Анализ особенностей процесса плавления серы на ОАО «Гомельский химический завод»

• Обозначения и сокращения
• Введение
• Глава 1. Анализ известных технологических процессов плавления
• 1.1 Общие сведения
• 1.2 Класификации серы
• 1.3 Плавильные аппараты
• Глава 2. Плавление серы
• 2.1 Анализ технологического процесса плавления серы
• 2.2 Анализ технологических параметров системы транспортирования расплава серы
• 2.3 Нагревательный элемент с регулировкой температуры
• 2.3.1 Нагревательное устройство
• Глава 3. Способы погрузки
• 3.1 Способ погрузки серы в транспортное средство
• 3.1.1 Способ погрузки жидкой серы
• 3.2 Анализ процесса плавления серы и система контроля температуры расплава серы при ее транспортировке в отделение плавления цеха серной кислоты ОАО «Гомельский химический завод»
• 3.2.1 Принцип работы контактного аппарата на ГХЗ
• Глава 4. Причины возгорания серы и разработка методов их прекращения
• 4.1 Дегазация жидкой серы
• 4.2 Анализ способов дегазации серы
• 4.3 Способ и аппаратура для дегазации жидкой серы
• Глава 5. Обеспечение охраны труда и техники безопасности
• Заключение
• Список использованных источников

Определения

Сера — (лат. Sulfur), S, химический элемент с атомным номером 16, атомная масса 32,066. Химический символ серы S. Сера расположена в VIA группе периодической системы Д. И. Менделеева, в 3-м периоде, и принадлежит к числу халькогенов. Сера относится к числу неметаллов.

Технологический процесс — это упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента возникновения исходных данных до получения требуемого результата.

Плавление - это процесс перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое. Плавление происходит с поглощением удельной теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода.

Плавильный аппарат — устройство, предназначенное для преобразования твердой серы в жидкую под действием температуры.

Обозначения и сокращения

ГХЗ — гомельский химический завод;

МЧС РБ — Министерство по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь;

ОАО — открытое акционерное общество;

ТНПА — технические нормативно-правовые акты;

ТП — технологический процесс;

плавление сера серная кислота

Сера известна человечеству с древнейших времен. Встречаясь в природе в свободном состоянии, она обращала на себя внимание характерной желтой окраской, а также тем резким запахом, которым сопровождалось ее горение. Сернистый ангидрид — удушливый газ, образующийся при горении серы, еще в древности использовался для отбеливания тканей. При раскопках Помпеи нашли картину, на которой изображен противень с серой и приспособление для подвешивания над ним материи. Издавна употреблялась сера и ее соединения для приготовления косметических средств и для лечения кожных заболеваний. И очень давно ее начали использовать для военных целей. Так, в 670 году защитники Константинополя сожгли арабский флот с помощью «греческого огня»; это была смесь селитры, угля и серы. Те же вещества входили в состав черного пороха, применявшегося в Европе в средние века и до конца XIX в.

Серная кислота, одно из самых важных соединений серы, была открыта, по-видимому, к X в, начиная с XVIII века, ее производят в промышленных масштабах и вскоре она становится важнейшим химическим продуктом, необходимым и в металлургии, и в текстильной промышленности, и в других, самых различных отраслях. В связи с этим начались еще более интенсивные поиски месторождений серы, изучение химических свойств серы и ее соединений и совершенствование методов их извлечения из природного сырья.

Русское название элемента происходит от древне — индийского (санскритского) слова «сира» — светло-желтый. Приставка «тио», часто применяемая к соединениям серы, происходит от греческого названия серы — «тейон» (божественный, небесный). Ведь сера издавна была символом горючести; огонь же считался достоянием богов, пока Прометей, как гласит миф, не принес его людям.

Серная кислота — наиболее сильная и самая дешевая кислота. Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от — 40…-20 до 260 … 336,5 ⁰С) находится в жидком состоянии.

Серная кислота является важным и крупнотоннажным проектом химической промышленности. Основными видами сырья для производства серной кислоты являются: сера, колчедан, отходящие газы цветной металлургии.

Еще в XIII веке серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO₄, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

В Республике Беларусь серная кислота производится двумя способами: нитрозным (башенным), существующим более 200 лет, и контактным, освоенным в промышленности в конце ХIХ и начале ХХ века. Преимущественное развитие получил контактный способ, в связи с более высоким уровнем производства и возможностью получения более чистой и более концентрированной кислоты.

За последнее время широко внедрены установки получения серной кислоты по «короткой» схеме, запроектированные по методу двойного контактирования с двойной абсорбцией, что позволяет повысить степень конверсии диоксида серы и снизить объемную долю SO₂ в выхлопных газах до 0,03%, то есть исключается необходимость строительства установки очистки отходящих газов. Кроме установок с «короткой» схемой производства еще значительную долю составляют предприятия, переведенные на сжигание серы вместо колчедана, так называемые «длинные» или «полные» системы.

В качестве сырья на сернокислотные предприятия поступает сера двух источников: природная (самородная) и газовая (попутная). Эти два вида серы поставляются в твердом (комовая сера) и жидком виде. Требования сернокислотной промышленности к сорту, виду и ассортименту серы определяются технологической схемой процесса получения серной кислоты, типом оборудования для сжигания серы и требованием потребителя к качеству кислоты.

Для «коротких» схем требуется высококачественная жидкая сера с содержанием органических примесей не более 0,06%, золы — не более 0,003% и мышьяка — не более %.

Содержащиеся в сере механические и органические примеси мешают нормальной работе сернокислотной системы.

Твердые примеси (зола) засоряют форсунки и затем, переходя в газовую фазу, осаждаются на поверхности котлов-утилизаторов, уменьшают теплосъем и в дальнейшем, при попадании в контактный аппарат, уменьшают активность катализатора и повышают сопротивление системы, увеличивая при этом расход электроэнергии.

Наличие органических веществ, влаги, сероводорода крайне нежелательно для «коротких» схем сернокислотного производства, так как при сгорании этих примесей увеличивается содержание влаги в газе. Наличие влаги способствует образованию трудно поглощаемого тумана серной кислоты, что приводит к увеличению коррозии теплообменников контактного узла, а также к увеличению выбросов серной кислоты в атмосферу.

Потребителями комовой серы являются предприятия, вырабатывающие серную кислоту нитрозным методом, и установки, оборудованные печами КС и переведенные на сжигание серы вместо колчедана с полной технологической схемой переработки газа. Продукция этих предприятий предназначена в основном для производства удобрений, поэтому эта группа предприятий использует комовую серу более низкого качества, то есть природную, сорта 9950 и 9920. В результате хранения и транспортировки сера загрязняется и на сернокислотные предприятия поступает жидкая и комовая сера более никого качества, чем это требуется для ведения технологического процесса, поэтому ее перед сжиганием очищают отстаиванием и фильтрацией.

За последние годы в процессе производства серной кислоты внесены существенные улучшения. Широко применяется обжиг колчедана в кипящем слое и сжигание серы в циклонной печи, значительно увеличивается использование тепла, выделяющегося при обжиге сырья, и на других стадиях производства серной кислоты. Непрерывно повышается производительность башенных сернокислотных систем в результате поддержания оптимального технологического режима, разработанного на основе исследований; интенсивность башенных систем достигает 250 кг/м³ в сутки. Освоен контактно-башенный процесс производства серной кислоты, при котором расход HNO₃ составляет 6 — 7 кг на 1 тонну H₂SO₄.

В контактном методе производства серной кислоты окисление диоксида серы в триоксид осуществляется на твердых контактных массах. Благодаря усовершенствованию контактного способа производства, себестоимость более чистой и высококонцентрированной контактной серной кислоты лишь незначительно выше, чем башенной. В настоящее время свыше 90% всей кислоты производится контактным способом.

В качестве катализаторов контактного процесса теперь применяется термически стойкая ванадиевая контактная масса (в виде гранул и колец) с пониженной температурой зажигания. Проведены работы по освоению процесса окисления SO₂ в кипящем слое катализатора. Важным усовершенствованием является двойное контактирование, при котором обеспечивается высокая степень окисления SO₂ на катализаторе (до 99,8%) и потому исключается необходимость в дополнительной санитарной очистке отходящих газов.

Внедряется процесс конденсации H₂SO₄, заменяющий абсорбцию серного ангидрида.

Также для производства серной кислоты используют ангидрид или безводный сульфат кальция CaSO₄, гипс или двуводную соль и фосфогипс, представляющий собой отход производства концентрированных фосфорных удобрений (смесь гипса, соединений фтора, окислов фосфора, SO₂ и других примесей).

В нитрозном способе катализатором служат оксиды азота. Окисление SO₂ происходит в основном в жидкой фазе и осуществляется в башнях с насадкой. Поэтому нитрозный способ по аппаратурному признаку называют башенным. Сущность нитрозного метода состоит в том, что обжиговый газ обрабатывается серной кислотой, в которой растворены окислы азота. Сернистый ангидрид обжигового газа поглощается нитрозой, и затем окисляется окислами азота по реакции:

SO₂ + N₂O₃ + H₂O = H₂SO₄ + 2NO

Образующийся оксид азота плохо растворим в нитрозе, и выделяется, а затем частично окисляется кислородом до NO₂. Смесь NO и NO₂ вновь поглощается H₂SO₄.

Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое соединение H₂SO₄, а также в виде соединений с водой:

, и с триоксидом серы, .

Пожары на складах серы в мире [5]

В декабре 1995 года на открытом складе серы предприятия, расположенного в городе Сомерсет Вест Западной Капской провинции Южно-Африканской Республики произошёл крупный пожар, погибли два человека.

16 января 2006 г. около пяти вечера на череповецком предприятии «Аммофос» загорелся склад с серой. Общая площадь пожара — около 250-ти квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет.

15 марта 2007 рано утром на ООО «Балаковский завод волоконных материалов» произошёл пожар на закрытом складе серы. Площадь пожара составила 20 м². На пожаре работало 4 пожарных расчёта с личным составом в 13 человек. Примерно через полчаса пожар был ликвидирован. Никто не пострадал.

4 и 9 марта 2008 года произошло возгорание серы в Атырауской области в хранилище серы ТШО на Тенгизском месторождении. В первом случае очаг возгорания удалось потушить быстро, во втором случае сера горела 4 часа. Объём горевших отходов переработки нефти, к каковым по казахстанским законам отнесена сера, составил более 9 тысяч килограммов.

В апреле 2008 недалеко от посёлка Кряж Самарской области загорелся склад, на котором хранилось 70 тонн серы. Пожару была присвоена вторая категория сложности. К месту происшествия выехали 11 пожарных расчётов и спасатели. В тот момент, когда пожарные оказались около склада, горела ещё не вся сера, а только её небольшая часть — около 300 килограммов. Площадь возгорания вместе с участками сухой травы, прилегающими к складу, составила 80 квадратных метров. Пожарным удалось быстро сбить пламя и локализовать пожар: очаги возгорания были засыпаны землёй и залиты водой.

В июле 2009 в Днепродзержинске горела сера. Пожар произошёл на одном из коксохимических предприятий в Баглейском районе города. Огонь охватил более восьми тонн серы. Никто из сотрудников комбината не пострадал.

Для того чтобы обезопасить предприятия от пожаров серы и их последствий, следует применение средств автоматической системы оповещения людей о возгорании серы и тушения пожаров на ранних стадиях пожара.

Глава 1. Анализ известных технологических процессов плавления

1.1 Общие сведения

Сера техническая при обычной температуре — твердое вещество желтого цвета разных оттенков. При плавлении сера переходит в светло-желтый текучий расплав. В зависимости от нагревания или охлаждения серы, она может изменять цвет от светло-желтого до темно — красного.

Самым необычным свойством серы является ее вязкость, что необходимо помнить при работе с серой. Так наименьшую вязкость (текучесть) имеет сера при 140−150°С. В очень узком температурном диапазоне вязкость жидкой серы возрастает в 2000 раз и при 187 °C она становится почти не текучей. При дальнейшем повышении температур вязкость снова уменьшается, а при кипении (444,6°С) сера превращается в жидкотекучий расплав.

В расплавленном и парообразном состоянии сера является активным химическим веществом и способна соединяться как с металлами, образуя сульфиды, так и с металлоидами, образуя сероуглерод, хлористую серу и другие соединения.

При температуре 360 °C и выше сера взаимодействует с кислородом с образованием диоксида серы:

S + O₂>SO₂.

С водородом при 400 °C сера образует сероводород:

S + H₂>H₂S.

При окислении сероводорода образуется сера:

2H₂S + O₂> 2H₂O + 2S.

При нагревании серы с серной кислотой до 200 °C выделяется диоксид серы:

S + 2H₂SO₄> 3SO₂ + 2H₂O.

В воде сера не растворима, но хорошо (кроме аморфной) растворяется в сероуглероде и хуже — в других органических растворителях.

При сгорании ромбической серы по реакции:

S + O₂>SO₂

выделяется 2212 ккал/кг (при 760 мм рт. ст. и 25°С)

1 кг жидкой серы эквивалентен по теплоте сгорания 0,3161 кг условного топлива (7000 ккал/кг).

Атомы серы обладают уникальной способностью образовывать устойчивые гомоцепи, т. е. цепи, состоящие только из атомов S (энергия связи S-S составляет около 260 кДж/моль). Гомоцепи серы имеют зигзагообразную форму, так как в их образовании принимают участие электроны, расположенные в соседних атомах на взаимно перпендикулярных р-орбиталях. Эти цепи могут достигать большой длины, или, наоборот, образовывать замкнутые кольца S20, S8, S6, S4.

Поэтому сера образует несколько десятков как кристаллических, так и аморфных модификаций, отличающихся как составом молекул и полимерных цепей, так и способом их упаковки в твердом состоянии.

1.2 Класификации серы

При нормальном давлении и температурах до 98,38°C стабильна a-модификация серы (иначе эту модификацию называют ромбической), образующая лимонно-желтые кристаллы. Ее кристаллическая решетка орторомбическая, параметры элементарной ячейки a = 1,4 646, b = 1,28 660, c = 2,4486 нм. Плотность 2,07 кг/дм³. Выше 95,39°C стабильна b-модификация серы (так называемая моноклинная сера). При комнатной температуре параметры элементарной ячейки моноклинной b-S a = 1.090, b = 1.096, c = 1,102 нм, t = 83,27°. Плотность b-S 1,96 кг/дм³.

В структурах как a-, так и b-модификаций серы имеются неплоские восьмичленные циклические молекулы S₈. Такие молекулы немного похожи на короны.

Две эти модификации серы отличаются взаимной ориентацией молекул S8 в кристаллической решетке.

Еще одну модификацию серы — так называемую ромбоэдрическую серу — можно получить выливанием раствора тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ в концентрированную соляную кислоту при 0 °C с последующей экстракцией серы толуолом. После испарения растворителя возникают ромбоэдрические кристаллы, содержащие молекулы S₆ в форме кресла.

Аморфную серу (плотность 1,92 г/см₃) и резиноподобную пластическую серу получают при резком охлаждении расплавленной серы (выливая расплав в холодную воду). Эти модификации состоят из нерегулярных зигзагообразных цепей S_n. При длительном выдерживании при температурах 20−95°C все модификации серы превращаются в a-серу.

Температура плавления ромбической a-серы 112,8°С, а моноклинной b-серы 119,3°С. И в том, и в другом случае образуется легкоподвижная желтая жидкость, которая при температуре около 160 °C темнеет; ее вязкость повышается, и при температуре выше 200 °C расплавленная сера становится темно-коричневой и вязкой, как смола. Это объясняется тем, что сначала в расплаве разрушаются кольцевые молекулы S8. Возникающие фрагменты объединяются друг с другом с образованием длинных цепей S из нескольких сотен тысяч атомов. Дальнейшее нагревание расплавленной серы (выше температуры 250°C) ведет к частичному разрыву цепей, и жидкость снова становится более подвижной. Около 190 °C ее вязкость примерно в 9000 раз больше, чем при 160 °C.

При температуре 444,6°C расплавленная сера закипает. В зависимости от температуры в ее парах можно обнаружить молекулы S8, S6, S4 и S2. Изменение состава молекул вызывает изменение окраски паров серы от оранжево-желтого до соломенно-желтого цвета. При температуре выше 1500 °C молекулы S2 диссоциируют на атомы.

Молекулы S₂ парамагнитны и построены аналогично молекуле O₂. Во всех других состояниях сера диамагнитна.

В воде сера практически нерастворима. Некоторые ее модификации растворяются в органических жидкостях (толуоле, бензоле) и особенно хорошо — в сероуглероде CS₂ и жидком аммиаке NH₃.

Сера — достаточно активный неметалл. Даже при умеренном нагревании она окисляет многие простые вещества, но и сама довольно легко окисляется кислородом и галогенами.

S + O₂ > SO₂; S + 3F₂ > SF_6,2S + Cl₂ > S₂Cl₂ (c примесью SCl₂)

С водородом при нагревании сера образует сероводород H₂S и в небольшом количестве сульфаны (соединения состава H₂Sn):

H₂ + S > H₂S.

Примеры реакций серы с металлами:

2Na + S > Na₂S, Ca + S > CaS, Fe + S > FeS

Образующиеся в этих реакциях сульфиды характеризуются не постоянным, а, как правило, переменным составом. Так, состав сульфида кальция может непрерывно изменяться в границах от CaS до CaS₅. Полисульфиды типа СаSn или Na₂Sn при взаимодействии, например, с соляной кислотой образуют сульфаны H₂Sn, причем значение n может составлять от 1 до приблизительно 10.

Концентрированная серная кислота при нагревании окисляет серу до SO₂:

S + 2H₂SO₄ = 2H₂O + 3SO₂.

Царская водка (смесь азотной и соляной кислот) окисляет серу до серной кислоты.

Разбавленная азотная кислота, соляная кислота без окислителей и серная кислота на холоде с серой во взаимодействие не вступают. При нагревании в кипящей воде или растворах щелочей сера диспропорционирует

1.3 Плавильные аппараты

Для плавления серы (рисунок 1.1 и 1.2) в настоящее время используются плавильные аппараты нескольких типов. Наиболее распространены плавилки, выполненные в виде суживающегося в нижней части бункера, в котором теплообменные трубки расположены наклонно (рисунок 1.3).

На мощных сернокислотных системах эксплуатируются плавилки производительностью 16 т/ч в 4 т/ч.

Для исключения коррозии металла корпус плавилки футеруют или облицовывают кислотоупорной плиткой, либо отключают внешний обогрев, и таким образом на стенках плавилки образуется защитный гарнисаж застывшей серы.

Другой тип плавилки, корпус которой не подвергается коррозии, — цементная плавильная ванна с наклонным дном площадью 17 000×6800. Объем ванны 110 м³. В ванну укладывают 25 элементов плавильных труб диаметром 219×12. Каждый змеевик имеет поверхность 210 кг.

Расплавленная сера стекает из ванны в хранилище грязной серы. На входе в хранилище установлена съемная решетчатая ловушка для твердых инородных предметов.

Недостатком такого рода плавилок является то, что основная доля примесей серы оседает на дне ванны, что создает очень большие затруднения по ее очистке.

Следующий тип — шнековая плавилка. Плавление серы производится в шнеке за счет тепла рециркуляции расплавленной серы. Недостатком аппарата является наличие вращающихся элементов в среде расплава серы с инородными предметами.

Вывод по главе:

Проанализировав технологические процессы плавления серы мы выяснили, что при плавлении, сера переходит в светло-желтый текучий расплав. В зависимости от нагревания или охлаждения серы, она может изменять цвет от светло-желтого до темно-красного.

Необычным свойством серы является ее вязкость, что необходимо помнить при работе с серой. Так наименьшую вязкость (текучесть) имеет сера при 140−150°С. В очень узком температурном диапазоне вязкость жидкой серы возрастает в 2000 раз и при 187 °C она становится почти не текучей. При дальнейшем повышении температур вязкость снова уменьшается, а при кипении (444,6°С) сера превращается в жидкотекучий расплав.

В расплавленном и парообразном состоянии сера является активным химическим веществом и способна соединяться как с металлами, образуя сульфиды, так и с металлоидами, образуя сероуглерод, хлористую серу и другие соединения.

Сера бывает трех модификаций: а — и b-модификации, а также так называемую ромбоэдрическую.

В воде сера практически нерастворима. Некоторые ее модификации растворяются в органических жидкостях (толуоле, бензоле) и особенно хорошо — в сероуглероде CS₂ и жидком аммиаке NH₃.

Для плавления серы в настоящее время используются плавильные аппараты нескольких типов. Наиболее распространены плавилки, выполненные в виде суживающегося в нижней части бункера, в котором теплообменные трубки расположены наклонно.

Глава 2. Плавление серы

2.1 Анализ технологического процесса плавления серы

Комовая сера со склада подается в плавильные аппараты (рисунок 2.1), над которыми установлены распределительные решетки, причем решетки могут быть обогреваемыми (например, регистры плавилок).

В плавилках устанавливают греющие элементы (регистры), по которым подается пар давлением 0,4−0,6 МПа. Стенки плавилок могут быть либо футерованными, либо нефутерованными с внешним обогревом.

Соприкасаясь с греющей поверхностью, сера плавится и вытекает из нижней части аппарата в обогреваемый сборник-накопитель, откуда насосами перекачивается в хранилище грязной серы. Хранилище грязной серы, куда также поступает жидкая сера из цистерн, обеспечивает 8−12-суточный запас серы. В хранилищах установлены греющие элементы.

Обычно сера, поступающая на переработку, загрязнена инородными предметами (проволока, кирпич, дерево, пленка). Эти примеси, как правило, проскакивают через решетку, установленную над плавилкой, но улавливаются и накапливаются между регистрами, что уменьшает поверхность теплообмена, а следовательно, и производительность аппарата. Практикой установлено, что для лучшего обслуживания плавилок при их чистке расстояние между регистрами должно быть не менее 250 мм, а просветы между трубами должны быть минимальными с плотно прилегающими трубами для предотвращения попадания кусков между ними.

Для увеличения производительности плавилок используют верхний слив серы (над регистрами), а также пользуются приемом рециркуляции жидкой серы в плавилку (ретур).

По мере продвижения серы по плавильному тракту происходит ее частичная очистка от зольных примесей и легких органических фракций. Основная часть инородных предметов оседает в накопителе плавилки, в результате чего его приходится очищать один раз в 3−4 недели, в зависимости от качества серы. В хранилище грязной серы происходит дальнейшее оседание зольных примесей. Степень очистки от золы при отстое за 4 часа составляет 60−70%, а за сутки — 80−95%. Кислотность серы за счет щелочных составляющих золы снижается на 45% и 80% соответственно. Содержание органических примесей снижается лишь на 4% за 4 часа без дальнейшего уменьшения во времени. Чистка хранилища производится обычно один раз в год. Чистка хранилищ очень трудоемкая операция, поэтому для уменьшения загрязнения серы инородными предметами при разгрузке вагонов необходимо следить, чтобы в серу не попадала проволока для закручивания люков вагонов и других предметов, которыми уплотняются щели вагонов.

Жидкая сера поступает в железнодорожных цистернах. Для разогрева и слива цистерн предусмотрен специальный железнодорожный пункт, оборудованный эстакадой, электроагрегатами для разогрева цистерн и линиями подачи сжатого воздуха.

Цистерны снабжены электронагревательными элементами и имеют штуцер для слива серы. Сера из цистерн через верхний слив выдавливается воздухом давлением 1,8 кгс/см² в хранилище грязной серы. Прием жидкой серы в хранилище осуществляется по трубе, спущенной почти до дна резервуара.

2.2 Анализ технологических параметров системы транспортирования расплава серы

Расплав серы транспортируется по серопроводам. Сера обладает наибольшей текучестью при 140−150 ⁰С. Поэтому серопроводы нужно снабжать системой обогрева. На ГХЗ для обогрева серопроводов используется электрический подогрев. При этом температура стенки серопровода обеспечивается 145−150°С, что обеспечивает оптимальную текучесть расплава серы.

Система обогрева обеспечивает:

разогрев серы из закристаллизованного состояния до 140 °C. Время разогрева — до 9 часов;

автоматическое поддержание заданной температуры перекачиваемой среды (жидкой серы) 140ч150°С;

сигнализацию о нарушениях в работе системы (срабатывание УЗО, отключение электроэнергии и т. д.);

сигнализацию об отклонении температуры перекачиваемой среды.

2.3 Нагревательный элемент с регулировкой температуры

На сегодняшний день существуют различные конструкции. Известно нагревательное устройство которое содержит нагревательный элемент, теплопровод и первый и второй преобразователи регулятора температуры, находящиеся в непосредственном контакте с теплопроводом, при этом первый преобразователь регулятора температуры расположен на первом расстоянии от нагревательного элемента, второй преобразователь регулятора температуры расположен на втором, меньшем, чем первое, расстоянии от нагревательного элемента, порог срабатывания первого преобразователя регулятора температуры ниже порога срабатывания второго преобразователя регулятора температуры тем самым обеспечивает точный и надежный контроль и регулирование температуры.

Данное устройство относится к нагревательным устройствам, которые содержат нагревательный элемент, теплопровод и первый и второй преобразователи регулятора температуры.

В литературе описан усовершенствованный датчик температуры для нагреваемого электричеством сосуда. Датчик температуры может быть выполнен электронного типа, при этом он термоизолирован от теплораспределительной плиты, но имеет термическую связь с контактной пластиной.

В европейском патенте описано полученное из золь-геля электропроводящее покрытие. В частности, описана композиция для нанесения на подложку для образования на ней покрытия, при этом композиция содержит раствор золь-геля, примерно 90% которого составляет электропроводящий порошок.

2.3.1 Нагревательное устройство

Существует нагревательное устройство содержащее нагревательный элемент, теплопровод и первый и второй преобразователи регулятора температуры, при этом первый преобразователь регулятора температуры расположен на первом расстоянии от нагревательного элемента, второй преобразователь регулятора температуры расположен на втором расстоянии от нагревательного элемента, меньшем, чем первое расстояние. Порог срабатывания второго преобразователя регулятора температуры выше порога срабатывания первого преобразователя регулятора температуры. Оба преобразователя регулятора температуры имеют непосредственный контакт с теплопроводом

1 — дополнительные электроды;

2 — первый преобразователь регулятора температуры;

3 — второй преобразователь регулятора температуры;

4 — нагревательный элемент;

5 — теплопровод;

6 — нагревательный электрод;

Рисунок 2.1 — Нагревательное устройство

Нагревательный элемент является источником тепловой энергии и, как правило, выполнен в виде резистивного нагревателя. Устройство дополнительно содержит теплопровод, который имеет термический контакт с нагревательным элементом и может передавать и рассеивать тепло. Нагревательное устройство дополнительно содержит первый преобразователь регулятора температуры и второй преобразователь регулятора температуры. Первый преобразователь регулятора температуры выполнен на первом расстоянии от нагревательного элемента. Это расстояние измеряется как самое короткое расстояние от одного края первого преобразователя регулятора температуры до ближайшего края нагревательного элемента. Второй преобразователь регулятора температуры выполнен на втором расстоянии от нагревательного элемента. Второе расстояние измеряется так же, как первое.

Как первый, так и второй преобразователи регулятора температуры реагируют на температуру участка, окружающего преобразователь регулятора. Такая реакция может проявляться как температурная зависимость электрического тока или выходного напряжения, а также в виде сигнала на включение или выключение и/или в виде функции переключения из включенного состояния в выключенное.

Форма выполнения преобразователя регулятора температуры может быть различной. Например, в качестве преобразователя регулятора температуры может быть использован электрический или электронный термометр, ток или напряжение на выходе которого зависят от температуры. Преобразователи регулятора такого типа часто содержат элемент с отрицательным или положительным температурным коэффициентом. Преобразователи регулятора могут содержать также механический элемент, например биметаллический. В альтернативном варианте они могут содержать вещество с определенной температурой плавления, плавление которого послужит запуском механического или электрического или электронного сигнала.

Некоторые преобразователи регулятора температуры могут иметь минимальный порог срабатывания, под которым следует понимать минимальное значение температуры, при которой может быть получен полезный сигнал. Такое пороговое значение может быть ниже комнатной температуры, даже таким низким, как примерно 0° по Кельвину, но может быть и выше комнатной температуры. Например, преобразователь регулятора температуры, в основе которого лежит плавление определенного вещества, имеет порог срабатывания выше комнатной температуры.

Первый и второй преобразователи регулятора температуры имеют непосредственный контакт с теплопроводом.

Поскольку оба преобразователя регулятора температуры имеют непосредственный контакт с теплопроводом, можно быть уверенным в верности показания температуры. В ситуациях, когда необходимо избежать чрезмерного превышения температуры определенных заданных значений, такой непосредственный контакт обеспечивает дополнительную безопасность. Если необходимо избежать чрезмерного повышения температуры, второй порог срабатывания следует выбрать ниже, чем значение допустимой температуры. Когда температура нагревательного устройства приблизится к максимально допустимому значению и теплопровод нагреется, оба преобразователя регулятора температуры подтвердят, что допустимое значение температуры не было превышено. В связи с тем, что второй преобразователь регулятора температуры наиболее приближен к нагревательному элементу, показание второго преобразователя регулятора температуры особенно достоверно.

Если второй преобразователь регулятора температуры расположен на меньшем расстоянии от нагревательного элемента, чем первый преобразователь регулятора, то показания второго преобразователя регулятора остаются надежными даже при условии, что первый преобразователь регулятора размещен на удаленной от теплопровода поверхности.

Нагревательное устройство может содержать нагревательный элемент, который выполнен на теплопроводе в форме покрытия. Тогда теплопровод служит подложкой этому покрытию.

Для изготовления покрытия можно использовать различные композиции. Покрытие может содержать вещества на основе эпоксидной смолы или стекла, или оно может полностью состоять из них.

В альтернативном варианте покрытие может содержать раствор золь-геля, до 90% которого составляет проводящий порошок, находящийся в состоянии однородной стабильной дисперсии. При этом упомянутый порошок выбран из группы, включающей металлы, керамику, композитные материалы и полупроводники.

Альтернативные, подходящие для покрытий композиции представляют собой рецептуры, содержащие суспензии с 90-процентным содержанием диспергированного в коллоидном золь-гель растворе неорганического порошка. Этот золь-гель раствор наносится виде протяженной и желательно несплошной сетки геля, и эта суспензия или поверхностный слой превращается в тонкое неорганическое покрытие при нагревании от 300 °C до 450 °C.

К числу других пригодных к использованию композиций относятся проводящие, резистивные и диэлектрические типографские краски, металлокерамика (приготовленная из окислов алюминия или циркония в сочетании с металлами, включая ниобий, молибден, титан и хром); смеси из серебра, свинца, палладия и окисла рутения, например Ag Pb Pd RuO₂, или Pb ₂Ru₂O₆, или Ag/Pd 65/35; окись алюминия или нитрид алюминия; или смеси окислов алюминия, нитридов алюминия, окислов бериллия, карбида кремния и нихрома.

Преобразователь регулятора температуры также может быть выполнен на теплопроводе в виде покрытия. Это покрытие тоже может быть выполнено из перечисленных выше материалов.

Возможен вариант, при котором один или оба преобразователя регулятора температуры содержат те же композиции, что и нагревательный элемент или даже полностью состоят из них.

Нагревательное устройство может содержать и третий преобразователь регулятора температуры. Этот третий преобразователь регулятора температуры может содержать те же композиции, что и нагревательный элемент и/или первый преобразователь регулятора температуры, и даже полностью состоять из них.

Конструкция нагревательного устройства может быть такова, что расстояние между первым преобразователем регулятора температуры и нагревательным элементом значительно превышает расстояние между вторым преобразователем регулятора температуры и нагревательным элементом. Например, первое расстояние может превышать второе расстояние на 50%, 100%, 150%, 200% и даже больше. В некоторых случаях второе расстояние может быть выбрано очень незначительным, например меньше 3 мм, 2 мм или 1 мм или еще меньше.

Формы выполнения теплопровода весьма разнообразны, при этом можно использовать многочисленные материалы. Например, теплопровод может иметь кубическую или ромбическую форму, форму цилиндра или полуцилиндра. Для изготовления теплопровода пригодны различные материалы с хорошим коэффициентом теплопередачи. Теплопровод может быть выполнен из металла, такого как алюминий, или из материалов на основе слюды. По меньшей мере, одна поверхность теплопровода может иметь покрытие, например, керамическое, или покрытие, выполненное из окислов алюминия.

Допускается выполнение теплопровода состоящим из нескольких частей. Например, можно выполнить его состоящим из трех частей. При этом на одной из частей размещен нагревательный элемент, а на двух других размещены преобразователи регулятора температуры. Эти части могут быть смонтированы вместе, например склеены или скреплены, что обеспечивает хорошее механическое соединение при отсутствии сильной термической связи.

При более слабой термической связи между нагревательным элементом и, по меньшей мере, одним преобразователем регулятора температуры считываемое показание температуры в большей степени соответствует средней температуре теплопровода и/или нагревательного устройства в целом, чем температуре нагревательного элемента.

Нагревательное устройство можно применять в тех случаях, когда используют низкие напряжения, например напряжение, прикладываемое к нагревательному элементу, можно выбирать в диапазонах: 1−250 В, 200−250 В, 90−120 В, 30−50 В или 10−14 В. Было обнаружено, что нагревательное устройство успешно функционирует при использовании напряжения в диапазонах 0−50 В, или 30−50 В, или 35−45 В. Не вникая в теорию вопроса, допустимо считать, что использование напряжения в упомянутых диапазонах обеспечивает быстрый нагрев и при этом не достигается такая мощность, при которой показания температуры стали бы менее надежными.

Поэтому одним из аспектов является способ нагрева устройства под напряжением, выбранным из приведенных выше диапазонов. Другим аспектом является способ изготовления нагревательного устройства. Этот способ включает в себя изготовление теплопровода и изготовление нагревательного элемента. Дополнительно способ содержит этап изготовления первого преобразователя регулятора температуры, который имеет первый минимальный порог срабатывания, расположен на первом расстоянии от нагревательного элемента и имеет непосредственный контакт с теплопроводом. Дополнительно способ содержит этап изготовления второго преобразователя регулятора температуры, имеющего второй порог срабатывания, превышающий порог срабатывания первого преобразователя регулятора, при этом второй преобразователь регулятора температуры расположен на втором расстоянии от нагревательного элемента, меньшем, чем первое расстояние, и имеет непосредственный контакт с теплопроводом.

Нагревательный элемент и первый преобразователь регулятора температуры могут быть изготовлены в рамках одного технологического процесса. В альтернативном варианте упомянутые изделия можно получить в любой последовательности при выполнении разных технологических процессов. Способ изготовления нагревательного устройства может также включать операцию изготовления нагревательного элемента и первого преобразователя регулятора температуры путем нанесения покрытия на каждый из них.

Нагревательный элемент и первый преобразователь регулятора температуры могут быть нанесены путем напыления пульверизатором, посредством окунания, с использованием щетки, а также с использованием трафаретной печати. Выполнение элементов в форме покрытия имеет свои преимущества. Второй преобразователь регулятора температуры также можно изготовить путем напыления пульверизатором, посредством окунания, трафаретной печатью или с использованием щетки.

На рисунке 1 показано нагревательное устройство, для которого теплопровод выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда. Одна большая поверхность прямоугольного параллелепипеда использована для выполнения нагревательного элемента и первого преобразователя регулятора температуры. Оба элемента, выполнены как покрытия, нанесенные на теплопровод, и тоже имеют по существу форму прямоугольного параллелепипеда. Второй преобразователь регулятора температуры выполнен на той же поверхности.

Как видно нагревательный элемент выполнен в форме прямоугольника, имеющего большую и малую оси. Первый преобразователь регулятора температуры примыкает к нагревательному элементу и тоже имеет форму прямоугольника, длина которого соответствует длине нагревательного элемента. При этом малая ось прямоугольника короче, чем малая ось нагревательного элемента, и может составлять 50%, или 25%, или 10%, или меньше длины малой оси нагревательного элемента.

Расстояние между первым преобразователем регулятора температуры и нагревательным элементом может составлять примерно 50%, или 25%, или 10%, или еще меньше от длины малой оси нагревательного элемента.

Как показано (рисунок 2.1), расстояние между первым преобразователем регулятора температуры и нагревательным элементом больше, чем расстояние между вторым преобразователем регулятора температуры и нагревательным элементом, так как второй преобразователь регулятора температуры примыкает к нагревательному элементу.

Нагревательные электроды выполнены с возможностью контакта с нагревательным элементом. Эти электроды могут примыкать (рисунок 2.1), и со стороны малой оси, и со стороны большой оси нагревательного элемента. Они могут быть выполнены в виде слоя из проводящего материала, например, между нагревательным элементом и теплопроводом.

Дополнительные электроды выполнены для обеспечения электрического контакта первого преобразователя регулятора температуры.

На рисунок 2.1 представлено нагревательное устройство в разрезе. Как видно поверхность теплопровода только частично закрыта нагревательным элементом.

На рисунок 2.1 представлен другой разрез нагревательного устройства, из которого ясно видно, что первый преобразователь регулятора температуры может быть расположен вблизи нагревательного элемента на той же поверхности теплопровода.

Глава 3. Способы погрузки

3.1 Способ погрузки серы в транспортное средство

Существует способ в котором предварительно серу расплавляют, заливают в емкость, остужают и покрывают пленкообразующим веществом, причем остужение и нанесение пленкообразующего вещества осуществляют в вакуумной камере. После этого емкости с серой погружают в транспортное средство. В качестве емкости используют транспортабельный лоток, разделенный на ячейки. Изобретение обеспечивает предотвращение самовозгорания серы во время погрузки.

Изобретение относится к способу погрузки сыпучих веществ в транспортное средство [3], а именно серы, предназначенной для перевозки.

Известен способ погрузки серы насыпью в полувагоны, причем последние перед погрузкой очищают.

Недостатком данного способа погрузки является образование пыли при погрузке, ухудшающей условия труда обслуживающего персонала и оказывающей вредное воздействие на экологию.

Известен также способ погрузки серы в транспортное средство, заключающийся в том, что предварительно расплавленную серу заливают в емкость послойно, остужают до температуры окружающего воздуха и после остывания (кристаллизации) ее разрыхляют (измельчают) на комки и загружают в транспортное средство, а затем наносят пленкообразующую жидкость толщиной 0.1 — 1.0 мм.

Недостатками данного способа погрузки серы в транспортное средство является то, что из-за неравномерности распределения фракций серы возможно смоноличивание груза в транспортном средстве; кроме того из-за трения слоев вследствие трибоэлектрического эффекта возможно самовозгорание груза и образование пыли, ухудшающие условия труда обслуживающего персонала и окружающей среды.

Указанная задача достигается тем, что в способе погрузки, заключающемся в том, что расплавленной серой заполняют емкость, затем остужают и наносят пленкообразующую жидкость, остужение и нанесение пленкообразующего вещества осуществляют в вакуумной камере, а в качестве емкости используют транспортабельный лоток, разделенный на ячейки.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в предотвращении самовозгорания серы во время погрузки и снижении содержания примесей. Указанный технический результат достигается за счет того, что в процессе погрузки обеспечивается обезвоживание перевозимого груза в вакууме и погрузка в транспортабельную емкость, что позволяет предотвратить самовозгорание серы и ее пыление, вредно влияющие на обслуживающий персонал и окружающую среду, и однородность фракций груза.

На рисунке 3.1 — где представлена схема технологического процесса погрузки серы; на рисунке 3.2 — показан транспортабельный лоток.

Способ погрузки комовой серы в транспортное средство заключается в следующем: порожнюю емкость 1, представляющую собой лоток, разделенный перегородками на ячейки, с помощью крана устанавливают на ленточный транспортер 2, затем, перемещая его под разливочное устройство 3, представляющее собой несколько гусаков 4, соединенных с серопроводом 5, производят заполнение ячеек горячей расплавленной серой. После дозировки емкость 1 устанавливают в вакуумную камеру 6 для остужения, из которой с помощью вакуумного насоса 7 типа ДВНП-6 откачивают воздух до давления 0.01 — 0.09 МПа. В вакуумной камере 6 емкость 1 выдерживается до тех пор, пока температура серы не снизится до 20−25^oC, затем вакуумный насос 7 отключают и через встроенные внутри камеры форсунки 8 подают пленкообразующий раствор на основе лигносульфонатов. полиэтиленоксидов или др. до образования на поверхности серы пленки толщиной 0.05 — 0.1 мм. После этого вакуумный насос 7 включается вновь на 10−30 мин до полного высыхания пленки. Затем емкости 1 по ленточному транспортеру 2 перемещают к месту погрузки их в транспортное средство (на схеме не показано), где с помощью крана производят погрузку.

Использование предлагаемого изобретения позволяет предотвратить самовозгорание груза, снизить процент содержания примеси за счет того, что после кристаллизации серу не дробят и не измельчают, а, удалив влагу, покрывают пленкообразующим раствором, увеличить точность дозировки груза в транспортное средство, а также улучшить условия труда обслуживающего персонала и снизить вредное влияние на окружающую природную среду.

Способ погрузки серы в транспортное средство, заключающийся в том, что предварительно серу расплавляют, заливают в емкость, остужают и покрывают пленкообразующим веществом, отличающийся тем, что остужение и нанесение пленкообразующего вещества осуществляют в вакуумной камере.

Способ, отличается тем, что в качестве емкости используют транспортабельный лоток, разделенный на ячейки.

Рисунок 3.1 — Cхема технологического процесса погрузки серы

3.1.1 Способ погрузки жидкой серы

Стендовый контур трубопровода изготавливали из имеющей диаметр 19 мм трубы из стали и прозрачного ПВХ, образующей совокупную длину контура, приблизительно равную 4 метрам. Контур включал небольшой насос и приблизительно 0,9-метровый универсальный переходник из стали, загнутый вниз под углом в девяносто градусов, имеющий сливной клапан. Универсальный переходник помещали на середине контура, отсчитывая от насоса, и его присоединяли при использовании подходящих отсечных клапанов и съемных коротких муфт ниже отсечных клапанов. Три звена независимых вертикальных труб присоединяли в виде тройников, направляя отводы вертикально вверх от основного контура. Данные вертикальные трубы располагали через правильные интервалы между насосом и ориентированным вниз универсальным переходником на одной стороне контура. Вертикальные трубы имели высоту от 15 до 25 см. Вертикальную трубу, наиболее близкую к насосу, оснащали клапанным соединением, ведущим к вакуумному насосу. Вторую вертикальную трубу оснащали коммерческим датчиком температуры и давления аммиака. Последнюю вертикальную трубу оснащали 19-миллиметровым шаровым клапаном. Возвратная линия от универсального переходника до насоса представляла собой 1,5-метровое звено сваренной стальной 19-миллиметровой трубы и небольшое звено трубы из прозрачного ПВХ. Приблизительно 1,3 метра 1,5-метровой стальной возвратной линии оснащали рубашкой из ПВХ диаметром 50 мм с охлаждающей водой, снабженной входным шиберным клапаном. Между насосом и первой вертикальной трубой размещали один 19-миллиметровый шаровой клапан. Всю систему надежно присоединяли к опрокидывающейся панели длиной 1,8 метра и вертикальным трубам придавали креплениями жесткость.

Систему очищали и неоднократно прополаскивали дистиллированной водой и откачивали досуха в результате вакуумирования. Система была способна выдерживать номинальный вакуум, равный 30 дюймам ртутного столба (101,6 кПа). Систему дополнительно подвергали испытанию на герметичность при использовании аммиака, который вводили в виде фазы насыщенного газа из оснащенного клапаном слива универсального переходника либо из коллектора на вакуумированной вертикальной трубе. Для лучшего отслеживания скорости среды для транспортирования изготавливали и добавляли в качестве визуальных маркеров несколько перфораций небольшого диаметра, заполненных белым полиэтиленом высокой плотности. Данные маркеры размещали в контуре по вертикальной трубе и систему снова возвращали к номинальным 30 дюймам ртутного столба (101,6 кПа).

Получали избыточный объем серосодержащих раствора и суспензии в безводном аммиаке при использовании соответствующей пары рассчитанных на определенное номинальное давление трубчатых приемников, изготовленных из 50-миллиметровой трубы, при этом каждый приемник имел длину, приблизительно равную 80 см, оканчивающихся на одном конце переходным ниппелем с резьбой 19 мм для соединения штанг различного диаметра, имеющим снабженную резьбой заглушку, а на другом конце переходным ниппелем с резьбой 19 мм для соединения штанг различного диаметра и стальным ниппелем с резьбой 19 мм на 6 см. Все резьбовые соединения надлежащим образом герметизировали при использовании коммерческого резьбового уплотнения, которое по паспортным характеристикам соответствовало газу и давлению и, как предполагалось, было совместимым с фитингами как из стали, так и из пластика. На каждом приемнике ниппель оснащали совместимым шаровым клапаном с гаечной резьбой 19 мм. К одному из клапанов присоединяли дополнительный снабженный резьбой ниппель для последующего соединения с другим приемником.