автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Очистка обжиговых газов от аэрозолей в производстве серной кислоты

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1.Основные направления развития производства серной кислоты.

1.2.Основные направления оптимизации работы промывного отделения.

1.3.Очистка обжигового газа.

1.4.Аэродисперсные системы.

1.4.1. Характеристика аэрозолей.

1.4.2. Сопротивление движению аэрозольных частиц.

1.4.3. Уравнения движения аэрозольных частиц.

1.4.4. Диффузионный перенос аэрозольных частиц.

1.4.5 Конвективный перенос аэрозольных частиц.

1.4.6. Электризация аэрозольных частиц.

1.4.7. Явления испарения и конденсации в аэрозолях.

1.4.8 Коагуляция аэрозольных частиц.

1.5.Очистка газов от пыли.

1.5.1.Очистка от пыли в поле центробежных сил.

1,5.2,Очистка газов в поле электрических сил.

1.5.3.Очистка газов в скрубберах.

1.6.Брызгоуно

1.7.Распыливание жидкостей.

1.8.Расчет физико-химических свойств.

1.8.1-.Расчет физико-химических свойств газовой фазы.

1.8.2.Расчет физико-химических свойств жидкой фазы.

1.8.3.Расчет параметров газо-жидкостного равновесия.

1.9.Расчет коэффициентов массо- и теплопередачи.

1.9.1 .Расчет коэффициентов массо- и теплоотдачи в распылительных аппаратах.

1,9.2.Расчет коэффициентов массо- и теплоотдачи для насад очных аппаратов.

1.10.Удаление из обжиговых газов соединений селена, теллура и мышьяка.

Выводы.:.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ.

2.1. Математическая модель процесса очистки газа в распылительном аппарате.

2.2. Математическая модель процессов, протекающих в газоходах.

2.3. Математическая модель очистки газа в насадочном аппарате.

2.4. Математическая модель жидкостного тракта промывного отделения.

2.5. Математическая модель очистки газа в мокрых электрофильтрах.

ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

3.1. Распределение частиц пыли по размерам.

3.2. Распределение капель распыла по размерам и расчет брызгоуноса.

3.3. Равновесие над растворами серной кислоты.

3.4. Физико-химические свойства растворов серной кислоты.

3.5. Физико-химические свойства газовой фазы.

3.6. Уравнения для тепло- и массопереноса.

3.7. Уравнения для расчета процесса удаления аэрозолей при взаимодействии фаз.

3.8. Условия для образования тумана в газовой фазе.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ПО МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ И ИХ АНАЛИЗ.

4.1. Первая промывная башня.

4.2. Вторая промывная башня.

4.3. Увлажнительная башня.

4.3. Газоходы между аппаратами.

4.4. Мокрые электрофильтры.

4.5. Выделение из обжиговых газов оксидов селена и мышьяка.

ВЫВОДЫ.

В решении задач значительного подъема материального уровня жизни народа участвуют практически все отрасли промышленности. В число главных входит промышленность минеральных удобрений, одним из видов сырья для которой является серная кислота. Кроме того, серная кислота находит применение во многих других химических и нехимических производствах. Это обусловливает постоянный рост производства серной кислоты. Рост выпуска серной кислоты в основном осуществляется за счет экстенсивных факторов -строительства производств большой единичной мощности. Современные производства имеют суточную производительность 1515 т моногидрата. Учитывая высокую мощность производства и достаточно высокий расходный коэффициент по энергии, сернокислотные установки являются крупными потребителями энергии. В то же время отдельные стадии производства являются энерговыде-ляющими, что позволяет использовать часть выделяющейся энергии на покрытие расходов самого производства. В частности, стадии обжига сырья, окисления диоксида серы и абсорбции триоксида серы - энерговыделяющие, а очистки газов от пыли - энергопотребляющие.

В производстве серной кислоты из колчедана охлаждение и очистку газов осуществляют двумя способами - сухим и мокрым. Эти две системы расположены последовательно по ходу газа. Сухим способом из газа удаляют наиболее крупные частицы пыли, а мокрым - высокодисперсную пыль и содержащиеся в газе каталитические яды: соединения мышьяка, селена, теллура и фтора. При сухой очистке газа основная часть пыли удаляется в циклонах и сухих электрофильтрах, хотя достаточно большое количество пыли оседает и в котле-утилизаторе. Дополнительная тонкая очистка газа осуществляется в распылительных и насадочных аппаратах и в мокрых электрофильтрах. Ввиду того, что газ, выходящий из сухих электрофильтров, имеет высокую температуру, некоторое количество триоксида серы и избыточное количество паров воды, при его резком охлаждении в распылительном аппарате возможно образование тумана серной кислоты. Кислота может образовываться как по гомогенному, так и по гетерогенному механизмам. Образующийся высокодисперсный туман может быть уловлен только в мокрых электрофильтрах. Одной из причин образования тумана может служить брызгоунос мелкой фракции из распыла форсунок. Хотя для распыления кислоты чаще всего применяют щелевые брызгалки, дающие достаточно крупные капли, в получающемся распыле содержится до 1,5 % капель микронных размеров.

Проблема очистки обжиговых газов сернокислотных производств в настоящее время решена достаточно полно с технологической точки зрения, но с точки зрения теоретической - проработана большей частью на качественном уровне и чисто эмпирическим путем.

Цель настоящей работы - разработка математической модели процесса мокрой очистки газов в промывном отделении сернокислотного производства, которая отражала бы основные стороны процессов очистки в аппаратах различного типа и позволяла рассчитывать выходные характеристики процесса очистки в зависимости от начальных условий проведения процесса. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- оценкой имеющейся в литературе информации о работе различных аппаратов промывного отделения сернокислотного производства;

- оценкой имеющихся в литературе зависимостей, описывающих процессы тепло- и массопереноса и пылеочистки в аппаратах различного типа;

- анализом имеющихся в литературе зависимостей по расчету физико-химических свойств газов и жидкостей;

- проверкой и коррекцией имеющихся в литературе зависимостей и данных по равновесию над растворами и в газовой фазе;

- составлением математических моделей всех аппаратов промывного отделения, расчетами по этим моделям и сопоставлением этих расчетов с опубликованными характеристиками процесса очистки; 6 обоснованным выбором режимов очистки обжиговых газов в соответствие с изменяющимися внешними условиями функционирования технологической схемы; тестированием эффективности работы промывного отделения и полноты выделения селеновых и других шламов.

7. Результаты работы переданы АО ТИПРОХИМ" для использования в проектных проработках при модернизации действующих и вновь проектируемых производств.

1. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. М.: Химия, 1971, 495 с.

2. Kovalevski Z. //Przem. Chem. 1980, v.5, N.5, р. 389-390.

3. Резницкий И.Г. //Цветные металлы., 1978, № 3, С. 21-22.

4. Балашов A.A., Васильев Б.Т., Козлов В.П. и др. //Труды НИУИФ, 1975, вып. 225, С.69 80.

5. Васильев Б.Т., Борисов В.Н., Терентьев Д.Ф., Львова И.С. //Хим. пром-сть, 1974, № 4, С.276 280.

6. Воротников А.Г., Васильев Б.Т., Борисов А.И. и др. //Труды НИУИФ, 1975, вып. 225, С. 135 142.

7. Солодянкина Н.Л., Борисов В.М., Скоробогатов В.А. и др. //Хим. пром-сть, 1981, № 3, С. 27 -29.

8. Амелин А.Г. //Труды НИУИФ, 1971, вып. 218, С.62 71.

9. Раздорских Л.М., Епифанов В.Ф., Хувес ЯЗ. и др. // Труды НИУИФ, 1975, вып. 225, С. 27 29.Ю.Васильев Б.Т., Отвагина М.И. Технология серной кислоты. М.: Химия, 1985, 385 с.11 .Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию. М.: Мир, 1987, 278 с.

10. Raable O.G. //J. Aerosol. Sei., 1971, v.2, р. 289.

11. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами. М.: Химия, 1972, 247 cv

12. Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массо и теплообмен в колонных аппаратах. Л.: Химия, 1988, 336 с.

13. Таубман Е.И. и др. Контактные теплообменники. М.: Химия, 1988, 256 с.

14. Рамм В.Н. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976, 656 с.

15. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Подготовка промышленных газов к очистке. М.: Химия, 1975,216 с.

16. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара. М.: Химия, 1972, 304 с.

17. Справочник по теплообменникам. /Под ред. Петухова и В.К. Шилова. М.: Энергоатомиздат, 1987, 560 с.

18. Courteney W.G. /Я. Chem. Phys., 1962, v. 36, р. 2018.21 .Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Изд. АН СССР, 1945, т. 111.

19. Сутугин А.Г. //Успехи химии, 1966, С. 38.

20. Фукс H.A., Сутугин А.Г. Высокодисперсные аэрозоли. ВИНИТИ, 1969.

21. Охрана окружающей среды. /Под ред. С.В. Белова , М.: Высшая школа, 1991,319 с.

22. Абсорбция и пылеулавливание в производстве минеральных удобрений. /Под ред. И.П. Мухленова и О.С. Ковалева., М.: Химия, 1987, 206 с.

23. Brandt О., Freund Н„ Hiedeman Е. // Kolloid. Z., 1936, Bd.77, №1, p. 103-115.

24. Дерягин Б.В., Баканов С.П. //ДАН СССР, 1957, т.17, №6, С.959.

25. Фукс H.A. Механика аэрозолей. Изд. АН СССР, 1955.

26. Справочник сернокислотчика./Под ред. К.М.Малина. Изд. 2-е, перераб. и доп., М.: Химия, 1971, 744 с.

27. Алиев Г.М.А., Гоник А.Е. Электрооборудование и режимы питания электрофильтров. М.: Энергия, 1971, 264 с.

28. Мик Дж., Крегс Дж. Электрический пробой в газах. М.: Изд. иностранной литературы, 1960,120 с.

29. Мирзабекян Г.Э. Зарядка аэрозолей в поле коронного разряда. /Сб. "Сильные электрические поля в технологических процессах". М.: Энергия, 1968,

30. Clark C.J., DombrowskiN. //J. Aerosol Sei., 1972, v.3, s. 173-183.

31. Stairmand C. //Trans. Inst. Chem. Eng., 1950, v.28, p. 130.

32. Янг П. /В сб. Очистка газов в металлургии : М.: Металлургия, 1968, С. 10.

33. Calvert S. Source Control by Liquid Shrubbing. In: Air Pollution, v.3. Ed. by A.C. Stern. Nyw York, Academic Press, 1968, p.457-496.

34. Костин B.M., Шабалин K.H. //Хим. пром-сть, 1966, № 3, С. 204.

35. Фурман А.И., Рамм В.М. Исследование брызгоуноса из насадочных колонн при струйном орошении. //Тр. НИУИФ, 1970, в.214, С.60-67.

36. Дитякин Ю.Ф. и др. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977, 208 с.

37. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей. М.: Химия, 1984,

38. Геллер З.И., Скобелицын А.Ю. //Изв. вузов "Нефть и газ", Баку, 1963, №8, С.77-82.

39. Лышевский A.C. Закономерности дробления жидкости механическими форсунками. Изд. Новочеркасского политехи, ин-та., 1961, 186 с.

40. Лышевский A.C. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1971, 100 с.

41. Dombrovski N., Hooper P.A. //Chem. Emg. Sei., 1962, v.17, p.291-305.

42. Головачевский Ю.А. Оросители и форсунки скрубберов в химической промышленности. М.: Машиностроение, 1974, 271 с.

43. Hinze J., Milborn Н. //J. of Aerosol. Sei., 1950, v.17, №2, p.145-153.

44. Вальдберг А.Ю. Обобщенная оценка дисперсности распыла гидравлических форсунок. //ТОХТ, 1989, т.23, №5, С.689.

45. Форсунки, рекомендуемые для применения в аппаратах и системах гидроочистки.: Атлас. М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1987.126

46. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982, 592 с.

47. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982, 696 с.

48. Михайлов Г.В. и др. Анализ процесса неизотермической абсорбции серного ангидрита на основе математической модели.//Хим. пром-сть, 1986, №9, С. 554557.

49. Михайлов Г.В. и др. Расчет газожидкостного равновесия в системе SO3-Н20.//Хим. пром-сть, 1987, №5, С.289-291.

50. Haase R., Brogman H.-W. Prezionsmessungen zum Ermittlung von Sauretaupunkten. //Mitteilungen der VGB, 1959, Bd.2, p.47.

51. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир, 1971, 536 с.

52. Кудряшов Л.И. //Хим. пром-сть, 1949, № 2, С. 15.

53. Алексеев Г.Ф., Оленев В.А. //Сталь, 1967, № 4, С. 380 382.

54. Гордон Г.М., Пейсхалов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов. М.: Металлургия, 1968, 499 с.

55. Кудрявцев A.A. Химия и технология селена и теллура. М.: Высшая школа, 1961,286 с.

56. БенгалдК. Химия селена, теллура и полония. М.: Атомиздат, 1971, 216 с.

57. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия, 1973, 650 с.

58. Резницкий И.Г., Добросельская Н.П. Производство серной кислоты из отходящих газов. М.: Металлургия, 1983, 136 с.