Тема 1. Экологические проблемы производства кальцинированной соды.

СОДЕРЖАНИЕ

	Стр.
Введение
Тема 1. Экологические проблемы производства кальцинированной соды
Задачи
Тема 2: Способы переработки сточных вод и промышленных отходов при производстве азотной кислоты и аммиачной селитры
Задачи
Тема 3: Отходы производства каустической соды и методы их переработки
Задачи
Тема 4: Отходы производства кислотной переработки фосфатов. Удаление соединений фтора. Переработка сточных вод и твердых отходов (фосфогипс, известковые шламы).
Задачи
Тема 5: Отходы производства серной кислоты. Методы очистки, переработки и нейтрализации твердых отходов, сернистого ангидрида и сточных вод сернокислотного производства
Задачи
Тема 6: Очистка и утилизация промышленных отходов производства триполифосфата натрия
Задачи
Тема 7: Очистка и утилизация промышленных отходов производства фосфора и термической фосфорной кислоты
Задачи
Список рекомендуемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Проблема охраны окружающей среды в конце ХХ – начале ХХI столетия стала одной из острейших. Последствия вмешательства человека во все сферы природы игнорировать больше нельзя. Без решительного поворота будущее человечества непредсказуемо.

Когда мы противопоставляем себя природе, тешась иллюзией «свободы» от нее, то мы неизбежно вступаем в конфликт с природой. Считается, что в результате хозяйственной деятельности людей за последние 50 лет наша планета изменилась в большей степени, чем за те 800 тысяч лет, которые отделяют нас от начала овладения человечеством огнем.

Что же в первую очередь характеризует неблагополучие в природопользовании в начале ХХI столетия? Следует назвать два принципиальных аспекта: во-первых, интенсификация индустриального вмешательства в окружающую среду. Это выражается в крайнем «выжимании» ресурсов. Во-вторых, многостороннее замусоривание окружающей среды неутилизируемыми промышленными отходами. Итог: резкое ухудшение состояния экологических систем, гибель уникальных природных комплексов, сокращение и уничтожение популяций отдельных видов растений и животных, опасность необратимости изменений в структурах географических сфер, которые могут привести к непрогнозируемым отрицательным последствиям для человека и общества в целом.

Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов являются наиболее актуальными природоохранными направлениями. Необходимо развивать экологически чистую и высокоэффективную экономику. Она должна быть безотходной, безвредной, не причинять ущерба окружающей среде.

Стратегическим направлением развития промышленности является переход на новые вещества и технологии, которые позволяют уменьшить выбросы загрязнений. Используется общее правило, что предотвратить загрязнение легче, чем ликвидировать его последствия. В промышленности для этого применяются системы очистки сточных вод, оборотное водоснабжение, газоочистные установки, на выхлопных трубах автомобилей устанавливаются специальные фильтры.

В настоящее время определились четыре направления развития безотходных технологий.

1) Создание различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих, внедряемых и перспективных способов очистки сточных вод;

2) Разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые рассматриваются как вторичные материальные ресурсы;

3) Создание и внедрение принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов;

4) Разработка и создание территориально-промышленных комплексов, имеющих замкнутую структуру материальных потоков сырья и отходов.

Главной целью данных методических указаний является ознакомление студентов с основными методами очистки и утилизации отходящих газов, сточных вод и твердых отходов промышленных производств. В пособии подробно рассмотрены вопросы очистки, утилизации и рекуперации газообразных, жидких и твердых отходов производства продуктов основного неорганического синтеза: кальцинированной и каустической соды, аммиачной селитры и азотной кислоты, серной кислоты, фосфора, экстракционной и термической фосфорной кислоты.

Задачи

1. Рассчитайте расход известкового молока, содержащего 21% СаО, необходимый для разложения хлорида аммония при производстве кальцинированной соды. Масса раствора для разложения – 1500 кг с содержанием 34% NH₄Cl.

2. Для разложения хлорида аммония, образующегося при производстве кальцинированной соды, используют известковое молоко (27% СаО). Рассчитайте расход известкового молока, необходимый для разложения 2400 м³ 18% раствора NH₄Cl (плотность 1,2 кг/м³) и количество аммиака, образующегося при отгонке.

3. При производстве кальцинированной соды аммиачным методом в качестве основного отхода образуется дистиллерная жидкость, содержащая 230 кг/м³ сухого остатка (содержание СаО в сухом остатке – 46%, MgO – 21%). Твердый остаток дистиллерной жидкости используется для получения вяжущего материала. Для этого твердый остаток прокаливают при 800-900⁰С (при этом происходит разложение карбонатов до оксидов), смешивают с песком и гипсом и измельчают. Готовый продукт содержит 58% (CaO + MgO). Рассчитайте: а) количество вяжущего материала , которое можно получить из 5000 м³ дистиллерной жидкости; б) сколько кварцевого песка необходимо для получения 1т вяжущего материала, содержащего 58% (CaO + MgO) и 2% гипса. Состав вяжущего материала; кварцевый песок, CaO + MgO, гипс. Содержание SiO₂ в кварцевом песке –83%.

4. Из дистиллерной жидкости, содержащей 24% CаCl₂ и 21% NaCl, можно извлекать хлорид кальция CаCl₂, который используется в качестве добавки к бетонам. Дистиллерную жидкость осветляют, очищают от ионов SO₄^-2 и выпаривают. Вначале в осадок выпадают кристаллы NaCl, затем – кристаллы CаCl₂. Сколько поваренной соли и хлорида кальция можно получить из 2700м³ дистиллерной жидкости при плотности жидкости 1,137 кг/м³. Конечные продукты: дигидрат хлорида кальция (80 % СаCl₂) и хлорид натрия (93 % NaCl).

5. Товарным продуктом при переработке дистиллерной жидкости может являться раствор хлорида кальция (32-38%). Рассчитайте объем 36% раствора СаCl₂, который может быть получен при переработке 3500 м³ дистиллерной жидкости c содержанием СаCl₂ – 19% и плотностью 1,145 кг/м³.

6. Рассчитайте количество кварцевого песка (содержание SiO₂ - 79%) для получения вяжущего материала, содержащего 56% СаО. Сырьем является дистиллерная жидкость в количестве 135000 м³. Содержание сухого остатка в жидкости – 215 кг/м³. Содержание СаСО₃ в сухом остатке – 30%.

Задачи

1. Составьте материальный баланс процесса щелочной абсорбции оксидов азота, если на очистку поступает 7000 м³ газа, содержащего NO—0,5%; —0,5%; —91%; —3,1%; Н O—4,9%.

2. Степень абсорбции — 0,9995. Очистка осуществляется 5%-ным раствором соды. Коэффициент избытка раствора а=2.Определите расход азотоводородной смеси, содержа­щей 25% N₂ и 75% Н₂, для обезвреживания 10000 м³ нитрозного газа с концентрацией 0,25% NО₂, 0,2% NО³ 3,1% O₂. Рассчитайте также состав выходящего из ре­актора газа, если степень конверсии оксидов составля­ет 0,98, а избыток азотоводородной смеси составляет, 5%.

3. Составьте материальный баланс процесса абсорбции оксидов азота из 20000 м³ отходящих газов производства азотной кислоты, содержащих NO—0,3%, NО₂ — 0,5%, N₂—88%, О₂—3,5%, H₂O —7,7%. Абсорбентом служит известковое молоко (125 г/л СаО, d = 1120кг/м³). Степень абсорбции 0,9.

4. Рассчитайте расход газа - восстановителя для обезвре­живания 8,5 тыс. м³ нитрозных газов, содержащих NО₂ 0,7%, 0,25% NO, 2,1% О₂, 1,95% H₂O, 95% N₂, ката­литическим методом. Восстановителем служит газ, со­держащий 2% H₂O, 29% N₂, 69% Н₂. Степень избытка восстановителя а =1,3.

5. Определите расход природного газа (97,6% СН₄; 2,4% N₂) для обезвреживания 2000 м³ отходящего га­за, содержащего 0,3% NО₂; 0,15% NО; 2,1%. О₂. Рас­считайте также состав выходящего из реактора газа, если степень конверсии оксидов составляет 0,97.

6. Определите расход аммиачной смеси, содержащей 20% NНз, для обезвреживания 12000 м³ нитрозного газа, содержащего 0.2% и 0,15%NО. Рассчитайте концентрацию оксидов и аммиака в, отходящем газе, если степень обезвреживания составляет 0,95, а коэф­фициент избытка аммиачной смеси — 1,05

7. Определите содержание оксидов азота в выбрасывае­мом в атмосферу газе и необходимое количество аб­сорбента, если известно, что объем очищаемого газа 6000 м³/час, концентрация в нем оксидов азота ( ) составляет 6 г/м³, степень улавливания 0,85. Очистка осуществляется раствором соды концент­рацией 105 г/л. Коэффициент избытка раствора равен 19

8. Очистка отходящих газов азотно-кислотного цеха осу­ществляется путем восстановления оксидов азота при­родным газом на платино-палладиевом катализаторе. Рассчитайте расход природного газа и состав газов по­сле каталитической очистки, если объем отходящих газов 5000 м , состав их: N— 0,2; — 0,1; —3,0; N — 96,7%. Состав природного газа, проценты: СН — 97,8; N —2,2, избыток его составляет 15% от стехиометрического количества. Расчеты вести по уравнени­ям:

9. На очистку поступает 2500 /час газа, содержащего 7% , 3% , 18,9% и 71,1% . Определите ча­совой расход воды, если очистка осуществляется при температуре 298 К и давлении 30*10 Па. Степень на­сыщения воды газами 72% от теоретически возможной. Остаточное содержание в газе 1%.

10. 9000 л соковых паров производства аммиачной селитры, содержащих 0,5 л/м³ NH₃, поступают на очистку в промыватель тарельчатого типа. Промыватель орошается конденсатом, подкисленным азотной кислотой. Объем конденсата – 25000 л, концентрация HNO_{3 –} 0,5 %. Рассчитайте концентрацию HNO₃, вытекающей из промывателя, если степень улавливания аммиака 98%.

Задачи

1. При производстве каустической соды методом с ртутным катодом образуются ртутьсодержащие сточные воды. Для очистки сточных вод от соединений ртути используют сульфидный метод, который заключается в следующем: торф (или другой фильтрующий материал) пропитывают сульфидом натрия, фильтруют через него ртутьсодержащие сточные воды, при этом на поверхности торфа протекает химическая реакция:

HgCl₂ + Na₂S = HgS + 2NaCl

киноварь

Образующийся осадок сульфида ртути осаждается на фильтре. Фильтр (торф с осадком сульфида ртути) сжигают, затем конденсируют ртуть из обжиговых газов. Рассчитайте количество 5% раствора сульфида натрия, который необходим для очистки 40000 м³ сточных вод, содержащих 2 мг/л сулемы HgCl₂.

2. При производстве каустической соды используют сульфидный метод очистки сточных вод от соединений ртути. Рассчитайте количество металлической ртути, полученной при конденсации обжиговых газов от сжигания торфа с осадком HgS (HgS + О₂ = Hg + SO₂), если объем сточных вод – 42000 м³, содержание HgCl₂ в сточной воде 3,1 мг/л. Степень улавливания ртути – 0,98.

3. Сточные воды производства каустической соды содержат металлическую ртуть. Ее удаляют из сточных вод фильтрованием. Остаточное содержание ртути в воде 0,07 мг/л. Ртуть окисляют хлором до HgCl₂ (Hg + O₂ = HgCl₂), затем осаждают сульфидом натрия. Рассчитайте количество 3% раствора Na₂S, который необходим для осаждения ртути из 36000 м³ сточных вод с содержанием 4,5 % Hg.

4. Сточные воды производства каустической соды содержат ртуть в виде металлической ртути и сульфата ртути. Осаждение проводят сероводородом:

Hg +H₂S = HgS + H₂

HgSO₄ + H₂S = HgS + H₂SO₄

Затем фильтрат и фильтровальный материал сжигают. Ртуть конденсируют из обжиговых газов. Рассчитайте: 1) расход сероводорода для осаждения ртути из 120000 м³ сточных вод, содержащих 1,5 мг/л Hg и 2,8 мг/л HgSO₄, учитывая, что только 70 % H₂S вступают в реакцию; 2) Количество металлической ртути, образующейся при конденсации обжиговых газов, если степень улавливания ртути 97 %.

5. 70000 м³ вентиляционных газов цеха производства каустической соды, содержащих 4,6 об.% Cl₂, поступают на очистку. Для абсорбции хлора используют раствор NaOH:

2NaOH + Cl₂ = NaCl + NaOCl + H₂O

Рассчитайте: 1) расход 10 % раствора NaOH, необходимый для абсорбции (коэффициент избытка раствора 1,3); 2) количество образующегося гипохлорита натрия, если в реакцию вступает 96 % хлора.

6. Для очистки газов производства каустической соды, содержащих соединения хлора (3% Cl₂, 3,5% HCl), используется известковое молоко с концентрацией СаО 12%:

Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O + Ca(OCl)₂

гипохлорит

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + H₂O

Объем очищенных газов – 86000 м³. Рассчитайте расход известкового молока; коэффициент избытка раствора 1,2.

7. Отходящие газы производства NaOH содержат 3,7% Cl₂. Объем газов – 15400 м³. Для очистки газов от хлора используют 20% раствор хлорида железа (II). Рассчитайте количество товарного продукта (FeCl₃), при условии, что в реакцию вступает только 85% FeCl₂:

2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃

8. 13200 м³ отходящих газов, содержащих 1,4 % HCl, поступают в насадочный адсорбер, который орошается водой. Рассчитайте расход воды на орошение, если из адсорбера вытекает 9 % раствор хлористого водорода.

Фосфогипс

Основными примесями, препятствующими использованию фосфогипса вместо природного гипса, являются соединения фтора и Р₂О₅. Однако в связи с увеличением объема получаемого фосфогипса необходимо решение проблемы его утилизации для получения полезных конечных продуктов.

В настоящее время степень использования фосфогипса в промышленности в качестве исходного сырья очень невысока. Например, в США полезно используется около 2% производимого фосфогипса. Основное его количество удаляется в отвалы, шламохранилища или сбрасывается в моря и океаны.

Транспортирование фосфогипса в отвалы, устройство экранов под отвалы, нейтрализация образующихся при хранении фосфогипса сточных вод связаны с большими капитальными затратами. Кроме того, шламохранилища наземного или подземного типа занимают огромные площади необходимых для сельского хозяйства земель.

Получение сульфата аммония

Процесс заключается во взаимодействии предварительно приготовленного раствора карбоната аммония с суспензией фосфогипса:

CaSO₄ + (NH₄)₂CO_{3 =} (NH₄)₂SO₄+ CaCO₃

Процесс можно осуществлять при атмосферном и повышенном давлении. Равновесие реакции сдвинуто вправо, так как в системе образуется CaCO₃ - менее растворимая соль, чем CaSO₄. Выпавший в осадок CaCO₃ отделяют от 35-40% раствора сульфата аммония. Избыток аммиака в этом растворе нейтрализуют серной кислотой. Полученный раствор упаривают, выпавшие кристаллы (NH₄)₂SO₄ отделяют на центрифуге и сушат. Для получения 1 т (NH₄)₂SO₄ расходуется 1340 кг гипса, 340 кг СО₂, 60 кг Н₂SO₄ и 260 кг аммиака. На 1 т (NH₄)₂SO₄ образуется до 0,76 т CaCO₃, который можно использовать для известкования почв или в производстве строительных материалов.

Также возможно использование фосфогипса в сельском хозяйстве для солонцовых почв. При внесении в такие почвы гипса происходит образование сульфата натрия, который легко вымывается поливной водой и почвенный покров обессоливается.

Задачи.

1. Рассчитайте стехиометрический расход хлоргаза, со­держащего 95% , и известкового молока концентрации 160 кг/м³ СаО для обезвреживания 135 м³ сточной воды, имеющей в своем составе 0,12 кг/м³ фосфора и 0,35 кг/м³ фосфорной кислоты.

2. Рассчитайте необходимое количество электрофильтров ГПФ-22-9 для очистки 50000 нм /час газа и степень очистки газа, если допустимая линейная скорость сос­тавляет 0,3 м/с, начальная концентрация фосфорно­кислого тумана 1500 мг/м³, конечная 80 мг/м³. Темпе­ратура газа — 373К.

3. На абсорбционную очистку поступает 7500 м³ газа, со­держащего 7,5 г/м³ фтора в виде SiF₄ . Степень абсорб­ции составляет 0,9. Определить расход воды на орошение (если концентрация образующейся кислоты 7% Н₂SiF₆) и расход поваренной соли (92% NаСI) для осаждения кремнефторида натрия из полученной кислоты.

4. Рассчитайте количество осадка, образующегося при разложении 15,3 т/час фосфорита состава: 39% СаО; 23% Р₂О₅; 17,8% нерастворимого остатка при условии, что осадок состоит из СаSO₄*2Н₂O и нерастворимого остатка; растворимость гипса в жидкой фазе 0,9%, концентрация Р₂О₅ в жидкой фазе 18%.

5. Рассчитайте массы образующихся фосфорной кислоты концентрацией 20% Р₂O₅, фосфогипса влажностью 40% и фтористых газов с концентрацией 0,15% F (объемных) при разложении 5 т фосфоритов Каратау следующего состава: 24,5% Р₂O₅; 40,2% СаО; 2,6% F. Гипсовое число принять равным 1,45, степень выделения фтора в газовую фазу — 0,25, степень разложения сырья 0,96.

6. Определите расход известкового молока, необходимо­го для обезвреживания 125 м³ сточной воды производ­ства фосфорных удобрений, содержащей 0,25 г/л фтора в виде кремнефтористоводородной кислоты и 1,2 г/л Р₂O₅ в виде фосфорной кислоты. Известковое молоко содержит 100 г/л СаО.

7. В производстве фосфатов аммония образуется 2100 м³ отходящего газа, содержащего 0,65% NНз. Улавливание аммиака осуществляется раствором фосфорной ки­слоты с концентрацией 18% Р₂O₅, содержащим моноаммонийфосфат в массовом соотношении Р₂O₅: NH₄H₂PO₄ =2:1. Рассчитайте расход абсорбента и массу моноаммонийфосфата в вытекающем растворе, полагая, что в результате взаимодействия газа и раствора образует­ся моноаммонийфосфат.

8. Определите массу образующихся фосфорной кислоты (28% НзРO₄), гипса, объем фтористых газов кон­центрации 2,5 г/м³ при разложении 1 т фосфорита сос­тава, %: Р₂O₅ — 25,0; СаО—41,5; F—2,1. Степень выде­ления фтора в газовую фазу составляет 0,2, степень разложения сырья 0,95.

9. Рассчитайте необходимое количество электрофильтров ГПФ-22-9 для очистки 35000- нм³/час газа и степень его очистки, если принять допустимую линейную ско­рость газа равной 0,35 м/с, начальную концентрацию фосфорнокислотного тумана 1350 мг/м³, конечную — 85 мг/м³, температура газа -343К.

10. Рассчитайте массы осадка и раствора фосфорной кис­лоты, образующихся при разложении 16 т/час фосфо­рита состава, %: СаО — 40,5; Р₂O₅ - 22,5; 16,3 - нерастворимого остатка, при условии, что осадок состоит из гипса и нерастворимого остатка, растворимость CaSO₄*2H₂O в жидкой фазе – 1,1%, концентрация Р₂O₅ в жидкой фазе - 18,5%.

11. На станцию нейтрализации химического завода поступает 150 м³/час сточных вод фосфорнокислотного про­изводства, содержащих 0,35 кг/м³ в виде фосфор­ной кислоты и 20 кг/м³ механических примесей. Рас­считайте расход известкового молока концентрацией 115,0 кг/м³ для нейтрализации сточных вод, а также количество образующегося шлама влажностью 30%, предположив, что фосфат кальция полностью переходит в осадок.

12. Рассчитайте количества серной кислоты (93% ) и оксида кальция, которые можно получить из 15*10⁴ кг фосфогипса, содержащего 78% при степени его разложения 0,95. Степень окисления составляет 0,98, абсорбции — 0,99. Определите стехиометрическое количество кокса, необходимого для проведения процесса разложения гипса.

13. Рассчитайте массы фосфорной кислоты (30% ), фосфогипса (влажность 40%) и фтористых газов, об­разующихся при разложении 5 т апатитового концент­рата, содержащего 39,5% , 52,1% СаО, 3,2% F. Степень разложения сырья составляет 97%, в газовую фазу выделяется 33% от всего количества фтора, при этом соотношение = 1:4 (молярное).

14. Рассчитайте объем сернистого газа и массу оксида кальция, которые могут быть получены из 5*10³ кг фосфогипса, содержащего 70,5% при степени разложения его 87%; концентрация сернистого ангидрида в газе 8,3%. Рассчитайте также количество кокса, необходимого для разложения фосфогипса, если коэф­фициент избытка его составляет 2,7.

15. Для очистки 125 м³ сточных вод, содержащих 2,3 г/л , 0,5 г/л и 2,7 г/л взвешенных примесей, использовали известковое молоко концентрации 15% СаО. Рассчитайте расход известкового молока при коэффициенте избытка его — 1,15 и массу образующе­гося осадка, если пренебречь растворимостью образу­ющихся солей.

16. Рассчитайте расход орошающего раствора, содержа­щего 1,5% и 3% NaF, для очистки 15000 м³ газа, в котором 4 г/м³ НF и 1,6 г/м³ . Считать, что в результате взаимодействия газа и орошающего раст­вора образуются и . Коэффициент из­бытка раствора принять равным 2,3; расчет массы раствора вести по расходу карбоната аммония.

17. Рассчитайте расход абсорбента, содержащего 2,3% и 2,8% NaF, для очистки 38000 м³ газа, в котором присутствует 5 г/м³ фтора в виде НF и в массовом соотношении 4:1. В результате взаимодействия абсорбента и фтористых соединений газа образуются фторид аммония и кремнефторид натрия. Расход раствора необходимо рассчитать по карбонату аммония, коэффициент избытка его составляет 2,1.

18. Рассчитайте расход аммиачной воды, содержащей 10% , для улавливания фтора из 8000 м³ газов, со­держащих 15 г/ . Коэффициент избытка раство­ра составляет 1,8. Определите остаточное содержание в выбрасываемом газе, если степень улавливания составляет 0,9.

19. На абсорбцию водой поступает 5000 м³ газа, содержащего 5*10^-3 кг/м³ фтора в виде НF и в молярном соотношении 1:1. Концентрация образующейся при абсорбции кислоты — 8% , степень абсорбции — 0,80. Определите количество кремнефторида натрия, полученного при обработке кремнефтористоводородной, кислоты содой, при степени ее осаждения 0,95.

20. Составьте материальный баланс установки абсорбции фтористых газов, полученных при разложении 120*10³ кг апатитового концентрата, содержащего 2,9%F, при степени выделения фтора (в виде ) в газовую фазу 0,6. Абсорбция осуществляется водой. Концентрация получаемой кислоты 10% .

21. Составьте материальный баланс установки абсорбции фтористых газов, полученных при разложении 120*10³ кг апатитового концентрата, содержащего 2,9%F, при степени выделения фтора (в виде ) в газовую фазу 0,6. Абсорбция осуществляется водой. Концентрация получаемой кислоты 10% .

22. Составьте материальный баланс получения кремнефторида натрия из 1520 кг раствора кремнефтористоводородной кислоты (9% ). Осаждение ведут сульфатом натрия (содержание основного вещества — 90,2), коэффициент избытка сульфата натрия — 1,15.

23. В абсорбционную систему поступает 8000 м³/ час газа, содержащего 12*10³ кг/м³ фтора в виде . Степень улавливания фтора 0,95. Рассчитайте количество воды, подаваемой на орошение башни, количество об­разующейся кремнефтористоводородной кислоты кон­центрации 3% и размеры абсорбционной башни. Плот­ность орошения башни 5 м³/м² час. Отношение высоты башни к диаметру принять равным 4.

24. Подберите реагент и рассчитайте его количество для очистки 80 м³ сточных вод, содержащих 4 г/л однозамещенного фосфата аммония и 2 г/л кремнефтористого аммония.

25. Рассчитайте расход извести, содержащей 95% СаО, для дистилляции аммиака из 120 м³ сточной воды, содер­жащей 12 г/л и 2 г/л ( ) . Коэффи­циент избытка извести составляет 1,5.

26. Составьте материальный баланс процесса очистки 120 м³ сточных вод, содержащих 5 г/л и 75 г/л , известковым молоком, если концентрация СаО в нем составляет 15%. Избыток известкового молока сверх стехиометрического составляет 20%.

27. Определите массу образующегося осадка фторида натрия и расход кальцинированной соды при обработ­ке 1170 м³ раствора, содержащего 4,5% (d = 1020 кг/м³), если расход соды составляет 0,9 от стехиометрического количества, а растворимость NаF в ра­створе составляет 2,8%.

28. Определите массу образующегося осадка фторида натрия и расход сульфата натрия в процессе обработки 65 м³ раствора, содержащего 5,4% NH₄ F(d = 1050), если расход сульфата натрия составляет 0,95 от стехиометрического количества, растворимость NaF в растворе принять равной 2,9%.

Утилизация селенового шлама

Содержащиеся в колчедане примеси соединений селена (0,002-0,02%) при обжиге переходят в газовую фазу в виде SeO₂, который улавливается серной кислотой в промывном отделении. Под воздействием SO₂ обжигового газа диоксид селена, содержащийся в растворе серной кислоты, восстанавливается до металлического селена. Металлический селен адсорбируется на огарковой пыли и вместе с серной кислотой частично осаждается в промывном отделении. Там он накапливается в отстойниках и сборниках кислоты в виде бедного селенового шлама(до 5% Se). При дальнейшей очистке обжигового газа от брызг и тумана серной кислоты в мокрых электрофильтрах происходит выделение богатого селенового шлама (до 50% Se).

Технология выделения селена проста и одинакова для бедного и богатого шлама. Метод состоит из следующих стадий:

1) разбавление шлама водой и подогрев раствора острым паром для довосстановления селена;

2) фильтрование пульпы и промывка ее 50% раствором соды;

3) сушка шлама при 90-100⁰С;

4) приготовление усредненного шлама, содержащего 10-12% селена.

Очистка отходящих газов от SO₂ и тумана серной кислоты

В мировом масштабе доля SO₂, выбрасываемого в атмосферу с технологическими газами сернокислотных заводов, составляет только 0,5% по сравнению с общим количеством выбрасываемого SO₂. Основное количество SO₂ выбрасывается в атмосферу тепловыми электростанциями (50%), транспортом (20%), предприятиями цветной и черной металлургии (25%), нефтехимическими заводами (3%).

Известные методы извлечения SO₂ из различных технологических газов можно подразделить на абсорбционные, адсорбционные и каталитические.

1. Абсорбционные или мокрые способы основаны на поглощении SO₂ растворами аммиачных солей (NH₄)₂SO₃, сульфита натрия Na₂SO₃, едкого натра NaOH, соды Na₂CO₃, суспензиями CaO, MgO, ZnO, другими растворами. Происходит химическое взаимодействие SO₂ с компонентом с последующим отделением образовавшегося соединения.

2. Адсорбционные или сухие методы заключаются в извлечении SO₂ с помощью твердых сорбентов, таких как активированный уголь, карбонаты щелочных металлов, порошкообразный диоксид марганца, специально подготовленный торф.

3. Каталитические методы дают возможность получать непосредственно серную кислоту путем окисления SO₂ на различных катализаторах.

В сернокислотном производстве наиболее широко используются два процесса утилизации SO₂:

1) использование для производства серной кислоты метода двойного контактирования;

2) аммиачные методы очистки отходящих газов от SO₂.

Метод двойного контактирования. Особенность метода – промежуточная абсорбция, которая приводит к увеличению общей степени окисления SO₂ в SO₃ до 99,5-99,8% (следовательно, увеличивается общая степень использования серосодержащего сырья) и соответственному уменьшению концентрации SO₂ в отходящих газах. Высокая степень окисления сернистого ангидрида в серный приводит к уменьшению выбросов SO₂ на 90% по сравнению с классической схемой. Концентрация SO₂ в выбрасываемом газе не превышает предельно допустимой концентрации (0,02-0,03 объемных %).

Недостатки процесса:

1) необходимость дополнительного оборудования;

2) система перерабатывает газы, содержащие более 8 объемных % SO₂.

Аммиачные способы позволяют проводить очистку газов до 0,1 объем. % SO₂. Процесс включает следующие стадии:

- абсорбция SO₂ аммиачной водой;

- регенерация аммиака путем разложения абсорбционного раствора сульфита-гидросульфита аммония.

Основным недостатком процесса является накопление в системе сульфата аммония за счет поглощения SO₃ и тумана серной кислоты и окисления сульфита-гидросульфита аммония в сульфат кислородом, содержащимся в отходящих газах. 30-50% SO₂ превращается в сульфат аммония, что приводит к потере большого количества серосодержащего сырья

.

Очистка сточных вод

Расход воды на 1 т серной кислоты составляет 40-60 м³/т, однако основное ее количество расходуется на охлаждение кислоты, в то время как технологическая вода составляет примерно 1,5 м³/т. Основное количество кислых стоков образуется за счет утечки и проливов кислоты в отделении мокрой очистки газа, в абсорбционном и сушильном отделениях и в процессах охлаждения кислоты.

Для обезвреживания этих стоков наиболее рациональным решением является нейтрализация их известью или содой с последующей рециркуляцией воды и удалением осадков. Основная стадия процесса – нейтрализация стоков известью до рН=6:

CaO + H₂O + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O

В этом случае происходит осаждение иона SO₄^-2 в виде сульфата кальция. После осветления и охлаждения вода присоединяется к общей канализационной системе или направляется на рециркуляцию.

Один из путей решения проблемы стоков – это замена водяного охлаждения серной кислоты воздушным охлаждением, что привело бы к значительному сокращению потребления воды в производстве H₂SO₄.

Задачи

1. Определите массу образующегося огарка в производ­стве серной кислоты, если производительность цеха 45 т/час . В составе колчедана 41% серы в виде и пустая порода. Считать, что огарок состоит из гематита ( ) и пустой породы.

2. Рассчитайте массу образующегося богатого селенового шлама (51% Sе) в сернокислотном цехе мощностью 540 т/сутки . Сырьем служит серный колчедан (42% S, 0,075% Sе), при обжиге которого в газовую фазу выделяется 65% Sе, при этом 45% Sе переходит в богатый шлам.

3. Составьте материальный баланс процесса очистки 23000 м³/час отходящих газов, содержащих 5,5% О₂, 85% N₂, 9% и 0,5% , от сернистого ангидрида известковым методом. Концентрация известкового мо­лока составляет 125 г/л СаО, коэффициент избытка ра­створа равен 1,3. Считайте, что влажность газа в про­цессе очистки не изменяется.

4. На обжиг в печь «КС» поступает 18*10³ кг колчедана, содержащего 42% S. Степень выгорания серы состав­ляет 0,98. Определите: а) количество образующегося огарка, предположив, что колчедан состоит только из гематита и пустой породы; б) содержание серы в огарке.

5. Определите количество циклонов НИИОГАЗ, необхо­димых для очистки печного газа сернокислотного цеха, содержащего 0,1 кг/м³ огарковой пыли, и количество осаждающейся в циклонах пыли при степени очистки газа 0,95. Плотность газа при н.у. 1,4 кг/м³, темпера­тура 683 К. Количество поступающегогаза76000 м /час.

6. Рассчитайте массу образующегося богатого селеново­го шлама (концентрация селена 45%) в сернокислот­ном производстве с мощностью 1000 т/сутки Н₂SO₄ . В качестве сырья используется серный колчедан, содер­жащий 40% S и 0,05% SeO₂. В богатый шлам перехо­дит 30% от всей массы селена.

7. Составьте материальный баланс процесса очистки отходящих газов сернокислотного производства. Объем газов 35000 м³, содержание SO₂ — 0,3%, SO₃ — 0,1%. Абсорбен­том служит содовый раствор концентрации 5% Nа₂СOз, коэффициент избытка раствора принять равным 1,7.

8. Рассчитайте массу орошающего раствора сульфита аммония для улавливания сернистого ангидрида из 50000 м³ газа с концентрацией 0,4% SO₂. Концентрация (NH₄)₂SOз в поступающем растворе 5%, в реакцию вступает 50% сульфита аммония.

9. Составьте материальный баланс процесса обжига кол­чедана при производстве 40 т/час . Состав колчедана: 41% S в виде и пустая порода. Обжиг происходит при избытке воздуха, коэффициент избытка равен 1,4. Принять, что огарок состоит из гематита ( ) и пустой породы и не содержит сернистые соединения.

10. Составьте материальный баланс пр