КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ ПРОИЗВОДСТВА НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ПОД ВАКУУМОМ

Девятая Российская студенческая научно-техническая
конференция “Вакуумная техника и технология”
УДК 621.52
КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ОТРАБОТАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
ПРОИЗВОДСТВА НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ПОД ВАКУУМОМ
Р.Р. Миронов, Р.А. Халитов
КНИТУ, г. Казань, ул. К. Маркса, 68
e-mail: [email protected]
В производстве нитратов целлюлозы образуются отработанные кислотные
смеси, состоящие из азотной, серной кислот и воды. С целью повторного
использования их подвергают регенерации. Процесс регенерации отработанных
кислот проводят в колоннах денитрации нагреванием смеси кислот острым
водяным паром. В результате в дистилляте получают 98% азотную кислоту, а в
кубовом остатке слабую (68-70%) серную кислоту. Отходящие нитрозные газы
направляются на стадию абсорбции. Слабая серная кислота подвергается
концентрированию методом выпаривания воды с получением продукционной 92%
серной кислоты.
В настоящее время на заводах производства нитратов целлюлозы
концентрирование отработанной серной кислоты осуществляют в вихревой
ферросилидовой
колонне.
Малоотходная
технология
концентрирования
отработанной серной кислоты в вихревой ферросилидовой колонне состоит из
смесительного воздухонагревателя, вихревой ферросилидовой колонны,
брызгоуловителя и холодильника серной кислоты с фторопластовыми
охлаждающими элементами [1]. Первая поду газового потока ступень вихревой
колонны выполнена футерованной кислотоупорными материалами, вторая и
последующие по ходу газа ступени изготовлены из высококремнистого чугуна
ферросилида марки ЧС-15. Производительность вихревой колонны по получаемой
92% серной кислоте составляет 80 т/сут. Содержание диоксида серы и серной
кислоты в отходящих газах после брызгоуловителя составляет 0,1 – 0,2 г/м3.
Процесс концентрирования серной кислоты в вихревой колонне проводится под
избыточным давлением 0,12 кПа. Серная кислота нагревается горячими топочными
газами до 2300С. Скорость газожидкостного потока в колонне составляет 10-20
м/с. Высокие скорости газожидкостного потока и высокие температуры нагрева
серной кислоты приводят к ускорению эрозии природных кислотоупорных
материалов первой по ходу газового потока ступени вихревой колонны. Срок
непрерывной эксплуатации первой ступени вихревой колонны составляет два года.
Известно, что концентрирование отработанной серной кислоты под
вакуумом позволяет проводить процесс при низких температурах. При остаточном
давлении 1,33 кПа 92% серная кислота кипит при температуре около 1500С, а 95%
- при температуре около 170°С [2]. Благодаря применению значительного
разрежения удается концентрировать отработанную серную кислоту при довольно
низких температурах, что предотвращает ее разложение. При этом снижаются
энергозатраты, предотвращаются выбросы кислых газов в атмосферу.
За рубежом процесс концентрирования отработанной серной кислоты
проводят под вакуумом. Технологии концентрирования серной кислоты под
вакуумом разработаны и предлагаются для внедрения фирмами BOWASLNDUPLAN CHEMIE, PlINKE (Австрия), RAUMA (Финляндия).
Казанский национальный исследовательский технологический университет 8-11 апреля 2019г.
140
Девятая Российская студенческая научно-техническая
конференция “Вакуумная техника и технология”
Концентрирование серной кислоты под вакуумом по технологии фирмы
PlINKE состоит из двух стадий. На первой стадии получают 85% серную кислоту
при вакууме ~ 80 мбар. Часть полученной кислоты направляют в колонну
денитрации в качестве экстрагирующего агента, а остаток подается на вторую
стадию концентрирования. Во второй стадии концентрирования получают 96%
серную кислоту при вакууме ~ 80 мбар. Пары из этой стадии содержат до 40%
серной кислоты. Поэтому проводится дополнительная глубокая очистка отходящих
газов от паров и тумана серной кислоты.
В РФ нет разработанной отечественной технологии концентрирования
отработанной серной кислоты под вакуумом. Импорт зарубежных технологий
задерживается ввиду их высокой стоимости. В этой связи разработка
отечественной технологии концентрирования серной кислоты под вакуумом
является актуальной задачей. Нами предлагается технология концентрирования
серной кислоты в совмещенном режиме: до концентрации 85% H2SO4 в
существующих на заводах отрасли вихревых колоннах, а с 85 до 96% H2SO4 на
вновь разрабатываемых установках под вакуумом.
При концентрировании до 85% серную кислоту в вихревой колонне надо
будет нагревать лишь до 1800С. При этом увеличится срок непрерывной
эксплуатации существующих вихревых колонн вследствие уменьшения
термической нагрузки на первую ступень колонны. Также появится возможность
изготовления вихревой колонны из коррозионностойкой стали ZeCor-310M,
устойчивой в серной кислоте до 2200С.
Стадия концентрирования серной кислоты под вакуумом с с 85 до 96%
состоит из насоса для подачи серной кислоты на установку вакуумного
концентрирования, теплообменника-нагревателя серной кислоты, выпарного
аппарата, насоса для циркуляции кислоты, водокольцевого вакуумного насоса,
теплообменника для охлаждения рабочей жидкости вакуумного насоса,
теплообменника для конденсации водяных паров, теплообменника для охлаждения
92% серной кислоты, промывочная колонна для абсорбции паров после вакуумной
ступени. В качестве конструкционного материала для изготовления оборудования
используется тантал, сталь ZeCor-310M, боросиликатное стекло. В качестве
теплоносителя для нагрева серной кислоты используется термомасло, для
конденсации паров воды – охлаждающая вода.
Отработка опытно-промышленной установки концентрирования серной
кислоты под вакуумом на заводах отрасли позволит в дальнейшем создать
отечественную двухступенчатую установку концентрирования под вакуумом.
Литература
1. Халитов Р.А. Технология регенерации отработанных кислот в вихревых
аппаратах:монография / Р.А.Халитов, А.Ф.Махоткин; М-во образ. и науки России,
Казан.нац.исслед.технол.ун-т. –Казань: Изд-во КНИТУ,2015.-384 с.
2. Справочник сернокислотчика. - М.: Химия, 1971. - 744с.
Казанский национальный исследовательский технологический университет 8-11 апреля 2019г.
141