ВНИИБ - Технология целлюлозно-бумажного производства. Справочные материалы. В 3-х томах. Том 1. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

112

Приготовление

растворов

SO?

бисульфитов

Таблица

4,33

Максимальные

концентрации

SO-,

воде

«растворах

Ca(HSO,)

при

температурах

ниже

О °С

Температ>ра,

°С

-1

-3

-1

-3

-5

-1

-3

-5

-1

-3

-5

-1

-3

-5

Состав

кислоты

в %

СаО

нет

1,00

2,00

3,00

4,00

80т

связанный

бисульфите

2,28

4,56

6,84

9,12

растворенный

26,60

29,20

21,27

25,40

29,67

20,24

22,04

23,64

22,17

24,36

26,46

16,33

19,51

20,84

весь

SOi

26,6

29,2

23,55

27,68

31,95

24,80

26,60

28,20

29,01

31,20

33,30

25,45

28,63

29,96

Растворимость

растворах

бисульфитов

магния, натрия

аммония практически

не

отличается

от

растворимости

растворах бисульфита кальция.

При

высоких концентрациях свободного

парциальное

давление

его над

растворами бисульфитов аммония

натрия немного ниже,

чем над

растворами бисульфитов

кальция

[9].

Производство

целлюлозы

сульфитными

способами

313

4.7.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СЕРНИСТОЙ

КИСЛОТЫ

И ЕЕ

СОЛЕЙ

7.1

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

ПРИ

РАСТВОРЕНИИ

ВОДЕ

И В

РАСТВОРАХ ЩЕЛОЧЕЙ

Приготовление

раствора

кальциевым

основанием.

При

поглощении

из

печных

газов

водой

присутствии

известняка

происходят

следующие

реакции:

+ 4

= 4

CaCOi

SO,

Ca(HSO,)

CaSO,

Ca(HSO

)

SCh

CaSO,

+ 2

2H,SO,=2Ca(HSO,)

2 SO, +

H,O

CaCO.

Ca(HS0

)

CO,

При

поглощении

предварительно

подготовленным

известковым

молоком:

СаО +

Са(ОН)

CaSO,

SO,

CaSO,

;

=Ca(HSO,)

;

2 SO,

+Ca(OH),

=Ca(HSO

;

Приготовление растворов

магниевым основанием.

Поглощение

из

печных

газов

производится

предварительно

подготовленной

суспензией

гидроксида

магния:

MgO +

Mg(OH)

(ОН),

= Mg

SO,

H^O

SCh

MgSO^

SO,

Mg(HS0

)

Приготовление растворов

аммониевым основанием.

+ SO, =

(NH

),SO,

H,0

H,SO,

(NH

)

SO,

= 2

HS0

Приготовление растворов

натриевым основанием.

поглощается

раствором

кальцинированной

соды:

+ 4

= 4

SO,

+ 2

NaHCO

SO,

+ 2

табл. 4.34

приведена

теплота

химических

реакций

при

образовании

сернистой

кислоты

и ее

солеи,

а в

табл.

4.35

теплота

образования

химических

соединений,

участвующих

приготовлении

сернистой

кислоты

ее

солей.

3!4

Приготовление водных

растворов

сернистой

кислоты

и ее

солей

Таблица

4.34

Теплота

химических реакции

при

образовании

сернистой

кис.юты

и ее

солей

Реакция

СаСО,

+ 2

Са(Н5ООз

СО

СаО

+ 2

Ca(HSOOi

Са(ОН)

+ 2 SO? =

Са(Н5О,)

MgO + 2

Mg(HSO

)

Mg(OH)

+ 2

Mg(HSOi)2

HSO^

CO,

+ 2

= 2

NaHS0

Теплота

реакции

124

306

239

224

206

105

104

кДж/моль

Таблица

4.35

Теплота

образования

химических

соединений,

участвующих

приготовлении сернистой кислоты

и ее

солей

Формула

химического

соединения

СО

СаО

Са(ОН)

СаСО^

Ca(HSO,)

MgO

Mg(OH)

Теплота

образования,

кДж/моль

286

297

394

615

636

989

1210

1822

612

1908

Формула

химического

соединения

Mg(HS0

)

NaOH

NaHSO,

NH^

(NH

)

SO,

NH4HSO,

Теплота образования,

кДж/моль

1717

416

427

1129

1094

859

367

902

765

Растворение

свободного (растворенного)

сырой кислоте повышает

ее

температуру

на 1 °С.

Рас-

творение

связанного

(в

виде бисульфита)

повышает температуру сырой кислоты

зависимости

от

применяемых

реагирующих

веществ следующим образом:

на

7,2

°С

СаО ................................................................................... на

17,7

°С

MgO .................................................................................. на

13,0

°С

Са(ОН)

............................................................................ на

13,9

°С

Mg(OH),

........................................................................... на

1,9

°С

............................................................................. на 6,3

°С

Ыа

СОт

............................................................................. на 6,7

°С

4.7.2.

ПОДГОТОВКА

АБСОРБЕНТОВ

При

приготовлении варочных растворов

кальциевым основанием

из

печных газов поглощается:

холодной водой

присутствии известкового

камня

(растворяющегося

образующейся сернистой

кислоте);

суспензией

молотого

известняка

воде;

суспензией

Са(ОН)

воде

(известковым молоком).

Производство целлюлозы сульфитными способами

315

случае

применения

магниевого основания

из

печных газов поглощается только суспензией

(ОН)

воде,

так как

кусковой

молотый углекислый

магний

(магнезит) очень медленно растворяется

сернистой кислоте.

При

использовании

качестве магниевого основания брусита последний загружается

турмы

виде кус-

ков

аналогично известняку.

При

получении растворов

аммониевым основанием

поглощается

аммиачной

водой, которая разбав-

ляется

до

нужной концентрации непосредственно

поглотительном аппарате.

Растворы

натриевым основанием получаются

при

поглощении раствором

кальцинированной

соды, при-

готовляемым перед подачей

его в

поглотительную установку.

Приготовление

холодной

воды.

Для

приготовления варочных растворов используют воду

из

артезиан-

ских

скважин

или

речную

(озерную)

воду, охлажденную (температура

до

10°С)

пароэжекторных

холо-

дильных

установках. Характеристики холодильных установок приведены

[1].

При

получении

бисульфит-

ных

растворов охлаждения воды

не

требуется.

Приготовление

магнезиального

молока.

отличии

от

СаО, превращение которой

Са(ОН)

при

гаше-

нии

водой происходит весьма легко

и с

выделением значительного количества

тепла,

оксид

магния

MgO

гид-

ратир>ется

лишь

при

нагревании

водой.

При

этом степень гидратации

MgO в

Mg(OH}>

составляет: после нагревания

MgO с

водой

при

температуре

95...

100

°С в

течение

4 ч -

72%; после нагревания

MgO с

водой

при

температуре

95...

100

°С

течение

6 ч -

83%.

Поэтому

схеме

приготовления магнезиального молока предусматривается установка аппарата

для

гид-

ратации

MgO. Аппарат снабжается мешалкой. Нагревание

п\льпы

производится острым паром.

Суспензию

Mg(OH)

концентрацией

11...12

г в

литре целесообразно очищать

центриклинерах.

Гидроксид

магния

Mg(OH)

слабо

растворим

воде:

в 1 л

воды растворяется

0.3 г

Mg(OH)

4.7

ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ

ПРИГОТОВЛЕНИЯ

РАСТВОРОВ

СЕРНИСТОЙ

КИСЛОТЫ

И ЕЕ

СОЛЕЙ

Для

приготовления сырой сульфитной кислоты

кальциевым основанием применяют башни, заполнен-

ные

известковым камнем (турмы),

суспензионные поглотительные установки,

которых

SO? из

печного

газа

поглощается суспензией молотого известняка

или

известковым молоком. Приготовление сырой кисло-

ты с

кальциевым основанием

не

применяется

на

современных сульфит-целлюлозных предприятиях, (под-

робно описано

справочнике бумажника

за

1964 год,

поэтому

настоящем издании

не

рассматривается).

Для

приготовления растворов

бисульфитов

магния,

аммония

натрия,

также моносульфита

на-

трия применяют абсорберы

инертной насадкой

аппараты

барботажного

типа.

Барботажная

поглотительная

колонна

(сист.

проф.

И. Н.

Кузьминых) [6].

Аппарат

представляет собой цилиндрическую колонну, разделенную

по

высоте

20...25

наклонными

сит-

чатыми

тарелками, изготовленными

из

кислотоупорной стали. Угол наклона

ситчатых

тарелок

3...5

°;

рас-

стояние

между тарелками

250 мм.

Диаметр отверстий

4 мм и шаг

между

ними

мм.

Корпус колонны может

быть изготовлен

из

кислотоупорной стали

или

другого материала, устойчивого

действию сернистой

кислоты.

Скорость

газа

колонне

0,8...0,9

м/сек.

Газ

вводится

в низ

колонны

и,

продвигаясь навстречу поглощаю-

щей

жидкости, барботирует через нее.

Сопротивление

одной тарелки составляет

40...50

мм

(0,39-0,49

кПа),

всей

колонны

800...1100

мм

вод.

ст

(7,8-10,8

кПа). Диаметр

колонны

0,9...1,5

м и

высота

8...9

м.

Съем кислоты

с 1

м~

сечения

колонны

составляет

1200...1500

/сутки.

Барботажная колонна

наклонными

ситчатыми

тарелками провального типа является весьма эффектив-

ным

компактным

поглотительным аппаратом.

Ее

объем

в 6 раз

меньше объема

башни

Гиллера равной

производительности.

Аппарат пригоден

для

получения

сульфитных растворов

различными основаниями.

При

получении раствора

аммониевым

или

натриевым основанием

достаточно

иметь всего

лишь

три-пять

ситчатых тарелок,

при

этом сопротивление аппарата составляет

от

120

до 250 мм

вод. ст.(

1,18-2,45

кПа).

При

приготовлении раствора

аммониевым

или

натриевым основанием концентрированную аммиачную

воду

следует

подавать

не на

самую верхнюю,

а на

вторую

или

третью

тарелку.

На

верхнюю тарелку

этом

случае подается

вода,

разбавляющая аммиачную

воду

до

нужной концентрации

предотвращающая унос

аммиака

выхлопными

газами.

316

Приготовление водных

растворов

сернистой кислоты

и ее

солей

Барботажная

поглотительная

колонна

имеет следующую техническую

характеристику:

Производительность

в м /ч:

по

кислоте

120

по

газу

10000

Число тарелок

Толщина

тарелки,

мм

Отверстия

диаметром,

мм 6

Шаг

отверстий,

мм

Диаметр

колонны,

мм

1500

Высота

колонны,

мм

около

10 140

Диаметр патрубков

для

входа

выхода газа,

мм 700

Диаметр

патрубков

для

входа

выхода жидкости,

мм

175

Расчетное разрежение,

мм

вод.

ст

2100 (206 кПа)

Вес

аппарата,

кг

около 7000

Материал сталь

Х17Н13М2Т

Расчет

абсорбера.

Заданные

величины:

процентное содержание

SO? в

газе

на

входе

абсорбер

К'

;

процентное содержание

SO2

газе

на

выходе

из

абсорбера

;

количество

8О

подаваемого

абсорбер

кг/ч;

давление

абсорбере

Р,

ата;

количество кислоты, подаваемой

на

орошение абсорбера

в час -

кг/ч;

состав

кислоты, подаваемой

на

орошение абсорбера

(в%):

К* -

содержание всего

SO?;

К*

содержа-

ние

связанного

SO2;

температура кислоты

на

входе

абсорбер

/*,>;

температура газа

на

входе

абсорбер

„.

Индексы

во

всех случаях обозначают:

газ.

ж -

жидкость,

в -

верх абсорбера,

н -

низ

абсорбера,

ср

средний,

ев

связанный

SO?.

Определяем:

Парциальное давление

SO? в

газе

на

входе

абсорбер

(4.!

100

Парциальное давление

газе

на

выходе

из

абсорбера

ЮО

(4.18)

Степень извлечения,

т. е.

количество SO2, поглощенного кислотой,

долях

от

SO2, поступившего

абсорбер,

\-Р

(4.19)

или

(4.20)

А*;

Количество SO2, поглощаемого

абсорбере

за 1 ч, в кг

Сасб

#иш!

(4.21)

Производство

целлюлозы

сульфитными

способами

317

Количество

газе

на

выходе

из

абсорбера

-G

a6c

(4.22)

Концентрацию

кислоте

на

выходе

из

абсорбера, равную исходной концентрации плюс прирост

концентрации

за

счет

SO^

поглощенного

абсорбере,

(4.23)

у*

Температуру

кислоты

на

выходе

из

абсорбера

определяем,

исходя

из

теплоты

реакций,

проходящих

абсорбере (см. табл. 4.34

4.35).

Задаваясь плотностью

орошения

м^/м"

• ч

(рекомендуемые

пределы

15-100

/(\г

• ч),

находим пло-

щадь

поперечного

сечения

абсорбера:

(4.24)

100'L

его

диаметр:

(4.25)

0,785

Объем газа (газовой смеси), поступающего

абсорбер

при О

и 760 мм рт. ст

..,

1000

(4-26)

где

2,93

масса

1 нм

в кг.

Объем рабочего газа

„,

поступающего

абсорбер

при

температуре

состоянии

насыщения

во-

дяным

паром

при

атмосферном давлении, может быть определен

по

табл.

4.26.

При

давлении

газа

Р,

отличающемся

от

атмосферного, объем рабочего сухого газа определяется

по

формуле:

'/ч

(4.27)

273 • Р

Объем влажною газа

этих

условиях

определяется

поправкой

на

объем

водяного

пара, насыщающего

газ при

температуре

„.

10.

Объем газа, выходящего

из

абсорбера

нм

/ч

(4.28)

Объем рабочего газа

на

выходе

из

абсорбера

рао

определяется аналогично объему

на

входе

абсорбер.

Температуру газа

на

выходе

из

абсорбера

достаточной точностью

можно

принимать

равной

температу-

ре

кислоты

на

входе,

т. е.

318

Приготовление водных растворов сернистой кислоты

и ее

солей

12.

Скорость

газа

на

входе

насадку (считая скруббер пустым)

г/'

рае

М/С

3600-5

13.

Скорость газа

на

выходе

из

насадки (считая скруббер пустым)

ра

(4.29)

3600

• S

-,м

/с

(4.30)

14.

Средняя

скорость

газа

(4.31)

15.

Равновесное парциальное давление

SCb

над

кислотой данного

состава

при

данной температуре

как на

входе

абсорбер

так и на

выходе

из

него

находим

по

графикам, приведенным

на

рис. 4.14; 4.15;

4.16. Равновесное давление

SO?

над

растворами сульфита

бисульфита равно нулю.

16.

Определение средней

движущей

силы

асбсорбции

Газ

* Н

Л,

Жидкость

Движущая сила абсорбции вверху

абсорбера

д р

рг _

рж

Движущая

сила абсорбции внизу

абсорбера

Н-

Средняя

движущая сила абсорбции

или

(4.32)

(4.33)

(4.34)

ДР.

д р

зависимости

от

того,

какая

величина

больше,

или А

При

—~

< 2

можно определять движу-

РН

щую

силу абсорбции

как

среднюю

арифметическую,

т. е.

(4.35)

Производство

целлюлозы

сульфитными

способами

3i9

17.

Поверхность насадки равна

(4.36)

где

А"

общ

-общий

коэффициент

абсорбции,

кг/(м~

атм

• ч).

Для

насадочных

абсорберов зависимость коэффициента абсорбции диоксида серы

от

средней скорости

газа

плотности орошения выражена графически

на

рис.

4.18

для

воды,

на

рис.

4,19

для

раствора

основания.

Скорость газа

на

рис.

4.18

4.19

соответствует

массовой скорости газа

при

концентрации

12,5%.

200

400

600

ШО

2000

4000 5000

ЮОООкг/ч-м

Рис 4

Общий коэффициент абсорбции

водой

при 21

°С

(1 атм =

9,81

-IG

Па)

Скорость газа

Рис

4.19

Общий коэффициент абсорбции

SOi

раствором

основания

(1 атм =

9,81

Па)

Влияние

температуры

на эти

коэффициенты

(в

пределах

10...30

°С)

очень мало

практического

значения

не

имеет.

Коэффициент

абсорбции диоксида серы раствором сульфита аммония зависит только

от

скорости газа

мало зависит

от

плотности орошения.

При

практических расчетах

его

можно определять

по

приближенной формуле

общ

53 со ,

кг/(м"

• ч •

атм)

(4.37)

18.

Объем

насадки

(4.38)

где/-

удельная поверхность насадки данного типа (см.

табл.

4.27).

19.

Высота насадки равна

(4.39)

Учитывая

неточность расчета, неравномерность поступления

газа

жидкости, действительную высоту

насадки

принимают

1,5..

раза большей.

20.

Сопротивление насадки (потерю давления

абсорбере)

определяют

на

основании графиков,

приве-

денных

на

рис. 4.5, 4.6, 4.7, 4.8.

При

расчете

барботажных

абсорберов

провальными решетками коэффициент абсорбции

S02

водой,

от-

несенный

к 1 м"

полки,

приближенно

может быть

принят

равным

2200

кг/(м"

• ч •

атм).

Подробный

расчет насадочного

барботажного абсорберов приведен

В. А.

Бушмелевым

[5].

320

Приготовление

водных

растворов

сернистой

кислоты

и ее

солей

Башня

давления.

Для

увеличения растворимости

бисульфите

может

быть повышено

общее

давле-

ние

газовой смеси

над

раствором.

Для

этой цели применяются башни давления.

Башни давления

имеют

следующую

характеристику:

Производительность,

м7сут

2200

Диаметр корпуса,

мм

2200

Диаметр

свету,

мм

1974

Высота полная,

мм 16 500

Высота

насадки,

мм 12

ООО

Объем

насадки (керамические кольца

100x100

мм),

м'

Патрубки

(D в

мм):

подачи кислоты

200

отвода

кислоты

250

подвода газа

400

отвода

газа

400

Масса металлических конструкций (ст.

3), т

10,8

Масса

футеровки

- два

слоя плиток

(20+50

мм)

по

подслою

из

полиизобутилена,

т 30

Масса насадки,

т 30

Масса

колосников

(дерево),

0,35

Рабочее давление,

МПа

0,15

Барботажная

колонка

тарелками

большого

свободного

сечения

(к

целлюлозно-бумажной

промыш-

ленности

адаптирована ЦНИИБом).

Аппарат

представляет собой цилиндрическую колонку, разделенную

по

высоте

8...10

ситчатыми

тарел-

ками.

Расстояние

между

тарелками

400...600

мм.

Диаметр

отверстий

7...9

мм и шаг

между ними

12 мм

(сво-

бодное сечение

30...50%).

Скорость газа

аппарате

3...5

м/с. Сопротивление тарелки

25...45

мм

вод.

ст.

(0,24...0,44

кПа).

Аппарат пригоден

для

получения

растворов

для

сульфитных

бисульфитных

варок

на

различных вароч-

ных

основаниях.

Аппараты

подвижной

шаровой

насадкой

(к

целлюлозно-бумажной

промышленности

адаптированы

ЦНИИБом).

Аппарат

представляет

собой

цилиндрическую колонку, разделенную

по

высоте 4...5 тарелками

со

сво-

бодным сечением около 50%,

на

которых имеется слой шаров

из

полипропилена, полиэтилена

или

других

материалов высотой

200...300

мм.

Скорость газа

аппарате

3...5

м/с. Сопротивление тарелки

80...100

мм

вод.

ст.

(0,78...0.98

кПа)

Аппарат

пригоден

для

получения

растворов

для

сульфитных

бисульфитных варок

на

различных вароч-

ных

основаниях.

Особенности

приготовления

бисульфитных

растворов.

Для

бисульфитной

или

модифицированной

варки

кислотном потоке обычно

готовится

бисульфитный

раствор

содержанием

SO2

4,5...5.5%

рН

4,5...5,5,

что

соответствует

бисульфиту

небольшим

количеством

сульфита.

связи

тем,

что

равновес-

ное

давление

SO2 над

бисульфитными

растворами незначительно

(от

десятых долей

до

нескольких

мм

рт.

ст.), требования

температуре печного газа

концентрации

SO?

в нем не

такие жесткие,

как при по-

лучении

сырого раствора

для

сульфитной варки.

Не

требуется охлаждение

воды,

направляемой

на

получение

раствора,

также промежуточное охлаждение

раствора.

Поглощение

при

получении

бис\льфитных

рас-

творов

протекает

лучше, поскольку

сопровождается

практически

только

хемосорбцией,

т. е.

связыванием

виде бисульфита

частично сульфита.

таких растворах сернистой кислоты

или

растворенного

SO?

нет.

Содержание

SO2 в

отходящих

газах

кислотного

потока,

как

правило,

не

превышает 0,01

...0,02%,

на

некото-

рых

предприятиях

находится

на

уровне

0,005%

ниже.

4.7.4.

ОТСТАИВАНИЕ

ФИЛЬТРАЦИЯ

КИСЛОТЫ

[1]

Отстойник

для

кислоты.

Отстойник представляет собой цилиндрический сосуд

коническим

верхним

нижним

днищами, выполненный

из

листовой углеродистой стали

футерованный

керамическими

плитками.

Кислота поступает

по

центральной

трубе

диаметром

1000

мм в

нижнюю

часть

отстойника

медленно под-

нимается

кверху

по

всему сечению. Осветленная кислота переливается

открытые лотки, находящиеся внут-

Производство целлюлозы

сульфитными

способами

321

ри

отстойника

отводящие кислоту

выходному штуцеру. Осадок спускается

канализацию через штуцер

на

нижней

горловине.

Техническая

характеристика отстойника следующая:

Диаметр корпуса,

мм

7000

Диаметр корпуса

свету,

мм

6800

Высота,

мм

9530

Объем

полный,

240

Объем рабочий,

м 140

Диаметр

патрубков,

мм:

для

поступления кислоты

250

для

выхода кислоты

200

грязевого

200

Производительность

при

скорости восходящего движения

0,7

мм/сек,

/ч

Фильтр

песочный

для

кислоты.

Фильтр песочный имеет следующую характеристику:

Производительность,

/сут

600...700

Средняя

скорость фильтрации,

м/ч 2

Площадь фильтрации,

м 14

Диаметр корпуса,

мм

4500

Высота цилиндрической части,

мм

7350

Высота

полная,

мм

8250

Толщина

футеровки,

мм 130

Высота

фильтрующего слоя,

мм

1350

Распределение

фильтрующего слоя

по

фракционному

составу

частиц (сверху вниз),

мм:

0,5...!

мм

(песок)

700

1...2

мм

(щебень)

2...4

мм

(щебень)

4...8

мм

(щебень)

JOO

8...

16 мм

(щебень)

100

16...32

мм

(щебень)

150

32...64

мм

(щебень)

175

Объем

фильтрующих материалов:

щебень (гравий),

м 9,1

песок кварцевый,

9,8

Диаметр штуцеров,

мм:

для

подачи кислоты

отвода

промывной

воды

300

для

отвода

фильтрованной кислоты

подачи промывной воды

300

Диаметр верхнего люка,

мм 800

Диаметр нижнего

люка,

мм 500

Масса

деталей

из

углеродистой стали,

кг

9200

Масса

деталей

из

стали Х17Н13М2Т,

кг 450

Масса футеровки,

кг 55 500

Контрольно-измерительные

приборы (указатели уровня нефильтрованной

фильтрованной кислоты)