Раствор серной кислоты 40–42% для скруббера литейного цеха: поставка в еврокубах в Киров

Фото в шапке страницы — иллюстрация.

Водный раствор серной кислоты с массовой долей 40–42% · заправка кислотного скруббера на участке Cold-Box-amin · еврокубы из полиэтилена · паспорт на каждую партию · перевозка по ДОПОГ

Пример оптовой поставки готового раствора серной кислоты для машиностроительного предприятия в Кирове. В литейном цехе предприятия стержни изготавливают по процессу Cold-Box-amin, а пары амина из стержневых машин улавливает кислотный скруббер. Ниже описано, почему для этой задачи выгоднее покупать раствор нужной концентрации, а не концентрированную кислоту, как рассчитать потребность в кислоте по расходу амина, какие требования включить в спецификацию и как организовать заправку скруббера.

Зачем литейному цеху серная кислота

В процессе Cold-Box-amin песчаную смесь со связующим продувают парами амина прямо в стержневом ящике. Амин служит катализатором, и стержень отверждается за секунды. Почти весь поданный амин выходит из оснастки с продувочным воздухом. Выбрасывать его нельзя: амины токсичны и пахнут даже в очень малых концентрациях.

Поэтому вытяжной воздух от стержневых машин проходит через кислотный скруббер. Насос подаёт раствор серной кислоты из бака на верх колонны с насадкой. Раствор стекает навстречу воздуху, амин переходит в жидкость и связывается кислотой в сульфат амина. Очищенный воздух уходит в выброс, раствор возвращается в бак и снова идёт на орошение.

По мере работы свободной кислоты в растворе становится меньше, а pH растёт. Пока pH ниже 4,5, амин улавливается надёжно. Когда pH подходит к этой границе, раствор считается отработанным: его сливают и заправляют скруббер свежим. Свежая кислота нужна заказчику регулярно, и концентрацию первой заправки задаёт изготовитель скруббера.

С чего началось

Снабженец предприятия запросил серную кислоту техническую в двух еврокубах. Менеджер уточнил, для чего она нужна и как её используют, и выяснилось, что кислоту в цехе разбавляют до рабочей концентрации сами, прямо у бака скруббера.

В паспорте скруббера заправка указана раствором около 40%. На практике концентрация каждой заправки зависела от того, кто и как её готовил. При разбавлении выделяется много тепла. Чтобы раствор не перегрелся, кислоту вливают в воду медленно и малыми порциями, и операция растягивается. Под неё нужны средства защиты, кислотостойкая ёмкость для смешивания и отдельный участок хранения концентрированной кислоты.

Мы предложили другой вариант: поставлять раствор, который уже приготовлен до нужной концентрации и подтверждён паспортом. Его заливают в бак скруббера без разбавления. Сначала отгрузили одну пробную партию, затем согласовали спецификацию и график.

Почему концентрацию задаёт скруббер, а не поставщик

Единой концентрации для всех кислотных скрубберов нет. Разные изготовители указывают для первой заправки разные значения: в одних руководствах это около 40%, в других — 22–25%. От концентрации зависят срок работы одной заправки, вязкость раствора и то, как ведут себя соли амина при насыщении. Поэтому номинал и допуск мы берём из паспорта скруббера или по заданию технолога заказчика и записываем в спецификацию.

Для этого цеха согласовали массовую долю серной кислоты 40–42%. Внутри этого диапазона раствор контролируется по плотности:

Из таблицы видно ещё одно свойство такого раствора: при зимних температурах Кировской области он не замерзает. Кубы могут стоять в неотапливаемом складе, а скруббер не нуждается в обогреве бака из-за кислоты.

Разбавленная — не значит безопасная

Раствор 40–42% остаётся едким веществом. Он вызывает тяжёлые ожоги кожи и повреждение глаз так же, как концентрированная кислота. Для перевозки это опасный груз класса 8, как и концентрированная серная кислота.

С материалами всё наоборот. Концентрированная серная кислота 92–98% образует на углеродистой стали защитную плёнку, поэтому её хранят и перевозят в стальных ёмкостях. Раствор 40% такой плёнки не образует и активно растворяет сталь с выделением водорода. Поэтому опыт обращения с концентрированной кислотой на раствор не переносится:

Именно поэтому бак, насос и трубопроводы скруббера выполняют из пластика. По той же причине кубы с раствором нельзя ставить на стальные поддоны без защиты от проливов.

Сколько кислоты нужно: расчёт по расходу амина

Потребность в свежем растворе удобно планировать по расходу амина на стержневых машинах. Амин и серная кислота реагируют в постоянном соотношении: две молекулы амина на одну молекулу кислоты. Отсюда теоретическая масса кислоты на килограмм амина:

Это теоретический предел. На практике раствор меняют раньше: при приближении pH к 4,5, по графику обслуживания или когда соли амина начинают мешать работе насадки. Поэтому для графика поставок мы берём не расчёт, а фактический интервал между заменами раствора и объём бака. Расчёт по амину нужен, чтобы проверить, укладывается ли график в здравый смысл. Если раствор приходится менять заметно чаще, чем следует по расходу амина, причина обычно не в кислоте, а в работе скруббера.

Что даёт готовый раствор и чего он стоит

Готовый раствор дороже концентрированной кислоты в пересчёте на килограмм H₂SO₄: в тонне раствора 40% только 400 кг кислоты, остальное — вода, которую тоже нужно везти. Поэтому сравнивать цену тонны раствора с ценой тонны концентрированной кислоты некорректно.

Для решения мы предложили заказчику сравнить три статьи:

При небольшом расходе, как у одного-двух скрубберов, перевешивают последние три строки. При большом расходе своё разбавление на оборудованном узле может оказаться выгоднее. Это решает заказчик, и мы показываем расчёт обоих вариантов.

Требования к раствору в спецификации

Для раствора 40–42% нет отдельного государственного стандарта, поэтому все требования мы записываем в спецификацию к договору. Для скруббера согласовали:

Механические включения указаны отдельно не случайно: раствор подаётся на орошение через распылительные форсунки, и частицы в нём забивают форсунки и насадку. Других показателей, например примесей железа, для этой задачи не нормировали: для улавливания амина они не важны. Для других применений набор показателей будет другим.

Перевозка

Раствор серной кислоты 40–42% перевозится как опасный груз: UN 2796, кислота серная, содержащая не более 51% кислоты, класс 8, II группа упаковки, номер опасности 80. Перевозка в еврокубах разрешена. Горючих свойств у раствора нет, поэтому транспорт категории FL не нужен. Специальное разрешение на движение тоже не требуется. Партия из нескольких кубов превышает 333 литра, поэтому перевозка выполняется по ДОПОГ в полном объёме: водитель с допуском, оранжевые таблички, знаки опасности на кубах и письменные инструкции.

Кубы для раствора используются только под серную кислоту такой же концентрации. Перед наливом их осматривают, после налива закрывают и пломбируют. Каждый куб маркируется номером ООН и знаком опасности.

Заправка скруббера

Заправку выполняет персонал заказчика по своей инструкции. Мы согласовали с технологом последовательность, чтобы поставка и замена раствора совпадали по времени:

1. Заказчик сливает отработанный раствор из бака скруббера и при необходимости промывает бак.
2. Куб устанавливают рядом с баком на поддон с защитой от проливов.
3. Раствор перекачивают в бак кислотостойким насосом заказчика или подают самотёком через нижний кран куба и кислотостойкий рукав.
4. Воду в бак после заправки не добавляют: раствор уже приготовлен до нужной концентрации.
5. Технолог фиксирует pH или концентрацию после заправки и дату замены.

Отработанный раствор — это раствор сульфата амина. Обращение с ним — нейтрализация перед сбросом или передача специализированной организации — остаётся за заказчиком. Мы этот раствор не принимаем.

Кто за что отвечает

Приёмка и документы

При приёмке представитель заказчика проверяет пломбы и маркировку кубов, отбирает пробу и измеряет плотность ареометром с приведением к 20 °C. Если плотность укладывается в 1,303–1,321 г/см³, раствор принимается. При разногласиях массовую долю определяют титрованием по арбитражной пробе.

К каждой партии прилагаются:

• паспорт с фактической массовой долей H₂SO₄ и плотностью;
• паспорт безопасности химической продукции;
• транспортная накладная с указанием опасного груза: UN 2796, класс 8, II группа упаковки;
• письменные инструкции ДОПОГ для водителя;
• УПД.