Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Абсорбция хлористого водорода с охлаждением
Раньше считали, что для получения концентрированной соляной кислоты газ, содержащий хлористый водород, перед абсорб - «Щней должен быть обязательно охлажден и сам процесс абсорбции
Должен вестись при возможно низкой температуре — из абсорберов должно отводиться тепло, выделяющееся при растворении НС1 в воде. Это убеждение было основано на опасении, что при недостаточном отводе тепла из абсорберов жидкость в них закипит и при этом невозможно будет получить кислоту, содержащую более 20,24% НС1, т. е. более концентрированную, чем постоянно кипящая смесь хлористого водорода с водой.
Действительно, пользуясь рис. 113 (стр. 365), можно подсчитать, что, например, при получении из НС1 и Н20 20%-ной соляной кислоты выделяется 89 ккал на 1 кг раствора. Этого тепла вполне достаточно, чтобы образующаяся кислота закипела, так как при ее теплоемкости ~0,7 ккал! (кг-град) этого тепла хватило бы для повышения температуры на 127°.
В соответствии с этим абсорбционные установки сооружены таким образом, чтобы обеспечить наиболее полный отвод тепла гидратации НС1. Обычно газ вначале охлаждают в длинных газопроводах и керамических холодильниках. Охлаждение совмещают с осушкой газа, что дает возможность получать более концентрированную соляную кислоту. Осушку производят в башнях с насадкой, где конденсируются пары H2SO4 и влага и задерживается сульфатная пыль, уносимая из сульфатных печей. В других случаях газ в башнях высушивают концентрированной серной кислотой.
Синтетический хлористый водород по выходе из печей синтеза охлаждают в холодильнике из графолитовых или кварцевых труб. При охлаждении до 38—40° образуется некоторое количество конденсата— 36%-ной соляной кислоты106. Охлажденный газ направляется на абсорбцию водой. Абсорбцию газа осуществляют в фао - литовых, керамических или футерованных стальных башнях с насадкой. Газ проходит последовательно две башни. Вторую башню орошают водой, из первой отбирают готовую соляную кислоту,- Газ по выходе из последней башни выбрасывается в атмосферу керамическим вентилятором. При абсорбции газа из сульфатных печей содержащийся в нем сернокислотный туман проходит через всю установку и частично конденсируется лишь под действием центробежной силы хвостового вентилятора, из которого выпускается небольшое количество кислоты. Кислота циркулирует в каждой башне с помощью насосов — центробежных керамических и др. Тепло, выделяющееся при абсорбции, отводится с помощью установленных под башнями керамических змеевиков или графолитовых холодильников, по которым циркулирует кислота. Змеевики опущены в резервуары с проточной холодной водой. Для поглощения хлористого водорода водой значительное распространение, особенно за рубежом, получили установки, оборудованные кварцевыми и графолитовыми холодильниками и абсорберами 106.
Кварцевые холодильники (рис. 120) представляют собой S-об- разиые трубы (называемые иногда «интегралами») длиной 2 м С внутренним диаметром 200 мм. Холодильники соединяются последовательно в вертикальной плоскости и орошаются сверху (снаружи) водой. Абсорберы (рис. 121) соединяются, как холодильники, и также орошаются снаружи водой. В верхний абсорбер подается вода (слабая соляная кислота), переливающаяся в на-
Рис. 120. Кварцевые холодильники. Рис. 121. Кварцевый абсорбер (внешний Вид и разрез). |
Собствующий лучшему соприкосновению газа с жидкостью. Такие же абсорберы изготовляется и из графолита.
На рис. 122 изображена схема установки для охлаждения и абсорбции синтетического хлористого водорода. Газ из печи синтеза, имеющий температуру около 1000°, проходя по газоходу 1, остывает до ~200°, затем входит сверху в секцию холодильников 2. Из последних с температурой около 100° он поступает снизу в секцию абсорберов 3, после которых промывается водой в небольшой керамической башне 4 с насадкой. Конденсат из холодильников смешивается с продукционной кислотой, содержащей
32—35% НС1.
Большим преимуществом кварцевых и графолитовых абсорбционных установок является компактность, обусловленная интенсивным охлаждением. Помимо этого, в кварцевых абсорберах
Получается чистая кислота, не загрязненная примесями, извлекаемыми из керамики, в частности железом. Недостатком их является высокая стоимость и малая механическая прочность. Так как скорость абсорбции НС1 водой очень велика, то число абсорберов, из которых монтируют абсорбционную установку, определяют, исходя из условий, необходимых для полного отвода тепла гидратации НС1. Для производства 7 т соляной кислоты в сутки достаточна поглотительная установка из 13 кварцевых холодильников
Вода Рис. 1й2. Схема установки охлаждения и абсорбции хлористого Водорода: /—газоход; 2 — холодильники; 3 — абсорберы; 4 — хвостовая башня; 5 —вентилятор; 6 — сливная труба; 7 —сливной штуцер для кислоты; в — слнвная труба Для конденсата. |
И И абсорберов. Используют и кварцевые абсорберы, имеющие форму вертикальной трубы — скруббера с насадкой, собранного из отдельных кварцевых частей 66.
Вполне стойкими по отношению к соляной кислоте вплоть до 330° являются тантал и ниобий. Эти металлы хорошо проводят тепло и легко поддаются механической обработке. В абсорбере из вертикальной танталовой трубы диаметром 150 мм и высотой 2 м, Помещенной в стальной кожух для охлаждения водой, можно поглотить более 225 кг НС1 в час. Однако тантал (так же как и ниобий) является дорогим металлом и поэтому танталовые абсорберы для хлористого водорода используют пока, по-видимому, на очень немногих заграничных предприятиях. Но имеются указания, что, благодаря простоте устройства танталовых абсорберов и большой продолжительности их службы, капиталовложения и эксплуатационные расходы на 1 кг 100%-ного хлористого водорода при использовании танталовых абсорберов ниже, чем при использова
нии абсорберов из других материалов 107. Описана установка небольшой мощности для получения соляной кислоты из синтетического хлористого водорода, в которой из тантала выполнены лишь немногие детали абсорберов67. Выходящий из печи синтеза хлористый водород охлаждают сначала воздухом в стальных трубах, потом в трубах из графита, пропитанного фенольными смолами. Затем по гуммированной стальной трубе газ поступает' в двухступенчатый абсорбер (рис. 123). Первая ступень абсорбера представляет собой трубу из тонкого гофрированного листа тантала, помещенную в стальной кожух — водяную рубашку. Газ здесь идет прямотоком со слабой соляной кислотой, поступающей из второй ступени. • Остаток газа, не поглощенный в первой ступени, поступает во вторую ступень — керамический абсорбер, также снабженный танталовой трубой с водяным охлаждением и насадкой. Во второй ступени осуществляется противоток газа с поступающей сверху дистиллированной водой. Отходящий газ разбавляют воздухом для снижения концентрации водорода ниже опасного предела и выпускают в атмосферу.
Абсорбция хлористого водорода из разбавленных газов, содержащих влаГу (например, из отходящих газов от выпарки хлористого магния), затрудняется образованием тонкодисперсного тумана соляной кислоты, который абсорбируется с большим трудом. Разработан метод акустической коагуляции аэрозоля соляной кислоты из таких газов, полнота которой, при повышении их относительной влажности до 97%, достигает 94 %108.
(гГ П* в Щ |
/ |
Рис. 123. Двухступенчатый абсорбер хлористого водорода: / — трубопровод для охла. кдающей воды; 2 — трубопровод для дистиллированной воды; 3 н 5 —гофрированные танталовые трубки; 4 — ввод хлористого водорода в первую ступень абсорбера; 6 — вывод абгаза из второй ступени абсорбера; 7 — водяная рубашка; 8 — керамический скруббер (вторая ступень абсорбера); 9 — стальной кожух первой ступени абсорбера; /0 — трубопровод для выпуска кислоты. |
Из. отбросных газов можно извлекать НС1, пропуская их через колонну с синтетическим цеолитом. Адсорбционная емкость его в среднем равна 6 г НС1 на 100 г Долита. Стойкость цеолита к НС1 значительно возрастает после
его обработки водным раствором хлорида цинка или кальция. Десорбцию НС1 осуществляют при нагрёвании до 300—800° или продувкой сухим воздухом 109.