Ахременко А.В., Гребенюк А.Ф.
Донецкий национальный технический университет
Набольшинстве коксохимических заводов Украины и стран СНГ применяетсясатураторный метод производства сульфата аммония из аммиака коксового газа.Особенность этого метода состоит в том, что процессы абсорбции аммиака иобразования кристаллов сульфата аммония осуществляется в одном аппарате –сатураторе. При барботаже газа через насыщенный раствор сульфата аммония, содержащий4-6% свободной серной кислоты, аммиак поглощается с образованием сульфата аммония,в результате чего его концентрация становится выше равновесной (пересыщенноесостояние раствора) и происходит образование кристаллов.
Такимобразом, для получения кристаллического продукта по этому методу не требуетсяохлаждение раствора, как это имеет место при изогидрической кристаллизации, илиупаривание его, как при изотермической кристаллизации. Поэтому затраты энергиии тепла на производство единицы продукции по сатураторному методу являютсянаименьшими, что является важным преимуществом этого процесса.
Вто же время, сатураторный метод имеет ряд существенных недостатков, основнымииз которых являются:
·Периодическое нарушение режима работы сатуратора из-за необходимостиежесуточных промывок с целью удаления солевых отложений. При этом процесс кристаллизациисульфата аммония становится периодическим, что затрудняет автоматизацию работысатуратора и получение качественного продукта. · Образование множества центровкристаллизации из-за резкого охлаждения пересыщенного раствора на стенкахсатуратора и в циркуляционных трубопроводах, что обусловливает получениемелкокристаллического продукта.
·Повышенная кислотность раствора в сатураторе также препятствует ростукристаллов и требует промывки сульфата аммония водой в центрифуге, что приводитк обводнению системы.
·Вода, поступающая в систему, может быть удалена только путем испарения всатураторе, что требует подвода дополнительного тепла в сатуратор и приводит кувеличению тепловой нагрузки конечного газового холодильника и количествасточных вод.
НаАвдеевском коксохимическом заводе освоена бессатураторная схема получениясульфата аммония, по которой улавливание аммиака производится в форсуночныхскрубберах ненасыщенным раствором сульфата аммония, содержащим 1-2% сернойкислоты в первой ступени и 10-12% во второй ступени, предназначенной дляулавливания пиридиновых оснований и доулавливания аммиака.
Недостаткамитакой схемы являются:
·Более высокие потери аммиака с обратным газом.
·Менее надежная работа установки из-за отказов насосов, подающих раствор вскрубберы.
·Высокое содержание мелких фракций в сульфате аммония из-за несовершенстваконструкции вакуум-кристаллизаторов.
·Необходимость создания глубокого вакуума в испарителях во избежание интенсивнойкоррозии при кислотности раствора 1, 5-2%, что требует большего расхода парадавлением 10-12 атм.
Дляполучения крупнокристаллического сульфата аммония в химической промышленностиосвоены кристаллизаторы, в которых упаривание нейтрального или слабокислогораствора производится при атмосферном давлении, а рост кристаллов происходит вовзвешенном состоянии в расширяющемся кверху потоке слабопересыщеного раствора, поступающегоиз испарителя.
Длякоксохимической промышленности ВУХИНом разработан такой кристаллизаторпроизводительностью по соли 3-4 т/ч и схема двухкорпусной кристаллизационнойустановки. При концентрации свободной серной кислоты менее 0, 2 г/л можно вестипроцесс выпарки в первом корпусе при атмосферном давлении, а образующийсявторичный пар использовать в качестве греющего во втором корпусе, работающемпод вакуумом. При этом расход пара на получение сульфата аммония снижаетсяпримерно в 2 раза по сравнению с вакуум-кристаллизатором бессатураторнойустановки.
Нарисунке представлена предлагаемая нами схема сульфатной установки с абсорбциейаммиака в сатураторе ненасыщенным раствором сульфата аммония и кристаллизациейсоли в восходящем расширяющемся потоке пересыщенного раствора.
/>
Рис.1Схема кристаллизационной установки для сульфата аммония
1-центрифуга;2–испаритель; 3-кристаллизатор; 4-подогреватель; 5–сборник
Дляопределения оптимального режима работы такой установки нами выполнены расчетыматериального и теплового балансов сатуратора, нейтрализатора раствора икристаллизационной установки. Переменными параметрами при выполнении расчетовбыли доля аммиачных паров, подаваемых в сатуратор и нейтрализатор, концентрациясерной кислоты и сульфата аммония в ванне сатуратора, а также концентрациякислоты, подаваемой в сатуратор.
Температурагаза и маточного раствора в сатураторе определялись путем совместного решенияуравнений теплового баланса и равновесия в системе газ-водяной пар — кислыйраствор сульфата аммония.
Критериямипри определении оптимального режима были расход греющего пара в испарителе иколичество водяных паров в газе после сатуратора. Лучшие показатели полученыпри использовании 92-%-ой кислотой и подаче 100% аммиачных паров внейтрализатор раствора. При одноступенчатом выпаривании раствора расход парасоставляет 0, 9 т/т сульфата аммония, а при двухступенчатом выпаривании –примерно 0, 5 т/т соли против 1, 72 т/т соли по бессатураторному методу.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта masters.donntu.edu.ua/