Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Сульфатные печи40-48

Реакцию между поваренной солью и серной кислотой осуществ­ляют в механических или во вращающихся печах. Механическая сульфатная печь (рис. 116) представляет собой муфель, под (чаша) 12 и свод 11 которого сложены из фасонных огнеупорных и кисло­тостойких шамотных плит. Под муфелем и над ним расположены дымоходы. Толщина плит пода 120 мм; свод муфеля для облегче­ния передачи тепла к реакционной массе делают более тонким — 30 мм. Внутреннюю кладку печи и топки выполняют из шамотного, а наружную — из простого кирпича. Под печью расположен привод мешалки. Наиболее распространены печи с диаметром муфеля 4,25 м; длина и ширина печи равны 5,7 м, высота 5,2 м; поверх­ность нагрева свода 14 м2, реакционный объем 1,8 м3. Поваренная соль через загрузочную воронку непрерывно поступает в центр муфеля с помощы® шнекового питателя 8. .Туда же по трубе по­дается купоросное масло. Оно поступает в укрепленный на головке вала и вращающийся вместе с ним распределитель 13 кислоты — «гусек», имеющий форму чайника, через носик которого сливается в муфель. Перемешивание поваренной соли и кислоты и передви­жение реакционной массы по поду муфеля от центра к периферии производится укрепленной на чугунном валу 15 мешалкой с че­тырьмя плечами, расположенными крестообразно, на каждом из которых имеется по два (всего восемь) термосилидовых или чугун­ных гребков с керамическими41 или карборундовыми наконечни­ками (ножами, зубьями)42. Вращение вала (0,75—1,25 о б/мин) Производится через зубчатую передачу электромотором мощностью 4,5 кет при диаметре муфеля 4,25 м и 6,8 кет при диаметре муфеля 5,5 м.

Обогрев муфеля, температуру в котором поддерживают в пре­делах 500—550°, производят дымовыми газами, имеющими темпе­ратуру 950—1100°. Газы поступают из топки /, примыкающей к муфельной печи. Дымовые газы уходят из-под чаши муфеля с тем­пературой ~700° через два борова. Образовавшийся в муфеле сульфат натрия попадает через люк 17 в холодильио-размольный барабан 18 или в трубчатую шаровую мельницу с водяной рубаш­кой. Измельченный и охлажденный сульфат натрия ссыпается на транспортер (или в вагонетку) и отправляется на склад. При нор­мальном режиме сульфат натрия перед выходом из печи имеет лимонно-желтый цвет, в отличие от сероватого цвета, характерного Для «сырого» сульфата, образующегося при низкой температуре в муфеле. Уходящий из муфеля хлористоводородный газ имеет температуру 375—400° Теоретический состав этого газа при ис­пользовании для разложения поваренной соли 93%-ной серной Кислоты —83% НС1 и 17% водяного пара; в сухом же газе дол­жно содержаться 100% НС1. Однако вследствие того, что внутри-

/-шахтная топка; 2-загрузочная коробка для топлива; 3 - колосниковая решетка| 4 — »ольнИк; 5 —топочный Норог; б —канал для вторичного воздуха! 7 —загрузочная воронка для ссцн; 8 - загрузочный шнек для солн; 9 - солевая труба; 10 - нислотнай труба; 11 - свод Муфеля; 12 - под муфеля; 14 — питатель-распределитель кислоты («гусек» нли «чайннк»); 14- головка мешалки; 15- вал мешалки; 16- коронная шестерня при­вода мешалки; 17 -люк для выхода сульфата натрия; 18 - холодильно-размольный барабан чля сульфата; 19- труба для отвода хлористого водорода.

Муфеля поддерживают вакуум 1—2 мм вод. ст. (во избежание про­никновения газа в атмосферу цеха), происходит подсос в муфель воздуха и дымовых газов и фактическая концентрация НС1 в сухом газе колеблется на уровне 30—40%. При хорошем уплотнении му­феля концентрация НС1 в газе может быть повышена до 50% и выше43. Газ из сульфатной печи загрязнен парами серной кислоты, сульфатной пылью, летучими соединениями мышьяка, переходя­щими из серной кислоты.

Производительность сульфатной механической печи зависит от размеров муфеля, от числа оборотов вала, температуры в муфеле и других условий режима работы. При диаметре муфеля 5,5 м печь дает до 12—14 т, а при диаметре муфеля 4,25 м 9—Юг сульфата натрия в сутки. Выработка сульфата натрия составляет 0,59—0,64 т на! т 27,5% соляной кислоты. Суточная производительность 1 м2 пода печи достигает 500—540 кг перерабатываемой поваренной соли. При замене шамотного свода муфеля карборундовым, имею­щим большую теплопроводность, производительность сульфатной печи возрастает примерно на 30% 44 (по другим данным, на 35—40%). Аналогичные результаты дает и свод, выполненный из ферросилициевых плит.

Механические сульфатные печи работают в очень жестких усло­виях, — детали их подвергаются действию агрессивной среды при высокой температуре. Это вызывает необходимость их ежегодной остановки на ремонт.

Муфельный свод работает до 10 лет46. Под муфеля перести­лают чаще — он подвергается механическому износу под влиянием работы гребков и периодических чисток печи от сульфата натрия (через 2,5—3 месяца) и может служить без ремонта до трех лет46.

Недостаточно хорошие условия теплопередачи через стенку му­феля механической печи не обеспечивают интенсивного протекания последней стадии процесса — превращения тринатрийгидросуль - фата в сульфат, требующего высокой температуры. Интенсивно протекает лишь образование тринатрийгидросульфата, не требую­щее температуры выше 200—250°. Процесс можно значительно ин­тенсифицировать, осуществляя в механической печи только первую его стадию и перенеся вторую в трубчатую вращающуюся печь с противоточным нагревом массы непосредственно дымовыми газами до 600—700°. При этом 70—75% НС1 будет выдаваться из муфель­ной печи в виде газа высокой концентрации (выше 50%), а осталь­ные. 25—30%—из вращающейся печи, разбавленные продуктами горения топлива37. Впервые вращающаяся печь была использована в соляно-сульфатном производстве именно для второй стадии про­цесса и.

Получение сульфата натрия и хлористого водорода в одну ста­дию во вращающихся трубчатых печах с внутренним нагревом ре­акционной массы топочными газами47 осложнено образованием

В зоне печи, где реакционная масса имеет температуру 186—270°, налипающего на стенки твердого тринатрийгидросульфата. Силь­ный прогрев и хорошее перемешивание массы в той зоне печи, где степень превращения повышается от 50 до 75%, устраняет это на­липание. Хлористый водород из вращающихся печей сильно раз­бавлен топочными газами — концентрация НС1 в газе около 5%, что, однако, достаточно для получения стандартной кислоты.

Преимуществом вращающихся печей является их большая про­изводительность— при работе на 93%-ной серной кислоте печь, имеющая длину 12 м и диаметр 1,5 м, выдает 25 т сульфата в сут­ки. Площадь печного цеха, оборудованного вращающимися печами, в 3—3,5 раза меньше площади цеха равной производительности, оборудованного механическими муфельными печами.

В США в производстве сульфата натрия и соляной кислоты получила сравнительно большое распространение вращающаяся печь типа Лоури. На одном конце эта печь имеет откатывающуюся нефтяную или газовую топку, на другом, холодном, конце произво­дится загрузка сырья — поваренной соли и бисульфата натрия. Холодная часть печи служит для смешения сырья и отделена от горячей части чугунной пластиной, в центре которой имеется от­верстие (0,6 м) для прохода газов и прорези у периферии для про­хода реакционной массы; в этой части печи выделяется около 25% хлористого водорода. Реакция протекает в основном при высокой температуре в горячей части печи, что предотвращает налипани больших количеств материала на стенки печи. Для получения ка чественного, т. е. рыхлого и пористого сульфата натрия темпера туру в горячем конце печи поддерживают выше 600°, но ниже точк плавления сульфата, т. е. 890°48.

На выработку 1 т 27,5%-ной соляной кислоты и соответствую щего количества сульфата натрия затрачивается: 0,47—0,53 т сол (97% NaCl), 0,40—0,42 г серной кислоты (93% H2S04); расхо условного топлива (7000 ккал 1кг) в механических муфельных rie Чах 0,19—0,22 т (во вращающихся печах 0,12 г), электроэнергии~ ~43 кет • ч, воды ~ 14 мг.

При переработке в механических сульфатных печах хлористого калия на 1 т 100%-ного НС1 в виде соляной кислоты получают 1,22 г К20 в виде сульфата калия; при этом расходуется: 2,21 т хлори­стого калия (95% КС1), 1,62 г серной кислоты (98% H2S04), 0,665 т ■ Мазута, 0,67 мгкал пара, 105 кет • ч электроэнергии. При пере­работке хлористого калия происходит более сильная коррозия печей (муфеля), чем при работе с NaCl.

Предложен видоизмененный сульфатный способ получения НС1. Он заключается в смешении при температуре ниже 150° NaCl с H2S04, например, в шнековом смесителе с греющей рубашкой, в молярном отношении 2:1с целью получения эквимолекулярной смеси NaCl и NaHS04, образование которой заканчивается в

Течение 5 мин. Затем эту смесь вводят на слой расплавленного сульфата натрия толщиной 1 —1,2 м, находящийся в вертикальной Печи, где температура (до 1100°) поддерживается с помощью элек­трической дуги. Хлористый водород непрерывно отводят сверху, а снизу выгружают Na2SC>4 и гранулируют его. Тепло, выделяющееся при охлаждении плава Na2SC>4, используется для проведения пер­вой чстадии процесса — образования бисульфата натрия49.