 2 — полиизобутилеи; 3—асбест;
4—кислотоупорный кирпич; 5 — свинцовые змеевики;
6—мешалка с приводом; 7—рама под привод; 8—опор-
ные балки.
Число необходимых змеевиков равно:
2820d2ffi'H
(XI1-5)
Где Ув — расход воды, м3/ч\
и>в — скорость воды, м/сек.
Расход воды (в л/3):
1000 /«)
(XI1-6)
Где £ и - конечная и начальная температура кислоты, °C;
и — начальная и конечная температура воды, °C.
704
X//. Холодильники
На концентрационных установках с барботажными барабанами-концентрато-
рами для охлаждения технической серной кислоты (купоросного масла) применяются
погружные холодильники, конструкция которых показана на рис. XI1-2.
Холодильник представляет собой прямоугольный стальной футерованный резер-
вуар с погружными охлаждающими элементами (рис. XI1-3), каждый элемент состоит
из двух ферросилидовых труб диаметром 100 мм и длиной 2000 мм, соединенных
между собой калачами.
Резервуар футерован слоем кислотоупорной плитки толщиной 20 мм и слоем
кислотоупорного кирпича толщиной 65 мм. Размеры холодильника с поверхностью
охлаждения 75 м2: длина 4160, ширина 1880, высота 2250 мм; поверхность охла-
ждения одного холодильного элемента 1,16 м2.
С помощью теплотехнических расчетов холодильника данной конструкции при
скорости воды в трубах 1,06 м/сек получен общий коэффициент теплопередачи, рав-
ный при чистой стенке 270 ккал/(м2-ч- град). В практических условиях с учетом
шламования труб этот коэффициент составляет 180—190 ккал/(м2- ч- град), т. е. 70%
коэффициента теплопередачи при чистой стенке.
На некоторых зарубежных контактных производствах для охлаждения серной
кислоты установлены погружные холодильники с механическими мешалками (пере-
мешивается охлаждаемая кислота). Такой холодильник показан на рис. XI1-4.
Общий коэффициент теплопередачи достигает 500—600 ккал/(м2- ч- град), однако
температура кислоты в резервуаре холодильника быстро выравнивается и разность
температур уменьшается. Недостатком таких холодильников является значитель-
ный расход энергии на перемешивание кислоты.
2. ОРОСИТЕЛЬНЫЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
Достоинства холодильников этого типа заключаются в простоте устройства
дешевизне изготовления и легкости осмотра и наружной очистки труб. Кроме того,
оросительные холодильники могут работать на загрязненной воде (при соединении
труб на фланцах очистку труб можно производить и изнутри), скорость кислоты
в них при сравнительно невысоком сопротивлении может достигать 0,8—1,0 м/сек.
Оросительные холодильники имеют следующие недостатки: сильное испарение
воды, особенно при установке их вне здания (зимой возможно обмерзание), повышен-
ная чувствительность к колебаниям подачи воды (при недостатке воды нижние трубы
не смачиваются и почти не участвуют в теплообмене); громоздкая конструкция и
необходимость в больших поддонах. Антегмитовые холодильники более компактны,
поэтому при их установке расходуется значительно меньше металла на опорные
конструкции.
В настоящее время оросительные холодильники из свинца и ферросилида в про-
изводстве серной кислоты применяются редко.
Для охлаждения промывных кислот используются главным образом антегмито-
вые холодильники (рис. XII-5). Антегмит очень стоек в 5—70%-ной серной кислоте
при температуре до 70° С, поэтому антегмитовые холодильники почти не требуют
ремонта.
Оросительные холодильники из АТМ-1 выпускаются серийно Новочеркасским
электродным заводом в виде секций труб диаметром 90Х 114 мм и длиной от 3000
до 9000 мм. Изготовление, сборку и испытание антегмитовых оросительных холо-
дильников производят в соответствии с техническими условиями СТУ-45/МХ-
6015—62.
Благодаря хорошему конструктивному оформлению такие холодильники могут
работать под давлением, в этом случае при скорости кислоты в трубах 0,8—1,0 м/сек
коэффициент теплопередачи может достигать 200—250 ккал/(м2- ч- град).
Для охлаждения сушильной кислоты и моногидрата, а также нитрозной башен-
ной кислоты применяются в основном чугунные холодильники. Для нитрозной ба-
шенной кислоты применялись холодильники из стальных труб. Для охлаждения
безнитрозной башенной кислоты используются комбинированные оросительные
2. Оросительные холодильники
705
холодильники, в которых кислота вначале проходит ферросилидовые трубы, где ее
температура снижается до 70—80° С, а затем чугунные. Возможно также предвари-
тельное смешение горячей кислоты с частью охлажденной, после чего полученную
смесь направляют в чугунный холодильник. Олеум охлаждают в стальных холо-
дильниках.
При получении химически чистой кислоты вместо чугунных труб в оросительных
холодильниках применяют трубы из стали марок Х17Н13М2Т (для сушильной кис-
лоты) и Х18Н10Т (для моногидрата). Стали этих марок достаточно стойки в среде
кислоты при температуре до 70° С.
Рис. XII-5. Оросительный антегмитовый холодильник:
1 — каркас, из стального проката; 2 — антегмитовая труба; 3 — фасонный угольник; 4 —
капельница; 5 — желоб; 6 — тройник; 7 — кожух на соединительную муфту; 8 — коллек-
тор; 9 — соединительная муфта; 10 — поддон.
Оросительные холодильники с чугунными трубами показаны на рис. XII-6.
Трубы отливаются центробежным способом Макеевским труболитейным заводом
в соответствии с ЧМТУ УКРНИТИ 475—63. Следует обращать особое внимание
на качество литья:
I) трубы и фасонные части в изломе должны быть однородны и мелкозернисты;
2) поверхность труб и фасонных частей снаружи и изнутри должна быть чистой
и гладкой, не иметь швов, пленок, шлаковых включений, трещин, усадочных раковин
. и других дефектов;
3) при необходимости следует применять только чугунные жеребейки;
4) торцевая поверхность фланцев должна быть перпендикулярна к оси труб
или фасонной части;
5) оси болтовых отверстий фланцев на противоположных концах ствола должны
составлять одну прямую линию;
6) трубы должны иметь одинаковую калиброванную длину для полной взаимо-
- заменяемости их при ремонтах.
f Изготовление, сборка и испытание оросительных холодильников с чугунными
i трубами производятся в соответствии с ТУ Н1—18 Гипрохима.
г 45 Справочник сериокислотчика
706
XII. Холодильники
В качестве прокладок для фланцевых соединений труб н калачей следует при-
менять вулканизованный паронит толщиной 5 мм (ГОСТ 481—58). Фланцевые
соединения элементов холодильника защищают кожухами из кровельной оцинко-
ванной стали.
Рис. XI1-6. Оросительный чугунный холодильник:
/ — каркас нз стального проката; 2 — чугунная труба; 3 — чугунное колено; 4 — желоб;
5 — тройник; 6 — капельница; 7 — кожух на фланцевое соединение труб; 8 — каплеотбой-
ник; 9 — хомут для крепления труб; 10 — коллектор; 11 — поддон.
На рис. ХП-7 представлен стальной холодильник для олеума, состоящий из $
бесшовных труб со стенками толщиной от 4,5 до 6,5 мм.
Большое значение для предохранения холодильника от коррозии имеет качество
сварных соединений. При сварке необходимо обеспечивать образование однород-
Рис. ХП-7. Оросительный стальной холодильник:
1 — каркас нз стального проката; 2 — стальная труба; 3 — стальное колено; 4 — желоб;
5 — тройннк; 6 — капельница; 7 — коллектор; 8 — хомут для крепления труб; 9 — поддон.
2. Оросительные холодильники
707
ного по составу шва. Особое внимание следует обращать на плотность
сварных швов. Просачивающийся через неплотности шва олеум будет разбавляться
водой, в результате чего усилится коррозионное разрушение сварного шва труб.
Для стальных труб применяется аргоно-дуговая сварка (МН 2256—61; МН 2285—61;
РТМ-30—61).
Сварные швы следует защищать муфтами не стальных труб, причем кольцевой
зазор необходимо заделывать кислотоупорным цементом. В стальном оросительном
холодильнике следует избегать фланцевых соединений, поэтому современные кон-
струкции стальных холодильников выполняются целиком сварными с гнутыми кала-
чами, радиус которых в 2,5—3 раза больше диаметра трубы.
Для нормальной работы холодильников большое значение имеет равномерное
орошение водой поверхности труб. В настоящее время применяются оросители двух
типов: желоб треугольного и прямоугольного сечения с зубчатыми краями и трубы
с отверстиями.
При работе на загрязненной воде отверстия в трубах необходимо регулярно
прочищать. В практических условиях лучше применять оросители желобчатого типа.
Секция оросительного холодильника состоит из горизонтально расположенных
труб, установленных в два ряда по вертикали. В зависимости от необходимой про-
пускной способности холодильника различают два типа секций: I тип — секция
с двумя штуцерами для ввода кислоты и параллельным направлением ее по верти-
кальным рядам труб, II тип — секция с одним штуцером для ввода кислоты и после-
довательным направлением ее по вертикальным рядам труб. Пропускная способность
одной секции в зависимости от скорости кислоты приведена в табл. XI1-1.
Таблица XII-1. Пропускная способность одной секции
оросительного холодильника ,
(в я3/ч)
Днаметр тру- бы, мм Тип секции Скорость кислоты, м/сек
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
92Х 76 I 6,52 9,8 13,04 16,32 19,6 22,86 26,1 29,4 32,64
II 3,26 4,9 6,52 8,16 9,8 11,43 13,04 14,7 16,32
89X3,5 I 7,6 11,4 15,2 19,0 22,8 26,6 30,4 34,2 38
II 3,8 5,7 7,6 9,5 11,4 13,3 15,2 17,1 19
уравнению (XII-2).
холодильника определяется по
Требуемая поверхность а ч____z
Общий коэффициент теплопередачи [/£, в ккалЦм2-ч- град) ] через стенку выра-
жается формулой
_L + A+_1
% /?2 ' Ctg
(ХП-7)
1
«1
где ах — коэффициент теплоотдачи от'кислоты к стенке, ккал/(м2- ч- град);
6 — толщина стенки теплообменной трубы, м;
X — коэффициент теплопроводности материала трубы, ккал/(м- ч- град);
— тепловое сопротивление загрязнений трубы со стороны кислоты,
м2-ч- град!ккал;
R2 — тепловое сопротивление загрязнений трубы со стороны воды,
м2-ч-град/ккал;
а2 — коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:
а2 = 122Г0,4
где Г — плотность орошения, кг/(м- ч).
45*
708
XII. Холодильники
Для оросительных КИСЛОТНЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ МОЖНО принять = 1000 и =
= 2000 м2 ч- град/ккал; величиной 6 можно пренебречь, так как она мала по сравне-
нию с другими величинами.
Величина а2 для оросительных холодильников составляет порядка
1500 ккал/(м2-ч-град), поэтому уравнение (XII-7) можно записать в виде:
------i—Ч-------------1~ = TJ----------- <XII'8>
+ 1000 + 2000 + 1500 ах + 0,0022
Этим выражением обычно и пользуются в практических расчетах.
Величину ах можно рассчитать по формуле:
а1 = 0,023— Re°’8Pr0’4
где X — коэффициент теплопроводности кислоты, ккал/(м- ч- град)',
d — внутренний диаметр трубы, м;
Re — критерий Рейнольдса;
Рг — критерий Прандтля:
Рг_ НСр
X
где ц — вязкость, кг/(м- ч);
ср — теплоемкость кислоты, ккалЦкг- град)',
К — теплопроводность, ккал/(м- ч- град).
Таким образом, величина зависит от ряда технологических факторов (ско-
рости движения жидкости, ее плотности, вязкости и, следовательно, температуры).
В тех случаях, когда решающее влияние на величины 04 и К оказывают гидродина-
мические факторы, связанные в первую очередь с конструкцией теплообменного
аппарата, значение X определяют опытным путем в зависимости от скорости кислоты.
При проведении заводских обследований была установлена следующая зависи-
мость общего коэффициента теплопередачи от скорости кислоты для оросительных
холодильников контактного и башенного производства:
Холодильник У равнение w, м/сек, не более
Чугунный (для сушильной кислоты и мо- ногидрата) К = 225ш0’765 1
Стальной (для олеума) К = 250ш°-765 0,6
Антегмитовый (для промывной кислоты) К = 4ООш0,765 2
Ферросилидовый и чугунный (для без- нитрозной кислоты в башенном про- цессе) К = 290ш°-765 0,6
Стальной (для безнитрозной и нитрозной кислот в башенном процессе) .... К = 485ш0*765 1
Расход воды на орошение холодильника (в кг/ч) можно определить по формуле:
Q-Gw (H—t2)
/2
(XII-9)
где W — количество подаваемой воды, кг/ч',
Q — количество выделяемого тепла, ккал/ч;
3. Кож ухотрубные холодильники
709
би — количество испарившейся воды, кг/ч;
Н — энтальпия водяного пара (при температуре окружающего воздуха),
KKa.itкг;
t2 — начальная и конечная температура воды, °C.
Количество испарившейся воды рассчитать очень трудно, поэтому, по опытным
данным, количество тепла, переданное путем испарения и теплоотдачи, т. е. величину
Он (Н — t2) принимают от 1 до 3% Q.
Гидравлическое сопротивление холодильника (в м кислотного столба можно
рассчитать по уравнению:
Нтр = пш2 (а ± b(XI1-10)
где п — количество труб по высоте холодильника;
w — скорость кислоты в трубах, м/сек;
а — коэффициент, зависящий от способа соединения труб (а = 0,05—0,3);
b — коэффициент, зависящий от материала трубы и свойств протекающей
жидкости;
I — длина труб, м.
где dBH — внутренний диаметр трубы, мм;
Ьо — коэффициент, значения которого для различных труб приведены ниже:
Трубы Ьв
Свинцовые.............................. 0,0057
Чугунные и керамические ............... 0,0067
Стальные
для жидкостей, не вызывающих кор-
розии ............................0,005
для жидкостей, вызывающих слабую
коррозию ..................... . 0,0057
для жидкостей, вызывающих силь-
ную коррозию ................... 0,0064
3. кожухотрубные холодильники
В последние годы для охлаждения концентрированной серной кислоты и главным
образом олеума стали широко применяться кожухотрубные холодильники
(рис. XII-8).
Согласно нормам Главхиммаша НМХ-105—56 при разности температур между
корпусом и пучком труб до 50° С применяются кожухотрубные холодильники жесткого
типа; при разности температур свыше 50° С необходимо устанавливать компенсаторы.
Кожухетрубные холодильники весьма компактны, поставляются в собранном
виде, достаточно герметичны и для них не требуются дорогостоящие поддоны. Однако
в холодильниках такого типа практически не удается создать высокую скорость
кислоты и равномерно распределить воду по всем трубам. Кроме того, их ремонт
весьма сложен.
Для обеспечения прочности установки труб их развальцовка в решетке осуще-
ствляется в отверстиях с канавками (рис. ХП-9).
По высоте кожухотрубных холодильников установлены горизонтальные пере-
городки. Поступающая на охлаждение кислота совершает частичное поперечное дви-
жение в межтрубном пространстве, что улучшает теплообмен между кислотой и водой.
Для предотвращения аварий кислота в кожухотрубные холодильники подается
под большим напором, чем вода.
710
XII. Холодильники
В табл. ХП-2 приведена основная характеристика применяемых кожухотруб-
ных холодильников.
На Медногорском медносерном комбинате для охлаждения сушильных кислот
и моногидрата были использованы горизонтальные четырехходовые кожухотрубные
холодильники поверхностью 30 м*. Трубы изготовлены из стали марки Х18Н10Т.
Рис. ХП-8. Кожухотрубный хо-
лодильник для олеума (F =
= 300 л2):
1 — обечайка; 2 — перегородка;
3 — трубы; 4 — люк; 5 — трубная
решетка.
Рнс. ХП-9. Узел развальцовки
труб в кожухотрубном холо-
дильнике:
1 — виннпластовая труба с проре-
зями для перелива воды; 2— сталь-
ная промежуточная труба; 3— сталь-
ная труба, развальцованная в труб-
ных решетках холодильника; 4 —
трубные решетки.
В холодильнике размещены 16 развальцованных труб, приваренных наружным
швом к двум основным трубным решеткам.
При скоростях кислоты в трубах 0,5—0,7 м/сек и воды в межтрубном простран-
стве 0,05—0,1 м/сек коэффициент теплопередачи холодильника равен 100—
150 ккал/(м*. ч- град). Холодильники могут работать почти два года без аварийных
остановок.
3. Кожухотрубные холодильники
711
Таблица XI1-2. Характеристика кожухотрубных холодильников
Поверхность хо- лодильника, м* Габариты аппарата, леи Длина труб диаметром 38x2,5, леи Число труб с шагом 48 леи Вес холодиль- ника, кге
диаметр высота
125 800 6465 5000 227 4 359
265 1200 5350 4500 530 8 201
300 1200 8400 6000 447 9 988
360 1200 7440 бооо 511 9 258
540 1600 7470 6000 806 15 384
660 1600 7920 7000 843 17 771
Для расчета коэффициента теплопередачи в кожухотрубном холодильнике
можно принять = 1000 и = 2000 ккал/(м2- ч- град). Величиной 6/1 можно пре-
небречь.
Коэффициент теплоотдачи 04 в кожухотрубном холодильнике с поперечными
перегородками можно рассчитать по формуле:
cq = Л^0,б6сГ0'44 (ХП-11)
где А — коэффициент, зависящий от концентрации и температуры кислоты
(табл. ХП-З);
w — скорость кислоты в узком сечении пучка труб, м!сек\
d — наружный диаметр трубы, м.
Таблица ХП-З. Значение коэффициента А
Температура, °C Концентрация охлаждаемой кислоты, % Температура, °C Концентрация охлаждаемой кислоты, %
92 75 92 75
20 - 270 310 80 440 540
40 320 380 100 500 615
60 380 460 120 560 690
Величину коэффициента А, взятого по таблице, умножают на поправочные мно-
жители /д н f2- Множитель учитывает способ расположения труб, а /2 — движение
кислоты в трубах.
При шахматном расположении труб с разбивкой по шестиугольникам множи-
тель /д = 1,3. При коридорном расположении труб с разбивкой по прямоугольникам
значение fi~ 1,2. Поскольку кислота частично совершает поперечное движение,
следует вводить поправочный множитель /2 = 0,6; при полном поперечном движе-
нии /2 = 1.
Коэффициент теплоотдачи а2 определяют по формуле:
а2 = 50Г0’56 (ХП-12)
где Г — плотность орошения, которую можно принять равной примернр 500—
800 кг!(м- ч). __
В табл. XI1-4 приведены значения 04 и К при различной скорости кислоты w
для трубок диаметром 25 и 38 мм.
В кожухотрубных холодильниках трубки обычно располагают по вершинам
равносторонних треугольников, что позволяет разместить максимальное количество
трубок на решетке. Шаг трубок принимается в пределах (1,22—1,30) dH, где dH —
наружный диаметр трубок.
712
XII. Холодильники
Т а б л и ц а XI1-4. Значения К и ах
w, м/сек </=25 мм </=38 мм w, м/сек </=25 мм </=38 жж
а. X а, X а» К а, X
0,05 220 149 179 129 0,3 593 260 492 239
0,08 284 176 236 156 0,35 644 270 534 248
0,1 320 189 264 168 0,4 690 277 578 257
0,15 402 215 333 194 0,45 740 285 612 264
0,2 470 233 390 212 0,5 786 292 648 270
0,25 530 247 438 225
Для наиболее распространенных трубок установлен стандартный шаг:
Диаметр трубы, мм ... 25X2 38X2 57X2,5
Шаг разбивки, мм . . . . 32 48 70
Количество трубок, размещенных на решетке, определяют по уравнению:
л£>2
" = <хи-13>
где Ki — коэффициент заполнения, равный 0,70—0,85;
D — диаметр круга, на котором располагаются трубки, см;
t — шаг расположения трубок, см.
4. СПИРАЛЬНЫЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
Холодильники (рис. ХП-10) состоят из двух спиральных каналов, по одному
из них движется кислота, по другому — вода, зазор между спиралями 16 мм. Они
выполняются из стального листа толщиной 5 мм. В торцевые части холодильника
закладывается пруток диаметром 16 мм и заваривается качественными электродами.
Рис. ХП-10. Холодильник спиральный.
5. Аппараты воздушного охлаждения
713
Спиральные холодильники успешно используются на некоторых химических
комбинатах для охлаждения нитрозной кислоты в башенном процессе. При хорошем
обслуживании холодильники такого типа работают около трех лет без существен-
ного ремонта. Один раз в год требуется очистка кислотного канала от грязи и водного
канала от солей жесткости, ила и песка.
Для устранения возможной коррозии спиральных холодильников перед их
включением в работу поверхность спиралей подвергают пассивированию (стр. 701).
Тепловой баланс спиральных холодильников, составленный на Пермском хими-
ческом комбинате, показал, что средний коэффициент теплопередачи в новых холо-
дильниках при скорости воды 0,59 м/сек и скорости кислоты 1,31 м/сек составляет
454 ккал/(м2 ч-град). Через шесть месяцев работы он снижается до 99 ккалЦм* X
X ч- град), что обусловлено подачей в холодильники нефильтрованной речной воды.
К недостаткам спиральных холодильников относятся затрудненность ремонта,
необходимость периодической очистки каналов и применение отфильтрованной воды,
Преимущества спиральных холодильников: герметичность конструкции, ком-
пактность, большой коэффициент теплопередачи при минимальном расходе воды.
В результате обследования спиральных холодильников на башенных заводах
установлена следующая зависимость коэффициента теплопередачи от скорости
кислоты
К = 5ОО^0’765
в пределах скорости кислоты w до 1 м/сек и скорости воды 0,5—1,0 от скорости
кислоты.
5. АППАРАТЫ (ХОЛОДИЛЬНИКИ) ВОЗДУШНОГО
ОХЛАЖДЕНИЯ *
Аппараты воздушного охлаждения (АВ) состоят из ряда прямоугольных секций,
включающих поперечнооребренные биметаллические или монометаллические трубы.
Число труб в секции 4, 6 и 8. Секции труб в холодильниках АВЗ расположены в форме
«зигзага», т. е. под острым углом друг к другу и к горизонтальной опорной площадке.
Холодильники типа АВГ состоят из горизонтально расположенных секций.
Характеристика холодильников АВЗ и АВГ приведена ниже:
АВЗ АВГ
Диаметр, мм
труб (по гладкой поверхности) 25X2 25X2
наружный (по оребрению) . . . 49,0 или 56
Коэффициент оребрения .................... 9,0 или 14,6
Длина, м.......................... 6 4—8
Поверхность теплообмена (по оребре-
нию), л2 ....................... 2650—7500 850; 1250; 1800;
2500; 3550
Внутренние трубы холодильников могут выполняться из стали марок 10, 20,
Х5М, Х18Н10Т, Х17Н13М2Т, наружные трубы — из алюминия.
Секции аппарата монтируются на раме и закрепляются только с одного конца,
что обеспечивает свободное расширение элементов секций при нагревании. Опорная
рама вместе с секциями монтируется на бетонной опорной конструкции. На отдель-
ной раме устанавливается вентилятор с приводом, с помощью которого воздух про-
ходит через межтрубное пространство секций. Кислота, протекающая внутри труб,
охлаждается за счет теплообмена через ребристую поверхность труб.
Аппараты с воздушным охлаждением применяются для конденсации и охлажде-
ния парообразных и жидких сред с температурой до 475° С и при давлении до
64 кгс/см2.
* Изготовитель Таллинский ордена Трудового Красного Знамени машинострои-
тельный завод.
714
XII. Холодильники
В производстве серной кислоты рекомендуется применять холодильники в сле-
дующем исполнении:
Б1 — внутренняя труба (соприкасающаяся со средой) из стали 10, применяется
для охлаждения кислоты олеумного абсорбера;
Б2 — внутренняя труба из стали
Х18Н10Т — для моногидратного абсорбера;
БЗ — внутренняя труба из стали;
Х17Н13М2Т — для сушильной башни.
При испытании холодильника типа АВГ (трубы диаметром 25X2 мм из стали
Х18Н10Т) в башенном производстве серной кислоты получены следующие данные:
Поверхность труб, м2
гладкая ................................. 156
наружная .............................. 1800
Количество кислоты, м3/ч..................... 50
Температура кислоты, °C
на входе................................ 93
» выходе................................. 72
Скорость кислоты, м/сек..................... 0,72
Количество воздуха, м3/ч................... 230 000
Температура воздуха, °C
на входе................................. 14
» выходе................................. 50
Коэффициент теплопередачи по гладкой поверх-
ности К, ккал/(м2 -ч-град) ............... 400
В настоящее время при проектировании новых сернокислотных заводов преду-
сматривается установка аппаратов воздушного охлаждения типа АВЗ с наружной
поверхностью теплообмена 7500 и внутренней около 400 м2.
Эксплуатация аппаратов воздушного охлаждения позволит резко сократить
потребление воды и исключить строительство сооружений для охлаждения оборот-
ной воды, забора свежей и очистки сточных вод, что обеспечит значительную эко-
номию средств.
6. НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД
При нормальной работе контактного сернокислотного цеха вода из холодиль-
ников для кислот не должна содержать вредных примесей. Она считается условно
чистой и сбрасывается в водоемы без какой-либо предварительной очистки.
Однако в случаях утечки из холодильников и их ремонта кислота может попа-
дать в условно чистую воду. Вода становится кислой, и сбрасывать ее в водоемы не-
допустимо.
Имеется два способа нейтрализации сточных вод. Первый, наиболее рациональ-
ный способ заключается в организации системы водооборота со станцией нейтрали-
зации в цикле.
Вода из всех холодильников направляется по специальным водопроводам в при-
емные баки, откуда насосами подается в специальные градирни для охлаждения,
затем собирается в сборники и с помощью насосов передается по трубопроводам
в холодильники.
При обнаружении кислотности воды автоматически включается станция ней-
трализации цикла водооборота и в воду добавляются нейтрализующие добавки (мел,
известковое молоко).
Для восполнения потерь воды вследствие испарения, розливов, отборов проб
и т. д. в цикл водооборота систематически добавляется некоторое количество свежей
воды.
6. Нейтрализация сточных вод
715
Система водооборота наиболее рациональна, так как она устраняет возможные
сбросы кислых условно чистых вод, а также исключает сброс даже чистых, но теплых
и обедненных кислородом вод, отрицательно действующих на фауну и флору водо-
емов.
Новые сернокислотные заводы проектируются и строятся с системами водо-
оборота.
Другой способ — это строительство при сернокислотных цехах местных (ло-
кальных) станций нейтрализации. Такая станция имеет сборник большой емкости
с мешалкой (обычно железобетонный, заглубленный ниже уровня земли) и баки для
приготовления и хранения над сборником нейтрализующего содового или извест-
кового раствора.
Поддоны оросительных холодильников разделены на изолированные друг от
друга секции. Каждая секция поддона имеет два выхода воды: один в канализацию
условно чистых вод, сбрасываемых в водоемы, другой — аварийный сброс на местную
станцию нейтрализации. Патрубок для сброса воды в условно чистую канализацию
расположен на 5—7 см выше патрубка сброса на местную станцию нейтрализации,
который в нормальных условиях закрыт специальным клапаном. Этот клапан от-
крывает или закрывает патрубок с помощью автоматического устройства, работаю-
щего от датчика — сигнализатора кислотности воды на поддоне. При появлении
кислотности воды клапан автоматически открывается и вода начинает поступать
через патрубок в сборник местной станции нейтрализации. При этом за счет разности
высот расположения патрубков уровень воды на поддоне снижается и вода пере-
стает поступать через более высокий патрубок в канализацию условно чистых вод.
Также автоматически открывается клапан на баке с нейтрализующим раствором.
В сборник станции нейтрализации начинает поступать нейтрализующий раствор,
количество которого регулируется по pH-метру, установленному на трубопроводе
выходящей из сборника воды. Кроме того, включается в работу мешалка. Из сбор-
ника нейтрализованная вода поступает в условно чистую канализацию или в шламо-
накопитель заводской станции нейтрализации.
ЛИТЕРАТУРА
Амелин А. Г., Производство серной кислоты, Изд. «Химия», 1964.
Живайк ин Л. Я., Волгин Б. П. Коэффициенты теплопередачи в серно-
кислотных холодильниках, Вестник НИИТЭХИМ, № 7—8, ПО (1962).
Малин К. М., Технология серной кислоты, Госхимиздат, 1950.
Плановский А. Н., Ра мм В. М., Каган С. 3., Процессы и аппараты
химической технологии, Изд. «Химия», 1968, стр. 411.
Р а м м В. М., Теплообменные аппараты, Госхимиздат, 1941.
Семилет 3. В., Оросительные теплообменники химических производств,
Машгиз, 1961.
Собчук Ю. П., ЖХП, № 9, 12 (1950).
Хоблер Т., Теплопередача и теплообменники, Госхимиздат, 1961.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Международная система единиц — СИ (или SI—Sistema International) вве-
дена в СССР с 1 января 1963 г. как предпочтительная (ГОСТ 9867—61). Основными
единицами этой системы являются: метр, килограмм, секунда, градус Кельвина,
ампер, свеча; дополнительными единицами — радиан и стерадиан (соответственно
для плоского и телесного углов). Производные единицы СИ, образуемые из основных,
применяются для измерения механических, тепловых, электрических и других ве-
личин.
Допускается также применение системы МКГСС, в основу которой положены
метр, килограмм-сила, секунда, и системы СГС, основные единицы которой — санти-
метр, грамм, секунда, дополнительные — градус Кельвина и свеча.
Основные н дополнительные единицы Международной системы единиц
Величина Единица измерения Сокращенные обозначения
русские латинские
Осн овные единицы
Длина Метр М m
Масса Килограмм кг kg
Время Секунда сек s
Сила электрического тока Ампер а А
Термодинамическая темпера- Градус Кельвина °К °К
тура
Сила света Свеча св cd
Дополи ительные единицы
Плоский угол Радиан рад rad
Телесный угол Стерадиан стер sr
Приложение
717
Важнейшие производные единицы измерения физических величин
по Международной системе единиц
Величина Название Сокращенное обозначение Размерность
м ехаиические ед И И И ц Ы
Площадь Квадратный метр Л2 Щ2
Объем Кубический метр Л3 JW3
Скорость Метр в секунду м/сек м -сек-1
Ускорение Метр иа секунду в квадрате м/сек2 М'Сек~2
Сила Ньютон н м-кг- сек- 2
Давление (напряжение) Ньютон на квадрат- ный метр н/м2 м~1-кг-сек~2
Плотность Килограмм иа куби- ческий метр кг/м3 м~3-кг
Удельный вес Ньютон на кубиче- ский метр н/м3 м~2-кг-сек~2
Удельный объем — — м3'кг-1
Работа и энергия Джоуль дж м2 'кг'сек~2
Мощность Ватт вт м2-к2'сек-3
Частота Герц гц сек-1
Угловая скорость Радиан в секунду рад/сек сек-1
Угловое ускорение Радиан иа секунду в квадрате рад/сек2 сек-2
Динамическая вязкость Ньютон-секунда на квадратный метр н-сек/м2 м~1 • кг • сек"1
Кинематическая вяз- кость Квадратный метр на секунду м2/сек л2 • сек-1
Поверхностное иатяже- Ньютон иа метр н/м кг-сек-2
ние
Тепловые един и ц ы
Количество теплоты, Джоуль дж м2-кг-сек-2
термодинамический по- тенциал (внутренняя энергия) Удельная теплота фазо- вого превращения, хи- мической реакции
Джоуль иа кило- грамм дж/кг м2 • сек- 2
Коэффициент линейного — — град-1
и объемного расшире- ния
Теплоемкость системы Джоуль на градус дж/град м2'Кг'Сек~2Х X град-1
Удельная теплоемкость Джоуль на кило- дж/(кг 'град) №-сек-2Х
грамм-градус Хград-1
Мольная теплоемкость Джоуль иа кило- дж/(кмольХ м2'Кг-сек-2Х
моль-градус X град) Хград-1
Энтропия системы Джоуль иа градус дж/град м2'Кг-сек-2Х Хград-1
Удельная энтропия Джоуль иа кило- грамм-градус дж/(кг-град) м2'сек-2Х Хград-1
718
Приложение
Продолжение
Величина Название Сокращенное обозначение Размерность
Тепловой поток Поверхностная плот- ность теплового по- тока Коэффициент теплоотда- чи, теплопередачи Температурный градиент Коэффициент теплопро- водности Ватт Ватт на квадратный метр Ватт на квадратный метр-градус Градус на метр Ватт на метр-градус вт вт/м2 вт/(м2 град) град/м в mJ (м-гр ад) м2 •кг-сек~ 3 кг • сек~ 3 кг-сек~3Х X град'2 м~1-град м-кг-сек~9Х Хград'1
Электрические единицы
Количество электриче- Кулон (или ампер- к (а •сек) сек-а
ства (электрический заряд) секунда)
Поверхностная плот- ность электрического заряда Кулон на квадратный метр — м~2 -сек а
Плотность электрическо- го тока Ампер на квадратный метр а/м2 м'2-а
Разность электрических потенциалов (электри- ческое напряжение, э. д. с.) Вольт в м2- кг-сек~3Х Ха'1
Электрическая емкость Фарада Ф м~2-кг'1Х > Хсек*-а2
Электрическое сопротив- ление Ом ом м2-кг-сек~3Х Ха~2
Электрическая проводи- мость Сименс сим м~2 'кг~1Х X сек3 • а2
Напряженность электри- ческого поля Вольт на метр в!м м-кг-сек~9Х Ха-1
Диэлектрическая прони- цаемость Фарада на метр ф/м л"3-кг-1Х X сек!1 а2
Электрическое смещение (электрическая индук- ция) Кулон на квадратный метр к/м2 м~2-сек-а
Поток электрического смещения (электриче- ской индукции) Кулон (ампер-секун- да) к (а • сек) сек-а
Приложение
719
Внесистемные единицы. Внесистемными называются единицы измерения физи-
ческих величин, введенные назависимо от систем единиц, а также единицы, являю-
щиеся кратными и дольными основных и производных единиц разных систем.
Кратные и дольные единицы по ГОСТ 7663—55 образуются путем умножения
или деления единиц СИ (или других систем) на число 10 в соответствующей степени.
Кратные и дольные единицы времени и углов образуются по особому стандарту.
Десятичные приставки для образования кратных и дольных единиц
(ГОСТ 7663—55)
Приставки кратных единиц Числовое значение Обозначение Приставки дольных единиц Числовое значение Обозначение
русское между- народное русское между- народное
Тера 1012 Т т Деци 10"1 д d
Г ига ю9 г G Санти 10-2 с с
Мега 10е м М Милли 10'3 м m
Кило 103 к k Микро 10-е мк ц
Гекто ю2 г h Нано 10-9 н и
Дека ю1 да da Пико Ю-12 п Р
В соответствии с государственными стандартами ГОСТ 9867—61 («Международ-
ная система единиц»), ГОСТ 7664—61 («Механические единицы»), ГОСТ 8550—61
(«Тепловые единицы») и ГОСТ 8849—58 («Акустические единицы») допускается,
кроме кратных и дольных единиц, применение ряда внесистемных единиц.
Допускаемые внесистемные единицы
Величины Внесистемные единицы Сокращенное обозначение Соотношение с единицами СИ (и другими)
Длина Микрон МК IO’6 М
Масса Ангстрем к 10~10 м
Тонна m 103 кг
Центнер Ц Ю2 кг
Моль моль —
Время Минута мин 60 сек
Час ч 3600 сек
Сутки — 86 400 сек
Год — 3,16-Ю7 сек
Плоский угол Градус (°) 1,75-10~2 рад рад^
Минута (') 2,91-10 ‘ рад (IS0 60 рад)
Секунда (") 4,85.10 • рад ('.вд.зда род')
720
Приложение
Продолжение
Величина Внесистемные единицы Сокращенное обозначение Соотношение с единицами СИ (и другими)
Угол Оборот об 2л рад
поворота Угловая скорость Оборот в минуту об! мин рад/сек
Оборот в секунду об/сек 2л рад/сек
Площадь Ар а 102 м2
Гектар га 104 л2
Объем Литр Л 1,000028-10“ 3 м3
Сила Тонна-сила тс 9,80665-103 н
Давление Бар бар 10® н/м2
Миллиметр мм рт. ст. 133,322 н/м2
ртутного столба Миллиметр мм вод. ст. 9,80665 н/м2
• вод. ст. Техническая ат (кгс/см2) 9,80665-104 н/м2
атмосфера
Физическая атмосфера атм 1,013-10® н/м2 (1,033 ат)
Мощность Лошадиная Л. с. 735,499 вт (75 кгс- м/сек)
сила
Работа Ватт-час вт-ч 3,6-103 дж
и энергия Электрон- эв 1,60-10”18 дж
вольт
Мегаэлектрон- Мэв 1,60-10"13 дж
вольт
Литр- атмосфера л-ат 98,06 дж
.техническая
Литр- л-атм 101,3 дж
атмосфера физическая
Теплота Калория кал 4,1868 дж
Удельная Калория кал!г 4,1868-103 дж/кг
теплота на грамм
(фазовых Килокалория ккал/кг 4,1868-103 дж/кг
превраще- ний и хи- на килограмм
мических реакций)
Тепло- Калория кал/г рад 4,1868 дж/град
емкость. на градус
и энтропия Килокалория ккал/град 4,1868-103 дж/град
системы на градус
Удельная Калория на кал/(г ‘град) 4,1868 • 103 дж/(г • град)
тепло- грамм-градус
емкость Килокалория ккал/(кг-град) 4,1868• 103 дж/(г-град)
и удельная на килограмм-
энтропия градус
Приложение
721
Продолжение
Величина Внесистемные единицы Сокращенное обозначение Соотношение с единицами СИ (и другими)
Теплопро- водность Калория на сантиметр- секунду- градус Килокалория на метр-час- градус Калория в секунду Килокалория в час Вольт на сантиметр кал! (см • сек • град) 4,1868 • 102 вт/(м ^град)
Тепловой поток Напряжен- ность элек- трического поля ккал/(м-ч-град) кал/сек ккал/ч в/см 1,163 вт/(м-град) 4,1868 вт 1,1630 вт 100 в/м
Соотношение некоторых механических единиц
Международной системы и других систем
Величина Единицы других систем Соотношение с единицами СИ
название сокращенное обозначение
Масса Грамм г 10"3 кг
Техническая единица массы т. е. м. 9,81 кг
Сила Дина дин 10“6 к
Килограмм-сила кгс 9,81 н
Работа Эрг эрг 10"7 дж
Килограмм-сила-метр кгс-м 9,81 дж
Мощность Эрг в секунду эрг/сек 10"7 вт
Килограмм-сила-метр в се- кунду кгс • м/сек 9,81 вт
Давление Дина на сантиметр ква- дратный дин/см2 0,1 н/м2
Килограмм-сила на метр квадратный кгс/м? 9,81 н/м2
46 Справочник сернокислотчнка
722
Приложение
Соотношение некоторых электрических единиц
Международной системы и систем СГСЭ и С ГСМ
Величина Система единиц Соотношение с единицами СИ
Сила тока СГСЭ 1 ед. = 3,33-Ю1» а
сгсм 1 ед. = 10 а
Количество электричества * СГСЭ 1 ед. = 3,33-10“19 к
сгсм 1 ед. = 10 к
Электрический заряд СГСЭ 1 ед. = 3,33-10-9 к
сгсм 1 ед. = 10 к
Электродвижущая сила СГСЭ 1 ед. = 300 в
сгсм 1 ед. — 10“8 в
Напряженность электрического поля СГСЭ 1 ед. = 3 -104 в/м
сгсм 1 ед. = 10“6 в/м
Электрическое сопротивление СГСЭ 1 ед. = 9 - 10й ом
сгсм 1 ед. = 10“9 ом
Электрическая емкость СГСЭ 1 ед. = 1, И • 10“1а ф
сгсм 1 ед. = 109 ф
* 1 а сек = 1к; 1 а ч = 3600 к.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абсорберы
барботажный 616, 617
моногидратный 592
олеумный 593, 596
распыл ивающий (APT) 615, 616
Абсорбция
двуокиси серы 609, 613 сл.
окислов азота 632 сл.
трехокиси серы 560, 586, 598, 605,
617
Автоматизация
контактных аппаратов 577 сл.
концентрирования кислоты 690 сл.
печей КС 380, 381
промывного отделения 494 сл.
сушильно-абсорбционного отделе-
ния 598 сл.
сушильного барабана 342 сл.
Агрегат рыхления колчедана 313
Азот
вязкость 10; 11
давление насыщенных паров 12
окислы см. Окислы азота
плотность 10, 11
растворимость в воде 13, 14
----H2SO4 15
содержание в сухом воздухе 8
теплоемкость 18 сл.
теплопроводность 10, 11
энтальпия 18 сл.
Азотная кислота
давление паров 147
изобарный потенциал 145
качество 150
концентрированная 150
коэффициент активности раство-
ров 146
кристаллогидраты 145
плотность 144, 146
предельно допустимая концентра-
ция 146
растворимость в H2SO4 и олеуме 149
температура кипения 144, 146
46*
Азотная кислота
температура кристаллизации 149
— плавления 144, 145
теплота испарения 144
— образования 145
— плавления 144, 145
— разбавления 145
— растворения безводной 148
— смешения с SO3 и H2SO4 149
теплоемкость 148
токсические свойства 146
энтропия 145
Аккумуляторная серная кислота 607 сл.
Активность контактной массы 506,
507, 512, 515 сл., 529
Алюминий 201
коррозионная стойкость 173, 174
свойства 168
Андезит 173, 174, 176
Антегмит 704
Аппараты воздушного охлаждения
(АВ) 713
Арзамит замазки 194, 195, 200
Арсин см. Мышьяковистый водород
Асбест 175, 176
Асбоцемент 435, 437
Баланс
материальный см. Материальный
баланс
тепловой см. Тепловой баланс
Барабан холодильный 394, 395
Барабанные сушилки 341
автоматизация 342 сл.
бункеры и питатели 341 сл.
производительность 339, 341
распределение температуры 339, 340
расчет 338 сл.
Барабаны-концентраторы барботаж-
ные 704
Башенная серная кислота, производ-
ство
абсорбция окислов азота 632, 633
724
Предметный указатель
Башенная серная кислота, производ-
ство
аппаратура 636 сл., см. также
Башни
денитрация нитрозы 635, 636
интенсивность нитрозного процесса
635
очистка отходящих газов 470 сл.
расходные коэффициенты 653 сл.
состав отходящих газов 470
тепловой баланс 652
технологический режим 644, 650 сл.
Башни
абсорбционные 637, 643, 656, см.
также Абсорберы
деннтрационная 637, 638, 656
затворы гидравлические 639 сл.
количество орошения 487, 492
конденсационная 597
крышки 640, 641
материалы 156, 157
насадка 641 сл.
окислительная 637, 644, 656
плотность орошения 487
продукционные 157, 637, 638
производительность 492, 493
промывные 156, 487, 489 сл.
размеры 492, 493, 637, 656
санитарная 473
сушильная 591
схемы орошения 582 сл., 595,
650, 657
футеровка 637, 638
Бетон
жароупорный 187, 354
кислотоупорный 185, 186
Бештаунит 173, 176
Биметалл 162
Бисульфит аммония 614 сл.
— натрия 613
Бочки для серной кислоты 211, 212
Бронзы
коррозионная стойкость 173, 174
марки и химический состав 167
свойства 168
Бункеры 341, 342, 442
для огарка 156
плавилка 316
размеры отверстий 314
разрушение сводов колчедана 315
расчет 314, 315
типы 314, 315
Бутыли для серной кислоты 211 сл.
Вакуум-концентратор 678
Вакуум-насосы водокольцевые 235,236,
2ЙЗ сл.
Ванадила сульфат 140
Вентили к кислотопроводам 282, 283,
287 сл.
Вентиляторы 235, 236, 247
осевые 244, 245
центробежные см. Центробежные
вентиляторы
Вентури трубы 449 сл., 695 сл.
Весовые устройства
автоматические типа ЛТ 345
весомер 345, 346
подвесные рычажные 345
характеристика 344
электронный сигнализатор уровня
346
Вибраторы 312, 315, 316
Виброразгрузчик ДП-6с 310 сл.
Винипласт
коррозионная стойкость 199
прокладки 201
свойства 187, 188
трубы и фланцы 266 сл.
Вода, свойства 23 сл.
Водопоглощение
кислотоупорной керамики 177, 179,
180
плавленых материалов 182
Водопроницаемость кирпича 177
Водород 9
вязкость 10, 11
плотность 10, 11
растворимость в, воде 14
-------H2SO4 15
содержание в сухом воздухе 8
теплоемкость 18 сл.
теплопроводность 10, 11
энтальпия 18 сл.
Водяной пар '
вязкость 25
давление 28 сл.
насыщенный 31 сл.
перегретый 34 сл.
плотность 28 сл.
теплоемкость 26, 27
теплопроводность 25
теплота парообразования 28 сл.
удельный объем 28 сл.,
энтальпия 26 сл.
Воздух 9
вл а поддержание 15 сл.
влажный, расчет 13
высушивание и увлажнение 22
плотность 15 сл.
растворимость в воде 13.
-------H4SO4 8
сухой, состав 8
теплоемкость 18 сл.
Предметный указатель
725
Воздух 9
энтальпия 15, 18 сл.
Воздуходувки 235, 236, 253 сл.
Воздухопроводы, коэффициенты мест-
ных сопротивлений 238 сл.
Воздухосборники 252
Время контактирования 513, 517 сл.,
524 сл., 530
в адиабатическом процессе 518,
521 сл., 528
— изотермическом процессе 518,
541 сл.
— оптимальных условиях 530, 538,
541 сл.
— псевдоожиженном слое 526 сл.
минимальное 535
расчет 556 сл.
Встряхивающий механизм 460
Вустит см. также Закись железа
температура плавления 58
теплота образования 58
энтропия 58, 59
Высококремнистые сплавы 162, 164
Высоколегированные стали
коррозионная стойкость 170, 171,
174, 175
марки и химический состав 160, 161
применение 156, 157 сл., 261, 262
свойства 164
Высокохромистые сплавы 162, 164
Высушивание воздуха 22
Вязкость
азота 10, 11
водорода 10, 11
воды 23, 24
водяного пара 25
двуокиси серы 69, 70
— углерода 10, 11
единицы измерения 717
жидкого сероводорода 51, 52
жидкий серы 40, 42, 43, 45
кислорода 10, 11
мазута 663
нитрозы 629
окиси углерода 10, 11
олеума 97
паров серы 48, 49
растворов H2SO4 96, 97
трехокиси серы 83
Газовая сера, состав 297
Газоочистные аппараты
гидравлическое сопротивление 426,
429
инерционные пылеотделители 428,
429
пенные пылеуловители 445 сл.
Газоочистные аппараты
стоимость 429
турбулентные газопромыватели
449 сл.
центробежные скрубберы ВТИ
442 сл.
циклоны см. Циклоны
электрофильтры см. Электро-
фильтры
Газопроводы
задвижки 284, 290 сл.
компенсаторы 275, 276
конструкции 672
коэффициенты местных сопротив-
лений 238 сл.
материалы 156, 272 сл.
опоры 276 сл.
размеры труб 260, 261
Газораспределительная камера цик-
лона 441
Газорегулировочное устройство (ГРУ)
668
Газы
запыленность 436, 437
нефтяные 665
осушка 582 сл., 598 сл.
очистка см. Очистка газов
плотность 9 сл., 15 сл., 51, 52,
67, 69, 83, 142, 665, 666
природный 665
промышленные 297
рассеивание в атмосфере 610 сл.
сероводородные 409 см. также Се-
роводород
теплоемкость 18 сл., 51, 53, 67,
70, 72, 80, 84, 143, 521.
теплота сгорания 51, 665, 666
топочные 443
Гематит (Железный блеск) 61, 62
Гидравлическое сопротивление
газоочистных аппаратов 426, 429
катализатора 516, 517, 550, 558, 559
кипящего слоя 364 сл., 371, 377, 392
мокрых электрофильтров 469
мультициклонов 437
насадки башен 641 сл.
огарковых электрофильтров 459
пенных пылеуловителей 447, 448
пневмолинин колчедана 362, 363
пылеулавливающих установок 460
трубы Вентури 450
холодильника, расчет 709
циклонов 433, 451
электрофильтра ПИК 463
— М 464
— ШМК 469
Гидролизная кислота 694
726
Предметный указатель
Гидролиз нитрозилсерной кислоты 625,
626
Горелки
газо-мазутная 671
погружная 693, 694
Гранулометрический состав
колчедана 332
молотой серы 296
песка или гравия 338
руды 338
рядового колчедана 294
флотационного колчедана 296
Грейферные мостовые краны 298
Грохоты
барабанные 336
вибрационные 337
жироскопические 337
техническая характеристика 336 сл.
Давление паров
азота 12
азотной кислоты 147
воды 28 сл.
водных растворов H2SO4 107 сл.
двуокиси серы 70, 71(> 75, 76
— углерода 12
диссоциированного сульфида же-
леза 55
диссоциированных сульфатов* каль-
ция и железа 65, 66
— окислов железа 56, 61, 66
единицы измерения 717, 720, 721
жидкого сероводорода 52
жидкой SO3 80, 83
кислорода 12
метана 12
модификаций SO3 81
над растворами H2SO4 109, НО
окислов азота над нитрозой 626 сл.
— мышьяка и селена 138, 139
серной кислоты 85
серы 40 сл., 47
— над пиритом 56
трехокиси серы над олеумом 111
Двуокись азота
полимеризация 622, 623
предельно допустимая концентра-
ция 141, 610
свойства 141 сл.
Двуокись селена 135
давление паров 138, 139
растворимость в воде 138
-------H2SO4 139
теплота образования 135
токсические свойства 139
Двуокись серы
абсорбция 609, 613 сл.
Двуокись серы
в производстве бисульфитов 613 сл.
восстановление селена 498, 500
вязкость 69, 70
давление паров 70, 71
диэлектрическая проницаемость 68
изобарный потенциал 67, 72
качество 68
коэффициент линейного расшире-
ния 68
— сжимаемости 68
критические константы 67
окисление см. Окисление двуокиси
серы
отношение CpICv 69
плотность 67, 69
поверхностное натяжение 69
поглощение водой и серной кисло-
той 78
показатель преломления 68
предельно допустимая концентра-
ция 68, 610
растворимость в воде 74
---- органических растворите-
лях 73
----H2SO4 77
содержание в отходящих газах
297, 475, 476
температура конденсации 67
— кристаллизации 67
теплоемкость 67, 72
теплопроводность 69, 73
теплота испарения 67, 71
— образования 67
— окисления 501
— плавления 67
токсические свойства 68
удельный объем 71
электропроводность 68
энергия активации 505, 514
энтальпия 71, 72
энтропия 67, 71
Двуокись углерода 9
вязкость 10, 11
давление паров 12
плотность 10, 11
растворимость в воде 14
----H2SO4 15
содержание в сухом воздухе 8
теплоемкость 18 сл.
теплопроводность 10, 11
энтальпия 18 сл.
Двусернистое железо
состав 294 см. также Пирит и
Марказит
Двухслойная листовая сталь (биме-
талл) 162
Предметный указатель
727
Денитрация нитрозы 635, 636
Диаграмма кристаллизации системы
SO3—Н2О 104
Диффузор 361
Диэлектрическая проницаемость
воды 23
двуокиси серы 68
ромбической серы 39
серной кислоты 86
трехокисн серы 80
Дробилки
валковые 332, 335
конусные 332, 334, 335
молотковые однороторные 332, 336
техническая характеристика 332
щековые 332, 333
Дутьевые устройства печей КС 375
Дымовые трубы 255 сл., 611 сл.
Дымососы 235, 236, 246, 247
Единицы измерения
внесистемные 719 сл.
дольные и кратные 719
механические 717, 721
системы СГС 722
— СИ 716 сл.
тепловые 717, 718
электрические 718, 722
Железо сернистое, см. Сульфид же-
леза
Желоба 271, 272
Жесткие подвесные дороги (монорель-
сы) 329 сл.
Зависание колчедана 315
Завихрители 436, 437
Задвижки газопроводов 284, 290 сл.
Закись азота
растворимость в воде 141
— в серной кислоте 144
свойства 142, 143 ,
токсичность 141
Закись железа, см. также Вустит
основные константы 58
теплоемкость 58, 59
термодинамические свойства 59
Закись-окись железа
давление диссоциации 61
основные константы 59
теплоемкость 60
термодинамические свойства 60
Замазки
арзамит 194, 195, 200
силикатные 156 сл., 183 сл.
Запыленность обжиговых газов 455,
456
Затворы 442
гидравлические 639 сл.
горизонтальные 317
дисковые (задвижка) 317, 318
клапанный 379, 380
плоские (шиберные) 317
секторные 317, 318, 379
челюстные 318
Звездочки разбрызгивающие 645 сл.
Изобарный потенциал
азотной кислоты 145
безводных сульфатов 63
вустита 58, 59
гидроокиси железа 58
двуокиси серы 67
изменение при окислении серы 72
магнетита 60
окиси железа 61, 62
окислов азота 143
— ванадия 140
— мышьяка и теллура 136
основных модификаций SO3 81
серной кислоты 85, 86
сероводорода 51
твердой серы 39
трехвалентного железа 62
трехокиси серы 80
Изоляторы фарфоровые гирляндовые
470
Изохора диссоциации серной кислоты
86
Интенсивность
нитрозного процесса 635, 650
печей обжига 354, 359, 360, 370, 371
Ионное произведение воды 23
Каменное литье 181, 182
Каплеуловители, расчет 451
Катализаторы окисления SO2 см. Кон-
тактные массы
Кварцевое стекло 181 сл.
Кварцит 175, 176
Кипящий слой
гидравлическое сопротивление 364
сл., 371, 375, 377, 392
порозность 365
Кирпич кислотоупорный 177
Кислород 9
вязкость 10, 11
давление паров 12
плотность 10, П
растворимость в воде 13, 14
— в H2SO4 15
содержание в сухом воздухе 8
теплоемкость 18 сл.
728
Предметный указатель
Кислород 9
теплопроводность 17
энтальпия 18 сл.
Кислородные установки низкого дав-
ления 257, 258
Кислотомеры щелевые 648, 649
Кислотопроводы
вентили 282, 283, 287 сл.
коэффициенты местных сопротив-
лений 215 сл.
краны 282, 285, 286
конструкционные материалы 157
опоры 276, 278 сл.
пропускная способность 214
расчет 214, 216
размеры труб 260 сл.
Кислотостой кость
винипласта 199
графита пропитанного 197, 200
графитопластов 197, 200
замазок арзамит 200
керамических кислотоупоров 177
колец Рашига 179, 180
металлов и сплавов 168 сл.
наполнителей кислотоупорных ком-
позиций 176, 185
насосов 223
плавленых материалов 181 сл.
показатели 168, 169
полипропилена 200
полиэтилена 199, 200
природных кислотоупоров 176
резин 200
стеклотекстолита 196, 200
фаолита 194, 200
фарфора кислотоупорного 180
фильтровальных тканей 200
фторопластов 192, 200
Кислотоупорные композиции
бетон 185, 186
цементы и замазки 156 сл., 183 сл.
Кислотоупорные материалы
керамические 177 сл.
природные 173 сл.
фарфор 180, 181
эмаль 182, 183
Клапаны
мембранный 409, 411
предохранительный 673
Ковелин, свойства 57
Колонна концентрационная 677
Колчедан серный см. также Пирит
агрегат для рыхления 313
влажность 332
время разгрузки 312
гранулометрический состав 296, 332
дробление 332
Колчедан серный см. также Пирит
измельчение 298
качество 295
минералогические формы 294
насыпная плотность 296
обжиг см. Обжиг колчедана
пневмоподача в печи 361 сл.
погрузочные машины 308
разгрузка 298, 301
рядовой см. Рядовой колчедан
скорость горения 351
смерзаемость 296
состав 294 сл.
сушка 338 сл.
сыпучесть 301
теплота горения 351
углистый 296, 349, 352
угол естественного откоса 296
флотационный 294, 352, 361 сл.
хранение 298, сл. см. также Склады
Кольца Рашига
керамические 178, 179
полуфарфоровые 180
Комплекс-аппарат 471, 473
Конвейеры
винтовой 393
ленточные 321 сл.
пластинчатые 326 сл.
расчет ленты на прочность 325
с криволинейной трассой 321
— погруженными скрёбками 395 сл.
со стальной лентой 325, 326
техническая характеристика 322 сл.,
327
Конверторные газы, запыленность 455,
456
Конденсатор смешения 679, 680
Константа(ы)
диссоциации
сернистой кислоты 73
серной кислоты 85
ионизации раствора гидроокиси же-
леза 58
криоскопическая 68, 86
критические см. Критические кон-
станты скорости реакции
восстановления селена 498
окисления SO2 513, 514
равновесия окисления
NO 622, 623
NO2 623
SO2 501, 502
термической диссоциации воды 23
Контактная серная кислота, произ-
водство
автоматизация 494 сл., 577 сл.,
598 сл.
Предметный указатель
729
Контактная серная кислота, произ-
водство
аппаратура см. Контактные аппа-
раты и Теплообменники контакт-
ного узла
из колчедана 482 сл.
— отработанной кислоты 413 414,
— сероводорода 482, 485
— серы 482, 484
капитальные затраты 618
кислотооборот 582 сл.
контактные узлы 559 сл.
мокрым катализом 297, 569 сл.
нейтрализация сточных вод 714, 715
обжиг сырья 332 сл.
объем 294
окисление SO2 см. Контактное окис-
ление SO2
очистка отходящих газов 470 сл.
показатели 617 сл.
расходные коэффициенты 609, 619
с двойным контактированием 484,
560, 561, 572, 573
схемы 482 сл.
короткая 568
«Лурги» 560, 561
СО 482, 484
сырье см. Колчедан серный, Сера,
Сероводород
улучшенных сортов 602 сл.
Контактно-башенная система 655 сл.
Контактное окисление SO2 501 сл.
автоматизация 577 сл.
аппаратура см. Контактные аппа-
раты
влияние массопереноса 514, 515
время контакта см. Время контак-
тирования
двойное 484, 560, 561, 572, 573
зависимость от давления 505
катализаторы 505 сл., см. также
Контактные массы
кинетика 513 сл.
константы равновесия 501, 502
неравномерность температур 547 сл.
оптимальные
количество воздуха 532
— катализатора 531
концентрация SO2 533, 534
режимы 538, 541 сл.
температура 529, 532 сл.
отвод тепла 532, 533
отклонения от оптимальных усло-
вий 548
степень превращения 502 сл., 519,
520, 522 сл., 528, 530, 533, 538,
541 сл., 551 сл., 568, 571
Контактное окисление SO2 501 сл.
теплота реакции 501
энергия активации 505, 514
Контактные аппараты 534 сл., 559 сл.
автоматизация 577 сл.
адиабатические 535 сл.
для газов
из колчедана и сульфидов
561 сл., 579, 580
— серы и сероводорода 569 сл.
концентрированных 571 сл.
для мокрого катализа 569 сл.
КВ 566, 567
комбинированной системы 655
конструкция 534
КЦТ 565, 568
К-39 562, 563, 568, 580
К-85-5 563, 564, 568
«Лурги» 560, 561
материальный баланс 535
материалы для изготовления 158
однослойный 572
оптимальный режим 523 сл., 529 сл.,
538, 541 сл.
производительность 534, 559, 563,
566, 568, 571, 576
пятислойные 553 сл., 563, 564,
569, 571
расчет 535 сл., 549 сл., 553 сл. .
с вводом холодного газа и воздуха
538 сл., 560, 570, 571
— внутренним теплообменом 550 сл.,
559, 578 сл.
— выносным теплообменником 563
— с двойным контактированием
560, 561, 572, 573
— с кипящим слоем 552, 572, 573,
580, 581
— промежуточным теплообменом
535 сл., 545, 560 сл., 569 сл.,
577, 578
устойчивость 544 сл.
четырехслойные 560, 562, 568 сл.,
580
Контактные массы
активность 506, 507, 512, 515 сл.,
529
БАВ 505 сл., 512 сл., 516
ванадиевые 505 сл., 513 сл., 529
ИК 507
КС 507
коэффициент запаса 549, 550
методы испытания 507 сл.
носители 505 сл.
определение объема 549, 556 сл.
отравление 497, 515 сл.
платиновые 505, 506, 515, 529
730
Предметный указатель
Контактные массы
плотность 512
порозность 517
СВД 566, 507, 516
СВНТ 507
СВС 507
сушка и насыщение 512
термическая устойчивость 511, 512
форма зерен 505 сл., 516, 517
Контейнеры для серной кислоты 211,
212
Концентратомер КСО-3 692
Концентраторы
барботажные 682 сл.
.вакуумный 678
Вентури 696, 697
с погружной горелкой 694
Концентрирование серной кислоты
673 сл.
автоматизация 689, 692
в барботажных аппаратах 682 сл.
— башенных установках 681, 682
— вакуум-установках 675 сл.
— капельных установках Вентури
695 сл.
— колоннах 676 сл.
— омываемых трубах 680, 681
— ретортах 674
гидролизной 593 сл.
Двухступенчатое 678
комбинирование 697, 698
расходные коэффициенты 674, 679,
681, 682, 686, 694, 697
с внешним обогревом 674 сл.
— непосредственным нагревом
681 сл.
— погружными горелками 693 сл.
Компенсаторы 275, 276
Компрессоры 235, 236, 251, 252
Коробки
газовая 638, 639
кислотная 639
Коронирующие и осадительные элек-
троды 452, 456, 459
Котлы-утилизаторы
водотрубные 420 сл.
газотрубные (ГТКУ) 419, 420, 423
для запыленного газа 418 сл.
— чистого газа 415 сл.
ПКС 417, 418
производительность 417 сл., 423
расчет поверхности 386
СКУ 416 сл.
схемы циркуляции 418 сл.
Коэффициент(ы)
активности
азотной кислоты 146
Коэффициент(ы)
активности
серной кислоты 132
гидравлического сопротивления
скрубберов 444
циклона 430, 432, 433, 437, 451
грузоподъемности 329
запаса контактной массы 549, 550
— мощности вентиляторов 242
запаса прочности
ленты 325
приводного барабана 323
заполнения
желоба питателя 318, 323
ковша элеватора 327
пересыпной трубы 316
сушильного барабана 338
избытка воздуха при сжигании
угля 340, 341
использования объема склада 298
истечения колчедана 315
линейного расширения
двуокиси серы 68
односернистого железа 54
пирита 56
трехокиси серы 80
местных сопротивлений
газопроводов 238 сл.
кислотопроводов 217 сл.
наклона ленты конвейера 323
объемного расширения
воды 23, 24
жидкой серы 40, 42, 43
пирита 56
серной кислоты 86
твердой серы 38
оребрения труб 713
очистки газа
в газоочистных аппаратах 426
общий 443
от пыли 437, 439
фракционный 442, 443
подсоса воздуха 651
полезного действия
агрегата АКФ 454
— АРС 454
барабана 323
барабанной сушилки 338
расходные см. Расходные коэффи-
циенты сжимаемости SO2 68
скольжения сыпучего груза 317
скорости абсорбции 590
N2O3 633
SO2 634
сопротивления приводного бара-
бана 323, 324
теплоотдачи 576
Предметный указатель
731
Коэффициент(ы)
теплопередачи
в печах КС 372, 375, 392
в холодильниках 701 сл., 707,
708, 713, 714
единицы измерения 718
эксплуатации бункеров 317
Краны
железнодорожные с грейфером
306
мостовые грейферные 304, 305
портальные 306, 307
к кислотопроводам 281, 282, 285, 286
— серопроводам 281, 286, 289
Кремнефтористоводородная кислота
497, 498
Криоскопическая константа
двуокиси серы 68
серной кислоты 86
Критические константы
важнейших газов 9
воды 23
двуокиси серы 67
окислов азота 142
сероводорода 51
трехокиси серы 79
Крышки башен 640, 641
Латунь 168
Лед, физические свойства 28, 30
Листы свинцовые 166
Литье каменное 181, 182
Люкоподъемник подвесной 310, 311
Магнетит см. также Закись-окись же-
леза
плотность 59
температура перехода форм 59
термодинамические свойства 60
Магнитная восприимчивость
твердой серы 39
трехокиси серы 80
Мазуты 662, 663
Марказит (Лучистый колчедан)
плотность 55, 294
твердость по Моосу 56
теплота горения 56
Маршаллит 175, 176
Материальный баланс
контактного аппарата 535
концентратора 687
Медный блеск, свойства 57
Медный колчедан 57
Медь 173 сл., 201
Меланж, состав 150
Метан 9
давление паров 12
растворимость в воде 14
Минераловатные маты 435, 437
Модификации
селена 135
твердой серы 38
трехокиси серы 81
Монели
коррозионная стойкость 173 сл.
марки и химический состав 167
Монжусы (монтежю) 234, 235
Мышьяк
окислы 136 сл.
отравление катализаторов 515
содержание в обжиговых газах 460
теплоемкость 136, 137
Мышьяковистый водород 515
предельно допустимая концентра-
ция 139
растворимость в воде 138
стандартные термодинамические ве-
личины 137
температуры кипения и плавления
137
Набивочные материалы 201 сл.
Наполнители кислотоупорных компо-
зиций 173, 175, 176, 181, 184 сл.
Насадка башен 641 сл.
Насосы
вакуумные 235, 236, 253 сл.
для теплоэнергетических установок
227, 232, 233
материалы для изготовления 157,
158, 221, 227 сл.
центробежные см. Центробежные
насосы
Нефтяные газы 665
Нейтрализация сточных вод 714, 715
Никельмедные сплавы см. Монели
Никельмолибденовые сплавы 165, 170,
172, 174, 175
Нитроза 144
абсорбция N2O3 632, 633
вязкость 629
давление окислов азота 626 сл.
денитрация 635, 636
плотность 624, 625
поверхностное натяжение 630
растворимость NO 628
состав 625, 627 сл., 634, 635, 650
температура кристаллизации 631,
632
теплоемкость 629, 631
электропроводность 629, 630
Нитрозилсерная кислота
гидролиз 625, 626
получение 144, 471, 473
теплота растворения 632
732
Предметный указатель
Нитрозность кислоты 634, 635, 650
Номограмма
определение диаметра частиц 427
расчета батарейных циклонов 440
— циклонов НИИОгаз 434
Носители катализаторов 505 сл.
Обжиг колчедана
автоматизация 380, 381
в печах
кипящего слоя 364 сл.
комбинированной 360, 361
механических 353 сл.
пылевидного обжига 355 сл.
выход огарка 348, 349
использование тепла см. Котлы-
утилизаторы
режим 354, 359, 360, 370 сл., 377
скорость горения 351, 352, 368 сл.
состав газов 349 сл., 359, 371
с применением кислорода 257, 389
унос огарка 369, 370
Обжиговый газ, содержание примесей
436, 437, 441, 455, 456, 460
Оборудование складов
агрегаты для рыхления 313
бульдозеры 310
бункеры 314 сл.
вагоноопрокидыватель роторный
310
вибраторы 312
виброразгрузчик ДП-бс 310 сл.
жесткие подвесные дороги 329,
331
затворы 317, 318
конвейеры 321 сл., 326
краны грейферные 303 сл.
железнодорожные 306
мостовые 304 сл.
передвижные скрепперные погруз-
чики 309
пересыпные трубы 316, 317
питатели 318 сл.
портальные краны 306, 307
люкоподъемник 310, 311
маневровые лебедки 303
мостовые перегружатели 306
разгрузочная машина Т-183 308
-----Т-182А 307, 308
разгрузчик С-80 310
роторная погрузочная машина
РПМ-2 308
фрезерная шаровая лопата 308, 309
элеваторы 305, 327, 328
экскаватор с грейфером 305, 306
электромагнитные шкивы 313
электротали 330
Огарок колчеданный
выгрузка 373, 392 сл.
выход при обжиге 348, 349
гидроудаление 401 сл.
гранулометрический состав 366
механический транспорт 393 сл.
пневмотранспорт 399 сл.
унос из печи КС 369, 370
содержание в печном газе 455, 456
Огнеупорный шамот 180
Окисление
двуокиси серы
в комбинированной системе 655
контактное см. Контактное окис-
ление SO2
окислами азота 633 сл.
окиси азота 622, 623
Окислы азота 622 сл.
абсорбция 632 сл.
давление паров 626 сл.
десорбция из нитрозы 635, 636
окисление 622, 623, 633 сл.
потери в нитрозном процессе 653,
654
предельно допустимая концентра-
ция 141, 610
пятиокись 141 сл.
растворимость 141, 144, 627, 628
свойства 141 сл.
содержание в отходящих газах 470,
473, 475
теплота растворения в H2SO4 632
трехокись 623, 632, 633
улавливание в мокрых электро-
фильтрах 470 сл.
четырехокись 622, 623
Окись азота
окисление 622, 623
предельно допустимая концентра-
ция 141
растворимость в H2SO4 144, 627, 628
свойства 142, 143
теплоемкость 141, 143
Окись железа см. также Гематит
константы 61
теплоемкость 61, 62
термодинамические свойства 62
Окись углерода 9
вязкость 10, 11
плотность 10, 11
растворимость 14
теплоемкость 18 сл.
теплопроводность 10, 11
энтальпия 18 сл.
Окситрифторид ванадила 140
Окситрихлорид ванадила 140
Предметный указатель
733
Олеум
выход 586
вязкость 97
давление паров 111, 112
действие на металлы и сплавы 175
максимальная концентрация 585,
587
плотность 91, 94 сл.
поглощение SO2 78
получение 604, 605
растворимость SO2 77
содержание H2SO4 и SO3 94 сл.
температура кипения 105, 106
— кристаллизации 98 сл., 149
теплоемкость 114, 115
теплота образования 122 сл.
— растворения 126, 127
— смешения 149
технический 134
улучшенный 134
цистерны для перевозки 211 сл.
электропроводность 130
энтальпия 117, 118, 120, 121
Опоры трубопроводов 276 сл.
Оптимизация контактных аппаратов
523 сл., 529 сл., 538, 541 сл.
Оросители кислотные
звездочки 645 сл.
плиты распределительные 594
стаканы 645, 646
центробежные 490 сл.
шайбовый 647 сл.
щелевые 492, 493
Орошение башен
плотность 487, 587
схемы 582 сл., 595, 650, 657
Ортосернистая кислота 73
Осушка газа
автоматизация 598 сл.
сернистого 582 сл.
Отравление катализаторов 512 сл.,
Отходящие газы
очистка 470 сл.
состав 470 сл., 477, 478
Очистка газов см. также Промывка
сернистого газа
аппаратура см. Газоочистные аппа-
раты
мокрая 460 сл.
от двуокиси серы 609, 613 сл.
— золы 443
— окислов азота 470, 471, 473
----металлов 462
— пыли 371, 435
— селена 498 сл.
— тумана серной кислоты 470 сл.,
478
Очистка газов см. также Промывка
от фтора 496 сл.
отходящих 470 сл.
расход электроэнергии 426, 429
степень очистки 426, 433, 435,
446, 470
стоимость 429
сухая 437
фракционная 433, 435
Параметрическая чувствительность 545
546
Парахор "
жидкой серы 40
трехокиси серы 82
Пассивирование металла 170, 171, 701
Перегружатели мостовые 306
Пересыпные трубы 316, 342, 343
Печи
для сжигания
сероводорода 409 сл.
серы 403 сл.
дожигания 414
материалы для изготовления 156
обжиговые
ДКСМ 389 сл.
запыленность газов 455
кипящего слоя 370, 374 сл.,
455, 460
комбинированная 360, 361
механические (ВХЗ) 353 сл.,
388, 389
пылевидного обжига 355 сл.,
388, 389, 455, 460
режим работы 354, 359, 360,
368, 370 сл_.
расщепления H2SO4 414
с вращающимися гребками 455,
460
форсуночные 403 сл.
циклонные 405 сл.
Пирит см. также Колчедан серный
давление паров серы 55
коэффициент линейного расшире-
ния 56
плотность 55, 294
твердость по Моосу 56
температура воспламенения 294
— размягчения 55
теплота горения 56
Пирротин 348, 349
плотность 54
содержание серы 294
теплоемкость 54
Питатели
автоматический 321'
качающиеся (лотковые) 319, 320
734
Предметный указатель
Питатели
ленточные 318
пластинчатые 318, 319
секционный 362, 363
тарельчатые (дисковые) 320, 321,
341, 342, 362, 363, 378, 379
Плавленые материалы 181 сл.
Плакирование 162
Плитки кислотоупорные 177 сл.
Плотность
азота 9 сл., 666
азотной кислоты и ее растворов
144, 146
алюминия 168
бронз 168
водорода 9, 666
воды 24, 25
водяных паров 28 сл.
воздуха 9, 15 сл.
гематита природного 61
гидроокиси железа 58, 61
двуокиси серы 67, 69, 666
— углерода 9 сл., 666
единицы измерения 717
закиси железа 58
кислорода 9 сл., 666
ковелина 57
контактной массы 512
латуни 168
магнетита 59
мазутов 663
марказита 55, 294
медного блеска 57
— колчедана 57
метана 9, 666
мышьяка 136
нитрозы 624, 625
односернистого железа 54
окиси железа 61
— углерода 9 сл., 666
окислов азота 142
— ванадия 140
— мышьяка и теллура 136
оксигалогенидов ванадила 140
олеума 91, 94 сл.
орошения башен 487, 587
пирита 55, 294
пирротина 54
природных и нефтяных газов 665
растворов двуокиси серы 74
свинца 168
свинцового блеска 57
селена и его соединений 135
серной кислоты 84, 87 сл., 92 сл.
сероводорода 51, 52
серы
жидкой 40, 42, 43, 45
Плотность
критическая 38
насыпная 39
паров 45, 47, 48
твердой 38
сульфатов 63
сульфидов 57
теллура 136
трехокиси серы 81, 83
флотационного колчедана, насып-
ная 296
цинковой обманки (сфалерита) 57
Пневмотранспорт огарка 399 сл.
Поверхностное натяжение
воды 23, 25
двуокиси серы 69
единицы измерения 717
жидкой серы 40, 42, 43
нитрозы 630
серной кислоты 132
трехокиси серы 83
Погрузочно-разгрузочные машины
бульдозеры 310
вагоноопрокидыватель роторный
310
виброразгрузчик ДП-бс 310 сл.
материалы для изготовления 156
на тракторе С-80 310
передвижные скрепперные 309
разгрузочная Т-182А 307, 308
— Т-183 308
роторная РПМ-2 308
фрезерная шаровая лопата 308, 309
Подогреватели
воздушные 424
пусковой 566, 567
Показатель преломления
воды 23
двуокиси серы 68
жидкой серы 40
серной кислоты 133
Поливинилхлоридный пластикат 188
Полиизобутилен 156, 157, 199, 200
Полимеризация двуокиси азота 622,
623
Полипропилен 157, 189, 190, 200
Полиэтилен 157, 188 сл., 199, 200,
269 сл.
Порозность
кипящего слоя 365
катализаторов 517
Предельно допустимые концентрации
азотной кислоты 146
вредных веществ в воздухе 610
двуокиси серы 68, 610
окислов азота 141, 610
пыли в очищенном газе 456
Предметный указатель
735
Предельно допустимые концентрации
пятиокиси ванадия 139
сероводорода 52, 610
соединений мышьяка, селена, тел-
лура 139
Природные
газы 665
кислотоупоры 173 сл.
сера 296, 297
Производительность
автоматического питателя 321
агрегата рыхления колчедана 313
барабанной сушилки 339, 341
бункера-плавилки 316
вакуум-насосов и воздуходувок 254
вентиляторов 236, 243, 244, 340, 341
грохотов 336 сл.
дробилок 332 сл.
контактных аппаратов 534, 559,
563, 566, 568, 571, 576
конвейеров 323, 326
нагнетателей 246
пенных пылеуловителей 447, 448
пересыпных труб 316
питателей 318 сл.
погрузочно-разгрузочных машин
308 сл.
поршневых компрессоров 251, 252
разгрузочных машин 303
тепляков конвективного типа 301
центробежных скрубберов 144
элеваторов 327, 328
Прокладочные материалы 201 сл.
Промывка сернистого газа
автоматизация 494 сл.
аппаратура 489 сл.
показатели 488
режим 485 сл.
тепловой баланс 488
Промывные башни 487, 489, 491
Пропускная способность
бункеров 314, 315
оросительного холодильника 707
Пылеразгрузочные устройства 442
Пылеуловители см. также Газоочист-
ные аппараты
инерционные 428, 429
пенные 445 сл.
центробежные см. Циклоны
Пыль
диаметр частиц 426
допустимое содержание в газе 436,
437, 441
Пятиокись азота, свойства 141 сл.
Пятиокись ванадия, свойства 139 сл.
Равновесная степень контактирования
502 сл., 519, 520, 522 сл., 528, 530,
533, 538, 541 сл., 551 сл., 568, 571
Развальцовка труб 710, 712
Распределительные плиты 594
Распылители кислот см. Оросители
кислотные
Растворимость
азота
в воде 14
— серной кислоте 15
водорода
в воде 14
— серной кислоте 15
воздуха
в воде 13
— серной кислоте 8
гидроокиси железа в воде 58, 61
двуокиси серы
в воде 74
— органических растворителях
73
— серной кислоте 77
двуокиси углерода
в воде 14
— серной кислоте 15
закиси азота
в воде 141
— серной кислоте 144
кислорода
в воде 14
— серной кислоте 15
кристаллических сульфидов в воде
57
метана в воде 14
мышьяковистого водорода в воде
138
окиси азота
в нитрозе 628
— серной кислоте 144, 627
окиси углерода в воде 14
окислов мышьяка, селена и тел-
лура в серной кислоте 138
пятиокиси ванадия в серной кис-
лоте 141
сероводорода в воде 53
серы
в воде 50
— органических растворителях
50
соединений ванадия 140
сульфатов 64
теллуристого водорода 138
Расходные коэффициенты
в производстве
олеума 605
серной кислоты 609, 619, 653,
736
Предметный указатель
Расходные коэффициенты
в производстве
серной кислоты 654 , 674 , 679,
681, 682, 686, 694, 697
жидкости в турбулентном промы-
вателе 450
металла
в центробежных скрубберах 144
— циклонах 436, 442
тепла на испарение 1 кг воды 339
электроэнергии
в фильтрах 471, 475, 478
при очистке газа 460
Расчет(ы)
аэродинамический циклонов 433,
434, 439, 440
барабанных сушилок 338 сл.
батарейных циклонов 441
барботажного концентратора 688
влагосодержания воздуха 17
влажности газа 583, 584
времени контактирования 556 сл.
выброса отходящих газов 611, 612
.выхода огарка 348, 349
гидравлического сопротивления
аппаратов газоочистки 429
трубы Вентури 450
холодильника 709
диаметра циклонов 430
использования серы 349
каплеуловителя в скруббере Вен-
тури 451
кислотопроводов 214, 216
количества отходящих газов 651
конвейеров 398
контактных аппаратов 535 сл.,
549 сл., 553 сл.
концентрации и выхода олеума 585,
586
коэффициента теплопередачи 701,
707
ленты конвейера на прочность 325
мощности на валу барабана 323,
324, 326
олеумного абсорбера 596, 597
оросителей 647, 649
объема и состава растворенных га-
зов 8
— контактной массы 549, 552,
556 сл.
параметрической чувствительности
катализатора 545 сл.
перепускных труб 316, 317
печи кипящего слоя 382 сл.
плотности воздуха 13
поверхности змеевиков 701, 703
— котла-утилизатора 386
— теплообмена 554 сл.
пневмоподачи колчедана 362 сл.
Расчет(ы)
пневмотранспорта огарка 400, 401
продолжительности рабочего цикла
грейфера 305
процесса сгорания
газов 666 сл.
мазута 662, 664
размеров отверстий бункеров
314, 315
расхода воды на орошение 708, 709
скорости истечения колчедана 315
— ленты элеватора 328
— потока газа 450
смешения кислот 698
степени очистки газа 420
тарельчатого питателя 378, 379
теплоемкости сульфатов 64
— сульфидов 57
теплообменника 573 сл.
теплоты образования растворов
H2SO4 и олеума 125
— растворения 128, 129
турбулентного газопромывателя
449 сл.
тягового усилия конвейера 324, 325
энтальпии
воздуха 13
растворов H2SO4 и олеума 121
эффективности улавливания газов
443
Реактивная серная кислота 605
Резино-тканевые ленты 321
Резины 156, 157, 197, 198 сл., 200 сл.
Роли свинцовые 167
Рядовой колчедан
гранулометрический состав 294
зависание 315
скорость истечения 314, 315
состав 294
температура воспламенения 294
Санитарная башня 473
Сборники кислоты 156, 157, 595, 608,
649
Свинец
коррозионная стойкость 169, 170,
172, 174, 175
листы 166
марки и химический состав 165
механическая прочность 170
применение 201, 265
роли 167
свойства 169
сурьмянистый 174, 175
Свинцовый блеск 57
Предметный указатель
737
Сводообразование в бункерах 315
Селен
аморфный 135
выделение
из газа 461, 498 сл.
— кислоты 486
изобарный потенциал 137
металлический 135
получение 139
отравление катализатора 515
растворимость 139
содержание в обжиговом газе 460
температура кипения и плавле-
ния 135
теплоемкость 135, 137
теплоты испарения, плавления и
образования 135, 137
энтропия 135, 137
Селенистая кислота 498
Селенистый водород
образование 139
предельно допустимая концентра-
ция 139
растворимость в воде 138
стандартные термодинамические ве-
личины 137
Селеновый шлам 461, 499, 500
Сепараторы электромагнитные 313
Сера
аморфная 38
вязкость 45, 48, 49
газовая 296, 297
горение 349, 351, 403 сл.
гранулометрический состав 296
давление паров 40, 41, 47
двуокись см. Двуокись серы
дробление 332 сл.
жидкая 39, 40, 42 сл.
изотопный состав 38
качество 296, 297
критические константы 38
модификации 38, 39
моноклинная 33
насосы для перекачивания 225
окисление 41
парообразная 40 сл., 45 сл.
плавление 303, 316
плотность 45, 47, 48
природная 296, 297
растворимость 50
ромбическая 38
состав паров 40, 46
степень использования 348, 349,
617, 619
твердая 38, 39, 44
температура кипения 38, 45
теплоемкость 44, 45, 48, 49
Сера
теплопроводность 45, 48, 49
теплота горения 351
— парообразования 47
товарная, виды 296
транспортирование 211, 212,
303, см. также Серопроводы
удельный объем 47
хранение 314
энтальпия 44, 45, 47, 48
Серная кислота
абсорбция N2O3 632, 633
аккумуляторная 607 сл.
башенная, качество 134
высушивание воздуха 22
вязкость 96, 97
гидролизная 694
давление паров 85, 107 сл.
дифференциальная теплота раство-
рения воды и SO3 125
диэлектрическая проницаемость 86
изобарный потенциал 85, 86
качество 134
контактная см. Контактная серная
кислота
концентрирование см. Концентри-
рование серной кислоты
коррозионные свойства 168 сл., 223
коэффициент активности 132
— объемного расширения 86
криоскопическая, постоянная 86
кристаллогидраты 98 сл., 104, 105
молекулярно-ионный состав 86
моногидрат 85, 114
отработанная 413 сл., 475, 660,
661, 694
перевозка 211 сл., 234, 235
перекачивание см. Кислотопроводы
и Насосы
плотность 84, 87 сл., 92 сл.
поверхностное натяжение 132
поглощение SO2 из смесей 78
показатель преломления 133
производство см. Контактная сер-
ная кислота, производство и Ба-
шенная серная кислота, произ-
водство
разложение 413 сл., 660, 661
растворение окислов азота 623, 624
растворимость
азота 15
водорода 15
воздуха 8
двуокиси селена 139
— серы 77
— углерода 15
к ислорода 15
738
Предметный указатель
Серная кислота
растворимость
окиси азота 627
пятиокиси ванадия 141
трехокиси мышьяка 138, 139
реактивная 605
регенерированная 134
себестоимость 618
смешение 209 сл., 698
содержание в очищенных газах 470
-------растворах 92 сл.
степень диссоциации 86, 131
температура кипения 85, 105, сл. 675
— кристаллизации 98 сл., 149
— плавления гидратов 84, 103
теплоемкость 85, 113, 114
теплопроводность 86
теплота абсорбции SO3 115
— диссоциации 74
— образования 86, 122 сл.
— смешения с HNO3 149
— парообразования 85
— плавления 85
— растворения 126, 127
термическая диссоциация 85
укрепление 209 сл., см. также Кон-
центрирование серной кислоты
улучшенная 602, 605 сл.
хранение 158, 208 сл.
электропроводность 86, 129, 130
энтальпия 85, 116, 118
энтропия 85
Сернистая кислота
константы диссоциации 73
разложение 73
степень диссоциации 78, 79
Сернистый ангидрид см. Двуокись
серы и Сернистый газ
Сернистый газ 294, 297
концентрированный 571 сл.
осушка 582 сл.
очистка см. Очистка газов
получение
из колчедана см. Обжиг колче-
дана
— отработанной кислоты 413 сл.
— сероводорода 409 сл.
— серы 403 сл.
потери при осушке 582
содержание тумана 584
состав оптимальный 571
Серный ангидрид см. Трехокись серы
Сероводород
вязкость 51, 52
горение 349, 351, 409 сл., 482
давление паров 52
изобарный потенциал 51
Сероводород
критические константы 51
плотность 51, 52
предельно допустимая концентра-
ция 52, 610
растворимость 53
состав 297
температура перехода форм 51
теплоемкость 51, 53
теплота горения 51, 351
— испарения, плавления 51
энтальпия 53
Серопроводы
краны 286, 289
монтаж 274, 275
Силикатное стекло 181, 182
Система
Н2О—HaSO4—SO3, энтальпия 116,
117
SOa—НаО 73 сл.
SOa—SO3 84
SO3—Н2О 104, 131
Ситаллы 181
Сифоны 233, 234
Склады
закрытые
рядового колчедана 298, 300
серы 301 сл.
флотационного колчедана 298 сл.
коэффициент использования объема
298
оборудование см. Оборудование
складов
открытые, колчедана 301, 302
продолжительность разгрузки 298,
301
серной кислоты 158, 208 сл.
Скорость
витания частиц 426, 427
вращения электродвигателя 453
газа
в активном сечении электро-
фильтра 471
— газоходе 450
— мокрых электрофильтрах 461,
470
— циклонах 430, 435, 443, 445,
451, 460
— электрофильтрах 452
расчет 449, 450, 460
движения ковшей элеваторов 328
— тельферов 329
кислоты при теплопередаче 708
коррозии 168, 169
ленты конвейера 321, 322
псевдоожижения 364, 366
Предметный указатель
739
Скрубберы
турбулентные (Вентури) 449 сл.
центробежные ВТИ 442 сл.
Сплавы
бронзы 167, 168, 173, 174
высококремнистые см. Ферросилид
высокохромистые 162, 164
для отливок 162, 164
латуни 168
медноникелевые(монели)167,173сл.
никельмолибденовые 165, 170, 172,
174, 175
Стаканы разбрызгивающие 645, 646
Сталь(и)
высоколегированные 170, 171, 174,
175, 221
двухслойная (биметалл) 162
для отливок 163
коррозионностойкие (нержавею-
щие) 160, 161, 164
листовые 162, 163
углеродистые см. Углеродистые
стали
Стекло
кварцевое 181 сл.
силикатное 181, 182
Стеклотекстолит 196, 200
Степень
гидратации SOa 78, 79
диссоциации
сернистой кислоты 78, 79
серной кислоты 85, 86, 131
контактирования 502 сл., 519, 520,
522 сл., 528, 530, 533, 538, 541 сл.,
551 сл., 568, 571
очистки газов 426, 433, 435, 446, 470
Сульфат ванадила 514
Сульфаты
железа 63 сл.
кальция 66
свойства 57, 62 сл.
Сульфид железа
горение 348, 349, 351
давление диссоциации 55
теплоемкость 54, 55
теплота горения 351
Сульфит-бисульфит аммония 615 сл.
Сульфованадаты 505 сл.
Сурьмянистый свинец
коррозионная стойкость 174, 175
марки и химический состав 166
Сфалерит см. Цинковая обманка
Твердость по Моосу
марказита 56
односернистого железа 54
Твердость по Моосу
окиси железа 61
пирита 56
серы ромбической 39
сульфидных минералов 57
Текстолит 195, 196
Теллур
окислы 136, 137
отравление катализаторов 515
свойства 136 сл.
Теллуристый водород 137, 138
Температура
взаимного перехода форм FeS 54
воспламенения смеси кварца и пи-
рита 294
вспышки и застывания мазутов 663
кипения
азотной кислоты 144, 146
важнейших газов 9
воды 23
мышьяка 136
окислов азота 142
— мышьяка и теллура 136
оксигалогенидов ванадия 140
олеума 105, 106
пятиокиси ванадия 140
селена и его соединений 135
серной кислоты 85, 105, 106, 675
серы 45
теллура 138
трехокиси серы 79
конденсации SO3 67
кристаллизации
двуокиси серы 67
нитрозы 631, 632
растворов азотной кислоты в
олеуме и H2SO4 149
серной кислоты и олеума 98 сл.
системы
SO2—Н2О 74
SO2—SO3 84
перехода форм
а- в 0-магнетит 59
твердого Fe2O3 61
плавления
азотной кислоты 144
важнейших газов 9
воды 23
вустита 58
гидратов HNO3 145
— H2SO4 103,' 105
магнетита 59
модификаций SO3 81
мышьяка 136
односернистого железа 54
окиси железа 61
окислов азота 142
740
Предметный указатель
Температура
— ванадия 140
— мышьяка и теллура 136
оксигалогенидов ванадия 140
пирита 55
селена и его соединений 135
серной кислоты 84
системы SOa—SO3 84
сульфатов 63
сульфидов металлов 57
Температуропроводность воды 24
Тепловой баланс
башенной системы 652
концентратора 688, 689
промывного отделения 488
сушильно-абсорбционного отделе-
ния 588, 589
Теплоемкость
азота, истинная изобарная 18 сл.
азотной кислоты
мольная 145, 148
удельная 148
безводных сульфатов 63
водорода, истинная изобарная 18 сл.
воды, льда и пара, удельная 23, 24
водяного пара 26, 27
воздуха, истинная изобарная 18 сл.
газов 521
двуокиси азота 143
двуокиси серы
истинная изобарная 72
мольная 67, 70
средняя 67
двуокиси углерода 18 сл.
единицы измерения 717, 720
закиси азота, мольная 143
— железа
мольная 58, 59
удельная 58
закисн-окиси железа
мольная 60
средняя 60
кислорода, истинная изобарная
18 сл.
кристаллогидратов H2SO4 105, 114
модификаций SO3 81
мышьяка 136
мышьяковистого водорода 137
нитрозы 629, 631
односернистого железа 54, 55
окиси азота
мольная 143
средняя 141
окиси железа 61, 62
окиси углерода 18 сл.
окислов ванадия 140
окислов мышьяка и теллура 136
Теплоемкость
олеума 114, 115
отношение Cp/Cv для СО3 69
пирита 56
пирротина 54
пятиокиси азота 143
расчет 143
селена 135
серной кислоты
мольная 85, 114
удельная 113
сероводорода
мольная 51, 53
удельная 53
серы
атомная 38, 39, 44
мольная 40, 41
парообразной 48, 49
удельная 40, 42 сл.
сульфидов 57
теллура 136
теллуристого водорода 137
трехокиси азота 143
•трехокиси серы
мольная 80
удельная 80, 84
Теплоизоляционные материалы 435,
437
Теплообменники
воздушный 412, 413, см. также
Холодильники
горизонтальные 563, 564
кожухотрубный 574
материалы для изготовления 158
пластинчатый 562
пусковой 566
расчет 573 сл.
с перекрестным потоком 577
центральные 565
Теплопроводность
воды 23, 24
азота 10, 11
водорода 10, 11
водяного пара 25
двуокиси серы 69, 73
— углерода 10, 11
единицы измерения 718, 721
закиси железа 58
кислорода 10, 11
односернистого железа 54
окиси железа 61
— углерода 10, 11
серной кислоты 86
сероводорода 51
серы жидкой 42, 43, 45
— парообразной 48, 49
— твердой 39
Предметный указатель
741
Теплота
абсорбции S03 серной кислотой 115
горения
газов 665, 666
мазутов 663
марказита 56
односернистого железа 54
пирита 56, 351
сероводорода 51, 351
серы 351
цинковой обманки 351
диссоциации серной кислоты 74
испарения
азотной кислоты 144
воды 23, 28. сл.
двуокиси серы 67, 71
модификаций SO3 81
мышьяка 136
окислов азота 142
— мышьяка 136
селена 135
сероводорода 51
трехокиси серы 82
образования
азотной кислоты 145
важнейших газов 9
воды, стандартная 23
вустита 58
гидроокиси железа 58
двуокиси селена 135
— серы 67, 78, 79
магнетита 60
марказита 56
модификаций SO3 81
мышьяковистого водорода 137
односернистого железа 55
окиси железа 61, 62
окислов азота 143
— ванадия 140
— мышьяка и теллура 136
окситрихлорида ванадия 140
пирита 56
селенистого водорода 137
селеновых кислот 135
серной кислоты и олеума 86,
122, 123
теллуристого водорода 137
трехокиси серы 80
окисления SO2 501
парообразования
важнейших газов 9
серной кислоты 85
серы 40, 47
перехода форм магнетита 59
плавления
азотной кислоты 144
Теплота
плавления
воды 23
гидратов HNO3 145
— H2SO4 105
двуокиси серы 67
закиси железа 58
закиси-окиси железа 59
модификаций SO3 81
мышьяка 136
окислов азота 142
— мышьяка 136
односернистого железа 54
селена 135
серной кислоты 85
сероводорода 51
теллура 136
превращения модификаций серы 39
разбавления азотной кислоты 145,
148
растворения
двуокиси серы 74, 78
дифференциальная 125
односернистого железа 54
трехокиси азота в H2SO4 632
— серы жидкой 115
смещения интегральная 140
сублимации
кристаллического FeS 54
модификаций SO3 81
Тепляк конвективного типа 301
Термическая стойкость
кислотоупорного кирпича 177
кислотоупорных плиток 179
колец Рашига 179, 180
контактных масс 511, 512
Термопластичные материалы
винипласт 187, 188, 199, 266 сл.
поливинилхлоридный пластикат
188
полипропилен 189, 190, 200
полиэтилен 188 сл., 199, 200,
269 сл.
фторопласты 189, 191, 192, 200,
Термореактивные материалы
замазки арзамит 194, 195, 200
текстолит и стеклотекстолит 195,
196, 200
углеграфитовые 157, 196, 197, 200,
265 сл.
фаолит 156, 157, 193, 194, 200
Титан 173, 174
Толуол, растворимость серы 50
Топки
газовые, мазутные 669 сл.
контактного узла 566
циклонные 405 сл.
742
Предметный, указатель
Т ранспортирование
воздуха 235 сл.
огарка колчеданного 392 сл.
серного сырья 321 сл.
серной кислоты 211, 234, 235, см.
также Кислотопроводы
серы 211, 212, 303, см. также Серо-
проводы
Требования к качеству
азотной кислоты 150
двуокиси серы 68
меланжа 150
серной кислоты и олеума 134
серы 296, 297
флотационного колчедана 295
Трехокись азота 623, 632
абсорбция 632, 633
предельно допустимая концентра-
ция 141
свойства 141 сл.
Трехокись серы
абсорбция 560, 586 сл., 598 сл.,
605, 617
вязкость 83
давление паров 80, 83
дифференциальная теплота раство-
рения 125, 128
диэлектрическая проницаемость 80
изобарный потенциал 80
коэффициент расширения 80
критические константы 79
магнитная проницаемость 80
модификации 79 сл.
плотность 83
поверхностное натяжение 83
полимеризация 604
получение из олеума 603 сл.
температура кипения 79
теплоемкость 80, 84
теплота абсорбции серной кислоты
115
— испарения жидкой 82
— образования 80
— растворения жидкой 115
энтальпия 84
энтропия 80
Тройная точка воды 23
Трубы см. также Газопроводы и Кис-
лотопроводы
Вентури 449 сл., 695 сл.
винипластовые 266 сл.
газовые 260, 261
графитопластовые 265 сл.
дымовые 255 сл.
крепление 276 сл.
пересыпные 316, 342, 343
полиэтиленовые 269 сл.
Трубы см. также Газопроводы и Кис-
лотопроводы
свинцовые 265
стальные 260 сл.
— футерованные 268, 269, 271
транспортирующие огарок 393, 394
фаолитовые 269
ферросилидовые 264, 265
чугунные 262 сл.
Туман серной кислоты
выделение из отходящих газов
470 сл.
образование 475, 584, 609
содержание в обжиговых газах 460
Увлажнение воздуха 22
Углистый колчедан 296, 352
Углеграфитовые материалы 157, 196,
197, 200, 265 сл.
Углеродистые стали
коррозионная стойкость 171, 172,
175
марки и химический состав 159
применение 156 сл., 260
свойства 164
Угол естественного откоса флота-
ционного колчедана 296
Удельное электрическое сопротивление
единицы измерения 718, 722
серы 39, 40
Удельный объем
воды 24
водяных паров 28 сл., 34 сл.
двуокиси серы 71
паров серы 47
Удельный ток короны
мокрых электрофильтров 463, 469
электрофильтра КТ и ЦКТ 478
— МТ 471
— ЦВМТ-6 475
Укрепление кислоты см. Концентри-
рование серной кислоты
Фаолит 156, 157, 193, 194, 200, 268,
269, 285
Фарфор кислотоупорный 180, 181
Фельзит 175, 176
Ферросилид
коррозионная стойкость 168, 169,
172, 174, 175
марки и химический состав 162
применение 264, 265, 285
свойства 164, 169
Фильтры
газовый 606, 607
дисковый для серы 407
электрические см. Электрофильтры
Предметный указатель
743
Флотационный колчедан см. Колчедан
серный
Форсунки
для колчедана 363
— серы 408, 409
мазутные 670
центробежные 450
Фтористый водород 496 сл., 516
Фторопласты 189, 191, 192, 200, 202
Футеровка башен 637, 638
Халькопирит см. Медный колчедан
Хастеллой, коррозионная стойкость
169, 170, 172
Химически стойкие покрытия 203, 206
Холодильники см. также Теплообмен-
ники
воздушного охлаждения 713, 714
защита от коррозии 701, 706, 707
изготовление 157, 701, 704, 705,
713, 714 ,
кожухотрубные 709 сл.
оросительные 704 сл.
охлаждающий элемент 703
пассивирование змеевиков 701
пропускная способность 707
расчет 701, 707
спиральные 712, 713
характеристика 707, 711, 713, 714
шнековый 393
Хромоникелевые стали 170, 171, 174,
175
Цементы кислотоупорные 183 сл.
Центробежные вентиляторы 236
аэродинамическая характеристика
244, 245
выбор 244
марки 243
мельничные 247
мощность 242
напор 237, 242, 243
производительность 236, 243
техническая характеристика 243
Центробежные нагнетатели 235, 236
газодинамическая характеристика
249, 250
марки 248, 249
производительность 246, 248
техническая характеристика 248
Центробежные насосы 215
горизонтальные 221 сл.
гуммированные 227, 228, 230
для расплавленной серы 225
— теплоэнергетических установок
227, 232, 233
кислотостойкость 223
Центробежные насосы 215
материалы для изготовления 221,
227 сл.
мощность 220
пластмассовые 227, 229, 230
погружные 224 сл.
техническая характеристика 223
типы и марки 221 сл., 226, 227,
230 сл.
фарфоровые 227, 231, 233
Цепи скребковые 397
Циклоны
аэродинамический расчет 433, 434,
440
батарейные (мультициклоны) 436 сл.
Ван-Тонгерена 430
газораспределительная камера 441
гидравлическое сопротивление 433,
437
для горячего печного газа 156
конические 433, 434
коэффициент очистки газа 437, 439
относительные размеры 431, 433
пылеудаление 442
расположение 433, 435, 439, 441
расчеты 430, 433, 441
схема движения газового потока 428
технико-экономическая характери-
стика 436, 437
цилиндрические 430 сл., 435, 437
Цинковая обманка (Сфалерит) 348, 349
плотность 57
твердость по Моосу 57
теплота горения 351
Цистерны для перевозки серной кис-
лоты 211 сл.
Четырехокись азота 622, 623
Четырехфтористый кремний 496, 497,
516
Чугун
коррозионная стойкость 171, 175
литье труб, качество 705
марки и химический состав 162
применение 156 сл., 262 сл.
свойства 164
Шайбовый ороситель 647 сл.
Шамот огнеупорный 180
Шлам селеновый 461, 499, 500
Эбониты 156, 197 сл.
Эбулиоскопическая константа дву-
окиси серы 68
Эжекторы 399, 679, 680
Экскаваторы с грейфером 305, 306
Элеваторы 327, 328
744
Предметный указатель
Электроагрегаты
АНФ 454, 455
АФА-90-200 452, 453
АФАС (АРС) 453, 454
Электромагнитные шкивы (ЭШ) 313
Электр оп р оводность
абсолютно чистой воды 23
двуокиси серы 68
единицы измерения 718
нитрозы 629, 630
серной кислоты 86, 129, 130
системы SO3—НгО 131
Электротали (электротельферы) 330
Электрофильтры
встряхивание электродов 457
классификация 452
комплекс-аппарат 471, 473
коронирующие электроды 463, 464,
468, 470
мокрые
бисульфитные 470
гидравлическое сопротивление
463, 464, 469, 471, 478
двухсекционные 462
комбинированные 466 сл.
конструкционные материалы 157,
462 сл.
МСПГ-12 468
однопольные 462 сл.
односекционные 463, 464 , 468
очистка 461
пластинчатые ПМ 471
типа М 462 сл., 469
— ПКМ 463 , 464, 466, 469
— ШМК 464 сл., 469
трубчатые КТ-72 476 сл.
— МТ 471
— ЦВМТ-4,6 474, 475
— ЦКТ 477, 478
характеристика 463, 464, 468, 469
оборудование подстанций см. Элек-
троагрегаты
осадительные электроды 466, 468,
476
осаждение тумана 452
питание 452
сухие
ВП-7,4 456, 457
материалы для изготовления 156
ОГ-3-20 и ОГ-З-ЗО 457, 458
ОГ-4-8 и ОГ-4-16 458 сл.
техническая характеристика 459
Эмаль кислотоупорная 182, 183
Энергия
активации окисления SO2 505, 514,
529
кристаллической решетки FeS 54
Энтальпия
азота 18 сл.
безводных сульфатов 63
водорода 18 сл.
воды 24
водяного пара 26 сл.
насыщенного 28 сл.
перегретого 34 сл.
воздуха 15 сл., 18 сл.
гидратов серной кислоты 105
двуокиси серы 71, 72
— углерода 18 сл.
кислорода 18 сл.
магнетита 60
одиосернистого железа 55
окиси железа 62
— углерода 18 сл.
олеума 118 сл.
пирита 56
сероводорода 53
серной кислоты 85, 118 сл.
серы 44
жидкой 42, 43
паров 45, 47, 48
системы Н2О—HoS04—SO3 116,
117
сульфидов металлов 57
трехокиси серы 84
Энтропия
азотной кислоты и ее кристалло-
гидратов 145
безводных сульфатов 63
вустита 58, 59
гидратов серной кислоты 105
гидроокиси железа 58, 62
двуокиси серы 67, 71
единицы измерения 717, 720
магнетита 60
металлического селена-135
мышьяка 136
односернистого железа 55
окиси железа 61, 62
окислов азота 142, 143
— ванадия 146
— мышьяка и теллура 136
пирита 56
серной кислоты 85
сульфидов металлов 57
теллура 136
Эстакады железнодорожные 298
Этилен бромистый, растворимость серы
50
Яды контактные 515 сл.
ГТТТ I I I I I Г !1 I I I I I | \2^
120%SO3( 1ПЛ+16,8°С, -
225
Энтальпия} хкал/ке
250
225
200
175
150
125
100
50
25
-25
-50
-75
-100
200
175
150
125
100
&
50
25
О
Н-25
-50
— 75
10L
q 10 20 30 М 50 60 70 80 00 100 110 120
Задержание HgSO^ %