Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства

Склад жидком двуокиси серы. Жидкая двуокись серы поступает на склад в железнодорожных цистернах и передавливается в танки сжатым воздухом (давление 8–12 кг/см²). Обычно устанавливаются три танка: приемный, расходный и резервный. Из танков SO₂ сухим сжатым воздухом передавливается в испаритель (змеевиковый подогреватель), где испаряется за счет тепла горячей воды. Подогрев воды до 50° ведется острым паром (с температурой 142,9° и давлением 3 ат), подаваемым в испаритель. Газообразная SO₂ после испарителя направляется в производство.

ТЕОРИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФИТНОЙ КИСЛОТЫ

Сжигание серусодержащего сырья

Сжигание серы и состав газовой смеси

При горении серы происходит следующая основная реакция

S + O₂ = SO₂ + 70 900 кал.

Так как молекулярный вес серы и кислорода одинаков (32), то на 1 кг серы расходуется 1 кг кислорода и образуется 2 кг SO₂.

При сгорании 32 г серы выделяется 70 900 кал, следовательно, при сгорании 1 кг серы выделится тепла

(70 900 1000) / 32 = 2 210 000 кал.

Содержание кислорода в воздухе по объему составляет 21 %, остальные 79 % занимает азот; в случае полного расходования кислорода воздуха на горение максимальное содержание SO₂ в газовом смеси составит 21 %. Однако сжигание серы практически происходит с некоторым избытком воздуха, поэтому концентрация SO₂ меньше теоретически возможной и составляет 12–15 % (в печах новейшей конструкции до 18 %). Содержание SO₂ можно приблизить к теоретически возможному, сжигая серу в чистом кислороде.

Коэффициент избытка воздуха α по по отношению к теоретически необходимому можно вычислить по формуле

α = 21 / %SO₂ в газовой смеси.

Для вращающихся печей он составляет 1,25–1,5; для стационарных 1,1–1,2.

Объем воздуха, необходимый для горения 1 т серы, можно подсчитать по формуле

V = 70 °C_s / C_SO2

где: V — объем воздуха при нормальных условиях (при 0 °C и 760 мм рт. ст.), м³;

C_s — содержание выгорающей серы в сырье, %;

C_SO2 — содержание SO₂ в обжиговом газе, объемных %;

Объем газовой смеси, образующейся при сжигании 1 кг серы, можно подсчитать следующим образом.

Объем 1 кг SO₂ при 0° и 760 мм рт. ст. составляет 0,35 м³, следовательно, при сжигании 1 кг серы образуется около 0,7 м³ SO₂. Если содержание SO₂ в газовой смеси C_SO2, %, то объем всей газовой смеси составит

V_{0°; 760 мм} = (0,70 / C_SO2) 100 = 70 / C_SO2 м³.

При крепости газа 14 % SO₂ объем газовой смеси при сгорании 1 кг серы составит

V_{0°; 760 мм} = 70 / 14 = 5 м³.

Состав газовой смеси: 14 % SO₂; 79 % N₂; (21–14)=7 % O₂ или в объемном выражении:

SO₂ = 5 x 0,14 = 0,70 м³,

N₂ = 5 x 0,79 = 3,95 м³,

O₂ = 5 x 0,07 = 0,35 м³.

В весовом выражении 1 м³ SO₂ весит: 2,85 кг; 1 м³ N₂ — 1,257 кг; O₂ — 1,43 кг. Состав газовой смеси равен:

SO₂ = 0,70 x 2,85 = 2 кг, или 26,8 %;

N₂ = 3,95 x 1,257 = 4,96 кг, или 66,5 %;

O₂ = 0,35 x 1,43 = 0,50 кг, или 6,7 %;

Итого: 7,46 кг, или 100 %.

Для сжигания 1 кг серы при данных условиях потребуется 5 м³ воздуха или 5,0 x 1,293 = 6,46 кг (1 м³ воздуха при 0° и 760 мм рт. ст. весит 1,293 кг), т. е. вес полученной газовой смеси на 1 кг больше затраченного воздуха, так как к весу воздуха присоединяется 1 кг сгоревшей серы.

Объем полученного газа при сжигании 1 т серного сырья определяется по формуле

V_H = (100 °C_s x 22,4 x 100) / 100 x 32 C_SO2 = 70 °C_s / C_SO2 м³,

V_H — объем газа при 0° и 760 мм рт. ст., полученный при сжигании 1 т сырья, м³;

C_s — содержание выгорающей серы в сырье, %;

C_SO2 = содержание SO₂ в газе, объемных %.

Для определения объема газа при условиях, отличающиеся от нормальных, необходимо его объем пересчитать по формуле

V_раб = (V_H x (273 — t)) / 273p м³,

V_раб — объем газа при заданной температуре t и заданном давлении p, мм рт. ст.;

V_H — объем газа при нормальных условиях (t=0° и p=760 мм рт. ст.). Количество газа, образующегося при сжигании 1 кг серы, показано в табл. 1.

Таблица 1

Объем газовой смеси, образующейся при сжигании 1 кг серы, в зависимости от концентрации SO₂ и температуры

Сжигание колчедана и состав газовой смеси

Основная реакция горения колчедана следующая

4FeS₂ + 11O₂ = Fe₂O₃ + 8SO₂ + 815 200

Кроме того, происходит ряд побочных реакций с образованием Fe₃O; и FeO.

Вычисление объема обжигового газа на 1 т колчедана производится по тем же формулам, что и при сжигании серы.