Разработка проекта локальной очистной системы отходящих газов производства простого суперфосфата

Разработка  принципиальной технологической  блок-схемы процесса очистки отходящих  газов производства двойного суперфосфата дальнейшим получением криолита 

    Отходящий газ производства двойного суперфосфата, в количестве 36000 м³/час, содержащий 2500 мг/м³ соединений фтора, поступает в первый абсорбер, орошаемый 0,8%-й кремнефтористоводородной кислотой. Степень улавливания фтористых газов на первой ступени абсорбции составляет 98%. Затем газ проходит второй абсорбер, где степень очистки от фтористых соединений составляет 95%. Брызгоунос составляет 5% от объема абсорбента. Абсорберы представляют собой колонны с провальными тарелками.

    Далее газ проходит газовый сепаратор, в котором происходит 100% улавливание  частиц  абсорбента, унесенных  газовой фазой. На стадию брызгоулавливания подается техническая вода в количестве 205,3 кг/час, которая расходуется на абсорбцию газа для получения 0,8% кремнефтористоводородной кислоты.

    Затем очищаемый газ поступает на доочистку в третий абсорбер, орошаемый 10% известковым молоком в количестве 2,7 кг/час. Абсорбер представляет собой колонну с провальными тарелками. Степень улавливания фтористого водорода составляет 99,8%. Очищенный газ поступает в атмосферу с содержанием соединений фтора 0,065 мг/м³.

   Полученная  кремнефтористоводородная кислота (30%) с примесями оксида кремния поступает в ёмкость в количестве 295 кг/час. Далее собранная в течение смены кислота (2362 кг/смена) идет на отстаивание. В результате на дне образуется сгущенная суспензия (Т:Ж = 1:4), которая поступает на пресс-фильтр, куда подается 240 кг промывочной воды. После стадии фильтрации полученный осадок с 50% влажностью (115 кг) временно направляют на шламохранилище, откуда он вывозится 1 раз в месяц (10,4 т).

    Оставшийся  после стадий отстаивания 30%-й раствор кремнефтористо-водородной кислоты и полученный после фильтрования суспензии кремнегеля 14,7%-й раствор кремнефтористоводородной кислоты в суммарном количестве 2486,5 кг  смешиваются в ёмкости, образуя при перемешивании 27,5%-й раствор.

    Принципиальная  технологическая блок-схема в  приложении № 1.

Результат очистки отходящих газов
Вещество	Содержание  веществ в исходном газовом потоке, мг/м3	Содержание  веществ в обезвреженном газовом потоке, мг/м3	Степень очистки, %	ПДК м.р., мг/м3
HF	402,8	0,00389	99,999	0,02
SiF4	2097,2	0,0611	99,997	0,02

 
 

Программа производственного  экологического контроля 

  Таблица 2

Наименование  потока и операции	Определяемый  показатель, среднее значение	Метод анализа	Периодичность проведения анализа
Фторсодержащий  газ на очистку	[F-], 1915 мг/м3	Фотометрический[12].	1раз/сутки
Фторсодержащий  газ на очистку	Расход фторсодержащего  газа	Вихревой [11].	1раз/сутки
Фторсодержащий  газ в атмосферу	[F-], 0,0065 мг/м3	Фотометрический[12].	1 раз/сутки
Фторсодержащий  газ в атмосферу	Расход фторсодержащего  газа	Вихревой [11].	1раз/сутки
Сбор  кремнефтористоводородной кислоты	[H2SiF6], 394 г/л	Титриметрический	1 раз/час
Оксид кремния на шламохранилище	Количество оксида кремния	Гравиметрический[14].	1раз/сутки
Оксид кремния в шламохранилище	Влажность осадка оксида кремния, 50%	Кондуктометрический [13].	1раз/сутки
Оксид кремния в шламохранилище	[H2SiF4], 152 г/л	Титриметрический[12].	1 раз/сутки
Кремнефтористо-водородная кислота на склад	Количество  кремнефтористоводородной кислоты	Гравиметрический[14].	1раз/сутки
Известковое молоко	[Сa(OH)2]	Титриметрический	1раз/сутки
Известковое молоко	Расход известкового молока	Индукционный [15].	1 раз/сутки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчет  материального баланса  проектируемого процесса очистки 

            Материальный баланс основан  на законе сохранения массы  веществ и рассчитывается между  входными и выходными потоками  технологической схемы с учетом  происходящих в ней процессов. 

     Масса веществ, вошедших в систему, всегда равна массе всех веществ (компонентов), выходящих из нее:     

,

     где G_j,вх, G_k,вых – массы соответственно входных и выходных потоков, i, k – нумерация потоков.

Таблица 3

1. Абсорбция раствором Н2SiF6 (0,8%) (1 ступень)
Вход		Выход
Наименование  потока	Количество, кг/час	Наименование  потока	Количество, кг/час
1. Отходящий  газ (36000 м3/час), в том числе: гидрофторид тетрафторид кремния   2. Раствор Н2SiF6 (0,8%), в том числе:     - SiO2	14,5(1)  75,5(1)   207,01  0,138	1. Отходящий  газ  (36000м3/час), в том числе: гидрофторид тетрафторид кремния   2. Раствор, в том числе:     - Н2SiF6 (30%)     - SiO2	0,29(2) 1,51(2)    289,95(3) 7,20(3)
Итого:	297,01	Итого:	297,01

 

Примечание.

1. G (НF + SiF₄) = 0,0025*36000 = 90 кг/час

НF : SiF₄ = 1 : 1

Пусть содержание  SiF₄   в отходящем газе х кмоль/час, тогда:

20х + 104х = 90 = > x = 0,7258 кмоль/час

Получаем: G (НF) = 20 * 0,7258 = 14,5 кг/час

        G (SiF₄) = 104 * 0,7258 = 75,5 кг/час 

2. Так как  степень улавливания 98%:

G (НFв газе) = 14,5 · (1 - 0,98) = 0,29 кг/час

G (SiF₄ в газе) = 75,5 · (1 - 0,98) = 1,51 кг/час 

3. Получаемая  Н₂SiF₆ (30%)

(1) SiF₄ + 2HF = H₂SiF₆

(2) SiF₄ + 2H₂O = 4HF + SiO₂

4HF + 2SiF₄ = 2H₂SiF₆                       3SiF₄ + 2H₂O = 2H₂SiF₆ + SiO₂

3SiF₄ + 2H₂O = 2H₂SiF₆ + SiO₂ 

G (Н₂SiF₆ ) = (14,5⁽¹⁾ + 37,7⁽¹⁾ + 37,8⁽²⁾ + 4,36⁽²⁾ – 7,27⁽²⁾) · 0,98 = 85,348 кг/час

G (Н₂SiF₆ 30%):

0,008х + 85,348 = 0,3у

0,992х = 0,7у

х = у – 85,348

0,008у + 84,665 = 0,3у

у = 289,95 [G (Н₂SiF₆ 30%)]

х = 289,95 – 85,348 = 204,6 [G (Н₂SiF₆ 0,8%)]

G (Н₂SiF₆ 0,08%)_теор = 204,6 кг/час

G (Н₂SiF₆ 30%)_теор = 289,95 кг/час 
 

2. Абсорбция водой (2 ступень)
Вход		Выход
Наименование  потока	Количество, кг/час	Наименование  потока	Количество, кг/час
1. Отходящий  газ  (36000 м3/час), в том числе: гидрофторид тетрафторид кремния   2. Вода техническая	0,29  1,51    216,06 (4)	1. Отходящий  газ  (36000м3/час), в том числе: гидрофторид тетрафторид кремния   2. Абсорбционный раствор Н2SiF6 Вода SiO2   3. Уносимая вода	0,0145(1) 0,0755(1)    1,655 (2) 205,22(4) 0,138(2)  10,757(3)
Итого:	217,86	Итого:	217,86

 

Примечание.

1. Степень улавливания 95%

G (НFв газе) = 0,29 · (1 - 0,95) = 0, 0145 кг/час

G (SiF₄ в газе) = 1,51 · (1 - 0,95) = 0, 0755 кг/час 

2. G (Н₂SiF₆) = (0,29 + 0,755 + 0,755 + 0,0872  – 0,145) · 0,95 = 1,655 кг/час

 

3. G(унесенной воды) = 216,06 · 0,05= 10,757 кг/час

 

4. G(Н₂О)_{для к-ты} = (1,655 / 0,008) · 0,992 = 205,22 кг/час

 
 
 
 
 

3. Брызгоулавливание.
Вход		Выход
Наименование  потока	Количество, кг/час	Наименование  потока	Количество, кг/час
1. Отходящий  газ  (36000 м3/час), в том числе: гидрофторид, тетрафторид кремния,   2. Унесенная  вода  3. Вода	0,0145 0,0755   10,757  205,303	1. Отходящий  газ  (36000м3/час), в том числе: гидрофторид тетрафторид кремния   2. Вода на  абсорбцию	0,0145 0,0755   216,06
Итого:	216,15	Итого:	216,15

 

Примечание. Вся вода, унесенная с газовой фазой, улавливается. 

4. Абсорбция известковым молоком
Вход		Выход
Наименование  потока	Количество, кг/час	Наименование  потока	Количество, кг/час
1. Отходящий  газ  (36000 м3/час), в том числе: гидрофторид тетрафторид кремния   2. Известковое молоко, в том числе: Са(ОН)2 вода твёрдая фаза	0,0145 0,0755   2,70(4)  0,135 1,215 1,35	1. Отходящий  газ  ( 36000 м3/час), в том числе: гидрофторид, тетрафторид кремния   2. Суспензия,  в том числе: вода фторид кальция оксид кремния Са(ОН)2 твёрдая фаза	0,00014(2) 0,0022(1)    1,254(5) 0,136(3) 0,0414(1) 0,006(6) 1,35
Итого:	2,79	Итого:	2,79