ОЧИСТКА
ГАЗОВ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
ФОСФОРА
И ФОСФОРНЫХ
УДОБРЕНИЙ
Ж химия

ОЧИСТКА
ГАЗОВ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
ФОСФОРА
И ФОСФОРНЫХ
УДОБРЕНИЙ
Под редакцией проф. Э. Я. Тарата
ЛЕНИНГРАД
«химия>
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1979

6П7.2
0,95
УДК 661.631/.в32:66.074
0,95 Очистка газов в производстве фосфора и
фосфорных удобрений/Тарат Э. Я.,
Воробьев О. Г., Балабеков О. С. и др.; Под ред. проф.
Э. Я. Тарата. —Л.: Химия, 1979. —208 с, ил.
В книге описаны схемы газоочистки действующих заводов;
рассмотрены физико-химические характеристики выбросных
газов иа различных стадиях производства фосфора и технических
фосфатов. Приведены основные требования к проектированию,
эксплуатации и ремонту оборудования газоочистки. Даны
рекомендации по интенсификации работы газоочистного
оборудования, организации работы пылегазовой службы, включая
эксплуатацию, ремонт и контроль эффективности оборудования
газоочистки.
Книга предназначена для инженерно-технических работников
предприятий химической и смежных отраслей промышленности,
занимающихся вопросами газоочистки (эксплуатация,
проектирование и интенсификация работы оборудования). Она может
быть полезна также преподавателям, студентам и аспирантам
химико-техиологическнх вузов.
208 стр., 44 табл.; 52 рис., список литературы
144 ссылки.
6П7.2
Авторы:
Тарат Э. Я., Воробьев О. Г., Балабеков О. С,
Быков В. И., Ковалев О. С.
0 050(001)-739 43-79.2801000000
© Издательство «Химия», 1979!
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предотвращение загрязнения окружающей среды в
нашей стране является предметом постоянного
серьезного внимания и заботы Партии, Правительства,
всей общественности. Вопросы охраны природы
получили широкое отражение в новой Конституции
СССР, принятой 7 октября 1977 г. В десятой
пятилетке на эти цели ассигнуется около 11 млрд. руб.
Предпринимаемые меры должны привести к тому, что
несмотря на дальнейшее развитие промышленности и
интенсификацию производственных процессов общий
объем выбросов вредных веществ сократится.
Основные технические решения проблемы защиты
атмосферы от вредных загрязнений заключаются,
безусловно, в совершенствовании технологических
процессов с целью исключения выбросов или их
полной переработки в производстве. Примером таких
решений может быть перевод топочных устройств на
газообразное топливо с утилизацией образующегося
С02 в виде товарного продукта. В ряде случаев
(например, в сушильных установках) аспирационные
выбросы могут быть использованы для горения. Однако
современный уровень развития техники не дает
возможности полностью исключить выбросы, и поэтому
состояние воздушного бассейна промышленных
районов определяется главным образом степенью
развития техники очистки газов. При этом стадии очистки
рассматриваются как составная часть основного
производства, проектируются совместно с ним и
составляют до 15% капитальных затрат.
Возросшие требования к чистоте атмосферы
обусловливают необходимость тщательного анализа
состояния дела на действующих предприятиях
фосфорной промышленности с учетом количественных и
3

качественных характеристик газовых выбросов.
Высокие значения выбросов являются следствием либо
нерациональной схемы аэрозольных потоков, либо
перегрузки оборудования очистки и
неудовлетворительного эксплуатационного надзора над ним [5], либо
неудачно выбранных методов и аппаратов очистки. Это
связано с тем, что фосфорная промышленность — одна
из самых молодых отраслей химической индустрии и
во время проектирования первых предприятий еще не
имелось научно обоснованных данных по
химико-физическим свойствам выбросов и тем более по
особенности эксплуатации очистного оборудования.
Перечисленные проблемы приобретают особо
важное значение в связи с тем, что, как было отмечено
Л. И. Брежневым на июльском (1978 г.) Пленуме
ЦК КПСС, наращивание мощностей и рост
производства минеральных удобрений должны осуществляться
за счет фосфатных концентрированных и сложных
удобрений.
До настоящего времени как в отечественной, так и
в зарубежной литературе совершенно недостаточно
освещаются вопросы очистки газов в этой
специфической отрасли промышленности. Предлагаемая
вниманию читателя книга призвана в какой-то мере
восполнить этот существенный пробел. В ней авторы
сделали попытку обобщить опыт работы предприятий
фосфорной промышленности, а также
систематизировать результаты исследований ЛенНИИГипрохима,
Ленинградского технологического института им.
Ленсовета. Казахского химико-технологического
института.
Главы I—III написаны О. Г. Воробьевым и
В. И. Быковым, глава IV — О. С. Балабековым и
О. Г. Воробьевым, глава V — Э. Я. Таратом, О. С.
Ковалевым, О. С. Балабековым и О. Г. Воробьевым,
главы VI и VII — О. Г. Воробьевым и Э. Я. Таратом.
Авторы приносят глубокую благодарность проф.
Р. Ю. Зинюку за ценные советы, сделанные при
рецензировании книги. Все предложения и замечания чи-,
тателей книги будут встречены с признательностью.!
Глава 1
ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ И ИХ ОЧИСТКА
ПРИ ПОДГОТОВКЕ СЫРЬЯ
К ЭЛЕКТРОВОЗГОНКЕ
ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ
ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ СЫРЬЯ
Фосфорные заводы СССР работают в основном на
фосфоритных рудах, отличающихся относительно
невысоким содержанием фосфора (до 20% Р205) и
значительными колебаниями концентраций прочих
компонентов. Основным критерием правильности выбора
параметров, характеризующих пригодность руды для
термического передела на фосфор, принято [131, с. 23]
условие обеспечения минимума затрат на
производство в комплексе рудник — завод. Качество
фосфоритов, пригодных для производства фосфора,
определяется ОСТ 6-25-19—74. При этом учитывается, что
перед подачей в фосфорную печь руда проходит
стадию термической подготовки с целью дегидратации и
декарбонизации. Этим достигается снижение
коэффициентов расхода электроэнергии на 10—15%, кокса —
на 10—20% и уменьшение количества образующихся
в фосфорной печи газов, вследствие чего улучшается
работа электрофильтров, конденсаторов и всего
газового тракта [15].
Многочисленными исследованиями [см., например,
60, 85, 86, 109, 131] установлено, что при термической
подготовке фосфоритов протекают следующие
основные процессы:
1. Удаление гигроскопической влаги при 370—
400 К.
2. Удаление кристаллизационной влаги при 500 К
и выше, что условно может быть представлено как
диссоциация гидроксида кальция:
Са(ОН)2 —> СаО + Н20 Д#29в = 110,9 кДж
где АЯ29в — тепловой эффект реакции при 298 К.
5

3. Диссоциация MgC03 при 900 К и выше:
MgC03 —*■ MgO + С02 АЯ298 = 109,5 кДж
4. Разложение фосфатных материалов типа фран-
колита по ориентировочной схеме:
Ca,oP6,iCo,8Oss,2Fi,8OH —> Ca5F(P04)3 + Саз(Р04Ь +
+ СаСОз + Са(ОН) + ...
5. Диссоциация СаС03 при 1173 К:
СаСОв —> СаО + С02 Д#И8 = 178,0 кДж
Кроме того, по данным [57, 69] при обжиге
фосфоритов Каратау при 800 К наблюдается
экзотермический процесс горения углерода и тепловые эффекты,
связанные, по-видимому, с взаимодействием СаО и
Si02 и образованием силикатов. Анализ термограмм
показывает, что выше 1400 К проявляются
значительные эндотермические эффекты, объясняемые
глубоким разложением фосфатного вещества и выделением
соединений фтора и Р2О5.
Расчетный расход теплоты [86] на обжиг 1 кг ка-
ратауских фосфоритов, содержащих (в %)
С02 Влага
в виде MgC03 2,2 химически связанная 1
» » СаС03 4,8 гигроскопическая 5
составляет 1480 кДж. Однако фактический расход
теплоты достигает 3000 кДж/кг.
Компонентами, определяющими количество
образующихся газов, являются С02 и Н20. На рис. 1.1
приведены зависимости степени декарбонизации
фосфорита от температуры обжига (кривая /) и
количества газов от исходного содержания С02 в руде
в виде карбонатных соединений (прямая 2). При
определении объема газов следует учитывать и
начальную влажность сырья, поскольку испарение 1% воды
дает дополнительно 12,4- Ю-3 м3 водяных паров на
1 кг фосфорита. При температурах выше 1273 К
наблюдается выделение в газовую фазу соединений
фтора, главным образом фторида кремния. Обнаружено
[86] увеличение концентрации фтористых газов с
ростом содержания Si02 в исходной руде. Общее
выделение фтора при температурах до 1373 К не
превышает 3% от исходного содержания. Верхним темпе-
6
ратурным пределом обжига принята температура
1323 К, так как при более высоких температурах
начинаются процессы глубокого разложения фосфатного
вещества.
Одновременно с газовыми компонентами при
термической подготовке фосфорита образуется также
значительное количество пыли за счет истирания
материалов во время их транспорта и при термическом
разрушении. Пыли эти механического происхождения,
достаточно крупные, и
пылеулавливание не
вызывает особых
затруднений.
На отечественных
заводах в настоящее время
приняты две схемы
подготовки сырья. Одна
схема — неполная, принятая
на заводах,
спроектированных до начала 60-х
годов, заключается в
переработке только кусковой
руды с ограничением
поступления на завод
мелочи. По этой схеме
фосфорит сушат перед
электровозгонкой до конечной
влажности 0,1% во
вращающихся барабанах и
отсеивают от мелкой
фракции. Для
электровозгонки используют фракцию
класса 10 мм не более 5%- Кварцит и кокс
подвергают дроблению и сушке в барабанах. На рис. 1.2
приведена принципиальная схема сушки фосфорита в
барабанах. Иногда для сушки и обжига фосфорита
применяют шахтные щелевые печи. Это относится к
случаям, когда обрабатываемый материал состоит из
кусков достаточно больших размеров. В печи можно
перерабатывать фосфорит с размером куска 5—70 мм
[54].
Принципиальная схема подготовки фосфорита
на заводе, работающем с утилизацией мелочи,
[cojf%
Рис. 1.1. Зависимости степени
декарбонизации фосфорита от
температуры обжига (1) и
количества выделяющихся газов
от содержания С02 в руде (2).
10—50 мм с содержанием
7

/■«
Kb
Рис. 1.2. Принципиальная схема сушки Фосфорита в барабане ,_6атарейные пнклоны: 5-мульт*
J—сырьевой бункер; 2—сушильный барабан, 3—течки для пишут.* »■» з
циклон; 6—веитилятор-
<Росфоршп
со, \l\
складау^
ШуБ
-'^'поз 15
^шиилу^ущ—^.
tTHt
IT
»
ff I I
Кокс\ Фосфорит *j*jjj'
\AAAAJ
с* ь». ь». ь». ь.
г/ £ печной цех
Мелочь
кокса
Рис. 1.3. Подготовка сырья по полной схеме.
1—грохоты; 2—бункеры; 3—шнек; 4—питатель; 5—мельница; 6—циклоны; 7—фильтр; 8 —калорифер; 9—вентиляторы; JO-баки;
• «-данвейёрьг. /^гранулятор! /S-мультнциклоны; Л-обжнговая машина; JS-дымососы; К-шибер Гако: /7-дробилки;
U —топка; 19—сушиляные барабаны.

приведена на рис. 1.3. На этом заводе процесс
термической подготовки кускового фосфорита
сочетается с окомкованием и обжигом мелочи на
обжиговых ленточных машинах. Основными узлами схемы
являются установки для размола и грануляции
мелочи фосфорита, обжиговые машины с решетками Ле- I
поля, оборудование для дозирования компонентов |
шихты и установки приготовления связующего агента. 1
Поступающий на завод фосфорит содержит до ]
15% мелочи менее 10 мм. Кроме того, он измельчает- *
ся в процессе транспортировки и содержит после
прокалки в обжиговой машине до 20% фракции менее
8 мм. Сырая мелочь и возврат в определенном
соотношении дозируются в мельницу Леше или Петерса ]
и измельчаются так, что количество фракции менее
0,1 мм составляет 80—85%. Пыль из мельницы
транспортируется воздухом в циклоны, где отделяется
более 90% материала. Затем воздух проходит через
рукавный фильтр и выбрасывается в атмосферу.
Уловленная пыль собирается в бункере и дозируется на
грануляционную установку совместно со связующим.
Грануляцию производят на тарельчатом грануляторе.
В качестве связующего используют «коттрельное
молоко» — суспензию, образовавшуюся при
гидроудалении уловленной пыли из электрофильтров фосфорных
печей, «глиняное молоко» либо смесь этих суспензий.
Кроме того, для улучшения окомкования пыли в
связующее добавляют 0,5—1,0% триполифосфата
натрия.
Полученные гранулы загружают в обжиговую
машину слоем 200—250 мм на слой из фосфоритных кус- f
ков толщиной около 200 мм. Сушка и обжиг фосфори-,
та и гранул происходят за счет теплоты топочных
газов, образуемых при сжигании природного газа и
протягиваемых газодувкой через слой материала.
Процесс обжига состоит из следующих основных
стадий:
а. Сушка сырого материала (5%-ной влажности)
и сырых гранул (12—13,5%-ной влажности).
Температура над решеткой Леполя достигает 670 К, под
решеткой — 390 К, перепад давления на решетке —
100—200 Па. Одновременно с удалением влаги
происходит и частичное упрочнение гранул;
W
б. Обжиг подсушенного материала при
температуре над решеткой 1250—1370 К, под решеткой —
670 К. Обжиг сопровождается разложением
карбонатов. Степень декарбонизации гранул достигает
80—90%. Одновременно происходит значительное
упрочнение гранул;
в. Дозревание материала в зоне выравнивания
температуры до 1200—1250 К;
г. Охлаждение обожженного материала на
охлаждающей решетке до 350 К.
При применении полной схемы подготовки
фосфорита в технологическом процессе отсутствует стадия
офлюсования шихты, хорошо зарекомендовавшая себя
в металлургии [83, с. 5]. Технология получения
офлюсованных продуктов окускования фосфорных руд
предложена и разработана институтом «Уралмеха-
нобр». Показано [109], что производство
офлюсованного агломерата по сравнению с получением
окатышей имеет ряд существенных преимуществ. Автор этой
работы предлагает полностью изменить
существующую схему подготовки фосфоритов к возгонке,
заменив кусковой фосфорит и кварцит офлюсованным
агломератом.
ОЧИСТКА ГАЗОВ
ПОСЛЕ СУШИЛЬНЫХ БАРАБАНОВ
Сушильные барабаны применяют для сушки
кварцита и кокса, а также фосфорита (при неполной
технологической схеме подготовки сырья).
Основным видом топлива в сушильных барабанах
является природный газ. Температура газа в топке —
1470—1670 К, на входе в барабан— 1050 К, на
выходе— 530 К [71, с. 55]. Марки используемых
дымососов: для фосфорита и кокса — Д-13,5, Д-15,3; для
кварцита — Д-12.
Схема очистки дымовых газов сушильных
барабанов от пыли состоит из двух параллельных систем.
Очистка от пыли кварцита осуществляется
батарейными циклонами (две батареи по 6 шт., ЦН-15,
650 мм), а от пыли фосфорита и кокса —
последовательно установленными батарейными циклонами и
мультициклонами (БЦВ, Р 250/1X42, 2 шт.).
11

Таблица 1.1
Характеристика пылегазовых выбросов сушильных
барабанов (перед системой очистки)
Параметр
Вид сырья
фосфорит
кварцит
Количество газов,
м3/ч *
Запыленность, г/м3
Пылеунос на 1 т
сырья, кг
Средний медианный
диаметр пыли, мкм
19 000—23 000|
20-28
10-14
15
16 000-18 500]
25-32
16
40 000—45 000
6-20
18
40
* Объем газа здесь и далее приведен при нормальных условиях.
В табл. 1.1 представлены основные
характеристики пылегазовых выбросов сушильных барабанов
перед системой очистки.
Эффективность работы
системы пылеулавливания
в значительной степени
зависит от технического
состояния аппаратов и
правильности их
эксплуатации и достигает 92,8%.
На рис. 1.4
представлены данные по
дисперсности пыли фосфорита,
кварцита и кокса до и
после системы
пылеулавливания. Дисперсность
определялась
непосредственно в пылегазовом
потоке с помощью
каскадного импактора [105]. Из
графиков видно, что пыль,
выделяющаяся при сушке
сырья в барабанах, со-
0,5 1
2 J 5 б 10 20
Размер частицгмкм
Рис. 1.4. Дисперсный состав
пыли после сушильного
барабана.
Фосфорит: 1 и 2—до и после циклона.
Кварцит: 3 и 4—до и после циклона.
Кокс: 5 и 6—до и после циклона;
7—пыль фосфорита, уловленная
рукавным фильтром.
гласно СНиП 1—1,5—62 относится к группе мелкодис
персных пылей [45, с. 83]. По-видимому, эффектив
ность очистки 92,8%, полученная во время обследова
ния, близка к предельной.
12
Для проектирования систем транспорта и
переработки уловленной пыли необходимо знать ее
физические свойства. Некоторые характеристики пылей
фосфорита, кварцита и кокса, определенные по методике
[23], приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Характеристика пылей
Параметр
Плотность, г/см3
Насыпная плотность,
г/см3:
минимальная
максимальная
Угол естественного
откоса, градусы
Угол скольжения,
градусы
Коэффициент трения
Сила когезии, г/см2
Порозность, %
Вид сырья
фосфорит
3,0
1,051
1,337
45,4
40
0,450
0,157
84,1
кварцит
2,4
1,62
1,85
40,5
34
0,475
0,150
75,0
кокс
1,9
0,88
0,99
36,4
26,4
0,480
0,031
65,04
ОЧИСТКА ГАЗОВ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
СУШКЕ И ОБЖИГЕ ФОСФОРИТА
Основными узлами образования газопылевых
выбросов от обжиговых машин являются установка
размола мелочи сырого фосфорита класса 10—0 мм и
обожженного возврата класса 8—0 мм, установки
гранулирования пыли фосфорита и собственно
обжиговая машина. Особенность схемы пылеосаждения
установки размола — совмещение технологических и
санитарных функций аппаратов газоочистки. Вся
образовавшаяся в мельнице пыль (20—50 т/ч),
осажденная в циклонах и рукавном фильтре, направляется
на гранулирование для дальнейшего использования.
Таким образом, при высокой пылевой нагрузке
установленные пылеуловители должны обладать и
высокой эффективностью, чтобы обеспечить санитарные
нормы выбросов в атмосферу.
13

Схема пылеулавливания двухступенчатая и
состоит из двух или четырех циклонов диаметром
1800 мм, высотой 6800 мм и рукавного фильтра BETH
SKS-648/36 (фирма Fr. Uhde, ФРГ) либо
аналогичного по конструкции опытно-промышленного
отечественного рукавного фильтра. Фильтр имеет 36 камер и
648 рукавов из ткани WW-12 (100%-ная силиконизи-
рованная шерсть). В каж-
w56-' дой камере установлено
18 рукавов диаметром
200 мм и длиной 3250 мм.
Общая фильтрационная
поверхность 1321/1238 м2.
Фильтр рассчитан на
работу под разрежением
12 X 103 Па при
температуре воздуха до 370 К-
Удельная нагрузка по
воздуху — 82 м3/ (м2 • ч).
На рис. 1.5
представлена схема спаренного ^
циклона, в котором
осаждается более 90% всей
пыли. Остальная пыль
поступает в рукавный
фильтр. Из табл. 1.3
видно, что общая
эффективность системы довольно
. высокая (98,8%)- Однако
величина выброса пыли
превышает санитарные
нормы.
Дисперсный состав
пыли фосфорита,
уловленный рукавными фильтрами, приведен на рис. 1.4,
кривая 7.
Осажденная пыль подается на установки
грануляции, где смешивается в определенном соотношении со
связующими. Необходимое количество связующего
определяется свойствами пыли.
Аспирационные газы, отсасываемые от
грануляционных тарелок, поступают на аппараты очистки от
пыли и химических соединений, выделяющихся из
Рис. 1.5. Спаренный
фирмы Fr. Uhde.
циклон
14
Таблица 1.3
Характеристика работы пылеуловителей
мельиичиой установки
Параметр
Количество воздуха на
очистку, м3/ч
Скорость пылевоз
душного потока, м/с
Запыленность, г/м3
Пылеунос, кг/ч
Эффективность, %
Общая эффективность, %
До циклонов
92 000
40
105—470
44 500
После
циклонов
94 000
33
5-7
1750
90—96
После
рукавного
фильтра
100 000
24,5
0,55
55-540
69—96
98,8
связующего коттрельного молока. В качестве одной
из схем очистки газов используется скрубберная
батарея фирмы Fr. Uhde. Предварительная подготовка
газов проводится в этом случае в вертикальном
орошаемом газоходе (рис. 1.6), дальнейшая — в двух
последовательно установленных скрубберах
распиливающего типа, относящихся к классу мокрых
центробежных газоочистных аппаратов (рис. 1.7).
Газовому потоку сообщается вращательное
движение при помощи завихрителя, конструкционной
основой которого служит полый цилиндр диаметром
500 мм. Цилиндр снабжен лопатками,
расположенными под углом 38° к оси по шестизаходной винтовой
линии. Частицы в аппарате осаждаются под действием
инерционного столкновения с каплями жидкости,
турбулентной диффузии, броуновского движения,
конденсации на них паров жидкости и ,их агломерации. Из
перечисленных механизмов осаждения частиц первый,
по-видимому, играет преимущественную роль. В
результате усиленной турбулизации потока
газообразные токсичные соединения, не прореагировавшие с
жидкостью в орошаемом газоходе, контактируют с
жидкостью в скруббере. Под действием
центробежных сил диспергированные капли промывной
жидкости выделяются из газового потока, оседая на
внутренних стенках аппарата. Каплеуловитель работает
по принципу разрыва пленки жидкости. Расход
15

A-A
Промывная
жидкость
Рис 16. Орошаемый газоход:
/-газопровод; 2 - заслонка; 3. 7-лкжн; 4. 5-форсуики; 5-оро-
шаемый газоход.
циркулирующей воды (проходящей стадию
отстаивания от шлама) на орошение скрубберов—1—2 м3/ч
на одни скруббер. Общее количество промывной воды
составляет примерно 0,4 л на 1 м3 газа или 15,5 м3/ч.
Гидравлическое сопротивление ' скруббера 450—
500 Па, всей скрубберной установки —1600—
1700 Па.
Характеристика газов, поступающих на очистку:
Расход, м3/ч
Запыленность, г/м3
Содержание токсичных компонентов,
мг/м3:
Р205
РНз
фтористые соединения (в
пересчете иа фтор-иои)
38 800-45 000
2,5-3,8
230-400
40-215
5—13
Эффективность скрубберов по пыли составляет в
среднем 93,8%, а по соединениям фтора и фосфора —
35—65%- Такая низкая эффективность очистки от
токсичных компонентов объясняется рядом причин.
На орошение скрубберов подается вода из
внутрицехового замкнутого цикла, в котором отсутствует
стадия нейтрализации. Вследствие этого промывная вода
уже содержит высокие концентрации фосфатов и
фторидов, что значительно снижает движущую силу
процесса массопередачи в скруббере. Оксиды фосфора,
определяемые при анализе как Р2О5, присутствуют и
в виде соединений низшей валентности фосфора
(например, Рг03), которые практически не сорбируются
водой. Оксиды высшей валентности фосфора Р2О5
(точнее Р^Ою) представляют собой мельчайшие
частицы дыма с размерами в сотые доли микрона.
Осаждение таких частиц требует применения
Таблица 1.4
Характеристика отходящих газов обжиговой машины
Зона
Сушкн
Охлаждения
Количество
газов, м3/ч
68 000—120 000
75 000-100 000
Запыленность,'
г/мЗ
0,07—0,3
1
Содержание токсичных
компонентов, мг/м3
Р2О5
30—180
16—41
РНз
45—90
10-14
фтор
5-40
3—6
17

Рис. 1.7. Скруббер
распиливающего типа:
1 — завихритель потока; 2—корпус;
3, 7—форсунки; 4, 6—штуцеры для
слива жидкости из каплеуловителя;
5—карман каплеуловителя.
специальных
высокоэнергоемких
аппаратов. Наконец,
фосфористый водород
практически не сорбируется
водой.
В табл. 1.4 приведен
состав газов обжиговой
машины, а на рис. 1.8 —
принципиальная схема
очистки. Газы из зоны
сушки подаются на
скрубберную батарею,
состоящую из
орошаемого газохода и двух
параллельных батарей
по четыре скруббера в
каждой. Конструкции
скрубберов и
орошаемого газохода
аналогичны описанным,
выше. На эту же батарею
поступает
объединенный выброс газов из
зон обжига и
охлаждения после
предварительной очистки в
спаренном циклоне фирмы
BETH, идентичном
применяемым на
мельницах. Средняя
эффективность скрубберов по
пыли — 91,5%.
Более
распространенной является
двухступенчатая схема с
очисткой газов в
циклонах, аналогичных
приведенным на рис.
1.5, и пенных
аппаратах ПГП-ЛТИ с проти-
воточными решетками
[120, с. 286].
18
При термической обработке фосфорита в шахтной
щелевой печи поток газа теплоносителя фильтруется
через слой фосфорита, загрязняясь продуктами
разложения сырья. К таким продуктам относятся: пыль,
образовавшаяся в результате механического и
термического разрушения фосфорита; пары воды,
выделившиеся за счет абсорбированной влаги и разрушения
кристаллогидратов; диоксид углерода, являющийся
Рис. 1.8. Принципиальная схема
очистки газов обжиговой
машины:
1—обжиговая машина; 2—мельница;
3—спаренный циклон; 4—рукавный ~
фильтр; 5—орошаемый газоход;
6—батарея скрубберов;
7—вентилятор.
продуктом кальцинации карбонатов кальция и
магния. Особое значение имеет вопрос о возможности
выделения с абгазами фтора и оксидов фосфора.
Наличие последних двух компонентов вызвало бы
значительное удорожание системы газоочистки.
Проведенные термодинамические расчеты показывают, что в
рабочем диапазоне температур щелевой печи (1000—
1350 К) CaF2 практически устойчив. Ожидать
каталитического воздействия паров воды не приходится,
19

поскольку при медленном прохождении фосфорита в
шахте печи дегидратация и декарбонизация
заканчиваются раньше, чем мог бы начаться процесс
каталитического разложения CaF2.
В табл. 1.5 приведены сравнительные показатели
подготовки фосфорита к электровозгонке при сушке и
обжиге в щелевой печи и сушке в барабане. Видно,
что при обжиге фосфорита в щелевой печи получается
сырье достаточно высокого качества, отвечающее
требованиям электровозгонки фосфора.
Таблица 1.Б
Технологические показатели процессов подготовки
фосфорита к электровозгоике
Показатель
Расход газа, м3/т
Температура, К:
теплоносителя
отходящих газов
Степень дегидратации, %
Степень
декарбонизации, %
Содержание мелочи:
фракции 10—5 мм
фракции 5—0 мм
Пылеуиос, кг/т
Обжнг
в щелевой
печи
22,0
1220—1320
470-520
100
85-90
5,5
2,8
3,0
Сушка
в щелевой
печн
11,0
820—870
330—370
100
ДО 16
3,1
0,8
0.1
Сушка
в барабане
11,7—13,4
670
400—460
70—75
0
4,0
1,5
6,8
Дисперсный состав пыли, уносимой из зоны
обжига щелевой печи, на входе в циклон:
Размер частиц, мкм < 10 10-20 20-30 30-40 40-50 50 > 50
Содержание, % (масс) 17 13 11 9 5 45 40
Химический состав пыли:
Компонент Si02 P2Os A1203 Fe203 CaO MgO С02 П. п. п. *
Содержание, 26,04 20,95 1,23 2,12 35,6 2,01 6,44 7,81
% (масс.)
* П. п. п.—потерн при прокаливании.
Содержание основных компонентов в пыли
свидетельствует о том, что она выносится в основном из
зоны подогрева. Пылеунос возрастает с увеличением
температуры обжига и производительности печи [79].
20
Замеры пылеуноса, проведенные в холодной печи,
показали, что в этих условиях образуется пыли в 3—
4 раза меньше, чем при обжиге. Этим
подтверждается предположение, что пылеобразование в щелевой
печи есть функция истирания и термического
разложения сырья. Характеристика газопылевых выбросов
шахтных щелевых печей приведена в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Характеристика газопылевых выбросов из шахтных
щелевых печей при обжиге фосфорита
Производительность по загрузке сырья—60 т/ч; рабочая температура—
1223-1323 К-
Параметр
Расход газов, м3/ч
Температура газов, К
Содержание в газе, мг/м3:
пыли
оксидов фосфора
фтористых газов
Зона
обжига
80 000
400—450
140—160
1.5
0,8—1,0
Зона
охлаждения
170 000
360—375
120—180
Нет
Некоторые физические свойства пыли фосфорита,
образующейся при обжиге, приведены в табл. 1.7.
Таблица 1.7
Характеристика пыли фосфорита
Параметр
-
Плотность, г/см3
Насыпная плотность, г/см3:
минимальная
максимальная
Угол естественного откоса, градусы
Угол скольжения, градусы
Коэффициент треиия
Сила когезии, г/см2
Порозиость, %
Место образования пылн
мельницы
3,1
1,0
3,31
45,6
30,3
0,426
0,121
83,4
щелевая печь,
зона обжига
2,68
1,05
1,32
43,0
28,0
0,453
0,135
85,0
Очистка газов от пыли из зоны обжига шахтных
щелевых печей осуществляется в батарейном циклоне
21

БПР-ЗбА, а из зоны охлаждения — в групповом
циклоне из шести элементов ЦН-15 диаметром 800 мм
(рис. 1.9).
ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ
ПРИ АГЛОМЕРАЦИИ ФОСФОРИТА
Как указывалось выше, спекание мелочи — это
один из перспективных методов вовлечения в
производство мелких фракций фосфорита. Процессу окуско-
вания методом спекания в черной и цветной
металлургии (в отечественной литературе — агломерация)
Рис. 1.9. Принципиальная схема очистки газов шахтной щелевой
печи:
1 — щелевая печь; 2—батарейный циклон; 3—вентиляторы; 4— групповой
циклон; 5—дымовая труба.
посвящено большое число работ, в которых подробно
рассматриваются вопросы образования и очистки
газов.
Для фосфорной промышленности этот способ
подготовки руды изучен недостаточно. С целью
получения данных для проектирования агломерационных
машин в фосфорной промышленности на одной из
обогатительных фабрик черной металлургии была пе-
22
ей
орит,
■в-
о
о
■&
в
в
и-
ев
мер
о
ч
и
се
при
со
О
о
о
о.
о
3
со
И
3
со
си
Ч
3
С
газо
се
теристик
S
о.
л
х
2
о.
0)
S
rt
О.
rt
Е
f.
%ъ
2
с
*--и
т
£
т*
н§«
° ** ч
*
So
о-&
г
о
Sfe
sis
g,1- *
1 .?
1st-
s,«;c
a"5
«X
& -
с я
ss
S к
О
о
а.
rt
О.
О
УО
о
о
&
о
C^lC^t^CD COCD^^-CO^-^O t^ 00 О t-^ © ~ CO
о со odсо ■* m —■ —:d—Tcsfio'tCm coo" iff *c?
— COU3—> CM ~
CO <N f~ t~- ■* 001ПСО t—
cocooom cnj-^ t-^ ic ^e* t^ t— ■*
CD CD_ CO CO^** <N_C4_ ■*_—_ Ю^СО^^О О СО
смсГсГсГоо doodddoo'd ^^J"^-T
•4"
"
OcOCOcOCOO | | IOOOO 1 1 1 1 1
^Uj^»— I | |<м_*__ I I | I |
ON CM inm^"^
~_co_co_e^r>-r>i'^cocc_in'* ^r-^ i i is i а
co"od"ooо об*id"id""*f со"-^coo" ' ' o" ' —Г
—<—< —< со
OOOOOOOOOOOOOOOOO©
ОО(0ООООИфоО^ OOOCOCNIO
WCNinOtOin^^OCOOlONOSCDtDCS
t^ocN — сасялиэюсотсоог^^сче^г^
.—.
ooooooooooooooooo©
OinOOiOlOlfiWlflOO^^NOOOOn
NN —SOOlOOOOCNOinncDO——
<N<N<N—< —< <N —< — — О <N <N <N CO CO CO
CNCOOOCO—■lOScOinecOtaMMOCOn
MNcceMNmcoconnnnratNiNoioo
nnnnnnnnmnranncortwnm
3
X
в
a
о « о
»« 4
2 о _ '-
ч ч g «
Ы! к Ь
меры:
[ЬТИЦИ
: ьтици!
возвра
часть
зврата
S 5.5. к о
¥ - _ •о « в
i S S с; и
и ш о о.
>> ч oj f |- cu
>» cu ч га у м
£й о,о ь о Э
« — счсо^юф^-оосло — смсо^^Я*?1
23

реработана на агломерат большая партия
фосфоритной мелочи. Одновременно с изучением
технологического режима обжига на агломашине К-2-50 были
проведены исследования [26] газопылевых выбросов
(табл. 1.8). Температура газа по ходу агломашины
возрастает незначительно, что свидетельствует о
равномерности сушки. Низкая температура в последних
вакуум-камерах говорит о неполноте процесса
агломерации. В связи с отсутствием на стояках
вакуум-камер прямых участков необходимой длины,
неравномерным распределением пыли по сечению стояков, ее
полидисперсностью и в силу ряда других причин
замеренная запыленность газа ниже фактической [6].
Приведенные в табл. 1.9 данные по запыленности
относятся к частицам менее 1000 мкм и позволяют
судить только о динамике пылевыделения по ходу
агломерационной ленты. Из таблицы видно, что
запыленность постепенно снижается, достигая минимума
в седьмой вакуум-камере, и затем снова возрастает.
Резкое увеличение запыленности в 13-й
вакуум-камере объясняется интенсивным пылеобразованием
при разломе агломерационного «пирога» перед
сбрасыванием его с агломашины. Большое количество
пыли поступает в коллектор (пылевой мешок 10-й
вакуум-камеры) от аспирационной системы питания
возврата.
Эффективность работы системы газоочистки,
первой ступенью которой является коллектор, видна из
Таблица 1.9
Эффективность работы газоочистки
Место отбора пробы
Коллектор
Перед мультициклоном
После мультициклона

Запыленность газа.
г/м3
2,370
0,470
0,117
Количество пыли,
кг/ч
поступает
250
55
14

улавливается
195
41
Степень
очистки,
%
78
75
94,5
Примечания: 1. Фактическая эффективность работы газоочистки
выше, так как в таблице приведены данные для поступающей в коллектор
пыли мельче 1000 мкм.
2. Данные, относящиеся к коллектору, являются средними.
24
данных табл. 1.9. Низкая эффективность
мультициклона объясняется его несколько неудачной
конструкцией и неудовлетворительным рабочим состоянием.
Конечная запыленность газов превышает
предельно допустимую норму выброса по свободной Si02 в
4 раза [1]. Химический состав агломерационного газа
приведен в табл. 1.10. Из таблицы видно, что кон-
Таблица 1.10
Химический состав газа
Место отбора пробы
Оксиды
фосфора
в
пересчете
на Р205,
мг/м3
РН3,
мг/м3
F ,
мг/м3
СО. %
(об.)
со2. %
(об.)
S02, %
(об.)
Вакуум-камеры:
1
3
5
7
9
11
13
Коллектор
Хвостовая часть
агломашины
Буикер возврата
12,80
18,30
18,20
27,95
30,30
27,65
15,55
10,63
14,6
0,86
1,01
0,85
2,50
1,91
2,60
2,54
0,75
3,37
5,18
2,54
13,2
отс.
13,7
26,52
49,10
2,23
4,74
2,50
1,80
—
—
—
—
—
—
0,3
0,015
0,01
—
—
—
—
—
—
1,83
—
—
0,00077
0,00070
— 0,00175
центрация окислов фосфора по ходу агломашины
возрастает. Для остальных компонентов такая
зависимость не наблюдается.
Для правильного выбора аппаратов газоочистки
существенное значение имеет дисперсный состав
пыли. Ниже приведены данные, характеризующие
дисперсность пыли агломерационных газов (определена
каскадным импактором) в коллекторе
Размер частиц, мкм <5 5—10
Содержание, % (масс.) 13 10
в хвостовой части агломашины:
10—20
15
20—30
7
>30
55
Размер частиц, мкм < 10 10—20 20—30 >30
Содержание, % (масс.) 6 14 10 70
25

Как видно, в исследуемой пыли преобладают
фракции более 30 мкм, что несколько облегчает их
осаждение в аппаратах газоочистки.
Химический состав пыли (табл. 1.11) примерно
одинаков, за исключением несколько повышенной
концентрации фтористых соединений в пыли,
отобранной из камер чистого газа мультициклона. Это
обстоятельство можно объяснить, по-видимому, тем, что
высокодисперсная пыль в камере чистого газа обладает
повышенной адсорбционной способностью вследствие
хорошо развитой поверхности контакта с газом,
содержащим соединение фтора. Характерным является
также высокое содержание углерода во всех образцах
пыли, что подтверждает высказанное ранее
предположение о неполноте протекания процесса
агломерации. В табл. 1.11 приведены также некоторые
физические свойства пылей.
Таблица 1.11
Химический состав и физическая характеристика пыли
пробы
Камера грязного
газа
мультициклона
Камера чистого
газа
мультициклона
Бункер
мультициклона
Пылеуловитель
системы
аспирации хвостовой
части аглома-
шииы
Si02
22,62
22,48
24,78
30,70
И. О.
25,78
25,58
28,42
35,08
Р2о5
18,95
12,20
14,50
12,70
СаО
29,20
21,00
24,20
21,05
Содержание, %
MgO
3,14
1,43
1,35
—
Fe203
11,55
11,55
5,70
— '
A1203
1,86
3,08
3,20
—
АСПИРАЦИЯ В ЦЕХАХ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ
Оборудование цехов подготовки сырья работает
под давлением, близким к атмосферному, либо под
некоторым разрежением. Проникновение вредных ве-
26
ществ в помещение в результате турбулентной и
молекулярной диффузии происходит при работе
оборудования с высокими концентрациями веществ.
Количество выделяющихся вредных веществ не постоянно
и зависит от технологического режима, состояния
оборудования, метеорологических условий в помещении
цеха и других факторов.
Назначение аспирационных систем — создание
благоприятных условий труда в цехе и недопущение
повышения содержания поступающих загрязнений
выше значений предельно допустимых концентраций
(ПДК). Достигается это локализацией газового или
пылевого выброса на месте его образования путем
создания надежного укрытия; транспортом
уловленного продукта по системе воздухопроводов; очисткой
аспирационного воздуха от вредных компонентов и
(масс.)
Фтор
1,48
3,46
1,98
С02
2,03
1,13
2,44
С
6,25
14,39
13,73
п. п. п,
9,49
22,45
20,69
Насыпная
плотность.
г/смЗ


мальная
0,953
0,87
0,870
0,77


мальная
1,33
1,25
1,12
1,10
Угол

естественного
откоса,

градусы
40,0
45,0
46,0
41,30
Угол

скольжения,

градусы
31,50
33,25
36
37,50


фициент
треиня
0,870
0,655
0,700
0,769
Сила
коге-
зни,
г/см2
0,084
0,082
0,057
0,0476
выбросом его в атмосферу. Значения ПДК [96] для
вредных веществ, содержащихся в газопылевых
выбросах цехов подготовки сырья представлены ниже:
Загрязнитель Фосфорит Кварцит Кокс Р205 РНз HF (в
пересчете
на F")
ПДК, мг/м3 6,0 2,0 6,0 1,0 0,1 0,5
27

При подготовке сырья используют два вида аспи-
рационных систем: локальные, аспирирующие
единичный объект (грохот, дробилку, транслятор), и
коллекторные, аспирирующие группу пылящих объектов.
Учитывая опыт металлургической промышленности
[43,56, 80], можно отметить, что второй вид аспира-
ционных систем является более перспективным.
Примером такой схемы в фосфорной промышленности
может служить аспирационная система шихтовального
отделения, выполненная с вертикальным коллектором.
Система обслуживает два фосфоритных, один квар*
цитный и один коксовый грохоты, дозатор фосфорита,
четыре шихтовых и один пылевой конвейеры. Очистка
воздуха от пыли осуществляется двухрядным
рукавным фильтром РФГ-УМС-10. Запыленность воздуха
на входе в рукавный фильтр составляет 1,2—1,6 т/и3,
на выходе — 0,03—0,05 г/м3. Эффективность работы
рукавного фильтра — 97,5—98,5%. Фракционный
состав пыли шихтовального отделения на входе в
рукавный фильтр следующий:
Размер частиц, мкм < 5 5—10 10—20 20—30 30—40 40 > 50
Содержание, % (масс.) 8 4,4 5,4 6 2,8 73,2 19
Таким образом, в аспирационных газах
преобладает крупнодисперсная пыль и следует ожидать
эффективности работы рукавного фильтра на уровне
99,5%. Причинами повышенной концентрации пыли
на выходе из рукавного фильтра могут быть
неудовлетворительная сборка отдельных узлов,
недостаточная герметизация фильтров (подсос вторичного
воздуха достигает 30%), а также плохое состояние
фильтровальной ткани. Наряду с этим фильтры имеют
и ряд конструктивных недостатков: сравнительно
сложный и недостаточно надежный в эксплуатации
механизм встряхивания и обратной продувки,
сложность сборки и замены рукавов, что особенно заметно
при эксплуатации большого числа фильтров. Вместе
с тем при хорошей сборке и надлежащей
эксплуатации фильтров они могут обеспечивать очистку воздуха
от пыли механического происхождения до уровня
0,3—0,6 мг/м3 при эффективности выше 99,5% [22].
Примером неудачного решения аспирации может
служить схема, принятая в помещении вагоноопроки-
28
дывания, по тракту перемещения и переработки
сырья. Пыль в этих системах улавливается
групповыми циклонами ЦН-15, затем выгружается на
конвейеры сырья и транспортируется вместе с сырьем в
сушильные барабаны, после чего осаждается в
батарейных циклонах и мультициклонах. При такой схеме по
всему тракту подачи сырья создается высокая
запыленность рабочих помещений, значительно
превышающая ПДК, и неоправданно увеличивается нагрузка
по пыли на пылеуловители после сушильных
барабанов.
Более правильным решением было бы объединение
аспирационных систем в групповые [88, с. 31] с
выводом из процесса всей уловленной пыли и дальнейшей
утилизацией ее путем окомкования, гранулирования
или брикетирования.

Глава 2
ФОРМИРОВАНИЕ И ОЧИСТКА
ГАЗОПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ
ПРИ ЭЛЕКТРОВОЗГОНКЕ ФОСФОРА
ГАЗОВАЯ ФАЗА РУДНОТЕРМИЧЕСКОИ ПЕЧИ
Принципиальная технологическая схема
электровозгонки фосфора приведена на рис. 2.1. Дозировка
шихты в печь производится периодически через
герметичные загрузочные бункеры. Продукты возгонки —
печные газы, содержащие пары фосфора,
газообразные соединения основных и побочных реакций,
протекающих в печи, возгоны и пыль шихты —
направляются в двухпольный электрофильтр, в котором во
избежание конденсации паров фосфора поддержи- *
вается температура 520—570 К за счет обогрева
циркулирующим в рубашке горячим топочным газом.
Пыль, уловленная в электрофильтре, через пылевы-
пускные шахты поступает в приемники со
скребковыми устройствами, откуда удаляется водой в виде
суспензии — «коттрельного молока». Из электро-,
фильтров печной газ поступает в систему
конденсации. Сконцентрированный фосфор собирается в
приемники. Образующийся в процессе электровозгонки
шлак удаляется из печи периодически либо
непрерывно. При периодических выпусках шлак сливается в
специальные ковши — шлаковозы и вывозится на
переработку, при непрерывных — перерабатывается
непосредственно у печей на шлаковый песок и гранулят
Феррофосфор периодически сливается из печей в
ковш и разливается в изложницы.
Как уже отмечалось в главе 1, термическая
обработка фосфорита является обязательной стадией
процесса, предшествующей электровозгонке в руднотер-
мических печах. Ниже сравниваются расходные ко-
30
эффициенты печей ОКБ-640 (на 1 т фосфора) при
работе на сыром и обожженном фосфорите:
Электроэнергия, кВт • ч
Фосфорит (в пересчете на 23%-иый
Р205, т)
Кварцит отсеянный, т
Сухой кокс отсеянный, т
Печной газ, т
Феррофосфор, т
Шлак, т
Обожженный
фосфорит
13,19
10,94
2,0
1,66
2,68
0,101
8,30
Сырой
фосфорит
14,78
11,30
2,0
1,75
3,46
0,127
8,60
Одновременно с улучшением ряда показателей,
следует отметить снижение количества пыли. Плот-
Рис 2.1. Принципиальная схема получения фосфора:
У —загрузочный бункер; 2—печь", 3—электроды; 4—шлаковая летка;
5—феррофосфориая летка; 6—электрофильтр; 7—кожух электрофильтра;
8 —камера для сбора пыли; 9—шнек для выгрузки пылн; 10—горячий
конденсатор; 11—холодный конденсатор; 12—холодильная установка; 13—сбор-
инк фосфора.
ность коттрельного молока при работе на
обожженном фосфорите составила 1,045 г/см3, при работе на
сыром фосфорите— 1,360 г/см3.
В соответствии с современными воззрениями на
процесс электровозгонки фосфора руднотермическая
печь рассматривается как химический реактор,
31

разделенный на пять реакционных зон [50]. Шихта,
поступающая в печь, подогревается за счет теплоты
реакционных газов и теплопроводности нижележащих
слоев. При этом в сырье идут процессы удаления
кристаллизационной и гидратной влаги,
декарбонизации сырьевых материалов и взаимодействия между
продуктами разложения. Это в основном зона
твердофазных процессов — I зона печи. Ее нижняя граница
определяется началом плавления минералов шихты,
т. е. температурой плавления легкоплавкого
компонента. Область температур I зоны — 670—1630 К.
При достижении температуры 1570—1620 К
начинается II зона — зона плавления, с образованием жидкой
фосфат-кремнистой фазы, в которой растворяются
твердые высокоплавкие компоненты; стекающий в
нижние горизонты печи расплав взаимодействует с
твердыми частицами шихты. Образование II зоны
характерно для переработки фосфоритов; при работе
руднотермической печи на апатитах либо окатышах
из апатитов зона II отсутствует [50].
Так как жидкая фаза покидает зону, кокс,
имеющий меньшую плотность, всплывает на поверхность
расплава, а с шихтой непрерывно поступают новые
дозы кокса; происходит его накопление на
определением уровне печи с образованием углеродистой зоны
(III зона). Содержание кокса в этой зоне больше
[15—25% (масс.)], чем в исходной шихте, и
лимитируется только плотностью «упаковки» слоя. В этой
зоне происходит процесс химического взаимодействия
углеродистого материала с расплавом. Расплав
фильтруется через слой кокса. При этом
обеспечивается высокая поверхность контакта фаз и
непрерывный отвод продуктов реакции.
Размер углеродистой зоны и существующие в ней
условия определяют режим работы всего печного
агрегата. Это относится и к электрическому режиму
печи, так как проводимость углеродистой зоны
значительно выше, чем второй и, особенно, первой,
поскольку в ней много кокса и хороший контакт между
его частицами обеспечивается электропроводным
расплавом. Через углеродистую зону осуществляется
контакт между электродами и подиной печи. Торцы
электродов при этом должны находиться на уровне
32
начала углеродистой зоны, а от положения электродоЁ
в свою очередь зависят электрическая мощность печи,
тепловой и электрический к. п. д. печи, температура
отходящих газов. Именно в углеродистой зоне
связываются химические и электрические параметры печи,
а изучение условий работы зоны позволяет вскрыть
механизм протекающих в печи явлений.
IV зона — зона чистого расплава стабильного
состава (зона шлака). V зона — зона феррофосфора.
Прохождение реакций в этих зонах незначительно и
сводится в основном к тепло- и массообмену между
шлаком и феррофосфором и некоторому довосстанов-
лению фосфата кальция (на 0,3—0,5%).
На формирование газовой фазы руднотермической
фосфорной печи оказывают влияние процессы,
протекающие в I и III зонах, которые и следует
рассмотреть более подробно. Около 30% вещества,
поступающего в печь, уходит в газовую фазу [131, с. 129].
Теоретически при взаимодействии фосфата кальция и
углерода газы должны содержать 83,4% (об.) СО и
16,6% (об.) паров фосфора [85]. В действительности
состав газов много сложнее, а содержание паров
фосфора не превышает 7—9% от общего количества
печных газов. Данные, полученные по результатам
обследования действующих заводов [51], приведены в
табл. 2.1.
На основе анализа литературных данных
Патрушев приводит [85] основные процессы, протекающие
в фосфорной печи (табл. 2.2).
Как видно из табл. 2.1 и 2.2, действительный
состав печных газов существенно отличается от
теоретического. Особенно значительные отклонения
наблюдаются при работе на необожженном сырье. В этом
случае в I зоне печи выделение СОг и Нг в 1,5 раза
больше, чем при работе на обожженном сырье.
Попадание в газовую фазу СОг и паров воды вызывает
окисление паров фосфора. Термодинамические
расчеты показывают, что в интервале температур 400—
1200 К СО и С02 способны окислять пары фосфора.
Преобладающим продуктом реакции является Р4О6
[131]. Окисление фосфора парами воды возможно при
670—870 К. Таким образом, потери фосфора
вследствие этого процесса возможны в верхних горизонтах
2 Зак. 1277
33

Таблица 2.1
Формирование отходящих газов
Элемент
или
соединение
Переход
в газ, % от
содержания
в шихте
Примечание
Si02
СаО
MgO
Na20 + КгО
А1гОз
G
Н,
As, Ga, Ge, Pb,
Zn и др.
92—94
0,5-1,0
0,1—0,3
Около 1,0
12-15
1,5-2,0
97—100
100
3-5
60—65
85—90% получается в виде
товарного фосфора; 1,2—2%
остается в коттрельной пыли;
1,6—6,1% теряется с
отходящими газами и 0,8—2% — со
сточными водами
Около 80% этого количества
остается в коттрельной пыли,
остальное переходит в
сточные воды в результате
разложения фторидом кремния
Основная причина
удаления — механический унос с
пылью; часть СаО обнаружена
в сточных водах — возможно
следствие возгонки
Распределение между
коттрельной пылью и сточной
водой 1 : 1
Соотношение щелочей,
перешедших в коттрельную пыль
и сточные воды (или шлам)
для различных производств от
1 : 4 до 5 : 1 в
Причина удаления —
механический унос и химические
реакции '
Оставшийся углерод
удаляется из печи со шлаком и
феррофосфором
Точный баланс затруднен
ввиду ошибок учета прихода
с летучими веществами кокса'
и электродной массы
Распределение соединений
фтора в коттрельной пыли и
сточной воде 1 :4. Примерно'
половина попадает в сточные
воды за счет SiF4
В основном в виде H2S
уходит в сточные воды и ва факел
Обнаружено обогащение
этими элементами
(обнаружены качественным анализом)
коттрельной пыли и загряз-
ние фосфора
34
Таблица 2.2
Основные процессы, протекающие в фосфорной печи
Реакция
СазР208 (т.) + 2CO -> Са3Р206 +
+ 2С02
СазР203 (т.) + 2C -» Ca3P2Oe + 2CO
СазРгОз (т.) + 5С -» Р2 + ЗСаО +
+ 5СО
Са3Р208 (т.) + 5C + 3Si02 -» Р2 +
+ 3CaSi03 + 5CO
СазРгОз (ж.) + 5С + 3Si02 -* Р2 +
+ 3CaSi03 + 5CO
Са3Р206 (ж.) + ЗС + 3Si02 -* Р2 +
+ 3CaSi03 + ЗСО
Са8Р2Ов(ж.) + 8С -» Са3Р2 + 8СО
Са3Р208 (т.) + 17C -у ЗСаСз +
+ 8СО + Р2
Si02 (т.) + 2C -► Si (т.) + 2СО
Si02 (т.) + С -► SiO (т.) + СО
Fe203 (т.) + ЗСО -* 2Fe + 3C02
Fe203(T.) + 3C -» 2Fe + 3CO
4Fe (т.) + Рг -» 2Fe2P
Fe^.) + Si -» FeSi
Температура
начала
процесса, К
< 1200
1192
1673
1368
1500 "J
f
1500 )
1973
2050
1827
2003
>850
>845
1323
1683
Доля в
процессе

восстановления. %
<1
5
>90
<0,2
<0,1
печи и электрофильтрах, куда водяные пары попада^-
ют с сырьем или инертным газом. Практический
интерес представляет также поведение соединений
фтора в руднотермической печи. Определяемые при
анализе печного газа после системы конденсации
концентрации соединений фтора, по-видимому, следует
считать заниженными, так как только часть возогнан-
ного в печи фтора находится в виде аналитически
определяемых соединений (HF, SiF4). Часть фтора
может выделяться в виде CF4 и CHF3 [86]. Так,
образование CF4 возможно по реакциям:
SiF4 + 4С + Са3Р208 —* CF4 + Р2 + ЗСО + Ca3Si05
или
2CaF2 + 3Si02 + Са3Р203 + 4C —* CF4 + Р2 + 2CaSi03+
+ Ca3Si05 + ЗСО
Условия для протекания этих реакций создаются
при появлении в печи дугового разряда.
2* 35

ПЫЛЕВАЯ ФАЗА
Вопросу пылеообразования в фосфорных печах
посвящены работы многих исследователей [82, 135,
143]. Однако полного представления и достаточной
ясности по этому вопросу до сих пор нет и выяснение
целого ряда сложных вопросов требует
дополнительных исследований. Остановимся на положениях,
которые можно в настоящее время считать выясненными.
Печные газы на входе в электрофильтр содержат от
5 до 120 г/м3 полидисперсной пыли. Образование пыли
связывается [93, 140J с тремя основными процессами
в фосфорной печи: взаимодействием при высоких
температурах материалов руды между собой и с
восстановителем; испарением оксидов и возгонкой
легкоплавких компонентов; механическим разрушением
шихты при ее транспортировке в бункерах и течках
печи. Запыленность газов в значительной степени
определяется углеродным режимом, от которого в
свою очередь зависит глубина посадки электродов,
а также высота фильтрующего слоя шихты.
При увеличении доли дугового режима,
наблюдаемого в пусковой период, при выпуске шлака или
недогрузке печи шихтой, повышается температура
печных газов, что способствует развитию побочных
реакций и росту запыленности газов. Показано [93], что
запыленность печного газа связана также с
восстановлением Si02 до SiO, конденсирующегося в верхних
горизонтах печи и в электрофильтре. Восстановление
Si02 возможно в III зоне печи при температуре
более 1770 К по реакции
Si02 + C —v SiO + СО
При температуре выше 1970 К происходит
восстановление БЮг карбидом кремния:
Si02 + 3C —>- SiC + 2CO
2Si02 + SiC —v 3SiO + CO
В этих же условиях диоксид кремния испаряется
с последующей диссоциацией:
2Si02 —>■ 2SiO + 02
Принципиальная схема формирования пылевой
фазы представлена ка стр. 37.
36

Анализ твердой фазы коттрельного молока и пыли,
отобранной с электродов электрофильтра, показывает
[131, с. 135] присутствие в пыли, наряду с оксидами
кремния, оксидов фосфора, кальция, калия, натрия,
магния, железа, алюминия, свинца, цинка,
элементарного углерода и микропримесей олова, мышьяка,
бария, гелия, марганца и ряда других элементов.
Хроматографический анализ обнаруживает в пыли
соединения фосфора в виде орто-, пиро-, Триполи- и
триметафосфатов, являющихся, по-видимому,
продуктами вторичных реакций в печи и в электрическом
поле электрофильтров. Наличие щелочей — результат
испарения щелочных компонентов шихты в виде
оксидов или фторидов [93]. Примерно 14%
поступивших в печь щелочей переходит в печной газ
[13, с. 130].
Кроме того, в пылевой фазе обнаруживаются
липкие смолообразные продукты, довольно хорошо
растворимые в воде. Можно предположить, что это
полимерные соединения фосфора, образующиеся при
взаимодействии его паров с водородом и кислородом в
верхних горизонтах печи. По данным [139], фосфор,
содержащий 5—10% водорода и кислорода, — четко
выраженный полимер.
В табл. 2.3 приведены данные о химическом
составе пыли, отобранной из электрофильтров,
содержащиеся в различных литературных источниках. Как^
видно, химический состав пыли изменяется в весьма
широких пределах. Это связано с составом шихты,
степенью и качеством ее подготовки, технологическим
режимом электровозгонки и особенностями
конструктивного оформления печного агрегата. Большой
практический интерес представляют сведения о составе
пыли, отобранной с различных участков
электрофильтра. Такие данные, полученные при обследовании
электрофильтра ЖФП-7м, представлены в табл. 2.4.
Видно, что химический состав пыли в первом и вто-'
ром поле электрофильтра различен. Во втором поле
уменьшается содержание Рг05 в пыли и
увеличивается содержание щелочных компонентов — продуктов
возгонки и последующей конденсации. Значительное
повышение потерь при прокаливании (п. п. п.)
объясняется, по-видимому, наличием мелкодисперсной
38
ж
о
с.
•а
ч
в
•&
о
с.
ы
<и
ч
В)
»в
о
S
S
<и
Ч
«а
о
ч
>>
в
ч
S
с
W
О
Фтор
I
I
3
1
оо
1
о о.
of со"
1
00 О.
OCN
1
о »л
-^00
1
о о,
оо из"
18,6
1,06
5,8
3,18
1
оо со
1
из из
1,1-
5,9
3,4
1,5
1
со из
1
00 —■
о"оТ
3,6
1
о"—
1
со ■*
1
0?1Я
1
юиз
1
too,
olco
1
COtD^
оТсо"
1
coo
о"о"
1
со
<м
я
я
S
>s
X
м
о
В"
S
S
X
I
о
ы
О
в
I
33
C5tO
1Л01
со
со
00
о
33
I
00 СО
о"—
СО"
I
о о
o"to
I
оо
I I I I
<м со t^.00* &i^L °1^
COlO 0*<0 <N~^ <NCO
oo"o> оо со со О
~~ <NCO —"CNI
I
Ю*о"
— CO
moo
ocfoo
OJ-Ф
I
00 00
CNCO
O5 00
trfco"
<NCO
IM
05
CO
8
39-

Таблица 2.4
Химический состав пыли [% (масс.)], отобранной
с электродов электрофильтра
Компонент
р2об
SiOj!
CaO
MgO
Na20
К2О
А1203
Fe203
П. п. п.
Первое поле
коронирую-
щнй электрод
40,31
24,04
9,14
3,23
2,10
13,10
0,61
Следы
1,80
осадительный
электрод
41,18
22,66
9,02
3,80
1,91
12,70
1,44
Следы
1,46
Второе поле
коронирующий
электрод
32,80
24,80
10,04
4,53
2,28
15,20
1,50
Следы
3,54
осадительный
электрод
26,75
25,66
9,81
4,29
2,76
15,80
1,46
Следы
4,70
пыли, улавливаемой в основном во втором поле
электрофильтра.
Эффективность очистки газов от пыли в
электрофильтрах в значительной степени зависит от
дисперсности пыли [122, с. 40]. Некоторые сведения о
дисперсном составе имеются в работе Постникова [93].
Электронно-микроскопическим исследованиям
подвергалась пыль, предварительно обработанная водой, 2%
раствором лимонной кислоты и царской водкой.
Показано, что пыль состоит в основном из
сконцентрированных возгонов шарообразной формы, размером от
нескольких сотых до 0,1 мкм, объединенных в
крупные агрегаты. Однако предварительная обработка
пыли приводит к изменению ее химического состава
[143] и не дает возможности получить сравнимые
результаты.
Проведены [49] исследования пыли, отобранной с
осадительных электродов первого и второго полей
электрофильтра и из печного газа после
электрофильтра. Микроскопические исследования
необработанной пыли при помощи микроскопа МИН-8 при
увеличении в 300 раз показали преобладание частиц
размером около 1 мкм. Отдельные частицы имели
размеры 10—15 мкм. Электронно-микроскопические
снимки пыли при увеличении в 10000 раз, сделанные
для отобранных образцов, обработанных предвари-
40
тельно водой для удаления водорастворимых
соединений, показывают, что в первом поле электрофильтра
преобладают частицы возгонного характера,
шарообразной формы, с размерами 0,1—1,0 мкм. На долю
этих частиц приходится 60—70% пыли, уловленной в
первом поле. Наряду с возгонной пылью наблюдаются
частицы в виде вытянутых кристаллов шириной 0,3—
1,3 мкм и длиной до 6 мкм. Это, видимо, пыль,
образовавшаяся при механическом разрушении шихтовых
материалов и вынесенная из I зоны печи с печным
onU I I I I I 1 1—111 1 1 1 1 1 1—1 ■—■— .
*" 0,6 0,81 Z 3 4 5 7 10 20 30 50 70 100
Размер частиц , мкм
Рис. 2.2. Дисперсный состав пыли, уловленной
электрофильтром:
/—в первом поле; 2—во втором поле.
газом. Наконец, третий вид частиц — светло-серые
агрегаты неправильной формы — следует отнести к
скоплениям частиц углерода.
Пыль, уловленная во втором поле электрофильтра,
примерно на 90% представлена шарообразными
частицами диаметром 0,5—1,0 мкм. Изредка
встречаются и более крупные частицы — до 2,0 мкм. Крупные
сегрегации неправильной формы светло-серого цвета,
по-видимому, тоже принадлежат к частицам углерода.
Значительная часть частиц, прошедших
электрофильтр и уловленных из печного газа перед системой
конденсации, имеет несколько меньшие размеры, чем
уловленные вторым полем — 0,2—0,8 мкм, хотя
встречаются и более крупные частицы шаровидной формы
с диаметром до 2,5 мкм,
41

Семибратовский филиал НИИОГАЗ, обследуя
электрофильтры на печах РКЗ-48, провел
лабораторные исследования пыли, отобранной с электродов
первого и второго полей электрофильтров. На рис. 2.2
приведен дисперсный состав пыли, определенный
методом жидкостной седиментации. Медианный диаметр
пыли, осажденной в первом поле, составляет 3,0 мкм,
во втором—1,8 мкм. Удельное электрическое
сопротивление этой же пыли, определенное в насыпном
слое при комнатной температуре, составляет 10я—
10" Ом-м. Таким образом, пыль фосфорных печей
относится, по классификации Ужова [122, с. 63], к
третьей группе — наиболее
трудно улавливаемой
электрофильтрами.
Эффективность
очистки газов от пыли в
значительной степени зависит
от скорости газового
потока и пылесодержания
на входе в электрофильтр.
В настоящее время не
удается определить эти
параметры для печных газов
фосфорных печей
непосредственными замерами.
Объем выделяющихся
печных газов определяют
на основе баланса углерода в печи [51]. Согласно
расчету на 1 т фосфора приходится 1911,4 м3 или
2,360 т газа.
Зависимости между количеством образующегося
печного газа (VT, м3/ч)> а также количеством пыли
(Qn, кг/ч) и кажущейся среднесуточной мощностью
печи (N, мВА), получены [49] при обследовании
действующих печей:
20 10 40
Мощность печи,ива
Рис. 2.3. Графики зависимости
выхода газа и его
запыленности от мощности.
Vr = 206W-487
Qn = 6,8# + 390
Зависимости выхода газа и его запыленности от
мощности печи приведены на рис. 2.3.
42
Запыленность (г/м3) газов на входе в
электрофильтр может быть представлена формулой:
_ Qn 6.8JV + 390
ъ* Vr = 206JV - 487
Видно, что с увеличением мощности печи следует
ожидать некоторого снижения пылеобразования, что
и подтверждается экспериментальными данными
[48, 49]. Эта зависимость, записанная в
приближенном виде, выражается формулой:
ZBX=183-2,44JV
При использовании этих формул следует иметь в
виду, что они имеют приближенный характер и дают
представление только о порядке определяемой
величины.
ОЧИСТКА ПЕЧНЫХ ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАХ
От эффективности очистки печных газов от пыли
зависит качество получаемого фосфора, количество
шлама, состав и количество сточных вод, объем
работ по переработке шлама и очистке сточных вод.
Современные фосфорные печи мощностью 48 мВА
снабжены двумя системами двухпольных
электрофильтров ЖФП-7м. Принципиальная схема
электрофильтра приведена на рис. 2.4. Газоход от печи к
каждому ряду электрофильтров снабжен шибером,
позволяющим перекрывать ввод газа и останавливать
систему на очистку. В этом случае печь может
работать с понижением мощности на одной системе
пылеулавливания. Каждое поле электрофильтра
оборудовано пылевыпускной шахтой с приемником,
заполненным водой. При достижении плотности суспензии
(коттрельного молока) 1,23—1,25 г/см3 она
перекачивается в специальные сборники. Электрический режим
каждого поля электрофильтра поддерживается
индивидуальным электроагрегатом типа АФАС-8-250.
Таким образом, печной газ проходит последовательную
очистку сначала в первом поле, где улавливается
основная часть пыли (более крупные фракции), а
затем во втором поле.
43

Рас. 2.4. Принципиальная схема электрофильтра:
/ — корпус наружный; 2—люк; S—газоотсекателн; 4—привод механизма
встряхивания короыирующих электродов; 5—взрывной клапан;
б—гидрозатвор; 7—подвес коронирующих электродов; в —корпус внутренний;
9—система короннрующнх электродов; 10—шнек; //—скребковый
механизм; 12— пылевыпускная шахта; 13—сборник уловленной пыли;
14—механизм встряхивания освдительных электродов.
Нормальные условия работы электрофильтра по
технологическому регламенту обеспечиваются при
следующих параметрах:
Температура, К:
продуктов реакции печного газа на входе 625—675
в электрофильтр
обогревающего газа 625—725
Запыленность газового потока, г/м3 120
Скорость газа в электрофильтре, м/с I—1,5
Степень очистки газа, % 98—99
Плановая продолжительность работы между 14
чистками электрофильтра, сутки
Ниже приведена характеристика электроагрегата
АФАС-80-250:
Мощность, кВт:
номинальная 17
потребляемая 25
Напряжение питания, В 380
Номинальное выпрямленное напряжение, кВ 80
Номинальный выпрямленный ток, мА 250
К. п. д. 0,8
На рис. 2.5 показаны вольтамперные
характеристики, снятые после чистки электрофильтра при работе
его на холостом ходу, т. е. на воздухе. Удельный ток
короны при этом составил 0,24—0,27 мА на погонный
метр длины коронирующего электрода при
напряжении в межэлектродном промежутке 50 кВ.
Вольтамперные характеристики, снятые на воздухе,
свидетельствуют о высоких электрических параметрах
электрофильтра. При включении в работу на печном газе
наблюдается резкое снижение токовых нагрузок. В
течение первых пяти суток работы после чистки
удельный ток короны может снизиться до 0,01 мА на
погонный метр электрода.
Низкое значение потребляемых токов
свидетельствует о высокой запыленности газов и большом
содержании высокодисперсной пыли, что вызывает
«запирание» короны. Осаждаясь на коронирующих
электродах, пыль увеличивает их диаметр, ухудшает коро-
нирование, снижает напряженность электрического
поля. На осадительных электродах формируется
равномерный, плотный, беспористый слой пыли,
вызывающий снижение напряжения коронного разряда и
падение ионизации пылевых частиц. Следовательно,
45

Ш\
160
%
Щ120
-•а
I
Еда
электрическое осаждение пыли прекращается и на
частицы пыли действуют в основном гравитационные
силы. На осадительных и коронирующих электродах
образуются неотряхиваемые пылевые наросты
диаметром до 80 мм. Удалить их можно только
соскабливанием во время чистки электрофильтра.
Скапливание пыли на верхних трубных решетках
приводит к образованию токопроводящих пылевых
мостиков между осадитель-
ными и коронирующими
электродами. Утечка тока
через мостик способствует
коротким замыканиям на
стороне высокого
напряжения электрофильтра. С
повышением температуры
газа, поступающего на
очистку, резко сужается
диапазон напряжений, при
которых электрофильтр
работает устойчиво, вследствие
уменьшения электрической
прочности
межэлектродного пространства. Пробивное
напряжение обратно
пропорционально абсолютной
200 280 ' № температуре газа.
ПерВачное напряжение Vt,B Для печных
электрофильтров при повышении
температуры газа до 775 К
эффективность улавливания
резко падает, а при 975 К -~
практически прекращается.
В то же время при работе фосфорной печи
температура газов изменяется в широких пределах (475—
1075 К). Повышение температуры — следствие
нарушения технологического режима печи: недогрузка
шихтой, переуглероживание, чрезмерное развитие
дугового режима и т. д. Нормальной следует считать
температуру печных газов выше конденсации паров
фосфора и ниже температуры конденсации
легкоплавких соединений, присутствующих в печном газе в виде
возгонов, т. е. примерно 575—625 К.
Щ
о
Рис. 2.5. Вольтампериые
характеристики печного
электрофильтра:
/—первое поле; 2—второе поле.
46
Сравнение пыли, образующейся в печах ОКБ-767
мощностью 7,5 мВА и РКЗ-48 мощностью 48 мВА,
показывает, что в электрофильтрах первых печей
пыль практически не содержит смолообразных
продуктов и значительно легче осыпается с электродов
при работе отряхивающих механизмов.
Конструктивно эта печь отличается от РКЗ-48 отсутствием
гидрозатворов на электродах. Можно предположить, что
при повышении температуры газа под сводом пеЧи
происходит испарение влаги из гидрозатворов и часть
водяных паров попадает в печной газ, вызывая
образование полимерных соединений фосфора,
интенсифицированное электрическим полем.
Плохому отряхиванию пыли с электродов
способствует также неудачно выбранный способ крепления
электродов, представляющий собой жесткую
конструкцию. Это приводит к быстрому затуханию
низкочастотных колебаний, возникающих при ударе и
оказывающих основное влияние на осыпание пыли.
К конструктивным недостаткам электрофильтра
ЖФП-7м относятся также: неустойчивая работа
встряхивающих механизмов, частая поломка
отдельных узлов отряхивания коронирующих и
осадительных электродов; забивание пылевыгрузных шахт
пылью; выход из строя скребковых механизмов и
насосов «коттрельного молока»; забивание входного и
выходного газоотсекательного шибера пылью,
мешающее нормальному производству работ при остановке
электрофильтра на чистку.
Из изложенного видно, что на степень очистки
печных газов от пыли влияет качество подготовки
шихты, свойства применяемого фосфорита,
соблюдение норм технологического режима печи, а также
конструктивные недостатки электрофильтра и
вспомогательных устройств.
Для снижения количества пыли и повышения
эффективности очистки можно рекомендовать некоторые
мероприятия:
1) систематически проводить продувку шихтовых
бункеров инертным газом; 2) подавать на
электровозгонку только высушенную и декарбонизированную
шихту; 3) целесообразно возгонку фосфора вести из
молотых и брикетированных шихт либо из агломерата
47

для снижения восстановления кремнезема; 4) не
допускать недогрузки печи шихтой, переуглероживания
и развития дугового режима; 5) необходимо
разработать конструкцию эластичного крепления
электродов.
На основании проведенных испытаний
электрофильтров ЖПФ-7м были разработаны рекомендации
по усовершенствованию отдельных узлов. На ряде
заводов проведена реконструкция, направленная на
предотвращение скопления пыли во входных и
выходных газоходах; изменена конструкция
встряхивающего механизма; проволочные электроды заменены на
ленточно-зубчатые и т. д. Реконструкция позволила
увеличить эффективность пылеулавливания
электрофильтров и продлить срок их нормальной работы
между чистками. Ниже приведены сравнительные
показатели работы электрофильтров ЖФП-7м до и
после реконструкции [48]:
До рекон- После
реконструкции струкцин
Выход печного газа при мощности 5600 5000
печи 48 мВА, м3/ч
Запыленность газа, г/и3:
на входе 90 73
на выходе 0,95 0,49
Степень очистки газа, % 98,9 99,3
Для печей мощностью 72 мВА разработан
электрофильтр ВФ-10-2, в котором учтены конструктивные
недостатки электрофильтра ЖФП-7м. В дальнейшем
предполагается переход на горизонтальные
многопольные блочные электрофильтры с обогревом
инертным газом либо с электрическим обогревом осади-
тельных электродов.
В зарубежной практике для очистки от пыли
газов при производстве фосфора в равной степени
применяют электрофильтры, обогреваемые газом и
электронагревателями, установленными по всему объему
фильтра. Использование электрообогрева
экономически целесообразнее [134].
Газы после электрофильтра с температурой 475—
575 К поступают на конденсацию. Сравнение состава
печного газа до и после конденсации показывает, что
наряду с выделением из газов фосфора изменяется
содержание и таких компонентов, как кислород, водо-
4§
род, фосфин. С практической точки зрения
наибольший интерес представляет образование фосфина,
приводящее к потерям фосфора. По данным [85]
содержание 1 % РНз в газах приводит к снижению общего
выхода фосфора на 3—5%.
В табл. 2.5 [131] приведен состав газа до и после
конденсации при различной подготовке сырья. Из
Таблица 2.5
Состав газа [% (об.)] до и после конденсации
Компонент
Р4
СО
со2
о2
н2
РНз
сн4
H2S
Сырье обжигается
до
конденсации
366*
93,2
0,90
0,94
1,24
0,37
2,40
0,97
после
конденсации
0,59*
94,7
1,01
0,24
0,92
1,15
2,34
0,34
Сырье
до
конденсации
330*
84,3
1,0
1,3
0,7
1,7
—
3,6
сушится
после
конденсации
0,42*
73,8
3,5
0,4
1,26
отс.
— .
2.7
* Выражено в г/м°.
представленных данных видно, что в том случае,
когда сырье подвергается только сушке, в газе до
конденсации содержится значительное количество РНз, а
после конденсации РНз отсутствует. Это объясняется
реакциями паров фосфора с водяными парами и С02,
проходящими в верхних горизонтах печи и
электрофильтре. Эти реакции приводят к образованию
фосфина и оксидов фосфора. В процессе работы
конденсаторов за счет Р406, присутствующего в газе,
создается кислая среда (рН= 1,7-f- 2,8), приводящая
к разложению фосфина, и потери фосфора с РНз не
наблюдаются [51, 108]. На фосфорном заводе, где
фосфорит предварительно обжигают, вода с сырьем
практически не поступает, фосфина в газе до
конденсации значительно меньше, но конденсация
осуществляется в щелочной среде (рН « 8,5) и содержание
РНз после конденсации возрастает. Обратная реакция
49

поглощения фосфина в кислой среде идет только при
наличии фосфат-иона [131].
АСПИРАЦИОННЫЕ ГАЗЫ ПЕЧНОГО ЦЕХА
Наряду с печными газами, сжигаемыми в
настоящее время на факелах, источниками загрязнения
атмосферы при производстве фосфора являются аспира-
ционные выбросы от загрузочных бункеров печи, от
леток и желобов выпуска шлака, от установок
переработки шлака, а также аэрозоли, выделяющиеся при
сливе и разливе феррофосфора. Рассмотрим
особенности их формирования и очистки подробнее.
Аспирация узла загрузки печей шихтой. Шихта,
подаваемая в руднотермическую печь, поступает в
приемные бункеры. Для уменьшения пылевыделения
в атмосферу цеха и создания нормальных санитарно-
гигиенических условий для работы обслуживающего
персонала от печных бункеров и мест пересылок
шихты производится непрерывный отсос воздуха с
последующей очисткой его от пыли в рукавных фильтрах
типа ФВК-90 или РФГ-УМС.
Основные технические характеристики фильтра
РФГ-УМС:
Поверхность фильтрации, м2:
общая 112
рабочая 84
Число секций 4
Число рукавов:
в секции 14
в фильтре 56
Диаметр рукава, мм 220
Длина » , мм 3100
Рабочая фильтрующая поверхность рукава, 2,0
м2
Материал рукавов Нитрон
Удельный расход воздуха, м3/(м2 • ч) 82
Гидравлическое сопротивление фильтра, Па 467
Фильтр работает с вентиляторами ЦП-7-40 № 8,
проектная производительность — 21400 м3/ч, полное
давление—1900 Па. Регенерация фильтров
производится автоматически, посекционно: рычажно-кулачко-
вый механизм периодически отключает подачу
воздуха в одну из секций и выводит ее на регенерацию.
При регенерации на рукава одновременно воздейст-
Б0
вуют механизм встряхивания и обратная продувка
воздухом. Нормальный расход воздуха на продувку
рукавов составляет 10—15%) от производительности
установки. Допустимый подсос воздуха через
неплотности составляет для фильтров РФГ-УМС—10%. а
для фильтров ФВК — 30% с учетом продувки [124,
с. 210, 213].
Исследования эффективности работы рукавных
фильтров показывают, что фактические подсосы
воздуха выше проектных. Так, при приемке после монта-
3D
о
о
.5-
I
eta
а
J
2
'1
0JB 1 2 34 5 7 10 20 30
Размер частиц^мкм
Рис. 2.6 Дисперсный состав пыли шихты до
фильтра (кривая 1), после фильтра (кривая 2) и пыли,
выделяющейся при сливе шлака из печи (кривая 3).
жа нового фильтра РФГ-УМС подсосы воздуха
составили 20%. Аспирационный воздух на входе в
рукавный фильтр содержит пыль шихты, имеющую
плотность 3,5 г/см3. Дисперсность пыли, определенная
каскадным импактором [105, с. 25], по данным авторов
приведена на рис. 2.6 (кривые / и 2), из которого
видно, что медианный диаметр пыли —12 мкм. Таким
образом, эффективность пылеулавливания в рукавном
фильтре должна быть близкой к 100% (проектная
98%). Новые рукавные фильтры РФГ-УМС во время
пусконаладочных испытаний показали эффективность
94—98% при запыленности воздуха на входе до
51

2460 мг/м3 и подсосах, достигающих 20%.
Эффективность рукавных фильтров ФВК-90, находящихся в
эксплуатации в течение двух-трех лет, не превышает
83% и зачастую оказывается даже значительно ниже
(64%), причем дисперсность пыли на выходе из
рукавного фильтра (t?5o = Ю мкм) близка к
дисперсности пыли на входе (cfeo = 12 мкм). Низкая
эффективность фильтров объясняется эксплуатационными
причинами: неудовлетворительная работа
встряхивающих механизмов; вторичный унос пыли из сборных
бункеров вследствие наличия порванных рукавов в
секциях и значительный подсос вторичного воздуха.
Устранение этих недостатков и организация
постоянного эксплуатационного контроля за работой
рукавных фильтров позволит обеспечить проектную
эффективность очистки аспирационных выбросов от
загрузочных бункеров печей.
Очистка газов при сливе шлака. Как уже
говорилось выше, выпуск шлака из фосфорных печей
производится периодически либо непрерывно.
Образующиеся при этом пылегазовые выбросы представляют
собой сложные аэрозольные системы, содержащие
соединения фтора, фосфора и серы в относительно
невысоких концентрациях. Пылевая фаза аэрозоля
представлена высокодисперсными частицами со сложным
химическим составом. В табл. 2.6 приведены данные
авторов о содержании пыли в газах, отсасываемых
Таблица 2.6
Содержание пыли в газах, отсасываемых от шлаковых
леток и желобов
Непрерывный слив шлака
с грануляцией
суммарная
концентрация
пыли от леток
и желобов,
мг/ма
27,0
28,0
47,0
17,0
120,0
МОЩНОСТЬ,
потребляемая
печью, мВА
40
42
42
40
48
Периодический слив в шлаковозы
концентрация
пылн от
леток, мг/м3
111,4
64,0
37,0
337,9
124,0
концентрация
пыли от
желоба, мг/м3
99,3
56,3
51,0
158,1
92,6
мощность,
потребляемая
печью, мВА
29
39
35
42
44
52
аспирационными установками от шлаковых леток и
желобов. Ниже представлен химический состав пыли
от шлаковых леток и желобов [% (масс.)]:
Компонент Фтор Р205 СаО+ Si02 Fe203 А1203 С Смолы Н20
общ. +MgO
Непрерыв- 2,68 29,8 0,85 1,07 2,61 0,72 45,7 0,27 16,30
ный слив
шлака
Периоди- 1,74 42,7 0,60 1,75 2,08 1,00 24,0 0,26 25,15
ческий ' "
слив
Плотность пыли, выделяющейся при сливе
шлака — 2,4 г/см3. Дисперсный состав приведен на
рис. 2.6 (кривая 3). Медианный диаметр пылевых
частиц— 1,2—1,4 мкм. Содержание фракции 0—5 мкм—
более 70%.
Концентрация газообразных соединений фтора и
фосфина в шлаковых газах для печей разной
мощности характеризуется данными, представленными в
табл. 2.7.
Таблица 2.7
Содержание фтористых газов и фосфина в шлаковых газах
Компонент
Концентрация, мг/м3
минимальная | максимальная | средняя
Фтористые газы
Фосфин
Мощность печи 48 мВА
7,30
3,60
75 мВА
I 0,965
I 1,13
Мощность печи
I 0,23
0,80
3,28
2,38
8,00
2,90
1,93
1.50
Фтористые газы
Фосфин
Из приведенных данных видно, что, хотя
наблюдается некоторое увеличение запыленности с ростом
производительности печи, четкая взаимосвязь между
этими параметрами отсутствует.
Химический состав пыли и газов изменяется в
довольно широких пределах. По-видимому, объяснение
этому следует искать в составе поступающего в печь
сырья и ходе технологического процесса
электровозгонки фосфора. В то же время состав и концентрация
53

аэрозолей говорят о том, что очистка аспирационного
воздуха этого узла печного агрегата в количестве
70000—100 000 м3/ч от одной печи сопряжена со
значительными трудностями. Отсутствие научно
обоснованных решений по проектированию и применению
методов очистки этих выбросов привело к оснащению
однотипных печей различными схемами газоочистки:
двух- или трехполочными пенными аппаратами
ПГП-ЛТИ [114, 120] с установкой вентилятора на
стороне либо «грязного», либо «чистого» газа;
скрубберами распиливающего типа западногерманской
фирмы Fr. Uhde, турбулентными газопромывателями
[123, с. 181].
Схема очистки аспирационных газов узла слива
шлака в аппарате ПГП-ЛТИ-45-П с установкой
вентилятора на стороне «грязного» газа приведена на
рис. 2.7. Пенный аппарат снабжен двумя противоточ-
ными «провальными» дырчатыми решетками со
свободным сечением 19,3%, диаметром отверстий б мм и
шагом 18 мм. На орошение аппарата по проекту
должен подаваться содовый раствор (рН = 10-=- 11)
при удельном расходе 0,9—1,0 л/м3. Средняя
эффективность очистки при орошении аппарата водой и
гидравлическом сопротивлении 830—890 Па во время
испытаний составила: от газообразных фтористых
соединений— 59,5%; от пыли — 86,0%; от фосфина —
56,1%. Надежность схемы и эффективность очистки
резко понижены из-за установки вентилятора на
стороне «грязного» газа. Пыль, содержащая смолистые
соединения, оседает на рабочем колесе вентилятора,
вызывает его дебаланс и выход из строя всей
установки. Необходимость в чистке вентилятора возникает
4—5 раз в месяц. Кроме того, залипание ротора
вентилятора приводит к снижению его
производительности и нарушению гидродинамических условий
образования равномерного слоя пены в пенном аппарате.
Снижение скорости газа в отверстиях решеток
аппарата приводит к увеличению «провала» жидкости
через отверстия решетки, а следовательно, к
понижению высоты пенного слоя и уменьшению
эффективности аппарата. Нормальная эксплуатация аппарата
затрудняется также тем, что проектом не
предусмотрено не только автоматики, но даже контрольно-изме-
54
рительных приборов, позволяющих следить за
расходом газа и орошающего раствора, уровнем пены на
решетках и гидравлическим сопротивлением
аппарата.
Наличие токсичных соединений в очищаемых
газах требует герметического исполнения газоочистного
Рис. 2.7. Схема очистки аспирационного газа от
шлаковых леток и желобов в пеииом аппарате:
/—бак для приготовления содового раствора; 2—насосы; S—бак
для содового раствора; 4—расходомеры; 5—отстойник;
6—пенный аппарат; 7—каплеуловитель; 8—форсунка; 9—решетки
«провального» типа; 10—газораспределитель; // — вентилятор;
12—аспнрационный зонт.
оборудования при работе его под давлением.
Установленные до и после аппарата газоотсекательные шиберы
по своей конструкции не могут обеспечить
надежного отключения на время ремонта. С
конструктивными недостатками выполнен и сам пенный аппарат.
Отсутствие люков в нем требует разборки всего
W

аппарата в случае осмотра и ревизии нижней пенооб-
разующей решетки.
Испытания аналогичного пенного аппарата с
установкой вентилятора на стороне «чистого» газа
показали несколько лучшие результаты по эффективности
при значительно более надежных эксплуатационных
показателях (табл. 2.8).
Таблица 2.8
Показатели работы пеииого аппарата при очистке газов,
выделяющихся при сливе шлака
Фтористые газы
Оксиды фосфора
Оксиды серы
Пыль
Содержание на входе
в аппарат, мг/м3
проектное
4,4
62,5
62,5
100,0
фактическое
12,3
51,0
23,4
37,4
Эффективность
очистки, %
проектная
96
70
96
70
фактическая
77,6
65,3
72,4
89,0
На орошение аппарата подавался в соответствии
с проектом 3% содовый раствор. Высота пены на
решетке в аппарате— 100—120 мм, гидравлическое
сопротивление— 1050—1200 Па. Потери воды на брыз-
гоунос и испарение—1,5 т/ч. Несмотря на то, что
фактическая эффективность очистки газообразных
компонентов оказалась несколько ниже проектной,
концентрации загрязнений в газе после аппарата не
превышают санитарные нормы в приземном слое.
Дальнейшее повышение эффективности может быть
достигнуто интенсификацией процесса очистки путем
применения турбулизировэнного [114] или
стабилизированного [59] пенного слоя (см. главу 5).
На рис. 2.8 приведена схема скрубберной
установки фирмы Fr. Uhde, состоящей из орошаемого
газохода и трех параллельных скрубберов с завихрите-
лями потока, аналогичными описанным в главе 1.
Для орошения скрубберов подавалась оборотная вода
из отстойных танков шлакопереработки (по
проекту— техническая вода) с целью уменьшения
количества образующихся сточных вод.
56
Во время испытаний на каждый скруббер
подавали 2 м3/ч промывной жидкости (1—2 м3/ч по проекту)
и на вертикальный орошаемый газоход — 40 м3/ч.
Общее количество промывной жидкости на скруббер-
ную установку достигало 46 м3/ч или около 0,4 л на
Рис. 2.8. Схема очистки аспирационных газов от шлаковых леток
в скрубберной батарее:
/ — газоход; 2—орошаемый газоход; 3—коллектор; 4—гидрозатвор;
5—скруббер; 6—газосборник; 7—вентилятор; 8 — выхлопная труба; 9—шибер;
10—напорный бак; И—перелив; 12—мерное стекло; 13—запорная арматура;
14—расходомер; 15—насос.
1 м3 газа. При проектном удельном орошении и
производительности установки 95000—108000 м3/ч общее
гидравлическое сопротивление составляло 2150—
2250 Па, сопротивление одного скруббера — 450—
500 Па.
Эффективность очистки в рабочем режиме (%):
от газообразных фтористых соединений — 55,5; от
Б7

пыли — 26,2; от фосфина — 43,3. Таким образом,
эффективность скрубберной установки еще ниже, чем
пенного аппарата. Известно, что эффективность массо-
передачи в значительной степени является функцией
энергетических затрат. Полезное гидравлическое
Рис. 2.9. Схема очистки аспирационных газов от шлаковых леток
в турбулентных газопромывателях с регулируемой горловиной:
/—турбулентный газопромыватель с регулируемой горловиной; 2—цнклон-
каплеу ловите ль; 3—коллектор; 4—вентилятор; 5—бак для приготовления
содового раствора; 6—циркуляционный сборник; 7—иасосы.
сопротивление скруббера (около 600 Па) позволяет
отнести его к малоэнергоемким аппаратам.
По-видимому, достигнутая при испытаниях эффективность
скрубберной установки близка к предельной. В то же
время применение вместо технической воды оборотной
нельзя считать оптимальным вариантом для целей
газоочистки, так как взвеси, присутствующие в оборот-
68
ной воде, способствуют забиванию аппаратуры и
снижению интенсивности орошения.
На рис. 2.9 приведена схема очистки газов в
турбулентных газопромывателях (скрубберах Вентури) с
регулируемыми горловинами, установленных на
печах РКЗ-72. Каплеуловителями служат прямоточные
циклоны. Орошение скруббера осуществляется
содовым раствором (рН > 9) через 16 форсунок.
Техническая характеристика скруббера:
Сечение горловины, мм
Длина » ,мм
Угол раскрытия, градусы:
конфузора
диффузора
Длина, мм:
конфузора
диффузора
Гидравлическое сопротивление
(совместно с каплеуловнтелем),
Па
Скорость газов в горловине,
Удельное орошение, л на
газа
м/с
1 м3
1250Х(170-Н15)
150
23
8
1025
5550
10 500
90-110
0,8-1,2
Эффективность очистки газов составляет (%): от
газообразных фтористых соединений — 55, от пыли —
до 90, от оксидов фосфора — до 75, от оксидов серы —
94 -г 96.
Степень очистки в установленных аппаратах могла
бы быть значительно выше при увеличении
концентрации загрязнений на входе в аппарат. Над летками
для выпуска шлака и шлаковыми желобами для
отбора выделяющихся газов установлены вытяжные
зонты, соединенные в верхней части газоходами с
аппаратами газоочистки. Вдоль желобов к зонтам
подвешены шторы из листового железа, которые, как
правило, эксплуатируются неправильно. Это приводит к
неоправданно большим подсосам воздуха и сильному
разбавлению исходных концентраций выделяющихся
загрязнений и неминуемо сказывается на
эффективности работы газоочистки. Кроме того, выделяющиеся
газы, имеющие большую плотность, чем воздух,
попадают в атмосферу цеха, создавая высокую
загазованность. Состояние воздушной среды на
рабочем месте аппаратчика-шлаковщика в сравнении
59
i

с предельно допустимыми концентрациями (ПДК)
[96] характеризуется следующими данными [21]:
Компонент HF Р205 Р4 РН3 СО
Концентрация на 1,4 8,4 0,18 1,2 25-120
рабочем месте,
мг/м3
ПДК, мг/м3 0,5 1,0 0,03 0,1 20
Таким образом, фактическая загрязненность по
всем определенным компонентам значительно
превышает допустимую.
Усовершенствование схемы аспирации шлаковых
желобов совместно с изменением конструкции
укрытий и переносом места отсоса из верхней части зонтов
непосредственно к зоне газовыделения над зеркалом
шлака позволит улучшить условия труда в цехе,
значительно сократить количество аспирационных газов
за счет уменьшения бесполезных подсосов воздуха
и повысить концентрацию загрязнений, что
неминуемо окажет положительное влияние на качество
очистки. Одновременно уменьшение объемов
аспирационных газов позволит критически пересмотреть схему
газоочистки в сторону уменьшения количества
установленных аппаратов. Это в свою очередь даст
значительный экономический эффект и облегчит
эксплуатацию газоочистных сооружений.
Газы, выделяющиеся при сливе феррофосфора.
Схема аспирации узла слива и разлива
феррофосфора наряду с отсосами от леток рабочего и аварийного
слива феррофосфора включает в себя отсосы над
местом слива феррофосфора в ковш, над местом
разлива в изложницы, аспирацию ямы аварийного слива,
аспирационные отсосы над люками для очистки
электрофильтров, над баками коттрельного молока и от
газоотсекателей электрофильтров. Схема
аспирационных установок этих узлов на различных заводах
практически одинакова. Все газоходы аспирационной
системы объединены в сборный горизонтальный
коллектор, откуда газы забираются тремя дымососами
Д18Х2 производительностью 215000 м3/ч и без
очистки выбрасываются в атмосферу через 100-метровую
дымовую .трубу. Такая развитая система, лишенная
возможности отсекать участки, Fie работающие в
момент слива феррофосфора, не обеспечивает надежной
60
аспирации узлов слива и разлива феррофосфора.
Скорость в газоходах и расходы аспирационного воздуха
оказываются ниже проектных, и во время слива
феррофосфора наблюдается значительная загазованность
помещения цеха.
Характерной особенностью газовых выбросов при
сливе феррофосфора является их периодичность
(1—2 раза в сутки от одной печи) и
кратковременность (10—15 мин). Проведенные исследования
показали, что при сливе феррофосфора выделяются
аэрозоли, твердая фаза которых на 98%
представлена кислородсодержащими соединениями фосфора
(в пересчете на Р2О5).
Отбор проб для анализа проводился в двух
точках: непосредственно над феррофосфорной леткой
в момент выделения и в сборном коллекторе, где
произошло уже полное разбавление аэрозоля
воздухом аспирационной системы. Результаты анализов,
по данным [28], представлены в табл. 2.9.
Таблица 2.9
Содержание (мг/м ) соединений фосфора и фтора в
аспирационных газах при сливе феррофосфора
Место отбора
Из коллектора
Над леткой
РА

минимальное
4500
11300

максимальное
13500
11700
среднее
9000
11500
РН,

минимальное
0,23
0,4

максимальное
5,60
9,50
среднее
3,75
4,30
Соединения
фтора

минимальное
0,88
1,60

максимальное
13,30
14,20
среднее
5,01
7,36
Твердая фаза аэрозоля представлена в основном
оксидом фосфора (V); ориентировочный средний
диаметр частиц с учетом эффекта коагуляции— 1,4 мкм.
Несмотря на кратковременность слива
феррофосфора, наблюдается продолжительное выделение
токсичных компонентов в аспирационные газы,
вызывающее загазованность помещения цеха (табл. 2.10) [63].
В связи с изложенным представляется
целесообразным выделение из общей аспирационной системы
узла основного газовыделения — летки и желоба
слива феррофосфора — и подключение его к схеме
61

Таблица 2.10
Концентрация (мг/м ) токсичных веществ в аспирационных
газах после слива феррофосфора
Время после
слива, мин
2
5
10
15
30
45
60
Оксиды фосфора

минимальная
2500
400
350
250
93
11
3,4

максимальная
3630
2800
1700
650
438
79
10,1

средняя
2850
850
750
410
230
50
6,7
Фтористые соединения

минимальная
10
0,6
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5

максимальная
12
3,2
3,0
2,7
2,0
1,6
1.0

средняя
11
1,8
1,4
0,7
0,6
0,6
0,6
очистки газов, выделяющихся при сливе шлака.
Такое решение может быть особенно оправдано для тех
случаев, когда выпуск шлака из печей производится
периодически и никогда не совпадает по времени
с выпуском феррофосфора и, следовательно,
аппараты газоочистки значительную часть времени
работают вхолостую.
Кроме того, для уменьшения загазованности
помещения цеха необходимо, по-видимому, на время
слива феррофосфора предусмотреть включение
дополнительной вытяжной вентиляции.
Очистка газов, выделяющихся при переработке
фосфорного шлака. При получении 1 т фосфора
образуется 10—14 т фосфорного шлака [51]. Только
уборка шлака с территории завода и содержание
шлаковых отвалов повышает себестоимость фосфора
на 5 руб. за 1 т [106]. Очевидно, что повышение
экономичности электротермического производства
связано с решением проблемы утилизации шлака.
Анализ исследований, проведенных в последние годы
рядом институтов, показывает целесообразность
переработки фосфорного шлака на литой щебень,
шлаковату, шлаковую пемзу, шлакоситаллы, литые изделия,
отделочные материалы. Фосфорная промышленность
может стать серьезным поставщиком сырья для
широкого ассортимента строительных материалов и
изделий. Комплексное использование фосфорных, шлаков
62
позволит получить значительный экономический
эффект.
При переработке шлаков фосфорной
промышленности возникает проблема очистки газовых выбросов
и сточных вод. Предложен [132] способ очистки
и утилизации газовых выбросов, включающий пиро-
гидролиз шлакового расплава водяным паром
с целью его обесфторивания, абсорбцию фторсодер-
жащих газов и переработку полученной
фтористоводородной кислоты на соединения фтора. Этот
способ не является универсальным для всех
разработанных технологических схем шлакопереработки, однако
в остальных исследованиях практически не уделяется
внимания вопросам очистки газовых выбросов.
При переработке шлака на шлаковый песок,
гранулированный шлак (гранулят), литой щебень или
шлаковую пемзу происходит контакт шлакового
расплава с водой, в результате чего газовая фаза
обогащается фтористым водородом и сероводородом.
Предполагается [87, 132], что это явление — следствие
пирогидролиза сульфида и фторида кальция,
содержащихся в шлаке. В табл. 2.11 представлены данные
Таблица 2.11
Выделение фтора в процессах шлакопереработки
Процесс шлакопереработки
Гранулирование
Получение пемзы водо-
дутьевым методом
Получение щебня
траншейным методом
Получение шлаковаты
(распыление воздухом
с пульверизированной
водой)
Расход
воды, л
на 1 кг
шлака
10-15
0,5-1,0
0,2
(пар)

Содержание
соединений
фтора в газе,
мг/м3
10—20
100-500
15-50
200-800

Содержание
соединений
фтора в воде,
мг/л
100-600
70-220
Степень

обесфторивания,
%
1,0
2-5
0,2
20-25
этих авторов о выделении фтора при переработке
шлака на некоторые строительные материалы.
63

Авторы исследовали состав газовой фазы,
образующейся при переработке расплавленного шлака на
гидрожелобной установке в процессах получения гра-
нулята (по обычной заводской схеме) и шлаковой
пемзы (по методу Киевского НИИСМИ) [42]. При
получении гранулята для быстрого и полного
охлаждения огненно-жидкого шлака и транспортировки
образовавшихся гранул вода подается с заведомым
избытком. Шлак в процессе формирования гранул
и транспортировки водой быстро остывает,
содержание анализируемых компонентов в газовой фазе
может быть несколько заниженным ввиду интенсивного
контакта с водой и воздухом и значительного
разбавления исходной концентрации. При получении
шлаковой пемзы вода подается с таким расчетом, чтобы
она полностью испарилась, вспучивая шлаковый
расплав до состояния, подобного натуральной пемзе.
Образовавшийся блок шлаковой пемзы формируется
при сливе шлака непосредственно у конца
гидрожелоба и медленно остывает (через сутки после
образования температура в центре блока около 1300 К).
Такое медленное остывание блока обусловливает
длительное выделение газа. Сравнительное
содержание некоторых компонентов в газовой фазе, образую-
Таблнца 2.12
Содержание (мг/м3) соединений фтора и фосфора в газах
при переработке шлака на гидрожелобной установке
■
Определяемый
компонент
Получаемый
продукт
Интервалы времени, через которые
отбирается проба, мин
30
45
90
Соединения фтора
Оксиды фосфора
в пересчете
на Р205
Фосфнн
ш
сутки
Граншлак
Шлаковая
пемза
Граншлак
Шлаковая
пемза
Граншлак
Шлаковая
пемза
0,76
1,17
0,68
52,30
0,17
4,00
Следы
| 0,92
Следы |
49,20
I- I
0,54
47,00
Следы
Следы
Следы! — —
3,80 3,60 0,72
н и е. Прочерк — отбор не производился.
щейся при переработке шлака на гидрожелобной
установке, приведено в табл. 2.12.
Для уточнения состава выделяющихся газов при
получении шлаковой пемзы исследования были
продолжены на опытной установке, разработанной и
изготовленной ЛеиНИИГипрохимом и представляющей
собой герметичный сосуд, внутри которого
расположен кантующийся приемник для расплавленного
шлака и сменный рабочий орган для обработки
расплава водой в заданном соотношении. Во время слива
шлака из печей расплавленный шлак отбирали на
желобе специальным ковшом и заливали в установку,
которая затем герметизировалась. Кантующийся
приемник опрокидывался внешним приводом в
рабочий орган, где струя шлака контактировала с
известным количеством воды, подаваемой под давлением.
Количество расплавленного шлака в установке во
время опытов колебалось в пределах 2,80—3,15 кг.
Вода на рабочий орган подавалась из расчета 133—
360 л на 1 т расплава. После вскрытия установки по
окончании опыта (через 45—60 мин после обработки
расплава водой) конденсат в установке не
обнаруживался. Температура в установке во время опыта была
380—495 К, давление — 4700—7400 Па. Содержание
некоторых компонентов в газовой фазе
характеризуется следующими данными:
Компо- Оксиды Фосфин Соеди- Соедине- СО С02
ненты фосфора нения ния
фтора серы

Содержание:
мг/м3 12—127 6,4—36,0 52—188 30—70 11—36 262—863
г/т 2,0—13,3 2,14—12,1 До 62,0 13,3—23 3,75—12,4 87,5—
316,0
Изменение концентраций в таких широких
пределах можно объяснить, по-видимому, изменением
технологического режима печи и. как следствие этого,
различными физико-химическими свойствами Шлака
(вязкость, температура, различное содержание
отдельных компонентов).
Проведенные исследования показали, что при
переработке фосфорного шлака на строительные
материалы образуются газовые выбросы, представляющие
3 Зак. 1277
65

собой сложные аэрозольные системы. Дисперсионная
среда этих систем представлена газообразными
соединениями фтора, фосфора, серы, а дисперсная
фаза — полидисперсной минеральной пылью
сложного химического состава.
Применяемые в фосфорной и металлургической
промышленности способы переработки шлаков на
строительные материалы отличаются существенным
недостатком — отсутствием возможности локализации
газовых выбросов с целью их очистки. Это
способствует созданию значительной фоновой
загазованности территории промышленной площадки.
Разработанная и испытанная ЛенНИИГипрохимом и Урал-а
НИИСтромпроектом универсальная установка шла-
копереработки, совмещающая водо-воздушный грану-*
лятор и барабан-кристаллизатор, позволила создать,
экологическую схему с полностью локализованными
газовыми выбросами. Очистка газов от опытно-
промышленной установки проводилась
одновременно в двух параллельных опытных системах
газоочистки.
Первая система, предложенная НИИОГАЗом,
включала кожухотрубный холодильник для частичной
конденсации водяных паров и скоростной вихревой
промыватель СЦВД для улавливания пыли и газовых
компонентов [47, с. 3J. Предусматривалось орошение
15% раствором соды. В основу второй системы был
заложен инерционно-турбулентный аппарат с подвиж-
Таблнца 2.13
Очистка газов от установки шлакопереработки при
получении зерненой пемзы
Компонент
Эффективность
очистки, %
Пыль
Оксиды фосфора
Фосфин
Соединения фтора
Оксиды серы
128-160
10,0-85,0
20,0-70.0
5.0-25.0
До 4800
88-99
20-40
50—80
50—80
10-96
99.0-99,8
40-61
85
62-96
41-61
66
ной насадкой (ИТПН) [116], орошаемый суспензией
известкового молока (2% СаО). Подробное описание
аппарата приведено в главе 5. В табл. 2.13
представлены результаты испытаний предложенных схем
газоочистки при получении на установке зерненой пемзы.
При получении на установке литого щебня
эффективность газоочистки была несколько меньше, чем
приведенная в таблице. Это объясняется тем, что
получение зерненой пемзы сопровождается
выделением водяных паров, создающих благоприятные
условия для конденсации и улавливания
высокодисперсной пыли, Р2О5 и тумана фтористоводородной
кислоты.
Практически все фтористые газы выделяются
в водно-воздушном грануляторе при контакте
шлакового расплава с водой на входе в
барабан-кристаллизатор. Это делает целесообразным разделение об-
Рис. 2.10. Схема аппарата ИТПН для очистки газов
установки шлакопереработки:
/ — аппарат ИТПН; 2—циркуляционные сборники; 3—опорно-распре-
делнтельная решетка; 4—насадка; 5—каплеуловнтель.
разующегося газопылевого потока на два с целью их
раздельной очистки. Часть газов следует отбирать
после водно-воздушного гранулятора для абсорбции
фтора с дальнейшей его утилизацией, а остальные
газы — из аспирационного укрытия места выгрузки
готового продукта для санитарной очистки. Такое
решение позволяет снизить коррозионную активность
з»
67

газов, проходящих через барабан, и повысить
эффективность работы системы газоочистки.
На рис. 2.10 приведена схема предлагаемого
аппарата ИТПН для очистки газов шлакопереработки
[24]. Аппарат выполняется с внешним контуром
рециркуляции поглотительного раствора, который
подается насосом в нижнюю часть аппарата с целью
непрерывного перемешивания суспензии. Слив рас-,
твора из аппарата производится из слоя шаровой
насадки с регулируемой высотой отбора. Аппарат рас-,
считан на очистку 80000 м3 газа в 1 ч при его
скорости в свободном сечении 4—5 м/с.
Глава 3
СПОСОБЫ УЛАВЛИВАНИЯ ТУМАНА
ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
ПРИ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВЕ
ТЕРМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
ОБРАЗОВАНИЕ ТУМАНА КИСЛОТ
И МЕТОДЫ ЕГО ОСАЖДЕНИЯ
Принципиально возможны два метода получения
термической фосфорной кислоты: одноступенчатый
и двухступенчатый [94, с. 10]. Одноступенчатый
метод основан на сжигании печных газов
электротермических фосфорных печей без предварительной
конденсации фосфора, гидратации образовавшегося
фосфорного ангидрида и улавливании ортофосфорной
кислоты. Несмотря на кажущуюся простоту
одноступенчатого метода, он получил малое распространение
и в промышленности СССР не применяется.
Двухступенчатый метод включает следующие стадии:
конденсация фосфора из печных газов, отстаивание его
от шлама, сжигание, охлаждение продуктов горения,
абсорбция оксидов фосфора, конденсация фосфорной
кислоты. Затраты на оборудование и расходы
энергетических ресурсов при двухступенчатом
производстве фосфорной кислоты значительно меньше, кислота
получается чище, чем при одноступенчатом методе,
и сжигание фосфора не связано с работой печного
агрегата. Последнее обстоятельство тоже
немаловажно, так как одновременно с фосфорной кислотой
позволяет получать товарный фосфор.
Окисление фосфора при получении фосфорной
кислоты независимо от технологического и
аппаратурного оформления схемы всегда производится
кислородом воздуха, коэффициент избытка а которого
для большинства производств принимается равным
1,75—2,00. Гидратация оксидов фосфора парами воды
непосредственно связана с конденсацией
фосфорной кислоты и образованием тумана. Обычно
сжигание фосфора в гидратация оксидов фосфора
69

осуществляются в одном аппарате. При 970 К
образуется метафосфорная кислота:
Р4О10 + 2Н2О —*■ 4HP03 + Q,
При 720 К метафосфорная кислота присоединяет
воду, образуя пирофосфорную кислоту:
4НР03 + 2Н20 —> 2H4P207 + Q2
И наконец, при 500 К дальнейшая гидратация
приводит к получению целевого продукта — ортофосфор-
ной кислоты:
2Н4Р207 + 2Н20 —> 4H3P04 + QS
Суммарный тепловой эффект реакций окисления
фосфора и гидратации оксидов составляет 26 782 кДж
на 1 кг фосфора. Выделяющаяся теплота отводится
циркулирующей фосфорной кислотой, охлаждение
которой производится в теплообменниках
(циркуляционные системы) или вследствие испарения
впрыскиваемой воды (испарительные системы).
Наибольшее распространение получили
циркуляционные системы, в которых сжигание фосфора,
адсорбция фосфорного ангидрида и охлаждение газов
совмещены в одном аппарате, что позволяет
значительно повысить мощность установки [14, с. 11]. На
заводах СССР нашли применение циркуляционные
однобашенные и двухбашенные системы. На рис. 3.1
приведена схема циркуляционной однобашенной
системы с очисткой газов после сжигания и гидратации
в скруббере Вентури. В этой схеме башня сжигания
и гидратации орошается циркулирующей фосфорной
кислотой. Средняя производительность системы —
2100 кг фосфора на окисление в 1 ч [16]. На рис. 3.2
приведена схема двухбашенной циркуляционной
системы, отличительными особенностями которой
является дополнительная башня для охлаждения газа
и улавливания тумана кислоты с очисткой отходящих
газов в электрофильтре. Проектная
производительность системы — 2,5 т фосфора на окисление в 1 ч.
При освоении системы достигнута
производительность 3,2 т/ч [13].
Улавливание тумана фосфорной кислоты является
последней стадией производства. Эффективность ра-
70
боты аппаратов газоочистки зависит от многих
параметров, основными из которых являются
концентрация тумана кислоты и дисперсность капель тумана.
Б производственных условиях целесообразно вести
процесс так, чтобы образующийся туман был
возможно более крупнодисперсным для облегчения его
осаждения в аппаратах газоочистки. Доказано [17],
что образующийся туман имеет высокодисперсный
состав с медианой распределения, не превышающей
о
«О
СО
■г ., ,|
Кислота
JST
зЪ-ч{1М
Рис. 3.1. Принципиальная схема циркуляционной
однобашенной системы получения термической
фосфорной кислоты:
/—башня сжнгаиия и гидратации; 2—сборник кислоты;
3—насос; 4—теплообменник; 5—скруббер Вентури;
6—циклон-каплеуловитель; 7—вентилятор; 8—каплеотбой-
ник; 9—труба выброса в атмосферу; 10—сборник
разбавленной кислоты.
1,6 мкм. При этом с уменьшением коэффициента
избытка воздуха диаметр капелек возрастает. Это
явление объясняется тем, что при уменьшении а
возрастает начальное парциальное давление пара
фосфорной кислоты. Это способствует ускорению
образования зародышей тумана и меньшей
продолжительности их существования, т. е. число ядер
конденсации уменьшается, а количество
сконцентрировавшегося на них пара увеличивается, что приводит
к росту диаметра частиц. Следовательно, для
получения крупнодисперсного тумана сжигание фосфора
нужно вести при минимальных коэффициентах
избытка воздуха,
71

В связи с высокой дисперсностью тумана вьь
бросные газы имеют большую оптическую плотность
и распространяются на значительные расстояния. Для
очистки от тумана фосфорной кислоты в
промышленности применяют схемы, разнообразные по спосо
бам осаждения и аппаратурному оформлению. В со
общении Госдепартамента США по охране здоровьд
[133] приведен обзор 25 промышленных установок
по производству термической фосфорной кислотц
и проанализирована работа систем газоочистки: на
садочных скрубберов, скрубберов Вентури, электро-
Фосфор
Сточные
воды
Рис. 3.2. Принципиальная схема получения термической
фосфорной кислоты циркуляционным двухбашенным методом: '
/—хранилище фосфора; 2—пластинчатые теплообменники; 3—форсунка'
4—башня сжигания фосфора; 5—башня гидратации; 6—электрофильтр1
7—вентилятор; 8 — насосы; 9—сборники кислоты; 11—сборник кислых вод-
фильтров, волокнистых самоочищающихся фильтров
и высокоскоростных сетчатых туманоуловителей.
В большинстве систем 40—60% образующейся при
сжигании фосфора кислоты поглощается в башнях
сжигания и гидратации. Эффективность улавливания
тумана в газоочистителях находится в пределах
95,0—99,99%, что обеспечивает концентрации на
выходе из аппаратов 3,6—600 мг/м3 в расчете на PgOs-
Средний выброс Р2О5 в атмосферу составляет
275 мг/м3. Такая степень очистки, несмотря на общую
высокую эффективность работы аппаратов, не может
быть принятой как достаточная, обеспечивающая
значение ПДК в приземном слое (1,0 мг/м3).
Рассмотрим подробнее применяемые методы
очистки,
72
Насадочные скрубберы длительное время широко
использовали как туманоуловители. Основное их
преимущество— простота конструкции, низкая стоимость
и надежность работы. В качестве насадки применяют
кольца Рашига, седла Берля, седла «Инталокс»,
кольца Палля, шарики, куски кокса. Насадка
орошается водой или слабой кислотой. Улавливание
частиц тумана происходит в скруббере за счет сил
инерции в слое насадки. Высота слоя насадки
принимается от 3 до 6 м. При увеличении скорости газа от
0,6 до 2,1 м/с эффективность очистки возрастает
с 40 до 95%- Эффективность насадочного скруббера
может быть определена по формуле
П= 1 - exp (~ A -j-• 2 Stk)
где А — экспериментально найденный коэффициент,
учитывающий конструкцию насадочных элементов;
Н — высота слоя насадки, м; dH — наружный диаметр
элементов насадки, мм; Stk — критерий Стокса.
Ниже приведены значения коэффициента А [123];
dH, mm A
Кольца Рашига, седла Берля, шары, 12,5 10,7
седла «Инталокс»
Кольца Рашига, седла Берля, кольца 25,38 10,0, 12,0
Палля
Кокс 75-125 100,0
Требуемая высокая эффективность в насадочных
скрубберах не была получена и выходные
концентрации лежат в пределах 210—500 мг/м3 [133].
Скрубберы Вентури (турбулентные
газопромыватели) [77] нашли значительно более широкое
применение, чем насадочные. Компания TVA (Алабама)
заменила в 1954 г. ранее установленные
электрофильтры на скрубберы Вентури [133]. При
гидравлическом сопротивлении аппарата 7000 Па обеспечивалась
выходная концентрация Р2О5 1000 мг/м3.
Проведенная реконструкция, включающая
совершенствование системы орошения; подготовку тумана путем
проведения предварительной концентрации;
увеличение скорости в горловине; установку более
совершенного каплеуловителя, позволила значительно
повысить эффективность. Выходные концентрации были
73

снижены до 100—300 мг/м3. Основное влияние на про-'
цесс осаждения частиц в скруббере Вентури
оказывает кинематическая коагуляция, возникающая в
результате разности абсолютных скоростей частиц
аэрозоля и капель подводимой на орошение
жидкости. Кроме того, на механизм осаждения оказывают
влияние силы инерции, диффузии и
электростатические силы [77, с. 43]. Эффективность скруббера
Вентури в значительной степени зависит от
гидравлического сопротивления (скорости газа в горловине),
удельного орошения, способа подвода жидкости и
может быть определена по формуле [18]
г] = 1 - ехр (- ВК%)
где В и к — константы, определяемые видом и
дисперсным составом аэрозоля и равные для фосфорной
кислоты соответственно 1,34-Ю-2 и 0,6312; Кт —
удельная энергия соприкосновения, затрачиваемая на
очистку 1000 м3 газов, кДж; определяется по формуле
где АРап — гидравлическое сопротивление аппарата
и каплеуловителя, Па; Рж— давление орошающей
жидкости, Па; Уж, Vr — объемные расходы жидкости
и газов, м3/с.
Таким образом, для тумана фосфорной кислоты
эффективность скруббера Вентури может быть
найдена по формуле:
[/ F„\ 0.6312 П
1,34 [АРап+ Рж-^Г-)
ioo—Е J
В настоящее время в США, ФРГ, Англии,
Франции значительное число установок по получению
фосфорной кислоты оснащено скрубберами Вентури.
При сопротивлении АРап = 10000 Па выходные
концентрации Р2О5 составляют 215—600 мг/м3.
Достоинствами этих систем являются надежность работы при
сжигании загрязненного фосфора и более низкие
капитальные затраты, чем у электрофильтров.
Недостатки— высокие эксплуатационные расходы,
сложное насосное хозяйство и трудности в достижении
выходных концентраций менее 100 мг/м3 [133].
74
Электрофильтры впервые применены для
улавливания тумана фосфорной кислоты в США в 1915 г.
В настоящее время наибольшее распространение они
получили в ФРГ и СССР.
Эффективность улавливания частиц в
электрофильтре [122, с. 42] выражается формулой
для трубчатого электрофильтра
Т)=1_ехр(-г^г)
для пластинчатого электрофильтра
n=l-exp(--7fe)
где v — скорость дрейфа заряженных частиц, м/с;
L — длина осадительных электродов, м; R — радиус
трубчатого осадительного электрода, м; w — скорость
газов, м/с; Н — расстояние между коронирующими
и осадительными электродами, м.
При нормальном рабочем состоянии
электрофильтра эффективность улавливания тумана
фосфорной кислоты достигает 98—99,5 %• Скорость газов
составляет в пластинчатых электрофильтрах 0,25—
0,35 м/с, в трубчатых — 0,7—1,0 м/с. Гидравлическое
сопротивление агрегата — 50—200 Па; выходные
концентрации Р205 в газах — 300—500 мг/м3 [133].
Основные недостатки электрофильтров: высокие
капитальные затраты, составляющие около 3000 руб. на
каждые 1000 м3 газа в 1 ч для фильтров с
пропускной способностью 6—30 тыс. м3/ч.
В то же время капитальные затраты при
использовании скрубберов Вентури — не более 800 руб. на
1000 м3 газа [94, с. 188].
Волокнистые туманоуловители нашли применение
в США, начиная с 1958 г. Обычно они изготовляются
в виде цилиндрических элементов, состоящих из двух
концентрически расположенных сеток, пространство
между которыми (50—70 мм) заполнено
стекловолокном [124, с. 109]. Туман кислоты поступает
с внешней стороны внутрь цилиндра. Жидкие
частицы, осевшие на волокнах, коалесцируют, образуя
пленки и крупные капли и заполняя поры фильтра,
словленная жидкость удаляегся из слоя за счет
75

гравитационных сил, капиллярных сил и
аэродинамического воздействия газового потока. Жидкость
продавливается на противоположную сторону фильтра
и стекает в виде струй, крупных капель.
Дренирование жидкости из слоя и поступление ее с туманом
происходят при установившихся равных скоростях.
При неизменной скорости газа и постоянной
концентрации тумана сопротивление фильтра остается
постоянным. Однако это условие соблюдается в том
случае, если туман не содержит твердых
нерастворимых частиц, а волокнистый фильтр обладает
достаточной механической и химической стойкостью.
Эффективность осаждения, сопротивление фильтра
и стабильность структуры слоя — взаимосвязанные
явления. Определяющими параметрами процесса
фильтрации являются скорости газа в слое, толщина
слоя, тип волокон, диаметр волокон, пористость слоя,
продолжительность работы и дисперсный состав
тумана.
Эффективность слоевых стекловолокнистых
фильтров при скорости фильтрации до 0,35 м/с
определяется по эмпирической формуле [124]:
или
*т^г-* (&)*(£)«■
где К — коэффициент проскока, %; Ясл — глубина
слоя, мм; М — плотность набивки стеклянного
волокна, кг/м3; и — скорость фильтрации, см/с; Ki, a, b,
с — коэффициенты, зависящие от дисперсности пыли;
значения их приведены ниже:
0,8
0,9
0,9
Волокнистые фильтры способны обеспечить
высокую эффективность очистки. При скорости
фильтрации 0,42—1,44 м/с эффективность составляет 95,2—
Медианный
диаметр
частиц, мкм
1,3
2,5
15,0
30,0
115,0
К,
1
4.6
—
0,085
0,054
—
1,0
—
1,1
0,9
—
-0,2
-0,25
-0,4
-0,4
-0,5
76
99,9% для частиц мельче 3 мкм. В тэбзоре [133]
приведены данные о работе шести установок при
скоростях фильтрации от 0,12 до 3,9 м/с и сопротивлении
1800—6000 Па. Выходные концентрации P2Os
составляют в среднем 86 мг/м3, т. е. меньше, чем во всех
остальных установках.
Высокоскоростные сеточные туманоуловители
появились недавно. Первые публикации относятся
к 1968 г. [133]. Установка включает две ступени.
Сеточные пакеты первой ступени состоят из вязаных
проволочных сеток высотой 100—150 мм, с
диаметром проволоки 0,25 мм и меньше. Эти пакеты
работают при высоких скоростях (6—12 м/с) и являются
коагуляторами. Укрупненные капли улавливаются
второй ступенью в механических сепараторах и в гру-
боволокнистых фильтрах. Установки отличаются
компактностью и высокой эффективностью, достигающей
99,9% при гидравлическом сопротивлении 8500—
11000 Па. При этом обеспечивается выходная
концентрация Р2О5 22 мг/м3. Несмотря на весьма
высокие энергетические затраты, эти установки могут
найти применение благодаря низким капитальным
затратам, надежности в работе и высокой
эффективности даже при осаждении тумана, загрязненного
нерастворимыми частицами.
В табл. 3.1 приведены основные характеристики
рассмотренных установок. Из данных таблицы видно,
что системы значительно различаются по
эффективности и гидравлическому сопротивлению. Наиболее
низкие выходные концентрации обеспечивают стекло-
волокнистые фильтры, работающие при низких
скоростях фильтрации (0,12 м/с) и сопротивлении 2300—
5450 Па. При высоких скоростях (2,1—3,9 м/с)
выходные концентрации значительно выше —
113—390 мг/м3.
ОЧИСТКА ГАЗОВ ТУРБУЛЕНТНЫМИ
ГАЗОПРОМЫВАТЕЛЯМИ (СКРУББЕРАМИ ВЕНТУРИ)
Для очистки отходящих газов циркуляционной од-
нобашенной системы производительностью 2,2 т
сжигаемого фосфора в 1 ч применен прямоугольный
скруббер Вентури (см. рис. 3.1) с сечением горловины
77

-о
oo
Таблица 3.1
Основные характеристики аппаратов для улавливания тумана фосфорной кислоты (США) [133]
Вид тумаиоуловителя
Насадочный скруббер с брыз-
гоуловителем
Насадочный скруббер
Насадочный скруббер с
сеточным брызгоуловнтелем
Циклов и сеточный брызго-
уловнтель
Скруббер Веитурн и сеточный
брызгоу ловитель

Концентрация
н3ро4,
%
85
75
85
80
87
85
80
75
Выпуск
НзР04,
т/сут
116
131,5
116
135
162
179
180
110


дительность
по газу,
м3/ч
11700
13 400
11700
16 700
21500
16 700
23 600
10 700

Температура
газов,
К
350
360
352
352
350
358
353
338
Скорость

фильтрации,
м/с
0,48
18,0
0,6
2,7
2,7
3,0
3,0
84,0

Гидравлическое

сопротивление.
Па
15
850
400
1800
800
2 200
2 050

Концентрация
р2о5,
мг/м'
106
345
160
177
320
533
284
580

Эффективность»
%
95,5
99,4
•Скруббер Вентури, циклон
и брызгоуловитель
Волокнистый фильтр
•Сетчатый тумаиоуловитель
Сетчатый
тумаиоуловитель — два последовательно
установленных аппарата
105
75
87,5
105
75
75
100
75
75
75
75
77
79
75
90
75
217
100
165
217
270
350
151
120
200
60
250
504
405
100
150
22 000
8 260
12 600
11700
11200
26 200
30 000
8 450
10 400
5 800
28 700
51 000
32 400
20 700
14 700
6 080
338
352
352
334
367
348
352
358
355
331
350
347
356
351
353
321
60,0
108,0
120,0
0,28
3,9
0,12
2,1
0,12
0,12
8,1
1,2
2,04
19 000
8 500
8 500
15 500
1900
5 600
2 300
1800
4 600
5 450
10000
270
\ -
124
320
71,2
113,0
3,56
8,9
22,2
415
427
99,95
97,50
99,2
96,0
98,1
97,0
99,9
99,9
99,5
95,0

120X650 мм2; угол раскрытия диффузора — 5°,
конфузора — 26°. В начале горловины расположены
33 форсунки, создающие сплошную завесу из капель
45%-ной фосфорной кислоты. В качестве каплеотде-
лителя используется прямоточный циклон диаметром
1200 мм, высотой 2800 мм. Максимальная
производительность системы по газу — 27600 м3/ч.
В работе [85] приведены результаты
обследования эффективности очистки при работе системы на
полной производительности. Состав газов и
результаты испытаний скруббера Вентури представлены
в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Средний состав газа до н после очистки
Место отбора
пробы
До скруббера
Вентури
После циклона-

каплеуловителя
Параметры газа
расход,
м3/ч
26 270
27 300

температура,
К
342
330

разрежение,
Па
250
10 000
Концентрация выбросов,
г/м3
Р4
0,0285
0,0141
ннзшне
оксиды
16,83
0,84
P2Os
19,0
0,4
>
Ниже приведен технологический режим
испытаний:
Башенная кислота:
плотность, г/см3 1,570
температура, К 346
Плотность орошения скруббера 38,5
Вентурн, м3/(м-ч)
Кислота в цикле Вентурн:
плотность, г/см3 1300
температура, К 325
Средняя концентрация Р205 до очистки, г/м3 19,0
Средний к. п. д. скруббера, % 97,9
Дисперсный состав тумана фосфорной кислоты до
скруббера Вентури и после циклона и каплеотдели-
теля определен методом каскадного импактора с
учетом плотности кислоты [73] (рис. 3.3). Медианный
диаметр dso капелек тумана до аппарата равен
0,5 мкм, после циклона — 25 мкм, т. е. в системе
газоочистки произошло значительное укрупнение
капель, вызванное, по-видимому, коагуляцией
мельчайших частиц в более крупные агрегаты.
0J5 0,7 1 2 3 t 5 7 10 20 30 40 50
Размер капель, мкм
Рис. 3.3. Дисперсный состав тумана фосфорной
кислоты:
/ и 2—до н после скруббера Вентури; 3 и 4—до и после
электрофильтра: 5 н 6—до и после волокнистого фильтра.
Анализ экспериментальных данных показывает,
что очистка газов от тумана фосфорной кислоты
в скруббере Вентури является недостаточной с
санитарной точки зрения. Расчет загрязнения атмосферы
при содержании Рг05 в выбросах 0,4 г/м3 дает
значительное превышение ПДК в приземном слое,
81

ОЧИСТКА ГАЗОВ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАМИ
Этот метод очистки выбросных газов [122] нашел
в отечественной промышленности наибольшее
распространение и применяется как на
малопроизводительных установках (80—100 кг фосфора в 1 ч), так и на
мощных современных установках
производительностью до 3200 кг фосфора в 1 ч. Чаще всего
используют многопольные двухсекционные пластинчатые
эл ектр оф ил ьтр ы.
Рис. 3.4. Схема электрофильтра для улавливания
тумана фосфорной кислоты:
1—корпус; 2—газораспределительная решетка; 3—крышка:
4—изоляторная коробка; 5—рама для подвеса короинрую-
щих электродов; 6—коронирующне электроды; 7—осади-
тельные электроды, 8—дннще; 9— груз короннрующего
электрода; 10—патрубок для слнва кислоты.
На рис. 3.4 приведен общий вид аппарата
ГПФ-22-9. Корпус электрофильтра выполнен из
углеродистой стали и футерован кислотоупорным
кирпичом, крышка из армированных кислотоупорных плит.
Днище футеровано кислотостойким бетоном и
диабазовой плиткой с уклоном в сторону сливного
патрубка. Для более равномерного распределения газа по
сечению аппарата установлены вертикальные решетки
из кислотоупорного кирпича. Осадительными
электродами служат перегородки из кислотоупорного
кирпича толщиной 113 мм. Коронирующне электроды
изготовлены из стальной проволоки (сталь 1Х18Н9Т)
диаметром 2,8 мм. В каждом поле электрофильтра
«
установлено четыре ряда коронирующих электродоЁ
по 8 штук в ряду. Всего в фильтре — 288
коронирующих электродов. Электроды крепятся на рамах,
подвешенных к тягам, которые выведены из фильгра
через кварцевую трубу и изоляторную коробку. Для
предотвращения конденсации тумана кислоты на
кварцевых трубах изоляторная коробка снабжена
паровой рубашкой.
Ниже приведена основная техническая
характеристика электрофильтра ГПФ-22-9:
Площадь активного сечения, м2 22
Активная длина коронирующих электродов
одного поля, пог. м 168
Активная длина поля, мм 820
Скорость газа в активном сеченнн
электрофильтра, м/с 0,3
Максимальная температура газа, К 370
Максимальное разрежение, Па 1000
Сила тока на погонный метр активного
короннрующего электрода (при £/ = 300 В), мА 0,12
Производительность по газу, м3/ч 23 500
Степень очистки, % 99
Движение газа через электрофильтр обеспечивает
вентилятор ВД-13,5. Питание коронирующих
электродов — постоянным током напряжения 40—90 тыс. В от
повысительного выпрямительного агрегата АРС-250
или АИФ-250. Главное требование, предъявляемое
к агрегатам питания электрофильтров, —
поддержание напряжения на электродах на максимально
возможном, предпробивном уровне. Для этого агрегаты
должны автоматически регулировать напряжение
в зависимости от электрической прочности
разрядного промежутка.
Автоматика агрегатов типа АРС и АФАС основана
на периодическом принципе, при котором число
пробоев в электрофильтре не является регулируемой
величиной. В агрегатах типа АИФ регулирование
напряжения осуществляется пропорционально заданной
частоте искровых разрядов в фильтре. Этот принцип
регулирования позволяет установить более
рациональный электрический режим работы
электрофильтра. Кроме того, агрегаты АИФ, по сравнению
с агрегатами АРС, позволяют более рационально
с точки зрения эффективности электрофильтра
83

расходовать подводимую мощность [125]. Таким
образом, агрегат питания АИФ является более
совершенным аппаратом и применение его предпочтительнее.
Наряду с электрофильтрами ГПФ-22-9 для
улавливания тумана фосфорной кислоты применяют
электрофильтры ГПФ-7-9 для систем
производительностью 1 т фосфора в час и ГПФ-4-3 для системы
получения кислоты при сжигании фосфорного шлама
производительностью 200 кг/ч [14, с. 39]. Обычно
многопольные фильтры разделены на несколько
последовательных электрических групп, включающих
по несколько полей электрофильтра с
индивидуальным электроагрегатом на группу. Такая схема
диктуется различием технологических параметров газов,
поступающих в электрофильтр и выходящих из него.
По мере продвижения газа через электрофильтр
концентрация взвешенных частиц уменьшается от
максимального до минимального значения, что влияет
на вольт-амперную характеристику электрофильтра.
При больших концентрациях частиц объемный
пространственный электрический заряд взвешенных
и осажденных частиц оказывает значительное
влияние на электрический режим, и ток короны
понижается. Этот эффект наиболее значительно
проявляется для электродов, расположенных вблизи входа
газа, и почти отсутствует на выходе. В связи с этим
невозможно соблюдать одинаковый электрический
режим на электродах у входа и выхода газов. Чем
больше концентрация частиц в газе и меньше их
размер, тем значительнее проявляется влияние
объемного заряда на электрический режим электрофильтра
и тем на большее число последовательных
электрических групп требуется разделение электрофильтра. Это
приводит к повышению эффективности
электрофильтра вследствие лучшей организации электропитания
и уменьшения выноса частиц с электродов.
При выборе схемы питания электрофильтров
следует учитывать и то обстоятельство, что стоимость
агрегата питания примерно в 15—17 раз меньше, чем
стоимость электрофильтра, и незначительное
снижение капитальных затрат за счет схемы питания
может привести к существенному уменьшению
эффективности очистки из-за недостаточного использования
84
Гае
установки [122, с. 222]. В фосфорной
промышленности применяют, две схемы (рис. 3.5) соединения
электрических полей в группы по ходу газа: 2, 3, 4 и 3,3,3.
В свете изложенного выше первая схема соединения
представляется более рациональной.
Авторы определяли эффективность очистки газов
электрофильтрами на циркуляционной однобашенной
системе ГПФ-7-9, циркуляционной двухбашенной
системе ГПФ-22-9 и на установке переработки
фосфорсодержащего шлама ГПФ-7-9. В табл. 3.4 приведены
результаты исследований
очистки газов в
электрофильтрах в сравнении со
скруббером Вентури.
Средний химический
состав газов,
поступающих на очистку,
колеблется в значительных
пределах. Учитывая
различную
производительность систем,
представляет интерес сравнить
состав газов в пересчете на
1 т переработанного
фосфора (табл. 3.5).
Из данных таблицы
видно, что нагрузка на
аппарат очистки по Р2О5
выражается величинами
одного порядка. В то же
время содержание фосфора в
газах до очистки значительно различается. Возможно,
это вызвано неодинаковыми условиями сжигания
фосфора, различной конструкцией применяемых для рас-
пыливания фосфора форсунок, разной дисперсностью
частиц фосфора. Более высокую степень очистки от
низших окислов в скруббере Вентури можно
объяснить значительной турбулизацией аэрозоля,
способствующей лучшему контакту Р203 с кислородом
воздуха и доокислению до Р205, а также укрупнением
частиц вследствие коагуляции, что способствует
более полному их осаждению. Сравнительные данные
о дисперсном составе тумана фосфорной кислоты
El- Электрическое тле
® - Электроагрегат питания
Рис. 3.5. Схемы соединения
электрических полей
электрофильтра:
о—схема 3, 3, 3; б—схема 2,3, 4.
85

I
I
К
3
в
о
о
о.
ю
а
се
се
я
t-
II
81
I
ш
о
рос
о
3
а
тра
3
g
I
газа
2
а
н
раме
В
о
£
1
■*
а
к
§«>"«
1вв
а
t
в QbZ
Р
и
8;-
8"
о.
И!
f«
«
о.
«а
в
с
«а
к
Я
о
К Kg
и*
Й
о
и
m
о
о.
а
«
X
4>
К
CJ
ооо
3°"
1 1
ю
ОО
ОО
ОО
ОО
ю t~-
<Nr~
to —
coco
о
ю
1 ^
1 о
"Scq
■
S
О
R^
«<?
£г~
s ■
£■&
(О1-1
КС д
О ч
S
•е-
W о
а D.
S Ь
S X
о о
•3 го
W .
ч «
>>s
М 01
Cut"
s о
я
5S
а°"
— ю
5£
о" о
г~
оо о>
юео
о" о"
ОО
00 СО
■* f-
CNO
— о
coco
о
о
1 °°
1 СЧ
CN
•^cq
S
о
к о>
я ■
к©
to1—'
£&
s s
К ч
S
•е-
W о
а а.
я t-
о о
я 5
W .
ч «
>.г
М 01
О- f
s о
я
еле»
«NC0
CNO"
1 1
f-1 Е-<
00 >* <U
rf<5g
1 |
■ i
i i
1 |
i i
"Scq
■
о
о.
t-
м
<и
ч
го
а
2
Ч
a
W
S
ев ■
t-r~
* А
га
м Р.
д t"
о л
а ч
а s
5-е-
>s
gs
CftO
СО'*
00^00
to" о"
in —
00 ^
CN —<
oo
oo"
oo
ю о
CN O
о
CN О
^* CO
COCO
OO
r^O
CN CO
(D r-
CNCN
OQ
в
X
<u
t-
o
s
о
w
d
s
о
5 я
S о.
к н
d я
К Ш
ЯСС)
о
s a.
R<0
ч <o
>.>•
bj CX
S.m
s о
я
86
приведены на рис. 3.3 (кривые 3, 4). При очистке в
электрофильтре практически не происходит
укрупнения капелек тумана, взвешенных в газовом потоке.
Таблица 3.5
Средний состав газов (в пересчете на 1 т
переработанного фосфора)
и аппарат очистки
Циркуляционная
однобашенная система, электрофильтр
ГПФ-7-9
Циркуляционная двухбашенная
система, электрофильтр
ГПФ-22-9
Циркуляционная
однобашенная система, скруббер
Вентурн
отбора
А
В
А
В
С
D
Содержание,
Р4
0,562
0,375
4,967
3,410
3,750
1,92
Р2о3
—
6,87
1,48
2,21
0,115
кг
р»о5
293,0
13,1
198,0
2,87
251,0
5,45
* Обозначения см. табл. 3.4.
В табл. 3.6 приведены сравнительные данные по
эффективности аппаратов очистки.
Таблица 3.6
Данные по эффективности очистки
. Аппарат очистки
Электрофильтр:
ГПФ-7-9
ГПФ-22-9
ГПФ-7-9 (шламовая
система)
Скруббер Вентури
Средняя эффективность очистки,
%
Р4
33,3
33,5
Около 100
50,5
Р203
78,5
95,00
Р20в
99,45
99,85
96,20
97,90
Таким образом, наилучшая очистка от тумана
фосфорной кислоты осуществляется
электрофильтром, установленным после двухбашенной системы
получения термической фосфорной кислоты. Несколько
§7

лучшая очистка от элементарного фосфора и низших
оксидов фосфора осуществляется в скруббере
Вентури.
ОЧИСТКА ГАЗОВ ВОЛОКНИСТЫМИ ФИЛЬТРАМИ
Большой интерес представляют проводимые в
последние годы НИИОГАЗом и НИУИФом
исследования по очистке газов от тумана фосфорной кислоты
волокнистыми фильтрами [78].
В качестве фильтровального материала испытаны
иглопробивные войлочные маты из полипропиленовых
волокон различного диаметра. Фильтрующие
материалы разработаны НИИОГАЗом совместно с ЦНИИ-
шерсти и ВНИИСВ и отличаются химической
стойкостью к кислотам и щелочам, механической
прочностью и невысокой стоимостью. Это позволяет
значительно снизить капитальные и
эксплуатационные затраты на газоочистку. Наряду с химической
стойкостью, полипропилен обладает высокой гидро-
фобностью и мало уступает по этим показателям
фторопласту. Кроме того, это самый легкий полимер
(плотность 900—920 кг/м3). Существенным
недостатком полипропилена является его малая
термостойкость по сравнению с такими полимерами, как лавсан
и нитрон. Температура размягчения полипропилена
равна 410 К, а температура плавления — 430—450 К.
Эксплуатация изделий из полипропилена
рекомендуется при температуре не выше 370 К вследствие
его размягчения, потери плотности и эластичности.
Испытания волокнистых фильтров проводили в
однобашеннои циркуляционной системе с очисткой
газов в скруббере Вентури [78]. Фильтр был
смонтирован в газоходе между скруббером Вентури и цикло-
ном-каплеуловителем и представлял собой
вертикальную перегородку из фильтрующего материала с
максимальной площадью фильтрации 1,2 м2. Испытаны
одно- и двухступенчатые схемы очистки. На время
испытаний отключалось орошение скруббера Вентури
и весь газ подвергался очистке от тумана только
в волокнистом фильтре. В табл. 3.7 приведены
результаты испытаний полипропиленовых фильтров
в диапазоне скоростей от 4,54 до 8,5 м/с. Из данньгх
ее
ш
о
о.
е-
л
ч
S
«■
к
3
о
в
в
о
ч
о
се
к
S
в
с*
се
о
О)
ч
3
е-
с*
5
ч
m
*>
а.
•»"
г
и
-43,6
-22,3-
о
X
Я
К
ш
о
а
ция
итра
<и
tf
33
о
«
"к
"и
о5
о
X
3
ш
п
S
о
сч
S
3
п
а,
t~
X
о
д
X
о
«
«
о.
н
л
ч
К
•е-
и
X «
ЕС
а>
ч
рэ
К
о
о.
Соп
к
X
ч
V
о.
i
ч
п
s5
К п
я
г
л
PJ
я «
S «
г
о
I-
о
о.
М
о
г
о
о
>>
£&
&Й
о ™ о
о е- я
и в
0§
•е-
О
ч
п
а
о л
Е- К
« 3!
s h
о »
сн а
юше
акте
>.а
о. л
л
его
я
я
tt
(а
s
G> Г~- —■ Ч" СО 0>
Ю ЮПООгЛ СО
О ■* —0.0 —.
о" о"о"о"о о
ечсч
о о
о" о
X
1-
:г
л
с
се
я
Ч
О
|
|
о
о
■а-
т
о
о
1
о
о
(N
Ч1
1П
Ч1
— f^—"СО
ее —— t--
CCN —О
ooo о
СОЛЮЩ
OOtDIN
CO — О О
о oo о
оооо
ooo о
СО-ОО)
сч ччп со
1 1 1 1
оооо
оооо
QO |-~ О 1Л
—' со -a-in
оооо
оооо
СООЭ —' —'
C1CN
Ч1
1П 00 1П 1П
Ч1 CD ОООО
Ч1
"*■
сч
о
см
см
о
о
о
о
ч<
со
1
о
о
ю
см
о
о
с-
1
о
о
со
Ч1
in
Ч1
S
О
S
о
к
а
>>
о
ш
ч
•Ч'-Ч-
CD CD
oo
oo
1С in
о о
oo
oo
oo
oo
О 00
сч ч>
1 1
oo
oo
4"-"
— Ч-
<=>2
oo
CN CO
о
Ч>1П
ю- 1
*co
4j<
кна.
и
о.
5
- 1
и
«
я
a
H
s
его
Я
2
*
&
филь
о
ч
,- О ш
II II
Я
S
о
in
о ft -
J. -о
оо «™
11 "1
gin g
.1 -
о> о
<м —
R
О
ч
о
два
со о
I, со .к
■ S ■ g
S ч - о
— СО
«•к
° 2
4 ч
о о
Ш S
Ǥ
— CD
I I
л л
5 X
cu a)
с с
>.>.
o о
R R
Д сч

табл. видно, что необходимая санитарная очистка
газов от тумана фосфорной кислоты может быть
получена на фильтрующем материале 10-71 при установке
его в три слоя и одной ступени очистки и на
фильтрующих материалах 10-71 и 6-71 при двух ступенях
очистки. При этом сопротивление всей системы
газоочистки будет составлять не более 8500 Па.
Повышение скорости фильтрации при
использовании образца 6-71 до 5,5—6,5 м/с, вероятно, тоже
сможет обеспечить необходимую степень очистки при
одноступенчатой схеме. На рис. 3.6 приведена
зависимость концентраций
тумана на выходе от
сопротивления фильтра.
Работа волокнистого
фильтра осложняется воз-
_^ можностью попадания в
заю ВШ 7000 газ твердых частиц, заби-
СопротиВмнив дшьтра.Па вающих фИЛЬТр( резкО ПО-
вышающих его
сопротивление и требующих
остановки на регенерацию.
Во время испытаний
фильтр регенерировался
вручную 3—4-минутной
промывкой водой. Для
регенерации промышленного образца волокнистого
фильтра от твердых нерастворимых частиц в корпусе
фильтра размещается специальная промывная
форсунка, позволяющая проводить регенерацию без
отключения фильтра. Для этого со стороны камеры
чистого газа подводится полая вертикальная труба,
высота которой равна высоте фильтрующего элемента.
На стороне, обращенной к поверхности фильтра,
расположены щелевые форсунки с плоским непрерывным
и равномерным по высоте факелом, захватывающим
узкую полоску фильтра (2—5 см). С
противоположной стороны расположен экран, прилегающий к
поверхности фильтровального материала и
препятствующий прохождению газов через регенерируемую
зону. Во время регенерации на форсунку подается
вода под давлением 0,2—0,3 МПа и труба при
помощи специального привода перемещается вдоль
Рис. 3.6. Зависимость
концентрации тумана кислоты на
выходе от сопротивления
волокнистого фильтра:
9 — фильтрующий войлок 10-71;
X—6-71", #—двухступенчатый фильтр.
90
фильтрующей поверхности. Струя промывной
жидкости с высокой скоростью проникает на лобовую
поверхность фильтра, вымывая твердые частицы.
Шлам стекает в нижнюю часть корпуса и выводится
из фильтра.
На рис. 3.3 (прямые 5, 6) приведен дисперсный
состав тумана кислоты до и после фильтра,
состоящего из двух слоев материала 10-71, при скорости
фильтрации 4,54 м/с. Средний медианный диаметр
частиц тумана до фильтра составил 3 мкм, после
фильтра—1 мкм. Для доулавливания проскочивших
частиц предлагается во второй ступени очистки
использовать материалы с диаметром волокон 25—
30 мкм, что позволяет получить на выходе более
низкие концентрации Р2О5.
Замечено, что при сжигании чистого фосфора
дисперсность тумана снижается до значения dso =
= 1,4 мкм, а при поступлении на сжигание
загрязненного фосфора — возрастает до 7—9 мкм.
Эффективность очистки волокнистыми фильтрами из
полипропиленовых матов составляет 99,8—
99,9%.
Одновременно испытаны волокнистые фильтры из
углеродной ткани УУТ-2/4, которая может работать
при повышенной температуре (до 420 К). При
установке четырех слоев ткани и скоростях
фильтрации 2,0—2,7 м/с обеспечивается столь же высокая
степень очистки, что и полипропиленовыми
фильтрами.
Успешные испытания волокнистых фильтров для
улавливания тумана фосфорной кислоты открывают
дорогу для внедрения в промышленность
испарительного метода получения термической фосфорной
кислоты, имеющего ряд преимуществ перед
циркуляционным; уменьшение объема теплообменной аппаратуры,
сокращение насосного хозяйства и т. д. Этот способ
до настоящего времени не нашел применения
главным образом в связи с необходимостью создания
новых электрофильтров для очистки больших объемов
отходящих газов. Ниже приведены [58]
сравнительные показатели работы электрофильтра и
волокнистого фильтра на установке сжигания фосфора
производительностью 2,5—3 т/ч:
91

Электро- Волокнистый
Степень очистки газа, %
Сопротивление аппарата, Па
Расход энергии на очистку н
транспортировку газа, кВт-ч
Скорость фильтрации, м/с
фильтр
99,5
300
70
0,3
фильтр
99,9
400
150
4-5
Необходимо добавить, что стоимость
электрофильтра составляет 120 тыс. руб., а волокнистого —
Рис. 3.7. Волокнистый фильтр для улавливания тумана
фосфорной кислоты:
/—корпус; г—люк; 3—уплотняющие рамки: 4—фильтр; 5—промывное
устройство: 6—направляющие; 7—смотровые окна.
лишь 10 тыс. К тому же последний проще в
эксплуатации и ремонте. Эти обстоятельства подтверждают
целесообразность дальнейших исследований и
внедрения волокнистых фильтров (рис. 3.7).
Глава 4
ФОРМИРОВАНИЕ И ОЧИСТКА
ГАЗОПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФОСФАТОВ
И ЭКСТРАКЦИОННОЙ
ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
ОЧИСТКА ГАЗОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ
ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ
Триполифосфат натрия — один из основных
продуктов химической промышленности. По объему и
темпам роста производства триполифосфаты не имеют
себе равных среди конденсированных фосфатов. Эти
соединения нашли широкое практическое применение
и ежегодное мировое потребление их превышает
миллион тонн. Основная часть триполифосфата
расходуется на приготовление моющих средств, а также
(в порядке уменьшения потребляемого количества)
для обработки воды, пищевых продуктов, целлюлозы
и бумажных материалов, в текстильной и
горнорудной промышленности, при обработке металлов, для
приготовления красок, фармацевтических и
косметических препаратов, в сельском хозяйстве и пищевой
промышленности [99, с. 5]. Расширение производства
триполифосфата натрия связано в первую очередь с
потребностями промышленности моющих средств.
Триполифосфат натрия относится к
концентрированным фосфатам и существует в виде двух
изомерных кристаллических форм, обозначаемых Na5P3Oi0-I
(высокотемпературная) и Na5P3Oi0-II
(низкотемпературная). Обе формы дают идентичные водные
растворы и кристаллогидраты в виде Ыа5РзОю'6Н20,
обладают одинаковыми показателями рН, одними и
теми же химическим составом и скоростью гидролиза.
Отличаются первая и вторая форма теплотой
гидратации, гигроскопичностью — форма II гидратирует
медленнее, чем форма I.
Процесс производства триполифосфата натрия
состоит из двух основных стадий;
93

а. Нейтрализация фосфорной кислоты содой до
образования солей динатрий- и мононатрийфосфата в
соотношении 2:1:
6Н3Р04 + 5Na2C03 —*■
—*■ 4Na2HP04 + 2NaH2P04 + 5COs + 5HsO
б. Сушка раствора ортофосфатов с последующей
дегидратацией солей в двух аппаратах —
распылительной сушилке и турбокальцинаторе:
2Na2HP04 + NaH2P04 —> №5РзО10 + 2HsO
Принципиальная схема производства триполифос-
фата натрия приведена на рис. 4.1. Фосфорная
кислота, разбавленная в смесителе умягченной водой до
40—44%, направляется в сборник разбавленной
кислоты, а затем в первый нейтрализатор, куда подается
сода из бункера. В нейтрализаторе автоматически
(изменением подачи Н3Р04) поддерживается рН =
= 6,4. Нейтрализация осуществляется в двух
последовательных нейтрализаторах при 360—370 К. Из
нейтрализаторов раствор ортофосфатов самотеком
поступает в сборник, куда дозируется 50% раствор
аммиачной селитры, выполняющей роль окислителя
органических примесей, придающих готовому продукту
желтоватую окраску. Одновременно аммиачная
селитра катализирует процесс перехода ортофосфатов в
триполифосфат. Затем раствор фильтруется от
нерастворимых примесей, поступающих с содой и кислотой,
и под давлением 150-105 Па подается на
распылительную сушилку, теплоносителем в которой
являются топочные газы. Высушенная смесь ортофосфатов
через ячейковый питатель поступает в турбокальци-
натор, где прокаливается при 820—870 К топочными
газами и переходит в форму Na5P3Oi0. Далее
триполифосфат натрия проходит систему охлаждения,
сепарируется, дробится, мелкая фракция улавливается
циклонами и транспортируется на склад.
В процессе нейтрализации в газовую фазу
выделяется 1260 кг С02 в час на одну систему (два
нейтрализатора) и 70—120 кг ортофосфатов, увлекаемых
в виде брызг раствора. Грубая очистка газов от
ортофосфатов осуществляется в расширителях, орошаемых
разбавленной фосфорной кислотой и установленных
94

на крышках нейтрализаторов. На одном из заводов
после' нейтрализаторов установлены полые пыле-
осадители. Сравнительные данные о составе выбросов
отделения нейтрализации (среднее значение на два
нейтрализатора) приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Характеристика выбросов отделения нейтрализации
Организация
выброса
Без очистки
С очисткой
в полых пы-
леосадителях
Сумма
ортофос-
фатов,
г/ма
17,708
0,305
NaH2P04.
г/ма
6,252
0,073
Na2HP04.
г/м3
11,456
0,232
Пыле-
уиос,
кг/ч
138,8
2,09
со2, %
14,81
15,80
В выбросах содержится значительное количество
диоксида углерода, разработка способа утилизации
которого наряду с перекрытием одного из источников
загрязнения атмосферы сулит немалые экономические
выгоды. Кроме того, получение С02 по типовым
схемам «Гипрохолода» из дымовых газов связано с
необходимостью очистки от соединений серы, что
значительно удорожает процесс. Выбросы же отделения
нейтрализации не содержат примесей, требующих
дополнительной очистки; это дает возможность получить
С02 высокого качества с меньшими затратами. Для
этого процесса вполне возможно и целесообразно
использовать пенные аппараты [120]. Газы, поступающие
в систему очистки отделения сушки триполифосфата
натрия, состоят из продуктов горения топлива
(природного газа), избыточного воздуха, влаги,
выделяющейся при сушке раствора, и пыли ортофосфатов
натрия. Побудителем тяги в схеме очистки газов
является дымосос Д-15,5, установленный на линии между
батарейным циклоном и санитарным скруббером.
Основная часть пыли ортофосфатов, выносимая из
сушильной башни, улавливается в батарейном циклоне,
состоящем из двух батарей по четыре циклона в
каждом. Диаметр каждого элемента — 1400 мм, высота —
6100 мм.
96
Второй (санитарной) ступенью очистки служит
полый орошаемый скруббер диаметром 4000 мм и
высотой 4000 мм, с выхлопной трубой диаметром
2500 мм и высотой 55000 мм. В верхней
цилиндрической части расположены четыре рабочих форсунки,
через которые на орошение скруббера подается ре-
циркулирующий раствор ортофосфатов натрия,
насыщающийся до плотности р= 1,3 т/м3 по регламенту.
При достижении заданной плотности раствор
выводится из цикла и заменяется свежей водой. Над
рабочими форсунками расположен брызгоотбойный слой
высотой 400 мм из упорядоченно уложенных колец
Рашига (50X50X5). Над брызгоотбойным слоем
находится промывная форсунка, которая включается по
мере забивания колец Рашига ортофосфатами,
уносимыми из скруббера в виде брызг. Промывная
форсунка включается один раз в 60—90 мин, и время ее
работы составляет 10—15 мин. На форсунки подается
18,6 м3/ч раствора, что соответствует в пересчете на
свободное сечение скруббера 1,48 м3/(м2-ч) или
0,237 л на 1 м3 очищенного газа.
Общая эффективность батарейного циклона —
96,4%. Количество пыли, поступающей в батарейный
циклон, составляет 1832 кг/ч или 43,9% от полной
производительности системы. Ниже приведен
дисперсный состав пыли ортофосфатов, уловленной
батарейным циклоном и на выходе из него:
Фракция, мкм 0—20 20—30 30—50 > 50 dsv
Содержание пыли,
% (масс):
уловленной 2,3 6,7 22 70 69
на выходе 40 27 23 10 23
На основе этих данных рассчитана фракционная
эффективность батарейного циклона для фракций
пыли 0—10; 10—'15; 15—20 и более 20 мкм,
составившая соответственно 5,4, 20, 50 и 87%. Пыль
ортофосфатов натрия, согласно СНиП 1-Г 5-62, относится к
третьей группе пылей — среднедисперсная [45, с. 83].
Анализируя конструкцию скруббера и условия его
работы, следует отметить следующее:
1. Если полый скруббер используется как
пылеуловитель, интенсивность орошения должна
составлять 3—5 м3 на 1000 м3 газа и более [40].
4 Зак. 1277
97

Интенсивность орошения рассматриваемого
скруббера—0,237 м3 на 1000 м3 газа.
2. Скорость газа в свободном сечении скруббера
во избежание брызгоуноса должна составлять 1—
1,5 м/с [104, с. 89]. Скорость в исследуемом
скруббере— 2,65 м/с.
3. Для уменьшения брызгоуноса оптимальное
соотношение между высотой и диаметром полого
скруббера должно составлять 2,5
[123, с, 97]. Для
исследуемого скруббера это
соотношение равно единице.
4. При работе
скруббера по рециркуляционной
схеме загрязнение
орошающего раствора
существенно сказывается на
эффективности очистки
газа. По технологической
схеме раствор на
орошение подается из одной ем-
' кости на скрубберы двух
параллельно работающих
систем. На рис. 4.2
приведены кривые
зависимости степени насыщения
рециркулирующего
раствора от времени работы
скрубберов. Из рисунка
видно, что проектная
степень насыщения (р =
= 1,35 г/см3) достигается
при двух работающих
системах через 1 ч 45 мин.
При достижении этой плотности, по регламенту,
раствор должен заменяться, но так как фактическая
смена раствора производится 1—2 раза в смену,
большую часть времени скруббер работает с
орошением концентрированным раствором. Кривая 3
показывает зависимость содержания ортофосфатов натрия
в растворе от плотности при рабочей температуре
323 К- При плотности выше 1,35 т/м3 раствор является I
пересыщенным, поскольку при охлаждении его ниже |
98 ■*
S0 120
О 0,1
0,3
0,5 07
Рис. 4.2. Зависимость степени
насыщения орошающего
раствора от времени работы системы
(кривые / и 2) и содержания
ортофосфатов натрия в
растворе от плотности раствора при
рабочих условиях — 55 "С
(кривая 3):
I—при работе двух скрубберов;
2—при работе одного скруббера.
рабочей температуры наблюдается интенсивное
выпадение кристаллов.
На рис. 4.3 приведена зависимость эффективности
пылеосаждения в скруббере от степени насыщения
орошающего раствора. В исследованном интервале
загрязнения раствора (плотность от 1,17 до 1,46 г/см3)
эта зависимость линейна. Из графика видно, что с
увеличением загрязнения раствора эффективность
скруббера падает. Экстраполяция прямой до оси
ординат показывает, что при орошении скруббера
чистой водой может быть достигнута эффективность
пылеосаждения около 58%.
Расчет ожидаемой степени
осаждения в скруббере при
орошении загрязненным
раствором может быть
произведен по формуле [98]
ч =
■'О-*)
х.
10\ ii is b ifl Ь
рфг
Рис. 4J3. Зависимость
эффективности пылеулавливания т]
от степени насыщения
орошающего раствора.
где т)' — эффективность при
орошении чистой водой;
а — количество промывной
жидкости, выносимой из
аппарата в виде брызг (9,44 X
X Ю~3 л/м3 для
исследуемого скруббера определено
экспериментально); т — расход промывной жидкости
(0,237 л/м3 для исследуемого скруббера).
Рассчитанная эффективность, равная 35,5%,
соответствует среднему значению экспериментальных
данных.
Смена орошающего раствора в системе,
включающая слив насыщенного раствора и заполнение
емкости свежей водой, занимает 30—35 мин. В течение
этого времени скрубберы двух систем работают без
орошения и вся поступающая на них пыль
ортофосфатов выносится в атмосферу. Это вызвано тем, что
даже для самых крупных частиц (100 мкм) скорость
витания составляет 32 см/с для моно- и 40 см/с для
динатрийфосфата. Скорость газов в скруббере —
265 см/с, а в выхлопной трубе — 350 см/с. Таким
образом, гравитационные силы не оказывают влияния
4»
39

на пылеосаждение в скруббере. Средний пылеунос
для двух скрубберов за 30 мин составляет 85,7 кг
ортофосфатов. При работе же на сильно загрязненном
растворе (р = 1,35 -=- 1,40 т/м3) осаждается 30—34%
поступающей на скруббер пыли (с учетом выносимых
ортофосфатов в виде брызг
раствора). Из этого видно,
что частая смена раствора
нецелесообразна. Большой
эффект можно получить
при непрерывном
обновлении раствора в течение всей
работы. Для этого
необходимо выводить из емкости
часть раствора в количестве
2,0—2,5 м3/ч, поддерживая
общее количество раствора
непрерывной подпиткой
свежей водой (2,5—3,0 м3/ч)
с учетом потерь на брызго-
унос и испарение. Однако
это решение может быть
принято только как
временное до разработки и
внедрения более эффективной
схемы очистки газов.
По одной из схем для
уменьшения потерь
ортофосфатов в виде брызг
раствора в скруббере
установлен многоконусный
ороситель (рис. 4.4). Действие его
основано на обтекании
конусов стекающей водяной
пленкой, которая поступает
из цилиндрических насадок,
образующих стержень оросителя. При подаче воды
образуется ряд каскадно расположенных струй,
имеющих форму зонтов и направленных на
начальных участках течения под теми же углами, что и
конусы оросителя. Такой вид орошения обеспечивает
хорошую смоченность всей площади сечения
скруббера и насадки и способствует меньшему зарастанию
100 я
Рис 4.4.
ороситель.
Многоконусный
насадки пылью ортофосфатов. Высказано
предположение, что внедрение многоконусного оросителя
позволило значительно снизить потери ортофосфатов с
газовыми выбросами. Однако это предположение не
подтверждено данными обследований и базируется на
чисто визуальных наблюдениях.
Более совершенной следует считать схему очистки,
приведенную на рис. 4.5. В качестве первой ступени
очистки приняты батарейные циклоны, аналогичные
Рис. 4.5. Схема очистки газов от пыли ортофосфатов
натрия в турбулентных газопромывателях:
/—батарейные циклоны; 2—дымососы; 3—турбулентные
газопромыватели; 4—циклоны-каплеуловнтелн; 5—дымовая труба;
6—сборник орошающего раствора.
описанным выше. Во второй ступени применены
турбулентные газопромыватели с осевой форсункой. Угол
сужения конфузора — 25°, диффузора — 6°. С целью
лучшей коагуляции и более полного осаждения
мелких фракций ортофосфатов предусмотрена удлиненная
горловина — 2000 мм. Побудителем тяги является
вентилятор ВМ-18, обеспечивающий расход 70 тыс. м3/ч
при напоре 10200 Па. Данные по эксплуатационным
характеристикам системы очистки пока отсутствуют.
10J

Описаны |22] испытания опытной модели аппарата
ИТПН производительностью по газу до 10 тыс. м3/ч.
Аппарат был установлен параллельно групповому
циклону через тройник, сообщенный шиберами с
сушильной башней и атмосферой, что позволяло
варьировать запыленность газового потока на входе в
широких пределах — от 0,5 до 25,0 г/м3. Кроме того, была
Рт,г/т3 (Ч)
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4
i i i i 1
АРШ по,м (2)
7Ппп 0,01 0,03 0,05 0.07 0,09
2500
2000
1500
1000 .
0 1 2 3 4 5
шг,м/с (1)
0 0,04- 0,08 0,12 0,16 0,20
НСТ,м (3)
Рис. 4.6. Гидравлическое сопротивление
аппарата ИТПН в зависимости от
скорости газа (кривая /), исходного уровня
жидкости (кривая 2), статического слоя
шаровой насадки (кривая 3), плотности
жидкости (кривая 4).
предусмотрена возможность изменения скорости газа
wT в свободном сечении (от 1 до 5 м/с), исходного
уровня жидкости (от 0 до 0,09 м) относительно
опорной решетки, уровня шаровой насадки в статическом
состоянии #ст (Д° 0,2 м), плотности раствора орто-
фосфатов рж (от 1,0 до 1,4 г/см3).
Результаты испытаний аппарата приведены на
рис. 4.6—4.8. Из рис. 4.6 видно, что гидравлическое
сопротивление АР аппарата возрастает с увеличением
wT, Нет, h0 и рж, достигая при максимальных значе-
102
ннях этих параметров 2800 Па. На эффективности
пылеулавливания сказывается, в основном, изменение
скорости газового потока. Максимальное пылеулавли-
У],%
h0,M
0,01 0fi3 0,05 0,07 0,09
Ч 5
грг,м/с
1,0 1,1
1,2 1,3 1,4
рт,г/см3
Рис. 4.7. Зависимость степени
пылеулавливания в аппарате ИТПН от скорости
газа (кривая /), исходного уровня
жидкости (кривая 2), плотности жидкости
(кривая 3).
вание (99,9%) достигается при 3 м/с. Дальнейшее
некоторое снижение связано с увеличением брызго-
уноса. Применение достаточно эффективного капле-
уловителя (например, ци-
36
34
32\
10 15
клона с разрывом
пленки) позволяет работать
при скоростях 4—5 м/с.
Достаточное значение
исходного уровня
жидкости— 0,05 м. Дальнейшее
увеличение h0 вызывает
рост гидравлического
сопротивления и брызго-
уноса, не сказываясь
существенно на
эффективности пылеулавливания.
Важным фактом является
то, что изменение
плотности раствора мало влияет
на эффективность пылеулавливания. Так, увеличение
плотности от 1,0 до 1,4 г/см3 (пересыщенный
раствор) приводит к снижению эффективности на 0,2—
0,3%, Это дает возможность доводить плотность
20 25
Рис. 4.8. Зависимость степени
пылеулавливания в аппарате
ИТПН от запыленности газа
на входе.
103

раствора внутри аппарата до регламентных норм и
выводить его прямо в технологическую линию (на
распылительную сушилку) с одновременной
автоматической подпиткой свежей водой.
По результатам проведенных испытаний
разработаны рабочие чертежи аппарата ИТПН
производительностью по газу до 120 тыс. м3/ч с учетом
интенсификации технологического процесса.
ФОРМИРОВАНИЕ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИИ
И ИХ ОЧИСТКА
Основными компонентами выбросных газов при
получении фосфорных удобрений являются пыль и
фтористые газы. В природных фосфатах содержится
0,22—3,2% (масс.) фтора [90, с. 811]. Фтористые газы,
выделяясь в основном в виде HF и SiF4, являются
высокотоксичными соединениями [96], создающими
угрозу окружающей среде и здоровью человека.
Поэтому системы абсорбции фтористых газов, как
правило, состоят из нескольких последовательных
ступеней и высоких выхлопных труб (45—180 м) для
улучшения условий рассеивания выбрасываемых газов в
атмосфере. Большие масштабы получения фосфорных
удобрений обусловливают значительные количества
выбрасываемых фтористых газов, которые могут
рассматриваться как дополнительный ресурс фтора для
получения фтористых соединений [9, 31, 66].
Наиболее распространенным способом
переработки фторсодержащих газов является получение при
водной абсорбции 8—12%-ной кремнефтористоводо-
ррдной кислоты и затем кремнефторида натрия путем
обработки H2S1F6 содой, хлоридом натрия, сульфатом
натрия. Кремнефтористоводородная кислота может
быть использована для получения HF и SiF4
дегидратацией ее 93—98,5%-ной серной кислотой или
термическим разложением. Фториды могут быть
получены и при щелочной абсорбции фтористых газов.
Кремнефторид натрия используется в качестве
инсектицида или как исходное вещество при получении
фторидов натрия, калия, аммония и цинка, кремне-
фторидов магния, алюминия, а также синтетического
104
криолита. Криолит применяют при получении
металлического алюминия путем электролиза глинозема.
Фторид натрия — антисептик; кремнефторид бария —
инсектицид; фторид кальция служит сырьем для
производства плавиковой кислоты.
Фториды широко применяют в стекольном
производстве (для получения матового и молочного
стекла), в бродильных процессах, в производстве эмалей
и т. д. Кремнегель, или иначе белакс, выделяющийся
при абсорбции газов с SiF4, может быть использован
как добавка к стекольным и цементным шихтам или
как теплоизоляционный материал. Белакс после
нейтрализации и очистки от фтора применяют в качестве
наполнителя в производстве резинового линолеума;
может быть использован вместо белой сажи при
изготовлении цветных пористых резин.
Количество и состав отходящих газов различны в
зависимости от вида полученного фосфорного
удобрения и технологической стадии производства.
Характеристика газопылевых выбросов основных
производств фосфорных удобрений приведена в табл. 4.2, из
которой видно, что концентрации фтористых газов не
одинаковы в различных производствах. Поэтому в
одних случаях фтористые газы используют с целью
утилизации фтора, в других — извлекают лишь в
природоохранных целях.
Использование образующихся при абсорбции
растворов связано с загрязненностью отходящих газов
пылью и другими примесями. Выделяют [3] три
основных группы фтористых газов, образующихся при
производстве фосфорных удобрений:
1) чистые (операционное отделение производства
простого суперфосфата) — используемые газы; 2) с
примесями пыли или брызг (производство двойного
суперфосфата, обесфторенных кормовых фосфатов и
концентрированной фосфорной кислоты)—газы,
используемые после очистки от примесей; 3)
загрязненные пылью, брызгами, парами кислот и другими
примесями (производство гранулированного
суперфосфата, двойного суперфосфата, экстракционной
фосфорной кислоты, аммофоса, сложных удобрений,
сантехническая вентиляция и т. п.) — не используемые
газы.
105

s
s
ttJ
a.
\o
о
>1
и
a
s
a.
о
«•
и
о
•е-
о
a
m
s
о
a.
с
И
S
s
и
о
s
1 = °-?
™ S CO L
*5s -
а. л J2 <u
<u с ™ и
fct U CB
о B«
I I
о
i 7
о
о о oo
<*> tj- —t- _
О О 00O 10
- со со o.
l№<
in со
o"
■4" —
o"
no
I
CO
S3
I I I
§
сою ^.ц^
- ^ о
о"
3
о m
•я о
О. о
я я «
о.
О) »Я
о о
аь о
5S-8-
С J о
-4- °
,3:с
3
■=£
о
и
о
ч
а
о.
3
о
ч
о
я
ОС
Sib g
ft С f-,
з
о.
ч
3
с
ос
Г> О «
а: о
О) (-
3
а я
ОС 00
+ +Я
XX S
tr то и gvo
S и с Г "• •
ч'-ьг
s з
CJ ш^> f-
О
О.
«о
с
о
ю
со
I
со
о
СО
оо
coco
ОО
I I
оо
«N
1
■Я =Я
S я
5 я
£§*
" М,Я
« dg-
н га
к о vo
я °>
с
3
о
ч
CJ
S
О
Я
я
о
S
а"
га
с
<D
в
о
в о,
га
■в-
о
о
■е-
с
о
с
°я^
я "
га
а
о
=я
3
я
с
<и
Я
га

free
■е-
a
о
■е-
а.
ш
о
■е-
о
о
■9- <L>
я —
к в «
те га
Я га
в Й'5
о о. о
я g я
Я Ci О, ^
м fc ° ег« 2=я
га ?, -Э- о о S °
I
3
я
о,
ш
Я
га
о
ш
ю
я
.-е-
та ш о
А. Я О
с £ <->
U ш —
=Я g«
О к О
Я
Я
га
ч
о
га
•е-
о
о
•е-
а.
о
я
>,
- о
га и
Р
га со
5 °
■&■&
D, п.
5 с
^^
R
Я
я
ш
о,
»о
о
Я3«
106
в ° я о
л. ± к а д
о s о о о
га я оа-— а
Ч Ч Ч
Э s
я я
к я
га со
га а
2 °
к к
я я
га га"
со.
3 «
н о
га t^
в- о
о £
«■£
£ч
я я
О. о
g g Я
0«5!
Аппаратурное оформление систем
газопылеулавливания производства фосфорных удобрений зависит
от состава и количества выделившихся газов и от
возможности их утилизации. В связи с выделением при
абсорбции фтористых газов кремния, фторидов и
других твердых примесей применяют такие аппараты, в
которых не происходит отложения осадков. Выбор
типа аппарата затруднен также ввиду необходимости
тщательной коррозионной защиты оборудования и
наличия больших объемов газовых потоков.
До 40-х годов абсорберы изготовляли
преимущественно из кислотоупорного кирпича и футеровали
диабазовыми плитками. В настоящее время
изготовляют стальные абсорберы, гуммированные или
футерованные кислотоупорными плитками по слою поли-
изобутилена или асбестового картона на
кислотоупорном цементе.
Рассмотрим наиболее характерные системы
газопылеулавливания, применяемые на основных стадиях
производства фосфорных удобрений.
Производство экстракционной фосфорной кислоты.
Процесс получения фосфорной кислоты
сернокислотной экстракцией схематично может быть представлен
следующим уравнением:
Ca6(P04)3F + 5H?S04 + nH20 —>
—>• ЗН3Р04 + 5CaS04 • пН20 + HF
В зависимости от количества молекул воды,
участвующей в реакции, различают дигидратный (п=2),
полугидратный (п = 0,5) и ангидритный (п = 0)
способы. Фосфаты кальция — апатит или фосфорит —
содержат обычно соединения натрия, калия, алюминия
и диоксид кремния. Si02 реагирует с фтористым газом
с образованием газообразного SiF4
Si02 + 4HF —> SiF4 + 2H20
Частично Si02 реагирует с HF с образованием
кремнефтористоводородной кислоты:
6HF + SiOa —>■ H2SiF6 + 2H20
При экстракции в раствор переходит 75—85%
фтора от общего его содержания в сырье. Общий
баланс фтора (на 1 т апатита) при получении
107

повысить эффективность тарельчатых колонн (см.
гл. 5).
Авторами проведено исследование процесса
абсорбции смеси SiF4 с HF водой, 9% водным
раствором H2SiF6 и 1,5% раствором Са(ОН)2 в аппаратах с
орошаемой взвешенной шаровой насадкой.
Испытанные аппараты имели диаметр 80 и 200 мм, опорно-
распределительную решетку со свободным сечением
44%, насадку из шаров диаметром 11 мм, плотностью
856 кг/м3 и статической высотой 100 мм. Опыты
проведены в диапазоне изменения скорости газа от 1 до
5 м/с при плотности орошения 6,4 м3/(м2-ч).
Поверхностный коэффициент абсорбции резко возрастает с
повышением скорости газового потока: в интервале
скоростей газа от 1 до 5 м/с он увеличивается в 3—
6 раз [68, с. 127].
В рассмотренных способах абсорбции газов,
образующихся в процессе выпарки экстракционной
фосфорной кислоты, содержащих эквимолекулярную
смесь 2HF + SiF4> избыточной кремниевой кислоты не
образуется. При поглощении этих газов в
барометрическом конденсаторе при 295—340 К и давлении
350—2600 Па можно получить 15—25%-ную кислоту.
Разработан способ [30] обесфторивания
экстракционной фосфорной кислоты, содержащей до 1,6—2%
фтористых соединений (в пересчете на фтор); до упарки.
Для этого в отфильтрованную от гипса кислоту
добавляют расчетное количество раствора содосульфат-
ной смеси. Образующийся при этом кремнефторид
натрия выпадает в осадок, который отстаивается и
сгущается. Осадок легко фильтруется и фугуется.
Полученный после промывки и сушки кремнефторид
натрия вследствие особенности структуры может
применяться в производстве стекла и цемента. Степень
обесфторивания фосфорной кислоты по этому способу
достигает 75—80%.
Достоинством рассмотренного способа
обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты является
простота аппаратуры и технологической схемы.
Низкая концентрация фтора в газах, отходящих от
концентратора, устраняет необходимость циркуляции
кислой жидкости в системе абсорбции, уменьшает
коррозионное разрушение футеровки газоходов и
110
аппаратуры, улучшает гигиенические условия
работы.
Производство простого суперфосфата. В процессе
получения простого суперфосфата фтористые газы
выделяются в операционном отделении при разложении
апатита серной кислотой:
2Ca5(P04)3F + 7H2S04 + 6.5H20 —*
—>- ЗСа(Н2Р04)2 • Н20 + 7CaS04 • 0,5Н2О + 2HF
Основной примесью апатитового концентрата
является нефелин, который тоже разлагается серной
кислотой:
2NaAlSi04 + 4H2S04 —>■
—>- Na2S04 + Al2(S04)3-l-2H2Si03 + 2H20
Выделившаяся кремневая кислота и фтористый
водород взаимодействуют по реакции:
4HF + H2Si03 —> SiF4 + 3H20
При образовании суперфосфата до 30% фтора,
содержащегося в исходном сырье, переходит в газовую
фазу в виде SiF4. Количество выделяющегося фтора
зависит от нормы серной кислоты, ее концентрации "и
температуры в смесителе и камере. Достаточное
разрежение (не менее 100 Па) в смесителе и камере
способствует более полному выделению фтора. Ниже
приведен баланс фтора (на 1 т сырья) в производстве
простого суперфосфата:
Количество фтора
кг %
Приход с апатитовым концентра- 30,0 100
том
Расход:
с суперфосфатом 18,1 60,4
с газами 11,9 39,6
Приход с флотоконцентратом 27,5 100
Каратау
Расход:
с суперфосфатом 16,3 59,4
с газами 11,2 40,6
Концентрация фтора в отходящих газах
составляет 15—30 г/м3 [3]. Значительное колебание состава
связано с подсосами воздуха из помещения. На
суперфосфатных заводах на каждую тонну суперфосфата
отсасывается 250—300 м3 фтористых газов. Кроме
111

фтора, в газе содержатся незначительное количество
паров воды и серной кислоты. При охлаждении в
газоходах возможна конденсация водяных паров, в
результате чего происходит гидролиз SiF4:
3SiF4 + 2H20 —> 2H2SiF6 + Si02
Образовавшийся при этом кремнегель оседает на
стенках газохода в виде шлама, что приводит к
необходимости частой чистки. Для предотвращения этого
нежелательного процесса нужно, чтобы температура
поступающего в абсорбционную камеру газа была не
менее 338 К-
В производстве суперфосфата в качестве
абсорбента применяют воду, которая взаимодействует с
SiF4 и образует 8—12%-ную кремнефтористоводород-
ную кислоту и кремнегель. При этом наблюдается
образование стойкого тумана, содержащего фтористые
соединения. Средний диаметр частиц тумана
составляет 0,4—0,75 мкм [46], что затрудняет их
улавливание.
Для поглощения фтористых газов используют
также аммиачные растворы. При этом получают кремне-
фторид или фторид аммония, которые
перерабатываются в дальнейшем на различные фтористые соли
[9, 31]. Имеются сведения о применении для более
полного улавливания фтористых соединений из
отходящих газов щелочей, адсорбентов, ионообменных смол
[29], органических растворителей, вымораживания или
конденсации.
Схема абсорбционного отделения суперфосфатного
производства приведена на рис. 4.9. Выделяющ««гя~в
смесителе и суперфосфатной камере фтористые газы
протягиваются вентилятором 8 через абсорбционную
систему, состоящую из сдвоенного механического
абсорбера 4, промывной башни 5 и брызгоуловителя 7.
Очищенные от фтористых соединений газы
выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу 9.
Орошение абсорбера и промывной башни осуществляется
по принципу противотока. Промывная башня
орошается водой. Вытекающая из промывной башни
слабая (2—3%-ная) кремнефтористоводородная кислота
центробежным насосом 6 подается в механический
абсорбер. По мере продвижения кислоты навстречу
rail?

зовому потоку происходит ее концентрирование.
Подача слабой кислоты в абсорбционную систему
регулируется так, чтобы вытекающая из нее крепкая
кремнефтористоводородная кислота содержала 8—
12% H3SiF6. Эта кислота через карман 3
центробежным насосом 2 подается в сборник, откуда
откачивается на дальнейшую переработку (в основном, для
получения кремнефторида натрия). В связи с тем, что
выделяющаяся при абсорбции гелеобразная
кремниевая кислота оседает на внутренних устройствах в виде
шлама, применяют такие абсорбционные аппараты, в
которых условия отложения осадков сведены к
минимуму. Наибольшее распространение среди первых
конструкций получили механические абсорберы с
разбрызгивающими валками лопастного типа [10, 142].
Сдвоенный механический абсорбер состоит из двух
состыкованных камер. Камеры могут быть соединены
через газоходы.
На некоторых суперфосфатных заводах система
абсорбции состоит из трех последовательно
соединенных двухвалковых абсорбционных камер. Для
повышения эффективности абсорбционной системы
газоходы и камеры дополнительно орошаются с помощью
форсунки. Абсорбционная камера имеет длину 6,7 м,
диаметр 2,8 м и оборудована двумя валками,
разбрызгивающими жидкость внутри камеры. Валки
устанавливают поперек камеры так, чтобы лопасти были
погружены в жидкость на глубину 30—50 мм. Частота
вращения валков — 350—450 об/мин, материал из
которого они изготовлены — сталь ЭИ-629, текстолит,
фаолит или дерево, а иногда углеродистая сталь с
обмазкой из армированного бетона.
Для просасывания газов через абсорбционную
систему устанавливают вентилятор ВД-12
производительностью 30—50 тыс. м3/ч и давлением 2200 Па.
Вентилятор имеет чугунный ротор и внутри покрыт
диабазовой обмазкой или асбовинилом.
Обследование применяемых на суперфосфатных
заводах систем абсорбции показало, что, они имеют
ряд существенных недостатков: 1) низкая степень
абсорбции, вследствие чего отходящие газы содержат
0,1—0,7 г/м3 фтора; 2) необходимость периодической
остановки (1—2 раза в неделю) для очистки от осев-
114
шего на дно камеры геля; 3) громоздкость
оборудования; 4) наличие вращающихся механизмов и
приводов, потребляющих значительное количество энергии
и часто выходящих из строя; 5) сложность
эксплуатации, связанная с обслуживанием привода
разбрызгивающего валка и чисткой камеры от шлама.
Последняя усложняется- и тем, что площадь чистки в
этих абсорберах вследствие их громоздкости
значительна.
Для повышения эффективности извлечения SiF4 из
отходящих газов производства суперфосфата
применяют мокрые циклоны различного типа и полые
скрубберы. Применения же абсорберов с насадкой [100,
с. 584] избегают из-за возможности засорения ее
кремниевой кислотой, хотя имеются сведения об
эксплуатации колонн с хордовой насадкой для водной
абсорбции фтористых газов суперфосфатного производства.
В последние годы благодаря простоте устройства,
высокой интенсивности и эффективности работы
получили применение аппараты с орошаемой
взвешенной шаровой насадкой (рис. 4.10), являющиеся
разновидностью аппаратов с пенным режимом (см. гл.5).
Особенно подчеркивается возможность успешного
использования этих аппаратов для мокрого
обеспыливания или процессов, сопровождающихся
образованием взвесей и осадков, когда аппараты иных типов
оказываются практически непригодными (см.,
например, [37, 113, 137]). Фирма Daniels Ltd США сообщает
[141] о применении аппаратов со взвешенной шаровой
насадкой для абсорбции фторидов из газа,
содержащего смолистые вещества. Эффективность очистки в
таких аппаратах составляет 80%. Однако эти
исследования относятся к абсорбции фтористого водорода.
Вопросы санитарного улавливания тетрафторида
кремния и его смеси с фтористым водородом изучены
мало.
Наши исследования абсорбции SiF4 водой и 9%-
ной кремнефтористоводородной кислотой показали,
что оптимальные условия достигаются при скорости
газа 3,0—4,5 м/с. В зависимости от режимных и
конструктивных параметров степень извлечения SiF4
водой и водным раствором H2SiF6 на одной секции
составляет 88—92% при гидравлическом сопротивлении
115

gOO—1000 Па, а при орошении известковым
молоком— 70—93% при перепаде давления 800—1500 Па.
При этом не наблюдалось осаждения кремнегеля и
фторидов на внутренних устройствах аппарата. Дело
в том, что большое свободное сечение опорнораспре-
делительной решетки (30—60%) и интенсивное
турбулентное движение насадки позволяют работать при
высоких скоростях, создают благоприятные условия
для интенсификации процессов и делают аппарат
практически незабиваемым и незагрязняемым.
Объемный коэффициент абсорбции фтористых
соединений, достигаемый в аппаратах с орошаемой
взвешенной насадкой, почти на порядок больше, чем
в механических абсорберах, при сравнительно низком
расходе энергии. В механических абсорберах энергия
затрачивается на протягивание газа через камеру,
разбрызгивание жидкости вращающимися валками и
форсунками, а в сравниваемых аппаратах — в
основном только на транспортировку газового потока через
них.
Для орошения в абсорберах с орошаемой
взвешенной шаровой насадкой применяют струйные оросители
низкого давления с большим выходным отверстием,
потребляющие незначительное количество энергии и
мало подверженные забиванию твердыми примесями.
Кроме того, установка одного такого двухсекционного
аппарата со встроенным брызгоуловителем
диаметром 1,6 м и общей высотой 7 м позволит заменить
систему абсорбции, состоящую из двух
механических абсорберов диаметром 2 м и высотой 5,5 м,
брызгоуловителя, а иногда и из орошаемого
газохода, являющегося дополнительным абсорбционным
объемом.
Формирование больших объемов газопылевых
выбросов происходит при получении гранулированного
суперфосфата на стадиях сушки (до 17% фтора от
его содержания в суперфосфате, до 8—10 г/м3
суперфосфатной пыли и влаги), грохочения, охлаждения и
транспортировки продукта. В связи с низким
содержанием фтористых соединений в отходящих газах
очистку их производят только с целью защиты
атмосферы. Газы проходят сухую очистку в циклонах
Для удаления основной (грубодисперсной) части пыли,
117

а затем мокрую Очистку Для извлечения фтористых
газов и оставшейся части пыли (рис. 4.11).
Отсасываемый от сушильного барабана
запыленный воздух отделяется от пыли в батарее циклонов.
Для предотвращения конденсации паров влаги в
циклонах и газоходах предусмотрен паровой обогрев.
Рис. 4.11. Схема очистки газов после сушильного
барабана:
/—сушильный барабан: 2—циклон: 3—групповой циклон;
4—вентилятор; 5—орошаемый газоход; 6—промывная башня;
7—оросительный скруббер первой ступени; 8—оросительный
скруббер второй ступени; 9—брызгоуловитель; 10—дымовая
труба.
Очищенные от грубодисперсной пыли газы
направляются в промывную башню, в которую также могут
подаваться газы от грохотов и элеваторов ретура.'
Уловленная в циклонах пыль через ячейковые пита-и
тели выгружается на конвейер и идет на переработку.'
В последнее время находят широкое распространение
высокоэффективные циклоны с обратным конусом
внутренним диаметром 100—700 мм и
производительностью 150—7000 м3/ч.
П8
После промывной башни газы поступают на
двухступенчатую систему абсорбции. Оросительный
скруббер первой ступени представляет полую колонну
диаметром 3,6 м и высотой 10 м и предназначен для
улавливания пыли и фтора водой. Для обеспечения
лучшего слива шлама днище колонны иногда делают
наклонным к выходу жидкости. Оросительный
скруббер второй ступени диаметром 2,8 м орошается 1%-ной
суспензией известкового молока. В некоторых
случаях после абсорбера устанавливают
брызгоуловитель.
Центробежный скруббер, предназначенный для
мокрой очистки отходящего от аэрохолодильников
газа, диаметром 1,2 м и высотой 5 м также
орошается 1 %-ным известковым молоком.
Скрубберы изготовляют из стали и футеруют
кислотоупорным кирпичом по полиизобутилену. Нижняя
часть скруббера футеруется двумя слоями диабазовой
плитки, форсунка и крыша — гуммируются.
Скрубберы могут быть полностью гуммированы.
С целью повышения эффективности очистки газов
проведены исследования акустической коагуляции
соединений фтора, образующихся в производстве
простого и гранулированного суперфосфата [19, 20]. При
этом были использованы генераторы типа ГС-2, ГС-5,
ГС-5А. Обследование цеха грануляции показало, что
в обычной абсорбционной установке улавливается из
газа не более 1/3 части соединений фтора.
Лабораторные опыты и заводские испытания показали, что
при озвучивании в течение 3 с и частоте 16,5 кГц
осаждается 87% фтора, содержащегося в отходящих
газах производства гранулированного суперфосфата.
При начальной концентрации фтора 0,18 г/м3 его
содержание после акустической коагуляции снижается
до 0,025 г/м3. Степень очистки возрастает с
увеличением влагосодержания газа, начальной концентрации
и интенсивности звука [20].
Производство двойного суперфосфата. В
производстве двойного суперфосфата газопылевые выбросы
формируются в смесителе и камере доразложения
(камерный способ), на стадиях сушки и охлаждения
[66, с. 135].
119

Фтористые соединения выделяются в газовую фазу
при разложении природного фосфата фосфорной
кислотой:
Ca5(P04)3F + 7Н3Р04 + 5Н20 —> 5Са(Н2Р04)2 • НаО + HF
Кислоторастворимые силикаты (нефелин,
глауконит, каолин, силикаты магния), вступая в реакции с
фосфорной кислотой, выделяют кремниевую кислоту.
Последняя реагирует с фтористым водородом,
образуя тетрафторид кремния:
Si02 + 4HF —v SiF4 + 2H20
Часть SiF4 удаляется в газообразном виде, другая же
превращается в кремнефтористоводородную кислоту:
SiF4 + 2HF —> H2SiF6
Количество SiF4, выделяющегося в газовую фазу,
зависит от температуры и концентрации фосфорной
кислоты: с их увеличением возрастает парциальное
давление пара SiF4 над раствором H2SiF6 в фосфорной
кислоте и степень выделения фтора в газообразной
форме растет. Содержание (0,1—0,6 т/и3) фтора в
газах, отходящих из операционного отделения,
недостаточно для его утилизации.
Система абсорбции газов, выделяющихся в
смесителе и камере доразложения, состоит из двух полых
башен и каплеотбойника. Башни снабжены
форсунками для равномерного орошения водой объема
аппарата. Применяют также полые горизонтальные
камеры с деревянными перегородками,
предназначенными для турбулизации газового потока. Выходящие
из сушильного барабана топочные газы содержат
значительное количество пыли и фтористые
соединения [113]. Система очистки таких газов состоит из
нескольких ступеней.
Для использования фтористых газов необходима
их тонкая сухая очистка от пыли, чтобы концентрация
пыли перед абсорберами не превышала 0,05 г/м3 [3].
С этой целью применяют эффективные сухие
пылеуловители: мультициклоны, рукавные фильтры и
электрофильтры, так как обычные циклоны и
инерционные осадительные камеры не обеспечивают
достаточной степени очистки. Очищенные от пыли газь!
120
абсорбируются в двух или трех последовательно
установленных скрубберах. Находят применение полые
скрубберы, скрубберы Дойля, насадочные абсорберы,
аппараты распыливающего типа. Степень извлечения
фтора в таких аппаратах довольно высока (97—99%),
содержание фтора на выходе составляет 0,03 г/м3
(табл. 4.3). В качестве абсорбентов применяют воду
или щелочные растворы.
Таблица 4.3
Результаты обследования системы абсорбции газов
после сушильного барабана
Аппарат
Скруббер ВТИ
Полый
скруббер
Скруббер
с хордовой
насадкой

Количество
газа,

поступающего
иа
очистку,
м'/ч
12 500
12 500
12 500

Гидравлическое

сопротивление,
Па
750
250
550
Концентрация
фтора, г/м3
на входе
6,3
1,64
1,14
иа выходе
1,64
1,14
0,031
Степень

абсорбции,
%
74
31
97
Двойной гранулированный суперфосфат
охлаждается в аппаратах с кипящим слоем (аппарат КС) или
в аэрохолодильниках. При этом происходит обильное
выделение пыли в охлаждающий агент — воздух.
Система очистки этих газов (рис. 4.12) включает группу
циклонов, рукавный фильтр и скруббер с орошаемой
взвешенной насадкой. По конструкции этот скруббер
состоит из двух рабочих секций и одной верхней
секции для улавливания брызг. Степень очистки газов
от пыли и фтора, достигаемая в этих аппаратах,
довольно высокая (табл. 4.4).
Производство сложных удобрений и обесфторен-
ных фосфатов- Сложные удобрения содержат не
менее двух питательных элементов, входящих в состав
одного химического соединения (фосфаты аммония,
нитрофосфаты, нитроаммофоска и др.). Типичным
представителем сложных удобрений является аммофос,
121

получаемый при нейтрализации фосфорной
кислоты аммиаком и образовании смеси моноаммоний-
Рис. 4.12. Схема очистки газов после аппарата кипящего слоя:
1—аппарат кипящего слоя; 2—групповой циклон; 3—циклон;
4—рукавный фильтр; 5—вентиляторы; 5—абсорбер фтористых газов.
фосфата (NH4H2PO4) и диаммоний фосфата
f(NH4hHP04] [44]. С целью улучшения физико-ме-
Таблица 4.4
Результаты обследования системы очистки газов
после аппарата кипящего слоя
Аппарат
Группа из
двух
циклонов
Рукавный
фильтр
Скруббер
без
насадки
Количество газа,
поступающего
на очистку,
тыс. м3/ч
12,5
12,5
14,0
Гидравлическое
сопротивление,
Па
1200
580
2400
Концентрация
пыли, г/ма
на входе
64,2
0,46
на выходе
0,46
0,09
Степень очистки
от пыли, %
99,3
78
Концентрация
фтора, г/м'
на входе
0,05
на выходе
0,004
гР
Степень
абсорбции
92
ханических свойств, уменьшения гигроскопичности и
слеживаемости сложные удобрения производят
обыкновенно в гранулированном виде,
122
Обесфторенные фосфаты, содержащие фтор в
количествах менее 0,2%, применяют в качестве
минеральной подкормки, а также как удобрение. Фосфаты
наиболее быстро и полно обесфториваются при
воздействии высокой температуры (1670—1720 К) и во
дяных паров. Процесс гидротермического разложения
фосфатов протекает по схеме:
Ca10(PO4)6F2 + 2H20 -т-> Са10(РО4)6(ОНЫ-2HF
Образовавшееся соединение — гидроксилапатит
является неустойчивым и при температуре выше
1670 К разлагается с образованием три- и тетракаль-
цийфосфата:
Са10(РО4)б(ОН)2 —> 2Са3(Р04)2 + Са4Р2Ов + Н20
В присутствии кремнезема (от 2 до 50%)
разложение гидроксилапатита происходит по реакции:
Са10(РО4)6(ОН)2 + 0,5SiO2 —>
—> ЗСа3(Р04)2 + 0,5Са2 • Si04 + Н20
В суммарном виде процесс может быть
представлен уравнением:
Caio(P04)6F2 + Н20 + 0,5SiO2 —>
—*- ЗСа3(Р04)2 + 0,5Са2 • Si04 + 2HF
Таким образом обесфториваются фосфаты и
силикаты кальция, а иногда и силикаты других металлов
в зависимости от состава природного фосфата.
Газы, выделяющиеся при гидротермическом
разложении фосфатов, содержат фтористые соединения с
преобладанием HF и пыль, а отходящие из
сушильного барабана топочные газы —только пыль.
Топочные газы очищаются в циклонах и выбрасываются
в атмосферу.
Газы, выделяющиеся при обесфторивании
фосфатов, направляются в пылеуловитель для осаждения
грубодисперсной пыли, откуда поступают на очистку
в электрофильтр. Чаще всего для этих целей
применяют двухсекционные трехпольные электрофильтры.
В виде пыли теряется до 5% удобрений. Дисперсный
состав пыли сложных удобрений иллюстрируется
следующими данными [138]:
Размер частиц, мкм 20-10 10—5 5-3 Менее 3 . rf5o
Содержание, % (масс.) 9 42 26 22 5,2
123

Очищенные от пыли газы направляются в
абсорбционное отделение для извлечения фтора. Обычно
система абсорбции состоит из одного или двух абсорбе*
ров, орошаемых содовым или аммиачнокарбонатным
раствором, санитарного скруббера и брызгоуловителя.
В качестве первой ступени применяют
механические абсорберы, полые скрубберы с распыливающими
жидкость форсунками, аппараты распыливающего
типа [121] и скрубберы Вентури [101].
Аппараты распыливающего типа (APT) особенно
эффективны при обработке газов и жидкостей,
содержащих твердые примеси. Абсорбер APT представляет
собой полый вертикальный цилиндр с одним или
несколькими распыливающими конусами, имеющими
широкое отверстие в центре. Газ, поступающий в аппарат
сверху, проходит через отверстие конуса со скоростью
20—25 м/с и распыливает стекающую пленку
жидкости. При этом создаются благоприятные условия для
тесного контакта газовой фазы с жидкостью. Степень
абсорбции фтористых газов водой и 5% содовым
раствором в двухконусном абсорбере APT составляла
93—97% при гидравлическом сопротивлении 1420—
1500 Па. Работа аппарата характеризуется большой
устойчивостью показателей процесса абсорбции.
Испытание бесфорсуночного аппарата Вентури с
диаметром горловины 270 мм в качестве абсорбера
фтористых газов, выделяющихся при получении обес-
фторенных кормовых фосфатов, показало, что степень
абсорбции в одной ступени достигает 90% в среднем
при гидравлическом сопротивлении 1000—1300 Па
[121]. В результате исследований [39] хемосорбции
HF водным раствором соды в колонне диаметром
180 мм установлено, что оптимальные условия
проведения процесса достигаются при скорости газа 4 м/с
и статической высоте насадки 100—120 мм. Чем
больше свободное сечение решетки, тем ниже
эффективность аппарата.
Исследование авторами процесса абсорбции HF
в интервале концентрации 0,08—0,5 г/м3 водой и
2—10% раствором H2SiF6 в колонне с орошаемой
взвешенной насадкой диаметром 200 мм показало их
высокую эффективность по сравнению с другими
конструкциями массообменных устройств (табл. 4.5)s
124
Оптимальные условия проведения исследуемого
процесса достигались в режиме развитого взвешивания
(линейная скорость 3—6 м/с) при статической высоте
насадки 75—150 мм и плотности шаров 500—600 кг/м3.
Чем больше свободное сечение опорнораспредели-
тельной решетки, тем меньше гидравлическое
сопротивление и эффективность процесса. Поэтому выбор
того или иного значения свободного сечения решетки
зависит от характера требований к процессу, а
именно: от требуемой эффективности, возможностей газо-
транспортирующих устройств, наличия твердых
примесей, способствующих забиванию решетки аппарата,
и т. д. Для процессов абсорбции, сопровождающихся
образованием твердых отложений, следует принимать
свободное сечение решетки не менее 40—50%- С
уменьшением диаметра шаров увеличивается интенсивность
их движения, что приводит к повышению турбулиза-
ции потоков, т. е. к росту эффективности процесса.
Однако при этом надо учитывать, что чем меньше
диаметр шаров, тем больше трудоемкость
изготовления и стоимость единицы объема насадки.
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
АБСОРБЕРОВ ФТОРИСТЫХ ГАЗОВ
В табл. 4.5 приведены сравнительные
характеристики процессов абсорбции фтористых соединений в
массообменных аппаратах различных конструкций.
Механические абсорберы наиболее широко
распространенные для очистки газов производств фосфорных
удобрений, громоздки, эксплуатация их сложна,
эффективность низка и часто наблюдается забивание
кремнегелем, требующее остановки аппаратов для
чистки еженедельно на 6—8 ч. Полые абсорберы с
разбрызгивающими жидкость форсунками не
обеспечивают достаточной степени очистки, кроме того,
после них надо устанавливать сепараторы для
улавливания уносимых из форсунок брызг. Форсунки
часто забиваются твердыми примесями и
изнашиваются частицами кремнегеля, обладающими
абразивными свойствами.
Абсорберы с хордовой и плоскопараллельной
насадками имеют низкое гидравлическое сопротивление
при высоких значениях скорости абсорбции. Однако
125

Таблица 4.В
Сравнительные характеристики абсорбционных колонн ра;
Тип абсорбера
Механический абсорбер
(частота вращения валков
420—450 об/мин)
Абсорбер с
плоскопараллельной насадкой
Скруббер Вентури
Абсорбер с провальными
тарелками (три тарелки)
Абсорбер с орошаемой
взвешенной шаровой
насадкой
Абсорбер с хордовой
насадкой
Насадочный абсорбер
(кольца 25 X 25 мм)
Абсорбер с хордовой
насадкой
Абсорбер с
плоскопараллельной насадкой
из перхлорвиниловой
ткани
из текстолитовых
пластин
Абсорбер с колпачковыми
тарелками (две тарелки)
Скруббер Вентури (диаметр
горловины 90 и 120 мм)
Абсорбер с орошаемой
взвешенной шаровой
насадкой
Абсорбер APT (двухконус-
ный)
Скруббер Вентури
бесфорсуночный (диаметр
горловины 270 мм)
Абсорбер с орошаемой
взвешенной шаровой
насадкой
I
Система
SiF4 - Н20
SiF4-H20
SiF4 — 15% H2SiF6
SiF4 — H20
SiF4 - H20
SiF4-9% H2SiFe
S1F4—1,5% Ca(OH)2
SiF4 - H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SiF4-H20
2HF+SlF4-9% H2SiFe
2HF+SiF4-l,5% Ca(OH)2
HF-H20
HF-5% Na2C03
HF-H20
HF-9% H2SiF6
HF - 1,5% Ca(OH)2
Скорость
газа,
м/с
1-1,6
[0,8-1,4
3,0-5,0
[3,0-4,0
3,0-5,0
1,3-1,95|
1,5
0,6-1,6
1,3
1,5-2,0
2,0
50-90 *
3,0-5,0
3,0-4,0
3,0-5,0
[5,2-6,2
20-22 «;
3,0-5,0
l3,0—4,0
3,0-5,0
: Скорость газа, отнесенная к сечению горловины.
126
личных конструкций
Плотность
орошения,
м3/(мг-ч)

Гидравлическое

сопротивление.
Па
Глубина
| погружения
валков
30 мм
6,2—56
0,135—0,52
6,4
6,4
6,4
6,7—18,5
3.6
6,7-15,3
3,5-5,8
13,4-18,6
0,8-1,5 л/м3|
6,4
6,4
6,4
56-83
6,4
6.4
6,4
Объемный
коэффициент
абсорбции.
Степень
абсорбции,
%
600—750
15-25
800—1200
800—1200
900—1500
200—300
1580—1660
200—300
10—20
15-25
1500
800-1200
800-1200
900—1500
1170—1460
1000—1300
800—1200
800-1200
900-1500
2—3,4
6
18—27
30-50
25-35
20-38
5-8
2,7-6,4
1,4-2,5
1,5-4,5
20-30
6—12
40—70
40-55
30-55
30-35
60-80
90—98
94-99
90-92
88—90
70—90
77—88
92-95
80—92
40-60
40-90
97
95
92-96
90-94
75-92
93-97
84-96
94-98
92—95
80-93
127

возможность отложения кремнегеля и других твердых
примесей на элементах насадки, особенно при
периодической работе, ограничивает использование их, как
и других типов насадочных колонн, для очистки газов
фосфорных удобрений. По таким же причинам не
находят распространения тарельчатые аппараты.
Вследствие высокого гидравлического
сопротивления применение скрубберов Вентури оправдано для
улавливания только высокодисперсных аэрозолей.
Успешное внедрение в промышленность абсорберов
APT связано с решением проблемы устранения за-^
стойных зон и организации равномерного
распределения газовых и жидкостных потоков по секциям, а
также с возможностью уменьшения гидравлического
сопротивления.
Аппараты с орошаемой взвешенной шаровой
насадкой по нагрузкам, а также по интенсивности
массопередачи в несколько раз превосходят аппараты
других конструкций при относительно низкой затрате
энергии. Кроме того, различными испытаниями
установлены их незабиваемость и незагрязняемость
твердыми примесями. Еще одно преимущество этих
аппаратов— возможность устойчивой работы при
значительных колебаниях нагрузки по газу — от 1 до 6 м/с.
Глава 5
СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ
ГАЗООЧИСТНЫХ АППАРАТОВ
ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
Процесс интенсификации можно рассматривать
[52] как решение оптимизационной задачи, принимая
в качестве параметра оптимизации интенсивность.
Под интенсивностью i любого технологического
аппарата понимают отношение одной из его целевых
количественных характеристик (например, массы
уловленного в единицу времени вещества) к основному
геометрическому размеру рассматриваемого объекта
(например, объему). Если использовать основное
кинетическое уравнение гетерогенного процесса массо-
переноса в системе газ — жидкость [75], то для
тарельчатых газоочистных аппаратов
м f-i ,К1Ч
'=Т v {5Л)
где М — масса вещества, уловленного в единицу
времени; Км — коэффициент скорости массопередачи,
отнесенный к единице поверхности тарелок с общей
площадью F; АС — движущая сила процесса
(разность концентраций); V — объем тарельчатого
аппарата:
V = n (Vpt + Vct) = nF (Ap + Ас) (5.2)
Ур!, VCi — соответственно объемы рабочей (например,
пенного слоя) и сепарационной зон секции аппарата;
hp и hc — высота этих зон; п — число секций (тарелок)
в аппарате.
Тогда, для противоточного аппарата, считая
коэффициент массопередачи Ки независящим от
5 З.Ш. 1277
129

концентрации и используя понятие средней
эффективности ступени контакта ц, получим:
Кыт\ £ AC,
|в M*p + *c> (5'3)
Из формулы (5.3) видно, что на / оказывает
влияние параметр Км, характеризующий кинетику массо-
обменного процесса, параметры ДС и «т («т —
теоретическое число ступеней контакта), тесно связанные
со статическими характеристиками процесса, в частно-;
сти, с равновесием между фазами, определяемыми
термодинамическими свойствами системы, а также ц,
Ар и Лс, зависящие в основном от конструктивных
особенностей аппарата, гидродинамического состояния и
физико-химических свойств обрабатываемой
газожидкостной системы. Основными направлениями
интенсификации газоочистных аппаратов, согласно формуле
(5.3), является увеличение эффективности контакта
фаз г], скорости и движущей силы процесса Км и ДС,
уменьшение числа необходимых теоретических
ступеней контакта ят, высот рабочей и сепарационной зон
Ар и Ас.
Для увеличения интенсивности процесса
газоочистки могут быть использованы общие известные
методы интенсификации массообменных процессов [55,
75, с. 104], которые мы подразделяем [52] на режим-
но-технологические (РТ) и аппаратурно-конструктив-
ные (АК) методы. Так, для увеличения Км и ц
основными РТ-методами являются повышение
скоростей потоков контактирующих фаз и применение
других способов турбулизации поверхности раздела,
использование которых влечет за собой конструктивные
изменения и, естественно, сочетается с привлечением
АК-методов. Известные РТ-методы увеличения ДС и
уменьшения пт также связаны с АК-методами, хотя
и в значительно меньшей степени.
Если возможности применения РТ-методов в
большей мере предопределены конкретными условиями
данного производства, изложенными в предыдущих
главах, то решение вопросов использования
АК-методов имеет более общий характер и будет рассмотрено
в настоящей главе.
130
Современная техника располагает весьма
эффективными аппаратами для сухой и так называемой
«мокрой» очистки газов от пыли и других вредных
примесей. В то же время идет непрерывная усиленная
работа по усовершенствованию существующих и
созданию новых более эффективных конструкций
газоочистителей. Общие сведения по очистке газов и
интенсификации газоочистной аппаратуры приведены в
ряде специальных монографий, из числа которых к
последнему времени относятся книги [8, 64, 123].
В связи с этим далее будут рассмотрены лишь
некоторые проблемные вопросы дальнейшей
интенсификации мокрых газоочистителей с турбулентным
(пенным) газожидкостным слоем, применение которых в
весьма специфичных условиях фосфорной
промышленности представляется перспективным.
Значительное повышение мощности предприятий и
необходимость все более эффективной защиты
воздушного бассейна от загрязнений требуют
применения газоочистной аппаратуры, обеспечивающей не
только высокую эффективность, но и большую
удельную производительность. Анализ путей
интенсификации диффузионных процессов, лежащих в основе
технологии газоочистки, приводит [ПО] к направлению,
связанному с проведением этих процессов в
интенсивных режимах развитой свободной турбулентности
при больших скоростях потоков, в данном случае —
газового. К такого рода режимам относится пенный
режим [92], осуществляемый в пенных
газоочистителях [91] — аппаратах с решетками разных типов. Эти
аппараты получили распространение в 60-е годы для
проведения процессов абсорбции и пылеулавливания
при довольно высоких, по сравнению с другим
газоочистным оборудованием того времени, линейных
скоростях газа (обычно 2—2,5 м/с). Нужно иметь в виду,
что повышение линейной скорости газа приводит не
только к увеличению производительности аппарата
(интенсивности его работы), но в ряде случаев
способствует повышению и к. п. д. аппарата.
В настоящее время возникли задачи еще большего
повышения скорости газа, уменьшения брызгоуноса и
предотвращения забивания решеток твердыми
отложениями, решаемые разработкой новых конструкций
б»
131

газоочистителей с турбулентным пенным режимом.
В этом направлении укажем на два пути решения
задачи, принципиально отличных по оформлению и
единых по сущности организации газожидкостного
слоя — его стабилизация, т. е. подавление вредных
колебаний (аппараты со стабилизаторами пенного
слоя) и его дополнительное перемешивание, т. е.
дальнейшая турбулизация (аппараты со взвешенной
насадкой) .
Введение в пенный слой дополнительных
конструктивных элементов — неподвижных (стабилизаторы) и
подвижных (различные насадочные тела — шары,
кольца и т. п.) — имеет своей целью увеличение
межфазной поверхности не столько за счет новых
поверхностей, на которых возможен контакт газа и
жидкости, сколько за счет лучшей организации структуры
самого слоя. Кроме того, появляется возможность
работы при высоких скоростях газового потока с
дополнительной турбулизацией и обновлением межфазной
поверхности при сниженных диффузионных
сопротивлениях. Повышение скорости газа при организованном
пенном слое не ведет к росту брызгоуноса, позволяет
применять опорнораспределительные решетки с
большим свободным сечением и с большими отверстиями,
что препятствует забиванию аппарата.
ПЕННЫЕ АППАРАТЫ
СО СТАБИЛИЗАТОРОМ ПЕННОГО СЛОЯ (ПАСС)
Пенный режим и пенные аппараты классического
типа описаны в книге [120]. Конструкция пенного
аппарата должна обеспечить создание достаточно
высокого взвешенного слоя подвижной пены при
возможно меньшем гидравлическом сопротивлении.
Конструктивное оформление пенных аппаратов
позволяет работать как с перекрестным током газа и
жидкости (при отводе жидкости с решетки через
переливные устройства), так и с противотоком газа и
жидкости (при протекании всей жидкости через
отверстия решеток). Основным конструктивным
элементом пенного аппарата является решетка, которая
вместе с находящейся на ней жидкостью (пеной)
называется полкой аппарата. По числу полок раз-
132
личают однополочные и многополочные пенные
аппараты, а по способу отведения жидкости с решетки —
аппараты с переливными устройствами и противо-
точные.
Пенные аппараты с переливными устройствами
(рис. 5.1) представляют собой резервуар (корпус)
прямоугольного или круглого сечения, в котором
устанавливаются одна (однополочные аппараты) или
более (многополочные аппараты) горизонтальные
решетки. Решеткой обычно служит перфорированный
Рис. 5.1. Принципиальные схемы пенного аппарата:
а—однополочного; б—многополочного;
/—корпус", 2—приемная коробка; 3—решетка; 4—диффузор
для ввода газа; 5—бункер (днище); б — порог; 7—сливная
коробка; 8 — гидравлический затвор.
лист с равномерно расположенными отверстиями
круглой, щелевой или любой другой формы. Решетка
может быть также смонтирована из отдельных
колосников, труб или прутьев со щелями между ними.
Свободное сечение решетки зависит от назначения и
режима работы аппарата, конфигурации отверстий и
составляет обычно 10—25% от площади сечения
аппарата.
Над решеткой находится слой подвижной пены, в
котором газ движется снизу вверх, а жидкость—по
горизонтали вдоль решетки. Жидкость подают на
решетку через патрубок и приемную коробку,
способствующую равномерному ее поступлению по всей
133

ширине (или дуге периметра) решетки. Газ подают в
подрешеточную часть через патрубок или диффузор.
В пенных газоочистителях, предназначенных для
пылеулавливания, подрешеточная часть должна
заканчиваться коническим или пирамидальным бункером.
Газ после взаимодействия с жидкостью выводится из
аппарата через верхний патрубок. Пройдя вдоль
решетки в виде пены, жидкость поступает через порог
и сливное отверстие в сливную коробку, где пена
разрушается и жидкость стекает в гидравлический
затвор.
Аппараты с переливами могут работать со
свободным сливом пены, когда сливное отверстие не
полностью заполнено пеной, или подпором пены в
сливном отверстии, сечение которого можно регулировать
изменением порога. При больших расходах жидкости
пена на решетке может образоваться без порога, за
счет интенсивности потока; при малых же расходах
жидкости и свободном сливе высота порога может
быть весьма большой — 200 мм и больше.
В аппарате могут происходить утечка жидкости
через отверстия решетки и унос брызг с потоком газа.
Так, если решетка неправильно рассчитана и
жидкость будет протекать через отверстия решетки, не
доходя до ее противоположного края, то часть газа
будет проходить через решетку, не взаимодействуя с
жидкостью.
Пенные аппараты с противоточным движением
газа и жидкости отличаются тем, что в них
отсутствуют переливы, вся жидкость, поступающая на
решетку, протекает через отверстия решетки, а высота
пенного слоя регулируется только
гидродинамическими факторами (скоростью газа в полном сечении
аппарата дог и плотностью орошения жидкости Lo) и
геометрическими параметрами решетки. Схема
конструкции такого аппарата ясна из рис. 5.4 (см.
стр. 141).
В практике газоочистки нашли применение два
основных вида решеток: дырчатые и щелевые.
Последние в свою очередь подразделяются на
решетчатые, трубчатые и колосниковые. Щели образуются
путем штампования и фрезерования параллельных
прорезей в плоском листе или набором трубок, пла-
134
стин, прутьев, либо проката уголкового профиля.
Дырчатые решетки изготовляются штампованием или
сверлением отверстий определенного диаметра.
Отверстия должны быть равномерно размещены [120,
с. 20] по всему сечению аппарата.
Для целей газоочистки более широкое
распространение получили пенные аппараты с полным
протеканием жидкости через отверстия, в связи с простотой
конструкции и большей возможностью
предотвращения забивания и зарастания отверстий. Поэтому в
дальнейшем описании пенных аппаратов обратим
внимание именно на эти щ
аппараты.
Гидродинамические
режимы, возникающие на
противоточной решетке,
обычно рассматриваются
в виде зависимости
полного гидравлического
сопротивления решетки (с
учетом газожидкостного
слоя) АР от линейной
скорости газа (в
пересчете на полное сечение
аппарата) дог при
постоянной нагрузке по жидкости
(L0=const). Типичная
зависимость такого рода
для дырчатых решеток с небольшим свободным
сечением (<0,25 м2/м2) показана на рис. 5.2 (кривая а).
Первый режим (0—1), наблюдающийся при hh3j
ких скоростях газа, определяется как барботажный
режим, в котором газовые пузыри барботируют через
слой жидкости на полке. По мере дальнейшего роста
скорости газа жидкость на решетке образует
структурированную ячеистую пену (1—2), переходящую
затем в состояние турбулизированнои пены — возникает
пенный режим (2—3). В пределах этого режима
происходит незначительный рост гидравлического
сопротивления с увеличением скорости газа. В конце
пенного режима возрастание скорости газа приводит к
образованию газовых струй, которые, прорываясь то в
одном, то в другом месте решетки, создают колебания
J 1 1 1 I, . I I I L
0,4 0$0fi1,0 2,0 3J0 4,05fi6fi
шт,м/с
Рис. 5.2. Гидродинамические
режимы в пенном аппарате
с противоточной решеткой.
а—без стабилизатора. Режимы:
0—/ — барботажный; 1—2— ячеистой
пены; 2—3 — пенный; 3—i—волновой;
4—5—брызгоунос и захлебывание
аппарата.
б—со стабилизатором. Режимы:
о—1,1— 2, 2—3—см. а; 3—4
—брызгоунос и захлебывание аппарата.
135

слоя жидкости — начинается волновой режим (3—4).
В дальнейшем происходит накапливание жидкости
на решетке (4—5). Характерной чертой этого режима
является интенсивный унос капель жидкости,
значительный рост гидравлического сопротивления в связи
с захлебыванием аппарата.
Линейная скорость газа, при которой наступает
пенный режим, мало зависит от плотности орошения
и составляет обычно wT ^ 1 м/с. Точка
волнообразования, характеризующая начало перехода от пенного
режима к волновому, появляется на кривых для
решеток с большим свободным сечением при более
высоких скоростях газа, чем для решеток с небольшим
свободным сечением. Наоборот, с ростом L0
скорость газа, соответствующая волнообразованию,
уменьшается. Согласно [55, с. 341], границы
существования режимов могут также изменяться от
волнообразований в жидкости, зависящих от размеров
колонн. С увеличением диаметра аппаратов возникает
поперечная неравномерность [2, с. 147],
увеличивающаяся с уменьшением скорости газа и приводящая к
снижению эффективности аппарата. Наибольший
интерес для различных процессов микро- и макромассо-
передачи, например для пылеулавливания, исходя из
их специфических особенностей и экономичности
ведения процесса, представляет пенный режим,
обеспечивающий наилучшие условия для подвода молекул
абсорбтива или частиц пыли к постоянно
обновляющимся, сильно турбулизированным поверхностям
(пленкам) жидкости.
Хотя принцип улавливания пыли в решетчатом
аппарате носит турбулентно-инерционный характер [114,
с. 46], т. е. при всех прочих равных условиях степень
пылеулавливания увеличивается с ростом линейной
скорости газа, работа при волновом режиме (при еще1
больших шг) не может быть признана целесообразной,
так как в этом случае резко возрастает брызгоунос,
снижающий эффективность пылеулавливания. Кроме
того, колебания слоя жидкости на решетке при
волновом режиме принимают самые различные формы,
вплоть до оголения некоторой части отверстий, что
приводит к прорыву запыленного газа без какого-либо
контакта с орошающей жидкостью. Работа в волио-
136
вом режиме возможна лишь при больших плотностях
орошения (исключается возможность оголения
отдельных частей решетки) и при наличии эффективного
каплеуловителя. Это может быть целесообразным,
когда в пенном аппарате осуществляется подготовка
газов (предварительная очистка и охлаждение) и
вслед за ним устанавливается мокрый аппарат
тонкой очистки газов (например, скруббер Вентури,
мокрый электрофильтр или самоочищающийся
волокнистый фильтр).
У противоточных решеток с большим свободным
сечением (^0,3 м2/м2) нельзя проследить смену
гидродинамических режимов с ростом скорости газа,
как у решеток с малым свободным сечением.
Практически вплоть до точки захлебывания на них
образуется невысокий газожидкостный слой с тонкими
постоянно разрывающимися пленками жидкости.
Характерным для работы подобных решеток, особенно
при высоких линейных скоростях газа (шг>1—2м/с),
является интенсивный брызгоунос, jaK как
практически отсутствует сепарирующий слой газожидкостной
пены.
Для подсчета критической скорости газа получено
уравнение
S2d
Ig а,кр = 1350 -^2. + 0,154 (5.4)
где множитель Slds (S0 — свободное сечение
решетки, м2/м2; йэ — эквивалентный диаметр, т. е. диаметр
аппарата площадью 1 м2) учитывает геометрию
решетки (как дырчатой, так и щелевой), а коэффициент
К находят из выражения:
*-**~(4Г(£Г
Здесь L — расход жидкости в аппарате, кг/ч; G —
расход газа через аппарат, кг/ч; рг и рж — плотности
газовой и жидкой фазы, кг/м3.
С ростом L критическая скорость газа шКр
уменьшается.
Достаточно надежной для практических расчетов
высоты пенного слоя Н (мм) на прогивоточных
137

решетках является формула
Н- rfoiec (6.6)
(где т — удельный расход жидкости, л/м3; do —
диаметр отверстий в решетке, мм), полученная
применительно к пылеулавливанию, т. е. в пределах
изменения: Wr—l-r-2 м/с; т = 0,4-М,2 л/м3; d0 = 3-f-
-f- 7 мм; So = 0,14-7- 0,2 м2/м2.
Методы расчета противоточных пенных аппаратов
изложены в работах [114, 120].
Теоретический анализ и сопоставление
экспериментальных данных позволяет выделить следующие
стадии процесса пылеулавливания в пенном
аппарате: 1) инерционное улавливание частиц пыли в
подрешеточном пространстве; 2) первая стадия
улавливания частиц пыли в пенном слое (механизм
удара); 3) вторая стадия улавливания частиц пыли в
пенном слое (инерционно-турбулентное осаждение
частиц пыли на поверхности пены).
Практически достаточное приближение к
возможной эффективности улавливания пыли в пенных
аппаратах достигается уже при небольшой высоте слоя
пены (примерно 60 мм), создание которой не требует
большого удельного расхода жидкости (т) на
орошение. Так, согласно исследованиям, необходимая
высота слоя пены на различных противоточных
решетках наблюдается уже при т — 0,3 л/м3. При этом
дальнейшее увеличение удельного орошения приводит
лишь к довольно медленному росту высоты пены Н и
соответственно к незначительному повышению
эффективности. Незавышенное значение т экономит расход
жидкости и позволяет работать с большими скоро-^
стями газа. Однако в промышленных условиях
приходится работать с несколько большим значением т,
чем минимально допустимое, из-за возможности
неравномерного орошения решетки, а также в связи с
частым отсутствием строгой ее горизонтальности.
Поэтому оптимальным значением при проведении
процесса на холодных газах (когда нет необходимости
попутного его охлаждения) следует считать т —
= 0,4 + 0,6 л/м3.
138
Экспериментально доказан аналогичный характер
пенного слоя на решетках с полным протеканием
жидкости и на решетках с переливами при
тождественных гидродинамических условиях (равенство
исходного слоя жидкости ho и шг) и физико-химических
свойствах орошающей жидкости. В силу этого
эффективность пылеулавливания при использовании
решеток с полным протеканием жидкости определяется на
&т,МКМ
Рис. 5.3. Кривые фракционных степеней очистки в пенных
аппаратах:
о —гидрофильная пыль (при 0Г<%>1) и гидрофобная пыль (при pTdT >
>43,б); б—гидрофобная пыль (при pTdT <43,5j. Числа у
кривых—значения рт, г/см3.
основании дисперсного состава пыли с помощью
кривых фракционных степеней улавливания,
полученных ранее для решеток с переливами (рис. 5.3).
Поскольку эти кривые построены для определенных
условий: шг = 2 м/с и Н = 0,09 м, в случае
необходимости значения г]п (для пыли со средним размером
dt > 2 мкм) могут быть уточнены с помощью
формулы
^-^pItJ U09J (5-7)
139

где т)фР — эффективность улавливания пыли
определенной фракции, % (по данным рис. 5.3).
Кривые фракционных степеней очистки
свидетельствуют о высокой эффективности пенных аппаратов
при улавливании частиц пыли размером более 2—
3 мкм. Поэтому в пенном аппарате, не используемом
в качестве теплообменника, обычно достаточно
устанавливать одну полку и лишь при очистке газов с
большой начальной запыленностью (С„ > 15 г/м3)
целесообразно применять двухполочные аппараты.
Интенсификация пенных газоочистителей. Как уже
отмечалось выше, основной причиной, сдерживающей
интенсификацию пенных газоочистителей с противо-
точными решетками, является возникновение
невыгодного волнового режима при увеличении линейной
скорости газа более 2—2,2 м/с. Следовательно,
дальнейшая интенсификация пенных аппаратов стала
возможной только за счет предотвращения волнового
режима, что было осуществлено в аппарате новой
конструкции с противоточной решеткой и со
стабилизатором пенного слоя, разработанном [59, 61] ЛТИ
имени Ленсовета совместно с институтом «Проект-
промвентиляция». Дальнейшее развитие эти аппараты
под общим наименованием ПАСС (пенный аппарат
со стабилизатором) получили в ЛТИ имени
Ленсовета и ЛенНИИГипрохиме.
Аппарат со стабилизатором пенного слоя ШуЗС-1
(рис. 5.4, а) имеет корпус прямоугольного или
круглого сечения, в котором установлена горизонтальная
решетка противоточного типа. Непосредственно на
нее помещен стабилизатор пены, представляющий
собой сотовую решетку из вертикально расположенных
пластин, разделяющих сечение аппарата и пенный
слой на небольшие ячейки. Газ поступает в подреше-
точное пространство аппарата через входной
патрубок, проходит решетку и образует на ней слой
подвижной пены при взаимодействии с жидкостью,
подаваемой противотоком газу из орошающего устройства.
Очищенный газ, пройдя брызгоуловитель,
установленный в верхней расширенной части аппарата,
удаляется через выходной патрубок. Расширение в
верхней части предназначено для снижения брызгоуноса
и гидравлического сопротивления аппарата. Отрабо-
140
тайная жидкость (пульпа) протекает через отверстия
решетки и выводится из бункера аппарата через
сливной штуцер.
Стабилизатор пены оказывает существенное
влияние на гидродинамический режим в слое пены:
волновой режим не возникает при повышении скорости газа
вплоть до 4 м/с. В ячейках стабилизатора
кинетическая энергия газового потока, затрачиваемая ранее
на раскачивание пенного слоя, используется на
дополнительное дробление газовых пузырей о стенки
Рис. 5.4. Схемы интенсифицированного пенного
аппарата со стабилизатором пенного слоя (ПАСС):
с—с одним стабилизатором (ПАСС-1); б—с двумя
стабилизаторами (ПАСС-Н);
/—корпус; 2—рабочая противоточная решетка; 3—стабилизатор
пены; За—дополнительный стабилизатор; 4—оросительное
устройство; 5—брызгоуловитель.
стабилизатора, что значительно улучшает структуру
пены. Благодаря стабилизатору, пена становится
мелкоячеистой, сильноподвижной, с высокоразвитой
межфазной поверхностью. Отсутствие волнового
режима приводит к более равномерному давлению слоя
пены на решетку, т. е. к равномерной работе всех
отверстий как по газу, так и по протекающей через
отверстия жидкости. В результате возможно
значительное накопление жидкости на решетке и,
следовательно, увеличение высоты пены по сравнению с
противоточными решетками без стабилизатора.
141

На рис. 5.5 показана зависимость высоты пены И
от скорости газа wr в полном сечении аппарата на
противоточной решетке без стабилизатора и при
наличии стабилизатора. Из рисунка видно, что на
решетке со стабилизатором высота пены значительно
больше и неуклонно возрастает при- скоростях газа
более 2,0—2,2 м/с (появление волнового режима на
противоточной решетке без стабилизатора). Кроме
того, в присутствии стабилизатора высота намного
выше, чем на решетках без
стабилизатора, даже при
весьма малых значениях
удельного расхода жидкости.
Все указанные
преимущества пенных аппаратов со
стабилизацией пенного слоя
существуют только при
строго определенных
геометрических параметрах
стабилизатора — высоте пластин
(Лстаб) и размерах его
ячеек (йХй). Например,
при увеличении размеров
ячеек до 50 X 50 мм эффект
стабилизации пены
снижается, а при размерах ячеек '
75X75 мм он полностью
исчезает. Оптимальные
размеры стабилизатора
следующие [61, 111]: Лстаб =
= 60 мм, оХй-от 35X35
до 45X45 мм. Стабилизатор занимает всего 3—8%
от сечения аппарата и практически мало влияет на
его гидравлическое сопротивление.
Влияние стабилизатора на гидродинамический
режим пенного аппарата и структуру пенного слоя
можно проследить прежде всего по
характеристической кривой гидравлического сопротивления решетки
с пеной (см. рис. 5.2, кривую б). В присутствии
стабилизатора режим ячеистой пены возникает при
скоростях газа несколько больших, чем без
стабилизатора, волновой режим не возникает совсем, участок
устойчивого пенного режима значительно увеличи-
3,2
щ,м/с
Рис. 5.5. Зависимость
высоты пены от скорости газа
в присутствии
стабилизатора (кривые /—3) и без него
(кривые 4—5).
1—т=*0,4 л/и3; 2—т—0,\ л/мэ;
S—m=0,05 л/м1; 4—т—O.t л/м3;
So = 19,5%; б—т=0,4л/м3;
&=22,5%.
142
вается, причем пенный режим ограничен только
резким возрастанием брызгоуноса при высоких
скоростях газа. Переход к пенному режиму на решетке со
стабилизатором сопровождается значительным
накоплением жидкости на решетке (увеличение h0 и Н) и
повышением гидравлического сопротивления. Такой
характер гидродинамических режимов на
противоточной решетке связан с изменением структуры пены
при наличии стабилизатора, особенно при wT >
> 1,8 м/с. При этих условиях пена однородна и
состоит из небольших пузырьков, находящихся в
хаотически подвижном состоянии, тогда как в отсутствие
стабилизатора при wT > 1 м/с структура пены
неоднородна и характерны струйные прорывы газа, а также
крупные газовые пузыри в виде мешков.
Выше указано, что применение стабилизатора в
пенном слое способствует накоплению жидкости на
решетке. Из рис. 5.5 видно, что даже при весьма
малом расходе жидкости (т = 0,05 л/м3) на
противоточной решетке сохраняется слой жидкости,
достаточный для создания необходимой высоты пены. При
этом ho возрастает с ростом wT во всем рассмотренном
диапазоне скоростей газа. Предложены [61,120, с. 238]
эмпирические уравнения, выражающие зависимость ^
гидродинамических параметров противоточной дыр- N'
чатой решетки со стабилизатором от определяющих
факторов:
высота исходного слоя /to (мм)
fc0 = 2,3<26m0-2A£I4S'-9 (5.8)
высота пенного слоя Н (мм)
Н = 6,1шгт0,274,65<*о14 (5-9)
гидравлическое сопротивление пенного слоя АРСЛ (Па)
ДРСЛ = 2,72 • 10-3^5т°-25рж/5'-65^14 (5.10)
Для щелевых (трубчатых) решеток со
стабилизатором пены [60, 112]:
высота пенного слоя Н (мм)
' И = l,93a)J.-7m°"3/sJ>65d?j)l (5.11)
143

гидравлическое сопротивление пенного слоя АРсл (Па)
ДРСЛ =0,81 ■ Ю-Зв»; WPJS^d%* (5Л2)
Вышеприведенные формулы применимы в
следующих пределах изменения величин: wT = 1,4 4-3,3 м/с;
т = 0,03 4- 0,8 л/м3; 50 = 0,16 4-0,25 м2/м2; d0 =
= 3 — 7 мм; Ьщ=14-10 мм (&щ — ширина щели);
rfTp=10-f-40 mm (dTp — диаметр или ширина труб,
прутков, составляющих решетку).
Максимальное расхождение опытных и расчетных
данных составляет ±11,3%, а среднее равно ±2,4%.
Оптимальными условиями работы ПАСС с одним
стабилизатором при пылеулавливании являются: Н =
= 100 4-120 мм, йуг = 2,5 4-3,5 м/с, т = 0,05 4-
4-0,1 л/м3 и d0 = 5—6 мм (при 50=0,18-4-0,20 м2/м2),
Ьщ = 2,5 4- 4,5 мм; dTp =15-4-32 мм (при 50 = 0,12 4-
4-0,18 м2/м2).
При абсорбции газов расход орошающей жидкости
может быть больше, чем т = 0,5 4- 0,8 л/м3, и в этих
случаях удобней пользоваться плотностью орошения
L0 [м3/(м2-ч)]. Для дырчатых решеток со
стабилизатором пены получены следующие формулы с
использованием величины L0 [в пределах L0 = 5 4-
4-40м3/(м2-ч)]
Н = 4,42 • Ю-3 • ffi.rn-75L°-25/S0'X'4P« (5-13)
ДРСЛ - 1,98 - lO-W^^VS^r (5.14)
где Н — в мм; АЯСЛ — в Па.
Особенно важным преимуществом пенных
аппаратов со стабилизатором пены служит резкое снижение
расхода орошающей воды при пылеулавливании (см.
рис. 5.5) — в 10—15 раз по сравнению с величиной,
рекомендуемой в качестве минимальной для
пылеулавливания в пенных аппаратах с противоточными
решетками [91, с. 27]. Такое значительное снижение
расхода орошающей воды можно объяснить
уменьшением протекания жидкости через отверстия
решетки в результате упорядоченного движения газовой
и жидкой фаз. Благодаря столь малому расходу воды
аппарат ПАСС можно в известной мере считать
переходным к пенным аппаратам, работающим без
внешней системы орошения (с самоорошением).
144
Пылеулавливание в пенном газоочистителе с про-
тнвоточной решеткой и стабилизатором пены (высота
стабилизатора 60 мм; размеры ячейки — 37,5 X
Х37,5 мм) изучено [61, 118] на плохо смачиваемой,
трудно улавливаемой слюдяной пыли, а также на
стандартной кварцевой пыли. Слюдяная пыль,
выделяющаяся в процессе обработки слюды, отличается
полидисперсностью и включает частицы размерами от
сотых долей микрометра до сотен микрометров. Для
испытания ПАСС использовали слюдяную пыль со
средним медианным размером 8 мкм. Помимо плохой
смачиваемости и полидисперсности к отличительным
свойствам слюдяной
пыли относится разноимен- о/
ность электрических за- ад
рядов частиц в потоке
воздуха. 50|_
Преимущество нового
пенного пылеуловителя gJ
очевидно из данных рис.
5.6. Особенно заметны
преимущества ПАСС при
высоких скоростях газа.
В обычных пенных
пылеуловителях ПрИ Юг 5=г
^2,2 м/с происходит
снижение эффективности
пылеулавливания; в
аппарате со стабилизатором
наблюдается неуклонный
рост tin во всем диапазоне
wr. Кроме того, в
последнем уменьшается брызгоунос на 20—25% по
сравнению с пенным аппаратом без стабилизатора.
На эффективность пылеулавливания и в аппаратах
со стабилизатором пенного слоя основное влияние
оказывают такие факторы, как высота пены, линейная
скорость газа и фракционный состав пыли. Остальные
факторы, влияющие на гидродинамический режим
пенного аппарата, определяют высоту пены И и
учитываются этим параметром. Для расчета
эффективности улавливания слюдяной пыли водой в ПАСС
Рис. 5£. Эффективность
улавливания пыли на противоточ-
ной решетке со
стабилизатором пены и без него (do = 5 мм;
So =19,5%; L0 = 5m3/(m2-4).
9—Кварцевая пыль (d5i=7,2 мкм);
О— слюдяная пыль (d5o=8 мкм);
со стабилизатором; без
стабилизатора.
145

с одним стабилизатором предложена формула [61]:
^p=100(l-3,5i^j (5.I5)
Пределы применимости уравнения (5.15)
аналогичны приведенным выше для уравнения (5.9); там
же указаны оптимальные условия пылеулавливания.
При оптимальных условиях работы аппарата пыль
с размерами частиц больше 16 мкм улавливается
полностью, причем гидравлическое сопротивление
аппарата находится в пределах 680—830 Па. При выборе
и расчете пенных пылеуловителей ПАСС учитывают
оптимальные условия технологического режима.
Минимальный удельный расход воды можно подобрать
из двух условий:
1) рабочее значение т не должно быть меньше
0,05—0,1 л/м3;
2) максимальная концентрация твердой фазы в
шламовых водах — не больше 80—100 г/л.
В настоящее время ведется исследование и
внедрение пенных пылеуловителей с трубчатыми противо-
точными решетками и одним стабилизатором пены на
решетке—ПАСС-I-T. Трубчатые решетки, по
сравнению с другими известными решетками, менее
подвержены забиванию, легко очищаются и наименее тру^
доемки в изготовлении. Характеристика аппаратов
ПАСС-I-T с трубчатыми решетками
производительностью от 2,5 до 23 тыс. м3 газа в 1 ч приведена в
табл. 5.1 и 5.2*.
Вернемся к рассмотрению гидродинамики
стабилизированного пенного слоя. Отмечено, что при
скоростях газа более 3,5—4 м/с в верхнем слое пены
возникает пульсирующая струйная зона, которая не
позволяет в полной мере использовать всю толщину
пенного слоя для активного массообмена и
пылеулавливания, а также способствует повышенному
брызгообразованию. Это явление можно проследить
по профилю газосодержания фг пенного слоя (рис. 5.7),
полученных методом «брошенных точек» [7].
* Предусмотрено создание нормализированного ряда ПАСС-Д
и ПАСС-Т производительностью до 100 000 м3/ч по газу.
149
Таблица S.1
Типоразмеры однополочного аппарата ПАСС-I-T
круглого сечения с трубчатыми решетками
Высота стабилизатора—60 мм; размеры ячейки—от 35X35 до 40X40 мм.
■
Аппарат
ПАСС-1-Т-3
ПАСС-1-Т-4
ПАСС-1-Т-5
ПАСС-1-Т-7
ПАСС-1-Т-Ю
ПАСС-1-Т-14
ПАСС-1-Т-20
П рои зводительиость
по газу.

минимальная
2 500
3 400
4 500
6 200
8 400
II 700
16 500
Md/4

максимальная
3 400
4 500
6 200
8 400
11700
16 500
23 200
Диаметр
аппарата
d„„, мм
ап
600
700
800
920
I 100
1300
1520
Высота
аппарата
ft„„, мм
ап
3 720
3 720
3 720
4 220
4 220
4 220
4 220
Таблица 5.2
Типоразмеры трубчатых решеток к ПАСС-I-T
Тип
1
11
111
IV
V
Диаметр
трубок
dTp, мм
25
25
25
25
25
Ширина
щели
b мм
4,3
4,8
5,3
5,9
6,5
Свободное
сечение
So. %
14,5
16,0
17,5
19,0
20,5
Тип
VI
VII
VIII
IX
X
Диаметр
трубок
rf.rp.MM
32
32
32
32
32
Ширина
щели
Ь , мм
5,5
6,1
6,8
7,5
8,2
Свободное
сечение
So, %
14,5
16,0
17,5
19,0
20,5
Так, вблизи отверстий происходит периодическое
изменение газосодержания, вследствие протекания
жидкости через отверстия. На протяжении же почти
всей толщины стабилизированного пенного слоя — от
15—20 мм над решеткой и до его верхней зоны —
структура пены однородна, за исключением
пристенных областей. С изменением высоты слоя
наблюдается незначительный рост <рг и лишь в самой его
верхней части при условии, когда И S> /гСтаб, наблюдается
более плотный участок малой протяженности
(примерно 10 мм), т. е. в этих случаях над
стабилизатором возникают колебания слоя, а над пенным слоем
заметна зона брызг. Противодействует этому явлению
147

пведенне в слой второго стабилизатора. Предложена
новая конструкция [119] газоочистителя (см.
рис. 5.4), которая отличается от аппарата ПАСС-1
тем, что над нижним стабилизатором, расположенным
у решетки, устанавливают второй дополнительный
стабилизатор в верхней части пенного слоя (ПАСС-Н).
Стабилизатор этот также представляет собой сотовую
решетку с пластинами, имеющими обычно наклон по
отношению к оси газового потока и направленными
к стенкам аппарата. Высота стабилизатора
пульсирующей зоны пены, размер ячеек и угол наклона
пластин подбираются в зависимости от заданных
режимов работы аппарата, т. е. необходимой высоты
?г
0,9
0,7
Ц5
"'" 10 20 30"(Hi-30) (Hi-го) (Hi-10) Hi
Н,Ш
Рис. 5.7. Профиль газосодержания по высоте Н пенного слоя в
данный момент на противоточной решетке со стабилизатором пены:
а—иад центром отверстий; С — над точкой, максимально удаленной от
близлежащих отверстий; 0-1—переходный участок; 1-2—пенный слой; 2-3—
верхняя граница пеиного слоя; 3—4—зона брызг.
пенного слоя и линейной скорости газа в полном
сечении аппарата в сочетании с удельным орошением
и площадью свободного сечения рабочей решетки.
Основное назначение стабилизатора,
расположенного в пенном слое непосредственно на решетке —
предотвратить появление невыгодного волнового
режима, дополнительный же стабилизатор, находящийся
в верхней части пенного слоя, препятствует появле-'
нию пульсирующе-струйной зоны при высоких
линейных скоростях газа в полном сечении аппарата (wT
от 3,5 до 5 м/с). Благодаря помещению дополнитель-*
ного стабилизатора непосредственно в верхнюю пуль-
_1 i i_/t
148
спрующе-струйную зону пены, на решетке создается
полноценный по всей высоте слой мелкоячеистой
пены однородной структуры с высокоразвитой и
непрерывно обновляющейся поверхностью контакта фаз.
Наклон пластин верхнего стабилизатора способствует
упорядочению циркуляционных потоков в верхнем
слое пены, что приводит к увеличению эффективности
массопередачи (пылеулавливания) и снижению брыз-
гоуноса из аппарата.
При учете всего комплекса гидродинамических
факторов наиболее рациональными размерами
верхнего стабилизатора являются: размер ячеек 40—
50 мм, высота 50—60 мм, угол наклона к газовому
потоку 20—40°. Расстояние между стабилизаторами
определяется высотой пены с таким расчетом, чтобы
расстояние от решетки до нижнего стабилизатора
было 7—10 мм (на трубчатую решетку стабилизатор
устанавливается непосредственно без зазора), а
верхний уровень дополнительного стабилизатора был
«утоплен» в слой пены как минимум на высоту 20—
50 мм.
Пенные аппараты со стабилизатором пенного слоя
испытаны и внедрены в промышленности. На Нижне-
удинской и Петрозаводской слюдяных фабриках
ПАСС-1 установлены и успешно работают в узлах
очистки вентиляционных и технологических выбросов
от слюдяной пыли. Степень улавливания этой
трудноуловимой пыли достигает 95%.
Пенные аппараты с трубчатыми решетками и со
стабилизатором пены внедрены и для очистки газов,
отходящих от электролизных ванн на Братском
алюминиевом заводе. Новая контактная ступень
установлена на пенном аппарате взамен двух полок,
состоящих из обычных дырчатых решеток. К. п. д. этой
ступени составляет 97,4% по газообразному HF, в то
время как суммарный к. п. д. двух полок обычного
типа равен 94,5%. Длительная эксплуатация
модернизированных пенных аппаратов на Братском
алюминиевом заводе показала надежность их работы.
Коэффициент полезного использования аппарата (зависит
от затрат времени на чистку и замену решеток)
увеличился с 58 до 76%. Стержневая (трубчатая)
решетка проще и дешевле в изготовлении, чем дырчатая.
149

Соответственно этому на заводе проводится
реконструкция всех газоочистных устройств на
ПАСС-1-Т.
Новый абсорбер испытан и внедрен на
Кингисеппском ПО «Фосфорит» в цехе аммофоса для очистки
газов, отходящих от распылительных сушилок, и на
Винницком химическом заводе им. Свердлова в
производстве простого суперфосфата для абсорбции
газов, отходящих от суперфосфатной камеры. В первом
случае при орошении аппарата 20% раствором
фосфата аммония эффективность улавливания NH3
составила 98%, и по пыли —99,3%. Во втором случае
при орошении 15%-ной H2SiF6 степень абсорбции
фтористых соединений достигла 98,5%, а при
орошении 13% раствором (NH4)2SiF6 —98,2%. Оба
аппарата показали высокую эффективность и надежное
противодействие забиванию. Чистка абсорберов не
требовалась в течение длительного времени. Пенные
аппараты со стержневыми и дырчатыми решетками и
со стабилизатором пенного слоя являются
высокоинтенсивными пылеуловителями и абсорберами и могут
быть рекомендованы для применения в фосфорной
промышленности, равно как и в других отраслях на-"
родного хозяйства. |
Установка стабилизатора позволяет применять в
пенных аппаратах рабочие пенообразующие решетки
принципиально нового типа с большим свободным
сечением и отверстиями таких размеров и
конфигурации, которые не могли быть использованы в обычных
конструкциях. Модернизация аппаратов ПАСС в том
или ином исполнении конструкции рабочих решеток
и стабилизатора) зависит от технологических
особенностей, их назначения и требуемых в связи с этим
гидродинамических параметров. Метод стабилизации
пенного слоя, как и любого другого турбулентного
газожидкостного слоя, является мощным средством
создания эффективной гидродинамической обстановки
при высоких скоростях газового потока и
заслуживает внимания при интенсификации аппаратов мокрой
газоочистки и массо (тепло) обмена.
Методика расчета пенных газоочистителей ПАСС.
Как было отмечено выше, эффективность газоочистки
в пенном аппарате во многом определяется гидроди-
150
иамической обстановкой в аппарате и зависит от
физико-химических свойств улавливаемых
компонентов и дисперсного Состава пыли (при
пылеулавливании). Таким образом, число контактных ступеней
(полок) и высота пенного слоя задаются из условий
ожидаемой эффективности работы аппарата при
известных начальной и конечной концентрациях
компонентов, коэффициентах массопередачи и движущей
силы процесса [120].
После определения необходимого числа
контактных ступеней и требуемой высоты пенного слоя на
каждой из полок производят выбор конструкции
решеток и ее гидродинамический расчет, т. е. определяют
©г, dan, So, do, Lo или т, АР.
1. Выбор расчетной скорости газа в
аппарате. Скорость газа в полном сечении
является одним из важнейших факторов, от которого
зависят остальные гидродинамические параметры и
габариты аппарата. В аппаратах ПАСС-I
рекомендуется задавать wT = 2,5 Ч- 3,5 м/с, в ПАСС-П
скорость газа можно увеличить до 4—4,5 м/с.
2. Количество орошающего раствора.
При определении количества орошающего раствора,
подаваемого на рабочую решетку, необходимо
учитывать следующие факторы: 1) равновесные
концентрации в газовой фазе; 2) концентрацию твердой
фазы в шламовых водах; 3) оптимальные
гидродинамические условия. Величина орошения определяется
либо плотностью орошения L0, т. е. количеством
жидкости в 1 м3, подаваемом на 1 м2 решетки в час, либо
удельным расходом жидкости т (в литрах на 1 м3
газа). При пылеулавливании чаще всего применяют
удельный расход, так как он хорошо характеризует
концентрацию твердой фазы в шламовых водах
(мг/л):
Сж=*цп/Ю0-СТ1т (5.16)
Из условий оптимального гидродинамического
режима работы пенных аппаратов со
стабилизатором пенного слоя требуется Lo=10-f-
Н-20 м3/(м2-ч).
3. Определение габаритов аппарата.
Площадь сечения аппарата 5 (м2) определяют, зная
161

количество газа Q (м3/ч), подвергаемого очистке, и
скорость газа в полном сечении аппарата:
S = Q/360(tor (5.17)
Затем определяют форму сечения (чаше всего
круглая) и диаметр аппарата:
V^
4S
(5.18)
Высота газоочистителя складывается из высот
отдельных его частей: бункера, подрешеточной и над-
решеточной частей. Высота надрешеточной части, т. е.
расстояние от решетки до конфузора выхода газа,
определяется приемлемой величиной брызгоуноса. Для
сепарации крупных брызг необходима полая надре-
шеточная часть аппарата высотой не менее 1,3 м. Если
требуется установить несколько полок, то расстояние
между ними выбирают таким, чтобы при переносе
жидкости с нижней полки на верхнюю концентрация
улавливаемых компонентов не увеличивалась за счет
брызгоуноса. Обычно расстояние между полками
принимают от 500 до 700 мм.
4. Выбор конструкции решетки.
Наиболее распространенными решетками являются
дырчатые. Диаметр отверстий принимается от 3 до 8 мм
в зависимости от свойств газожидкостной системы,
возможности забивания и зарастания отверстий. При
ромбической разбивке отверстий шаг между
отверстиями равен:
91
(5.19)
Если имеется вероятность забивания или
зарастания отверстий, то предпочтение следует отдать
трубчатой или стержневой решеткам. Диаметр труб dtp
или*стержней можно принимать от 15 до 36 мм.
Ширина щели между трубами равна:
Ьщ = rfTp l _JS (5.20)
Свободное сечение решетки (м2/м2) определяется по
формулам:
152
для дырчатых решеток
Sd = 3^6m°-15/d°-08//0-6 (5.2I)
для трубчатых решеток
50=1,48шгт°-18/Я°-6<* (5.22)
Величину So можно рассчитать также по формуле
(5.13).
5. Гидравлическое сопротивление
пенного аппарата. Гидравлическое сопротивление
пенного аппарата определяется как сумма
гидравлического сопротивления сухой решетки с учетом
заполнения части отверстий стекающей жидкостью (АРР),
гидравлического сопротивления за счет
поверхностного натяжения жидкости при прохождении газа
через решетку (ЛРа), гидравлического сопротивления
пенного слоя (АРСЛ) и гидравлического сопротивления
корпуса аппарата (ЛРК):
ДРобщ = ДРр + ДРа + ДРсл + ДРк (5.23)
В свою очередь
2S0 V I - «Рож )
а доля свободного сечения решегки, занятая
жидкостью
<Рож = -
+ LVgJ рж £H2J
(5.25)
Здесь Рр — отношение среднего статического давления
газожидкостного слоя в зоне барботажа к
статическому давлению слоя в зоне стекания жидкости через
отверстия [120, с. 65]. В первом приближении рР =
= А„/Я.
Для воды и других электролитов, близких к ней
по своим значениям плотности рж и вязкости ц:
0,1033 rfTrf
фож^Г + о.юзз^ (5"26)
Коэффициент местного сопротивления £ дырчатой
решетки по данным [91] равен 1,45. Если применяется.
153

трубчатая решетка, то значение £ может сильно
изменяться в зависимости от диаметра труб dTp и
ширины щели Ьщ. Предложена следующая зависимость
для определения коэффициента местного
сопротивления трубчатых решеток:
£ = 0,45<f6-°-35 (5.27)
Значение ЛР„ находят из формулы
(где аж — поверхностное натяжение жидкости, Н/м),
причем для дырчатой решетки d3 — l,3d0 -f 0,(Шо, для
трубчатой d3 — 2bul.
Гидравлическое сопротивление пенного слоя Д/*Сл
можно рассчитать по формулам (5.10), (5.12) и (5.14).
Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата
АРК можно определить с помощью коэффициента
местного сопротивления, приведенного к скорости газа в
аппарате: в аппарате со встроенным каплеуловителем
жалюзийного типа £к = 50, без каплеуловителя —
Ек = 0,25.
Для облегчения расчета и наглядности предложен
графо-аналитический способ гидродинамического
расчета ПАСС-1 при помощи номограмм. На рис. 5.8
приведена номограмма для гидродинамического
расчета дырчатых решеток, а на рис. 5.9 — номограмма
для расчета трубчатых решеток.
ПЕННЫЕ АППАРАТЫ
С ПОДВИЖНОЙ НАСАДКОЙ (ПАПН)
Создание трехфазного взвешенного слоя путем
помещения твердой подвижной насадки в слой пены
(аппараты ПАПН) дает возможность работать с
повышенными скоростями газа и значительно меньшим
брызгоуносом. Высокие скорости газа в свою очередь
приводят к дополнительному увеличению
турбулентности потоков газа и жидкости, развитию межфазной
поверхности и более равномерному распределению
газа и жидкости по сечению аппарата. Увеаичение
турбулентности и дополнительное развитие
межфазной поверхности способствуют повышению значений
коэффициентов массообмена и пылеулавливания.
154
Большое свободное сечение опорнораспределительной
решетки и турбулентное движение насадки
препятствуют забиванию аппарата, что позволяет применять
ПАПН для мокрого обеспыливания газов и для про-
Линейная скорость газа wr,ni/c
Рис. 5£. Номограмма для гидродинамического расчета ПАСС-1-Д
с дырчатыми решетками.
Ключ: шг -> m -> d0 -> S0 -> Я -> И)г -> АРСЛ.
цессов, сопровождающихся образованием взвесей и
осадков.
Благодаря указанным преимуществам в
настоящее время происходит систематическое изучение
155

Линейная скорость газа шГ,м/с
1JS 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
15 20 ~§0 40 50 60 70 ВО
Высота исходного слоя
жидкости hD,MM
200 300 400 500 600 BOO 1000 flOO
ГидраВлическое сопротивление ■
решетки со слоем пены йРсл,Па
I
Рис. 5.9. Номограмма для гидродинамического расчета ПАСС-1-
с трубчатыми решетками.
Ключ: w. ->• Sn -.
' Лрсл "*■ ш
-г -» Н -> т -> ft„.
работы аппаратов с подвижной насадкой и внедрение
их в промышленность, в том числе и в фосфорную
[34, 35, 62]. Аппараты ПАПН применяют в процессах
абсорбции, десорбции, теплопередачи,
пылеулавливания и т. п. В различных литературных источниках эти
аппараты называют по-разному: турбулентный
контактный абсорбер, скруббер с плавающей насадкой
[53], аппараты с псевдоожиженным слоем орошаемой
насадки [35], с кипящим слоем [144], с подвижной
орошаемой (шаровой) насадкой [4] и, наконец, с
орошаемой взвешенной насадкой (ВН) [34, 102, 120].
С нашей точки зрения, гидродинамическому режиму
и конструкции аппарата в наибольшей степени
соответствует название «пенный аппарат с подвижной
насадкой» (ПАПН), которое и фигурирует в этой книге.
Некоторые конструктивные схемы аппаратов
ПАПН изображены на рис. 4.12. Колонна (круглая
или прямоугольная) имеет решетку с большим, чем
обычно, свободным сечением (более 20%),
предназначенную для поддержания слоя насадки и для
распределения газового потока. В качестве насадки
применяют главным образом полые или сплошные
шары из полимерных материалов: полиэтилена,
полистирола, полипропилена, вспененных полиэтилена или
полистирола, плексигласа, фторопласта, а также из
резины, стекла, нержавеющей стали или др.
Возможно использование и насадок в виде колец, цилиндров,
кубиков и т. п. Считалось, что для обеспечения
свободного перемещении насадки в газожидкостной
смеси плотность шаров не должна превышать плотности
жидкости, т. е. должно соблюдаться условие рш ^ рж-
Однако последние наши работы [114, 116]
свидетельствуют об эффективности применения и тяжелых
насадок.
Над слоем насадки расположена удерживающая
сетка с очень большим свободным сечением (около
90%), препятствующая уносу элементов насадки.
Высота слоя насадки в неподвижном состоянии (Яст)
Должна составлять 0,1—0,33 от расстояния между
нижней опорной и верхней удерживающей решетками.
Такое значение НСТ обеспечивает свободное движение
шаров. Кроме того, статическая высота насадки
Должна быть меньше диаметра аппарата (Яст/с?ап^1),
157

чтобы снизить боковое давление и поверхностные
силы трения. Высоту секции колонны выбирают с
учетом 3—5-кратного расширения слоя насадки и
необходимости дополнительной зоны сепарации брызг.'
Аппараты ПАПН работают, как правило, с
протеканием жидкости через отверстия решетки (без
сливных устройств), т. е. при «провальном» режиме.
Поэтому в качестве опорнораспределительных решеток
применяют противоточные решетки различных
конструкций: колосниковые, щелевые, дырчатые с
круглыми или прямоугольными отверстиями, а также
сетки из стальных прутков.
Аппараты ПАПН работают следующим образом.
При пуске аппарата в его верхнюю часть подают
жидкость, которая, стекая вниз, омывает насадку,
неподвижно лежащую на опорнораспределительной
решетке. Затем в нижнюю часть аппарата подают газ
противотоком к жидкости. При определенной
нагрузке по газу происходит взвешивание насадки.
Основная особенность ПАПН, определяющая
гидродинамический режим и конструкцию реактора, — это
образованием них взвешенного трехфазного слоя.
Гидродинамические режимы взвешенного
трехфазного слоя изучались во многих работах (см., напри-'
мер, [4, 115, 120]). Большинство исследователей от-1
мечают наличие двух основных режимов в ПАПН —
начального и развитого взвешенного трехфазного слоя.
Наиболее наглядно эти режимы можно проследить по
кривым зависимости гидравлического сопротивления
слоя АРсл от скорости газа в полном сечении аппарата
wT (рис. 5.10).
Режим начального взвешивания насадки
отличается взвешенным состоянием некоторой части
шаров и их направленным движением. Для этого режима
характерно постоянство или малый рост
гидравлического сопротивления с возрастанием wr, относительно
малое повышение динамической высоты слоя и
значительный рост его газосодержания при постоянстве
количества жидкости, удерживаемой насадкой (LyB).
При достаточно высоких скоростях газа
(превышающих скорость начала развитого взвешивания)
возникает режим развитого взвешивания насадки и
жидкости. Режим развитого взвешивания в ПАПН соответ-
158
ствует развитому пенному режиму в обычных пенных
аппаратах, т. е. характеризуется интенсивным
турбулентным движением фаз и взаимопроникновением
вихрей и струй газовой и жидкой фаз [92]. Твердая
фаза (насадка), движущаяся во всех направлениях с
высокой скоростью, разбивает вихри газовой фазы на
6 7
гог,ф
Рис. 5.10. Зависимость гидравлического сопротивления
трехфазного слоя от скорости газа (А/ст=110 мм; йш=16 мм; рш =
= 850Kr/M3;S0 = 40%).
L0. м3/(м2 • ч): /—сухая насадка; 2—15; 3—30; 4—50; 5—75; 5—100; 7—125.
Режимы: /—стационарного состояния насадки; //—иачаль-ного взвешивания
насадки и жидкости; ///—развитого взвешивания насадки и жидкости;
/у—захлебывания; а—а—начало взвешивания; б—б—начало развитого
взвешивания; в—в —начало захлебывания аппарата.
большое число мелких вихрей и струй,
пронизывающих вихри жидкой фазы. Движение насадки
приводит к удлинению их пути; в результате возрастает
межфазная поверхность и длительность контакта фаз.
При режиме развитого взвешивания насадки в ПАПН
возможно применение более высоких скоростей газа,
чем в обычных пенных аппаратах, без значительного
разрушения взвешенного газожидкостного слоя и
повышения брызгоуноса, так как сам слой взвешенной
насадки обладает сепарирующим действием,
159

Из рис. 5.10 видно, что в режиме развитого
взвешивания насадки происходит увеличение АРСл,
связанное с ростом количества жидкости, удерживаемой
в аппарате. Повышаются также динамическая высота
слоя и его газосодержание фг. Высокие значения фг
(до 0,9) показывают, что при режиме развитого
взвешивания достигается хорошее перемешивание фаз.
При превышении предельно допустимой скорости газа
происходит прижимание части шаров к
удерживающей сетке и при дальнейшем повышении шг—
образование висячего плотного слоя. В этот момент (зона
IV, рис. 5.10) гидравлическое сопротивление резко
возрастает и наступает захлебывание аппарата, когда
жидкость перестает протекать через отверстия опор-
нораспределительной решетки.
Рабочими режимами ПАПН служат режимы
начального и развитого взвешивания насадки, причем
для проведения процессов массо- и теплообмена и
пылеулавливания оптимальным является режим
развитого взвешивания — аналог пенного режима в
двухфазной системе.
Скорость газа, отвечающая началу развитого
взвешивания (шр. в) в ПАПН, зависит от соотношения
нагрузок по газу и жидкости, диаметра и плотности
шаров, свободного сечения опорнораспределительной
решетки [4, 36] и может быть определена по формуле:
^£-«К£Г-{-«(£7Г(&Л<«»
Здесь а — удельная поверхность насадки, м2/м3;
LM. с и См. с — массовые скорости жидкости и газа,
кг/(м2-ч).
Численные значения предельно допустимой
скорости газа шг. Пр, по данным большинства исследований,
находятся в пределах 6—9 м/с. Наши исследования
[114, с. 146] показали, что предельная скорость
является непостоянной величиной, зависящей от
межрешетчатого расстояния, плотности орошения,
характеристик насадок и опорнораспределительной
решетки. Критериями шг. пр, до которых не происходит
захлебывания аппарата, можно считать соотношение
Яднн = #ст — ^с- з (где Ядин — динамическая высота
слоя насадки, м; hc. з — высота сепарационной зоны,
160
м), а также брызгоунос менее 5% от количества
орошающей жидкости. Значение шг. пр можно найти по
уравнению
-™ Г (Дс - hc. з) - (1 - ео) Яст - h0 -p -
""- "Р " Ши" в L U6e„(tfc-Ac.s) J (5-30)
где шн. в — скорость газа, соответствующая началу
взвешивания насадки
g'-AA» = 142 f S0 flf С-^У2'2 (5.31)
Иг Ч рж / V dm /
#с— высота секции (расстояние между полками), м;
е0 — порозность неподвижного слоя сухой насадки,
м3/м3;^ш и йш — диаметр и стандартный диаметр шара
(й'ш = 0,005 м).
Подробные сведения о показателях работы ПАПН
н установленных расчетных зависимостях можно
найти в литературе, например, [113, 120, с. 248]. Эти
аппараты являются высокоинтенсивными
газоочистителями и абсорберами, открывающими большие
возможности для мокрой обработки газопылевых
выбросов. Опыт их промышленного применения и
результаты испытаний в процессах газоочистки фосфорного
производства описаны в вышеприведенных главах.
Широкое распространение ПАПН требует
преодоления некоторых затруднений, вызванных
необходимостью массового изготовления шаровой или другой
формы насадки, изыскания дешевых материалов для
нее, стойких к истиранию и залипанию, которые
наблюдаются в особо жестких технологических
условиях, в том числе в некоторых производствах
промышленности фосфора и фосфорных удобрений.
Инерционно-турбулентный аппарат с
подвижной насадкой ИТПН. Авторами [116] разработана,
исследована и внедрена в производство новая
конструкция аппарата пенного типа с дополнительной
турбулизацией газожидкостного слоя подвижной
насадкой.
Разработанный аппарат относится к устройствам,
предназначенным для проведения массо- и теплооб-
менных процессов в системе газ — жидкость и для
улавливания твердых или жидких частиц из газового
потока. Процесс осуществляется путем контакта
газопылевого потока со слоем жидкости на выходе из
6 Зак. 1277
161

подврдящего патрубка и далее в трехфазном
гетерогенном слое динамической пены. Пенный слой в
аппарате ИТПН создается путем эжектирования
промывной жидкости из подрешеточной зоны в
реакционный объем за счет энергии газового потока. Над
решеткой аппарата помещена подвижная шаровая
насадка, турбулизирующая пенный слой и позволяющая
интенсифицировать процессы массопередачи и
пылеулавливания при скоростях газа в полном сечении
3—5 м/с. Аппарат работает с внутренним контуром
рециркуляции жидкости. Это дает возможность
исключить самое ненадежное звено мокрых
газоочистителей — оросительную форсунку, что особенно
важно при необходимости обработки газов суспензиями
или концентрированными растворами.
Аппарат может быть выполнен с нижним либо с
верхним подводом обрабатываемого газа в рабочую
зону (рис. 5.11). Патрубок для ввода газа
заканчивается на 20—30 мм ниже опорнораспределительной
решетки при верхнем подводе газа нли снабжен
колпаком-отражателем, края которого расположены на
20—30 мм ниже решетки, при нижнем подводе.
Аппарат может иметь несколько решеток. На решетках
размещена насадка из тел различной формы
(предпочтительно шаровой). Размеры и массу элементов
насадки выбирают таким образом, чтобы в рабочем
режиме они находились во взвешенном состоянии.
В аппарат через штуцер заливают абсорбент до
определенного уровня относительно нижней
опорно-распределительной решетки. Уровень выбирают в
зависимости от свойств улавливаемой пыли и регулируют
специальным патрубком. Шлам и загрязненный
абсорбент выводят из аппарата через нижний штуцер.
Исходный уровень Ло жидкости принимают выше
среза входного патрубка на 0,05 м исходя из
оптимального гидродинамического режима.
Рекомендуется применять насадку из губчатой резины,
изготовленную по технологии КазХТИ. При этом принимают:
диаметр элементов dm = 0,04 м, статическая высота
слоя шаров ЯСт = 0,12 м, насыпная плотность
насадки 600 кг/м3 (при шг <; 3 м/с) и 800 кг/м3 (при wr >
>3 м/с). Опорнораспределительную решетку для
поддержания насадки выбирают из условий мини-
162
мального гидравлического сопротивления, сетку — с
размерами ячейки 30X30 мм (для rfm = 0,04 м).
Рис. 5.11. Схемы инерционно-турбулентного аппарата
с подвижной насадкой (ИТПН).
а—нижний подвод газа; б—верхний подвод газа;
1—насадка; 2—опорнораспределнтельная решетка; 3—штуцер
для регулирования уровня абсорбента; 4—сменная царга.
Общее гидравлическое сопротивление аппарата
АР (Па) определяют по номограммам, приведенным
на рис. 5.12, а также по формулам для верхнего и
нижнего подводов газа:
.0,05
0
(5.32а)
(5.326)
6*
163

ИТПН обеспечивает высокую эффективность
пылеулавливания, которую можно считать функцией
свойств аэрозольной системы, конструктивных осо-
Рис. 5.12. Номограмма для гидродинамического расчета
аппарата ИТПН:
а—нижний подвод газа; б—верхний подвод газа.
Ключ: wr -* h0 -* S0 -* ЯсТ -* ДР.
164
бенностей и гидродинамической обстановки в
аппарате, а также физических свойств жидкости. В
аппарате ИТПН аэрозольный поток при выходе из
подводящего патрубка ударяется о зеркало жидкости и
эжектирует часть ее в виде капель в надрешеточное
пространство. При ударе о поверхность преобладает
инерционный механизм осаждения вследствие так
называемого «импакт-эффекта» [105, с. 5, 136] —это
первая зона аппарата. Эффективность пылеулавливания
в этой зоне является функцией критерия Стокса и
достигает значительной величины при Stk ^ 2 [123,
с. 42; 126]. Критерий Стокса для этих условий
определяется как Stk = iMWu^n, где ^« — скорость
выхода аэрозольного потока из подводящего патрубка:
dr и рт — диаметр и плотность пылевых частиц;^ —
кинематическая вязкость среды; dn — характерный
линейный размер —диаметр выходного патрубка.
Экспериментально установлено Г105, с. 16], что
наряду с указанными параметрами эффективность
пылеулавливания зависит от расстояния поверхности
осаждения от сопла. Эту величину выбирают в
зависимости от свойств аэрозольной системы и орошающей
жидкости в пределах от —20 до 30 мм относительно
уровня патрубка для ввода газа.
Степень гидрофильности частиц не оказывает
заметного влияния на улавливание их в первой зоне.
Оценка влияния гидрофильности на эффективность
улавливания частиц показывает [70], что при
преобладающем инерционном механизме улавливания
значение кинетической энергии частиц должно быть
достаточным для преодоления сил поверхностного
натяжения жидкости, т. е. при ударе о поверхность
преимущественно будут улавливаться крупные и
тяжелые частицы. Так, в этой зоне при скорости выхода из
подводящего патрубка 10 м/с практически полностью
улавливаются частицы крупнее 10 мкм (при рт =
= 1 г/см3). С уменьшением размера частиц
эффективность их улавливания снижается (частицы менее
5 мкм улавливаются на 15%).
Влияние степени гидрофильности будет
проявляться в основном во второй зоне —зоне взвешенной
шаровой насадки, где преобладает
инерционно-турбулентный механизм для более крупных частиц и
165

диффузионный — для мелких частиц. Необходимым
условием осаждения гидрофильных частиц на капле
или пленке жидкости является взаимный контакт с
вытеснением газовой прослойки. Для гидрофобных
частиц необходимо также их проникновение в
жидкость на величину не менее диаметра частиц.
Пылеулавливание в аппарате исследовано в
лабораторных и опытно-промышленных условиях для пы-
лей различной степени гидрофильное™ и разного
дисперсного состава, характерных для фосфорной
промышленности (кварцит, фосфорит, кокс, ортофосфаты
натрия). Сочетание двух высокоэффективных
рабочих зон в одном аппарате позволило получить общий
средний к. п. д. для растворимой пыли ортофосфа-
тов — 99—99,9%, смачиваемой пыли кварцита —
98,5%, среднесмачиваемой пыли фосфорита — 98% и
несмачиваемой пыли кокса — 97%.
Для расчета эффективности пылеулавливания в
первой зоне аппарата разработана номограмма с
учетом различных режимных условий (рис. 5.13).
Эффективность пылеулавливания во второй зоне (с
подвижной насадкой) определяют по кривым
фракционной эффективности пенных аппаратов (см. рис. 5.3).
Суммарная эффективность пылеулавливания по
каждой фракции может быть подсчитана по формулам:
Чфр. -= 1 — (1 — Ч^р.) (1 — iljp,)
Чфр,= 1-(1-'ПфР2)(1-т1фр,)
v.-1-0-^0 6-^0^
(Б.ЗЗ)
Общую эффективность аппарата рассчитывают по
формуле:
тьбщ ioo \Ш~) (5"34)
где ч\'— эффективность в первой зоне; ц" —
эффективность во второй зоне; Ф — содержание фракции,
% (масс.).
Ожидаемую.эффективность ИТПН при абсорбции
хорошо растворимого газа в воде можно определить
по числу единиц переноса с помощью формулы
166
где Си — начальная концентрация улавливаемого
компонента, мг/м3.
Казахским научно-исследовательским и проектным
институтом фосфорной промышленности (КазНИИГи-
профосфор) разработаны рабочие чертежи аппаратов
ИТПН различной производительности по газу,
типоразмеры и характеристики которых приведены в
Диаметр частиц йТ,мкм
3 4 5 7 10
а
~п
ъ
/ /
Ч
^к\\
\
/
/ ,
Ч
7
f
у
J
/
/
/
к.
1
\г
П.Д.
1
/
г
/
/
i5
20
пылеулавливания ч]фР
0,1 O.V. U,S U,4 UJl Ufi ЦУ ОМ 0,Ь 1,0
ь
к
-
ъ%
12
-<Щ'ё:1
Рис. 5.13. Номограмма для определения фракционной
степени пылеулавливания при ударе запыленного
газового потока о жидкость (первая зона аппарата ИТПН).
Ключ: Ювых-^х + Рх-^фр-
табл. 5.3. Первые четыре типоразмера выполнены в
круглом корпусе со встроенным жалюзийным капле-
уловителем. Остальные .аппараты имеют одинаковые
прямоугольные секции сечением 2,15X1.80 м2.
Набирая необходимое число параллельных секций с
коллекторным вводом газа, можно скомпоновать аппарат
на любую производительность. Каплеуловительв этом
167

Таблица 5.3
Основные технические показатели аппарата ИТПН [25]
Аппарат
ИТПН-4
ИТПН-8
ИТПН-15
ИТПН-35
ИТПН-40
ИТПН-80
ИТПН-120


дительность по
газу, тыс.
мЗ/ч
2,0-5,3
4,0-11,0
8,0-22,0
19.0-51,0
20,75-55,75
41,5-111,15
63,0-165,0
Скорость
1,5-4,0
1.5-4,0
la0
15=48
1,5-4,0
Объем

жидкости,
мз
0,75
1,00
1,50
4,50
3,20
6,60
9,50
Площадь
аппарата,
м2
0,640
0,785
1.538
5,760
2,15X1,80
2,15X3,60
2,15X5,40
Высота

аппарата,
м
3,8
3.8
5.7
6,5
6,0
6,0
6,0
Объем

аппарата,
мЗ
3,45
4,03
9,72
31,00
23,50
47,0
77,0
Масса

аппарата,
кг
1030
1460
3526
8158
6290
1259Э
17540
случае целесообразно выполнять в виде отдельного
аппарата.
В табл. 5.4 приведены основные показатели [67]
аппарата ИТПН-8 в сравнении с теми же данными
для широко распространенного в промышленности
Таблица 5.4
Сравнительная оценка технико-экономических
показателей аппаратов при улавливании пыли
Аппарат
ПГП-ЛТИ-9
ПАСС-1-Д
ИТПН-8

Эффективность
пылеулавливания,
84-86
91-93
96-99
Линейная
скорость
газа, м/с
2,2
2,8
3,5

Гидравлическое
сопротивление, Па
900
730
1900
Масса
аппарата, кг
1300
726
1 160
Габариты

высота,
м
2,92
2,79
3,80

площадь.
М2
1,25
1,00
0,78
=• я5;
я со.
£■* о.
22 я f-
к 5 cj
Л о*
428
280
413
пенного аппарата ПГП-ЛТИ-9, отвечающего прежним
стандартам [120, с. 286], а также пенного аппарата со
стабилизатором слоя с дырчатой решеткой ПАСС-1-Д
[61] производительностью по газу 10 тыс. м3 в 1 ч.
Сравнение является ориентировочным, главным
образом в связи с неадекватностью улавливаемых пылей
и других параметров. Ориентировочная оценка
абсорбционной эффективности аппарата ИТПН в
сравнении с другими аппаратами [38] представлена в
табл. 5.5. Необходимо отметить, что некоторые из
рассматриваемых аппаратов работали при явно не
оптимальном режиме (например, пенный аппарат), имели
168
к«
53.
Ego.
о В f
о-а а
« S
я и
ти
н
ициен
остн
бции,
/с
«■g-SS
•egg
m So
о я
X
яЗ
О я О
ч я я
л§
в
[нче-
ipo-
, Па
пго
а а аз
а. я) а)
eto Ч
я и и
^ о х
1-
J3 О
t- —
8s
О со
И я
U с
ОДН-
СТЬ,
р
Су
I
S.
О
оэ
сч
s
~—
~*
■*
■*
о
о
сч
■-*
00
—
о
о"
со
с
с

free
о.
со
с
с
СО
«я
И
S
С
I--
о
00
ю
СО
со
~*
со
I--
сч
о
8
(N
о_
ю"
о
00
н
со
о.
К!
С
с
К!
•Я
И
К
О)
с
6
S
П!
О
ч
о
со
1
о
о
чр
со
!
00
сп
со"
1
со
о
о
(N
^н
о
to
ю
CN
X
СП
н
d
о.
«
с
с
д <
о
со
-*
8
со
о
о
со
о
о
ю
сч
о
~
со
со
сг
cj
ч
о
м
СО
S
«я
о
«
СО
а
СО
a
и
с
ш
\о
\о
СО
U
S
3
СО
8*
О
о
I--
-~
1-^
,—4
I--
I--
'—,
о
о
со
о_
-*"
о
со
о.
\о
о.
о
SE
И
О
с
£N
СО
СО
о
СО
СО
'—
СО
I--
CN
О
О
О
^^
О
о
СО
о
|С
«я
о
к
CJ
о
с
о
CJ
«я
в
о
с
1
00
со
СО
СО
о
о.
О»
\D
о.
CJ
1
1
\а
со
■*
со
CN
S
н
га
с
О»
о.
о
^м
00
ю
in
ю
■*
CN
о
о
■ч-
^^
со
сч
■*
сч"
S
о
о
о
а,
СО
00
сч
о
СП
о"
о
см
■"^
о
■*
со
ю
I--
о"
00
о"
SS
S
CJ
D*
s
s
CO
X!
CJ
s
X
CO
н
5
сч
S
с
о
U
о.
CU
VD
о.
о
CJ
га
со
СП
ю
о
00
о
CN
со
8
а>
^^
о
ю
оГ
ю
CN
к
с
S
СО
с
СО
с
<
169

различную производительность и т. п. Кроме того,
аппарат ИТПН работал с менее эффективным, но
более дешевым и доступным поглотителем — с 2,5%
суспензией Са(ОН)2, в то время как остальные аппа«
раты орошались раствором ЫагСОз (40—50 г/л). \
Сравнение аппарата ИТПН с другими типами га-^
зоочистного оборудования показывает, что это
высокоэффективный и высокоинтенсивный аппарат,
который по многим показателям находится на уровне
наиболее эффективных газоочистителей либо превосходит
их. Таким образом, аппарат ИТПН можно считать
многоцелевым газоочистителем, пригодным для
использования в качестве пылеуловителя и абсорбера.
Аппарат может найти применение в различных
отраслях промышленности, преимущественно для
улавливания растворимых пылей или при необходимости
совмещения процессов газоочистки и пылеулавливания.
Методика расчета ПАПН рассмотрена ниже
применительно к выбору оптимальных параметров
аппаратов с орошаемой взвешенной шаровой насадкой.
1. Оптимальная скорость газа.
Увеличение шг приводит к росту коэффициента массопере-
дачи Км и гидравлического сопротивления аппарата
АР. При этом уменьшается сечение аппарата. Высота
аппарата зависит только от числа секций п и высоты
насадки Яст и не зависит от скорости газа. Поэтому
затраты на перекачку жидкости не зависят от шг,
если влияние последней на число переноса
незначительное, что справедливо для хорошо растворимых
газов.
Вводим следующие ограничения: Нет, L0, рш, "ш>
So = const. Кроме того, исходя из гидродинамических
особенностей аппарата, имеем: ши. в < Дог. опт < Дог. доп,
где шг. опт и дог. доп — оптимальная и предельно
допустимая скорости газового потока (шг. доп
определяется согласно [4,114, с. 141]).
Математическая модель процесса состоит из
уравнения массообмена:
геометрического соотношения >
S=^2- (5.37У
4
170
энергетических затрат на транспорт газа
"■~ш£ (5-38)
и следующих эмпирических зависимостей
/СИ = Л< (5.39)
ДР = nBw* (5.40)
* = « [«4п"ст 0 - «о) Pffl + Р^ап" с] " (5-41)
В этих уравнениях NB — мощность вентилятора,
кВт; Vr—Wrndtn/4 — объемный расход газа, м3/с; т)в —
к. п. д. вентилятора; а и р — коэффициенты пересчета
размеров элементов аппарата на стоимость; А, В —
коэффициенты пропорциональности.
Из уравнений (5.36), (5.37) и (5.39) следует:
4„- 4д< tli (5.42)
Л/СнАСср яЛ<ДСср
Из математической модели процесса [уравнений
(5.36) — (5.42)] можно получить целевую функцию,
состоящую из отчислений от стоимости аппарата и
затрат на нагнетание газа:
qt BqtwP+l
f = (с, + с2) + с3 ' г (5.43)
V,+ 2'л<ДССр Л<АСср
т.™ п — 4ага//ст(1--ео)рш . _ 4агр/?с . _ гЦэ .
гдес, = , ся = —jj—, Сз-що^,
аг — нормативные годовые отчисления от стоимости
аппарата; г — число часов работы аппарата в году;
Ц3 — цена электроэнергии.
Оптимальную скорость газа можно определить при
условии:
df/dwr = 0 (5.44)
Тогда
P+I/ m Ci + с2 ., ,,,
171

2. Плотность орошения La. Математическая
модель процесса состоит из следующих уравнений
KU = AL™ (5.46)
ДЯ = Дрс + ДРЖ = ДРС + BL -, (5.47)
N _Кж£ж^н£ (548)
^и 1000т)„ v '
и уравнения (5.38). Здесь ДРС— гидравлическое
сопротивление сухого аппарата, Па; ДРЖ—
гидравлическое сопротивление слоя жидкости, удерживаемой
аппаратом, Yla;NH—мощность насоса, кВт; Уж=4 ш Т^ —
объемный расход жидкости, м3/с; Нн — напор,
развиваемый насосом, м; т]н — к. п. д. насоса.
Введем следующие ограничения: шг, Яст, So, рш,
dm — const. Тогда оптимальные годовые затраты
можно выразить через следующее уравнение
/-с/^+^ + ^-^г (5-49)
AL0 ALo
где
■ с2=-
1 4 • IOOOtjb ' * 4 • 3600 • IOOOtjh
Дифференцируя это уравнение по L0 и
приравнивая производную нулю, получим:
3. Конструктивные параметры.
Статическая высота слоя насадки. Имеем математическую
модель, состоящую из уравнений
КМ = АН™ (5.51)
АР = л (ДЯо. р + ВНСТ) (5.52)
Hc = hc.3 + kHCT (5.53)
R = п [еи*|п/Уст (1 - е0) рш + Р <4 Яс] (5.54)
(где ДР0. р — гидравлическое сопротивление
орошаемой решетки), уравнений (5.38), (5.48), и следующие
172
ограничения: wT, L0, S0, рш, dm = солз1. Тогда
целевая функция имеет вид:
, "СТ ■ - "С. 3 ~Т~ ""СТ ■
АР0. р + ВНСТ яс. з + kHCT
+ Сз =: h <U (5.55)
ЛЯ™ ЛЯ™
где
я<2
ci = ara(l — е0)рш; с2 = агР—-р-\
ndlnwrzl!3 ndlnL0pKzU3g
сз = a innn„ i с*
4 • 1000т)в ' 4 • 3600 • 1000 • т)н
Решение этой функции известным методом
позволит определить оптимальную статическую высоту
насадки на стадии проектирования
^ m с2яс.з + с3 ДР0. p + C4«t.3
Я„. опт - !_т с, + c2k + с3В + c4ft { '
Изменяя ЯСТ, можно регулировать процесс и при
эксплуатации аппарата. При этом Нс = const. Тогда:
m с3 АР0. р
Ясг.опт = -ГЗГ^ С1 + СзВ (5-57)
Диаметр йш, плотность рш шаров и свободное
сечение опорнораспределительной решетки являются
труднорегулируемыми параметрами. От них зависят
только коэффициент массопередачи и гидравлическое
сопротивление аппарата. Поэтому для оптимального
проектирования определяют минимальные значения
удельных энергетических затрат, т. е. вычисляют или
графически выявляют минимальное значение AP/KrS
(где Krs — коэффициент массоотдачи по газовой фазе,
отнесенный к площади решетки, м/ч) или AP/Nr. Эти
значения параметров являются оптимальными, если
отсутствуют какие-нибудь другие ограничения.
От диаметра шаров не зависят удельные
энергетические затраты, поэтому можно выбрать любое
значение dm. При этом только должны быть соблюдены
следующие условия: dmHH > 5 — 6 мм и da„/(CaKC > 8 —
— 10. Можно полагать, что для процессов, сопро-
в°ждающихся образованием взвесей и осадков, и
173

обеспыливания целесообразно применять мелкие
шары, так как их движения более интенсивны по
сравнению с крупными шарами. Это улучшает самоочищае
мость аппарата со взвешенной насадкой. Поэтому для
таких процессов рекомендовано dm = 20 -4- 40 мм.
С уменьшением плотности шаров снижается
AP//(rs, т. е. для процессов абсорбции хорошо
растворимых газов выгодны легкие шары. Однако, чем
меньше рш, тем уже диапазон нормальной работы
аппаратов [2]. В этом отношении наиболее оптимальными
являются шары с рш = 500 -т- 600 кг/м3 *.
Выбор свободного сечения опорнораспределитель-
ной решетки зависит от физико-химических свойств и
загрязненности обрабатываемой среды. Например, в
присутствии поверхностно-активных веществ и
сильной загрязненности следует принимать большие
свободные сечения. Для процессов очистки газов
фосфорных удобрений, исходя из условий забиваемости
решетки кремнегелем, фторидами и пылью фосфатов,
рекомендованы значения So = 40-т-50%. Заметим,
что чем больше So, тем меньше удельные
энергетические затраты.
Высота секции. Высота сепарационной зоны hc. 3
равна 10—20% от динамической высоты слоя ЯДИн,
поэтому высота секции будет равна
Яс = Ядш, + Ас. з = (1Л + 1.2) Ядш (5.58)
где ЯдИн определяют по уравнению:
Ядии = 0,49^3/ЯЧТС'94Рш0-65е-М25° (5.59)
4. Гидравлическое сопротивление
аппарата. Для односекционного аппарата:
АЯобщ = 8,l^57Z*13tf°f d-°.°Vm76e-''55S° (5.60)
5. Показатели абсорбции. Коэффициент
абсорбции газов может быть описан зависимостью:
KrS = AwP4p'H*(>y*e-p°s° (5.61)
* По последним данным, в определенных условиях получены
хорошие результаты с тяжелыми шарами—при рш = 1200 кг/м3.
174
Значения коэффициентов А, рх, р2, р3, pit p5, р6
для различных систем, полученные в исследованиях
КазХТИ и ЛТИ, приведены ниже:
Система А р\ рг р3 р4 р5 Ре
2HF + SiF4-H20 1320 1,1 0,13 0,43 0,3 -0,3 1,8
2HF + SiF4-H2SiF* 1270 1,1 0,13 0,43 0,3 -0,3 1,8
2HF+SiF4-Ca(OH)* 1060 1,1 0,13 0,43 0,3 -0,3 1,8
Р20Б-Н20 " 0,26 1,2 0,2 0,3 0.3 -0,4 1
Р20Б—Na2CO* 6,1 1,2 0,4 — — — —
H2S-NaOH* 6 1,3 0,3 - - - -
H2S-Ma2CO* 2 0,3 0,3 — — — —
S02-Na2CO* 3780 1,2 0,11 0,32 0,24 —0,12 1,8
• Водные растворы.
Для расчета степени абсорбции т)а и числа единиц
переноса Nr использованы следующие соотношения:
г)а = 1-<Г"г (5.62)
Nr = —52- (5.63)
Wr .
Па~-
1 _ e-*rS/»Y (5.64)
6. Степень улавливания пыли. В
аппаратах ПАПН в основном очищаются аэрозоли и
улавливается тонкодисперсная пыль.
Эффективность пылеулавливания в аппарате
определяют [4] по уравнению
П = п' + (1 - 1,') ц" + (1 - п' - ч") ч'" (5.65)
где т)', и", i\'" — соответственно эффективность
пылеулавливания в подрешеточном пространстве, надреше-
точной зоне и зоне взвешенной насадки.
Так как эффективность первой стадии
пылеулавливания для пыли с размером частиц меньше 10 мкм
незначительна, то пренебрегая ее значением, получим:
г, = ч" + (1-ч")т1'" (5.66)
Эффективность второй стадии пылеулавливания
можно определить по уравнению
r)" = 0,93Stk°'1m0,1 (5.67)
175

где StkH = ьуг^рт/цг 6S0 — критерий Стокса,
характеризующий осаждение частиц пыли в надрешеточной
зоне пылеуловителя; т — удельный расход жидкости.
Эффективность третьей стадии пылеулавливания
равна
Т)'" = 1 - ехр (- a Stkc Г) (5.68)
где а = (dm -f- б)/9 <\/3 (2dm + 6) — коэффициент про-
w dp
порциональности; Stkc = г ! т — критерий Стокса,
характеризующий осаждение частиц в слое
взвешенной насадки; Г = #дин/б— симплекс геометрического
подобия (отношение высот).
Среднее расстояние между шарами 6 определяют
по уравнению:
б = йш(0,885Л/=^Г_1) (5.69)
ОСНОВНЫЕ ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОЧИСТКИ
ГАЗОВ В ФОСФОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Совершенствование существующих и разработка
новых методов очистки газов фосфорной
промышленности в СССР и других промышленно развитых
странах идет по двум основным направлениям:
1. Применение как мокрых, так и сухих способов
очистки газов, а иногда и их комбинирование.
2. Разработка малоотходной или в перспективе
безотходной технологии переработки фосфатного
сырья.
Мокрая очистка фторсодержащих газов в
основном производится щелочными и нейтральными
абсорбентами. Условия применения для этих целей содовых
растворов изучены достаточно полно. Однако
использование этих растворов для целей газоочистки не
может быть осуществлено вследствие их высокой
стоимости. С точки зрения химизма процесса, нет
принципиальных препятствий для применения
известковых, магнезиальных и других щелочных абсорбентов,
использовавшихся в последние годы в основном для
176
нейтрализации фторидов водно-шламового цикла.
Имеется положительный опыт использования
известкового молока в цикле абсорбции, но на этом пути
пока ощущаются трудности в аппаратурном
оформлении процессов.
Многие производства располагают щелочными
стоками, которые можно использовать для целей
газоочистки с незначительной подготовкой (осветление,
частичное обессоливание). Однако проведенный
объем исследовательских работ в этом направлении еще
не позволяет дать конкретные рекомендации. Следует
лишь отметить, что тенденции в использовании
суспензий природных материалов и отходов производства
по всей вероятности получат широкое развитие.
Применение воды или нейтральных солевых
растворов в качестве поглотителей связано с растущим
дефицитом воды в общем водном балансе страны, а
также со значительными материальными потоками и
энергозатратами. Их использование может быть
оправдано в отдельных небольших производствах,
исходя из технико-экономических соображений и
допустимых норм ПДК для сточных вод. При санитарной
гозоочистке воду используют, как правило, на
последних ступенях систем очистки и только на первой
стадии для одновременного охлаждения абгазов до точки
росы. По-видимому, получит широкое развитие
использование нейтральных абсорбентов в основной
технологии и частично для целей санитарной
газоочистки. В связи с этим в ближайшее время следует
ожидать расширения научно-исследовательских работ
по использованию щелочных и нейтральных неводных
абсорбентов, обладающих большой поглотительной
емкостью, селективностью к отдельным компонентам
и позволяющих строить надежные схемы регенерации
сорбентов и утилизации уловленных продуктов.
Наиболее перспективными являются сухие способы
очистки газов. Они дают возможность отказаться от
использования дефицитной воды; ликвидировать
сложное водно-шламовое хозяйство, которое сопутствует
мокрой газоочистке; избежать сброса загрязненных
сточных вод; упростить схему утилизации уловленных
продуктов; вести очистку высокотемпературных
абгазов без снижения их температуры. Например, путем
7 Зак. 1277
177

абсорбции газообразных фторидов на высокопори-
стых сорбентах, можно практически полностью
очистить газы. Однако емкость серийно выпускаемых
промышленностью сорбентов по фторидам незначительна
(0,8—1,5%),поэтому установки оказываются
громоздкими и малопроизводительными. Кроме того,
использование сорбентов для очистки запыленных газов
нецелесообразно.
Имеющийся опыт по улавливанию фтористого
водорода оксидами алюминия, кальция и магния
позволяет сделать положительный вывод о том, что хемо-
сорбционные методы очистки получат наиболее
широкое развитие. Ввиду того, что использование этих
оксидов в стационарных слоях (зернистые фильтры с
фракцией 3—5 мм) нерентабельно из-за малой
динамической емкости по фторидам (2—3%), разработка
метода, видимо, будет направлена в сторону создания
обновляющихся поверхностей сорбента (движущиеся
и взвешенные слои).
Заслуживает внимания дальнейшая разработка
метода перевода газообразных фторидов в
аэрозольное состояние с помощью газообразного аммиака с
последующим улавливанием известными методами.
При выборе сорбента одним из сложных вопросов
является селективность улавливания фтора. При
очистке высокотемпературных газов этот вопрос,
очевидно, следует решать в области оптимальных
термокинетических зависимостей для фторидов и
сопутствующих примесей.
Можно ожидать большого развития методов
очистки с использованием различных модифицированных
волокнистых и ионообменных материалов. Однако в
производствах, где газы имеют сложный состав и
содержат пылевую фракцию, необходимо преодолеть
значительные затруднения.
Несмотря на кажущуюся простоту сухих методов
очистки, работы в этом направлении только
начинаются и предстоит решить немало сложных проблем.
В силу этого, а также вследствие значительного
различия качественного и количественного составов
выбросных газов фосфорной промышленности и наличия
в них твердых примесей практическое использование
сухих методов очистки пока еще не представляется
178
возможным. Поэтому на современном этапе решение
задачи интенсификации очистки газов фосфорной
промышленности возможно при совершенствовании и
разработке новых высокоинтенсивных и эффективных
газопромывателей, в которых для очистки газов
применяют воду, суспензии известкового молока, а в
исключительных случаях — содовые растворы.
Приведенный выше анализ показывает, что
газоочистное оборудование фосфорной промышленности
включает в себя множество видов аппаратов,
обладающих порой резко отличающимися качественными
характеристиками. Такое положение, создавшееся
из-за отсутствия научно-обоснованного подхода к
проектированию и эксплуатации газоочистных устройств,
привело к увеличению числа ступеней очистки,
применению к очистке одних и тех же газопылевых
выбросов различных аппаратурно-технологических схем.
С другой стороны, низкая удельная
производительность применяемых однотипных абсорберов вызывает
увеличение их количества и габаритов, что в свою
очередь усложняет нормальную эксплуатацию
газоочистного оборудования и приводит к нерациональному
увеличению производственных площадей.
Накопленный в последние годы опыт эксплуатации
газоочистных аппаратов подотрасли позволил
выработать ряд требований, которым они должны
удовлетворять. Среди этих требований можно отметить
следующие:
простота конструкции и легкость обслуживания;
высокая степень унификации и стандартизации,
что уменьшит разнообразие применяемых
газоочистных аппаратов и тем самым улучшит условия их
изготовления, ремонта и эксплуатации;
значительная эффективность и интенсивность, что
позволит заменить многочисленные аппараты,
предназначенные для очистки одних и тех же газов всех
ниток производства, меньшим числом аппаратов и тем
самым резко снизить эксплуатационные затраты и
обслуживающий персонал;
возможность устойчивой работы с загрязненными
газами и жидкостями.
Сравнение работы известных массообменных
аппаратов (см. табл. 4.5) применительно к очистке газов
7*
179

от фтористых соединений показывает, что все они в
той или иной степени обладают недостатками.
Перспективным направлением научных исследований в
последнее время стали разработки, исследования и
внедрение в промышленность новых контактных
газоочистных устройств с развитым пенным слоем,
приспособленных к работе с загрязненными газами и
жидкостями [114, 120]: интенсифицированных пенных
аппаратов ПАСС, пенных аппаратов с подвижной
насадкой (ПАПН), в том числе аппаратов с
инерционно-турбулентной подвижной насадкой (ИТПН), с
колеблющейся насадкой (КН), с фонтанирующим слоем
орошаемой насадки (ФН) и др. Во всех этих
аппаратах создается хорошее распределение потоков газа и
жидкости по сечению и высоте колонны, допускается
применение простых разбрызгивающих устройств
низкого давления с большим выходным отверстием и не
нужны тяжелые опорные решетки.
Использование этих аппаратов позволяет решить
задачи:
снижения содержания вредных газообразных и
твердых примесей в газовых выбросах до санитарных
норм;
более полного использования побочных продуктов
в народном хозяйстве;
замены громоздкого оборудования более
компактным, простым в изготовлении и эксплуатации;
более длительной работы аппаратов без остановки
оборудования для очистки.
Выявлены оптимальные условия работы и области
применения вышеперечисленных конструкций
аппаратов.
Аппараты ПАСС и ПАПН находят широкое
применение в процессах абсорбции, десорбции и
контактного теплообмена, сопровождающихся образованием
взвесей и осадков, а также для очистки газопылевых
выбросов. |
Характерная особенность аппаратов ИТПН —
минимальный удельный расход жидкости (0,05—
0,2 л/м3) для промывки газов и возможность работы
при периодической подпитке абсорбента. Это делает
их перспективными при пылеулавливании в случае
180
необходимости получения концентрированных
растворов или густых шламов.
Аппараты ФН работают устойчиво при
6—8-кратном изменении нагрузки по газу. Конструкция
тарелок позволяет легко устанавливать их в любых
аппаратах. Поэтому они находят применение при
реконструкции полых, насадочных, тарельчатых и других
низкоэффективных и неэксплуатируемых по
различным причинам скрубберов.
В аппаратах КН при относительно малом
гидравлическом сопротивлении (400—1000 Па) на 1 м
высоты насадки достигаются высокие скорости газа
(4—6 м/с) и плотности орошения жидкости .[более
100 м3/(м2-ч)], а также высокие коэффициенты
скорости абсорбции. Они перспективны для очистки аспи-
рационных газов.
Широкому распространению газоочистителей
ПАСС и ПАПН будет способствовать разработка
стандартов на это оборудование и организация
централизованного изготовления как самих аппаратов, так
и отдельных наиболее трудоемких деталей (насадок
различной формы, решеток и др.).
В заключение отметим, что повышение
эффективности газоочистного оборудования в условиях
рассматриваемой подотрасли может быть достигнуто
путем применения новых современных методов
интенсификации массообменных процессов, таких, как
предварительная электризация аэрозолей [76, 117],
применение ультразвука [19], наложение пульсаций на
контактирующие фазы и др.

Глава 6
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ
ГАЗОПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИХ УСТАНОВОК
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
По качественному составу выбросов
технологическое оборудование, являющееся источником
загрязнения атмосферы, разделяют на четыре группы:
I группа — оборудование, имеющее условно-чистые
газовые и аспирационные выбросы в атмосферу, с
содержанием вредных веществ, не превышающим ПДК.
II группа — оборудование, имеющее дурнопахну-
щие газовые выбросы в атмосферу с содержанием
вредных веществ, не превышающим ПДК.
III группа — оборудование, имеющее газовые и
аспирационные выбросы в атмосферу с содержанием
нетоксичных веществ выше ПДК.
IV группа — оборудование, имеющее газовые и
аспирационные выбросы в атмосферу с содержанием
токсичных веществ выше ПДК.
Источники загрязнения атмосферы в фосфорной
промышленности относятся к третьей
(технологическое оборудование цехов подготовки сырья и
некоторых солевых производных фосфорной кислоты) и
четвертой (оборудование печных цехов, шлакопереработ-
ки, термической фосфорной кислоты и др.) группам.
Необходимо разделять организованные и
неорганизованные источники загрязнения атмосферы.
Организованные источники — это технологическое
оборудование, снабженное отсосами от мест выделения пыли
и газов, системой газопроводов, высотными
трубами либо газопроводами, через которые отходящие
газы выводятся за пределы производственного
помещения и выбрасываются в атмосферу. К
неорганизованным источникам относятся открытые склады
сыпучих материалов, а также технологическое оборудова-
182
ние, имеющее выбросы газов или пылей вследствие
негерметичности, либо оборудование, на котором по
производственным условиям невозможна организация
отсосов и отводящих газопроводов.
Организованные источники загрязнения
атмосферы в большинстве случаев оборудуются установками
очистки газов. Установки очистки газов могут быть
технологического или санитарного назначения. В
первом случае установка является частью
технологической схемы, предназначена для очистки газов,
используемых в процессе, и не имеет выброса в атмосферу.
Установки санитарной очистки газов служат для
обезвреживания или рассеивания газовых и
вентиляционных выбросов с целью предотвращения загрязнения
атмосферы.
Газопылеулавливающей установкой принято
считать одиночный аппарат с подводящим и отводящим
газопроводами или группу аппаратов (параллельных
и последовательных), связанных газопроводами и
ограниченных газоотсекающими устройствами на
входе и на выходе.
Изготовление корпусов аппаратов, циклонных
элементов, бункеров и других узлов
газопылеулавливающего оборудования производится в соответствии с
общими требованиями к изготовлению сварных
стальных сосудов и аппаратов по нормалям
машиностроения МН-72-62. Готовый аппарат подвергают
гидравлическим или пневматическим испытаниям. В случае
невозможности проведения таких испытаний,
допускается испытание сварных швов на герметичность
керосином по ГОСТ 3242—69. Допуски и отклонения
при изготовлении элементов газопылеулавливающего
оборудования устанавливают по 7-му классу точности
в соответствии с ГОСТ 2689—54. Узлы аппаратов,
подвергающиеся абразивному износу, должны
изготовляться из материалов, отвечающих требованиям
повышенной износоустойчивости, с указанием
заводом-изготовителем в паспорте аппарата срока
службы отдельных узлов и деталей. Защитная футеровка,
применяемая для аппаратов газопылеулавливания,
должна быть выполнена специализированными
организациями в соответствии с техническими
условиями.
183

Аппараты газопылеулавливания, работающие под
повышенным давлением, на которые
распространяются «Правила устройства и безопасности эксплуатации
сосудов, работающих под давлением» [107], должны
быть обеспечены необходимой арматурой,
контрольно-измерительными приборами и предохранительными
устройствами.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГАЗОПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩИХ
УСТАНОВОК
Для надежного эксплуатационного контроля за
работой газопылеулавливающих установок,
своевременного обнаружения отклонений от норм
технологического регламента и поддержания требуемой
эффективности очистки, при проектировании установок очистки
должно быть предусмотрено оснащение их приборами
управления, контроля и средствами автоматизации.
Кроме того, проектирование газоочистительных
установок должно производиться с учетом требований
«Правил технической эксплуатации электроустановок» [95],
а также с соблюдением строительных норм и правил.
Проектирование и устройство обводных
газопроводов для выброса отходящих газов в атмосферу без
очистки запрещается. В тех случаях, когда
межремонтный период работы газопылеулавливающей
установки меньше, чем у основного технологического
оборудования, или невозможно обеспечить гарантийную
надежность работы установки, необходимо
предусмотреть резервную газопылеулавливающую установку.
Все газопылеулавливающие аппараты должны
быть оборудованы дроссельными заслонками на
входе и выходе газа с ручным или дистанционным
приводом, которые должны иметь фланцевые соединения
для установки заглушек на время опрессовки
аппарата. Аппараты оборудуются люками размером не
менее 400 X 400 мм для осмотра и ремонта отдельных
узлов; штуцерами для установки предохранительных
клапанов, приборов измерения температуры и
скорости газов.
Пылесборные бункеры аппаратов оборудуются
люками для периодического контроля уровня заполнения
пылью и штуцерами для установки датчиков
уровнемера.
184
Сухие инерционные аппараты должны быть осна
щены следующими контрольно-измерительными
приборами: а) дифманометрами для измерения
гидравлического сопротивления аппаратов; б) термометрами
(термопарами) на входе и выходе газа; в)
манометрами для указания давления в аппарате; г)
психрометрами для контроля влажности; д) уровнемерами
(автоматическими, радиоизотопными или прямого
действия) для определения степени заполнения пыле-
сборного бункера.
Если емкость бункера достаточна для накопления
уловленного материала в течение 8 ч непрерывной
нормальной работы аппарата, установка уровнемера
не обязательна.
Аппараты мокрой очистки газов оборудуются
дополнительно сигнализатором прекращения подачи
воды (поглотительного раствора) и сигнализатором
переполнения уровня дренажного устройства.
Тканевые фильтры оборудуются дроссельными
заслонками на входе и выходе газа, люками для
осмотра и ремонта, штуцерами для установки приборов
контроля и подвода сжатого воздуха, вибрационными
устройствами для удаления пыли с внутренних стенок
бункеров. Контрольно-измерительные приборы те же,
что и для сухих инерционных аппаратов.
Рукавные фильтры должны быть снабжены
автоматической системой встряхивания рукавов.
Аппараты электрической очистки газов
оборудуются автоматическими системами встряхивания
газораспределительных решеток, коронирующих и осади-
тельных электродов.
Для установок, имеющих постоянный
обслуживающий персонал, вторичные контрольно-измерительные
приборы устанавливаются на щитах управления.
Вторичные приборы и сигнализация установок,
работающих без обслуживающего персонала, выводятся на
щиты управления технологическим оборудованием.
Газопылеулавливающие установки оборудуются
автоматической блокировкой с прекращением
поступления газов на очистку в случаях: повышения
(понижения) температуры за пределы, установленные
регламентом; повышения запыленности или
концентрации газового ингредиента; переполнения бункеров
185

сухих или гидрозатворов мокрых аппаратов;
изменения давления (разрежения). Эти средства блокировки
устанавливают на аппаратах очистки газов,
поступающих с технологического оборудования III и IV
групп, если нагрузка по газу для III группы превышает
50 тыс. м3/ч, для IV группы — независимо от объема.
Установки санитарной очистки газов, имеющие
выбросы в атмосферу свыше 10 тыс. м3/ч для III группы
и 5 тыс. м3/ч для IV группы, должны быть оснащены
приборами автоматического контроля и
газоанализаторами для определения оксида углерода и других
токсичных газовых ингредиентов.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ГАЗОВ
Для обеспечения исправного состояния
газопылеулавливающих установок необходимы их
своевременное техническое освидетельствование, ремонты и
надлежащее обслуживание. Администрация предприятия-
владельца назначает приказом по предприятию лиц,
ответственных за эксплуатацию установок очистки
газов. Ответственными должны назначаться лица со
специальным техническим образованием или
практики, хорошо знающие оборудование и правила его
обслуживания. Одновременно с назначением
ответственных лиц приказом устанавливается необходимое число
инженерно-технических работников и
обслуживающего персонала, достаточное для эксплуатации
оборудования очистки газов.
Не реже одного раза в год квалификационная
комиссия предприятия должна проводить проверку
знаний персонала, эксплуатирующего
газопылеулавливающие установки. В работе комиссии на правах ее
члена должен принимать участие инженер Инспекции
технического надзора за правильной эксплуатацией
газоочистительного оборудования.
На основе инструкции завода-изготовителя
предприятие-владелец установки разрабатывает
производственные инструкции по эксплуатации с учетом
специфических условий данного производства. В
инструкциях обязательно должны быть указаны возможные
причины аварийных ситуаций и порядок остановок
оборудования.
186
Установки санитарной очистки газов до пуска в
работу должны быть зарегистрированы в местных
органах Инспекции технического надзора за правильной
эксплуатацией газоочистительного оборудования. Во
время производства пусконаладочных работ
газопылеулавливающая установка предъявляется для
проведения первичного обследования Инспекции
технического надзора. Не допускается эксплуатация
технологических агрегатов, непосредственно связанных с
газопылеулавливающими установками, при
неисправности или неэффективной работе последних.
Обследование газопылеулавливающих установок
санитарной очистки газов II, III, IV групп источников
загрязнения атмосферы предприятие проводит
совместно с санитарным врачом один раз в три месяца.
Результаты обследования оформляются актом и
определяются меры по устранению обнаруженных недостатков.
Периодическое обследование установок санитарной
очистки газов проводится Инспекцией технического
надзора в следующие сроки: газопылеулавливающие
установки после источников загрязнения атмосферы
I группы — не реже одного раза в три года; II, III и
IV групп — не реже одного раза в год.
Администрация предприятия обеспечивает
проведение испытаний газопылеулавливающих установок
на эффективность очистки газов в следующие сроки:
для II и III групп — после каждого капитального
ремонта, но не реже одного раза в год; для IV
группы —после каждого капитального ремонта, но не реже
одного раза в шесть месяцев.
Категорически запрещается работа рукавных
фильтров при температурах выше:
240 °С— для фильтров со стеклоткаными рукавами
100°С— » » с байковыми ЧШ »
150 °С— » » с капроновыми »
140 °С— » » с лавсановыми »
130°С— » » с нитроновыми »
Производственные испытания аппаратов
газопылеулавливания. Для оценки эффективности работы
газопылеулавливающих установок измеряют
следующие параметры: а) количество газов, проходящих
187

через аппарат, отнесенное к рабочим и нормальным
условиям, м3/ч; б) химический состав газов, °/о (об.);
в) абсолютную влажность газов, при нормальных
условиях, г на 1 м3 сухого газа; г) запыленность газа
до и после аппарата, при нормальных условиях, г/м3;
д) фракционную эффективность пылеулавливания.
В программу испытаний включают также ряд
специфических для каждого типа аппаратов определений.
Электрические фильтры испытывают в
следующем порядке:
1. Определяют электрическую плотность полей
электрофильтров путем плавного (в течение 15 мин)
подъема напряжения до предельного значения,
указанного в паспорте аппарата.
2. Снимают вольт-амперные характеристики по
полям электрофильтра на воздухе и загрязненном газе
при установившемся технологическом режиме
установки. В протоколе испытаний записывают
температуру газов на входе и выходе аппарата, влажность
газа, давление или разрежение, напряжение, силу
тока на высокой и низкой стороне.
3. Проверяют работу механизмов встряхивания и
пылевых бункеров в рабочих условиях в течение 72 ч.
4. Производят опрессовку корпуса электрофильтра
на плотность путем повышения давления до 9000 Па,
если эта величина не оговорена специально в
паспорте завода-изготовителя.
Рукавные фильтры испытывают на герметичность
под давлением 9000 Па в течение 2 ч. Считается, что
фильтр выдержал испытания, если утечка воздуха не
превышает 8%. По результатам испытаний
составляют акт.
Дальнейшие испытания включают проверку:
1) работы механизмов встряхивания (в течение
24 ч);
2) работы дроссельных заслонок в автоматическом
режиме, указанном в программе включения секций на
регенерацию; в положениях заслонок «открыто» и
«закрыто» проверяют работу световой сигнализации;
3) правильности установки фильтрующих рукавов;
4) правильности установки реле времени на щите
управления в соответствии со следующими нормами:
закрытие дросселя — 5 с, обратная продувка —
188
15 с, встряхивание — 5 с, пауза после
встряхивания — 5 с.
Установки мокрой очистки газов испытывают в
два этапа:
1. Гидравлическое испытание корпуса аппарата
под давлением, указанным заводом-изготовителем в
паспорте аппарата.
2. Рабочие испытания в течение 8 ч, включающие:
регулировку форсунок и брызгальных устройств с
целью обеспечения непрерывности и равномерности
орошения; проверку исправности перепускных
клапанов и переливных устройств; обеспечение
нормального равномерного слоя пены.
Некоторые требования к системе аспирации и
удаления уловленной пыли. Созданию нормальных
гигиенических условий труда в цехах, перерабатывающих
пылящие материалы, и в первую очередь в цехах
подготовки сырья способствуют правильная организация
систем аспирации и удаления уловленной пыли.
Учитывая опыт предприятий черной и цветной
металлургии и недостатки, выявленные при эксплуатации
оборудования в фосфорной промышленности, можно
отметить следующие основные мероприятия по борьбе с
пылью [12]: 1) увлажнение руды, поступающей в
железнодорожных вагонах, дождевальными
установками; 2) надежное укрытие и герметизация пылящего
технологического оборудования; 3)
гидрообеспыливание в местах перегрузок, на грохотах, дробилках и
прочих местах интенсивного пылеобразования; 4) очистка
приточного воздуха; 5)очистка аспиранионного
воздуха перед выбросом в атмосферу; 6) периодическое
увлажнение воздуха в помещении при помощи тумано-
образователей; 7) смыв пыли со стен и просыпи
мелочи с полов; 8) внедрение коллекторных аспирационных
систем; 9) гидроудаление уловленной пыли из
пылеуловителей; 10) автоблокировка работы аспирации и
пылеулавливания с технологическим оборудованием.
Коллекторные аспирационные системы
значительно надежнее и эффективнее локальных и
централизованных. Применение локальных аспирационных
систем требует установки значительного числа
маломощных пылеуловителей и тягодутьевого
оборудования, что снижает надежность и затрудняет
189

эксплуатацию систем, а также способствует
интенсивному загрязнению прилегающей территории
продуктами выбросов. Централизованные системы имеют
протяженные горизонтальные воздухопроводы с
большим числом местных сопротивлений, создающих
благоприятные условия для осаждения пыли в системе и
нарушающих равномерность распределения потоком
между параллельно работающим оборудованием.
Коллекторные аспирационные системы свободны от
перечисленных недостатков и легче поддаются
реконструкции. Коллектор снабжен пылевыми мешками и
выполняет роль первой ступени пылеулавливателя с
эффективностью до 87% [6, 26]. При расположении
источников пылеобразования на различных отметках
здания целесообразно применять системы с
вертикальными коллекторами, выполненными в виде шахт
циклонного типа.
Санитарная очистка газов должна производиться
по двухступенчатой схеме с установкой на второй
ступени эффективного мокрого пылеуловителя.
Гидроудаление уловленной пыли рекомендуется осуществлять
при помощи скребкового конвейера, расположенного
в заполненном водой бетонированном желобе. Смыв
полов осуществляется при помощи резиновых
шлангов длиной не более 15 м и диаметром не более 37 мм.
Шланги подключают к разветвленной сети
водопровода осветленной воды. Полы в помещении должны
быть выполнены с цементной стяжкой и иметь уклон
в сторону приемных воронок, лотков, зумпфов. Из
приемных зумпфов с нулевой отметки загрязненная
пылью и просыпью вода удаляется на очистные
сооружения. Осветленная вода возвращается на
гидроуборку. Ориентировочный расход воды на гидротранспорт
и смыв просыпи, по данным [129], приведен ниже:
Расход воды, Режим
мя на 1 т пыли работы
Гидротранспорт пыли от сухих пыле- 320—480 Постоянный
уловителей
Промывка воздуха в мокрых пыле- 2400—6000 *
уловителях
Смыв и гидротранспорт пыли и 3200—4800 Периоди-
просыпи ческий
Смыв обратного хода транспортер- 800 Постоянный
ных лент
Глава 7
ОРГАНИЗАЦИЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ, РЕМОНТА
И КОНТРОЛЯ РАБОТЫ
ГАЗООЧИСТНЫХ УСТАНОВОК
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО
И РЕМОНТНОГО ПЕРСОНАЛА ГАЗООЧИСТНЫХ
УСТАНОВОК
Одним из важнейших условий надежной и
эффективной работы газоочистного оборудования является
правильная организация его эксплуатации и ремонта.
Однако до настоящего времени нет официальных
норм для определения оптимальной численности
обслуживающего персонала в зависимости от
характеристики и числа установленного оборудования.
Зачастую на предприятиях обслуживание оборудования
газоочистки поручается персоналу, обслуживающему
основное технологическое оборудование, что
неминуемо сказывается на работе газоочистного
оборудования.
В основу предлагаемой методики положена
«Временная методика определения численности
обслуживающего персонала промышленных газоочистных
установок», разработанная Государственным ПИ «Гип-
рогазоочистка». Эта методика базируется на оценке
сравнительной трудоемкости работ по обслуживанию
газоочистного оборудования и прошла практическую
проверку с 1973 г. Трудоемкость обслуживания
определяется на аппарат в целом на условную единицу
(секция рукавного фильтра, после электрофильтра,
секция батарейного циклона).
В табл. 7.1 приведено суммарное время,
необходимое для обслуживания условной единицы аппарата за
одну 8-часовую смену. Численность обслуживающего
персонала рассчитывают путем определения
суммарного времени, необходимого в течение одной смены
для обслуживания всего оборудования, входящего в
состав установки газоочистки. Время подсчитывают для
каждой группы однотипных аппаратов, отдельно для
m

Таблица 7.1
Время обслуживания условной единицы оборудования
в смену
Аппарат
Циклон одиночный
Циклон групповой (2,4,
6,8 элементов)
Секция батарейного
циклона
Полый скруббер
Скруббер с насадкой
Турбулентный промыва-
тель, аппарат с
подвижной насадкой,
пенный промыватель
Мокрый электрофильтр
(однопольный)
Сухой электрофильтр
(однопольный)
Преобразовательная
подстанция (агрегат
питания
электрофильтров)
То же электрофильтров
фосфорных печей
Электрофильтр для
очистки газов руднотер-
мических фосфорных
печей
Рукавный фильтр (одна
секция)
Дымосос
Шнек
Печи дожигания
загрязнений
каталитические
высокотем ператур-
ные
Ректификационная
колонна
Время,
человеко-
час/смена
общ
0,62
0,70
0,70
2,0
1,0
1,6
1,1
1,7
0,75
1,00
1,8
1,1
0,7
0,7
2,6
2,70
деж
0,50
0,55
0,55
1,70
0,80
1,35
0,85
0,90
0,70
0,95
1,0
0,90
0,5
0,6
2,2
2,3
рем
0,12
0,15
0,15
о.'зо
0,2
0,25
0,25
0,80
0,05
0,05
0,8
0,20
0,2
0,1
0,4
0,4

Специальность
Рабочий
>
»
»
>
>
Электрик
Рабочий
Электрик
Рабочий
Электрик
>
Электрик
Рабочий
>
>
»
>
>
»
Разряд
3/4
3/4
3/4
4/3
4/3
4/3
4
3/4
4
3/4
4-5/3
4-5/3
4
4-5/3
3/4
3/4
3
5/3
4/5
3/4
Примечание. В числителе
менателе—ремонтного.
— разряд дежурного работника, в зна-
192
посменного круглосуточного обслуживания
(дежурное время — *деж) и ремонтных работ (fpeM),
производимых преимущественно в дневную смену.
Для расчета определяют группу однотипного
оборудования (в условных единицах) и по рисунку
находят эксплуатационные К\ и ремонтные /Сг
понижающие коэффициенты /Ci = /i(n); /Сг = f2(ft)- Это
вызвано тем, что время обслуживания однотипного
оборудования сокращается по сравнению с
обслуживанием отдельных аппаратов.
Понижающий коэффициент /Сз для абсорберов и
адсорберов любых типов определяют как функцию
числа аппаратов п в установке Кз= f{n):
п 123456789 10 11 12 Более
Кз 1.00 0,96 0,90 0,81 0,71 0,63 0,56 0,50 0,44 0,40 0,36 0,34 0,34
Для всех прочих типов аппаратов (циклонов,
батарейных циклонов, групповых циклонов, рукавных
фильтров,
электрофильтров, агрегатов питания,
дымососов и т. д.)
независимо от п принимают
Кз = 0,34.
Суммарное средне-
сменное время
обслуживания группы
однотипного оборудования
определяют по формулам:
для дежурного персонала
Тдеж = ЯЛ 1Лз'деж
для ремонтного персонала
Трем — nKiKztpeit
Рисунок. Графики для
нахождения понижающих
коэффициентов Ki и /Сг-
Затем рассчитывают общее время для всех групп
оборудования:
'деж. общ — 2^1 ' Деж и 'рем. общ ~ £_, 'рем
Среднесменное количество обслуживающего
персонала определяют по формулам
Nдеж = X ГДеж/' И JVpeM = X Трем//
где / — продолжительность смены, ч.
193

Длительность рабочей недели в обычных условиях
составляет 41 ч, в производствах с сокращенным
рабочим днем — 36 ч. Длительность недельного цикла
работы оборудования — 24-7 = 168 ч.
Полный персонал для трехсменной работы
Л*3 = ЛГ-1£+ = 4,Ш
41
для четырехсменной:
Инженерно-технический персонал назначается в
зависимости от численности рабочих следующим
образом. При 15 < М < 50 предусматривается
должность мастера; при М > 50 — старшего мастера или
инженера и сменных мастеров; при М <
15—бригадира из квалифицированных рабочих. В ряде случаев
при большом числе оборудования газоочистки и
значительной территориальной разбросанности
целесообразна организация газоочистки со сменными
диспетчерами, в подчинении которых находятся дежурные
ремонтники.
Пример расчета численности обслуживающего персонала
газоочистной установки
Установка включает следующее оборудование:
Рукавные фильтры ФВК-90, 6 элементов 12 шт.
Рукавные фильтры ФР-10, 1 элемент 2 »
Электрофильтры ЖФП-7м, двухпольные 2 >
Агрегаты питания 4 >
Пенные аппараты ПГП-ЛТИ 4 »
Дымососы и вентиляторы:
Д18Х2 3 >
ВД18 4 >
Ц 4-70, Хв 3—16 44 »
Ц 9-57, Хв 5, 6 4 »
ЦП 7-40, № 8 2 >
КЦ 4-84, № 12 20 >
БК-6 11 »
Режим работы установки — по 36-часовой рабочей неделе.
Результаты расчетов приведены в табл. 7.2.
194
еч
II
СО
CJO
с*
О
*! СО
О о
s I
ш
о
II
о
g <"_
" О
СО
in
о
ю
<э
о
■* 00
<=> II
<о
■*
to
in
о
5?
о
?>£
■ се °" ..in ° ob'in ° ёТ
II <? II II <? II II «? II И <?
00
о
|>^
о .-
го -
3 <N J" О) 00, - г- о _,, g> ^ - •* "V!
S0"N «-.© " Ко ^ ^.о Т "=
о ,, || о „ || о и || о
?. II я Я
я I " я S n
I а) я « w о. еч
^•t-r
J
{
I
s
<N
t^
«
И
s
4
\o
«
Ь
8
&
e-
9
о
£
"1
О)
О)
о
00
СО
о
О) "*
о ^
' СО СО
о о
■ I s
!< -
оГ°- J,
о — ^
■*
СО
о
II
><..
in
°1
о
■* с;
СО °0.
о о
«II
о «
, - !<
8
— — ■*
-!<
" !i Ч ** ?i Ч *" « н -* <u S —
in
о
■*
СО
о
к
о
■8
iK*
в
я
е-
л
ч
S
•&
ш
Я
х
о
я
м
>.
Я
о.
е-
л
ч
S
•&
о
о.
е-
ш
ч
СП
к
х
я
я
е-
s
в
Я
е-
я
Я

free
О.
я
в
в
я
ш
Я
х
X
ш
С
Я
о.
о
К"
w
ч
S
е-
s
ш
о
S
Я
о
о
о
о
S
Я
ВТ
+
со
in
о,
о
+5
fl
-тем
I «S
-go
о.
+
oooo
+ 11
— oo
m ^
OJin
11 +
i+
1
Ш
CX
о
Ш
о
m
s
ш
S
о
Ш
о
s
я
S
S
О
a
ts
ш
S
о
о
a
в1
о
м
ш
о
о
S
В"
МЯ,
195

Для шестичасовой смены определяют среднесмеиную
численность персонала
«f 'день общ 22,85 „
"деж = g—— = —g— =» 3,8 чеЛ.
,, 'рем-общ 6,81
«рем351 g ■=—g—= U3 чел.
или с учетом подсменных рабочих
■Мдеж = 3,8 • 4,7 « 18 чел.
■Мрем = *»13 • 4,7 « 5 чел.
Ремонтный персонал выходит весь в дневную смену. По
трудоемкости обслуживания распределяем дежурный персонал
следующим образом: дежурный электрослесарь на подстанции —
1 чел.; дежурный слесарь по обслуживанию механизмов
электрофильтров — 1 чел.; дежурный аппаратчик по обслуживанию
пенных аппаратов — 1 чел. Контроль за работой дымососов,
вентиляторов и рукавных фильтров возлагается на дежурного слесаря,
что позволяет высвободить дополнительно в дневную смену трех
человек на ремонтные работы. Итого имеем: 3 дежурных в 4
смены с подсменными рабочими: 3-4,7 = 15 чел.; дневной персонал:
всего — 8 чел., в том числе электрогазосварщик — 1 чел.,
электрослесарь— 2 чел., разнорабочие на вспомогательные работы и
Таблица 7.3
Расчет численности обслуживающего персонала
Специальность
Электрик
дежурный на
подстанции
Аппаратчик иа
пениых
аппаратах
Дежурный слесарь

Газоэлектросварщик
Электрослесарь
Слесарь-ремонтник
Разнорабочий
Мастер
газоочистки
Итого

Разряд
4
4
4
5
4,5
4
3
Число
работ в
смену
Число
смен в
суткн
4
4
4
1
1
1
1
1
Число

подсменных
рабочих
1
1
1
Общее
число
работающих
5
5
5
1
2
4
1
1
24 чел.
19»
уборку помещения — 1 чел., слесарь-ремонтннк — 4 чел. Кроме
того, выделяется мастер газоочистки — техник-электрик или
электрослесарь 6-го разряда. Результаты расчетов сведены в табл. 7.3.
ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ
УСТАНОВОК ГАЗООЧИСТКИ
Контроль за работой газоочистных установок
осуществляется в соответствии с требованиями,
изложенными в главе 6. В тех случаях, когда нет
возможности производить непрерывные замеры
контролируемых параметров, ограничиваются периодическими
замерами. Эти функции возложены на пылегазовую
лабораторию. Обычно пылегазовая лаборатория
входит в состав промышленно-санитарной и состоит из
четырех групп, каждая из которых выполняет
определенный комплекс работ:
1. Пылегазовые замеры на технологических и
вентиляционных установках, позволяющие определять
производительность установок, концентрации пылевых
и газовых компонентов на входе и выходе установки
газоочистки, к. п. д. установки по различным
ингредиентам, а также осуществлять контроль
температурного и манометрического режимов, электрических
параметров электрофильтра и агрегатов питания.
2. Отборы газовых и пылевых проб на рабочих
местах в цехах и на территории промышленной
площадки. Эти замеры производят с целью определения
соответствия фактических условий труда
утвержденным санитарно-гигиеническим нормам;
3. Анализы отобранных газопылевых проб для
определения количественных и качественных выбросов:
химического состава, дисперсности аэрозолей,
физических свойств уловленной твердой фазы (насыпная
плотность, слеживаемость, смачиваемость и т. д.).
4. Учет и отчетность по работе газоочистных
установок предприятия.
Требования к отбору и анализу газопылевых проб
достаточно полно изложены в специальной литературе
[27, 41, 45, 89]. В связи с этим остановимся подробнее
на организации учета и отчетности.
Организация плановой отчетности. Отчет об
охране воздушного бассейна каждым промышленным
197

предприятием составляется по форме 2-ТП (воздух)
два раза в год. Форма состоит из четырех разделов.
Раздел I. Выполнение мероприятий
по уменьшению вредных выбросов в
атмосферу. Приведены данные по фактической
эффективности выполненных мероприятий,
выраженной в снижении выбросов в атмосферу в тоннах
загрязняющего вещества в сутки. Сопоставление
плановых и фактических показателей загрязнения
позволяет оценить правильность планирования и качество
выполнения мероприятий по защите атмосферы от
промышленных выбросов. В разделе перечислены все
запланированные мероприятия, выполняемые за счет
госбюджета, внутренних ресурсов предприятия и
средств на капитальное строительство. Эти
мероприятия могут входить в планы Госкомитета по науке и
технике (особо важные работы, как правило,
межотраслевые), Министерства, ведомства, либо
предприятия.
Раздел II. Выбросы вредных веществ
в атмосферу, их очистка и утилизация
(т/сутки). В этом разделе приведены перечень всех
выбрасываемых в атмосферу вредных веществ
предприятия и данные по общему количеству выбросов
по ингредиентам; указаны также количество
выбросов, подвергаемых очистке, и количество уловленных
и утилизированных веществ. Эти данные позволяют
судить о фактическом загрязнении атмосферы
вследствие газопылевых выбросов предприятия и об
обеспеченности предприятия очистными установками по
отдельным ингредиентам выбросов.
Раздел III. Характеристика вредных
выбросов в атмосферу и их источники.
Указаны высота источника выброса, сечение устья
выбросной трубы, объем и температура выходящих
газов, количество выбрасываемых веществ. Эти данные
позволяют производить контрольные расчеты
рассеивания всех вредных ингредиентов в атмосфере и
определять возможные очаги наибольшей
загрязненности территории в результате газопылевых выбросов.
На основе данных этого раздела разрабатываются
мероприятия по уменьшению загрязнения приземного
слоя атмосферы путем более рациональной организа-
198
ции отведения выбросов (объединение нескольких
низких выбросных труб в одну высокую, увеличение
скорости выхода газов из устья трубы и т. д.).
Раздел IV. Показатели работы
газоочистных сооружений. Раздел дает
представление о правильности выбора и эффективности
использования газоочистных установок. Приведены
следующие показатели: число источников
загрязнения, тип й число газоочистных установок и аппаратов
и их мощность (тыс. м3/ч); коэффициент полезного
использования (отношение числа часов фактической
работы к плановому, %); концентрации вредных
веществ до и после установки газоочистки. Данные
раздела позволяют оценить эффективность
установленного газоочистного оборудования. Если при соблюдении
правил эксплуатации концентрации вредных веществ
после газоочистных установок выше плановых,
следует считать, что схема очистки выбрана ошибочно
и нуждается в замене на более эффективную.
Материалы отчетности по форме 2-ТП (воздух),
наряду со своей основной задачей — выявление
фактического загрязнения атмосферы предприятиями,
позволяют определить и уровень технологических
процессов, соответствие их современным требованиям
защиты окружающей среды. В целом ряде случаев,
когда отходы производственных процессов
оказываются высокими и требуют больших капитальных и
эксплуатационных затрат на очистные сооружения,
приходится идти по пути совершенствования
технологических процессов, разработки безотходных,
экологических процессов.
Текущая информация. Составление отчетности по
форме 2-ТП (воздух) — ответственная и трудоемкая
работа, требующая переработки большого объема
материалов. Наиболее рациональным методом сбора и
переработки текущей и ретроспективной информации
является обработка всех данных при помощи ЭВМ.
Это позволяет быстро и качественно получить
запрашиваемые данные как по фактической обстановке на
текущий период (накопительные за сутки, декаду,
месяц, квартал, год), так и в сравнении с
соответствующим периодом любого предшествующего года (со
времени начала обработки информации на ЭВМ.)
199

На различных промышленных предприятиях
страны такая обработка материалов на ЭВМ проводится
по различным методикам. По мнению авторов,
наиболее удобная и полная методика принята на
Воскресенском производственном объединении «Минудоб-
рения» (разработчики В. Л. Гришин, И. В. Баранов).
По этой методике вся информация о фактическом
состоянии цехов, объектов, промышленной площадки по
данным ежедневных анализов передается на ЭВМ
(«Минск-32») и оформляется в виде ряда таблиц.
По разработанным формам составляются таблицы
для каждого цеха за текущие сутки, а также за любой
запрошенный период (месяц, квартал, год). Последние
отличаются тем, что в них не указаны места отбора
проб, где замечены нарушения. Эти таблицы
отражают сведения о состоянии воздушной среды рабочих
мест и газопылевых выбросов в атмосферу, о
выполнении объема работ по контролю загазованности и
запыленности атмосферы рабочих мест и выбросов в
атмосферу, а также позволяют сопоставить состояние
дел с защитой атмосферы за любой период, принятый
за эталонный, с запрашиваемым периодом.
Предложенные формы текущей информации могут
быть по желанию предприятия несколько расширены.
Так, могут быть включены дополнительно такие
графы, как коэффициент полезного действия (к. п. д.)
аппаратов газоочистки, количество уловленного
продукта, концентрация загрязнений на выбррсе, число
часов работы технологического оборудования.
Л ИТЕРАТУРА
1. Айзенштадт Б. М.—В кн.: Обеспыливание в металлургии.
М., Металлургия, 1971, с. 19.
2. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные
аппараты. М. —Л., Химия, 1971. 296 с.
3. Архипова Л. //., Рамм В. М. Мальцева И. М.— Журн, ВХО
им. Менделеева, 1967, т. 14, № 4, с. 415.
4. Балабеков О. С, Тарат Э. Я., Романков П. Г. и др. — ЖПХ,
1969, т. 42, № 7, с. 1540.
5. Белов В. //., Поверю В. А., Реутович Л. Н. — В кн.:
Образование и разделение аэрозольных потоков в
промышленности. Л., 1974, с. 5.
6. Белоконь С. М., Лебедько Н. В., Кормышев В, В. и др.—
В кн.: Сборник трудов ВНИПИЧерметэнергоочистка. М.,
Металлургия, 1971, вып. 14, с. 67.
7. Березин Р. В., Тарат Э. Я., Туболкин А. Ф. — Цветные
металлы, 1974, № 8, с. 81.
8. Биргер М. И., Вальдберг А. Ю., Мягков Б. И. и др.
Справочник по пыле- и золоулавливаиию/Под ред. А. А. Русанова.
М., Энергия, 1975. 296 с.
9. Богачев Г. Н., Гузь С. Ю. Производство криолита,
фтористого алюминия и фтористого натрия. М. — Л.,
Металлургия, 1940. 168 с.
10. Богусловский И. М., Рамм В. М., Магрозов В. П. — В кн.:
Сообщения о научно-технических работах. Обмен опытом. М.,
Госхимиздат, 1958, № 6—7, с. 10.
11. Богуславский И. М„ Рамм В. М. — Там же, с. 41.
12. Бодунов И. П. — В кн.: Обеспыливание в металлургии.
ВНИИОТ, М., Металлургия, 1971, с. 30.
13. Вланкштейн В. А., Большакова А. Н., Каверин В. Н. и др.—
Фосфорная пром. Л., ЛенНИИГипрохим, 1971, № 5, с. 27.
14. Вланкштейн В. А., Бродский А. А. Эксплуатация производств
термической фосфорной кислоты. Л., Химия, 1973. 76 с.
15. Большакова А. П., Осипов В. Ф., Заикина Л. И. —В кн.:
Исследования в области химической электротермии. Труды
ЛенНИИГипрохима. 1967, вып. 1, с. 8.
16. Бродский А. А., Кленицкий А. И., Клящицкая Г. С. и др- —
В кн.: Труды Всесоюзного отраслевого совещания
работников фосфорной промышленности. Л., ЛенНИИГипрохим,
1968, с. 165.
17. Бродский А. А., Постников Н. Н., Френкель М. Г. и др. —
Фосфорная пром., Л., ЛенНИИГипрохим, 1969, № 1, с. 15.
201

18. Вальдберг А. Ю., Дубинская Ф. £., Исяное Л. M. Очистка
промышленных газов в скрубберах Вентури. М., ЦНИИТЭ
нефтехим, 1972. 86 с.
19. Варламов М. Л., Зброжен Л. С, Казакова Л. М.
Применение ультразвука в химико-технологических процессах. М.,
1967. 187 с.
20. Варламов М. Л., Манакин Г. А., Кричевская Г. Л. — В кн:
Физика и химия. Труды юбилейной НТК, Одесса, 1968, с. 69.
21. Волгушева Л. М. — В кн.: Труды Всесоюзного отраслевого
совещания работников фосфорной промышленности. Л., Лен-
НИИГипрохим, 1968, с. 208.
22. Воробьев О. Г., Балабеков О. С, Каратаев А. — В кн.:
Тезисы докладов X Всесоюзной межвузовской конференции по
технологии неорганических веществ и минеральных
удобрений. Днепропетровск, 1976, с. 91.
23. Воробьев О. Г., Гордеева Л. Н., Савицкая Л. Л. — В кн.:
Сборник трудов ВНИИЦеммаш. Тольятти, 1973, вып. 16,
с. 101.
24. Воробьев О. Г., Тарат Э. Я-, Балабеков О. С. и др. — В кн.:
Физико-химические исследования в области процессов и
аппаратов в производстве фосфора и его соединений. Труды
ЛенНИИГипрохима, 1976, вып. 24, с. 134.
25. Воробьев О. Г., Тарат 9. Я., Туболкин А. Ф. и др. —
Фосфорная пром. М., НИИТЭХИМ, 1976, № 12 (32), с. 7.
{ 26ЛВоробьев О. Г., Штелле Р. С., Гальперина С. Я. и др.—
v—^В кн.: Очистка и утилизация газопылевых выбросов в
фосфорной промышленности. Л., ЛТИ им. Ленсовета — Лен-
НИИГипрохнм, 1975, с. 5.
27. Воробьев О. Г., Штелле Р. С. Методические рекомендации по
отбору газопылевых проб. Л., ЛенНИИГипрохнм, 1977. 42 с.
28. Воробьев О. Г., Штелле Р. С, Бугаев В. П. — Фосфорная
пром. Л., НИИТЭХИМ, 1974, № 2 (14) с. 21.
29. Вулих А. //., Загорская М. К., Ксензенко В. И. — ДАН
СССР, 1967, т. 175, № 5, с. 1059.
30. Габриелова М. Т., Семенова А. Н., Никиташ В. Г. — Хим.
пром., № 9, 1966, с. 703.
31. Габриелова М. Т., Субботина О. П., Томилова Н. Д. — В кн.:
Исследования по химии и технологии удобрений, пестицидов,-
, . солей. М., Наука, 1966, с. 231.
С 32. Галкин Н. П., Зайцев В. А., Серегин М. Б. Улавливание и
— переработка фторсодержащих газов. М., Атомиздат, 1975.
240 с.
33. Галкин Н. П., Крутиков А. Б. Технология фтора. М.,
Атомиздат, 1968. 188 с.
34. Гельперин Н. И., Гришко В. 3. Михайлов В. А. — ТОХТ
1972, т. 6, № 4, с. 534.
35. Гельперин Н. И., Гришко В. 3., Савченко В. И. — Хим. и
нефт. маш., 1966, № 1, с. 22.
36. Гельперин Н. //., Савченко В. И., Гришко В. 3. — ТОХТ,
1968, т. 2, № 1, с. 76.
37. Гельперин Н. И., Савченко В. //., Ксензенко В. И. — Хим.
пром., 1965, № 11, с. 832.
38. Гельперин Н. И., Тарасов В. М. — ЖПХ, 1972, т. 45, № 10
с. 70.
202
39. Гельперин Н. //., Тарасов В. М., Вальдберг А. Ю. — Хим.
пром., 1970, № 10, с. 782.
40. Гордон Г. М., Пейсахов И. Л. Пылеулавливание и очистка
газов. М., Металлургия, 1958. 292 с.
41. Гордон Г. М., Пейсахов И. Л. Контроль пылеулавливающих
установок. М., Металлургия, 1973. 384 с.
42. Григорьев В. С, Гиндис Я- П. Определение оптимальных
режимов охлаждения шлакового расплава в гидрожелобном
устройстве. Киев, НИИСП, 1969. 48 с.
43. Данченко Ф. И., Котеленец Ю. А. — В кн. Обеспыливание
в металлургии. М., Металлургия, 1971, с. 34.
44. Долохова А. Н., Кармышов В. Ф., Сидорина Л. В.
Производство и применение аммофоса. М., Химия, 1977. 240 с.
45. Единая методика сравнительных испытаний пылеуловителей.
Л., ЛИОТ, 1967. 103 с.
46 Ербанова Л. Н., Фурман А. И. — В кн.: Минеральные
удобрения и серная кислота. М., НИУИФ, 1976, с. 39.
47 Ермаков А. Н., Лукьянов В. П., Коверя В. М.
Обезвреживание отходящих газов установки переработки
фосфорных шлаков на стройматериалы. Экспресс-информация. М.,
ЦИНТИ Химнефтемаш, 1976, серия ХМ-14, № 3.
48. Ермаков В. Ф., Быков В. И., Харламова И. Н. и др. —
Фосфорная пром. М., НИИТЭХИМ, 1976, № 2 (22), с. 28.
49. Ермаков В. Ф., Харламова И. Н., Вильк Ю. Н. — В кн.:
Исследования в области химической электротермии. Труды
ЛенНИИГипрохнм, 1972, вып. 6, с. 49.
50. Ершов В. А. — В кн.: Исследования в области химической
электротермии. Труды ЛенНИИГипрохнм, 1970, с. 118.
51. Ершов В. А., Поборцев М. Э., Качанова Е. А. и др. — В кн.:
Исследования в области химической электротермии. Труды
ЛенНИИГипрохнм, 1967, вып. 1, с. 24; 1972, вып. 6, с. 53.
52. Задорский В. М., Тарат Э. Я- Интенсификация газо-жидкост-
ных процессов наложением низкочастотных пульсаций на
контактирующие фазы. — ЖПХ, 1979, т. 42.
53. Заминян А. А., Веселова Н. А. — Труды НИУИФ, 1970,
вып. 214, с. 82.
54. Исламов М. И. Печн химической промышленности. Л., Химия,
1975. 432 с.
55. Кафаров В. В. Основы массопередачн. М., Высшая школа,
1972. 494 с.
56. Квурт М. М. — В кн.: Обеспыливание в металлургии. М.,
Металлургия, 1971, с. 37.
57. Киреева М. В., Стратонова Т. В., Дмитриева Л. Г. — В кн.:
Элементарный фосфор и продукты его переработки. Труды
УНИХИМ, 1970, вып. 19, с. 11.
58. Кленицкий А. М., Бродский А. А. — Фосфорная пром. М.,
НИИТЭХИМ, 1976, № 2 (22), с. 8.
59. Ковалев О. С, Тарат Э. Я. А. с. 434969, 1971 (СССР).
60. Ковалев О. С, Фелль 3. Ф., Черемисинов Л. М. и др.—
В кн.: Современные машины и аппараты химических
производств. Материалы I всесоюзной конференции. Т. I.
Чимкент, 1977, с. 272.
61. Ковалев О. С, Тарат Э. Я- — В кн.: Вопросы
совершенствования монтажных, наладочных и проектных работ по
203

отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха.
Новосибирск, изд. НТО Стройиндустрии, 1975, с. 33. J
62. Коваль Ж. А., Жуков А. П., Перельман Я. Д. — Труды
МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1970, вып. 65, с. 94.
63. Коверя В. М„ Бугаев В. П., Додоенко В. И. и др. —
Фосфорная пром. М., НИИТЭХИМ, 1976, № 2 (22), с. 24.
64. Коптев Д. В., Валюшенич Б. И. Очистка воздуха и газов от
пыли в мокрых пылеуловителях за рубежом. Обзор. М.,
- ВЦНИИОТ ВЦСПС, 1973. 46 с.
' 65. Копылев Б. А. Технология экстракционной фосфорной кисло-
*- ты. Л., Химия, 1972. 312 с.
66. Копылов В. А., Завертяева Т. И., Андрейченко А. М. и др.
Производство двойного суперфосфата. М., Химия, 1976. 190 с.
67, Коузов П. А., Мыльников С. И. — В кн.: Научные работы
институтов охраны труда. М., Профиздат, 1971, вып. 68,
^ с. 3.
f68. Коуль А. П., Ризенфельд Ф. С. Очистка газов. М., Недра,
— 1968. 396 с.
69. Леонтьева И. А., Патрушев Д. А., Амелин Е. С. — В кн.:
Исследования в области химии и технологии неорганических
окислов и солей. М., Наука, 1965, с. 3.
70. Литвинов А. Т. — Инж. физ. ж., 1969, т. 16, № 6, с. 1052.
71. Луневич Б. Г. Подготовка сырья в производстве желтого
фосфора. Л., Химия, 1973. 79 с.
72. Любченко Т. В. — В кн.: Очистка и утилизация газопылевых
выбросов в фосфорной промышленности. Л., ЛТИ им.
Ленсовета — ЛенНИИГипрохим, 1975, с. 81.
73. Маликов В. В., Мягков Б. И., Янковский С. С. — Хим. пром.,
1970, № 5, с. 365.
74. Матрозов В. И., Рамм В. М., Юсова Г. М. — В кн.:
Сообщения о научно-технических работах. Обмен опытом. М., Гос-
химиздат, 1958, № 6—7, с. 168.
75. Мукленов И. П., Кузнецов Д. А., Авербух А. Я- и др. Общая
химическая технология. Изд. 3-е. М., Высшая школа, 1977.
600 с.
76. Мукленов И. Я., Тарат Э. Я., Крапивин Л. Е. и др. — Хим.
пром., 1968, № 5, с. 370.
77. Мурашкевич Ф. И. Некоторые вопросы теории улавливания
частиц в турбулентном промывателе. М., НИИОГАЗ, 1958.
56 с.
78. Мягков Б. //., Каменщиков И. Г., Папсуев Ю. А.
Промышленная и санитарная очистка газов. М., НИИОГАЗ, 1972,
№ 6, с. 4.
79. Назаров Е. А., Кириллов Л. Я., Ершов В. А. — Фосфорная
пром., М., НИИТЭХИМ, 1972, № Ю, с. 20.
80. Нейков О. Д., Гайдук В. Я., Котеленец Ю. А. и др. — В кн.:
Вентиляция и очистка воздуха. М., Недра, 1970, № 4, с. 85.
81. Пазылбеков М. С, Балабеков О. С, Сабырханов Д. — В кн.:
Современные машины и аппараты химических производств.
Материалы I Всесоюзной конференции. Т. 1. Чимкент, 1977,
с. 427.
82. Панова М. И., Серебрякова М. А., Патрушев Д. А. — В кн.:
Элементарный фосфор и продукты его переработки. Труды
УНИХИМ, 1970, вып. 19, с. 137.
204
83. Парфенов А. М. Основы агломерации железных руд. М., Me
таллургиздат, 1961. 356 с.
84. Парфенов А. М., Чехов О. С, Крайнев Н. И. — Пром. и сан.
очистка газов, 1977, № 4, с. 15.
85. Патрушев Д. А. — В кн.: Элементарный фосфор и продукты
его переработки. Труды УНИХИМ, 1970, вып. 19, с. 60.
86. Патрушев Д. А., Амелин Н.'С, Сачко А. П. — Там же, с. 21.
87. Патрушев Д. А., Полубоярцев А. Г., Юманова Л. В. и др. —
Фосфорная пром. Л., ЛенНИИГипрохим, № з, 1970, с. 12.
88. Пехотин Г. А., Шумаков Н. С, Воробьев О. Г. Пылегазовые
выбросы и запыленность рабочих мест агломерационных
фабрик. Л., НИИТЭХИМ, 1974. 36 с.
89. Пейсахов И. Л., Лютин Ф. Б. Атлас диаграмм н номограмм
по газопылевой технике. М., Металлургия, 1974. 116 с.
90. Позин М. Е. Технология минеральных солей. Т. 2. Л.,
Химия, 1970. 1556 с.
91. Позин М. Е., Мухленов И. П., Тарат Э. Я. Пенные
газоочистители, теплообменники и абсорберы (работа и расчет
пенных аппаратов). Л., Госхимиздат, 1959: 153 с.
92. Позин М. Е., Тумаркина Е. С, Мухленов И. П. и др. Труды
ЛТИ им. Ленсовета. Л., Госхимиздат, 1955, вып. 31. 258 с.
93. Постников Н. Н. ЖПХ, 1960, т. 33, № 1, с. 65.
94. Постников Н. Н. Термическая фосфорная кислота. М., Химия,
1970. 304 с.
95. Правила технической эксплуатации электроустановок
потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации
электроустановок потребителей. М., Энергия, 1969.
96.- Предельно допустимые концентрации вредных веществ в
воздухе и воде. Л., Химия, 1972. 376 с.
97. Пречистенский С. А. Радиоактивные выбросы в атмосферу.
М., Госатомиздат, 1961. 175 с.
98. Приходько В. Я.—Хим. пром., 1972, № 10, с. 774.
99. Продан Е. А., Продан Л. И., Ермоленко Я. Ф. Триполи-
фосфаты и их применение. Минск, Наука и техника, 1969.
576 с.
100. Рамм В. М. Абсорбция газов. М., Химия, 1969. 767 с.
101. Рамм В. М., Чагина 3. В., Ревазов Е. К. — Ъ кн.:
Исследования по химяи и технологии удобрений, пестицидов, солей. М.,
Наука, 1966, с. 225.
102. Родионов А. И., Винтер А. А. — Труды МХТИ им. Д. И.
Менделеева, 1964, вып. 47, с. 18.
103. Романовский Ю. С, Канчиц Б. М., Горчакова М. С. — В кн.:
Массообменные процессы в химической технологии. Л., 1968,
№ 3, с. 170.
104. Русанов А. А., Урбах И. И., Анастасиади А. П. Очистка
дымовых газов в промышленной энергетике. М., Энергия, 1969.
456 с.
105. Русанов А. А., Янковский С. С. Импакторы для определения
дисперсности промышленных пылей. М., ЦНИИТЭнефтехим,
1970. 50 с.
106. Самоед Б. С., Розовский Л. Д., Тиссен Г. И. — В кн.:
Химические и металлургические шлаки. Челябинск, 1968, с. 5.
107. Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору.
М., Недра, 1969.
205

108. Смирнова Н. А., Николаева И. А. — В кн.: Исследования в
области химической электротермии. Труды ЛенНИИГипро-
хим, 1972, вып. 6, с. 61.
109. Смородинникова А. В. — В кн.: Элементарный фосфор и
продукты его переработки. Труды УНИХИМ, 1970, вып. 19,
с. 40,
110. Тарат Э. Я-— В кн.: Тезисы докладов IX Всесоюзной
конференции технологии неорганических веществ. Т. 1, Пермь,
1974, с. 218.
111. Тарат Э. Я-—В кн.: Охрана воздушного бассейна от
загрязнений. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической
конференции. Ереван, 1974, с. 28.
112. Тарат Э. Я. — В кн.: Очистка вентиляционных выбросов и
защита воздушного бассейна от загрязнений. Тезнсы
докладов научно-технической конференции. Ростов-на-Дону, 1977,
с. 18.
113. Тарат Э. Я., Балабеков О. С, Балтабаев Л. Ш. — Изв.
вузов. Химия и хим. технол., 1973, т. 16, № 3, с. 466.
114. Тарат Э. Я-, Балабеков О. С, Болгов Н. П. и др.
Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жндкостя-
ми/Под ред. Э. Я- Тарата. Л., изд. ЛГУ им. А. А. Жданова,
1976. 244 с.
115. Тарат Э. Я-, Балабеков О. С, Буркат В. С. и др. — В кн.:
Материалы II Всесоюзной конференции по применению
аэрозолей в народном хозяйстве. Одесса, 1973, с. 36.
116. Тарат Э. Я., Балабеков О. С, Воробьев О. Г. и др. А. с.
582815, 1975 (СССР).
117. Тарат Э. Я., Волкинд А. И., Пушкин Ю. А. и др.
Исследование процесса мокрого пылеулавливания с предварительной
электризацией аэрозоля. Деп. в ВИНИТИ, № 396—74, деп.
1974.
118. Тарат Э. Я., Ковалев О. С. Информац. листок, 1973, № 628—
73, ЛЦНТИ. 6 с.
119. Тарат Э. Я-, Ковалев О. С, Мухленов И. П. и др. А. с.
578091, 1976 (СССР).
120. Тарат Э. Я., Мухленов И. П., Туболкин А. Ф. и др. Пенный
режим и пенные аппараты. Л., Химия, 1977. 303 с.
121. Терновская А. Н., Ревазов Е. К-, Кольцова Е. Я.— В кн.:
Исследования по химии и технологии удобрений, пестицидов,
солей. М., Наука, 1966, с. 218.
122. Ужов В. Н. Очистка промышленных газов
электрофильтрами. М., Химия, 1967. 344 с.
123. Ужов В. Н., Вальдберг А. Ю. Очистка газов мокрыми
фильтрами. М., «Химия», 1972. 248 с.
124. Ужов В. Н., Мягков Б. И. Очистка промышленных газов
фильтрами. М., Химия, 1970. 319 с.
125. Ужов В. Н., Ткаченко В. М., Миловидов Ю. С.
Промышленная и санитарная очистка газов. М., НИИОГАЗ, 1971, N° 2,
с. U
126. Фукс Н. А. Механика аэрозолей. М., Изд. АН СССР, 1955.
352 с; Успехи механики аэрозолей. Итоги науки.
Химические науки, № 5. М., Изд. АН СССР, 1961. 159 с.
127. Ходсон Р. Структура и механизмы фосфорорганических
соединений. М., Мир, 1967. 438 с.
206
128. Худолей И. П. Использование отходов суперфосфатного
производства. Киев, Наукова думка, 1958. 39 с.
129. Цвятковская Т. Н. — В кн.: Обеспыливание в металлургии.
М., Металлургия, 1971, с. 116.
130. Шварцштейн Я- В., Рамм В. М. — В кн.: Сообщения о
научно-технических работах. Обмен опытом. М., Госхимиздат,
1958, № 6—7, с. 55.
131. Электротермическая переработка фосфоритов Каратау.
Труды ЛенНИИГипрохим. Вып. 5/Под ред. В. А. Ершова. Л.,
1972. 200 с.
132. Юманова Л. В., Патрушев Д. А., Полубоярцев А. Г. и др.
А. с. 193457, 1967 (СССР).
133. Atmospheric Emissions from Thermal — Process Phosphoric
Acid Manufacture. USA, North —Carolina, 1968. 32 p.
134. Brayant H., Hellaway N., Silber A. Ind. Eng. Chem., 1968,
v. 62, № 4, p. 8.
135. Briel G. Chem. Ing. Techn., 1963, v. 35, № 8, s. 683.
136. Brink I. A. Ind. Eng. Chem., 1958, v. 50, № 4, p. 645.
137. Donglas H. R., Snider I. W. A., Tomlinson О. Н. J. Chem.
Eng. Progr., 1963, v. 59, № 12, p. 58.
138. Harris P. I., Raisirick B. Chemistry and Technology of
Fertilizers—Scottish Agric. Ind. Ltd. Edin., Scot., 1960, p. 648.
139. Mantell С Z. Electrochemical Engineering. N. Y.—Toronto —
London, 1960. 523 p.
140. Mayer G. Chem. Ing. Techn., 1960, v. 32, № з, р. 207.
141. Sherwin K. A. Trans. Inst. Chem. Eng., 1954, v. 32, № 1,
p. 129.
142. Whynes A. L. Trans. Inst. Chem. Eng., 1956, v. 34, № 12,
p. 118.
143. Zobel D., Matthes F. Chem. Techn. Leipzig, 1967, Bd. 8, № 19,
S. 491.
144. Van Soye С. С. Chem. Eng., 1959, v. 66, № 25, p. 68,

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Глава 1. Газопылевые выбросы и их очистка при
подготовке сырья к электровозгонке 5
Газопылевые выбросы при термической подготовке
сырья 5
Очистка газов после сушильных барабанов - . . . . 11
Очистка газов при высокотемпературной сушке и
обжиге фосфорита 13
Газопылевые выбросы при агломерации фосфорита . . 22
Аспирация в цехах подготовки сырья 26
Глава 2. Формирование и очистка газопылевых выбросов
при электровозгонке фосфора 30
Газовая фаза руднотермической печи 30
Пылевая фаза ... . . . . 36
Очистка печных газов в электрофильтрах 43
Аспирациониые газы печного цеха 50
Глава 3. Способы улавливания тумана фосфорной кислоты
при ее производстве термическям методом ... 69
Образование тумана кислот н методы его осаждения 69
Очистка газов турбулентными газопромывателями
(скрубберами Вентури) 77
Очистка газов электрофильтрами 82
Очистка газов волокнистыми фильтрами 88
Глава 4. формирование и очистка газопылевых выбросов
при производстве фосфатов и экстракциоииой
фосфорной кислоты 93
Очистка газов в производстве триполифосфата натрия 93
Формирование газовых выбросов при получении
фосфорных удобрений и их очистка 104
Сравнительные характеристики абсорберов фтористых
газов 125
Глава 5. Способы интенсификации работы газоочистных
аппаратов 129
Общие методы интенсификации 129
Пеиные аппараты со стабилизатором пениого слоя
(ПАСС) 132
Пенные аппараты с подвижной насадкой (ПАПН) . : 154
Основные пути интенсификации очистки газов в
фосфорной промышленности .... ... 176
г 1 а в а 6. Основные требования к проектированию и
эксплуатации газопылеулавливающих установок . . .182
Общие положения 182
Проектирование газопылеулавливающих установок . 184
Эксплуатация установок очистки газов ... . . 186
Глава 7. Организация обслуживания, ремонта и контроля
работы газоочистных установок 191
Определение численности эксплуатационного я
ремонтного персонала газоочнстных установок 191
Организация контроля работы установок газоочистки 197
Литература СО!
Эммануил Яковлевич Тарат
Олег Геннадьевич Воробьев
Ораза.ж Сатимбекович Балабеков
Владимир Иванович Быков
Олег Сергеевич Ковалев
ОЧИСТКА ГАЗОВ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ФОСФОРА
И ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ
Редактор Л. Ф. Травина
Техн. редактор Ф. Т. Черкасская
Корректор А. А. Борисенкова
Обложка художника Л. А. Я Ц е и к о
ИБ № 683
Сдано в набор 08.09.78. Подписано к печати 10.05.79. М-31032. Формат
бумаги 84X108/32. Бумага типографская № 2. Усл. печ. л. 10.92. Уч.-изд.
•J- 10,7. Гарнитура литературная. Печать высокая. Тираж 3400 экз.
Заказ № 1277. Изд. JV» 1330. Цеиа 55 коп.
кпЛ!на *3нак Почета» издательство «Химия», Ленинградское отделение
'Ш86, Ленинград, Д-186, Невский пр., 28.
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградская типография № 2
имени Ьвгении Соколовой «Союзполиграфпрома» при Государственном коми -
14R(v-oCCCP по Делам издательств, полиграфии н книжной торговли.
="**«, Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29.