Пособие кислотчику сульфитно-целлюлозного производства - [4]

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 SO >2 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.

При сжигании серусодержащего сырья наряду с SO₂ образуется и SO₃. Образование SO₃ в газе ведет к потерям серы (до 3–5 %), затруднениям при получении кислоты и осложнениям в процессе варки. Образованию серного газа способствует недостаточно высокая температура обжига (700–250°), каталитическое действие некоторых металлов и избыточное количество воздуха, подаваемого в печь.

Для снижения содержания SO₃ в газах на стадий обжига серусодержащего сырья необходимо, чтобы избыток воздуха составлял 25–30 % от теоретически необходимого для горения, а температура горения 800–900°, при которой содержание SO₃ не превышает 0,4–0,6 %.

Объем воздуха, необходимый для сжигания 1 т колчедана, можно определить по формуле

где:

V — объем воздуха, м ³ (при 0° и 760 мм рт. ст.);

C_SO2 — содержание SO₂ в обжиговом газе, объемных %;

C_S — содержание выгорающей серы в сырье, %.

Коэффициент избытка воздуха, т. е. отношение количества фактически затраченного воздуха к теоретически потребному, определяется по формуле

где:

n — содержание кислорода в воздухе, объемных %;

m — отношение числа молекул кислорода, вступающих в реакцию, к числу молекул образующегося SO₂ (при сжигании колчедана в среде воздуха m = 1,375);

C_SO2 — содержание SO₂ в обжиговом газе, объемных %. Для случая обжига колчедана в воздухе

Теоретически концентрация SO₂ в обжиговом газе при обжиге колчедана в воздухе (при а=1) составляет 16,2 объемных %.

Но опытным данным, наименьший коэффициент избытка воздуха при обжиге колчедана можно принять для флотационного колчедана равным 1,2, для рядового 1,4.

Очистка и охлаждение газа

Несмотря на то, что характер и количество загрязнений, а также температура печного газа зависят от вида и качества серусодержащего сырья и способа его сжигания, принципы охлаждения и очистки газа являются общими для различных условий. Основные требования к очистке газа заключаются в том, чтобы не допустить попадания в башенную кислоту примесей, вредно влияющих на качество целлюлозы. К таким примесям относятся серный ангидрид SO₃, селен, мышьяк, пыль, огарок и др.

Для обеспечения нормальных условий поглощения печной газ охлаждают до температуры 30–35°. Рассмотрим характер основных загрязнений.

SO₃ образуется уже в момент сжигания серусодержащего сырья за счет избытка кислорода воздуха. Кроме того, часть сернистого ангидрида под воздействием катализаторов — окислов железа, мышьяка и селена, которые присутствуют в газе, переходит в серный ангидрид. На образование SO₃ влияет также время воздействия критической температуры в печи и по тракту очистки и охлаждения газа (рис. 5).

При обжиге колчедана от 5 до 15 % SO₂ окисляется в серный ангидрид.

Рис. 5. Зависимость перехода SO₂ в SO₃.

1–19,5 % SO₂; 2–16,5 % SO₂; 3–14,0 % SO₃; 4–10,5 % SO₃.

При работе на кальциевом оснований SO₃ способствует образованию гипса CaSO₄ который засоряет аппараты приготовления кислоты.

Селен содержатся в печных газах в виде SeO