ПРЕДИСЛОВИЕ

В производстве минеральных удобрений широко используется процесс выпаривания экстракционной фосфорной кислоты и аммонизированных пульп (аммофоса, нитроаммофоса, сульфоаммофоса, аммиачной селитры и т. д.). Выпарные установки превратились в самостоятельные звенья технологических схем и зачастую определяют их технико-экономические показатели. Однако выпаривание этих продуктов освещено лишь в периодической печати, да краткие сведения общего характера встречаются в некоторых монографиях. Отсутствие систематизированных данных о различных технологических схемах, их аппаратурном оформлении, конструктивных решениях отдельных элементов, методике расчетов, а также технико-экономических показателей затрудняет подготовку квалифицированных кадров, обслуживающих выпарные установки.

Настоящая книга имеет целью восполнить этот пробел. В ней кратко изложены основы техники выпаривания и систематизированы данные по отечественным и зарубежным технологическим схемам выпарных установок. Подробно описано оборудование, проверенное в полузаводских и промышленных условиях. Последняя глава посвящена вопросам монтажа, эксплуатации, ремонта и охраны труда при обслуживании выпарных установок. В приложении приводятся примеры расчета выпарных установок и физико-химические свойства участвующих в процессе выпаривания газов и растворов.

Все рекомендации и пожелания, направленные на улучшение книги, будут приняты автором с благодарностью.

ГЛАВА I

ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ВЫПАРИВАНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Тепло может передаваться от одного тела к другому посредством теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.

Первый из этих путей осуществляется при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. Энергия передается от одной частицы к другой без их перемещения друг относительно друга.

В противоположность этому, передача тепла конвекцией происходит при перемещении частиц — поэтому конвекция возможна только в жидкостях и газах. Частицы перемещаются, если весь объем жидкости или газа приходит в движение (вынужденная или принудительная конвекция), либо если температура в разных его точках неодинаковая, а значит и плотность разная (свободная или естественная конвекция).

При лучеиспускании энергия переносится в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую (излучение), проходит через пространство и затем снова превращается в тепловую при поглощении энергии другим телом (поглощение).

Рассмотренные механизмы теплопередачи редко встречаются в чистом виде; обычно они сопутствуют друг другу (сложный теплообмен). Так, конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности. При обогреве через стенку тепло от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю переносится конвекцией, а через стенку — теплопроводностью. Потери тепла с нагретой поверхности в окружающую среду происходят путем конвекции и лучеиспускания.

Выпаривание проводят в аппаратах с обогревом через стенку (аппараты поверхностного типа) и работающих по принципу прямого контакта высокотемпературного теплоносителя с выпариваемым продуктом (контактные аппараты).

Для обогрева выпарных аппаратов поверхностного типа широко применяется водяной пар. В некоторых случаях, когда необходима высокая (свыше 150—170 °C) температура, применяют топочные газы и высокотемпературные нагревающие агенты (дифенильная смесь, перегретая вода, масло); иногда используют электрический обогрев. Пар в качестве теплоносителя очень удобен тем, что позволяет легко регулировать температуру, имеет высокое теплосодержание и большой коэффициент теплоотдачи.

Выпаривание в аппаратах контактного типа осуществляют обычно с помощью топочных газов, полученных при сжигании газообразного или жидкого топлива.

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА

Теплопередача

Для осуществления процесса выпаривания к выпариваемому раствору необходимо подвести определенное количество тепла.

Количество тепла Q, передаваемого теплоносителем выпариваемому раствору за один час, равно произведению поверхности нагрева F нд разность температур конденсации пара и кипения раствора Д< = <конд — <кип и на коэффициент пропорциональности К, называемый коэффициентом теплопередачи:

Q = KF Nt ккал/ч(1)

Величина Q определяется из теплового баланса:

Q=G1M1 = GaM2 ккал/ч(2)

где G] и G2 — расход теплоносителей, обменивающих тепло, кг/ч;

Д^ и Ai2 — изменение теплосодержания теплоносителей во время процесса теплопередачи, ккал/кг.

Способ определения М зависит от того, меняется ли во время процесса теплопередачи агрегатное состояние теплоносителя.

Если агрегатное состояние неизменно, то

Ai=c(f2—t^ ккал/кг(3)

где tx и <2 — температуры теплоносителя на входе и выходе теплообменника, °C;

с — средняя теплоемкость теплоносителя при температуре -Цр2, ккал/(кг-°С).

Если же в результате кипения или конденсации агрегатное состояние теплоносителя меняется, то

Д/ = СпОп— #нас) + г + Сж Сиас-бк) Ккал/КГ(4)

где ^ и 1ж — температуры поступающих или уходящих пара и жидкости, °C;

<нас — температура насыщения пара, °C;

сп и сж — средняя теплоемкость пара и жидкости, ккал/(кг-°С); г — теплота конденсации, ккал/кг.

Движущей силой всякого теплообмена является температурный перепад Kt. Он зависит от схемы движения теплоносителей и от того, сохраняется или изменяется их агрегатное состояние. При изменении агрегатного состояния обоих теплоносителей температурный перепад равен разности температур конденсации и кипения теплоносителей:

А?=/кОНД?КИП *С(5)

5

Если хотя бы один из теплоносителей не меняет своего агрегатного состояния, то пока он протекает вдоль стенки, разделяющей теплоносители, М будет изменяться. В таких случаях температурным напором является средняя разность температур.

При противотоке, параллельном токе, а также в случае, когда одна сторона разделяющей стенки омывается теплоносителем, сохраняющим постоянную температуру (т. е. меняющим агрегатное состояние), температурным напором является средняя логарифмическая разность температур:

(6)(6)д# ДД—Д#22,31g

(6)

(6)

Д?2

где Д/, — большая разность температур теплоносителей у одного конца теплообменника, °C;

Д<2 — меньшая разность температур теплоносителей у другого конца теплообменника, °C.-

Если отношение д^ ^ 2, то с достаточной точностью в качестве средней разности температур можно принимать среднюю арифметическую разность:

д, Д/1+Д/2

(7)(7)2

(7)

(7)

Но при -^ >2 средняя арифметическая разность получается больше логарифмической, и расчет по ней приведет к заниженному значению поверхности теплообмена, недостаточному для передачи нужного количества тепла.

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

Г" ккал/(М2.ч. °C)(8)

"5г+2т+"57

где «! и а2 — коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке и от стенки к нагреваемому теплоносителю, ккал/(м2-ч-°С);

6 — толщина стенки, м;

X — коэффициент теплопроводности материала стенки, ккал/(м-ч-°С);

2

6

— термическое сопротивление стенки.

Практически большинство греющих поверхностей приходится рассматривать как многослойные стенки, так как во время работы они постепенно покрываются накипью, масломили ржавчиной. Теплопроводность этих загрязнений в десятки и сотни раз меньше теплопроводности металлов:

X, ккал/(м-ч-°С)

Накипь 1—1,5

Известь —1,2

Ржавчина —1,0

Масло ~0,12

Нержавеющая сталь. .15

Поэтому термическое сопротивление загрязняющих слоев, даже очень тонких, может намного превысить термическое сопротивление самой металлической стенки.

Термическое сопротивление многослойной стенки равно сумме сопротивлений всех слоев:

X Xi Х2 + Х„ v ’

Снижение коэффициента теплопередачи К, вызванное увеличением термического сопротивления, учитывают при расчете. При этом задаются максимальной толщиной загрязняющего слоя для твердых веществ 0,5—1 мм, для масла ~0,1 мм.

^ Всегда нужно стремиться замедлить нарастание загрязняющих слоев. Это требование учитывают при выборе технологического режима и скоростей теплоносителей. Например, нежелательно, чтобы охлаждающая вода на выходе поверхностных конденсаторов была горяч ее 45—50 °C, потому что при этих температурах начинается выделение накипи. Скорость охлаждающей воды, в особенности если она берется прямо из реки, не рекомендуется брать ниже 0,5 м/с, иначе поверхность скоро зарастет илом.

Физические основы процесса выпаривания

Физическая сущность процесса выпаривания растворов заключается в частичном или почти полном превращении растворителя в пар. Поскольку в производстве минеральных удобрений выпариваются в основном водные растворы, далее в качестве растворителя рассматривается вода.

При кипении превращение воды в пар происходит не только на поверхности, а главным образом внутри паровых пузырьков, образующихся внутри самой жидкости. Пузырек пара, по мере испарения в него воды, увеличивается в размерах, его подъемная сила при этом возрастает, и он всплывает наверх, где и лопается, а вместо него образуется новый; таким образом осуществляется непрерывный перенос образующегося внутри жидкости пара в паровое пространство. Паровые пузырьки зарождаются преимущественно на стенках теплообменной поверхности, где имеется шероховатость; их образованию способствуют также содержащиеся в жидкости газы, выделяющиеся при нагреве и образующие большие количества газовых пузырьков, в которые испаряется вода.

Температура кипения раствора выше температуры кипения воды при том же давлении. Насколько они различаются — зависит от свойств растворенного вещества. Разность температур кипения раствора и воды при одинаковом давлении называется температурной депрессией А':

А' = ^кнп. р-ра — <кип. воды (Ю)

У растворов с одинаковой концентрацией температурная депрессия при повышении общего давления над раствором несколько повышается, а при разрежении снижается.

Повышение температуры кипения раствора определяется не только температурой, но также гидростатической и гидравлической депрессиями. Гидростатическая депрессия вызывается тем, что нижние слои жидкости в аппарате закипают при более высокой температуре, чем верхние (вследствие гидростатического давления верхних слоев). С повышением уровня жидкости в аппарате гидростатическая депрессия возрастает. В среднем она составляет 1—3 СС. Гидравлическая депрессия учитывает понижение давления вторичного пара вследствие гидравлического сопротивления в паропроводах между корпусами установки. При расчетах гидравлическую депрессию принимают 1,0—1,5 °C.

Полная депрессия А равна сумме температурной А', гидростатической А" и гидравлической депрессий Д'":

д=д'4-д'4-Л"' (11)

Выпаривание ведут как при атмосферном, так и при пониженном или повышенном давлении. При выпаривании раствора под атмосферным давлением образующийся так называемый вторичный (соковый) пар выпускается в атмосферу. Это самый простой способ выпаривания.

При выпаривании под пониженным давлением (при разрежении) в аппарате создается вакуум. Для этого вторичный пар конденсируется в специальном конденсаторе, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом.

Температура кипения раствора определяется по формуле:

^кип. р-ра = <нас. в. п + △ + △ (12) где <нас. в. п — температура насыщения вторичного пара.

При разрежении температура кипения растворов снижается. Поэтому вакуум-выпарку применяют для чувствительных к высокой температуре растворов, а также для высококипящих растворов, когда температура нагревающего агента не позволяет вести процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, а следовательно, уменьшить поверхность теплообмена. Однако вакуум-выпарные установки дороже из-за дополнительных затрат на конденсационные устройства и их обслуживание.

При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий агент в подогревателях, для отопления и т. п., а также для различных технологических нужд. Выпаривание под давлением связано с повышением температуры кипения раствора, поэтому применение данного способа ограничено свойствами раствора и температурой нагревающего агента.

Материальный и тепловой баланс при однократноми многократном выпаривании

Установки, состоящие из одиночного аппарата, вторичный пар из которого не используется или используется вне аппарата, называются однокорпусными выпарными установками.

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки.-Они состоят из нескольких соединенных друг с другом аппаратов (корпусов), и давление в них понижается по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках свежим паром можно обогревать только первый корпус; образующийся в первом корпусе вторичный пар направляется на обогрев второго корпуса, в котором давление ниже, и т. д. Вторичный пар из последнего корпуса поступает в конденсатор (если этот корпус работает при разрежении) или используется вне установки (если последний корпус работает при повышенном давлении). Таким образом, в многокорпусных выпарных установках многократно используется одно и то же тепло (отдаваемое греющим паром в первом корпусе), что позволяет сэкономить значительное количество свежего пара.

Многократно использовать тепло можно и в однокорпусных выпарных установках — если компрессором или пароструйным инжектором сжать вторичный пар до такого давления, чтобы его температура позволила применять его для обогрева того же аппарата, где он образовался (установки с тепловым насосом).

Материальный баланс

(13)(14)(15)»(16)(17)(13)(14)(15)»(16)(17)Обозначим начальное (до выпарки) и конечное (после выпарки) количество раствора (в кг) через GHaq и GK0H, его начальную и конечную концентрацию (в весовых долях) через Ьнач и 6КОН и количество выпаренной воды (в кг) через W. Тогда можно написать уравнение материального баланса по всему количеству вещества:

(13)

(14)

(15)»

(16)

(17)

(13)

(14)

(15)»

(16)

(17)

бнач = ^кон 4" W

и по растворенному веществу: ^нач^нач” бионик он

Решая совместно эти уравнения, находим:

бнач^начОкон —;

°кон

W = GHa4 — Gkoh = Снач (1 —~г\ «кон /

Когда бывают заданы GHaq, W и feliaq, легко найти: , бнач^нач

В случае выпаривания в многокорпусной установке общее количество выпаренной воды, очевидно, равно сумме количеств воды, выпариваемой по корпусам:

^=^ + ^„4-. . - + Wn(18)

где Wv Wn и Wn — количество воды, выпариваемой соответственно, в первом, втором и последнем корпусах, кг/ч.

Концентрации растворов на выходе из каждого корпуса могут быть определены по уравнению (17), которое применительно кКонцентрации растворов на выходе из каждого корпуса могут быть определены по уравнению (17), которое применительно кним корпусам записывается в следующем виде: для I корпусаним корпусам записывается в следующем виде: для I корпусаотдел ь-отдел ь-^кон I — бнач для II корпуса(’кон и = 6иач "q для любого корпуса^кон I — бнач для II корпуса(’кон и = 6иач "q для любого корпусаЬначСнач — WyЬначСнач — Wy^иач^иачнач W^ — W^нач W^ — W^(19)(19)(20)(20)

Концентрации растворов на выходе из каждого корпуса могут быть определены по уравнению (17), которое применительно к

Концентрации растворов на выходе из каждого корпуса могут быть определены по уравнению (17), которое применительно к

ним корпусам записывается в следующем виде: для I корпуса

ним корпусам записывается в следующем виде: для I корпуса

отдел ь-

отдел ь-

^кон I — бнач для II корпуса

(’кон и = 6иач "q для любого корпуса

^кон I — бнач для II корпуса

(’кон и = 6иач "q для любого корпуса

ЬначСнач — Wy

ЬначСнач — Wy

^иач

^иач

нач W^ — W^

нач W^ — W^

(19)

(19)

(20)

(20)

(21)(21)^он л = Скач —— ^

(21)

(21)

Снач — Wy — lVn —. . . — Wn

Тепловой баланс

Все тепло Q, необходимое для выпаривания, расходуется на нагревание раствора <2,1агр, на испарение воды (скрытая теплота парообразования) <2исп и на преодоление связей в растворе между молекулами растворенного вещества и воды (теплота концентрирования или теплота дегидратации) ^конц. Кроме того, часть тепла <2ПОт (3— 5%) теряется в окружающую среду.

Таким образом, тепло, затрачиваемое на выпаривание раствора, определяется уравнением:

причемпричемQ — Уна гр + Уисп + Уконц + Упот ККалУнагр = 6начснач (<кип —<нач) ккалУнсп = Wr ккалУпот = а^нар Уст — 1возд) ККалQ — Уна гр + Уисп + Уконц + Упот ККалУнагр = 6начснач (<кип —<нач) ккалУнсп = Wr ккалУпот = а^нар Уст — 1возд) ККал(22)(22)Здесь снач ^кнпЗдесь снач ^кнп(23)(24)(25)(23)(24)(25)^нач^начтеплоемкость разбавленного раствора, ккал/(кг-°С); — температура кипения раствора в выпарном аппарате, °C;температура, при которой разбавленный раствор поступает в аппарат, °C;теплоемкость разбавленного раствора, ккал/(кг-°С); — температура кипения раствора в выпарном аппарате, °C;температура, при которой разбавленный раствор поступает в аппарат, °C;аатеплота испарения воды, ккал/кг;коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху помещения, ккал/(м2-ч-°С);теплота испарения воды, ккал/кг;коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху помещения, ккал/(м2-ч-°С);^иар — наружная поверхность аппарата, м2;tCT — температура стенки аппарата, °C;^возд — температура воздуха в помещении, °C.Теплота дегидратации <2КОнц ПРИ концентрировании растворов далеких от насыщения невелика, и поэтому во многих случаях ею можно пренебречь.Расход греющего пара в выпарном аппарате:^иар — наружная поверхность аппарата, м2;tCT — температура стенки аппарата, °C;^возд — температура воздуха в помещении, °C.Теплота дегидратации <2КОнц ПРИ концентрировании растворов далеких от насыщения невелика, и поэтому во многих случаях ею можно пренебречь.Расход греющего пара в выпарном аппарате:

причем

причем

Q — Уна гр + Уисп + Уконц + Упот ККал

Унагр = 6начснач (<кип —<нач) ккалУнсп = Wr ккал

Упот = а^нар Уст — 1возд) ККал

Q — Уна гр + Уисп + Уконц + Упот ККал

Унагр = 6начснач (<кип —<нач) ккалУнсп = Wr ккал

Упот = а^нар Уст — 1возд) ККал

(22)

(22)

Здесь снач ^кнп

Здесь снач ^кнп

(23)

(24)

(25)

(23)

(24)

(25)

^нач

^нач

теплоемкость разбавленного раствора, ккал/(кг-°С); — температура кипения раствора в выпарном аппарате, °C;

температура, при которой разбавленный раствор поступает в аппарат, °C;

теплоемкость разбавленного раствора, ккал/(кг-°С); — температура кипения раствора в выпарном аппарате, °C;

температура, при которой разбавленный раствор поступает в аппарат, °C;

а

а

теплота испарения воды, ккал/кг;

коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху помещения, ккал/(м2-ч-°С);

теплота испарения воды, ккал/кг;

коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху помещения, ккал/(м2-ч-°С);

^иар — наружная поверхность аппарата, м2;

tCT — температура стенки аппарата, °C;

^возд — температура воздуха в помещении, °C.

Теплота дегидратации <2КОнц ПРИ концентрировании растворов далеких от насыщения невелика, и поэтому во многих случаях ею можно пренебречь.

Расход греющего пара в выпарном аппарате:

^иар — наружная поверхность аппарата, м2;

tCT — температура стенки аппарата, °C;

^возд — температура воздуха в помещении, °C.

Теплота дегидратации <2КОнц ПРИ концентрировании растворов далеких от насыщения невелика, и поэтому во многих случаях ею можно пренебречь.

Расход греющего пара в выпарном аппарате:

(26)(26)В = - ^ кг/ч

(26)

(26)

где гг. п теплота конденсации греющего пара, ккал/кг 10

Поверхность нагрева выпарного аппарата находят по основному уравнению теплопередачи (1), которое применительно к выпариванию целесообразно представить в модифицированном виде:

где Л^пол — полезная разность температур, СС.

Полезная разность температур — разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора в выпарных установках — определяется по общей разности температур и температурным потерям. Общей разностью температур Л<общ в выпарных установках называют разность между высшей и низшей температурой паров, т. е. между температурой греющего пара tr п и температурой вторичного пара при входе в конденсатор tB п:

А<обЩ=^Г. П^В. П(28)

Полезная разность температур меньше общей разности температур на суммарную величину температурных потерь:

А^ПОЛ^А^общ2 ^(29)

В многокорпусных выпарных установках суммарная полезная разность температур распределяется по отдельным корпусам в соответствии с поверхностями нагрева и коэффициентами теплопередачи в этих корпусах. При расчете многокорпусной установки А<пол целесообразно распределить так, чтобы поверхности нагрева всех корпусов были одинаковы — тогда их проще и дешевле изготовлять, а при эксплуатации легко заменять аппараты и их детали. Иногда А<ПОл распределяют так, чтобы общая поверхность всех корпусов была наименьшая.

С увеличением числа корпусов повышается экономичность установки. Однако число корпусов нельзя увеличивать беспредельно, так как при этом уменьшается полезная разность температур в каждом корпусе. Часто устанавливают даже меньше корпусов, чем это возможно. Дело в том, что затраты на сооруженпе установки растут приблизительно пропорционально числу корпусов, а расход тепла уменьшается сравнительно медленно. Действительный расход греющего пара на 1 кг выпариваемой воды в среднем составляет (в кг):

в однокорпуснойустановке JM

в двухкорпусной» 0,57.

в трехкорпусной» 0,4

в четырехкорпуснойустановке 0,3

в пятпкорпусной» 0,27

Таким образом, при переходе от однокорпусной к двухкорпусной установке расход греющего пара снижается примерно на 50%, а уже при переходе от четырехкорпусной к пятикорпусной — всего на 10%; при переходе от десяти корпусов к одиннадцати экономия составит меньше 1 %.

И

Практически число корпусов в выпарных установках не превышает десяти, а наиболее распространены двух-, трех- и четырехкорпусные установки.

Расчет многокорпусной выпарной установки кроме тех же элементов, что и расчет однокорпусного аппарата, включает некоторые дополнительные. Методики расчета многокорпусных выпарных установок подробно описаны в специальной литературе по выпариванию.

Создание вакуума в выпарных установках

Вакуум в выпарных установках создается в результате конденсации вторичного пара в конденсаторах, охлаждаемых водой. Теоретически абсолютное давление в конденсаторе должно быть равно давлению насыщенного пара при температуре конденсации. Однако вместе с паром туда поступает некоторое количество воздуха, выделяющегося из выпариваемой жидкости. Кроме того, воздух проникает через неплотности в аппаратуре и трубопроводах. Если конденсация производится в конденсаторах смешения (путем непосредственного соприкосновения с водой), воздух приносится с охлаждающей водой. В присутствии воздуха давление в конденсаторе равно сумме парциальных давлений пара и воздуха, т. е. давлению насыщенного пара плюс парциальное давление воздуха. Таким образом, вакуум в конденсаторе от подсосов воздуха ухудшается, и воздух необходимо удалять при помощи вакуум-насоса.

Обычно в конденсаторах выпарных установок поддерживают абсолютное давление 0,1—0,2 ат (соответствует температуре конденсации 45—60 °C).

Различают поверхностные конденсаторы и конденсаторы смешения.

В поверхностных конденсаторах пар отделен от охлаждающей воды стенкой. Эти конденсаторы по устройству аналогичны поверхностным теплообменникам (обычно применяются кожухотрубные аппараты) и используются в тех случаях, когда конденсат необходимо сохранить в чистом виде.

В конденсаторах смешения пар конденсируется при непосредственном соприкосновении с водой, так что образующийся конденсат смешивается с водой и удаляется вместе с ней. Благодаря простоте конструкции эти конденсаторы получили широкое распространение и применяются во всех случаях, когда конденсат не утилизируется.

В зависимости от направления движения пара и воды конденсаторы смешения разделяются на прямоточные и противоточные, а в зависимости от высоты расположения — на конденсаторы низкого и высокого уровня.

Прямоточные конденсаторы применяются для выпарных установок небольшой и средней производительности и обычно размещаются на низком уровне. В этих конденсаторах пар и вода движутся в одном направлении (сверху вниз), а смесь воды и конденсата откачивается насосом. Так как конденсатор расположен на низком уровне, то охла-

ждающая вода не нагнетается в него насосом, а засасывается под действием имеющегося в конденсаторе вакуума.

Противоточные конденсаторы применяются для выпарных установок большой производительности. В них пар и вода движутся в противоположных направлениях (пар снизу вверх, вода — сверху вниз). Для улучшения их соприкосновения в аппарате на различной высоте расположены тарелки или полки. Вода струйками перетекает с одной тарелки на другую через отверстия, расположенные по всей поверхности тарелок; часть воды, кроме того, переливается через борт тарелки, которым поддерживается определенный уровень воды.

Эти конденсаторы располагаются обычно на высоком уровне, а смесь воды и конденсата удаляется через опускную (барометрическую) трубу. (Их так и называют барометрическими.) Высота столба жидкости в барометрической трубе уравновешивает атмосферное давление, и жидкость вытекает в сборник (барометрический ящик). Нижний конец барометрической трубы должен быть опущен ниже уровня жидкости в барометрическом ящике, чтобы атмосферный воздух не засасывался в конденсатор. Высота барометрической трубы должна быть не менее 1 м на каждые 0,1 ат разрежения; обычно эта высота составляет 10,5—И м. Воду в конденсатор следует подавать под напором, так как при высоком расположении ввода воды (па уровне 12—15 м) вакуум в конденсаторе недостаточен для ее засасывания.

Расход воды на конденсацию пара определяется из теплового баланса конденсатора и составляет:

Свэд= ^пИ-Свод^тщ). кг/ч(30)

свод (чсон *нач)

где Gu — количество конденсируемого пара, кг/ч;

I — теплосодержание поступающего пара, ккал/кг; свОД — удельная теплоемкость воды, ккал/(кг-°С);

‘ ^конд — температура конденсата, °C;

^нач и ^кон — начальная и конечная температура охлаждающей воды, °C.

В конденсаторах смешения 1К0НД = #кон, поэтому

Свод-кг/ч(31)

свод (ькон гнач/

Обычно расход воды в конденсаторах определяют исходя из нагрева ее не более чем на 12 °C, что связано с работой градирен.

Факторы, влияющие на производительностьи интенсивность работы выпарных аппаратов

Интенсивность процесса выпаривания определяется числовыми значениями коэффициента теплопередачи и полезной разности температур: чем они больше, тем интенсивнее протекает процесс выпаривания.

Числовые значения коэффициентов теплопередачи К колеблются обычно в пределах 200—6000 ккал/(м2-ч-°С). Если выпариваются жидкости вязкие или отлагающие накипь на стенках нагревательных труб, К = 200 ч- 500 ккал/(м2-ч-°С).

При интенсивной циркуляции раствора образование накипи уменьшается и коэффициенты теплопередачи сохраняют постоянное значение в течение длительного периода работы аппарата. Циркуляция в выпарном аппарате может быть естественной и искусственной. Естественная циркуляция — весьма сложный процесс, и скорость ее зависит от следующих величин: 1) полезной разности температур; 2) скорости вторичного пара в трубках нагревательной камеры и его давления в паровом пространстве аппарата; 3) высоты уровня раствора над трубами и в трубах нагревательной камеры; 4) концентрации раствора; 5) диаметра и длины труб нагревательной камеры.

Скорость циркуляции возрастает с увеличением полезной разности температур, скорости вторичного пара в трубах и его давления в паровом пространстве аппарата.

Коэффициенты теплопередачи имеют наибольшие значения, если трубки нагревательной камеры заполнены жидкостью в холодном состоянии не полностью, а примерно на ’/2—1/3 высоты.

Концентрация раствора влияет на работу выпарного аппарата потому, что от этого зависят плотность, вязкость и теплоемкость раствора. Коэффициент теплопередачи зависит от вязкости раствора больше, чем от его плотности, и большие коэффициенты теплопередачи наблюдаются в процессе выпаривания разбавленных растворов. При выпаривании более концентрированных растворов быстрее нарастает накипь на поверхности нагрева, и это резко ухудшает теплопередачу.

• Кроме того, скорость циркуляции зависит от расположения труб нагревательной камеры, их длины и диаметра.

Одним из необходимых условий нормальной работы выпарных аппаратов является удаление из нагревательной камеры содержащихся в паре воздуха и других неконденсирующихся газов, так как даже весьма незначительная примесь их резко снижает коэффициент теплоотдачи. Воздух может попасть сюда через неплотные соединения в трубопроводах и аппаратах или с исходным раствором; неконденси- рующиеся газы иногда образуются в результате реакций, которые могут происходить в процессе выпаривания.

При выпаривании следует считаться с возможностью образования накипи или кристаллизации солей из раствора на поверхности труб выпарного аппарата. Отложение осадка (накипи), обладающего весьма малой теплопроводностью, снижает коэффициент теплопередачи, что приводит к резкому уменьшению интенсивности работы выпарного аппарата. Кроме того, из-за накипи заметно уменьшается свободное сечение труб, а значит резко снижается скорость циркуляции жидкости. Накипь регулярно удаляют из труб механическими или химическими способами. Выпарной аппарат приходится останавливать. Хотя такая остановка снижает производительность, однако

это компенсируется восстановлением нормальной работы установки после чистки.

Как отмечалось выше, при работе под вакуумом понижается температура кипения выпариваемого раствора, увеличивается полезная разность температур и, следовательно, повышается интенсивность выпаривания. Поэтому весьма важно поддерживать в конденсаторе выпарной установки максимально достижимый в данных условиях вакуум. Даже незначительное понижение давления в конденсаторе выпарной установки может привести к существенному увеличению ее производительности. Увеличение давления греющего пара, поступающего в первой корпус, также способствует увеличению производительности выпарной установки.

Основные конструкции выпарных аппаратов

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом и поверхностью теплообмена, выполненной из труб. Опи состоят из двух основных частей: кипятильника (греющей ка

Рис. 1. Выпарной аппарат с горизонтальными трубами.Рис. 1. Выпарной аппарат с горизонтальными трубами.меры), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора, и сепаратора — пространства, где вторичный пар отделяется от раствора. Необходимость в паровом пространстве (сепараторе) составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников.

Рис. 1. Выпарной аппарат с горизонтальными трубами.

Рис. 1. Выпарной аппарат с горизонтальными трубами.

В зависимости от характера движения кипящей жидкости различают следующие типы выпарных аппаратов:

со свободной циркуляцией;

с естественной циркуляцией;

с принудительной циркуляцией;

пленочные.

В выпарных аппаратах со свободной циркуляцией неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб (рис. 1). В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией.

Основным недостатком аппаратов этого типа является трудность очистки межтрубного пространства, поэтому в них нельзя выпаривать кристаллизующиеся растворы. Кроме того, у них невысокий коэффициент теплопередачи, они громоздки и требуют значительного количества металла. В настоящее время они применяются редко, главным образом при выпаривании очень вязких жидкостей, и вытесняются более совершенными конструкциями.

В выпарных аппаратах с естественной циркуляцией (рис. 2) имеется замкнутая система, состоящая из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы 1 и обогреваемых подъемных (кипятильных)

Рис. 2. Схема естественной циркуляции:Рис. 2. Схема естественной циркуляции:труб 2. Если жидкость в подъемных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения части жидкости в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, масса столба жидкости в опускной трубе больше, чем в подъемных трубах, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: подъемные трубы — паровое пространство — опускная труба — и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей. жидкости и поверхность труб предохраняется от образования накипи.

Рис. 2. Схема естественной циркуляции:

Рис. 2. Схема естественной циркуляции:

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно меньшую плотность. При недостаточно высоком столбе жидкости в опускной трубе парожидкостная смесь не может подняться до верха кипятильных труб, от этого нарушается циркуляция, резко снижается производительность аппарата, и трубы быстро покрываются накипью. С повышением уровня жидкости возрастает скорость циркуляции, а с ней и коэффициент теплопередачи. Однако поднимать уровень жидкости в опускной трубе можно лишь до некоторой определенной величины (оптимальный уровень). Тогда кипятильные трубы по всей высоте будут покрыты парожидкостной смесью. Если и дальше повышать уровень возрастет давление внизу кипятильных труб, жидкость начнет кипеть не в нижней части, а немного выше, и коэффициент теплопередачи снизится.

1 — циркуляционнаятруба; 2 — кипя-тильная труба.1 — циркуляционнаятруба; 2 — кипя-тильная труба.Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и тем больше скорость циркуляции. Для достижения достаточной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть в среднем не меньше 7—10 °C.

1 — циркуляционнаятруба; 2 — кипя-тильная труба.

1 — циркуляционнаятруба; 2 — кипя-тильная труба.

Оптимальный уровень жидкости повышается с понижением разности температур и увеличением вязкости раствора и находится опытным путем. Если при выпаривании из раствора не выпадают кристаллы, оптимальный уровень обычно составляет от до 3/4 высоты кипятильных труб. Если выпариваются кристаллизующиеся растворы, уровень жидкости поддерживают выше кипятильных труб. Делают так для того, чтобы жидкость в них перегревалась по срав- 16

Рис. 3. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:Рис. 3. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:1 — кипятильник; 2 — циркуляционный насос; 3 — циркуляционная труба; 4 — сепаратор.1 — кипятильник; 2 — циркуляционный насос; 3 — циркуляционная труба; 4 — сепаратор.1717

Рис. 3. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:

Рис. 3. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией:

1 — кипятильник; 2 — циркуляционный насос; 3 — циркуляционная труба; 4 — сепаратор.

1 — кипятильник; 2 — циркуляционный насос; 3 — циркуляционная труба; 4 — сепаратор.

17

17

нению с температурой кипения, соответствующей давлению в сепараторе, и закипала бы лишь при выходе из труб в паровое пространство — таким образом устраняется главная причина выделения накипи.

Для повышения интенсивности циркуляции и коэффициента теплопередачи в последнее время стали применять аппараты с принудительной циркуляцией. На рис. 3 показан такой аппарат, снабженный наружной циркуляционной трубой. Жидкость нагнетается пропеллерным или центробежным насосом 2. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхних концов кипятильных труб. Поскольку почти вся циркуляционная система заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопротивлений. Давление внизу кипятильных труб больше, чем вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Поэтому на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а перегревается. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы.

Принудительную циркуляцию применяют также в аппаратах с выносным кипятильником и других типов. Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах принимают равной 1,5—3,5 м/с. Скорость циркуляции определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от уровня жидкости и парообразования в кипятильных трубах.

Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие

коэффициенты теплопередачи (в 3—4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также уменьшение загрязнений поверхности теплообмена при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов — необходимость расхода энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно, если аппарат изготовляется из дорогостоящего материала (в этом случае можно весьма существенно сократить поверхность теплообмена благодаря повышению коэффициентов теплопередачи), при выпаривании

2 Н. П. Попов

кристаллизующихся растворов (сокращаются простои во время чистки аппарата) и вязких растворов (для которых при естественной циркуляции требуется большая разность температур), а также для работы с малыми разностями температур между греющим паром и раствором.

В пленочных аппаратах раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки. Различают аппараты с поднимающейся и опускающейся пленкой.

Эти аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи, однако более других чувствительны к неравномерности подачи растворов и страдают частым нарушением плотности развальцовки труб (из-за термических деформаций). По компактности они имеют преимущества перед обычными вертикальными аппаратами, но большая высота является их недостатком.

Вертикальный аппарат с поднимающейся пленкой состоит из пучка кипятильных труб, обогреваемых снаружи паром и присоединенных вверху к сепаратору. Жидкость подается снизу, причем уровень ее поддерживается на Ч4—Ч5 высоты труб. Остальная часть заполнена парожидкостной смесью, расслаивающейся на пленку жидкости (около стенок) и пар (в центре). Трением о струю пара жидкая пленка увлекается вверх. Высокий коэффициент теплопередачи достигается лишь при определенном уровне жидкости, который устанавливается опытным путем: при превышении этого уровня коэффициент теплопередачи снижается, а при понижении уменьшается содержание жидкости в парожидкостной смеси — из-за этого недостаточно смачиваются верхние концы труб и снижается активная поверхность теплообмена.

Так как жидкость проходит через аппарат всего один раз и со значительной скоростью, для получения достаточно концентрированного раствора требуются длинные трубы (обычно 6—9 м). Такие трубы трудно чистить, в них сложно регулировать процесс при колебаниях давления греющего пара и начальной концентрации раствора. Кроме того, для размещения пленочных аппаратов необходимо строить производственные здания большой высоты.

Удобнее для очистки и ремонта выпарные аппараты с падающей пленкой. Раствор подается на верхнюю трубную решетку и с нее в виде пленки стекает в нижнюю камеру по стенкам обогреваемых труб. Раствор проходит по трубкам один раз.

Эффективность работы аппаратов зависит от равномерности омывания поверхности нагрева пленкой стекающего раствора. Если поверхность нагрева оголится (из-за паровых пробок или случайных отложений твердых частиц), то в случае выпарки кристаллизующихся или очень вязких растворов трубки зарастают. Чтобы создать тонкую, но устойчивую пленку жидкости, стекающую по внутренней поверхности трубок, поток необходимо закрутить. Для этого в верхнюю часть трубок вставляют специальные насадки. Из насадки струя жидкости направляется касательно к поверхности трубы и благодаря этому распределяется тонким слоем. Плотность орошения зависит от тепловой нагрузки аппарата и составляет 800—1000 л 18

на погонный метр в час. Длительность пребывания раствора в аппарате с опускающейся пленкой примерно такая же, как и в аппарате с поднимающейся пленкой.

В аппаратах с опускающейся пленкой можно выпаривать только пекристаллизующиеся растворы умеренной вязкости.

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ КОНТАКТНОГО ТИПА

Особенности выпаривания контактным методоми характеристика топлива

Контактные выпарные аппараты позволяют выпаривать раствор без нагревательных элементов, так как основным источником тепла являются топочные (дымовые) газы, полученные в топках (погружных горелках), работающих на газообразном и жидком топливе. В зависимости от производительности и назначения они могут располагаться вне здания, на открытом воздухе и управляться дистанционно с помощью автоматических устройств. Аппараты контактного типа только в последнее время стали применяться в промышленности минеральных удобрений. Бывает, что их незаслуженно игнорируют, хотя при концентрировании кислот это единственное оборудование, способное обеспечить бесперебойное и непрерывное ведение процесса.

В контактных аппаратах обеспечивается большая поверхность соприкосновения фаз, хорошее перемешивание и эффективный тепло- и массообмен между греющим газом и упариваемым раствором. Коэффициент использования теплоты сгорания топлива при выпаривании в этих аппаратах достигает 90—95%.

Общее давление газовой фазы над раствором в контактных аппаратах складывается из парциальных давлений продуктов горения и водяного пара. В результате этого выпаривание растворов происходит при пониженной температуре. Так, при выпаривании воды в аппаратах с погружными горелками при атмосферном давлении она закипает при 83—85 °C.

Природные газы являются наиболее распространенным видом топлива. Их теплота сгорания (теплотворная способность) колеблется в пределах от 5000—10 000 ккал/м3. У нефтепромысловых газов теплотворная способность более высокая.

При крекинге нефтепродуктов, коксовании углей и при химических процессах вырабатывается ряд горючих газов, которые могут быть использованы в выпарных аппаратах контактного типа. Теплота сгорания крекинг-газов достигает 17 000 ккал/м3; коксового газа — 4000—4500 ккал/м3, генераторного газа — 1000—1200 ккал/м3.

2*2*Особое место среди горючих газов занимает водород, теплота сгорания которого составляет 2570 ккал/м3. На ряде химических предприятий водород является отходом производства и может успешно применяться в качестве топлива.

2*

2*

Жидкие топлива представляют собой продукты переработки сырой нефти, углей и горючих сланцев путем их перегонки, крекинга, пиролиза и синтеза. Основным источником для получения жидкого топлива является нефть, из которой при прямой перегонке вырабатывается бензин, лигроин, керосин, соляровое масло и мазут.

Наиболее доступным видом топлива для сжигания в топках аппаратов контактного типа являются мазуты — остаточные тяжелые фракции при перегонке нефти. Важнейшие характеристики мазутов — температура застывания и вязкость, которые определяют возможности их подачи по трубам к месту потребления. Для транспортирования и эффективного распыления в форсунках мазут необходимо подогревать до 80 °C.

Сжигание топлива

Основным условием для сжигания топлива является наличие достаточного количества воздуха (кислорода) при хорошем перемешивании в процессе горения. Продолжительность перемешивания зависит от конструкции горелки и характера движения (турбулентное или ламинарное) двух диффундирующих струй.

Горючая часть топлива содержит органические соединения, в состав которых входят углерод, водород, кислород и сера. .

Негорючая часть состоит из влаги, минеральных веществ, которые при сжигании образуют золу и сажу, а также из балластных газов — азота и двуокиси углерода. Нагревание балластных примесей в топливе — непроизводительный расход тепла. Наличие влаги в горючей смеси и воздухе также требует затрат тепла на нагревание и испарение.

Чем больше в топливе горючих элементов, тем выше теплота его сгорания, а чем больше балласта и негорючих элементов, тем она ниже. Поэтому любое жидкое и газообразное топливо в целях улучшения эффекта сжигания подвергается предварительной обработке, т. е. удалению негорючих элементов, сушке и обогащению.

Для сравнения различных видов топлива определяют их теплоту сгорания, т. е. способность топлива выделять возможно большее количество тепла при полном сгорании единицы объема или массы.

Необходимо различать высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшая Q^ соответствует условиям, при которых все водяные пары, полученные при сжигании, переводятся в жидкое состояние. В практических условиях сжигания топлива водяные пары не конденсируются, а удаляются с продуктами горения, унося определенное количество тепла. Потому, с целью приближения к реальным условиям сжигания топлива, принято понятие низшей теплоты сгорания топлива Q^, которая определяется с учетом затрат тепла на образование водяных паров.

Теплоту сгорания топлива определяют путем сжигания его в калориметрах.

Для определения теплоты сгорания сложного газа расчетным путем необходимо знать, из каких горючих газов он состоит и ка- 20

кие химические реакции происходят в процессе горения. Состав и теплота сгорания некоторых горючих газов и мазутов приведены в приложении (табл. IV и V).

Основные свойства топочных газов и воздуха

Как указывалось выше, топочные газы и воздух содержат определенное количество водяных паров, т. е. представляют собой газовые смеси. Характеристическими параметрами для влажного газа являются давление Р, парциальное давление водяного пара рп и сухого воздуха рвозд, абсолютная температура Т, плотность р, влагосодержание d, относительная влажность <р, теплоемкость с и теплосодержание (энтальпия) I. Расчет выпарных установок контактного типа целесообразно вести на 1 кг абсолютно сухого газа, так как эта величина остается постоянной в процессе выпаривания.

Влагосодержанием газа называется отношение массы влаги в данной смеси к массе сухой части смеси. Влагосодержапие обозначается d (г/кг) или ж (кг/кг).

В смеси газов объем каждого газа равен общему объему смеси V, а температура — общей температуре смеси. Поэтому влагосодер- жание газа может быть определено из уравнения:

Z=Sкг/кг(32)

^возД^Рвозд

где йвОзД, Rn — газовые постоянные воздуха и пара; V выражается в кубических метрах, а Т — в кельвинах.

Так как для воздуха и водяного пара отношение Дв03д/Дп = = 0,622, то уравнение (32) можно представить в следующем виде:

г = 0,622 -^- =0,622— кг/кг

РвоздР~Рп

или

d = 622-=-^—г/кг(33)

Р — Рп

Относительная влажность пара <р определяется как отношение данной абсолютной влажности газа к максимальной абсолютной влажности, которая может удерживаться в 1 м8 газа без конденсации влаги при данных давлении и температуре, т. е.

Ф = -^(34)

Рнас

Р или, учитывая, что р=-^-:

ф= —^—(35)

Рнас

где Риас — плотность сухого насыщенного водяного пара, кг/м3; рп — плотность водяного пара при данной температуре влажного газа, кг/м3;

рп — парциальное давление водяного пара при данной температуре влажного газа, кгс/м2;

Риас — парциальное давление сухого насыщенного водяного пара, кгс/м2.

Величины рнас и рнас определяют по таблице сухого насыщенного водяного пара по заданной температуре (см. приложение, табл. I).

Плотность влажного газа определяется суммой плотностей сухого газа и водяного пара:

Рпл. г = Рс. г + Рп кг/м8(36)

Для смеси воздуха с водяным паром

Рвл.возд=0,289кг/м8(37)

Удельный объем влажного воздуха V0, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, можно определить по формуле:

1/0 = 4,64.10-6 (622-pd) (273+<) м8/кг(38)

где t — температура влажного воздуха, °C.

Плотность влажного воздуха можно определить из уравнения l + 0,001d, ,

Рвл. возд =—Нр КГ/м3(39)

Для парогазовых смесей введено понятие теплоемкости влажного газа свл г при постоянном давлении, отнесенной к 1 кг влажного газа, и теплоемкости влажного газа, отнесенной к 1 кг сухого газа.

Теплоемкость влажного газа, отнесенная к 1 кг влажного газа:

. сс. r+0,001Cndккал

вл’гl + 0,001dкг влажного газа - РС' '

и теплоемкость влажного газа, отнесенная к 1 кг сухого газа: _, dккал

гвл. г сс. г+сп 1QQQ кг Сухого газа. °C(

где сс г— теплоемкость сухого газа, ккал/(кг-°С); «

сп — теплоемкость водяного пара, ккал/(кг-°С);

d — влагосодержание газа, кг/кг.

Для влажного воздуха приближенно можно определить среднюю теплоемкость по соотношению:

Свл. еозд=0,244+0,45-^у ккал/(кг-?С)(42)

Теплосодержание (энтальпия) влажного газа, отнесенное к 1 кг сухой части:

„ , , d • KKajl^ВЛ Г — ^С. Г * Чa rwi ^П

•1 1000 кг сухого газа

где t — температура газа, °C;

гп — теплосодержание перегретого водяного пара, ккал/кг.

Для определения теплосодержания перегретого водяного пара можно пользоваться формулой:

(44)(44)in = 595+0,471 ккал/кг

(44)

(44)

При расчете параметров смеси топочных газов и воздуха необходимо знать элементарный состав .принятого топлива.

(45)(45)Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива определяется по уравнению:

(45)

(45)

Lo=[0Д15СР+0.345Н₽—0.043 (0р — SP)] кг/кг

где Ср, Нр, Ор и Sp — величины элементарного состава топлива,

выраженные в процентах по весу.

Для сжигания сухого газообразного топлива эта величина со

CmHn —О2 / кг/кг (46)CmHn —О2 / кг/кг (46)ставляет:

CmHn —О2 / кг/кг (46)

CmHn —О2 / кг/кг (46)

£0 = 1,38I 0,017СО + 0,248Н2 + 0,44Н28 +12m + n

где СО, Н2, H2S, CmH„ — составляющие газообразного топлива;

их содержание выражается в процентах по весу.

Чтобы определить, сколько водяных паров и сухих газов обра

формулами:формулами:9H + WP , a£od«10010009H + WP , a£od«1001000кг/кгкг/кг(47)(47)(48)(48)зуется при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива, пользуются

формулами:

формулами:

9H + WP , a£od«

1001000

9H + WP , a£od«

1001000

кг/кг

кг/кг

(47)

(47)

(48)

(48)

г9НР + )),Р + ЛР.

Gc.t=A +aL0т кг/кг

где Нр, Wp, Лр — содержание водорода и влаги, зольность топлива, соответственно, вес. %;

а — коэффициент избытка воздуха в топке;

Lo — теоретически необходимое количество воздуха на 1 кг сжигаемого топлива, кг/кг;

do — влагосодержание окружающего воздуха, г/кг; (do = 6 -+ 10 г/кг).

При сжигании 1 кг сухого газообразного топлива образуется водяных паров

с—2-КТ7Гс-п"+т^"/"W

а сухих газов

Сс. г = 1 + “^о — ^ и’ I .’СтН„ кг/кг(50)

Зная количество сухих газов и водяных паров, можно определить влагосодержание топочных газов:

d = 1000 -З'п- г/кг сухого газа(51)

UC. г

Коэффициент избытка воздуха а определяют исходя из заданной температуры топочных газов перед выпарным аппаратом /вх.

Для твердого и жидкого топлива

пР . , Л9HP + WP + ^P\, 9HP + WP .

6»*)т+ст<т-^^ jcc rtBX —1п

° vcr Вх+Тооо"- °;

для газообразного топлива

^+^-(1-^-^^ СтНп)сс.г<вх-(^ 1^"п СтИп) in

L° V^^+tooo"-40)

(53) где Q£ — высшая теплота сгорания топлива, ккал/кг;

i]T — к. п. д. топки, учитывающий потери тепла в окружающую среду, %;

ст — теплоемкость топлива, ккал/(кг-°С);

tT — температура топлива, °C;

<аХ — температура газов при входе в аппарат, °C;

го — теплосодержание наружного воздуха при входе в топку, ккал/кг;

in — теплосодержание водяных паров, ккал/кг.

Материальный и тепловой баланс выпарного аппарата

Материальный баланс для аппаратов контактного типа подобен • материальному балансу для однокорпусной выпарной установки поверхностного типа (см. стр. 9).

Общим методом принятого нами теплового расчета является составление теплового баланса выпарного аппарата на 1 кг выпаренной воды.

Расход тепла на испарение воды:

?исп = 595 -|- 0,47 (<цых—^нач) ккал/кг(54)

где Дых — температура газов, выходящих из аппарата, °C;

Дач — температура исходного раствора, °C.

Расход тепла на нагрев упаренного раствора, отнесенный к 1 кг испаренной влаги:

?нагр = ту— ср Ркон— ^нач) Ккал/кг(55)

где iK0H — температура упаренного раствора, °C;

ср — теплоемкость упаренного раствора, ккал/(кг-°С).

Потери тепла в окружающую среду, отнесенные к 1кг испаренной воды:

FиарК А^о,_ ,

?пот =jyккал/кг(56)

где FHap — наружная поверхность аппарата, м2;

а — коэффициент теплоотдачи [а = 0,54-1,0 ккал/(м2-ч°C)];

AZ0 — разность температур внутри аппарата и в воздухе, где расположен аппарат, °C;

W — количество испаренной влаги, кг.

Изоляция аппарата выбирается таким образом, чтобы наружная стенка не нагревалась выше 40 °C или чтобы коэффициент теплоотдачи находился в пределах 0,5—1,0 ккал/(м2-ч-°С).

Как правило, потери в окружающую среду не превышают 5— 10%. Обычно принимают упОт = 30 4- 60 ккал/кг.

Выход сухих газов на 1 кг испаренной воды:

(57)(57)£с г= 9исп + 5нагр + 9пот ^^^ВХ^ВХ Свых^вых

(57)

(57)

где свх, свь|Х — теплоемкость теплоносителя на входе и выходе из аппарата, ккал/(кг • °C);

1ВХ, ^вых — температура теплоносителя на входе и выходе из аппарата, °C.

Потери тепла с отходящими газами:

9от. г —^с. г (свых4~0,001 dBxcn) (<вых— ^о) Ккал/кг(58)

где сп — теплоемкость 1 кг пара в теплоносителе при /ЕЫХ, ккал/(кг-°С);

dBX — влагосодержание газов при входе в аппарат, кг/кг; to — температура окружающей среды, °C.

Суммарный расход тепла на 1 кг выпаренной воды:

2 9 = 9исп + 9нагр 4~ 9пот 4* 9от. г ккал/кг(59)

Расход тепла на 1 кг испаренной воды с учетом потерь тепла

. в топке:

q =- ккал/кг(60)

4т

где г]т — к. п. д. топки, %.

Расход топлива, сжигаемого в топке аппарата:

w кг/ч(61)

Конструкции контактных выпарных аппаратов

По конструктивному оформлению аппараты контактного типа можно разделить на следующие группы:

барботажные аппараты барабанного типа и аппараты с погружными горелками;

скоростные прямоточные распыливающие аппараты;

скрубберные аппараты.

На рис. 4 представлен барботажный аппарат барабанного типа, состоящий из выносной топки 1 и горизонтального цилиндрического корпуса 7. Часть объема аппарата заполняется исходным раствором, подаваемым по трубе 6. Топочные газы поступают по трубам 2, 4,

25

концы которых погружены в раствор. При перемешивании раствора и теплоносителя происходит интенсивное испарение воды и частично раствора. Из камеры III отходящие газы поступают по барботажной трубе 3 в камеру II. Для повышения температуры парогазовой смеси в эту камеру по барботажной трубе 4 подается дополнительно некоторое количество свежих топочных газов. Из камеры II газы вместе с парами раствора и воды по барботажной трубе 5 направляются в камеру I, где отдают тепло на подогрев исходного слабого раствора. Упаренный раствор удаляется по трубе 8 из камеры III.

Рис. 4. Барботажный аппарат барабанного типа:Рис. 4. Барботажный аппарат барабанного типа:1 — выносная топка; 2,4 — барботажные трубы для топочных газов; 3,5 — барботажные трубы для отходящих газов; 6 — труба для подачи слабого раствора; 7 — цилиндрический корпус; 8 — труба для отвода упаренного раствора.1 — выносная топка; 2,4 — барботажные трубы для топочных газов; 3,5 — барботажные трубы для отходящих газов; 6 — труба для подачи слабого раствора; 7 — цилиндрический корпус; 8 — труба для отвода упаренного раствора.^ Отходящие газы^ Отходящие газы

Рис. 4. Барботажный аппарат барабанного типа:

Рис. 4. Барботажный аппарат барабанного типа:

1 — выносная топка; 2,4 — барботажные трубы для топочных газов; 3,5 — барботажные трубы для отходящих газов; 6 — труба для подачи слабого раствора; 7 — цилиндрический корпус; 8 — труба для отвода упаренного раствора.

1 — выносная топка; 2,4 — барботажные трубы для топочных газов; 3,5 — барботажные трубы для отходящих газов; 6 — труба для подачи слабого раствора; 7 — цилиндрический корпус; 8 — труба для отвода упаренного раствора.

^ Отходящие газы

^ Отходящие газы

Противоток раствора и газов позволяет лучше использовать тепло топочных газов, но потери тепла с отходящими газами значительны. Кроме того, происходит большой унос паров раствора, которые улавливаются в отдельном электрофильтре.

При концентрировании в данном аппарате серной и фосфорной кислот и других агрессивных растворов необходимо защищать его изнутри коррозионностойкими материалами. *

На рис. 5 представлена одна из конструкций выпарного аппарата с погружными горелками. При барботаже нагретых газов через слой раствора создается значительная межфазовая поверхность и жидкость перемешивается пузырьками газа — в результате достигается интенсивный теплообмен. В крышке корпуса 1 аппарата расположена одна горелка 2 (как показано на рисунке) или несколько. Горелки погружены под уровень выпариваемого раствора. Уровень раствора в аппарате поддерживается постоянным с помощью переливной трубы 3. Упаренный раствор отводится из конического днища аппарата, а выпадающие здесь кристаллы отсасываются эрлифтом. Парогазовая смесь отводится из пространства над жидкостью через сепаратор 4.

Для таких аппаратов обычно используют специальные горелки беспламенного горения, снабженные огнеупорной насадкой, которая, будучи раскалена, каталитически ускоряет процесс горения. В аппа- 26

ратах с погружными горелками более высокий тепловой к. п. д., чем в барботажных аппаратах барабанного типа.

Большой практический интерес представляют скоростные прямоточные распиливающие аппараты. На рис. 6 представлена схема установки из двух распыливающих скоростных аппаратов, имеющих форму труб Вентури.

Выпариваемый раствор из дозатора 8 поступает во вторую (по ходу газа) трубу Вентури 6, распыляется здесь и в виде мелких ка

Рис. 5. Выпарной аппарат с погружной горелкой:Рис. 5. Выпарной аппарат с погружной горелкой:1 — корпус; 2 — горелка; з — переливная труба; 4 — сепаратор.1 — корпус; 2 — горелка; з — переливная труба; 4 — сепаратор.пель уносится газовым потоком в циклон 7, где капли осаждаются. Размеры образующихся капель уменьшаются с увеличением скорости газового потока. При скорости газа 100 м/с жидкость дробится на капли размером около 10 мкм. В расширенной части трубы скорость газового потока уменьшается, капли ударяются друг о друга и укрупняются до 10—20 мкм; такие капли достаточно полно улавливаются в циклоне. Собирающийся в циклоне раствор поступает в первую по ходу газов трубу Вентури 4, где также распыляется и уносится газовым потоком в циклоп 5, откуда упаренный раствор поступает в сборник 3.

Рис. 5. Выпарной аппарат с погружной горелкой:

Рис. 5. Выпарной аппарат с погружной горелкой:

1 — корпус; 2 — горелка; з — переливная труба; 4 — сепаратор.

1 — корпус; 2 — горелка; з — переливная труба; 4 — сепаратор.

Топочные газы, при помощи которых разбрызгивается и упа

ривается раствор, поступают в первую трубу Вентури 4 из топки 1 при температуре 900—1000 °C. Здесь газ охлаждается до 220—230 °C, во второй трубе 6 — до 100—150 °C. Скорость газов в трубах Вентури 100—150 м/с. Гидравлическое сопротивление установки 1700— 1750 мм вод. ст.

В описанной выпарной установке благодаря высокой интенсивности процесса температура раствора в трубе ниже, а время соприкосновения раствора с топочными газами меньше, чем в барботажных аппаратах с погружными горелками и в аппаратах барабанного типа. Это снижает степень разложения раствора и уменьшает количество образующегося тумана.

Такие установки в ближайшее время могут найти широкое распространение в промышленности благодаря простоте, высоким технико-экономическим показателям и большим возможностям уве-

личения производительности аппаратов.

Скрубберные выпарные аппараты по принципу действия можно разделить на скрубберы с насадкой и полые скрубберы, в которых жидкость распыливается форсунками.

Скруббер с насадкой состоит из вертикального, обычно цилиндрического, корпуса. Внутри скруббера в 1,5 м от нижнего днища имеется колосниковая решетка, на которую загружают насадку. Образуется большая поверхность соприкосновения пленки жидкости с газом, и таким образом достигается эффективный теплообмен.

Рис. 6. Схема процесса выпаривания в трубах Вентури:

1 — топка; 2 — насос; 3 — сборник упаренного раствора; 4, 6 — трубы Вентури; 5,7 — циклоны-сепараторы; 8 — Дозатор; 9 — напорный бак.

Однако насадки засоряются, и наибольшее распространение получили полые мокрые скрубберы, в которых жидкость распыливается с помощью механических форсунок грубого распыла. В таком скруббере при работе с рециркуляцией раствора [плотность орошения 2,5—3,5. т/(м2-ч)] при температуре газов на входе и выходе 800 и 75 °C соответственно достигается интенсивность выпаривания 40—50 кг воды в час с 1 м3 объема аппарата.

Недостатком скрубберов является их громоздкость, а соответственно и значительные капиталовложения в их строительство.

ГЛАВА II

ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ кислоты

Особенности выпаривания фосфорной кислоты

Экстракционная фосфорная кислота, получаемая в основном дигидратным способом, содержит не более 30—32% Р2ОБ. В небольших количествах производят фосфорную кислоту полугидратным способом — она содержит 40—45% Р20Б. Однако для производства концентрированных фосфорных и сложных удобрений требуется фосфорная кислота, содержащая 37—55% Р20Б, а для получения полифосфатов аммония и концентрированных жидких удобрений —- полифосфорная кислота с 72—83% Р2ОБ. Поэтому во многих случаях фосфорную кислоту выпаривают.

Процесс выпаривания фосфорной кислоты осложнен сильной коррозией аппаратуры и выделением примесей. Горячая фосфорная кислота оказывает сильное корродирующее действие на большинство известных металлов, сплавов и силикатно-керамических материалов. Коррозия реэко усиливается, если в выпариваемом растворе содержится 2—5% свободной H2S04. Поэтому к такой кислоте, поступающей на выпаривание, целесообразно добавлять столько раствора преципитата кальция Са(Н2РО4)2, чтобы содержание H2S04 снизилось до 1% и меньше.

Выделяющиеся в процессе выпаривания осадки забивают аппаратуру, в результате ее производительность резко снижается. Это затрудняет использование для выпаривания фосфорной кислоты типовых выпарных установок.

С повышением концентрации фосфорной кислоты и с понижением температуры уменьшается растворимость содержащихся в ней примесей — сульфата и фосфата кальция, фосфатов железа, кремнефторидов натрия и кальция и т. д. Все это приводит к непрерывному увеличению количества осадков, выделяющихся при упаривании кислоты и при последующем ее охлаждении.

Количество и состав осадков зависят от состава фосфорной кислоты. В частности, с увеличением содержания свободной H2SO4 уменьшается осаждение солей кальция (их меньше в исходной кислоте) и усиливается выделение солей железа й алюминия. Осадки состоят обычно из сульфатов и фосфатов кальция, железа и алюминия, фторида и кремнефторида кальция.

При стоянии исходной фосфорной кислоты (28—32% Р2О5) осаждаются главным образом сульфат кальция и кремнефторид натрия, а также небольшое количество комплексных кремнефторидов.

Твердые вещества, содержащиеся в упаренной кислоте (50— 54% Р2ОВ), состоят из смеси изолированных однозамещенных ортофосфатов железа, алюминия и кальция.

От того, сколько примесей содержится в сырье и в экстракционной кислоте, зависит, до какой конечной концентрации ее можно довести. Кислоту с 53—55% Р2ОВ можно получить из относительно мало загрязненных фосфатов — апатитового концентрата или обогащенных высокосортных фосфоритов.

Кислота, полученная из низкокачественного фосфорита и упаренная до 40—45% Р2О5, может после охлаждения превратиться в густую камнеобразную массу. Кислоту-из необогащенных фосфоритов Каратау можно упаривать только до 37—48% Р2ОВ, а при дальнейшем концентрировании получается весьма вязкая загустевающая масса. Дело в том, что в этой кислоте содержится довольно много солей магния, в том числе кремнефторида. При температуре выше 80 °C он разлагается, и образуются очень мелкие, а потому трудно оседающие кристаллы фторида магния — они-то и дают такой эффект.

По мере увеличения концентрации фосфорной кислоты возрастает давление пара растворенной в ней кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6 и значительная ее часть удаляется в виде смеси четырехфтористого кремния SiF4 и фтористого водорода HF. При выпаривании кислоты до 55—57% Р2ОВ в газовую фазу удаляется 85—90% содержащегося в ней фтора.

Соотношение между SiF4 и HF в газах зависит от состава сырья, условий выпаривания и абсорбции отходящих газов. Избыток SiF4 гидролизуется в промывном растворе; выделяющийся кремнезем забивает коммуникации и оборудование.

Выпаривание в аппаратах поверхностного типа

На ряде химических заводов концентрируют экстракционную фосфорную кислоту, полученную из апатитового концентрата, в ва- куум-выпарных установках французской фирмы «Спейшим». Проектная производительность одной установки, в состав которой входят три одинаковых параллельно работающих вакуум-выпарных аппарата, по Р2ОВ 340 т/сутки, по выпаренной воде 16,83 т/ч (при концентрировании фосфорной кислоты от 32 до .54% Р2О5).

При пуске установок выявились следующие основные недостатки.

Происходила интенсивная коррозия пластинчатых теплообменников (как по швам, так и по основному металлу) и крышек теплообменных пучков в верхней части трубок поверхностных конденсаторов, выполненных из стали типа 0Х23Н28МЗДЗТ.

На греющих поверхностях пластинчатых теплообменников откладывалась накипь, а промежутки между пластинами были забиты рыхлым осадком (сульфат кальция, кремнефториды натрия, калия и фосфаты полуторных окислов).

Из испарителей вместе с паром уносилось столько фосфорной кислоты, что в промывных башнях получалась кремнефтористоводородная кислота с увеличенным содержанием Р2О6 (0,5—0,7%).

Пришлось пластинчатые теплообменники из нержавеющей стали заменить на теплообменники из графитовых блоков, а число оборотов осевого циркуляционного насоса увеличить (с 700 до 1000 об/мин). Для очистки сокового пара от брызг фосфорной кислоты после испарителей вакуум-выпарных аппаратов установлены центробежные брызгоотделители. Верхнюю часть и трубчатку поверхностных конденсаторов выполнили из отечественной стали 0Х23Н28МЗДЗТ. Для предотвращения забивки теплообменника в циркуляционном контуре установили ловушку.

Рис. 7. Модернизированная вакуум-выпарная установка фирмы «Спейшим» (Франция):

1 — теплообменник; 2 — испаритель; 3 — циркуляционный насос; 4 — брызгоуловитель; 5 — рециркуляционный бак; 6 — циркуляционный насос; 7 — промывная башня; 8 — поверхностный барометрический конденсатор;

5 — двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 — барометрический затвор.

На рис. 7 показана схема одного вакуум-выпарного аппарата после модернизации установки.

Исходная фосфорная кислота (28—30% Р2ОВ, 2,0—3,8% SO3, 1,57—1,73% F) поступает в выпарной аппарат через подъемную трубу между теплообменником 1 и испарителем 2. Упаренная кислота (51—53% Р2ОБ, 3,7—4,4% SO3, 0,6—0,8% F) выводится из испарителя самотеком в хранилище. Температура кислоты в испарителе 85—90 °C.

В вакуум-выпарном аппарате с графитовым теплообменником 1, обогреваемым паром (избыточное давление 2,5 ат), интенсивная циркуляция кислоты осуществляется осевым циркуляционным насосом 3. Вакуум в аппарате создается двухступенчатым пароэжекторным устройством. Отсасываемый из испарителя 2 соковый пар очищают от капель фосфорной кислоты в центробежном брызгоуловителе 4 и от фтористых соединений — в промывной башне 7, орошаемой 10—12%-ной кремнефтористоводородной кислотой.

Очищенный соковый пар конденсируется в поверхностном конденсаторе 8.

В состар вакуум-выпарного аппарата входят гуммированный испаритель-сепаратор (диаметр 3350 мм, высота 6300 мм), графитовая греющая камера (диаметр 1150 мм, высота 5590 мм) и осевой циркуляционный насос, выполненный из хастеллоя и стали типа 0Х23Н28МЗДЗТ.

Скорость сокового пара в испарителе 3,6—4,0 м/с. Греющая камера с общей поверхностью теплообмена 228,0 м2 (308 проходных каналов диаметром 35 мм) состоит из 13 графитовых блоков. Скорость кислоты в 'каналах теплообменника 2,7 м/ч. Производительность осевого циркуляционного насоса 3000 м8, напор 3,2 м кислоты, скорость вращения 1000 об/мин.

Брызгоотделитель диаметром 2800 мм и высотой 3700 мм гуммирован.

Гуммированная промывная башня (диаметр 3125 мм, высота 9000 мм) имеет плотность орошения 34 м8/(м2-ч) и скорость сокового пара 3,4—4,7 м/с. Орошение башни обеспечивается циркуляционным насосом производительностью 265 м8/ч, напором 40 м кислоты (мощность электродвигателя 74 кВт, скорость вращения 1450 об/мин).

Поверхностный конденсатор с плавающей головкой с поверхностью теплообмена 340 или 200 м2 (836 или 496 трубок диаметром 30 X 2 мм, длиной 5000 мм) выполнен из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.

Внутренние поверхности баков, емкостей и трубопроводов гуммированы.

Вакуум-выпарная установка требует регулярной промывки и механической чистки поверхностей теплообмена графитового теплообменника от накипи. Чистить теплообменники очень трудно из-за хрупкости графита. Промывают вакуум-выпарной аппарат 2—4%- ной кремнефтористоводородной кислотой в течение 8—12 ч через каждые 7—8 суток непрерывной работы.

Ниже приведены основные средние показатели работы одного вакуум-выпарного аппарата (в каждой установке их три):

Производительность, т/ч при 100%-ной Р2ОЕ 5,5—6,8

по выпаренной воде8,9—9,8

Выход 100%-пой H2SiFe на 1 т 100%-ной Р2ОЕ . . . . 0,05-0,071 Содержание Р2ОЕ в 10—12%-ной H2SiF6, вес. %. . . 0,01—0,04

Температура кислоты в испарителе, °C 85—90

Вакуум в испарителе, мм рт. ст 670—690

Расход пара, т/ч

на теплообменник (ризб = 48 ■* 2,5 ат) 10—14

на пароэжекторную установку (риз6 = 4 + 5 ат) . .0,8

Расход воды на поверхностный конденсатор, м3/ч . . . 760—800 Полезная разность температур, °C . . . 40—60

Коэффициент теплопередачи при загрязненной поверхности

графитового теплообменника, ккалДм2 -ч-°С). . . . 440—600

Влагосъем с 1 м2 поверхности нагрева графитового тепло-

обменника, кг/ч 39—45

Приведенные значения коэффициентов теплопередачи условные, так как рассчитаны на всю поверхность теплообмена графитового теплообменника (228 м2). Как показывает опыт работы установки с ловушкой перед всасывающей линией циркуляционного насоса, проходные отверстия графитового теплообменника не забиваются осадками. Ранее, при работе без ловушки, через 3—4 месяца работы в теплообменниках было забито осадками 30—35% всех проходных отверстий.

Пар'Пар'Рис. 8. Вакуум-выпарная установка фирмы «Прайон» (Бельгия):Рис. 8. Вакуум-выпарная установка фирмы «Прайон» (Бельгия):1 — графитовые теплообменники; 2 — испаритель; 3 — рециркуляцибнный бак фосфорной кислоты; 4 — циркуляционные насосы; 5 — насос; 6 — брыз- гоуловитель; 7 — промывные башни; 8 — барометрический конденсатор;9 — двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 — барометрический затвор; 11 — рециркуляционные баки; 12 — циркуляционные насосы кремнефтористоводородной кислоты.1 — графитовые теплообменники; 2 — испаритель; 3 — рециркуляцибнный бак фосфорной кислоты; 4 — циркуляционные насосы; 5 — насос; 6 — брыз- гоуловитель; 7 — промывные башни; 8 — барометрический конденсатор;9 — двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 — барометрический затвор; 11 — рециркуляционные баки; 12 — циркуляционные насосы кремнефтористоводородной кислоты.

Пар'

Пар'

Рис. 8. Вакуум-выпарная установка фирмы «Прайон» (Бельгия):

Рис. 8. Вакуум-выпарная установка фирмы «Прайон» (Бельгия):

1 — графитовые теплообменники; 2 — испаритель; 3 — рециркуляцибнный бак фосфорной кислоты; 4 — циркуляционные насосы; 5 — насос; 6 — брыз- гоуловитель; 7 — промывные башни; 8 — барометрический конденсатор;

9 — двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 — барометрический затвор; 11 — рециркуляционные баки; 12 — циркуляционные насосы кремнефтористоводородной кислоты.

1 — графитовые теплообменники; 2 — испаритель; 3 — рециркуляцибнный бак фосфорной кислоты; 4 — циркуляционные насосы; 5 — насос; 6 — брыз- гоуловитель; 7 — промывные башни; 8 — барометрический конденсатор;

9 — двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 — барометрический затвор; 11 — рециркуляционные баки; 12 — циркуляционные насосы кремнефтористоводородной кислоты.

Проектные показатели установки следующие:

Производительность, т/ч по 100%-ной Р2О64,94

по выпаренной воде6,90

Расход пара па установку, т/ч 10,

Греющая поверхность теплообменника, м2159,8

Монтаж брызгоотделителей после испарителей выпарных аппаратов обеспечил получение 10—12%-ной кремнефтористоводородной кислоты с содержанием Р2ОВ в несколько раз меньшим, чем по проектным данным.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям производительность зарубежных вакуум-выпарных установок по Р2ОВ в 1973 г. превышала проектную на 10—13%.

3333На рис. 8 показана схема вакуум-выпарной установки бельгийской фирмы «Прайон» с проектной производительностью по Р2О6 170 т/сутки, по выпаренной воде 6,95 т/ч. Суточная производитель-

33

33

3 Н. П. Попов

ность ее дана из расчета концентрирования фосфорной кислоты от 32 до 45% Р2ОБ при 22-часовой непрерывной работе.

Исходная фосфорная кислота поступает в рециркуляционный бак с мешалкой 3, смешивается с концентрированной кислотой и далее циркуляционными насосами 4 подается с температурой 64 °C в два графитовых теплообменника 1^ обогреваемых паром. Подогретая в теплообменниках кислота поступает в испаритель 2, а оттуда снова возвращается в рециркуляционный бак. Температура кислоты в испарителе 72 °C. Соковый пар после испарителя очищается от фтористых соединений в трех последовательно соединенных промывных башнях 7, орошаемых кремнефтористоводородной кислотой. Далее обесфторенный соковый пар конденсируется в барометрическом конденсаторе 8. Вакуум в установке (остаточное давление в испарителе 60 мм рт. ст.) создается двухступенчатым эжекционным устройством 9.

Диаметр гуммированного испарителя 4500 мм, общая высота — 8600 мм.

Графитовые теплообменники состоят из девяти блоков. Поверхность теплообмена каждого из теплообменников 50 м2. Пар подается под избыточным давлением 5 ат.

Вертикальный циркуляционный насос выполнен из стали типа 0Х23Н28МЗДЗТ (производительность 350 м3/ч, напор 3,5 ат, мощность электродвигателя 60 кВт).

Рециркуляционный бак с рабочим объемом 10 м3 снабжен мешалкой из стали типа 0Х23Н28МЗДЗТ (скорость вращения 55 об/мин).

Абсорберы диаметром 4500 мм и высотой 11 275 мм гуммированы. Производительность вертикальных циркуляционных насосов к абсорберам 150 м3/ч (мощность электродвигателя 40 кВт).

Гуммированы также барометрический конденсатор диаметром 1500 мм и высотой 4530 мм и все основные трубопроводы.

Удельные расходные показатели установки на 1 т выпаренной воды следующие:

Количество пара на выпаривание, т 1,4

Количество пара (рИЗб = 5 ат) на создание вакуума, кг . .97

Затраты электроэнергии, кВт-ч 35,6

Расход воды на барометрический конденсатор, м360

Влагосъем, кг/ч с 1 м2 поверхности нагрева теплообменника 69,5

с 1 м3 испарителя 66

Коэффициент теплопередачи при загрязненной поверхности, ккал/(м2-ч°С) 660

Для этой установки характерны громоздкий узел абсорбции фтористых соединений, а также значительный расход мощности на циркуляцию фосфорной кислоты из-за большого гидравлического сопротивления теплообменников.

Длительное время вопросами проектирования и строительства вакуум-выпарных установок для концентрирования фосфорной кислоты занимаются французская фирма «Кестнер» и английская фирма «Пауэлл Даффрин Кемикл Энджиниринг». Принципиальные 34

схемы выпарных установок этих фирм аналогичны только что опи- санным.

Эти выпарные установки позволяют выпаривать в одном аппарате до 240 т воды в сутки. В них в основном используются графитовые трубчатые теплообменники. В связи с тем, что в процессе работы в теплообменниках образуется накипь, установки необходимо промывать через каждые 4—6 дней (в течение 12 ч) разбавленной серной кислотой, которая затем возвращается в производство.

Далее приведены расходные показатели установок фирмы «Пауэлл Даффрин Кемикл Энджиниринг» на 1 т выпаренной воды:

Количество пара (рИзб = 1 ат) на выпаривание, т . . .1,35

Количество пара (рИзб = 7 ат) на создание вакуума, кг46

Затраты электроэнергии (за исключением расходов на перекачивание воды), кВт-ч 18

Расход воды на барометрический конденсатор при 20—25 °C, м3 25—50

Представляет интерес в новых зарубежных установках очистка сокового пара от фтористых соединений методом промывки кремнефтористоводородной кислотой в абсорберах, смонтированных в верхней части испарителей. Такое конструктивное решение узла абсорбции делает вакуум-выпарную установку более компактной при значительном снижении ее металлоемкости.

Для всех вакуум-выпарных установок характерно, что кислота кипит только в испарителях, а не в теплообменниках. Однако опыт показывает, что даже при этих условиях на греющих трубках образуется накипь. В США разработаны и освоены в промышленном масштабе вакуум-выпарные установки, в которых образование накипи на поверхностях теплообмена сведено к минимуму и непрерывная работа доведена до 30 дней. В этих установках используется метод накопления кристаллов накипеобразующего вещества в циркулирующей кислоте. Что это значит?

Установка для концентрирования фосфорной кислоты от 30 до 54% Р2ОБ состоит из трех последовательно соединенных вакуум- выпарных аппаратов с двухсекционными испарителями и принудительной циркуляцией. В верхней секции каждого аппарата фосфорная кислота концентрируется до определенной степени перенасыщения, а в нижней — кристаллизуется, то есть перенасыщение снимается при контакте с большим количеством центров кристаллизации. Кислота находится в нижней секции достаточно долго, чтобы снять перенасыщение, прежде чем она снова поступит в рециркуляционную систему. Содержание взвешенных кристаллов в ней 3—8% (95% кристаллов имеет размер 50 мкм). В каждой ступени установки осуществляется стократная рециркуляция кислоты.

В США успешно эксплуатируются три промышленные вакуум- выпарные установки с кристаллизацией накипеобразующих примесей. На одной из этих установок количество такой кислоты в отдельных ступенях составляет 2750—4070 м3/ч. Ориентировочная произ* водительность установки по Р2ОБ 360 т/сутки, по выпаренной воде 22 т/ч. Это дальнейший шаг в усовершенствовании оборудования для

з*з*35

з*

з*

концентрирования фосфорной кислоты. Установки должны получить широкое распространение за рубежом при строительстве новых и реконструкции старых заводов минеральных удобрений.

Фирма «Кестнер» предлагает вакуум-выпарную установку, в которой используется тепло, выделяющееся при гидратации серной кислоты и тепло абсорбируемого ею сокового пара. Концентрирование фосфорной кислоты от 30 до 50% Р2О5 и разбавление серной кислоты от 98,5 до 71,3% можно проводить без расхода пара.

Рис. 9. Двухступенчатая установка для концентрирования фосфорной кислоты в вакуум-выпарных аппаратах с рециркуляцией пульпы (шлама):

1 — 4 — насосы; 5 — питательный бак-отстойник; 6 — первая ступень выпарки;

7 — вторая ступень выпарки; 8 — центрифуга.

На ряде заводов фосфорной кислоты (стадия экстракции) в настоящее время применяют 70—75%-ную серную кислоту, получаемую разбавлением 98,5%-ной, при этом теплота гидратации не утилизируется.

На рис. 9 представлена схема выпаривания фосфорной кислоты с рециркуляцией пульпы. Она позволяет получить осветленный готовый продукт. Для этого из упаренной кислоты отделяют на центрифуге 8 нерастворимые частицы, возвращают их в отстойник- питатель 5, куда подают поступающую на концентрирование исходную кислоту. Шлам из отстойника перекачивают на вакуум-фильтр, а жидкость — в выпарной аппарат.

Известны результаты двухгодичной работы трехступенчатой ва- куум-выпарной установки с производительностью по Р2ОВ 475 т/сутки. Исходная фосфорная кислота содержала 32—40% Р2ОВ и 3—12% твердых частиц, концентрированная — 54% Р2ОВ и 5—18% твердых частиц. Осветленная кислота содержала 0,6% твердых частиц. Некоторое количество шлама из центрифуги, содержащего 6—35% твердых частиц, рециркулировало в питательный бак (в качестве 36

Рис. 10. Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором:Рис. 10. Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором:зародышей кристаллизации). Остальной шлам направляли непосредственно в экстрактор. Продолжительность работы между циклами промывки, длившейся 8 ч, составляла: для первой и третьей ступени — 400 ч, для второй — 300 ч.

Рис. 10. Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором:

Рис. 10. Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором:

Чтобы при хранении продукционной фосфорной кислоты после центрифугирования не осаждались примеси, ее в течение 10—15 мин нагревают при 120—150 °C под избыточным давлением 2—5 ат, не допуская концентрирования. Затем, для предотвращения коррозии, кислоту охлаждают до 50—70 °C. Из обработанной таким образом кислоты шлам не выделяется при перевозке и хранении в течение 2—4 месяцев.

Инкрустация греющей поверхности существенно уменьшается при регулировании кристаллизации выделяющихся примесей. Для этого в циркуляционный контур вакуум- выпарных аппаратов включают специальную емкость для кристаллизации основной массы примесей и укрупнения их частиц.

Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором (рис. 10) состоит из испарителя, кристаллизационной ка- мёры, циркуляционного насоса и подогревателя. Исходную фосфорную кислоту вводят через циркуляционную трубу, откуда в смеси с пульпой, поступающей из кристаллизатора 3, направляют через подогреватель 4 в нижнюю часть испарителя 2. В подогревателе примеси частично выделяются в виде зародышевых кристаллов и во взвешенном состоянии поступают в испаритель. Образовавшиеся водяные пары отводятся

1 — барометрический конденсатор с эжектором; 2 — испарительная камера; 3 — кристаллизатор; 4 — подогреватель; 5 — циркуляционный насос.1 — барометрический конденсатор с эжектором; 2 — испарительная камера; 3 — кристаллизатор; 4 — подогреватель; 5 — циркуляционный насос.в конденсационную систему. Сконцентрированный раствор стекает из испарителя по центральной циркуляционной трубе в кристаллизатор. Здесь кристаллизация продолжается на ранее выпавших зародышах, в результате чего примеси выделяются в виде крупных кристаллов. По мере роста кристаллы опускаются на дно аппарата, откуда их выводят и отфильтровывают от кислоты. Для этого из кристаллизатора отводят на фильтр часть пульпы.

1 — барометрический конденсатор с эжектором; 2 — испарительная камера; 3 — кристаллизатор; 4 — подогреватель; 5 — циркуляционный насос.

1 — барометрический конденсатор с эжектором; 2 — испарительная камера; 3 — кристаллизатор; 4 — подогреватель; 5 — циркуляционный насос.

Влажные кристаллы возвращают в экстракторы разложения фосфата для использования уносимой ими фосфорной кислоты. Основную массу пульпы отводят из кристаллизатора и после смешения с исходной кислотой вновь возвращают в цикл.

Процесс осуществляют как на одноступенчатых, так и на многоступенчатых установках. Производительность установки из трех последовательно соединенных аппаратов по Р2О5 составляет 360 т/сутки, а по выпаренной воде 22 т/ч. Подобная система может работать непрерывно 30 суток до остановки для удаления отложений, что снижает простои и увеличивает срок службы аппаратов.

Капиталовложения в вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором на 25% больше, чем в обычный. Но это увеличение затрат окупается уменьшением продолжительности остановок для очистки и облегчением операций хранения продукционной кислоты и ее использования.

С увеличением производительности системы по Р2ОБ от 150 до 450 т/сутки (при концентрировании кислоты от 30 до 54% Р2ОБ) удельные капитальные затраты на 1 т Р2ОБ снижаются на 25%, а эксплуатационные — на 10—12%.

На упаривание кислоты от 30 до 54% Р2О5 расходуется (в расчете на 1 т Р2ОБ и в зависимости от производительности) 10—15 кВт-ч электроэнергии, 1,8—1,9 т пара и 40—75 м3 воды с начальной температурой 18 °C.

В США для получения полифосфорной кислоты используется ряд промышленных вакуум-выпарных установок, схемы которых не приводятся, так как они аналогичны схемам, показанным на рис. 8 и 9.

Для концентрирования фосфорной кислоты до 70—72% использован обычный выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и обогревом теплообменника паром под давлением 30 ат. Производительность установки по Р2Об 97 т/сутки, по выпаренной воде 1,75 т/ч.

Работает также пленочный вакуум-выпарной аппарат для получения 68—70 %-ной полифосфорной кислоты производительностью 200 т Р2О5 в сутки или 3,8 т выпаренной воды в час (рис. 11). Концентрируется кислота в тонком слое, стекающем по трубчатому теплообменнику, обогреваемому паром под давлением 30 ат. Исходная экстракционная фосфорная кислота поступает в рециркуляционный бак 6 и смешивается с концентрированной кислотой, выходящей из выпарного аппарата 5. Затем часть кислоты из рециркуляционного бака подается в выпарной аппарат, а другая часть отбирается в качестве готового продукта и далее направляется на охлаждение в хранилище 14. Остаточное давление в аппарате в зависимости от температуры воды в барометрическом конденсаторе 8 находится в пределах 38—63 мм рт. ст.

Фирма «Свенсон» (США) поставляет вакуум-выпарные установки для получения полифосфорной кислоты (72% Р2ОБ) производительностью 50—150 т Р2ОБ в сутки или 1—3 т выпаренной воды в час. Эти установки работают по следующей схеме.

Очищенная исходная экстракционная фосфорная кислота подается в вакуум-выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, теплообменник которого обогревается вместо пара высокотемпературным теплоносителем. Полифосфорная кислота выводится из выпар- 38

ного аппарата в бак с охлаждением, а оттуда перекачивается в хранилище. Соковый пар из испарителя отводится в барометрический конденсатор, соединенный с пароэжекционной установкой. Перед барометрическим конденсатором установлены абсорбционные устройства для улавливания фтористых соединений.

Преимущество этой установки в том, что не требуется пар высокого давления, а теплообменник, работающий при низком давлении, менее громоздок и металлоемок.

Вода

Рис. 11. Схема производства полифосфор ной кислоты в пленочном вакуум-выпар ном аппарате:

1 — бак для фосфорной кислоты; 2, 4, 7, 13 — насосы; 3 — паровой котел; 5 — пленочный выпарной аппарат; 6 — рециркуляционный бак; 8 — барометрический конденсатор; 9 — вакуум-эжекторное устройство; 1 о — барометрический сборник; 11 — пенный абсорбер; 12 — холодильник; 14 — хранилище полифосфорной кислоты.

Общий недостаток вакуум-выпарных аппаратов — необходимость использовать пяр высокого давления (30 ат) или же высокотемпературный теплоноситель. В связи с этим заслуживает внимания способ концентрирования фосфорной кислоты при остаточном давлении в выпарном аппарате 5 мм рт. ст. Это позволяет использовать в качестве теплоносителя пар с избыточным давлением не более 10 ат. При этом теплообменник более устойчив в коррозионном отношении. Для получения в аппарате указанного вакуума необходимо в обычной выпарной установке с принудительной циркуляцией вместо барометрического конденсатора использовать абсорбер с рециркулирующей серной кислотой для поглощения водяных паров.

Пример расчета вакуум-выпарного аппарата приведен в приложении (стр. 108).

Выпаривание в аппаратах контактного типа

Для концентрирования экстракционной фосфорной кислоты из апатита от 25—30% до 54% Р2О5 пока применяются однокамерные барабанные концентраторы. На рис. 12 представлена принципиальная схема выпарной установки с таким концентратором.

Исходная фосфорная кислота из емкости 2 подается насосом 1 на напорный бак 3 и далее поступает в барабанный концентратор 6. Греющим агентом служат топочные газы, полученные при сжигании мазута в топке 5. Упаренная кислота из концентратора поступает на

Рис. 12. Выпарная установка с барабанным концентратором:

1, 10, 11, 15, 17 — центробежные насосы; 2 — емкость исходной кислоты; 3 — напорный бак; 4 — воздуходувка; 5 — топка; 6 — барабанный концентратор; 7 — электрофильтр; 8,9 — абсорбционные колонны; 12 — воздуходувка; 13 — охладительная колонна- 14 — емкость концентрированной кислоты; 16 — бак; 18 — вентилятор.

воздушное охлаждение в колонну 13, затем в емкость 14, откуда насосом 15 откачивается в отделение производства двойного суперфосфата.

Отходящие из концентратора газы, загрязненные туманом фосфорной кислоты и фтористыми соединениями, поступают на очистку в узел абсорбции. Он состоит из последовательно соединенных электрофильтра 7 и двух абсорбционных колонн 8, 9. Далее вентилятором 18 через выхлопную трубу газы выбрасываются в атмосферу.

Орошение осуществляется противотоком: из первой по ходу процесса абсорбционной колонны откачивается 10%-ная кремнефтористоводородная кислота, в последнюю подается на орошение вода в количестве, необходимом для поддержания указанной концентрации кремнефтористоводородной кислоты. Кремнефтористоводородная кислота собирается в баке 16, откуда откачивается в производство кремнефторида натрия.

Топка представляет собой стальной горизонтальный цилиндр, футерованный внутри огнеупорным шамотным кирпичом.

Топочные газы образуются в результате сгорания мазута, поступающего в механические форсунки под избыточным давлением 12—14 ат. Сама топка работает под давлением 1100—1300 мм вод. ст. Воздух в топку нагнетается двумя потоками воздуходувкой производительностью 25 000 м3 и напором 1800—2000 мм вод. ст.: один поток (первичный воздух) служит для сжигания топлива, другой (вторичный воздух) — для разбавления топочных газов, снижения их температуры до 800 °C перед подачей в концентратор.

Рис. 13. Барабанный концентратор:

1 — корпус; 2 — барботажная труба; 3 — газоход; 4 — перегородка.

Температура в топке поддерживается в пределах 1000—1200 °C При изменении тепловой нагрузки на топку (частые остановки) свод и перегородка перед камерой смешения разрушаются.

Собственно концентратор (рис. 13) представляет собой стальной, футерованный кислотоупорным кирпичом на арзамитовой замазке горизонтальный цилиндрический аппарат с внутренним диаметром 3,4 м и длиной 7,7 м.

Топочные газы поступают через барботажную трубу 2 из стали ОХ23Н28МЗДЗТ, заглубленную в слой кислоты на 80 мм. Часть барботажной трубы, находящаяся в контакте с горячими газами, футерована огнеупорным кирпичом, а находящаяся в контакте с кислотой — кислотоупорным кирпичом.

Внутри концентратора имеется перегородка 4 с окнами; она выполнена из кислотоупорного кирпича и предназначена для отделения брызг кислоты от парогазовой смеси.

Недостатками концентратора являются значительное выпадение гипса и других примесей (из-за этого аппарат приходится останавливать на чистку через каждые 10—15 суток работы), а также большой брызгоунос, затрудняющий нормальную эксплуатацию узла абсорбции.

Брызгоунос вызван нерациональной конструкцией перегородки в сепарационном объеме аппарата. Скорость парогазовой смеси в отверстиях перегородки достигает 8 ± 10 м/с и в отдельных сечениях сепараторов в 2—3 раза превышает допустимые значения. Поэтому на уровне кислоты брызги не только не отделяются, но образуются дополнительно.

Кроме того, наконечник барботажной трубы интенсивно корродирует в зоне сварных швов.

Электрофильтр, служащий для удаления брызг и тумана фосфорной кислоты, уносимых с топочными газами, представляет собой стальной прямоугольный аппарат, футерованный внутри полиизобутиленом, диабазовой плиткой и угольными блоками. Крышка с внутренней стороны покрыта отвержденным фаолитом.

Электрофильтр разделен на две параллельно работающие камеры, снабженные осадительными графитовыми электродами и корониру- ющими электродами из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.

Электрофильтр работает устойчиво, степень очистки газов от брызг и тумана фосфорной кислоты составляет 80—90%.

Однако, несмотря на сложную и дорогостоящую защиту, футеровка разрушается под действием образующейся плавиковой кислоты, что приводит к частым остановкам электрофильтра на ремонт.

Абсорбционные башни футеруют полиизобутиленом, плиткой из антегмита АТМ-1, а также угольными и графитизированными блоками. В качестве насадки использованы угольные кольца Рашига. Форсунки выполнены из фторопласта-4. Для орошения башен 10 %-ной кремнефтористоводородной кислотой при температуре 70—80 °C рекомендуются насосы, защищенные резиной и пластмассами.

Охладительная колонна, имеющая внутри три полки с отверстиями диаметром 6 мм, выполнена из стали 0Х23Н28МЗДЗТ. Сверху в колонну поступает кислота с температурой 116 °C, снизу воздух. Здесь кислота охлаждается до 60—70 °C.

У колонны есть недостаток — отверстия в полках часто забиваются осадком гипса.

Хвостовой вентилятор и выхлопная труба гуммированы полуэбонитом марки 1751.

Для транспортировки горячих растворов кремнефтористоводородной кислоты в цикле орошения башни применяют полиэтиленовые трубы. Газоход от концентратора к электрофильтру выполнен из стали 0Х23Н28МЗДЗТ и футерован в нижней части плиткой из антегмита АТМ-1. Газоходы от электрофильтра до абсорбционной башни защищены плиткой из АТМ-1 по подслою из диабазовых плиток. Газоходы после абсорбционных башен гуммированы полуэбонитом марки 1751.

Основные показатели работы установки:

Производительностьпо 100%-ной Р2О5, т/суткп 115

по выпаренной воде, кг/ч .„7000

Концентрация кислоты по Р2Об, % исходной 25

упаренной 54

Температура, °C топочных газов в барботажной трубе 800

парогазовой смеси из концентратора 116

исходной кислоты .. .15—30

упаренной кислоты 114

Скорость газов в барботажной трубе, м/с 75

Удельный расход тепла на испарение воды, ккал/кг . .800

Удельный расход электроэнергии (по установочной мощности), кВт-ч/т 39

Влагосъем, кг/ч с 1 м3 объема аппарата 100

с 1 м2 зеркала испарения 290

Содержание в отходящих из концентратора газов (в расчете на сухой газ), г/м3 тумана фосфорной кислоты 3—4

фтора 7—8

Степень выделения фтористых газов в газовую фазу, %85—90

Потери Р2ОБ с отходящими газами, % от общего количества Р2О5 в исходной кислоте 1,5

Опыт эксплуатации установки для концентрирования фосфорной кислоты показал, что как концентратор, так и узел абсорбции не отвечают современным требованиям и эта установка не может быть положена в основу проектов новых промышленных схем.

Спроектирована и построена полузаводская установка для концентрирования экстракционной фосфорной кислоты. Проведены опыты по концентрированию от 20—30 до 54—57% Р2Об фосфорной кислоты, полученной из апатитового концентрата, фосфоритов Кара- тау и Кингисеппа.

Принципиальная схема установки показана на рис. 14.

Исходная фосфорная кислота через напорный бак 5 поступает в концентратор 6, куда одновременно через барботажную трубу 7 подаются топочные газы. Концентрированная кислота выводится из концентратора через регулятор уровня в сборники упаренной кислоты 9.

Отходящие из концентратора газы, загрязненные туманом фосфорной кислоты и фтористыми соединениями (1,5 г Р2О6 и 7,5 г F на 1 м3 сухих газов), с температурой 118—120 °C поступают на очистку в узел абсорбции, состоящий из двух последовательно соединенных гуммированных насадочных башен 10,13 и выполненного из фао- лита скруббера Вентури форсуночного типа 15.

В башне для улавливания фтористых соединений 10 (диаметр 880 мм, высота 4000 мм) высота насадки 3000 мм, а в конденсационной башне 13 (диаметр 650 мм, высота 3500 мм) — 2650 мм. В качестве насадки использованы графитовые кольца Рашига размером 50 X X 50 мм. Насадочная башня 10 орошается в циркуляционном режиме 10—12%-ной кремнефтористоводородной кислотой [плотность орошения 25 м3/(м2-ч), скорость газов 1,1 м/с, сопротивление башни 90 мм вод. ст.].

Температура рециркуляционной кремнефтористоводородной кислоты 65—70 °C, газов после очистки 70 °C.

Г Отходящие газы после насадочной башни содержат 1,0 г Р2О5 и 0,5 г F на 1 м8 сухих газов (степень улавливания Р2ОБ 33%, F 93%). В получаемой 8—12%-ной кремнефтористоводородной кислоте содержится 0,15% Р2О5.

Перед поступлением в скруббер Вентури отходящие газы охлаждают до 20—30 °C в конденсационной башне 13 ^ орошаемой водой, которую подают напроток с температурой 12 °C [плотность орошения 22 м3/(м2-ч), скорость газов 1,1 м/с, сопротивление башни 60 мм вод. ст.].

Рис. 14. Пол у заводская барботажная установка для концентрирования фосфорной кислоты:

1 — центробежные насосы; 2 — хранилище концентрированной кислоты; 3 — емкость исходной кислоты; 4 — воздуходувка; 5 — напорный бак; 6 — концентратор; 7 — барботажная труба; 8 — регулятор уровня; 9 — сборники упаренной кислоты; 10 — насадочная башня для улавливания фтористых соединений; 11 — сборник кремнефтористоводородной кислоты; 12 — циркуляционные насосы; 13 — конденсационная насадочная башня; 14 — рециркуляционный сборник; 15 — скруббер Вентури; 16 — сборник слабой фосфорной кислоты; 17 — графитовый холодильник; 18 — вентиляционный агрегат.

На выходе из конденсационной башни отходящие газы содержат 0,9 г Р2ОБ и 0,3 г F на 1 м3 сухих газов (степень улавливания Р2ОБ 11%, F 33%).

Скруббер Вентури (скорость в горловине 80—90 м/с, удельное орошение 1,2 л на 1 м3 газов, сопротивление 550 мм вод. ст.), орошается в циркуляционном режиме охлаждаемой в графитовом холодильнике 17 слабой фосфорной кислотой (4% Р2Об). Отходящие газы содержат на выходе 0,03 г Р2О5 и 0,02 г F на 1 м3 сухих газов, (степень улавливания Р2О5 98%, F 95%).

Конструкция барботажного выпарного аппарата для фосфорной кислоты показана на рис. 15. Аппарат представляет собой футерованную кислотоупорным кирпичом четырехугольную емкость с коническим дном (объем 3 м8). В топке 1 сжигается природный газ 44

и топочные газы с температурой 800—1000 °C барботируют через слой фосфорной кислоты.

Барботажная труба изготовлена из стали 0Х23Н28МЗДЗТ. К нижней части трубы крепится наконечник из той же стали, который при работе аппарата находится под слоем кислоты. Для защиты от коррозии наконечник имеет рубашку водяного охлаждения. Воздух, который служит для охлаждения трубы, затем используется для сжигания топлива и разбавления топочных газов.

Рис. 15. Выпарной аппарат:

1 — топка; 2 — газоход; 3 — барботажная труба; 4 — водоохлаждаемый наконечник барботажной трубы; 5 — регулятор уровня; 6 — корпус; 7 — брызгоуловитель.

Ниже приведены показатели работы концентратора для экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата:

Производительность, кг/ч по исходной кислоте .960—1320

по выпаренной воде 547—750

Концентрация кислоты по Р2О5, % исходной 22—23

упаренной 54—57

Температура, °C топочных газов вбарботажной трубе 840—1070

парогазовой смеси из выпарного аппарата . . . . 118—120 исходной кислоты 15—30

упаренной кислоты 115—118

Давление, мм вод. ст.

в барботажной трубе 900—1000

в выпарном аппарате 40—55

Глубина погружения наконечника барботажной трубы

в кислоту (при внутреннем диаметре трубы 200 мм), мм 500 Скорость газов в барботажной трубе, м/с 65—80,5

Удельный расход тепла на испарение воды *, ккал/кг . 855—970 Скорость парогазовой смеси в аппарате, м/с 0,38—0,51

Влагосъем

с 1 м3 объема аппарата 200—270

с 1 м2 зеркала испарения .340—456

* Данные приведены с учетом потерь в наконечнике барботажной трубы. В промышленном аппарате при обкладке наружных стенок водоохлаждаемых наконечников теплоизолирующими листами фторопласта расход тепла на испарение составит 750 — 800 ккал/кг.

Аппарат дает влагосъем с единицы объема в 2,5 раза больше, чем барботажные аппараты барабанного типа. Глубина погружения наконечника барботажной трубы в кислоту 500 мм обеспечивает вынос осадков из аппарата.

При упаривании в зоне соприкосновения топочных газов с кислотой одновременно с испарением воды образуется тонкодисперсный туман фосфорной кислоты и выделяются фтористые соединения. Количество тумана фосфорной кислоты в отходящих газах в зависимости от условий проведения опытов изменялось в пределах 1,1 — 4,0 г/м3, а общее содержание фтора — в пределах 4,5—8,5 г на 1 м8 сухих газов. Потери Р2Об с отходящими газами составляли 1,0— 1,3% от общего количества Р2Об в исходной кислоте. Степень выделения фтористых соединений в газовую фазу 85—90%.

Потери тепла в наконечнике барботажной трубы, охлаждаемом водой, равны 10—12% общей теплопроизводительности выпарного аппарата. Расчеты показали, что для промышленных выпарных аппаратов эти потери будут меньше — 5—6% общей теплопроизводительности, так как уменьшается поверхность барботажных труб на единицу тепловой нагрузки. Чтобы снизить потери тепла до 2—3%, необходимо предусмотреть обкладку водоохлаждаемого наконечника листом или пленкой из фторопласта.

Таким образом, конструкция концентратора отвечает требованиям, предъявляемым к контактным выпарным установкам (компактность при отсутствии значительного уноса брызг и отложения осадков, удобство и простота обслуживания и др.), и может служить основой для проектирования новых промышленных аппаратов.

Один из путей снижения капиталовложений при строительстве, повышения производительности труда — укрупнение мощности концентратора и относящегося к нему оборудования. В связи с этим разработан вариант концентратора (рис. 16) производительностью 280—380 т Р2О5 в сутки, т. е. 15—20 т испаренной воды в час при повышении содержания Р2ОБ от 30—32 до 54%.

Концентратор — четырехугольная футерованная кислотоупорным кирпичом емкость с четырьмя барботажными трубами. Они заключены в циркуляционные трубы с окнами для отвода отходящих газов в сепарационное пространство. Для получения топочных га- 46

зов можно использовать четыре погружные горелки или две выносные топки (каждая топка на две барботажные трубы).

Концентратор имеет следующие показатели:

Температура дымовых газов, поступающих в барботажные трубы, °C-. . . . 1000—1100

Скорость газов в барботажных трубах, м/с 55—60

Скорость парогазовой смеси, м/с

в горизонтальном сечении свободного сепарационного пространства0,5—0,7

в выносном сепараторе 2—2,5

Глубина погружения барботажных труб, мм 500—600

Влагосъем, кг/ч

с 1 м3 объема аппарата (без выносного сепаратора) 160—180

с 1 м2 зеркала испарения 400—420

После концентратора рекомендуется узел абсорбции, в котором

отходящие газы проходят через два насадочных скруббера и абсорбер Вентури и далее выбрасываются в атмосферу.

В первом скруббере улавливаются фтористые соединения и получается 8—10 %-на я кремнефтористоводородная кислота, во втором охлаждаются отходящие газы, при этом частично конденсируются водяные пары и дополнительно поглощаются фтористые соединения. В абсорбере Вентури улавливается туман фосфорной кислоты.

На рис. 17 представлена схема новой отечественной промышленной барботажной установки. Исходная фосфорная кислота подается из сбор

ника 2 насосом в напорный бак 3, откуда поступает в концентратор 5, где, контактируя с топочными газами, упаривается и через гпдрозатвор отводится в сборник 6. Парогазовая смесь из концентратора поступает в узел абсорбции, состоящий

Гнс. 16. Промышленный концентратор:

* "7, корпус; 2 — циркуляционная труса; з — барботажная труба; 4 — жалюзийный брызгоуловитель.

из последовательно соединенных брызгоуловителя 8, полых абсорбционной 9 и конденсационной И башен и скруббера Вентури 14 с брызгоуловителем. Абсорбционная башня орошается циркулирующей 10%-ной кремнефтористоводородной кислотой, конденсационная башня орошается 1—2%-ным раствором известкового молока, охлаждаемого в холодильнике 13. Скруббер Вентури орошается слабой форсфорной кислотой.

Концентратор этой установки (рис. 18), футерованный кислотоупорным кирпичом и угольными блоками, состоит из трех цилиндрических теплообменных камер 5 (диаметр 1250 мм) с водоохлаждаемыми крышками 4. В крышки вмонтированы водоохлаждаемые

Рис. 17. Промышленная барботажная установка:Рис. 17. Промышленная барботажная установка:1 — центробежные насосы; 2 — емкость исходной кислоты; 3 — напорный бак; 4 — топка; 5 — концентратор; 6 — регулятор уровня; 7 — сборник упаренной кислоты; 8 — брызгоуловитель; 9 — полая абсорбционная башня; 10 — сборник кремнефтористоводородной кислоты; 11 — полая конденсационная башня; 12 — сборник; 13 — холодильник; 14 — скруббер Вентури с брызгоуловителем; 15 — вентилятор.1 — центробежные насосы; 2 — емкость исходной кислоты; 3 — напорный бак; 4 — топка; 5 — концентратор; 6 — регулятор уровня; 7 — сборник упаренной кислоты; 8 — брызгоуловитель; 9 — полая абсорбционная башня; 10 — сборник кремнефтористоводородной кислоты; 11 — полая конденсационная башня; 12 — сборник; 13 — холодильник; 14 — скруббер Вентури с брызгоуловителем; 15 — вентилятор.

Рис. 17. Промышленная барботажная установка:

Рис. 17. Промышленная барботажная установка:

1 — центробежные насосы; 2 — емкость исходной кислоты; 3 — напорный бак; 4 — топка; 5 — концентратор; 6 — регулятор уровня; 7 — сборник упаренной кислоты; 8 — брызгоуловитель; 9 — полая абсорбционная башня; 10 — сборник кремнефтористоводородной кислоты; 11 — полая конденсационная башня; 12 — сборник; 13 — холодильник; 14 — скруббер Вентури с брызгоуловителем; 15 — вентилятор.

1 — центробежные насосы; 2 — емкость исходной кислоты; 3 — напорный бак; 4 — топка; 5 — концентратор; 6 — регулятор уровня; 7 — сборник упаренной кислоты; 8 — брызгоуловитель; 9 — полая абсорбционная башня; 10 — сборник кремнефтористоводородной кислоты; 11 — полая конденсационная башня; 12 — сборник; 13 — холодильник; 14 — скруббер Вентури с брызгоуловителем; 15 — вентилятор.

барботажные трубы 2 с высокоинтенсивными топками 1. Теплообменные камеры вверху соединены тангенциально, а внизу радиально каналами 6 и 7 с цилиндрическим сепаратором 8 центробежного типа с водоохлаждаемой крышкой 9 (диаметр 2200 мм).

Аппарат работает следующим образом: исходная фосфорная кислота подается в сепаратор, где смешивается с концентрированной кислотой и через нижние каналы поступает в теплообменные камеры. Туда одновременно через барботажные трубы подаются топочные газы, полученные при сжигании природного газа. Образующаяся при этом парожидкостная смесь выбрасывается через верхние каналы в сепаратор, там упаренная кислота поступает вниз для смешения с исходной, а парогазовая смесь направляется на очистку в узел абсорбции.

По сравнению с известными конструкциями данный концентратор имеет следующие преимущества.

Компактные размеры цилиндрических камер и сепаратора (общий объем аппарата 25 м8, объем кислоты в аппарате 7,7 м3) 48

Рис. 18. Концентратор:

1 — топка; 2 — барботажная труба; 3 — сальниковоеуплотнение; 4 — крышка теплообменной камеры; 5 —теплообменная камера; 6 — нижний канал; 7 — верхнийканал; 8 — сепаратор; 9 — крышка сепаратора.

^ Н. П. Попов

и их конфигурация обеспечивают малое время пребывания кислоты в концентраторе и ее интенсивную циркуляцию, что предотвращает отложение осадков.

Водоохлаждение барботажных труб, крышек цилиндрических камер и сепаратора обеспечивает надежную работу аппарата в агрессивной среде.

Соединение барботажных труб с крышками цилиндрических камер через сальниковые уплотнители предотвращает передачу вибраций как от топок к концентратору, так и наоборот. Сведению вибрации к минимуму также способствуют малые количества кислоты в аппарате.

Полые абсорбционные и конденсационная башни (диаметр 2,8 м, высота 12 м) футерованы кислотоупорным кирпичом и угольными блоками. Башни оборудованы форсунками гребенчатого типа, расположенными в три яруса. В абсорбционной башне при коэффициенте массопередачи 1000 1/ч скорость газов составляет 2,5 м/с, в конденсационной при коэффициенте теплопередачи 8000 ккал/(м3 • ч) она равна 2 м/с.

Основные проектные показатели работы установки:

Производительность по 100%-ной Р2О5, т/сутки 170

по выпаренной воде, кг/ч 9000

Концентрация кислоты по Р2О5, % исходной 28

упаренной 54

Температура, ?С топочных газов вбарботажнойтрубе 900—1000

парогазовой смеси из концентратора 118—120

исходной кислоты 20—30

упаренной кислоты 118

Давление в барботажнойтрубе,ммвод. ст 1500

Разрежение в концептраторе,мм вод. ст5—55

Глубина погружения барботажной трубы в кислоту, мм 500—600

Скорость газа в барботажной трубе, м/с 55—60

Удельный расход тепла на испарение, ккал/кг . . . .800

Влагосъем с 1 м3 рабочего объема аппарата, кг/ч . . .—1100

На рис. 19 приведена схема установки (США) для концентрирования фосфорной кислоты от 22—25 до 50—55% Р2ОБ производительностью по Р2ОБ 40—45 т/сутки, по испаренной воде 4,15 т/ч.

Топочные газы, полученные при сжигании топлива в интенсивной топке 2, смонтированной непосредственно на концентраторе барабанного типа 3, барботируют с температурой 800—1200 °C через слой кислоты. Концентрированная кислота направляется в бак 8.

Отходящие из концентратора газы проходят через узел абсорбции, состоящий из центробежных сепараторов 4 и 6, абсорбера Вентури 5 с брызгоуловителем и оросительного скруббера 7. В центробежном сепараторе частицы тумана фосфорной кислоты укрупняются, благодаря этому его легче затем улавливать. В абсорбере Вентури газы промываются фосфорной кислотой. Этот процесс основан на свойстве фосфорной кислоты (20—35% Р2О5) поглощать почти весь туман Р2О5 и только незначительное количество фтористых 50

соединений. Избыток рециркулирующей фосфорной кислоты нейтрализуется хлоридом калия в емкости 12, затем осадок кремнефторида калия отделяется на фильтре 13 и фильтрат направляется на концентрирование. После прохождения абсорбера Вентури газы подвергаются окончательной промывке в скруббере 7.

Для концентрирования фосфорной кислоты за рубежом широко применяются концентраторы с погружными горелками. Эти аппараты отличаются от барабанных концентраторов меньшими размерами и более рациональной конфигурацией корпуса. Компактные погружные горелки обеспечивают подачу в концентратор топочных газов

Отходящие газы

Рис. 19. Выпарная установка с барабанным концентратором (США):

— бак исходной кислоты; 2 — выносная топка; з — барабанный концентратор; 4, 6— центробежные сепараторы; 5— абсорбер Вентури; 7 — оросительный скруббер; 8 — бак концентрированной кислоты; 9, 11 — насосы; 10 — бак рециркулирующей кислоты; 12 — емкость для очистки от фтористых соединений; 13 — фильтр.

с температурой 1200—1600 °C, что позволяет на 10—12% сократить расход топлива. Однако при более высокой температуре топочных газов в концентраторах с погружными горелками образуется больше тумана фосфорной кислоты.

Известны два концентратора с погружными горелками тепло- производительностью 6,8-10® ккал/ч. При концентрировании фосфорной кислоты от 30 до 55% Р2О5 производительность этих установок по Р2О5 составляет 135 т/сутки, по испаренной воде — 8,6 т/ч. Установки полностью автоматизированы, и пульт управления вынесен в операторскую завода. Температура отходящих газов практически равна температуре кислоты в концентраторе. Концентрированную кислоту перед тем как направить в хранилище охлаждают воздухом. Унос фосфорной кислоты из концентраторов в виде тумана достигает 5% Р2О5 от общего количества Р2О5 в исходной кислоте.

Английская фирма «Нордак» разработала концентраторы с погружными горелками для упаривания фосфорной кислоты. Это футерованные емкости, на крышках которых смонтированы одна или несколько горелок, работающих на мазуте или газе. Максимальная 4*51

3 17ктК Т Разработанных фирмой горелок составляет г я Р Раб°те На мазуте и 1’5'1°6 «кал/ч при работе на газе. Глубина погружения барботажной трубы в слой кислоты вьппает 460 "Р™”^горелки, но обычно не пре-

П.®^™ работы по созданию рациональных узлов абсорбции. Для очистки отходящих газов от тумана фосфорной кислоты за рубежом применяют электрофильтры, абсорберы типа Вентури и Дойля Каждый из этих аппаратов имеет и преимущества и недостатки' Преимуществами электрофильтров являются эффективная работа малый расход электроэнергии, простота обслуживания, а недо^ ”ремо^ГаЯ ^с™’ б0™ Га6арИ™ и относительно

настояЩее время стремятся заменить электрофильтры более дешевыми абсорберами Вентури. Английская фирма «Ньютон 23е400РС28П00ДзаГаеТ абсорбеРы’ способные пропускать за час 23 400-28 000 м3 газов с температурой 100-150 °C. При этом гаран- тируется снижение содержания тумана фосфорной кислоты до tL 7 “г/м ПРИ максимальном его содержании на входе 50 г/м3. Такие абсорберы Вентури установлены после двух концентраторов с погружными горелками теплопроизводительностью 5,05 • 10е ккал/ч. При концентрировании фосфорной кислоты от 30 до 55% Р О производительность установок по Р2ОБ составляет 100 т/сутки/по" ^° данным фирм, абсорберы в этих установках работают эффективно.

В США разработан и эксплуатируется самый большой концентратор с погружными горелками для фосфорной кислоты. Его производительность по Р2О6 650 т/сутки, по испаренной воде 41 т/ч (при концентрировании от 30 до 55% Р2О6). Общая теплопроизво- дительность погружных горелок установки 30-10е ккал/ч Туман фосфорной кислоты и фтористые соединения в отходящих газах улавливают абсорбером Вентури, за которым следуют оросительный и конденсационные скрубберы.

Наряду с концентраторами барабанного типа и с погружными горелками применяются скрубберные установки. Скрубберный концентратор представляет собой футерованную кислотоупорным кирпичом полую башню. Рециркулирующая фосфорная кислота подается в скруббер сверху через вращающийся распределитель. Распределитель создает крупный распыл, и это препятствует образованию тумана фосфорной кислоты. Готовая кислота непрерывно выводится из рециркуляционного цикла. Рециркуляция кислоты в скруббере препятствует отложению осадков, и чистка требуется только после трех месяцев работы.

Отмечаемся, что в скруббере происходит эффективное обесфтори- кислоты- Так, количество фтора уменьшается до 0,22/о (в концентрированной кислоте из концентраторов с погружными горелками обычно содержится 0,8% F). Количество тумана 2ОБ в отходящей парогазовой смеси из скрубберного концентратора не превышает 1%.

Топочные газы получаются при сжигании мазута в отдельной топке. Температура топочных газов на входе в скруббер 700 °C, парогазовой смеси на выходе из скруббера 110—120 °C.

В состав узла абсорбции скрубберной установки входят брызго- уловитель, оросительная конденсационная башня и два абсорбера Вентури.

Недостатком скрубберного концентратора является его громоздкость, а также больший по сравнению с концентраторами с погружными горелками расход топлива и электроэнергии.

В настоящее время для получения концентрированных жидких удобрений и твердых полифосфатов аммония в качестве полупродукта широко применяется экстракционная полифосфорная кислота (72-76% Р2О6).

Рис. 20. Полузаводская установка для концентрирования экстракционной фосфорной кислоты до полифосфорной:

1 — бак исходной фосфорной кислоты; 2 — погружной насос; з — напорный бак; * — топка; 5 — концентратор; 6 — регулятор уровня; 7 — сборник-охладитель полифосфорной кислоты; 8, 15, 19 — брызгоуловители; 9 — APT; 10, 16, 20 — циркуляционные сборники; 11 — форсунка, вмонтированная в газоход; 13, 18 — скрубберы Вентури; 12, 17 — холодильники; 14 — вентиляторы.

Принципиальная схема полузаводской установки для концентрирования экстракционной фосфорной кислоты из апатита показана на рис. 20.

Исходная фосфорная кислота (Р2ОБ 53—55%; SO3 2—2,5%;: F 0,3%; Н2О3 1,3—1,5%; Са 0,04%; нерастворимый остаток 0—0,05%), осветленная в хранилище-отстойнике, из бака 1 поступает в аппарат распыливающего типа (APT) 9. Там она подогревается и частично концентрируется (на 1—2% Р2О5) за счет тепла отходящих газов из концентратора 5. Далее подогретая кислота через напорный бак 3 непрерывно поступает в концентратор 5. Топочные газы с температурой 900 °C, пройдя графитовую барботажную трубу концентратора со скоростью 65—70 м/с, контактируют с фосфорной кислотой. Глубина погружения барботажной трубы в кислоту 50—100 мм. Полученная в концентраторе полифосфорная кислота (Р2ОБ 72-76%; Р2ОБорто 30-35%; R2O5 1,8-2,0%; SO3 3-4%;. F 0,05—0,15%; содержание осадка 0,08—0,13%; степень полимеризации 52,0—60,0%) с температурой 290—300 °C через регулятор уровня и гидроэатвор поступает в сборник-охладитель 7, откуда откачивается в хранилище.

Для этого концентратора характерно наличие в сепарационном объеме зоны предварительного подогрева и концентрирования исходной фосфорной кислоты — таким образом обеспечивается частичная утилизация тепла отходящей парогазовой смеси (температура отходящих из концентратора газов на 10—40 °C ниже температуры полифосфорной кислоты в концентраторе).

При длительных испытаниях концентратор работал устойчиво, без гидравлических ударов. При работе с заглублением барботажной трубы и без заглубления эффективность теплообмена не изменялась. В связи с этим, а также благодаря незначительному количеству осадков в полифосфорной кислоте, целесообразно эксплуатировать концентратор при малом заглублении барботажной трубы в кислоту.

Отходящие из концентратора газы поступают в брызгоулови- тель 8, в APT 9, орошаемый циркулирующей исходной кислотой, и далее в узел абсорбции, состоящий из газохода 11 с вмонтированной форсункой для охлаждения газов до 70 °C путем разбрызгивания воды и двух последовательно соединенных скрубберов Вентури 13 и 18, служащих для очистки газов от тумана фосфорной и серной кислот и фтористых соединений. Режим работы этих аппаратов приводится в табл. 1.

Режим работы аппаратов узла абсорбции

Таблица 1

Аппарат

Состав отходящих газов, г/м® сухйх газов

cti

сУ 5 *

<о _ PC ego

«иЗ

Удельное орошение, л жидкости м3 газа

п$ * о о о

Ss Зи о и е и о nS е

К о м Б . gg ей g ° О О

® X S § Pt о н 8

р.о,

F

SO,

Брызгоуловитель . . .

APT

I скруббер

II скруббер

15

15

4 0,15

3 0,5 0,5 0,01

3

3 0,2-2,0 0,04

98

72

56

2,2

0,7

0,5

20

81

70

150

550

700

Концентратор представляет собой емкость из стали Ст.3, футерованную свинцовым листом, двумя слоями диабазовой плитки, -слоем кислотоупорного кирпича и слоем графитовых блоков. На крышке концентратора, футерованной кислотоупорным бетоном, смонтирована высокоинтенсивная топка для сжигания природного газа. Топка футерована жароупорным бетоном, ее наружные стенки через воздушную рубашку охлаждаются первичным воздухом.

Первоначально испытывали концентратор с барботажной трубой из стали 0Х23Н28МЗДЗТ (рис. 21, о). Верхнюю часть трубы охлаждали воздухом, который использовали для разбавления топочных газов, нижняя — контактирующая с кислотой — имела рубашку с водяным охлаждением. Обнаружились большие потери тепла с охлаждающей водой (50—55% общей теплопроизводительности). Тогда наружную стенку барботажной трубы покрыли слоем диаба- 54

зовой замазки толщиной 30 мм. Это позволило сократить потери тепла с охлаждающей водой до 10—15%. Однако в процессе испытаний футеровка растрескалась. В связи с этим разработана и освоена более совершенная барботажная труба из графита (рис. 21, б), применение которой исключает теплопотери.

Рис. 21. Конструкция барботажной трубы:

вариант о: 1 — стальной корпус; г — воздушная рубашка; з — водяная рубашка; 4 — футеровка; 5 — топка; вариант б: I — графитовый корпус;

2 — воздушная рубашка; з — газоход; 4 — топка.

Для промышленных концентраторов большой теплопроизводи- тельности по конструктивным соображениям й для равномерного распределения тепловой нагрузки в рабочем объеме целесообразно устанавливать несколько барботажных труб.

Чтобы барботирующие через кислоту газовые потоки не взаимодействовали, барботажные трубы необходимо располагать в отдельных кольцевых отсеках. Скорость парогазовой смеси в горизонтальном сечении свободного пространства должна быть 0,5—0,7 м/с, высота свободного пространства концентратора 600—800 мм. Минимальный унос кислоты парогазовой смесью обеспечивается установкой сепаратора в верхней части концентратора.

Аппарат распыливающего типа (рис. 22) — колонна диаметром 300 мм, высотой 2900 мм, изготовленная из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.

Исходная фосфорная кислота через конусный распределитель 1 поступает на распылительный конус 2 (диаметр 180 мм) APT, стеИсходная фосфорная кислота через конусный распределитель 1 поступает на распылительный конус 2 (диаметр 180 мм) APT, стенает и распыляется отходящими из концентратора газами. При этомнает и распыляется отходящими из концентратора газами. При этомРис. 22. Аппарат распиливающего типа:Рис. 22. Аппарат распиливающего типа:1 — конусный распределитель; 2 — распылительный конус; з — корпус испарителя; 4 — сепаратор.1 — конусный распределитель; 2 — распылительный конус; з — корпус испарителя; 4 — сепаратор.Ниже приведены основныеНиже приведены основные

Исходная фосфорная кислота через конусный распределитель 1 поступает на распылительный конус 2 (диаметр 180 мм) APT, сте

Исходная фосфорная кислота через конусный распределитель 1 поступает на распылительный конус 2 (диаметр 180 мм) APT, сте

нает и распыляется отходящими из концентратора газами. При этом

нает и распыляется отходящими из концентратора газами. При этом

Рис. 22. Аппарат распиливающего типа:

Рис. 22. Аппарат распиливающего типа:

1 — конусный распределитель; 2 — распылительный конус; з — корпус испарителя; 4 — сепаратор.

1 — конусный распределитель; 2 — распылительный конус; з — корпус испарителя; 4 — сепаратор.

Ниже приведены основные

Ниже приведены основные

благодаря высокой линейной скорости газа (20 м/с) создается высокоразвитая поверхность контакта фаз — это обеспечивает эффективность процессов абсорбции и теплообмена. Образующийся газожидкостный поток выбрасывается из распылительного конуса в цилиндрическую камеру 3, а затем в сепаратор 4 для отделения парогазовой смеси от жидкости.

Скрубберы Вентури с диаметром горловин 90 мм изготовлены из фаолита.

Сборник-охладитель полифос- форной кислоты емкостью 1120 л представляет собой цилиндрический аппарат с якорной мешалкой, изготовленный из стали 0Х23Н28МЗДЗТ. Для охлаждения служат смонтированный внутри аппарата змеевик и водяная рубашка.

Газоход от концентратора кбрыз- гоуловителю и сам брызгоуловитель изготовлены из стали в с такой же футеровкой, как и в концентраторе. Газоходы от брызгоуловителя к APT-из стали 0Х23Н28МЗДЗТ, после APT — из стали 3 с гуммировкой.

показатели работы установки:

Производительность, кг/ч по исходной кислоте 1560

по выпаренной воде 460

Температура, °C газов в барботажной трубе 900

отходящих газов 265

исходной кислоты 10

полифосфорной кислоты 290—300

Давление в топке, мм вод. ст. 700—800

Разрежение в концентраторе, мм вод. ст. . . . .40—50

Расход, м3/ч природного газа (yg = 7830 ккал/м8) . . . .70—75

воздуха 1800—2000

Тепловое напряжение топки, ккал/(м3-ч) . . . . (13,5 -=- 15,5) -10е

Скорость газов в барботажной труое, м/с . . . .76,0

Продолжительность пребывания кислоты в концентраторе, мин 8

Влагосъем, кг/ч

с 1 м2 условного зеркала испарения . . . .2550

с 1 м3 общего объема концентратора . . . .250

Удельный расход тепла на испарение воды, ккал/кг1200

Глубина погружения барботажной трубы, мм . .0—100

Объем концентратора, м3 1,74

Площадь зеркала испарения, м2 0,18

аппаратуры дляаппаратуры дляКоличество кислоты в концентраторе, м3 . . . .0,09

аппаратуры для

аппаратуры для

Работа по дальнейшему совершенствованию

концентрирования экстракционной фосфорной кислоты не закончена _

Рис. 23. Установка для концентрирования фосфорной кислоты перегретым паром:Рис. 23. Установка для концентрирования фосфорной кислоты перегретым паром:1 — концентратор; 2 — барботажная труба; з — теплообменник-утилизатор;4 — термоинжектор; 5 — транспортирующее устройство для твердого теплоносителя; 6 — теплообменник с промежуточным твердым теплоносителем;7 — топка; 8 — воздуходувка.1 — концентратор; 2 — барботажная труба; з — теплообменник-утилизатор;4 — термоинжектор; 5 — транспортирующее устройство для твердого теплоносителя; 6 — теплообменник с промежуточным твердым теплоносителем;7 — топка; 8 — воздуходувка.

Рис. 23. Установка для концентрирования фосфорной кислоты перегретым паром:

Рис. 23. Установка для концентрирования фосфорной кислоты перегретым паром:

1 — концентратор; 2 — барботажная труба; з — теплообменник-утилизатор;

4 — термоинжектор; 5 — транспортирующее устройство для твердого теплоносителя; 6 — теплообменник с промежуточным твердым теплоносителем;

7 — топка; 8 — воздуходувка.

1 — концентратор; 2 — барботажная труба; з — теплообменник-утилизатор;

4 — термоинжектор; 5 — транспортирующее устройство для твердого теплоносителя; 6 — теплообменник с промежуточным твердым теплоносителем;

7 — топка; 8 — воздуходувка.

На рис. 23 приведен вариант схемы установки для концентрирования фосфорной кислоты как до 54—56, так и до 70—76% РаО5.

Концентрирование ведут перегретым до 800—1200 °C паром в вакуумном аппарате контактного типа 1. Отходящий из концентратора вторичный пар, загрязненный фтористыми соединениями, направляется в межтрубное пространство теплообменника-утилизатора 3. Туда же подается очищенная от солей вода, которая за счет тепла конденсации отходящих из концентратора паров превращается в чистый насыщенный пар с абсолютным давлением 0,3—0,5 ат. Последний засасывается в термоинжектор 4 и далее направляется под избыточным давлением 1—2 ат в пароперегреватель 6, представляющий собой теплообменник с промежуточным твердым теплоносителем. В первой камере теплообменника твердый теплоноситель нагревается до 1200—1400 °C теплом топочных газов (последние, охладившись до 120 °C, выбрасываются в атмосферу). Во второй камере за счет тепла, поступающего туда от твердого теплоносителя, пар перегревается до 800—1200 °C и далее поступает в концентратор.

Рис. 24. Радиационный концентратор:Рис. 24. Радиационный концентратор:1 — беспламенные горелки; 2 — радиационная камера; з — патрубок-гидрозатвор; 4 — перегородка; 5 — барботажная камера; 6 — распределительная тарелка; 7 — каналы; 8 — распределительное устройство для кислоты.1 — беспламенные горелки; 2 — радиационная камера; з — патрубок-гидрозатвор; 4 — перегородка; 5 — барботажная камера; 6 — распределительная тарелка; 7 — каналы; 8 — распределительное устройство для кислоты.

Рис. 24. Радиационный концентратор:

Рис. 24. Радиационный концентратор:

1 — беспламенные горелки; 2 — радиационная камера; з — патрубок-гидрозатвор; 4 — перегородка; 5 — барботажная камера; 6 — распределительная тарелка; 7 — каналы; 8 — распределительное устройство для кислоты.

1 — беспламенные горелки; 2 — радиационная камера; з — патрубок-гидрозатвор; 4 — перегородка; 5 — барботажная камера; 6 — распределительная тарелка; 7 — каналы; 8 — распределительное устройство для кислоты.

Избыток пара после термоинжектора выводится и направляется на обогрев технологических аппаратов и другие заводские нужды. Установка для концентрирования фосфорной кислоты перегретым паром имеет следующие преимущества.

Конструкция концентратора проста и не требует теплообменной поверхности.

Расход тепла на 1 кг выпаренной воды составляет 420 ккал — это на 40—45% ниже расхода тепла как в однокорпусных вакуумных аппаратах, так и в аппаратах с применением топочных газов.

Концентрирование проводят под вакуумом при температуре более низкой, чем в обычных концентраторах, что важно, например, для получения полифосфор- ной кислоты.

Сокращаются на 50— 60% капиталовложения по узлу абсорбции фтористых соединений по сравнению с контактным концентрированием топочными газами.

Обесфторивается фосфорная кислота, что позволяет использовать ее в производстве кормовых фосфатов.

Представляет интерес способ концентрирования фосфорной кислоты, стекающей в виде пленки, при тепловом облучении беспламенными горелками.

На рис. 24 показана схема, аппарата, который предста

вляет собой футерованную цилиндрическую колонну. Горизонтальная перегородка 4 делит колонну на две камеры, из которых барботажная камера 5 служит для предварительного упаривания и улавли

вания кислотного тумана, а другая — радиационная 2 — для окончательного упаривания. Барботажная камера — это колонна с тремя-четырьмя тарелками 6 провального типа, изготовленными из кислотоупорной керамики. В радиационную камеру по периметру окружности вмонтированы беспламенные панельные горелки!. В цен- нтре камеры находится распределительное устройство 8 для кислоты

Исходная кислота поступает на верхнюю тарелку 6 барботажной камеры, где она подогревается и подупаривается за счет тепла отходящих по каналу 7 топочных газов, и собирается на дне барботажной камеры. Далее через специальный патрубок-гидрозатвор 3 она поступает в распределительное устройство 8 радиационной камеры, оттуда перетекает по стенке в виде тонкого слоя жидкости, интенсивно выпаривается до требуемой концентрации и далее через штуцер поступает в сборник упаренной кислоты.

Топочные газы, охладившись в радиационной камере 2, поступают в барботажную камеру и далее в узел абсорбции.

Аппараты, работающие по этому принципу, имеют следующие преимущества по сравнению с концентраторами с погружными горелками.

Уменьшается количество тумана Р2ОБ благодаря равномерной тепловой нагрузке на зеркало испарения и радиационному способу передачи тепла.

Сокращается продолжительность пребывания кислоты (стекающей в виде пленки) в концентраторе, в результате чего улучшается ее качество.

Аппараты компактные, отсутствуют барботажные трубы.

Радиационный обогрев кислоты проводят с избытком воздуха 1,05, что уменьшает расход тепла и электроэнергии на отсос газов.

Разработан способ получения полифосфорной кислоты в концентраторе типа вертикальной пневмотрубы. Фосфорная кислота поступает в пневмотрубу, распыливается и концентрируется топочными газами, нагретыми до 800—1000 °C, а далее в виде мелких капель уносится газовым потоком в циклон, где капли отделяются от газовой фазы. Скорость кислоты в пневмотрубе 20—40 м/с.

Благодаря высокой скорости газа и большой поверхности образующихся мелких капель фосфорной кислоты процесс концентрирования протекает весьма интенсивно и без значительного образования тумана фосфорной кислоты. Продолжительность пребывания кислоты в аппарате определяется долями секунды, что позволяет устранить образование в ней нерастворимых полифосфатов.

Концентраторы типа пневмотрубы весьма перспективны для получения полифосфорной кислоты. Они конструктивно просты, характеризуются высокими технико-экономическими показателями.

В течение последних десяти лет за рубежом усиленно исследовали процесс получения полифосфорной кислоты и создали необходимую для этого аппаратуру.

На рис. 25 приведена схема действующей в США промышленной установки полифосфорной кислоты фирмы «Нордак». Фосфорная кислота (50—54% Р2О5) концентрируется до полифосфорной (70— 76% Р2О5) в концентраторе с погружными горелками производительностью 180 т Р2ОБ в сутки (4,0—4,3 т испаренной воды в час).

Топочные газы под давлением барботируют через слой кислоты, находящейся в концентраторе 3. Концентратор и газоход от него

футерованы угольными блоками, барботажная труба изготовлена из специального сплава; температура полифосфорной кислоты в концентраторе и температура отходящей парогазовой смеси одинаковы (350 °C).

Парогазовая смесь из концентратора проходит в газоходе через специальные пластины, орошаемые исходной фосфорной кислотой, а затем очищается в узле абсорбции от тумана фосфорной кислоты и фтористых соединений. Туман фосфорной кислоты улавливается

Рис. 25. Промышленная установка фирмы «Нордак» (Англия) для концентрирования фосфорной кислоты до полифосфорной:

1 — напорный бак исходной кислоты; 2 — погружная горелка; з — концентратор; 4 — скруббер; 5 — циклон; 6 — три ступени оросительного холодильника; 7 — фильтр для •фтористых соединений; 8 — выхлопная труба; 9 — сливной бак; 10 — сборник охлаждающей жидкости; 11 — циркуляционный насос; 12 — сборник-холодильник полифосфорной кислоты; 13 — рециркуляционный сборник.

в скруббере 4 с циклоном 5, орошаемым фосфорной кислотой. Избыток кислоты возвращается на завод или же подается в концентратор. Далее отходящие газы проходят конденсационную систему 6, где охлаждаются до 30 °C, и фильтр 7 со специальной тканью. Полученный при очистке отходящих газов слабый раствор кремнефтористоводородной кислоты можно нейтрализовать содой, а образовавшийся при этом осадок отфильтровать. Расход тепла на 1 кг испаренной воды составляет 1240 ккал. На 1 т испаренной воды расхо-, дуется 44 кВт-ч электроэнергии.>

В полученной полифосфорной кислоте содержится менее 0,3% нерастворимого осадка при 60%-ной конверсии в неортоформу.- Потери Р2О5 в установке составляют 0,5% от содержания Р3ОЬ в^ исходной кислоте; содержание фтористых соединений на выхлопе' в атмосферу равно 2—10 мг/м3.

Пример расчета барботажного выпарного аппарата приведен^ в приложении (стр. 109).

УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯПУЛЬП МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Выпаривание пульп аммофоса, сульфоаммофоса, нитрофосаи нитроаммофоса

На рис. 26 представлена схема опытной установки с выпарным аппаратом с принудительной циркуляцией для выпаривания пульпы аммофоса из фосфоритов Каратау.

Рис. 26. Опытная выпарная установка:

1 — центробежные насосы; 2 — бак упаренной пульпы; 3 — бак исходной пульпы; 4 — сепаратор; 5 — подъемная труба; 6 — греющая камера; 7 — циркуляционный насос; 8 — циркуляционная труба; 9 — мерник конденсата греющего пара; 10 — барометрический конденсатор; 11 — вакуум-насос.

Отличительной особенностью выпарного аппарата является наличие подъемной трубы 5 над выносной греющей камерой, обеспечивающей парообразование вне трубок греющей камеры. Вынос зоны кипения за пределы греющей камеры — эффективный способ предупреждения инкрустации поверхности нагрева.

Выносная греющая камера 6 представляет собой обычный кожухотрубный теплообменник с шестью трубками диаметром 38 X 3 мм и длиной 5 м (поверхность теплообмена 3,3 м2). Высота подъемной трубы 2,5 м. Для обеспечения циркуляции пульпы в аппарате использован насос типа 21/2Нф. Все узлы выпарного аппарата, кроме циркуляционного насоса, выполненного из углеродистой стали и чугуна, изготовлены из стали Х18Н10Т.

Выпарной аппарат обогревается насыщенным паром под давлением рабс = 1,24-3 ат. Давление в каждом опыте поддерживалось- постоянным и контролировалось с помощью манометра.

Влагосъем и коэффициенты теплопередачи определяли по количеству конденсата греющего пара, поступающего в мерный бачок.

Опыты проведены при атмосферном давлении и под вакуумом. Ниже представлены показатели работы установки:

Атмосферное давлениеАтмосферное давлениеВакуумВакуум

Атмосферное давление

Атмосферное давление

Вакуум

Вакуум

55—60 20-401250—1280 1400—16001,2—1,50,3—0,840—6065-9515-43600—1450 30—951,9—2,055—60 20-401250—1280 1400—16001,2—1,50,3—0,840—6065-9515-43600—1450 30—951,9—2,0Влажность пульпы, % исходной 55—60

55—60 20-40

1250—1280 1400—1600

1,2—1,50,3—0,840—6065-9515-43

600—1450 30—95

1,9—2,0

55—60 20-40

1250—1280 1400—1600

1,2—1,50,3—0,840—6065-9515-43

600—1450 30—95

1,9—2,0

упаренной 18—28

Плотность пульпы, кг/см3 исходной 1250—1280

упаренной 1510—1600

Давление (абсолютное), ат греющего пара 3

в сепараторе 1

Температура исходной пульпы, °C....40—60

Температура кипения пульпы, °C....108—115

Полезная разность температур, °C....18—25

Коэффициент теплопередачи, ккал/(м2-ч-сС) 400—1000 Влагосъем с 1 м2 поверхности нагрева, кг/ч 20—50 Скорость пульпы в греющих трубках, м/с . . 1,9—2,0

При атмосферном давлении выпарной аппарат испытывался в течение 336 ч и под вакуумом — 90 ч.

После непрерывной работы при атмосферном давлении в течение 133 и 203 ч аппарат вскрывался для внутреннего осмотра. В первом случае поверхность греющих трубок была совершенно свободна от накипи, во втором — верхняя часть трубок оказалась покрытой тонким налетом, который, однако, не вызывал существенного изменения коэффициента теплопередачи и производительности аппарата.

При выпаривании под вакуумом аппарат разбирали и осматривали после 30 и 60 ч непрерывной работы. И в этом случае поверхность греющих трубок была свободна от накипи.

При упаривании пульпы до влажности 18—19% ретроградация усвояемой и водорастворимой форм Р2О6 не наступает.

Установлено, что при температуре кипения 80—90 °C (вакуум) пульпа влажностью 28—30% текуча и транспортабельна; при влажности 18—20% упарку пульпы производить трудно ввиду значительного увеличения ее вязкости.

В табл. 2 представлены данные, характеризующие зависимость температуры кипения и плотности от влажности пульпы.

Коэффициенты теплопередачи, полученные в ходе опытов, приведены на рис. 27.

Для определения потерь аммиака в процессе упаривания проводили опыты с аммофосной пульпой (pH 5—5,3) из апатита на выпарном аппарате с естественной циркуляцией (выносная поверхность нагрева 0,32 м3). Упаривали ее при атмосферном давлении в сепараторе с 50—60 до 24—40% влажности. Давление греющего пара (абсолютное) составляло 3—5 ат, температура кипения пульпы 103—‘ 62

108 °C. Потери аммиака при упаривании до влажности 25—305 не превышали 1% от введенного количества. Опыты показали, что можно выпаривать пульпу аммофоса в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией, однако из-за конструктивного несовершенства установки получены сравнительно низкие коэффициенты теплопередачи (350—550 ккал/м2-ч-°C) и съемы воды (15—25 кг/ч) с 1 м2 греющей поверхности.

Рис. 27. Зависимость коэффициента теплопередачи К от влажности пульпы w.Рис. 27. Зависимость коэффициента теплопередачи К от влажности пульпы w.Результаты проведенных работ позволяют создать схему получения аммофоса с упаркой аммонизированной пульпы до влажности 20—25% и с последующей ее грануляцией и сушкой в барабанном грануляторе-сушилке.

Рис. 27. Зависимость коэффициента теплопередачи К от влажности пульпы w.

Рис. 27. Зависимость коэффициента теплопередачи К от влажности пульпы w.

Можно также усовершенствовать освоенную схему производства аммофоса при использовании слабой (до 35% Р2О5) фосфорной кислоты путем введения процесса предварительной многокорпусной упарки пульпы до влажности 30—35% перед распылительными сушилками.

Давление в сепараторе (абсолютное):1 — 1 ат; 2 — 0,3 4- 0,8 ат.Давление в сепараторе (абсолютное):1 — 1 ат; 2 — 0,3 4- 0,8 ат.Усовершенствованная схема экономичнее действующей как по капитальным, так и по годовым эксплуатационным затратам. Капитальные • вложения сокращаются за счет уменьшения числа распылительных сушилок и вспомогательного оборудования к ним и, соответственно, уменьшения производственных пло

Давление в сепараторе (абсолютное):1 — 1 ат; 2 — 0,3 4- 0,8 ат.

Давление в сепараторе (абсолютное):1 — 1 ат; 2 — 0,3 4- 0,8 ат.

щадей. При этом снижается расход топлива, электроэнергии и сокращаются затраты на ремонт оборудования.

Вот что показал расчет экономической эффективности введения предварительной упарки пульпы перед распылительными сушилками

Таблица 2

Зависимость температуры кипения и плотности пульпы из фосфоритов Каратау от влажности

Влажность, %

Температура кипения, °C

Плотность при 80-90 °C, кг/м*

Влажность, %

Температура кипения, °C

Плотность при 80-90 °C, кг/м*

60

—

1250

27

109

1520

50

102

1328

25

110

1540

42

103

1392

24

111

1546

37

104

1438

23

112

1552

34

105

1464

22

ИЗ

1564

32

106

1484

20

114

1578

30

107

1500

18

115

1610

28

108

1518

три выпарных аппарата 4 и доупариватель 3. Исходная пульпа подается в третий корпус. Последовательно упариваясь, она проходит через все корпуса и наконец поступает в доупариватель, где доводится до влажности 20%. Доупариватель и первый корпустри выпарных аппарата 4 и доупариватель 3. Исходная пульпа подается в третий корпус. Последовательно упариваясь, она проходит через все корпуса и наконец поступает в доупариватель, где доводится до влажности 20%. Доупариватель и первый корпус11

три выпарных аппарата 4 и доупариватель 3. Исходная пульпа подается в третий корпус. Последовательно упариваясь, она проходит через все корпуса и наконец поступает в доупариватель, где доводится до влажности 20%. Доупариватель и первый корпус

три выпарных аппарата 4 и доупариватель 3. Исходная пульпа подается в третий корпус. Последовательно упариваясь, она проходит через все корпуса и наконец поступает в доупариватель, где доводится до влажности 20%. Доупариватель и первый корпус

1

1

при производстве аммофоса на Джамбульском суперфосфатном заводе. Если вести выпаривание в однокорпусном выпарном аппарате и в качестве теплоносителя использовать дешевый отбросный .пар энерготехнологических

§ установок цеха кормовых £ обесфторенных фосфатов, то | при производительности %• 120 тыс. т готового продукта

8 в год годовая экономия толь- ..4 ко по топливу, энергетиче- §S ским затратам и затратам g g на ремонт составит 300— §.1 370 тыс. руб. (стоимость “ ^ строительства выпарной уста- н» новки 100—150 тыс. руб.). I °В промышленном мас-

4 § штабе освоены многокорпус- • gs ные установки для выпари- £ 5 вания пульп сульфоаммофоса eg и нитрофоса.

енПри влажности 20—25%

go и температуре ниже 70 °C пульпы сульфоаммофоса и & | нитрофоса становятся гус- к® тыми и малоподвижными, »§ склонны к кристаллизации и забивке трубопроводов.

11 При влажности 40—50% «g и обычной температуре

(20—30 °C) они подвижны. Eg В связи с этим выпаривать £8 пульпу можно только в про- к тивоточных многокорпусных gg установках, где по мере я & уменьшения влажности пуль- g10 пы от корпуса к корпусу к ' повышается температура ки-

пения.

и |На рис. 28 показана прин-

ципиальная схема противо- §.§точной трехкорпусной уста-,

gновки для выпаривания ,

”пульпы сульфоаммофоса от

78 до 20—25% влажности. . В состав установки входят ,

64

работают под избыточным давлением, второй и третий корпуса — под вакуумом.

Пар с ТЭЦ давлением 5—6 ат поступает в греющие камеры доупа- ривателя и первого корпуса. Образующийся в этих аппаратах вторичный пар вместе с паром от самоиспарения конденсата поступает в греющую камеру второго корпуса. Вторичный пар из второго кор

пуса с паром от самоиспарения

конденсата направляется в греющую камеру третьего корпуса. Из третьего корпуса вторичный пар отводится и конденсируется в барометрическом конденсаторе 5.

Вакуум в установке создается вакуум-насосом 7 марки ВВН-12. Предусмотрен вариант использования тепла конденсата, отводимого с установки, для предварительного подогрева исходной пульпы (на рисунке не показано). Чистый конденсат откачивается на ТЭЦ, а загрязненный направляется на технологические нужды производства.

В состав освоенных промышленных установок входят три или четыре выпарных аппарата с принудительной циркуляцией и доупа- риватели, изготовленные из стали 1Х18Н10Т. Выпарные аппараты и доупариватели (рис. 29) оборудованы циркуляционными насосами типа 18Прц и кожухотрубчатыми

Рис. 29. Выпарной аппарат:Рис. 29. Выпарной аппарат:1 — сепаратор; 2 — подъемная труба; з —1 греющая камера; 4 — нижняя растворная камера; 5 — циркуляционный насос; 6 — колено; 7 — циркуляционная труба.1 — сепаратор; 2 — подъемная труба; з —1 греющая камера; 4 — нижняя растворная камера; 5 — циркуляционный насос; 6 — колено; 7 — циркуляционная труба.греющими камерами (трубки диаметром 38 X 2 мм и длиной 6000 мм).

Рис. 29. Выпарной аппарат:

Рис. 29. Выпарной аппарат:

1 — сепаратор; 2 — подъемная труба; з —1 греющая камера; 4 — нижняя растворная камера; 5 — циркуляционный насос; 6 — колено; 7 — циркуляционная труба.

1 — сепаратор; 2 — подъемная труба; з —1 греющая камера; 4 — нижняя растворная камера; 5 — циркуляционный насос; 6 — колено; 7 — циркуляционная труба.

Скорость циркуляции пульпы в трубках греющих камер выпарных аппаратов 2,3—2,5, а в доупа-

ривателях 3 м/с. Зона кипения вынесена из греющих камер в се-

параторы.

Чтобы обеспечить наиболее надежную работу насосов, предусмотрена подача на сальники холодной воды под давлением большим, чем в работающем насосе.

Выпарные установки останавливают на профилактический осмотр и ремонт через 20—30 суток непрерывной работы. Промывают их Ю—15%-ным раствором азотной кислоты.

Многокорпусные установки, автоматизированы, предусмотрены дистанционный контроль и регистрация основных параметров процесса выпаривания.

65655 H. П. Попов

65

65

Ниже приводятся средние показатели работы выпарных установок:

Производство

сульфо аммофоса

Производство нитрофоса

п

I

II

установка

установка

’установка

установка

Производительность, т/ч

по исходной пульпе . . .

36—45

37

25

58

по выпаренной воде . . .

27—34

25—26

18

35—40 *

Влажность пульпы, %

исходной

80—85

78—80

75

65—74

упаренной

22—26

22—27

10—15

. 10—14

Расход, т/ч

пара на установку . . . воды на барометрический

11—14

13—15,8

6—7

12—15

конденсатор

Температура кипения пульпы по

220—280

—

160

—

корпусам, °C

первый .

118—128

110—112

140—145

153—158

второй

93—95

98—100

110—115

122—127

третий

69—75

74—76

102—104

106—108

четвертый

—

—

62—67

78

доупариватель ......

125—133

112—114

140—145

153—158

Давление пара (абсолютное) в

греющих камерах по корпусам, ат

первый

3,9—4,6

1,9

6

6

второй

1,4—1,5

1,0

2,2

3,5

третий

0,6—0,7

0,7

1

2,0

четвертый .

—

——

0,5

0,7

доупариватель

4,6—5,0

3

6

6

Давление пара (абсолютное) в

сепараторах по корпусам, ат

2—2,2

3,5

первый

1,4—1,5

1,1—1,2

второй

0,6—0,7

0,8

1,0

2,0

третий

0,2—0,3

0,2—0,3

0,5

0,7

• четвертый

——

—

0,2

0,2

доупариватель

1,4—1,5

0,8

1,2

1,2

Коэффициенты теплопередачи по

корпусам, ккал/(м2 • ч • °C)

1000—1100

1000—1100

первый

900—1100

900—1000

второй

1400—1600

1100—1200

1200—1300

1200—1300

третий

1700—1800

1400—1600

1300—1400

1300—1400

четвертый.

—

1400—1500

1400—1500

доупариватель

500—600

700—800

700—800

700—800

Общая поверхность теплообме-

740

1750

на, м2 . . - Поверхность греющих камер по

640

700

190

460

350

корпусам, м2

160

первый .

160

190

160

350

второй .. .

третий

160

190

160

350

160

190

160

350

четвертый ........

—

—

160

350

доупариватель

160

130

100

350

Мощность установленных элек-

600

585

тродвигателей, кВт

500

—

* Такая производительность не является оптимальной. Она получена при температуре 153-158 °C, превышающей проектную (140-145 °C), а ото приводит к частичной потере в нитрофосе Р8О8уСв. Во избежание ретроградации Р2О» необходимо снизить температуру упариваемого раствора в первом корпусе и доупаривателе 'до 145 °C, но тогда производится ьн ость. установки снизится.

Проведены промышленные испытания оборудования для получения гранулированного аммофоса по схеме с упаркой аммонизированной пульпы в многокорпусной установке и дальнейшей грануляцией и сушкой продукта в барабанном грануляторе-сушилке (БГС).

Для получения аммофоса использовали экстракционную фосфорную кислоту из апатитового концентрата плотностью 1,18 г/см8 следующего состава (%): Р2Об 18; 8О3 2,8; F 0,98.

Пониженное содержание Р2О6 в кислоте объясняется условиями дозирования апатитового концентрата в экстрактор в виде суспензии с соотношением жидкой и твердой фаз, равным 1. Кроме того, из-за отсутствия точного дозирования суспензии апатита в экстрактор не представлялось возможным поддерживать в экстракционной фосфорной кислоте необходимое весовое соотношение SO3 и Р20б, равное примерно 0,09. Содержание иона SO3 в кислоте было несколько завышено.

, На рис. 30 представлена принципиальная схема производства аммофоса.

Экстракционная фосфорная кислота поступает в три последовательно соединенных аммонизатора I, где нейтрализуется газообразным аммиаком до значения pH 5—5,5; пульпа за счет тепла реакции разогревается до 100—105 °C.

Ниже приводятся средние технологические показатели процесса

нейтрализации:

Нейтрализатор

I II III

pH 2,53,85,2

Температура, °C 6595105

Затем аммонизированную пульпу подают на противоточную» многокорпусную установку.

В состав установки входят три выпарных аппарата 8 и доупари- ватель из стали Х18Н10Т, выполненные конструктивно одинаково' и оборудованные циркуляционными насосами 3 типа 18Прц (скорость циркуляции пульпы в трубках греющих камер 2,5—3 м/с) и кожухотрубными греющими камерами. Поверхность теплообмена выпарных аппаратов 190 м2, доупаривателя — 130 м2. Зона кипения в аппаратах вынесена из греющих камер в сепараторы.

Аммонизированную пульпу подают в третий корпус,-ватем она последовательно проходит все корпуса и наконец поступает в доупа- риватель, где ее влажность доводится до 20%. Первый корпус работает под избыточным давлением 1—2,5 ат, второй и третий корпуса; а также доупариватель — под разрежением 0,8; 0,26; 0,8 ат соответственно.

Температура кипения аммонизированной пульпы в доупа- ривателе и^первом корпусе 112, втором — 100, в третьем — 75 °C. Пар с ТЭЦ давлением 2—3 ат поступает в греющие камеры доупаривателя и первого корпуса. Образующийся в первом корпусе вторичный пар поступает в греющую камеру второго корпуса, а вторичный пар из доупаривателя и второго корпуса — в греющую камеру третьего корпуса. Из третьего

корпуса вторичный пар отводится и конденсируется в поверхностном барометрическом конденсаторе 4.

Влажность упаренной пульпы изменяется в пределах 18—30%, при этом пульпа подвижна и без затруднений перекачивается насосами.

После упаривания пульпу собирают в емкость 10 и далее направляют в пневматическую форсунку барабанного гранулятора-сушилки 18 (БГС) диаметром 3,5 и длиной 16 м (скорость вращения барабана 4 об/мин, угол наклона 3°).

Вакуум в установке создается вакуум-насосом 6 марки ВВН-12. Чистый конденсат откачивается на ТЭЦ, а конденсат из третьего корпуса поступает на орошение узла абсорбции газов, отходящих из гранулятора-сушилки 18.

Аппарат БГС имеет винтовую насадку в зоне загрузки, а на остальной длине — подъемо-лопастную с обратным шнеком. При вращении барабана ретур, находящийся на лопатках, ссыпается, образуя завесу, на которую напыляется пульпа. При этом продукт укрупняется, приобретая сферическую форму, гранулы окатываются, уплотняются и сушатся. Сушку пульпы осуществляют топочными газами с температурой 550—600 °C. Температура отходящих газов 80, продукта на выходе из БГС — 70 DC, влажность 0,3— 0,5%. Средний влагосъем БГС составлял 20 кг/(м3-ч). Высушенный продукт из БГС поступает на охлаждение, рассев и затаривание. Гранулы мельче 1 мм и крупная фракция +4 мм после дробления поступают в БГС в качестве ретура. Отходящие из БГС и барабанного холодильника газы подают на мокрую очистку в турбулентные промыватели, орошаемые аммофосной пульпой. Увеличение влажности пульпы от 20 до 30% вызывало снижение производительности БГС с 13,5 до 9,5 т готового продукта в час. Гранулометрический состав аммофоса после аппарата БГС приведен ниже:

Размер гранул, мм +4 -|-3 +1 —1

Содержание, % 4 7 75 19

Гранулы аммофоса имеют сферическую форму и хорошо окатанную поверхность. Выход товарной фракции +1 —3,2 мм составил 70—75%. Полученный продукт соответствовал требованиям МГТУ 6-08-58—67 на аммофос и содержал (%): Р2О5усв 49,5; РоО^ 47; N12; Н2О 0,5.

Потеря аммиака с конденсатом сокового пара составляла 1% от введенного в процесс; количество выделенного фтора 0,33%.

Ниже приведены средние показатели работы установки:

Производительность, т/ч

ио неходкой пульпе 45

но выпареннойводе 25

Влажность пульпы, % исходной 64

упаренной 20

Расход греющего пара, т/ч . .

воды на поверхностный конденсатор (температура на входе 26, на выходе 38—40 °C), мз/ч Общая поверхность теплообмена установки, м2 . . . . Мощность установленных электродвигателей, кВт . . .

14-15500-52070060014-15500-520700600Рис. 31. Схема производства нитроаммофоски из расплава:Рис. 31. Схема производства нитроаммофоски из расплава:1, 5, 11—напорные баки; 2, 12— смесители; з, 10— промежуточные емкости; 4 — насосы; 6 —аммонизатор; 7 — сборник; в — выпарной аппарат;9 — барометрический конденсатор; 13 — гранулятор; 14 — грануляционная башня; 15 — охлаждающий барабан; 16 — элеватор; 17 — грохот; 18 — дробилка; 19 — барабан для кондиционирования.1, 5, 11—напорные баки; 2, 12— смесители; з, 10— промежуточные емкости; 4 — насосы; 6 —аммонизатор; 7 — сборник; в — выпарной аппарат;9 — барометрический конденсатор; 13 — гранулятор; 14 — грануляционная башня; 15 — охлаждающий барабан; 16 — элеватор; 17 — грохот; 18 — дробилка; 19 — барабан для кондиционирования.Процесс выпаривания широко применяется в производстве нитроаммофоски (рис. 31).

14-15

500-520

700

600

14-15

500-520

700

600

Рис. 31. Схема производства нитроаммофоски из расплава:

Рис. 31. Схема производства нитроаммофоски из расплава:

1, 5, 11—напорные баки; 2, 12— смесители; з, 10— промежуточные емкости; 4 — насосы; 6 —аммонизатор; 7 — сборник; в — выпарной аппарат;

9 — барометрический конденсатор; 13 — гранулятор; 14 — грануляционная башня; 15 — охлаждающий барабан; 16 — элеватор; 17 — грохот; 18 — дробилка; 19 — барабан для кондиционирования.

1, 5, 11—напорные баки; 2, 12— смесители; з, 10— промежуточные емкости; 4 — насосы; 6 —аммонизатор; 7 — сборник; в — выпарной аппарат;

9 — барометрический конденсатор; 13 — гранулятор; 14 — грануляционная башня; 15 — охлаждающий барабан; 16 — элеватор; 17 — грохот; 18 — дробилка; 19 — барабан для кондиционирования.

Смесь 47%-ной азотной и 54%-ной фосфорной кислоты нейтрализуют газообразным аммиаком в аммонизаторе 6. Отсюда пульпа (плотность 1,55 г/см3) при температуре 119 °C поступает на упаривание в однокорпусный выпарной аппарат 8 с выносной греющей камерой и естественной циркуляцией. Трубчатка выпарного аппарата, работающего под вакуумом (0,7 ат), обогревается насыщенным паром 12—15 ат; температура плава в выпарном аппарате 170 °C. При этом соли находятся в растворенном виде и твердая фаза не выпадает.

н2о24,21,8н2о24,21,8Производительность выпарного аппарата с поверхностью нагрева 150 м2 составляет 11т плава в час (или 7 т выпариваемой воды в час). С 1 м2 греющей поверхности за час выпаривается до 47 кг воды. Упаривание ведут до содержания воды в плаве не более 2,5%. Ниже приведен состав (в %) раствора до и после упаривания при работе на термической фосфорной кислоте:

н2о

24,2

1,8

н2о

24,2

1,8

NHtNO« nh4h,po1

До упаривания 44,4,31,4

После упаривания 57,540,7

Полученный плав после смешения с хлористым калием, пройдя грануляцию, охлаждение и кондиционирование, поступает на склад.

К настоящему времени накоплен значительный опыт в области упаривания нитратно-фосфатных растворов, содержащих окись кальция СаО до 20 г/л. При такой концентрации СаО выпарная установка может работать в течение месяца без остановки на промывку. Увеличение количества СаО приводит к сокращению срока работы выпарных аппаратов вследствие интенсивной инкрустации на греющих поверхностях. При содержании СаО 50 г/л и более процесс выпарки

Рис. 32. Полу заводская установка для выпаривания пульп аммофоса:

1 — хранилище исходной кислоты; 2 — центробежные насосы; з — напорный бачок; 4 —аммонизаторы; 5 — топка; 6 — барботажная труба; 7 — регулятор уровня; 8 — выпарной аппарат; 9 — брызгоуловитель; 10 — сборники упаренной пульпы; 11 — полый скруббер; 12 — циркуляционный сборник;

13 — циркуляционный насос; 14 — вентилятор.

практически невозможен. В ряде случаев при высокой стоимости пара и наличии дешевого топлива или отбросных высокотемпературных газов выпаривание пульп минеральных удобрений целесообразно проводить в контактных аппаратах.

Проведены испытания контактных выпарных аппаратов на пульпах сульфоаммофоса, нитрофоса и слабокислых растворах со значительным содержанием гипса, выпаривание которых к тому же чрезвычайно затруднено в обычных трубчатых аппаратах. Ниже приведены результаты этих испытаний.

На рис. 32 представлена схема полузаводской установки для выпаривания пульпы сульфоаммофоса в аппарате с выносной погружной горелкой.

Исходная фосфорная кислота после нейтрализации газообразным аммиаком в двух последовательно соединенных аппаратах 4 поступает в выпарной аппарат 8. Аппарат имеет прямоугольную форму, конусное днище и внутри футерован кислотоупорным кирпичом. Общий объем выпарного аппарата — 4 м3, рабочий — 2,3 м3. Греющим агентом служат топочные газы, полученные при сжигании природного газа в топке 5 (расположена в верхней части аппарата). Топочные газы с температурой 800—900 °C через барботажную трубу 6, опущенную под уровень пульпы, поступают в выпарной аппарат. Парогазовая смесь с температурой 80—90 °C через брызго- уловитель 9 отводится в орошаемый водой полый скруббер 11 и далее вентилятором 14 выбрасывается в атмосферу. Упаренная пульпа через регулятор уровня 7 самотеком вытекает в баки 10, а оттуда центробежным насосом перекачивается на грануляцию.

Ниже приведены показатели работы выпарного аппарата:

Производительность, кг/ч по исходной пульпе 635—730

по выпаренной воде 468—528

Концентрация пульпы, вес. % исходной 20—26

упаренной 72—77

Температура, °C дымовых газов вбарботажной трубе 800—900

парогазовой смеси из выпарного аппарата . . . . 86—90 упаренной пульпы 84—88

Давление, мм вод. ст. в барботажной трубе 600—700

в выпарном аппарате100—120

Глубина погружения барботажной трубы в пульпу, мм 500

Скорость газов в барботажной трубе, м/с 75—80

Удельный расход тепла на испарение воды, ккал/кг . . 800—820 Влагосъем, кг/ч с 1 м3 объема аппарата 118—132

с 1 м2 зеркала испарения 168—187

Результаты анализов отходящих газов из выпарного аппарата свидетельствуют о том, что содержание NH3, Р2ОБ и F в этих газах не превышает санитарных норм.

Химический состав пульпы сульфоаммофоса до и после упаривания и готового продукта приведен в табл. 3.

Аммонизированная сульфоаммофосная пульпа после выравнивания концентрации до 72—80% по солям при 84—88 °C не теряет текучести.

Выяснилось, что при заглублении барботажной трубы в пульпу^ на 500 мм в выпарном аппарате не образуется осадка. Без заглубле-, ния барботажной трубы аппарат заполняется осадками.

Полученные показатели по съему воды с выпарного аппарат»; не являются предельными, однако в нашем случае не могли быть увеличены из-за ограниченной производительности воздуходувки^

Удаление воды из разбавленных пульп сульфоаммофоса в крупных, промышленных масштабах требует особого внимания к выбору конструкции выпарного аппарата, так как именно узел выпаривания в основном определяет экономичность всех технологических схеМ^

Таблица 3

Характеристика пульп сульфоаммофоса и готового продукта

В связи с этим было сделано ориентировочное технико-экономическое сравнение установки с погружными горелками и четырехкорпусной выпарной установки на технологическую нитку мощностью 50—55 тыс. тонн готового сульфоаммофоса в год.

В расчетах принята стоимость:

1 тонны пара (2—3 ат) 1,89 руб.

1 кВт-ч электроэнергии 0,0105руб.

1 м3 воды 0,0226 руб.

1м? природного газа (0^ = 9000 ккал/м3)0,07 руб.

Технико-экономическая проработка вариантов показала, что для указанных выше условий строительства (дешевый природный газ и сравнительно высокая стоимость пара) выпарка в аппаратах с погружными горелками дешевле выпарки в четырехкорпусных установках по капиталовложениям в 2,5 раза и по годовым эксплуатационным затратам в 1,5 раза. Экономия достигается за счет малого расхода оборудования из нержавеющей стали и меньшей строительной части. Хотя расход тепла на единицу выпаренной воды в аппаратах с погружными горелками больше, чем в четырехкорпусной выпарной установке, годовые эксплуатационные затраты в заданных условиях для многокорпусной установки выше. Это объясняется значительным расходом воды (для барботажной выпарки не требуется конденсационная система), многочисленным обслуживающим персоналом, большими амортизационными отчислениями и высокой стоимостью.

На рис. 33 представлена промышленная барботажная установка для выпаривания пульпы аммофоса из фосфоритов Каратау.

Исходная аммонизированная пульпа из отделения сатурации подается через расходомер в барботажный выпарной аппарат, который представляет собой выполненную из нержавеющей стали (рекомендуется сталь Х18Н10Т) четырехугольную емкость с коническим Днищем и встроенным в крышку брызгоотделителем (длина и ширина 5,5 м, высота 5,2 м — общий объем 68 м3). Упарка пульпы производится топочными газами, полученными при сжигании

природного газа в малогабаритной высокофорсированной топке. Воздух в топку нагнетается вентилятором ВМ-40 (мощность электродвигателя 160 кВт). Топочные газы с температурой 600—800 °C подаются в аппарат через две барботажные трубы, заглубленные под слой пульпы на 30—50 мм. (Трубы выполнены из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.) Парогазовая смесь, пройдя смонтированный на крышке брызго- отделитель с жалюзийным устройством, выбрасывается через выхлопную трубу в атмосферу. Упаренная, пульпа через регулятор уровня

'Отходящие газы

Рис. 33. Промышленная барботажная выпарная установка:

1 — топка; 2 — газоход; з — барботажная труба; 4 — корпус; 5 — регулятор уровня; 6 — брызгоотделитель; 1 — жалюзийная решетка; 8 — выхлопная труба; я — перекачивающий насос; 10 — циркуляционный насос.

с помощью насоса перекачивается на грануляцию. Чтобы в нижней части аппарата не образовывался осадок, осуществляется циркуляция пульпы.

Ниже приведены показатели работы выпарного аппарата:

Производительность, т/ч по исходной пульпе 32—36

по выпареннойводе 8—10

Влажность пульпы, вес. % исходной 50—54

упаренной 28—32

Расход природного газа ((ф = 8400 ккал/м8), м3/ч . . . 700—870 Температура, °C

топочных газов в барботажных трубах 600—800

парогазовой смеси на выходе пз выпарного аппарата90—95

исходной пульпы 82—85

упаренной пульпы 78—80

450—55010—1230-5060—8088—9016-20600—700 330—41050-70 10-15450—55010—1230-5060—8088—9016-20600—700 330—41050-70 10-15Давление, мм вод. ст.

450—55010—1230-5060—80

88—90

16-20

600—700 330—410

50-70 10-15

450—55010—1230-5060—80

88—90

16-20

600—700 330—410

50-70 10-15

в барботажных трубах

в выпарном аппарате

Глубина погружения барботажных труб в пульпу, мм Скорость газа в барботажных трубах, м/с

Удельный расход на выпаривание 1 т воды природного газа, м3/т электроэнергии, кВт-ч

Влагосъем, кг/ч

с 1 м3 рабочего объема аппарата

с 1 м2 зеркала испарения

Содержание в отходящих газах, мг/м3 аммиака '

фтора

Выпаривание пульпы аммофоса перед подачей ее в гранулятор позволило интенсифицировать работу отделения грануляции и сушки, а также увеличить выход товарной фракции и повысить прочность гранул без изменения химического состава. В процессе эксплуатации установки выяснилось, что пульпа с влажностью 28—30% свободно перекачивается центробежным насосом по необо- греваемым пульпопроводам. Результаты освоения барботажной установки позволяют рекомендовать внедрение айпаратов такого типа в аммофосных цехах. При этом технико-экономическая проработка показывает, что при наличии дешевого природного газа применять барботажные выпарные аппараты целесообразнее, чем однокорпусные вакуум-выпарные аппараты.

Проведена расчетная и эскизная проработка рекомендуемой для промышленного проектирования скоростной выпарной установки пульпы аммофоса.

Принципиальная схема этой установки представлена на рис. 34. Процесс можно вести с рециркуляцией пульпы и без нее. По схеме с рециркуляцией исходная пульпа после аммонизации с влажностью 55% поступает в рециркуляционный бак 1, откуда циркуляционным насосом 2 подается па распределительный конус 6 скоростного выпарного аппарата 5. По схеме без рециркуляции пульпа сразу поступает в аппарат 5.

Теплоносителем служат топочные газы, полученные в двух газовоздушных калориферах (ГВК) 3 от сгорания природного газа. Воздух в ГВК нагнетается двумя дутьевыми вентиляторами 4 марки В М-40. Топочные газы с температурой 900—1000 °C поступают в скоростной выпарной аппарат диаметром 1,0—1,2 м типа пневмотрубы. Они подхватывают поступающую в горловину пульпу и упаривают ее во взвешенном состоянии. Для создания эффективной гидродинамики, способствующей интенсивному теплообмену по высоте аппарата, через каждые 2—3 м расположены конуса диаметром 0,6—0,7 м. Скорость парогазовой смеси в трубе выпарного аппарата при нормальных условиях составляет 19—25 м/с, в конусе 55—75 м/с.

Топочные газы, пары воды и пульпа поступают из пневмотрубы 5 в брызгоотделитель 7, где пульпа отделяется и далее стекает в рециркуляционный бак 1, затем часть ее подается в выпарной аппарат 5,

а часть с влажностью 35% — на распылительные сушилки. Брызго- отделитель 7 имеет две камеры. В первой по ходу смеси камере происходит грубое отделение пульпы, во второй — более полное за счет тангенциальной закрутки смеси. На выходе из брызгоотделителя установлены брызгоотбойные жалюзи 11. Топочные газы и пары воды с температурой 85—95 °C проходят газоход 9, где за счет орошения водой напроток через форсунку 10 в режиме интенсивной гидродинамики происходит их очистка. Далее парогазовая смесь поступает в циклон 12, где отделяются от жидкости и выбрасываются

Рис. 34. Скоростная установка для выпарки пульпы аммофоса:

I — рециркуляционный бак пульпы; 2 — циркуляционный насос;3 — газовоздушныс калориферы; 4 —дутьевой вентилятор; 5 — ско-ростной выпарной аппарат; 6 — распределительный конус; 7 —брызгоотделитель; 8 — патрубок тангенциальной закругки; 9 —газоход; 10 — форсунка; 11 — жалюзи; 12 — циклон; 13 — хво-стовой вентилятор.

хвостовым вентилятором 13 марки ВД-20 или Д-18, 2 X 2 в атмосферу. Промывная жидкость поступает из циклона 12 в узел абсорбции распылительных сушилок.

Проектные показатели установки скоростной выпарки пульпы аммофоса:

Производительность, т/ч по упаренной пульпе 65

по выпареннойводе 20

Влажность пульпы, вес. % исходной . .. ; 55

упаренной 35

Расход природного газа (<2^ = 8300 ккал/м8), м3/ч . .2000

Теплопроизводителыгость топок, ккал/ч .16,6-106

Расход воздуха, м3/ч 50000

Температура, °C поступающего воздуха 15

поступающего природного газа 15

газов, поступающих в скоростной выпарной аппарат 900—1000 парогазовой смеси после аппарата 85—95

упаренной пульпы после аппарата 80—90

Давление (избыточное), ат газа 0,3

воздуха 0,2

Давление в топке, мм вод. ст. 500—600

Расчетное количество парогазовой смеси в выпарном аппарате (дутьевой воздух + природный газ + выпаренная вода), м3/ч 77 000

Скорость парогазовой смеси, м/с в трубе выпарного аппарата (при нормальных условиях) 19—25

в конусе аппарата 55—75

в брызгоуловителе 2,5

в циклоне 2,5

Влагосъем с 1 м3 объема выпарного аппарата (без брызго- уловптеля), кг/ч 1300—1800

Опыты по выпариванию пульпы нитрофоса проводились в'скруб- борной выпарной установке (рис. 35). Скруббер 1 представляет собойОпыты по выпариванию пульпы нитрофоса проводились в'скруб- борной выпарной установке (рис. 35). Скруббер 1 представляет собой

Опыты по выпариванию пульпы нитрофоса проводились в'скруб- борной выпарной установке (рис. 35). Скруббер 1 представляет собой

Опыты по выпариванию пульпы нитрофоса проводились в'скруб- борной выпарной установке (рис. 35). Скруббер 1 представляет собой

Рис. 35. Скрубберная выпарная установка:

1 — скруббер; 2 — механические форсунки; з — брызго-уловитель; 4, 6 — вентиляторы; 5 — топка; 7 — рециркуля-ционные баки; 8 — бак исходной пульпы; 9 — перекачива-ющий насос; 10 — циркуляционный насос.

Цилиндрический аппарат диаметром 1000 и высотой 5400 мм, выполненный из стали 1Х18Н9Т. В верхней части его смонтирован брызго- уловитель 3, в нижней — боров для распределения поступающих

из топки 5 топочных газов. Исходная пульпа подается в рециркуляционные баки 7, откуда смесь исходной и упаренной пульп направляется в скруббер, где под давлением 3,5 ат распиливается тремя механическими форсунками 2. Распыленная пульпа упаривается при соприкосновении с топочными газами и далее поступает в рециркуляционный бак. Из зтого бака часть рециркулирующей пульпы, выпаренной до необходимой влажности, откачивается в хранилище упаренной пульпы. Парогазовая смесь из скруббера с помощью вентилятора выбрасывается в атмосферу.

Ниже приведены показатели работы скрубберной установки.

Производительность, кг/ч по исходной пульпе 300—400

по испареннойводе 145—240

Влажность пульпы, вес. % исходной 70

упаренной Ю—50

Температура топочных газов, СС на входе 500—800

на выходе 80—НО

Температура пульпы, °C па входе 60—70

на выходе 65—85

Скорость газов в скруббере, м/с 0,5—1,0

Плотность орошения, кг/(м2 -ч)'.. . 1700—2500

Влагосъем, кг/(м3 ч) 60—НО

Удельный расход тепла на испарение, ккал/кг воды . . 780—1100

Как показали анализы, получаемый при этих условиях нитрофос не только не хуже, но в ряде опытов даже лучше нитрофоса, полученного в многокорпусных выпарных аппаратах. Так, в растворах, упаренных в многокорпусной выпарной установке, отношение Р2О5усЕ/Р2О5о6щ составляло 92—100, а в скрубберных растворах — 93—100. При этом отношение РаОбвод/РгОзоСщ в первом случае равнялось 28,8—65,9, а во втором — 48,4—69,4.

* При выпаривании растворов до концентрации 80—90% на внутренней поверхности скруббера откладывается тонкий слой соли, легко смываемый 30%-ным нитратно-фосфатным раствором.

В результате ориентировочных расчетов эффективности выпаривания нитратно-фосфатных растворов от 30 до 80% в скрубберной и четырехкорпусной выпарных установках получены следующие удельные расходы, отнесенные к 1 т испаренной воды:

Четырех-корпусная

Скруббер установка

Природный газ, м3 100—

Греющий пар (риэб = 6 ат), т —0,387

Электроэнергия, кВт-ч 11,716,4

Вода, м3 —21,8

Нержавеющая сталь, т 0,825,6

Примечание. Для промышленных скрубберов влагосъем по испаренной воде принят равным 45 кг/(м’-ч). Йспользование тепла отходящих из скруооера газов не предусматривалось.

Оказалось, что на испарение 1 т воды в скрубберах тепла расхо- дуется больше, чем в четырехкорпусной выпарной установке. Однак^

общие эксплуатационные затраты для четырехкорпусной установки несколько выше вследствие сравнительно высокой стоимости пара, значительного расхода воды для охлаждения конденсаторов и большей

Отходящие газы

Рис. 36. Скрубберная выпарная установка:

1 — топка; 2 — скруббер; з — форсунки; 4 — брызгоулови- тель; 5 — выхлопная труба; 6 — центробежный насос.

численности обслуживающего персонала. Кроме того, многокорпусные выпарные аппараты требуют больше нержавеющей стали и более дорогого оборудования. Поэтому оснащение промышленных Цехов скрубберными установками обходится примерно вдвое де- пгевле, чем оборудование их многокорпусными аппаратами.

При высокой стоимости пара и дешевом природном газе или мазуте пульпу минеральных удобрений выгоднее выпаривать в контактных аппаратах, чем в многокорпусных установках, не только по капиталовложениям, но и по годовым эксплуатационным затратам. Контактные аппараты дешевле многокорпусных установок в связи с малым расходом оборудования из нержавеющей стали и меньшим объемом зданий.

При проектировании цехов минеральных удобрений способ выпаривания и конструкция аппарата определяются наличием дешевого теплоносителя, конструкционных материалов, а также рациональ- ньш использованием вторичных энергоресурсов.

На рис. 36 представлен освоенный промышленный скруббер для выпаривания слабокислых растворов, содержащих значительные количества гипса, обычно отлагающегося на поверхности нагрева выпарных аппаратов.

— Скруббер представляет собой цилиндрический аппарат наружным диаметром 4 м и высотой 22 м (общая высота скруббера с выхлопной трубой 40 м). Рабочий объем скруббера, футерованного кислотоупорным кирпичом, 160 м3. Перед выхлопной трубой 5 установлен брызгоуловитель 4. Упарка растворов производится топочными газами, полученными при сжигании жидкого топлива в топке 1 объемом 33 м3. Жидкое топливо распыляют две пневматические форсунки типа ОН-549-07. Воздух в топку подается вентилятором ВД-12. Соотношение первичного и вторичного воздуха такое, что в объеме топки поддерживается температура 1100—1200 °C. Топочные газы, выйдя из топки при 900 °C, проходят через распыляемый в скруббере раствор, охлаждаются и выбрасываются через выхлопную трубу в атмосферу.

Исходный раствор подается в скруббер на верхний ярус механических форсунок грубого распыла 3, работающих под избыточным давлением 2—3 ат. Через нижний ярус форсунок центробежным насосом 6 типа 5Х-18Д осуществляется рециркуляция упариваемого раствора.

Упаренный раствор отводится из скруббера в дозатор, с помощью которого регулируется концентрация и кратность циркуляции. Рециркуляция раствора в скруббере позволяет получить большую плотность орошения и эффективно использовать тепло дымовых газов.

Ниже приведены показатели работы скруббера:

Производительность по выпаренной воде, т/ч . .7,2—8,0

Концентрация раствора, %

исходного 2,7

упаренного _5,0

Расход жидкого топлива (QP = 9880 ккал/кг), кг/ч . 700—750

Температура, °C

топочных газов на входе в скруббер . . . .800—900

парогазовой смеси на выходе из скруббера .80—90

исходного раствора 40—45

упаренного раствора 78—80

Давление в топке, мм вод. ст. '.2Q—30

Скорость парогазовой смеси на выходе из скруббера, м/с 1,0—1,1

Плотность орошения, кг/(м2 ■ ч) 12000—15 000

Влагосъем, кг/(м3-ч) 45—50

Выпарные скрубберы просты конструктивно и имеют малое гидравлическое сопротивление. Однако по сравнению с контактными аппаратами с погружными горелками они громоздки и требуют больших капитальных вложений. Тепловой к. п. д. скрубберов на 10— 12% ниже, чем у аппаратов с погружными горелками.

Выпаривание растворов аммиачной селитры и мочевины

Аммиачную селитру NH4NO3 получают нейтрализацией азотной кислоты аммиаком с последующей упаркой раствора до плава, который затем гранулируют.

Рис. 37. Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры:Рис. 37. Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры:1, 15 — напорные баки; 2 — выпарной аппарат первой ступени; з, 14, 17 — сепараторы;4, ю — барометрические конденсаторы с ловушками; 5 — сборник;- 6 — центробежный насос; 7,9 — барометрические ящики; 8 — вакуум-насосы; 11, 18 — гидравлические затворы; 13 — расширитель конденсата! 16 — выпарной аппарат второй ступени; 19 — желоб для плава; 20 — бак для плава.1, 15 — напорные баки; 2 — выпарной аппарат первой ступени; з, 14, 17 — сепараторы;4, ю — барометрические конденсаторы с ловушками; 5 — сборник;- 6 — центробежный насос; 7,9 — барометрические ящики; 8 — вакуум-насосы; 11, 18 — гидравлические затворы; 13 — расширитель конденсата! 16 — выпарной аппарат второй ступени; 19 — желоб для плава; 20 — бак для плава.

Рис. 37. Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры:

Рис. 37. Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры:

1, 15 — напорные баки; 2 — выпарной аппарат первой ступени; з, 14, 17 — сепараторы;

4, ю — барометрические конденсаторы с ловушками; 5 — сборник;- 6 — центробежный насос; 7,9 — барометрические ящики; 8 — вакуум-насосы; 11, 18 — гидравлические затворы; 13 — расширитель конденсата! 16 — выпарной аппарат второй ступени; 19 — желоб для плава; 20 — бак для плава.

1, 15 — напорные баки; 2 — выпарной аппарат первой ступени; з, 14, 17 — сепараторы;

4, ю — барометрические конденсаторы с ловушками; 5 — сборник;- 6 — центробежный насос; 7,9 — барометрические ящики; 8 — вакуум-насосы; 11, 18 — гидравлические затворы; 13 — расширитель конденсата! 16 — выпарной аппарат второй ступени; 19 — желоб для плава; 20 — бак для плава.

В промышленности применяются двухступенчатые и значительно реже трехступенчатые схемы выпарки.

Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры приведена на рис. 37.

8181Раствор аммиачной селитры (64% NH4NO3) из аммонизатора подается в напорный бак 1, из которого под постоянным напором непрерывно поступает в выпарной аппарат 2 первой ступени, где упаривается до содержания NH4NO3 82—84%. Аппарат первой ступени обогревается соковым паром, поступающим из аммонизатора,

81

81

6 Н. П. Попов

и паром из расширителя конденсата 13 (ризб = 0,2 ат). Процесс упаривания протекает при разрежении 600 мм рт. ст. Температура кипения раствора при этом находится в пределах 82—86 °C. Парожидкостная эмульсия, образующаяся в трубках выпарного аппарата поступает в сепаратор 2, где разделяется на соковый пар и раствор аммиачной селитры. Отсюда соковый пар направляется в барометрический конденсатор 4, а раствор поступает в сборник 5 и из него непрерывно перекачивается в напорный бак 15 второй ступени вы- парки. Из этого бака раствор поступает в выпарной аппарат 16 второй ступени, где упаривается до содержания 98% NH4NO3. Упаривание во второй ступени проводится при разрежении 550— 600 мм рт. ст. и обогреве свежим насыщенным паром с избыточным давлением 8 ат. Применять пар более высоких параметров недопустимо из-за возможного перегрева и разложения аммиачной селитры. Парожидкостная эмульсия по выходе из аппарата 16 разделяется на пар и жидкость в сепараторе 17. Для более тщательного отделения сокового пара от капель раствора последовательно установлен второй аппарат 14, откуда соковый пар направляется в барометрический конденсатор 16. Конденсат (вода) сливается в канализацию через барометрический ящик 9, инертные газы удаляются из системы вакуум-насосами 8.

Из сепаратора 14 выходит менее концентрированный раствор, чем из сепаратора 17, поэтому он направляется через гидравлический затвор 11 в сборник 5. Отсюда смесь растворов после первой и второй ступеней выпарки возвращается на упаривание в аппарат 16. Концентрированный раствор из сепаратора 17 через гидравлический затвор 18 и желоб 19 поступает в расходный бак 20, откуда непрерывно подается в грануляционную башню.

На 1 т аммиачной селитры, вырабатываемой в час, при упаривании 64%-ного раствора NH4NO3 до концентрации 98,5% требуется 30—40 м2 греющей поверхности. Из них на первую ступень выпарки приходится 18—23 м2, на вторую 10—15 м2.

В трехступенчатой выпарке выпарной аппарат второй ступени работает под избыточным давлением 0,15—0,20 ат. Образующийся при зтом соковый пар присоединяется к соковому пару, получаемому в аммонизаторе, и используется как греющий агент в выпарном аппарате первой ступени.

При трехступенчатой системе упаривания достигается некоторая экономия свежего пара по сравнению с двухступенчатой системой. Однако в производстве аммиачной селитры обычно применяется двухступенчатая выпарка, потому что для нее требуются меньшие капитальные затраты.

Обычно для первой ступени выпарки, т. е. для упаривания растворов невысокой концентрации, используется вертикальный выпарной аппарат пленочного типа (рис. 38). Он состоит из вертикального кожухотрубного теплообменника 4. верхняя часть которого примыкает к сепаратору 2. Раствор поступает в нижнюю часть аппарата через штуцер и по стенкам трубок 5 поднимается вверх в виде тонкой пленки. Выделяющиеся из жидкости пузырьки пара поднима-

ются по центральному пространству трубок. Из верхней части трубок парожидкостная эмульсия поступает на разделение в сепаратор. Соковый пар, отделившийся от раствора в сепараторе, через отбойник 1 выходит из верхнего штуцера сепаратора. Упаренный раствор

выводится из сепаратора через боковой штуцер.

Аппарат целиком выполняется из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т, потому что в качестве греющего агента здесь применяется загрязненный соковый пар из аммонизатора.

Поверхность теплообмена вертикальных выпарных аппаратов от 170 м2 и более.

На рис. 39 показан горизонтальный выпарной аппарат для упаривания вязких концентрированных растворов. Аппарат представляет собой кожухотрубный двухходовой теплообменник с крышками на торцах. Передняя крышка 4 разделена перегородкой 3. Раствор поступает на упаривание через нижний штуцер, проходит по нижним трубкам теплообменника к задней крышке 5 и входит в верхние трубки. Пройдя их, он направляется в верхнюю половину передней крышки 4 и через штуцер удаляется из аппарата в виде парожидкостной эмульсии.

Теплообменные трубки и обе крышки аппарата выполняются из стали марки 1Х18Н9Т, кожух — из углеродистой стали.

Поверхность теплообмена в выпарных горизонтальных аппаратах различна — от 10 м2 и выше; наиболее широко применяются выпарные аппараты с поверхностью теплообмена 60 м2.

Обычно выпарные аппараты состоят из нескольких секций, монтируемых на общей конструкции. Каждая секция снабжена штуцерами для раздельного ввода греющего пара и от-

ный выпарной аппаный выпарной аппарат пленочного типа:рат пленочного типа:1 — отбойник; 9 — сепаратор; 3 — воздушник;4 — кожухотрубный теплообменник; 5 — теплообменные трубки.1 — отбойник; 9 — сепаратор; 3 — воздушник;4 — кожухотрубный теплообменник; 5 — теплообменные трубки.бора конденсата.

ный выпарной аппа

ный выпарной аппа

рат пленочного типа:

рат пленочного типа:

1 — отбойник; 9 — сепаратор; 3 — воздушник;

4 — кожухотрубный теплообменник; 5 — теплообменные трубки.

1 — отбойник; 9 — сепаратор; 3 — воздушник;

4 — кожухотрубный теплообменник; 5 — теплообменные трубки.

В горизонтальных выпарных аппаратах давление столба парожидкостной эмульсии незначительно. Однако скорость движения ее в трубках весьма велика (до 100 м/с), вследствие чего возрастает гидростатическое сопротивление аппаратов. Это существенный недостаток горизонтальных аппаратов. Кроме того, из-за неоднократных

поворотов потока при переходе из секции в секцию, а также на входе и выходе кипятильных трубок возникают значительные местные сопротивления, в результате общее сопротивление многосекционных выпарных аппаратов увеличивается и давление на входе в аппарат значительно выше, чем на выходе. Нередки случаи, когда нижние секции аппарата работают не при разрежении, а под давлением, при этом повышается температура кипения раствора, снижается

разность температур между греющим паром и раств ором и уменьшается производительность аппарата.

Вследствие перечисленных недостатков, присущих горизонтальным многосекционным аппаратам, в последнее время для подобных процессов применяют односекционные вертикальные выпарные аппараты с падающей пленкой, т. е. с верхней подачей упариваемого раствора.

Выпаривание растворов мочевины СО (NH2)2 осуществляют в одну или две ступени. Для получения кристаллического продукта применяют одноступенчатую упарку до концентрации 92—94% CO(NH2)2. Гранулированный продукт получают при двухступенчатом упаривании раствора до концентрации 98,5—99,8% СО (NH2)2.

Греющий пир Порожидкостная г ЛэмульсияГреющий пир Порожидкостная г ЛэмульсияГ г fГ г fИсходный раствор NHjNO,Исходный раствор NHjNO,Рис. 39. Горизонтальный выпарной аппарат:1 — корпус теплообменника; 2 — теплообменные трубки; 3 — перегородка;4 — передняя крышка; 5 — задняя крышка.Рис. 39. Горизонтальный выпарной аппарат:1 — корпус теплообменника; 2 — теплообменные трубки; 3 — перегородка;4 — передняя крышка; 5 — задняя крышка.

Греющий пир Порожидкостная г Лэмульсия

Греющий пир Порожидкостная г Лэмульсия

Г г f

Г г f

Исходный раствор NHjNO,

Исходный раствор NHjNO,

Рис. 39. Горизонтальный выпарной аппарат:

1 — корпус теплообменника; 2 — теплообменные трубки; 3 — перегородка;

4 — передняя крышка; 5 — задняя крышка.

Рис. 39. Горизонтальный выпарной аппарат:

1 — корпус теплообменника; 2 — теплообменные трубки; 3 — перегородка;

4 — передняя крышка; 5 — задняя крышка.

На рис. 40 изображена схема переработки растворов мочевины с одноступенчатым выпариванием. Исходный раствор мочевины, имеющий концентрацию 65—85% CO(NH2)2 и температуру 80— ПО °C, подается на рамный фильтр-пресс 3 для очистки от механических загрязнений. Отфильтрованный раствор упаривается до концентрации 92—93% CO(NH2)2 в выпарном аппарате пленочного типа при вакууме 560—600 мм рт. ст. Греющим агентом служит насыщенный пар (р = 6 <- 8 ат). Парожидкостная смесь из подогревателя 4 поступает в сепаратор 5, где упаренный раствор отделяется от сокового пара. Отсюда раствор при 115—120 °C стекает по барометрической трубе в гидравлический затвор 6 и далее непрерывно поступает в шнековый кристаллизатор 7. Образующийся здесь кристаллический продукт одновременно подсушивается горячим воздухом (60—65 °C). Нагретый в шнековом кристаллизаторе воздух при 80—85 °C поступает для очистки от пыли кристаллической мочевины в скруббер 13, орошаемый циркулирующим раствором мочевины, и вентилятором отводится в атмосферу.

Соковый пар из сепаратора поступает в поверхностный конденсатор 10, охлаждаемый водой. Конденсат сокового пара отделяется 84

Рис. 40. Схема переработки растворов мочевины с одноступенчатым выпариванием:

— сборник раствора мочевины; 2 — центробежные насосы; 3 — фильтр; 4 — подогреватель; 5 — сепаратор; 6 — гидравлический затвор; Z — шнековый кристаллизатор; 8 — калорифер; 9— вентиляторы; 10— поверхностный конденсатор; 11 — брызгоуловитель; 12 — вакуум-насос; 13 — пенный скруббер; 14 — сборник конденсата; 15 — рециркуляционный сборник.

Рис. 41. Схема переработки растворов мочевины с двухступенчатым выпариванием:

— сборник раствора мочевины; 2 — центробежные насосы; 3 — фильтр; 4 — подогреватель; 5 — сепаратор; 6 — поверхностные конденсаторы; 7 — брызгоуловители; 8 — вакуум- насос; 9 — гидравлические затворы; 10 — выпарной аппарат роторного типа; II — барометрический конденсатор; 12 — пароэжекторный вакуум-насос; 13 — грануляционная пашня; 14 — гранулятор; 15 — напорный бак; 16 — центробежный вентилятор; 17 — транспортер.

раствора осуществляется в две ступени, а кристаллизация происхо-раствора осуществляется в две ступени, а кристаллизация происхо-Рис. 42. Выпарной аппарат роторного типа:Рис. 42. Выпарной аппарат роторного типа:1 — испарительная труба; 2 — нагревательная рубашка; 3 — ротор; 4 — отбойная пластина;5 — сепаратор; 6 — привод.1 — испарительная труба; 2 — нагревательная рубашка; 3 — ротор; 4 — отбойная пластина;5 — сепаратор; 6 — привод.

раствора осуществляется в две ступени, а кристаллизация происхо-

раствора осуществляется в две ступени, а кристаллизация происхо-

Рис. 42. Выпарной аппарат роторного типа:

Рис. 42. Выпарной аппарат роторного типа:

1 — испарительная труба; 2 — нагревательная рубашка; 3 — ротор; 4 — отбойная пластина;

5 — сепаратор; 6 — привод.

1 — испарительная труба; 2 — нагревательная рубашка; 3 — ротор; 4 — отбойная пластина;

5 — сепаратор; 6 — привод.

от пecкoндeнcиpoвaвшиxtя газов в брызгоуловителе 11, газы отводятся вакуум-насосом 12 в атмосферу, конденсат поступает в сборник 14 и далее используется в процессе получения мочевины.

Схема переработки растворов мочевины в гранулированный продукт (рис. 41) отличается от описанной выше тем, что упаривание

дит в грануляционной башне. Очистку раствора от примесей и первую ступень выпарки проводят в таких же аппаратах и при таких же условиях, как при получении кристаллической мочевины/

Раствор, упаренный в первой ступени выпарки (позиции 7—8) до концентрации 92—93% CO(NH2)2, собирается в гидравлическом затворе 9, откуда перекачивается в выпарной аппарат роторного типа 10 на дальнейшее упаривание (до 99,5%). Здесь упаривание ведут при вакууме 650—700 мм рт. ст., создаваемом пароэжекторным евакуум-насосом 12. Далее упаренный плав подается в напорный бак 75, оттуда поступает в гранулятор 14, разбрызгивающий его в виде мелких капель в грануляционной башне 73. Гранулы, охлажденные воздухом, падают на дно башни и затем транспортером 17 передаются на склад. •

Для упаривания 65—80%-ных растворов мочевины до 90—93% применяется выпарной аппарат пленочного типа, состоящий из кожухотрубного подогревателя и соковой камеры.

В подогревателе упариваемый раствор сползает тонкой пленкой по стенкам греющих трубок. Благодаря этому процесс

упаривания протекает очень интенсивно и с большой скоростью. Коэффициент теплопередачи в таком аппарате составляет 1100—1300 ккал/(м2-ч-°С). Раствор

в этих условиях нагревается очень недолго, и это позволяет, применяя высокие температуры нагрева (112—118 °C), не допустить разложения мочевины.

В сепараторе соковый пар отделяется от раствора мочевины. Объем сепаратора определяется допустимым количеством сокового пара, приходящегося на 1 м3. По практическим данным, он составляет 3500 м3/(м3-ч).

Упаривание 80—90%-ного раствора мочевины до состояния плава, содержащего 95,9% CO(NH2)2 и 0,5%‘ воды, проводится в выпарном аппарате роторного типа (рис. 42). Тонкопленочный роторный исна-

ритель состоит из вертикальной испарительной трубы 7, заключенной в нагревательную рубашку 2. Греющий пар поступает в рубашку под избыточным давлением 8—10 ат. В испарительной трубе по вертикальной оси помещен ротор 3, выполненный из пластин, радиально укрепленных на вертикальном вращающемся валу.

Верхняя часть аппарата 5 служит сепаратором. Отделение брызг раствора от сокового пара в сепараторе происходит под действием центробежной силы, сообщаемой потоку сокового пара вращающимся ротором. Сепаратор снабжен отбойными пластинами 4.

Раствор мочевины поступает в верхнюю часть испарительной трубы, и вращающийся ротор равномерно распределяет его в виде тонкой пленки по всей поверхности нагрева. Под действием силы тяжести пленка опускается вниз, одновременно происходит интенсивное испарение жидкости благодаря теплу, передаваемому через стенку испарительной трубы. Плав отводится из аппарата снизу с помощью специального насоса.

Вся аппаратура и коммуникации изготовлены из стали 1Х18Н9Т.

Установка производительностью 7 т товарной мочевины в час состоит из двух параллельно включенных выпарных аппаратов роторного типа с общей поверхностью нагрева 25 м2. Высота каждого аппарата 8 м, общая высота установки (с учетом монтажа) 18 м.

Следует отметить, что вместо роторных аппаратов для выпаривания раствора мочевины можно применять обычные аппараты пленочного типа. С такими аппаратами работает большая часть заводов, выпускающих гранулированную мочевину. Технологический режим тот же, что и при использовании аппарата роторного типа.

Пример расчета многокорпусной выпарной установки приведен в приложении (стр. 112).

ГЛАВА III

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

1. МОНТАЖ, ИСПЫТАНИЯ И ПРИЕМКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

Монтаж выпарной аппаратуры производят ремонтно-монтажные бригады предприятия или специализированные организации. Монтаж сложного оборудования и крупный ремонт проводятся по проекту ремонтно-монтажных работ, включающему данные об объеме ремонтных работ, о способе их ведения и о последовательности; расчет потребности в рабочей силе, в такелажном инструменте, оборудовании и материалах; инструкции по технике безопасности при выполнении работ.

Выпарная аппаратура, поступающая с завода-изготовителя, тщательно проверяется и принимается в соответствии с технической документацией, включающей паспорт, книгу Госгортехнадзора, инструкцию по монтажу и эксплуатации, перечень запасных частей и инструментов, а также рабочие чертежи запасных и быстроизнашива- ющихся частей. Перед началом монтажа производят планировочные и дорожные работы, прокладывают вспомогательные трубопроводы и электрический кабель, устанавливают приспособления, монтажный и такелажный инструмент.

Проектом производства монтажно-сборочных работ предусматриваются следующие операции сборки.

Установка корпуса аппарата на фундамент.

Установка греющей поверхности.

Установка обслуживающих площадок и лестниц.

Установка элементов, находящихся внутри аппарата (мешалок, распыливающих устройств, регуляторов уровней и др.).

Установка крышки аппарата.

Подгонка и присоединение всех трубопроводов.

Установка арматуры и контрольно-измерительных приборов.

Герметизация мест соединения аппарата (крышек, люков, фланцев, сальниковых уплотнений и др.).

Присоединение вспомогательных механизмов и устройств.

Установка ограждений.

Испытание аппарата на герметичность и сдача инспектору Госгортехнадзора.

Обкатка механизмов в течение одной рабочей смены.

Пробная эксплуатация установки.

Проведение теплоизоляционных работ.

Сдача установки в эксплуатацию.

Требования к монтажу аппаратуры

Сборочные работы на монтаже заключаются в установке выпарных аппаратов на фундаменте, установке и присоединении вспомогательного оборудования, присоединении трубопроводов, деталей, узлов.

Перед монтажом все аппараты должны быть очищены от посторонних предметов и грязи. Необходимо убедиться в отсутствии повреждений и если они есть — устранить их. В частности, межтрубное пространство греющих камер необходимо проверить давлением воды в соответствии с указанием на чертеже общего вида аппарата.

Монтаж аппаратов начинают с циркуляционных насосов. Монтаж циркуляционных насосов осуществляется согласно специальной инструкции. Все циркуляционные насосы снабжаются поддонами, которые должны иметь патрубки для слива, выведенные в дренажные каналы. Аналогичные требования предъявляются к монтажу всех насосов, входящих в выпарную станцию.

После того как насос закреплен болтами на фундаменте, на его нагнетающий патрубок устанавливается нижняя растворная камера. Затем устанавливается на опорах греющая камера — соосно с нижней растворной камерой. Греющая камера закрепляется на опорах, а сепаратор, пока не закрепленный на опорах, соединяют с ней подъемной трубой (верхней растворной камерой). После установки прокладок и болтов во фланцевых соединениях, соединяющих сепаратор и греющую камеру с верхней растворной камерой, окончательно закрепляют на опорах сепаратор. Дальше с помощью циркуляционной трубы и колена сепаратор соединяют с всасывающим патрубком насоса. При монтаже циркуляционных труб установленные на них компенсаторы должны быть зафиксированы с помощью тяг в нейтральном положении (без предварительной стяжки или растяжки).

До окончания монтажа узлов выпарного аппарата категорически запрещается установка смотровых окон, карманов для термометров и др. Указанные узлы и детали устанавливаются непосредственно перед опрессовкой аппаратов.

Все открытые фланцевые соединения до монтажа трубопроводов должны быть заглушены.

Прокладки, устанавливаемые во фланцевые соединения, должны быть цельными и не должны иметь повреждений.

Смотровые стекла перед установкой следует прокипятить в воде и протереть. При установке стекол затягивать болты равномерно, не допуская перекосов. Болты завертываются без больших усилий. При пуске выпарных аппаратов на воде болты у смотровых стекол, дающих течь, подтягивают.

При монтаже узлов аппаратов не допускается их подвеска за штуцера, бобышки.

Перед монтажом конденсатора межтрубное и трубное простран- ство должны быть испытаны давлением воды в соответствии с требованиями чертежа общего вида.

Конденсатор должен устанавливаться по высоте относительно бака для сбора конденсата в соответствии с отметками, указанными на аппаратурно-технологической схеме.

Сборники с мешалками монтируют без приводов. Приводы устанавливают только после закрепления корпусов. При установке корпусов валы с перемешивающими устройствами нужно закрепить, чтобы они не сместились, или снять.

При установке перемешивающих устройств и мешалок в целом должны быть выполнены требования чертежей. Отклонения образующих валов, биения валов не должны превышать допусков.

Когда сборники установлены, их заполняют водой и в течение часа прокручивают перемешивающие устройства от привода. При этом мешалка должна работать без стуков, заеданий, нагрев подшипников не должен превышать 40—50 °C.

Сборники и баки для кислоты после промывки необходимо заполнить 20—40%-ным раствором азотной кислоты и выдержать так в течение суток на предмет выявления дефектов, течей. Обнаруженные дефекты устранить.

В процессе монтажа выявляются и устраняются дефекты конструкции и изготовления выпарной аппаратуры.

Одновременно осуществляется наладка работы деталей и механизмов в целях подготовки аппаратов к эксплуатации.

При установке аппаратов на площадках нужно обращать особое внимание на тщательность балансировки вращающихся механизмов.

Требования к монтажу трубопроводов и арматуры

Трубопроводы должны идти под максимальным уклоном. Горизонтальные и особенно U-образные участки на линиях пульпы недопустимы. Линии пульпы должны иметь уклон не менее 15е в сторону насосов и приемных емкостей.

Всю арматуру перед установкой следует промыть и проверить на герметичность.

Конденсате отводчики необходимо устанавливать ниже нижних трубных решеток греющих камер, чтобы их не залило конденсатом.

Арматура на линиях пропарки должна быть как можно ближе к трубопроводу, пропарка которого предусматривается.

Испытания аппаратов,*

работающих под давлением и вакуумом

Испытания для проверки на прочность и плотность аппаратов, работающих под давлением свыше 0,7 ат или под вакуумом, производят одним из следующих способов: гидравлическим испытанием; испытанием керосином; проверкой герметичности водяным паром; пневматическим испытанием; испытанием течеискателем; испытанием флуоресцеином.

Гидравлическое испытание

Правилами Госгортехнадзора установлены следующие нормы испытательного давления: для сосудов на рабочее давление до 5,0 ат — полуторное рабочее давление, но не менее 2,0 ат; для сосудов на рабочее давление более 5,0 ат — 1,25 рабочего давления, но не менее рабочего давления плюс 3 ат; для сосудов, работающих под вакуумом — 2 ат.

Подготавливают и проводят гидравлическое испытание в следующем порядке. После внутреннего и внешнего осмотра и очистки заглушают все отверстия, патрубки, штуцера и люки. Для этого применяют резьбовые пробки и заглушки с резиновыми прокладками, а также крышки для люков и лазов. В отверстия, просверливаемые в верхней части аппарата (обычно в заглушках на штуцерах) ввертывают или вваривают временные ниппеля. Через один ниппель аппарат наполняют водой, другой служит для выхода воздуха, через третий временный ниппель, устанавливаемый в нижней части аппарата, воду удаляют после испытания.

Чтобы поверхность аппарата не запотевала, вода должна быть не холоднее окружающей среды, но и не горячее 40 СС — иначе температурные расширения могут расстроить вальцовку труб. Необходимо следить за тем, чтобы в аппарате не оставались воздушные мешки. После заполнения водой аппарат плотно закрывают резьбовой пробкой с резиновой прокладкой.

К водяному ниппелю присоединяют гидравлический насос или пресс с ручным механическим приводом. Включив насос, создают в аппарате испытательное давление и поддерживают его в течение 5 мин; за это время показание манометра не должно заметно измениться. Через 5 мин давление в аппарате снижают до рабочего давления, которое поддерживают в течение всего периода технической приемки аппарата, но не менее 2 ч. Аппарат осматривают снаружи — нет ли нарушений прочности и плотности: вспучиваний в корпусе, трещин в швах или возле отверстий, течи и запотевания в сварных и заклепочных швах и в резьбовых соединениях. Район швов обстукивают молотком весом от 0,5 до 1,5 кг. Места с недостаточной плотностью или прочностью отмечают мелом.

Неплотность в сварных швах легче обнаружить, если перед испытаниями окрасить их раствором мела. Тогда в местах пропусков воды при гидравлическом испытании образуются влажные пятна, видные на высушенном меловом покрытии.

Дефектные места в сварных швах вырубают на всю глубину и вновь заваривают. Трубы с признаками неплотности в месте закрепления (течи, слезинки, запотевания) подвальцовывают, подваривают или заменяют новыми. Подвальцовку труб, вырубку швов, заварку и другие работы по устранению дефектов производят при незаполненном водой аппарате и при атмосферном давлении. После Устранения обнаруженных дефектов проводят повторное гидравлическое испытание.

Гидравлические испытания признают удовлетворительными, если в течение 2 ч давление по манометру снизилось не более чем на 5% от испытательного давления. Результаты гидравлического испытания заносят в книгу-паспорт аппарата, хранящуюся в ОГК завода.

Испытание керосином

Очень трудно обнаружить течь в аппаратах с трубами, приваренными к решеткам. Гидравлического испытания водой, как правило, недостаточно, так как микроскопические трещины в сварных швах обнаруживаются только при испытательном давлении и при рабочей температуре, а создать рабочие условия при испытаниях не всегда возможно. В таких случаях хорошие результаты дает гидравлическое испытание трубчатки или всего аппарата керосином. Заполненный керосином аппарат выдерживают 30—50 мин. Если по истечении этого времени, в местах, закрашенных мелом, не появится масляных пятен, плотность швов признается удовлетворительной.

Проверка герметичности водяным паром

Если нельзя провести гидравлическое испытание керосином, можно рекомендовать проверку водяным паром под давлением 0,5 ат. Пар, проникая через неплотности, также образует влажные пятна, хорошо различимые на меловой побелке.

Пневматическое испытание

Если гидравлические испытания неосуществимы (большие напряжения от веса воды, трудность удаления воды, наличие внутри сосуда футеровки, препятствующей заполнению сосуда водой), разрешается заменять его пневматическим испытанием с помощью воздуха или инертного газа на такое же испытательное давление, как при гидравлическом способе. Пневматические испытания производят с особыми мерами предосторожности в присутствии лиц, ответственных за их проведение и за технику безопасности. Основные правила пневматического испытания следующие.

Слабые элементы сосуда окрашивают мелом, а сварные швы и разъемные соединения смачивают мыльным раствором.

Давление в сосуде повышают постепенно до 50% рабочего давления. Если обнаружатся мыльные пузырьки, устраняют течь на сосуде, освободив его перед этим от пневматического давления.

Дальнейшее повышение давления до испытательного производят ступенями по 10% рабочего давления и каждый раз тщательно осматривают сварные швы и меловое покрытие на слабых местах сосуда. 2

Давление в сосуде должно быть немедленно снижено на 1/3, если в наиболее слабых его элементах появляются признаки текучести металла (слой меловой побелки растрескался и начал осыпаться).

Сосуд считается выдержавшим пневматическое испытание, если при его проведении не было замечено текучести металла и пропусков воздуха в сварных швах и в разъемных соединениях. Если при удовлетворительной герметичности сосуда обнаружены признаки текучести металла, то либо устанавливают максимальное рабочее давление равным 50% испытательного независимо от установленного по проекту, либо сосуд бракуют.

Для быстрого выявления пропусков и течи в сварных швах и в разъемных соединениях аппарата рекомендуется производить пневматическое испытание воздухом или газом с примесью аммиака. Тогда, если к сварным швам и разъемным соединениям сосуда поднести смоченный в соляной кислоте жгут, то образование белого дыма указывает на наличие течи и пропусков.

Испытание течеискателем

Установки и аппараты, работающие под разрежением, должны удовлетворять требованиям высокой герметичности. Вакуумные испытания аппаратов и установок производят при помощи тече- искателей.

Перед испытанием под вакуумом проводят предварительные испытания на герметичность воздухом или инертным газом под давлением, устраняют неплотности в швах и в уплотняющих соединениях. Убедившись в отсутствии видимых утечек, приступают к откачке из аппарата или установки воздуха вакуум-насосом. По достижении постоянного рабочего вакуума дальнейшее определение мест проникновения воздуха производят течеискателем.

В качестве течеискателей применяют галоидные течеискатели ГТИ-2, трансформаторы Тесла, ионизационные манометры, масс- спектрографы и теплоэлектрические манометры.

Испытание флуоресцеином

Одним из самых надежных и быстрых современных методов обнаружения неплотности в аппаратах, работающих под вакуумом, является люминесцентный метод с использованием флуоресцеина (диоксифлуорана) С20Н12О15 — красного кристаллического порошка, слабо растворимого в воде. Флуоресцеин легко смывается водой, нетоксичен, коррозионно не активен, в щелочных растворах сильно флуоресцирует. Он позволяет обнаруживать неплотности, остающиеся незамеченными при гидравлическом испытании.

Сосуд заполняют раствором флуоресцеина в воде концентрацией 7—10 мг/л, а затем облучают места возможных неплотностей переносной ультрафиолетовой лампой. Вода, содержащая флуоресцеин, светится под действием ультрафиолетового облучения ярким желто- зеленым светом, отчетливо выявляя малейшие неплотности на обследуемой поверхности. Во время облучения поверхности ультрафиолетовыми лучами вблизи не должно быть белого света, который снижает эффект свечения флуоресцеина. Качество контроля плотности

повышается при увеличении давления воды в испытываемом объеме до 1—2 ат.

Для ультрафиолетового облучения можно пользоваться люминесцентными минералоскопами, оборудованными медицинской ртутнокварцевой лампой и ультрафиолетовым фильтром.

Сосуды и аппараты, находящиеся в эксплуатации и подлежащие инспектированию органами-Госгортехнадзора, должны периодически подвергаться инспекторским техническим освидетельствованиям в следующем порядке.

Наружный осмотр производится не реже одного раза в год во время работы аппарата без предупреждения администрации предприятия о времени осмотра. Наружным осмотромопределяется состояние аппарата, арматуры, предохранительных и измерительных устройств, попутно проверяется правильность его обслуживания, уровень знаний обслуживающего персонала.

Внутренний осмотр производится не реже одного раза в три года. При этом выявляется состояние внутренних и наружных поверхностей аппарата или сосуда, сварных и заклепочных швов, а также действие среды на стенки сосуда. Если конструкция аппарата не позволяет производить внутренний осмотр, сосуд должен быть подвергнут гидравлическому или иному испытанию на прочность и плотность.

Испытание на прочность и плотность производится не реже одного раза в шесть лет с предварительным внутренним осмотром. Сроки инспекторского освидетельствования могут быть сокращены в зависимости от состояния сосуда. Если сосуд подвергался ремонту с установкой заплат, заменой листов или устранением выпучин, либо более года находился в бездействии, то до пуска в работу он должен быть подвергнут досрочному внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию.

Сосуды и аппараты, рабочая среда которых представляет опасность для здоровья людей, кроме обычных освидетельствований подвергают испытанию на герметичность инертным газом -под давлением на 5% выше рабочего. Результаты этого испытания администрация предприятия заносит в специальный журнал. Во всех случаях вместе с сосудом или аппаратом испытывают относящиеся к ним арматуру, трубопроводы и вспомогательное оборудование.

Документация

Каждой выпарной установке присваивается порядковый номер, который должен быть отчетливо обозначен на фронте установки. Вентиляторы, калориферы, электродвигатели и другое вспомогательное оборудование должны иметь номер той установки, с которой они связаны технологическим процессом.

Выпарные установки, смонтированные и прошедшие испытание^ Госгортехнадзора на прочность и плотность, вводят в промышлен; ную эксплуатацию после приемки их приемочными комиссиями, 94

Акт, составленный в результате приемки оборудования, должен быть утвержден организацией, назначившей комиссию.

Перед пуском в эксплуатацию выпарной установки приемочной комиссии должны быть представлены следующие документы:

утвержденный технический проект установки с расчетами и объяснительной запиской, согласованной с энергоснабжающей организацией в части соответствия проектного решения выданным ТУ на присоединение;

исполнительные чертежи и схемы установки со всеми трубопроводами на них под номерами, арматурой и контрольно-измерительными приборами;

сводная инвентарная опись оборудования установки;

ведомость имевших место отклонений от утвержденного проекта с объяснением причин этих отклонений;

паспорт и протокол испытания оборудования на заводах-изготовителях (если они проводились), осмотров и пробных пусков;

протоколы гидравлических и тепловых испытаний, проведенных после окончания строительно-монтажных работ па месте установки;

шнуровые книги (на оборудование и трубопроводы, подлежащие проверке инспекцией Госгортехнадзора) с записью инспектора о разрешении па ввод в эксплуатацию;

инструкция по эксплуатации и ремонту оборудования;

положение о правах и обязанностях должностных лиц, обслуживающих установку;

форма технической отчетности и учета.

Полный комплект схем и чертежей выпарных установок хранится в техническом архиве. Оперативные схемы и чертежи установок должны находиться у начальника цеха и ответственного дежурного.

Подготовка к промышленной эксплуатации

До сдачи оборудования в эксплуатацию необходимо создать запас эксплуатационных, ремонтных и запасных частей, а также подготовить обслуживающий персонал.

Перед вводом в промышленную эксплуатацию должны быть произведены следующие мероприятия:

длительные опробования, наладка и освоение установленного оборудования;

необходимые тепловые и технологические испытания для определения надежности, производительности, экономичности и соответствия работы установки гарантийным и проектным данным;

устранение дефектов, эксплуатационных неудобств и недоделок, обнаруженных приемочной комиссией и обслуживающим персоналом;

тепловая изоляция и окраска основного оборудования и трубопроводов.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ, РЕМОНТ И ОХРАНА ТРУДА ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

Техническое руководство эксплуатацией выпарных установок осуществляется главным энергетиком или главным механиком предприятия, непосредственное обслуживание оборудования — эксплуатационным персоналом цеха. Эксплуатация выпарных установок ведется по инструкциям, утвержденным главным инженером предприятия. В инструкциях указываются права, обязанности и ответственность эксплуатационного персонала, порядок обслуживания оборудования при нормальной эксплуатации и при авариях, порядок осмотра и ремонта оборудования, мероприятия по технической безопасности и противопожарной технике.

Технологические испытания

Чтобы определить, соответствуют ли эксплуатационные показатели установки проектным по потребляемой тепловой энергии, выходу готового продукта, тепловым и материальным потерям и выявить показатели, необходимые для планирования и калькуляции себестоимости продукции и составления теплового и материального балансов, производят приемочные и эксплуатационные теплотехнические (технологические) испытания установки. В точках, предусмотренных схемой испытания, устанавливают контрольно-измерительные приборы. Все приборы перед испытанием проверяют. К началу испытания подготавливают и инструктируют обслуживающий и специально привлеченный персонал. Испытания проводят при установившемся режиме работы установки. В процессе испытания производят следующие измерения и наблюдения.

Измеряют количество и наблюдают за качеством продукта в начальных и конечных, а иногда и в промежуточных точках его движения. Для составления материального баланса отбирают пробы продукта, чтобы определить его влажность, концентрацию, консистенцию, объемный вес и другие характеристики.

Измеряют количество пара, горячей и холодной воды, газа и других энергоносителей. Для капельных жидкостей кроме диафрагменных приборов и расходомеров можно пользоваться объемными устройствами в виде мерных баков.

Измеряют давление греющего и вторичного пара, воздуха, газов, а также температуру энергоносителей и технологического продукта.

Измеряют электрические величины для объектов и элементов, входящих в комплекс испытываемого оборудования и потребляющих электроэнергию.

Измеряют температуру поверхности элементов оборудования, выходящих вторичных продуктов, воздуха в помещении и вне его (для определения потерь в окружающую среду и составления теплового баланса).

При технологическом испытании необходимо соблюдать следу-; ющие условия, обеспечивающие надежность получаемых результатов, 96

Продолжительность наблюдений и измерений должна быть не менее одной рабочей смены. Наиболее точные и надежные результаты дают испытания длительностью в течение суток, так как они отражают особенности работы всех смен.

Интервал между измерениями и наблюдениями (температуры, давления, влажности, концентрации и т. д.) устанавливают обычно равным 30—60 мин. Специфические характеристики технологического процесса измеряют в некоторых случаях чаще.

Одновременность наблюдений в разных точках системы. Выполнение этого важного условия, особенно при колеблющихся или пульсирующих нагрузках, может быть обеспечено устройством звонковой и световой сигнализации.

Дублирование основных наблюдений и измерений, что обеспечивает надежность и точность определения главных показателей. Для этого устанавливают одинаковые приборы в разных точках и измеряют одну величину различными способами, например расход пара измеряют паромером и по расходу питательной воды.

Систематический хронометраж отдельных процессов и операций (пуск и остановка отдельных аппаратов, взятие проб, продувка, чистка, обдувка, резкое изменение нагрузки и др.).

Выполнение в процессе испытания упрощенных расчетов для выявления основных результатов по данным наблюдений.

При обработке результатов испытания следует исключать сомнительные, которые могут явиться следствием случайных факторов, искажений показаний приборов и других причин; только после этого следует составлять тепловой и материальный баланс.

Обслуживание установок с выпарными аппаратамиповерхностного типа

Ниже приведены особенности работы и обслуживания многокорпусных противоточных выпарных установок с доупаривателем, которые также характерны и для более простых вариантов — однокорпусных вакуум-выпарных установок.'

Подготовка к пуску

Перед пуском установки необходимо выполнить следующие мероприятия.

Оснастить установку необходимой арматурой и приборами.

Оттарировать приборы КИП и А в соответствии с расчетным режимом схемы.

Открыть сдувочные линии на греющих камерах выпарных аппаратов.

Проверить работу вакуум-насосов.

Открыть запорные устройства на линиях конденсата греющего пара.

9797Закрыть вентиль на линии выдачи пульпы из доупаривателя в приемный сборник.-. -

97

97

7 Н. П. Попов

Заполнить водой бак, связанный с насосами подачи воды на сальники.

Включить насосы подачи воды на сальники, отрегулировать давление воды и расход в соответствии с рабочими давлениями.

Отключить приборы от датчиков автоматического контроля и регулирования.

Пуск и работа установки

Пуск установки осуществляется на ручном управлении в следующем порядке.

Аппараты заполняются исходной пульпой с включением насосов, перекачивающих пульпу между корпусами установки.

Включаются циркуляционные насосы.

Подается вода на конденсатор.

Включается необходимое количество вакуум-насосов.

Подается греющий пар на доупариватель и первый корпус. Разогрев аппаратов должен производиться до включения пульпы при абсолютном давлении греющего пара не выше 1,5 ат. После вскипания раствора постепенно увеличивать давление греющего пара до рабочего.

После закипания пульпы осуществляется подача исходной пульпы. Уровень ее в аппаратах поддерживается вручную регулированием подачи исходной пульпы.

При достижении конечной концентрации готового продукта устанавливается задание концентратомерам, и установка переводится на автоматический режим контроля и регулирования. После вывода установки на режим рукоятка управления на щите ставится в положение «авт», а оператор и аппаратчик продолжают контролировать работу выпарных установок по показаниям приборов на щите и путем визуального контроля на месте.

В ходе работы необходимо следить, чтобы концентрация пульпы в доупаривателе соответствовала заданной. В течение смены нужно 2—3 раза отбирать пробы упаренной пульпы для определения концентрации. Если концентрация солей в упаренной пульпе не соответствует заданной, то следует на щите управления изменить задание регулятору и спустя час уточнить концентрацию пульпы в доупаривателе, отобрав из него пробу.

В ходе работы установки давление греющего пара должно оставаться постоянным. Резкое уменьшение давления греющего пара может привести к резкому снижению давления вторичного пара по всем корпусам, а значит, к вскипанию пульпы во всем объеме аппарата и выбросу ее в греющие камеры следующих корпусов. Аналогичная картина наблюдается и в тех случаях, когда вакуум в выпарных аппаратах падает, а затем резко восстанавливается. При этом пульпа вскипает во всем объеме аппарата и выбрасывается в греющие камеры. Поэтому не следует допускать при работе агрегата, а также при его остановке резкого уменьшения давления греющего пара и резкого увеличения вакуума.

При эксплуатации установки необходимо следить за работой циркуляционных и перекачивающих насосов (за нагревом подшипников, работой сальников) и мешалок сборников.

Остановка агрегата

При остановках выпарного агрегата в момент резкого прекращения подачи греющего пара на первый корпус и доупариватель, как правило, пульпа вскипает во всем объеме аппарата, выбрасывается в греющие камеры и загрязняет конденсат. Для предотвращения выбросов останавливать выпарную установку необходимо в следующем порядке.

Уменьшая давление греющего пара со скоростью примерно 0,5 ат/мин, за 3—5 мин прекратить подачу греющего пара. При этом необходимо открыть сдувку межтрубного пространства конденсатора.

Одновременно с началом снижения давления греющего пара выключить вакуумный насос и прекратить подачу пульпы на установку.

Остановить перекачивающие насосы.

Освободить от пульпы все пульпопроводы выпарной установки.

Закрыть воду на конденсатор.

Непосредственно перед опорожнением аппаратов следует выклю* чить циркуляционные насосы. Опорожнять аппараты при работающих циркуляционных насосах запрещается, так как это может привести к перегрузке электродвигателей.

Обеспечение оптимального режима

Для обеспечения оптимального режима выпарной установки необходимо:

поддерживать заданное давление греющего пара с колебаниями не более ±0,1 ат;

поддерживать предусмотренное технологическим процессом распределение температур и давлений по корпусам;

осуществлять непрерывный отвод конденсата из греющих камер и проверять его качество;

обеспечивать непрерывное питание установки раствором;

проводить нормальный перепуск раствора из одного корпуса в другой и систематически отводить из последнего корпуса готовый продукт, поддерживая установленные уровни растворов в аппаратах;

иметь минимальные потери раствороц, концентратов и теплоносителей;

поддерживать заданное разрежение в выпарных аппаратах, работающих под вакуумом, и в случае ухудшения вакуума немедленно выявлять причины и устранять их; поддерживать в заданных технологическим режимом пределах температуру воды, отводимой из барометрического конденсатора;

не реже одного раза в смену удалять из греющих камер воздух и неконденсирующиеся газы через вытяжные трубы;

соблюдать график и порядок промывки выпарных аппаратов, .а при необходимости производить внеочередные промывки и очистку аппаратов от накипи;

обеспечивать непрерывную работу приборов теплового контроля и автоматического регулирования, а также исправное состояние и безотказную работу арматуры и вспомогательного оборудования .установки.

Приборн контроля и регулирования

Выпарные установки оснащают следующими приборами теплового контроля и автоматического регулирования: паромером и манометром на цеховом паропроводе; автоматическими регуляторами давления греющего пара; манометрами и вакуумметрами на греющих камерах и на кожухе парового пространства всех корпусов; автоматическими регуляторами уровня раствора; указывающими И сигнализирующими вакуумметрами на трубопроводах от барометрических или поверхностных конденсаторов; термометрами на всех выпарных аппаратах, подогревателях, барометрическом и поверхностном конденсаторах; водомером для учета расхода воды, поступающей на установку; расходомером для учета раствора, поступающего на выпарку, и предохранительными клапанами по первичному и вторичному пару, если их давление превышает атмосферное; Для контроля за непрерывным отводом конденсата, а также за его качеством устанавливают водомерные стекла, пробные краны, сигнализирующие солемеры и другие приборы. Многокорпусная установка регулируется паровым вентилем, установленным на трубопроводе пара, греющего первый корпус, и промежуточными вентилями на трубопроводах промежуточного продукта между корпусами. г Дополнительное регулирование можно осуществлять, изменяя разрежение в последнем корпусе (посредством дроссельного клапана на паропроводе к конденсатору) или расход холодной воды на конденсатор.

Возможные неисправности и способы их устранения

При эксплуатации выпарной установки необходимо тщательно следить за ее состоянием и вовремя обнаруживать и устранять неполадки.

Основные возможные неисправности и способы их устранения перечислены ниже:

Н еисправности

Причины

Способы устранения

Понизился вакуум в конденсаторе

Недостаточно воды поступает - на конденсатор

Плохо работает вакуум-насос

Увеличить расход воды на конденсатор

Проверить работу вакуум-насоса, в случае необходимости включить резервный

3- Нарушена герметичность трубопроводов, работающих под вакуумом

3. Проверить герметичность трубопроводов, работающих под вакуумом (особенно фланцевые соединения и сальники насосов и арматуры)

Поднимается уровень] 1. Плохо работает в одном из выпарных один из перекачиваю- аппаратов щих насосов

1. Проверить работу перекачивающих насосов, в случае выхода из строя насоса включить резервный

Забился пульпопровод

Изменился перепад давления между корпу-

1 сами

Пульпа вскипает, наб- 1. Резкое уменьшение людается выброс ее из давления греющего пара аппарата

Резкое увеличение вакуума в конденсаторе

Снизилась производи-] 1- Уменьшилось дав- тельность установки1 ление греющего пара

Упал вакуум в кон- | денсаторе

Одна или несколько греющих камер заполнены конденсатом

Пропарить пульпопровод

Восстановить режим

Не допускать резкого изменения давления греющего пара

Восстанавливать вакуум плавно, не допуская резкого увеличения

Увеличить давление греющего пара

Добиться нормального вакуума в конденсаторе

Проверить работу кон- денсатоотводчиков и конденсатного насоса, освободить межтрубное пространство греющих камер от конденсата

4. Образовалась накипь на трубках греющих камер

«Горит» сальниковое 1. Не подается вода уплотнение циркуляци- на сальники

онных или перекачива- ] 2. Износились пальцы ющих насосов| полумуфт

3. Заклинен вал насо- | са, так как сильно зажата грундбукса

Греются подшипники 1- Нет масла в кор- циркуляционных насо- пусе насоса

СОв2. Износились под

шипники

3. Понизился уровень масла

Промыть выпарные аппараты

Добиться подачи воды на сальники

Заменить пальцы полу муфт

Ослабить затяжку сальника грундбуксой

Залить масло на уровень смотрового стекла

Остановить насос на ремонт

Долить масла или полностью слить и залить новое

Увеличилась по пока- Износилось сальнико- заниям ротаметра пода- вое уплотнение ча воды на сальнику

Заменитьсальниковое

уплотнение

Неисправности

Причины

насоса

Способы устраненияСпособы устранения

Способы устранения

Способы устранения

Неисправности

Причины

Способы устранения

Повысилось давление в сепараторе выпарного аппарата

Лопнуло смотровое стекло на одном из выпарных аппаратов

Не работает предохранительный клапан

Стекло зажато болтами наперекос или износилась прокладка

Закрыть подачу пара п вручную через предохранительный клапан выпустить пар из сепаратора в атмосферу

Закрыть подачу пара, снизить давление в сепараторе до атмосферного и заменить прокладку и стекло

Обслуживание выпарных установок контактного типа

Успешная работа контактных выпарных установок в основном зависит от правильной эксплуатации оборудования и особенно горелок и топок для сжигания газа или мазута.

Ниже приведены основные правила эксплуатации барботажной установки для выпаривания экстракционной фосфорной кислоты.

Подготовка к розжигу топки

При наличии запаха газа в районе установки проветрить помещение. Путем обмыливания соединений газопровода определить места утечки газа и устранить ее. Обмыливание производить перед каждым пуском газа.

Ознакомиться с записями в сменном журнале, касающимися работы газового оборудования установки в предыдущей смене, и с предписаниями администрации цеха.

Проверить наружным осмотром состояние газопровода от вводного крана на установку до топки, состояние газовых кранов, горелки, счетчика, запорно-предохранительного клапана и импульсных линий к нему. Все краны и запорно-предохранительный клапан должны быть закрыты, за исключением крана безопасности («на свечу»), который должен быть открыт.

Проверить наружным осмотром состояние взрывных клапанов установки. Мембраны взрывных клапанов не должны иметь разрывов, трещин; мембраны из асбестового картона не должны быть влажными.

Проверить наружным осмотром состояние воздухопроводов. Задвижки первичного и вторичного воздуха должны быть закрыты.

Проверить наличие электропитания автоматики безопасности: при включении электропитания одновременно подается звуковой сигнал и загораются красные лампы: лампа «П» на щите сильфонного манометра (отсутствует давление в топке) и лампа на щите сигнализации.

Убедиться в том, что барботажная труба заглублена под слой жидкости в выпарном аппарате.

Провентилировать систему аппаратов установки; для этого:

открыть шибер на газоходе перед хвостовым вентилятором;

включить воздуходувку, убедиться в наличии необходимого давления в воздухопроводе по манометру;

открыть задвижки на воздухопроводах первичного и вторичного воздуха к топке;

продолжать продувку не менее 5 мин, затем закрыть задвижки на воздухопроводах к топке.

Включить хвостовой вентилятор и плавно открыть задвижки на линии подсоса воздуха, наблюдая за показанием амперметра электродвигателя хвостового вентилятора. Не допускать повышения силы тока свыше 60 А (до красной черты!).

Включить орошение абсорбционных аппаратов, постепенно увеличивая расход до заданного.

Подать воду на охлаждение водоохлаждаемых элементов установки.

Розжиг топки для сжигания газа производится только после проверки исправности и работоспособности приборов КИП и А и при заполненном раствором выпарном аппарате.

Розжиг топки

Открыть газовый кран на вводе газопровода в цех.

Убедиться в наличии необходимого давления газа по манометру.

Открыть запорно-предохранительный клапан. На период розжига топки автоматика безопасности отключается путем закрепления молоточков электромагнита и мембранной головки клапана ПКН-80 в нейтральном положении.

Открыть газовые краны перед счетчиком и после него.

Продувать газопровод через продувочную линию в течение 5 мин.1

Достаточность продувки определяется взятием пробы газа из газопровода перед горелкой и проверкой ее газоанализатором ГПХ-3 на содержание кислорода, количество которого не должно превышать 1%. Допускается проверять состав газа «на хлопок», пропуская газ через мыльную воду и затем поджигая пену в другом, незагазованном помещении. Горение с «хлопком» свидетельствует о недостаточности продувки.

Открыть вентиль подачи компрессорного воздуха в топку до установления в ней постоянного давления по U-образному манометру.

Открыть вентиль на линии подачи воздуха на запальник.

Включить подачу электронапряжения на запальник. .

Открыть кран подачи газа на запальник, наблюдая в глазок топки за воспламенением газа и горением запальника.

Если запальник не загорелся, закрыть подачу газа на него и повторить продувку.

Разогревать топку горящим запальником в течение 3—5 мин.

При горящем запальнике медленно приоткрыть задвижку на воздухопроводе йервичного воздуха к горелке, наблюдая, чтобы воздушная струя не оторвала пламя запальника.

Немного приоткрыть рабочий кран на газопроводе перед горелкой. После того как на выходе из горелки газ загорится, попеременно, небольшими порциями увеличивать подачу газа и воздуха. При этом пламя не должно быть коптящим и воздух не должен отрывать факел от кратера горелки.

Температуру топочных газов, поступающих в барботажную трубу, контролировать по прибору, не допуская ее подъема выше 1000 °C. При температуре выше 1000 °C на щите загорается красная лампочка. Регулировать температуру подачей вторичного воздуха.

Когда футеровка топки разогреется до красного свечения, плавно закрыть задвижку на подсосе воздуха перед хвостовым вентилятором.

Довести расход газа и первичного воздуха до заданной тепловой нагрузки.

Отключить подачу газа и электрического напряжения на запальник. Подачу воздуха на запальник не отключать.

Включить автоматику безопасности:

установить молоточек электромагнита клапана ПКН-80 в рабочее положение;

включить электрическое питание поворотом выключателя на щите сигнализации (при этом на щите должна загореться белая лампа);

установить молоточек мембранной головки клапана ПКН-80 в рабочее положение.

Обслуживание топки во время работы установки

Поддерживать правильный режим горения газа, обеспечивая работу выпарного аппарата в заданных технологических параметрах.

Следить за цветом пламени в топке. Поддерживать правильное соотношение газа и воздуха по приборам расхода.

Не допускать свечения футеровки тоннеля топки:

«темно-красного» — во избежание неполного сгорания газа;

«светло-красного» — во избежание теплового разрушения футеровки топки.

Постоянно следить за давлением газа в сети, воздуха в воздухопроводе, за давлением в топке.

Регулировать подачу газа медленным открыванием и закрыванием кранов, добиваясь устойчивой работы горелки и правильного соотношения газа и воздуха. Работа горелки с перегрузкой или при малых нагрузках опасна: в первом случае возможен отрыв пламени от горелки, во втором — проскок пламени в горелку.

Для увеличения нагрузки горелки необходимо сначала увеличить подачу газа, а затем воздуха малыми порциями, попеременно. Снижать нагрузку следует в обратном порядке: сначала уменьшать подачу воздуха, затем газа.

Постоянно следить за плотностью газопроводов и приборов, не допуская пропуска газа в помещение. О замеченных неисправностях немедленно сообщить начальнику установки или сменному персоналу ИТР.

Запрещается оставлять без присмотра включенную топку.

Необходимо содержать в чистоте газопровод и газовое оборудование.

Если сработала автоматика безопасности, немедленно закрыть рабочий и контрольный краны перед горелкой и открыть кран «на свечу». После того как причины срабатывания автоматики безопасности выяснены и устранены, можно снова разжигать топку в вышеуказанной последовательности.

Категорическ и запрещается работа при отключенной автоматике безопасности.

При приеме смены необходимо проверить:

работу горелки и газовых приборов;

состояние футеровки топки (визуально);

состояние предохранительных взрывных клапанов на аппаратах установки.

Остановка топки

Плавно снизить нагрузку горелки, уменьшая подачу воздуха и газа.

Закрыть рабочий кран, затем контрольный кран перед горелкой, открыть кран «на свечу».

Через 5 мин после закрытия газовых кранов полностью закрыть задвижки на линиях первичного и вторичного воздуха;

Выключить хвостовой вентилятор.

Выключить воздуходувку.

Случай аварийной остановки

Топка должна быть немедленно остановлена в следующих случаях:

прекратилась подача газа;

сработала автоматика безопасности установки;

резко повысилось давление газа перед горелкой;

самопроизвольно погасла горелка;

возник пожар или угроза пожара в помещении установки;

в помещение установки проникает газ;

остановился хвостовой вентилятор;

остановилась воздуходувка;

сработали взрывные предохранительные клапаны на аппаратах установки;

прекратилась подача электроэнергии.

При аварийной остановке топки следует немедленно закрыть газовые краны перед горелкой топки. Дальнейшие действия производить согласно приведенным выше указаниям по остановке топки.

Обо всех заменах, неисправностях и неполадках в работе газового оборудования аппаратчик обязан делать записи в эксплуатационном журнале, а также при отметке о сдаче и приемке смены.

Пуск и работа барботажной установки

Залить сборник упаренной кислотой. Включить перемешивание и циркуляцию кислоты.

Залить выпарной аппарат упаренной кислотой до перелива из регулятора уровня. Степень погружения барботажной трубы в кислоту отрегулировать предварительно путем осторожного вращения рукоятки штока на крышке регулятора уровня.

Отрегулировать питание кислотой по байпасной линии для поддержания постоянного уровня в выпарном аппарате.

Дать воду на орошение абсорбционных аппаратов для улавливания фтористых соединений и тумана фосфорной кислоты.

Дать воду на охлаждение барботажной трубы и подшипников насосов установки. Проверить выход воды.

Включить мешалки сборников.

Приступить к розжигу топки согласно приведенным выше правилам.

По достижении необходимой концентрации упаренной кислоты начать ее вывод через клапан.

По мере заполнения сборника упаренной кислотой откачивать ее в сборник продукционной кислоты.

Во время работы при установившемся режиме выпаривания необходимо контролировать:

работу газового оборудования и автоматики безопасности (повышение температуры отходящих газов из аппаратов выше заданной недопустимо!);

подачу исходной кислоты в выпарной аппарат и упаренной в нижний сборник;

орошение абсорбционных аппаратов;

подачу холодной воды в водоохлаждаемые элементы установки;

работу воздуходувки и хвостового вентилятора;

исправность арматуры и всех коммуникаций.

Остановка системы

Остановка производится в порядке обратном пуску.

Прекращается подача исходной кислоты в аппарат.

Прекращается подача газа в систему согласно приведенным выше правилам.

По достижении температуры отходящих газов после выпарного аппарата 80—100 °C прекращается орошение абсорбционных аппа- ратов, выключается хвостовой вентилятор, прекращается подача воды на охлаждение барботажной трубы и всех других водоохлаждаемых элементов.

При длительных остановках выпарной аппарат полностью опорожняется.

Для промывки в аппарат заливается вода, которая сливается в нейтрализатор.

Возможные неисправности и способы их устранения

( Основные неисправности установок, их причины и способы устранения приведены ниже:

Неисправности

Причины

Способы устранения

Повысилась температура кислоты в выпарном аппарате

Снизилась производительность установки

Повысилось давление в выпарном аппарате

Уменьшилась подача исходной кислоты

Барботажная труба забита осадками

Вода из рубашки барботажной трубы поступает в выпарной аппарат из-за коррозионных повреждений

Неисправен хвостовой вентилятор

Проверить линию подачи исходной кислоты и отрегулировать расход в ней

Остановить систему и прочистить барботажную трубу

Остановить систему и отремонтировать барботаж- ную трубу

Остановить хвостовой вентилятор на ремонт, включив в работу резервный

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

Вакуум-выпарной аппарат

Исходные данные.

Упариваемый продукт — экстракционная фосфорная кислота из апатита. Производительность по исходной кислоте GHa4 = 24 000 кг/ч.

Концентрация кислоты по Р2О5:

исходной биач =30%;

упаренной ЬкОИ = 45%.

Температура исходной кислоты <нач = 30 РС.

Вакуум в аппарате 680 мм рт. ст.

Давление греющего пара (абсолютное) 5 ат.

Количество выпариваемой воды определяем по уравнению (16):

W=G„aq (1= 24 000 (1= 8000 кг/ч

X Окон /X/

Расход тепла на выпаривание включает затраты тепла на нагрев, испарение, дегидратацию и потери в окружающую среду.

Расход тепла на нагрев исходной кислоты вычисляется по формуле (23):

Унагр = ^начснач (^кип—^нач) = 24 000 - 0,71 • (62 30) = 546 000 ккал/ч

где сНач “ теплоемкость исходной кислоты, ккал/(кг • °C);

^кип — температура кипения кислоты в аппарате, °C.

Значение сНач берется по табл. VI приложения, ГкИП определяется по формуле (12) с помощью табл. I и VI.

Расход тепла на испарение воды — уравнение (24):

<?нсп = Wr = 8000 • 560 = 4 470 000 ккал/ч

где р — теплота парообразования воды при температуре кипения кислоты в аппарате, ккал/кг.

Расход тепла на дегидратацию и в окружающую среду принимаем равным 10% от суммы затрат тепла на нагрев и испарение.

Общий расход тепла в аппарате:

Q = «2иагр + <2исп) • 1Л = (546 000+4 470 000)• 1,1 ='5 510 000 ккал/ч

Расход греющего пара — уравнение (26):

„ О 5 510000 ,ЛАЛЛ ,

D = —— =—=11000 кг/ч

гг п 504

где гГ- п — теплота конденсации греющего пара, ккал/кг.

Удельный расход пара а D 11000. QQ ,

Поверхность нагрева — уравнение (27):

F =2К А^полF =2К А^пол5 510 000600(151 — 64)5 510 000600(151 — 64)= 106 м2= 106 м2

F =2

К А^пол

F =2

К А^пол

5 510 000

600(151 — 64)

5 510 000

600(151 — 64)

= 106 м2

= 106 м2

где К — коэффициент теплопередачи в теплообменнике, по практическим данным в условиях загрязненной поверхности теплообменника равный 600 ккал/(м2 - ч - °C);

Д^пол = tr. п — ^кип — полезная разность температур.

Барботажный выпарной аппарат

Исходные данные.

Упариваемый продукт — экстракционная фосфорная кислота. Производительность по исходной кислоте СНач ^ 24 000 кг/ч.

Концентрация кислоты по Р2ОБ:

исходной 6Нач = 30%;

упаренной 6кОН = 54%.

Теплоноситель — топочные газы от сжигания природного газа.

Температура:

исходной кислоты <нач = 30 °C;

упаренной кислоты tKOH =118 °C;

топочных газов на входе в аппарат iBX = 900 РС;

топочных газов на выходе из аппарата <Вых = 120 °C.

Топливо — природный газ следующего состава *:

Объемы. % Вес. %

СН4 97,996,5

С2Н6 ....0,090,17

С4Н10 . . . .0,020,07'

Высшие углеводороды . .0,01—

Объемы. % Вес. %

N2 1,8-

СО2 0,12—

Н2О 1,81,44

78300,72578300,725Плотность газа рт = 0,725 кг/мэ.

7830

0,725

7830

0,725

QhQhНизшая теплота сгорания топлива Qg = 7830 ккал/мэ или = 10 800 ккал/кг.

Qh

Qh

Теплоемкость топлива ст = 0,56 ккал/(кг • °C).

Параметры воздуха до входа в топку:

относительная влажность <р0 = 66%;

температура i0 = 11 °C;

влагосодержание d0 = 6 г/кг сухого воздуха;

теплосодержание iB = 6 ккал/кг сухого воздуха;

теплоемкость с0 = 0,25 ккал/м3 сухого воздуха.

* Пересчет объемного содержания в весовое производится по формуле

вес. %=объемн. % - ^к-Рем

гДе рем — плотность смеси (в данном случае горючего газа, т. е. рсм = рт);

рк — плотность компонента — берется по таблицам или вычисляется по уравнению:

М

Рк“ 22,4

Здесь М — молекулярный вес компонента;

22,4 — объем 1 киломоля компонента при нормальных условиях.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 мэ природного газа:

£0= 0,0478 (2СН4+3,5СЙН6+6,5С4Ню) = 0,0478 (2 ■ 97,9+3,5 - 0,09+6,5 - 0,02) =

= 9,4 м3/м3

ИЛИ£0=9.4-^22^ = 9,4-У^ = 16.8кг/кг

Р-ри, / ^о

Количество водяных паров, образующееся при сжигании 1 кг газа, — уравнение (49):

«-S^^-^-^^-"-"*

+ «”+” -м-У!'. „г/кг

Коэффициент избытка воздуха определяется из выражения (53). Для рассматриваемого случая энтальпия пара при tB+= 900 °C равна:

in = 595 + 0,47tBX = 595+0,47 • 900=1018 ккал/кг

теплоемкость топлива ст = 0,56 ккалДкг • °C);

к. п. д. топки Т)т = 0,95;

температура топлива tT = 20 °C;

теплоемкость сухих газов, принимаем по воздуху при температуре 900 °C, т. е. сс, г = 0,258 ккалДкг • °C);

высшая теплота сгорания топлива равна:

()P = ()g+600Gn = 10 800 + 600-2,174 = 12 100 ккал/кг

В результате получим:

_ 12 100 - 0,95 + 0,56 - 20—(1 — 2,174) 0,258 • 900 —2,174 • 1018 =

16,8 (о,258 - 900+ ^^У - 6,о)

Количество сухих газов, образующееся при сжигании 1 кг природного газа — уравнение (50):

Gc - г = 1+а£0—сп = 1 + 2,45 • 16,8 — 2,174 = 40,0 кг/кг

Количество водяных паров в топочных газах — уравнение (49): Сп-^+^ -^^кг/ю

Влагосодержание топочных газов при tBX = 900 °C: Gn • 10002,174-1000,. _ ,

=40= 54’2 Г/КГ

Количество выпариваемой воды — уравнение (16):

W = С„ач (1 = 24 000 (1 Y= 10 650 кг/г х Окон /\54 /

Количество упаренной кислоты — уравнение (16):

Скон = Снач-1^=24 000-10 650 = 13 350 кг/ч

Расход тепла на нагрев упаренной кислоты:

Снагр= ^конСкон (<кон—<нач) = 13 350 • 0,54 (118 — 30) = 635 000 ккал/ч

Расход тепла на испарение воды

Сисп = W (595+0,47/ВЫх—<наЧ) = Ю 650 (595 + 0,47 • 120 — 30) =

= 6 620 000 ккал/ч

где 595 — теплосодержание пара при 0 °C, ккал/кг;

0,47—теплоемкость пара, ккал/(кг • °C).

Расход тепла в выпарном аппарате:

Q = Снагр + Снсп + Спот

причем в Спот входят затраты тепла на дегидратацию при выпаривании и потери в окружающую среду. Поэтому принимаем Спот = Ю% от суммы затрат тепла на нагрев и испарение:

С = (Снагр+Сисп) • 1.1 = (635 000 + 6 620 000) -1,1 = 7 980 000 ккал/ч

Расход топочных газов:

гс _7 980 000/00/

свх/вх - Свх<вых900.0,258 -120 • 0,24КГ/Ч

где свХ и свых — теплоемкости топочных газов на входе и выходе — приняты равными теплоемкости воздуха.

Расход тепла с отходящими из выпарного аппарата топочными газами:

Сот. Г — ^-СоТ. г Свых <о)

где сот г — теплоемкость отходящих газов при температуре tBX и их влагосо- держании dBX, равная

сот. г=0,244 + 0,45= 0,244 +0,45= 0,27 ккал/(кг - °C)

1UUU1UUU

Таким образом, получаем:

Сот. г=39 400 - 0,27 (120—11) = 116 000 ккал/ч

Суммарный расход тепла, вносимого в выпарной аппарат:

у С = С+Сот. г = 7 980 000 +116 000 = 8 096 000 ккал/ч

Расход топлива:

=^096 000.=

”С1пГ 7830-0,95 и '

Удельный расход тепла:

4 W4 W=^^™^=792 м3/4=^^™^=792 м3/4

4 W

4 W

=^^™^=792 м3/4

=^^™^=792 м3/4

Влагосодержание газов на выходе из выпарного аппарата:

,, И7-100010 650-1000

йвых = йвх +^= 54'2^39400— = 324'2 *7™ газа

Удельный объем газов на входе:

рох=4 64. ю-e (622 + dBX) (273+<вх) = 4,64 • Ю"» (622 + 54,2) (273 + 900) == 367 мз/кг

на выходе:

увых—4,64 • 10-е (622+^вых) (273+^вых) = 4,64 • Ю'в (622+ 324,2) (273+120) == 1,73 м3/кг

Объем газов на входе:

^вх = ^вхЬ = 3,67 • 39 400 = 145 000 м3/ч

на выходе:

vBHx = vOuxL = 1,73 - 39 400 = 68 100 м3/ч

Выбор габаритов выпарного аппарата барботажного типа определяется оптимальными скоростями в горизонтальном сечении свободного сепарационного пространства (0,5—0,7 м/с) и в выносном сепараторе (2,0—2,5 м/с).

При этом определение объемного коэффициента теплообмена, как показали полузаводские и промышленные испытания, не имеет смысла, так как увеличение подаваемого тепла не снижает эффективности процесса теплообмена.

Принимаем четырехугольную конструкцию аппарата с двумя барботажными трубами (подобная конструкция приведена на рис. 16).

Определение зеркала испарения аппарата:

F Увых „ 68100 _

~ со236ОО 0,6 - 3600

где со2 = 0,6 м/с — скорость газов в горизонтальном сечении аппарата.

Принимаем F = 32 м2, тогда габариты аппарата составят 6 X 5,3 в горизонтальном сечении.

Определение диаметра барботажных труб:

f =— ^—145 °9°= о.ззб м2

tox.2 - 360060 - 2 - 3600

где tor = 60 м/с — скорость в барботажной трубе; 2 — число барботажных труб.

чГ 0,336- 4Г 3,14чГ 0,336- 4Г 3,14=0,636 м=0,636 м

чГ 0,336- 4

Г 3,14

чГ 0,336- 4

Г 3,14

=0,636 м

=0,636 м

Принимаем две трубы с внутренним диаметром d = 640 мм.

Высота сепарационного пространства принимается 800—1000 мм. Ориентировочная общая высота аппарата 5000—5500 мм.

Многокорпусная выпарная установка

Исходные данные.

Трехкорпусная установка.

Упариваемый продукт — пульпа аммофоса.

Производительность по исходной пульпе Снач — 40 т/ч.

Концентрация пульпы:

исходная Ьнач = 50%;

конечная ЬКОн = 75%.

Температура исходной пульпы <Нач = 87 РС.

Вакуум в последнем корпусе 0,8 ат.

Давление греющего пара (абсолютное) 5 ат.

Греющий пар подается в первый корпус, исходный раствор в третий.

Количество воды, выпариваемой в трех корпусах установки уравнение (16): -

= 13 350 кг/чА= 13 350 кг/чАW= Снач(1~+^) =40000 (1-^X Укон )X

= 13 350 кг/ч

А

= 13 350 кг/ч

А

Количество упаренного раствора — уравнение (16):

Gkoh = ^иач— W=40 000 —13 350 =26 650 кг/ч

Распределение нагрузки по корпусам (на основании практических данных):

1:11:111 = 1,2:1,1:1,0

I корпусII корпусIII корпусI корпусII корпусIII корпусОтсюда количество выпариваемой воды по корпусам:

I корпус

II корпус

III корпус

I корпус

II корпус

III корпус

„13350-1,2.

Wx = 1+114-1,2 =485° кг/4

13 350.1,1 //rn ,Wn=То= 4450 кг/40,0

TJ7 13 350-1,0/п_.

^П1 =То= 4050 кг/ч 0,0

Расчет концентрации раствора по корпусам — уравнения (19) — (21). Из I корпуса выходит сконцентрированного раствора

^i = Gkoh = Снач—W=40 000—13 350=26 650 кг/ч с концентрацией

,, ^"нач^нач 40 000-50

Ькон - 6,Gkq|] — 26650 —

что соответствует заданию.

Из II корпуса в I переходит раствора

Gn = GHa4 —И^ш —1РП = 40 000—4050—4450 = 31 500 кг/ч с концентрацией

,^нач^нач 40 000-50

- GHa4-Win-Wn - 31500 - 6315 /о

Начальная концентрация раствора 6Нач = 50%.

Из III корпуса во II переходит раствора

Сш = Снач—И^ш=40 000 —4050 = 35 950 кг/ч

Конечная концентрация для III корпуса будет начальной для II корпуса; она равна

, ^иач^нач 40 000 • 50

111 “35 950 5Wo

113113По таблице свойств насыщенного водяного пара (см. приложение, табл. I) находим температуру насыщенных паров воды и теплоту Парообразования для принятых давлений в корпусах:

113

113

Корпус

Перепад абсолютных давлений (по практическим данным), ат

Температура насыщенного пара tHac, °C

Теплота Парообразования г, ккал/кг

I

1,1

102

540

II

0,6

85

548,0

III

0,2

60

563

Греющий

4

142,9

511

пар ♦

8 Н. П. Попов

Эти температуры и будут температурами вторичного пара по корпусам (температурами конденсации).

Расчет температурных потерь по корпусам.

В табл. 2 на стр. 63 находим температуры кипения раствора аммофоса при атмосферном давлении:

Корпус

Концентрация аммофоса, %

Температура кипения,°C

Депрессия, °C

I

75

110,0

10,0

II

63,5

104,5

4,5

III

55,6

102,7

2,7

Для упрощения расчета не уточняем температурную депрессию (в связи с отличием давления в корпусах от атмосферного), так как зависимость температуры кипения раствора от температуры кипения растворителя линейна.

Следовательно, по трем корпусам температурная депрессия составит:

10,0+4,5 4-2,7 = 17,2 °C

Температурные потери от гидравлических сопротивлений между корпусами принимаем в 1,5°С. Следовательно:

Atr c = 3-1,5 = 4,5 °C

Температурные потери от гидростатического эффекта в расчете не учитываются, потому что зона кипения вынесена в сепаратор и кипения в трубчатке не происходит.

Сумма всех потерь разности температур для выпарной установки составит

У Д/пот = 17,2 + 4,5 = 21,7 °C

Полезная разность температур. Общая разность температур 142,9—60= = 82,9 °C, следовательно полезная составляет:

Д/пол = 82,9—21,7=61,2 °C

Определение температур кипения раствора в корпусах. Воспользуемся уравнением (12):

/кип = /нас. в. п + Д/депр + Д/г. с

Тогда/кип 1 = 102+10+1,5 = 113,5 °C

/кипи =85+4,5 + 1,5 = 91 SC

/кип пт ~ 60 + 2,7 + 1,5 = 64,2 °C

Коэффициенты теплопередачи по корпусам (принимаем по практическим данным):

А', = 600 ккал/(м2-9С)

Кп=800 ккал/(м2 • °C)

Кш = 1000 ккал/(м2 - °C)

Составление тепловых балансов по корпусам (без учета тепловых потерь).

Расход тепла в I корпусе:

Qi = Wiri+(Gмач ^) С1 (^кип I ^кяп и) = 4850 - 540+(40 000 -13 350) X

X 0,47 (113,5 — 91) = 2 901 000 ккал/я

Расход тепла во II корпусе:

Qn — И^Нп + ^чач Wil — Wm) cn (tKHn ц — fKHn ni) —

= 4450 • 548+ (40 000— 4450 — 4050) • 0,55 (91 — 64,2) = 2 908 000 ккал/ч

В III корпус раствор приходит перегретым, следовательно, в балансе второе слагаемое отрицательное '(теплота самоиспарения) и расход тепла:

Уш = ^ШгШ— (^нач—Will) СШ Унач +ип III) =

' =4050-563—(40 000 —4050)• 0,64(87 — 64,2) = 1 750 000 ккал/ч

Расход греющего пара в I корпусе:

D™™»=5670 кг/,

1 ГГ-П 511

Удельный расход пара:

Dx 5670,

d— ^ — 13350 — 0,43 кг/кг

13. Распределение полезной разности температур по корпусам делаем из условий равной поверхности корпусов, т. е. пропорционально отношению О,К.

Найдем факторы пропорциональности:

1 корпус

Q1 2 901000

кг6004850

II корпус

Уп 2 908 000 .

Кп800

III корпус

Уш _ 1750 000

Кш1000 ~

2 10240

Полезные разности температур по корпусам:

^ол^61,2 - 4850

"пол!„ Q10240Ь

К _ 61,2-3640 _217ОС

Ыполп10240С

д, ^1'2 • 1750 ю 5 °г

«полш10240L

У Д+ол — 61,2 °C

Определение поверхности нагрева:

У, =5l—^1 А^ПОЛ IУ, =5l—^1 А^ПОЛ I2 901000„

У, =5l—

^1 А^ПОЛ I

У, =5l—

^1 А^ПОЛ I

600-29 =167’5 М

FnFnМ2М22 908 000.„о

Fn

Fn

М2

М2

800Т21Г = 168

1 750 000

^ш- 1000-10,5

= 167 м2

Продолжение таблЛПродолжение таблЛ

Продолжение таблЛ

Продолжение таблЛ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ И РАСТВОРОВ

Таблица Г

Свойства насыщенного водяного пара

8s

m га

Температура насыщения, °C

Удельный объем насыщенного пара, м’/кг

Плотность насыщенного пара, кг/м’

Теплосодержание (энтальпия), ннал/кг

Теплота парообразования, нкал/нг

воды

пара

0,1

45,45

14,95

0,06689

45,45

617,0

571,6

0,2

59,67

7,789

0,1284

59,65

623,1

563,4

0.3

68,68

5,324

0,1878

68,66

626,8

558,1

0.4

75,42

4,066

0,2459

75,41

629,5

554,1

0,5

80.86

3,299

0,3031

80,86

631,6

550,7

0,6

85,45

2,782

0,3595

85,47

633,5

548,0

0,7

89,45

2,408

0,4153

89,49

635,1

545,6

0,8

92,99

2,125

0,4706

- 93,05

636,4

543,3

0,9

96,18

1,903

0,5255

96,26

637,6

541,3

1,0

99,09

1,725

0,5797

99,19

638,8

539,6

1,5

110,79

1,181

0,8467

110,99

643,1

532,1

2,0

119,62

0,9018

1,109

119,94

646,3

526,4

2,5

126,79

0,7318 ;

1,367

127,2

648,7

521.5

3,0

132,88

0,6169

1,621

133,4

650,7

517,3

3,5

138,19

0,5338

1,873

138,9

652,4

513,5

4,0

142,92

0,4709

2,124

143,7

653,9

510,2

4,5

147,2

0,4215

2,373

148,1

655,2

507,1

5,0

151,11

0,3817

2,620

152,1

656,3

504,2

5,2

152,59

0,3679

2,718

153,7

656,7

503,0

5.4

154,02

0,3550

2,817

155,1

657,1

502,0

5,6

155,41

0,3431

2,915

156,6

657,5

500,9

5,8

156,76

0,3319

3,013

158,0

657.9

499,9

6,0

158,08

0,3214

3,111

159,3

658,3

498,9

6,2

159,36

0,3116

3,209

160,7

658,6

497,9

6,4

160,61

0,3024

3,307

162,0

659,0

497,0

6,6

161,82

0,2938

3,404

163,2

659,3

496,1

6,8

163,01

0,2856

3,501

164,5

659,6

495,1

7,0

164,17

0,2778

3,600

165,7

659,9

494,2

7,2

165,31

0,2705

3,697

166,9

660,2

493,3

7,4

166,42

0,2636

3,794

168,0

660,4

492,4

7,6

167,51

0,2570

3,891

169,2

660,7

491,5

7,8

168,57

0.2507

3,989

170,3

661,0

490,7

8,0

169,61

0,2448

4,085

171,4

661,2

489,8

8,2

170,63

0,2391

4,182

172,4

661,4

489,0

8.4

171,63

0,2337

4,279

173,4

661,7

488,3

8,6

172,61

0,2286

4,375

174,5

661,9

487,4

8,8

173,58

0,2236

4,472

175,5

662,1

486,6

9,0

174,53

0,2189

4,568

176,5

662,3

485,8

9,2

175,46

0,2144

4,664

177,5

662,5

485,0

9.4

176,38

0,2100

4,762

178,5

662,7

484.2

9,6

177,28

0,2058

4,859

179,4

662,9

483,5

9.8

178,16

0,2019

4,953

180,3

663,1

482,8

10,0

179,04

0,1980

5,051

181,3

663,3

482.1

10,5

181,16

0,1890

5,291

183,5

663,7

480,2

11,0

183,20

0,1808

5,531

185,7

664,1

478,4

” §

Температура насыщения, °C

Удельный объем насыщенного пара, м*/кг

Плотность насыщенного пара, нг/м8

Т епло содержание (энтальпия), нкал/нг

Теплота парообразования, ккал/кг

воды

пара

11,5

185,17

0,1733

5,770

187,7

664,5

476,8

12,0

187,08

0,1663

6,013

189,8

664,9

475,1

12,5

188,92

0,1599

6,254

191,7

665,3

473,6

13,0

190,71

0,1540

6,494

193,6

665,6

472,0

13,5

192,45

0,1485

6,734

195,5

665,9

470,4

14,0

194,13

0,1434

6,974

198,3

666,2

468,9

14,5

195,77

0,1387

7,210

199,1

666,4

467,4

15,0

197,36

0,1342

7,452

200,7

666,7

465,9

15,5

198,91

0,1300

7,692

202,4

666,9

464,5

16,0

200,43

0,1261

7,930

204,0

667,1

463,1

16,5

201,91

0,1224

8,170

205,6

667,3

461,7

17,0

203,35

0,1189

8,410

207,2

667,5

460,3

17,5

204,76

0,1156

8,651

208,7

667,7

459,0

18,0

206,14

0,1125

8,889

210,2

667,8

457,6

18,5

207,49

0,1095

9,132

211,7

668,0

456,3

19,0

208,81

0,1067

9,372

213,1

668,2

455,1

19,5

210,11

0,1040

9,615

214,5

668,3

453,8

20,0

211,38

0,1015

9,852

215,9

668,5

452,6

Таблица II

Средняя теплоемкость газов

116116117117Значения теплоемкости [в ккал/(м* • °C)] даны в расчете на I м* газа, приведенного к нормальным условиям (О °C, 760 мм рт. ст.)

116

116

117

117

Температура, °C

СО,

N,

О,

Водяной пар

Воздух

сухой

влажный

0

0,387

0,310

0,312

0,356

0,311

0,316

100

0,411

0,311

0,315

0,359

0,312

0,317

200

0,432

0,311

0,319

0,362

0,313

0,319

300

0,449

0,312

0,324

0,367

0,315

0,321

400

0,464

0,315

0,330

0,372

0,318

0,324

500

0,479

0,318

0,335

0,378

0,321

0,327

600

0,492

0,321

0,339

0,384

0,324

0.331

700

0,503

0,324

0,343

0,390

0,328

0,334

800

0,514

0,327

0,347

0,397

0,331

0,337

900

0,523

0,330

0,350

0,403

0,334

0,341

1000

0,532

0,333

0,354

0,409

0,337

0,344

1100

0,540

0,336

0,356

0,416

0,340

0,347

1200

0,547

0,338

0,359

0,422

0,343

0,349

1300

0,553

0,341

0,361

0,428

0,345

0,352

1400

0,559

0,343

0,364

0,434

0,348

0,354

1500

0,565

0,346

0,366

0.439

0,350

0,357

Таблица III

Теплоемкость, вязкость и теплопроводность газов и паров

Теплоемкость ср выражена в ккал/(кг-°С), вязкость ц— в сантипуазах, теплопровод. .ность X—в ккал/(м-ч-°С).

Вещество

св

К

1 К

Температура, °C

Де

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Азот

ср в X

0,248

0,0166

0,0209

0,249

0,0208

0,0271

0,251

0,0246

0,0331

0,255

0,0280

0,0396

0,261

0,0311

0,0436

0,266 0,0339 0,0480

0,272

0,0366

0,0519

0,277

0,0390

0,0552

0,282 0,0413 0,0580

Водород

ср в X

3,39 0,0084 0,1500

3,45 0,0103 0,186

3,46 0,0120 0,222

3,47 0,0139 0,258

3,48 0,0154 0,294

3,50 0.0169 0,330

3,53 0,0183 0,366

3,57 0,0197 0,402

3,61 0,0210 0,438

Водяной пар

ср н X

0,444

0,0085

0.0139

0,452

0,0123

0,0206

0,469 0,0161 0,0280

0,478

0,0198

0,0373

0,493

0,0232

0,0473

0,509

0,0266

0,0584

0,526

0,0299 0,0707

0,543 0,0331 0,0842

0,560

0,0361

0,0988

Воздух

ср к

0,240

0.0171

0,0210

0,241

0,0218

0,0276

0,245

0,0259

0,0338

0,250 0,0294 0,0396

0,255

0,0328

0,0448

0,261

0,0357

0,0494

0,266

0,0384

0,0535

0,271

0,0411

0,0572

0,276

0,0437

0,0606

Двуокись углерода

СР к

0,195 0,0138

0,0126

0,218

0,0184

0,0196

0,237

0,0226

0,0266

0,252

0,0264

0,0336

0,265

0,0299

0,0406

0,276

0,0332

0.0472

0,285

0,0362

0,0534

0,292

0,0381

0,0592

0,298

0,0418

0,0646

Кислород

ср к

0,219

0,0192

0,0212

0,223

0,0244

0,0283

0,230

0,0290

0,0350

0,238 0,0331 0,0413

0,245

0,0369

0,0473

0,250 0,0403

0,0529

0,255

0,0435

0,0580

0,259

0,0465

0,0626

0,263

0,0493

0,0668

Метан

СР в X

0,517

0,0104

0,0260

0,585

0,0133

0,0355

0,670 0,0161 0,0446

0,758

0,0185

0,0536

0,843 0,0208 0,0621

0,921

0,0227

0,0704

0,992

0,0246

0,0785

1,060

0,0265

0,0864

1,110

0,0282

0,0940

Окись азота

ср к

0,227

0,0180

0,0178

0,234

0,0229

0,0236

0,241

0,0268

0,0285

0,247

0,0306

0,0328

0,252

0,0340

0,0373

0,258 0.0370

0,0412

0,262

0,040

0,0450

0,266

0,0428

0,0482

0,271

0,0453

0,0513

Окись углерода

ср в X

0,248

0,0166

0,0200

0,250 0,0209

0,0259

0,253

0,0246

0,0314

0,258 0,0278 0,0366

0,264 0,0309

0,0417

0,270

0,0338

0,0465

0,276

0,0363

0,0513

0,282 0,0387

0,0559

0,286 0.041 0,0603

Таблица IV

Характеристика природных горючих газов

Все данные относятся к газу, приведенному к нормальным условиям (О "С, 760 мм рт. ст.)

Месторождение газа

Состав сухого газа, объемн. %

О о* Ч И М

в

К к 5 св и к

СО Pi св К О го

О

и

и

Л Я

а х

ч 2

к и X й

S ” S о в" В§„ о 35.

Теоретический объем продуктов сгорания, м»/м*

и

м и

м и

м и

м и

V) и

О и

Z

У и S о

И оо >»св О Р

И 3 а 5 5g

р св

е а

Бугурусланский Дашавский

76,7

97,9

4,5

0,5

1.7

0,2

0,8

0,1

0,6

0,0

1,0

Следы

0,2

0,1

14,5

1,2

8109

8523

0,884

0,73

9,01

9,48

8,25

8,50

1,97

2,14

10,22

10,64

Продолжение табл. IV

Месторождение газа

Состав сухого

газа,

объемн

. %

св О

о О* Ч И $ в >> £°ч

а К 5 S а х

3 св „ СО Рсв КОГО

О о и

3

5 Я

ЗЕ

и

Ь а, я

Теоретический объем продуктов сгорания, м*/м*

и

М и

м и

м и

СО

К

и

£

и и

М го >»св О г-

И И а » В о Ч а 2 к

я

и а

Мелитополь-

97,8

—

0,1

0,1

—

—

0,2

1.8

8391

0,729

9,35

8,39

2,11

10,50

ский Шебелинский

89,9

3,1

0,9

0,4

—

0,3

5,2

8472

0,790

9,40

8,49

2,1 С

10,59

Саратовский

94,0

1,2

0,7

0,4

0,2

—

0,2

3,3

8560

0,765

9,51

8,56

2,13

10,69

Курдюмский

92,2

0,8

0.1

0,0

—

—

6,f

8039

0,759

8,93

8,07

2,02

10,09

Ставрополь-

98,0

0,4

0,2

—

—

—

0,1

1,3

8489

0,790

9,45

8,48

2,13

10,61

СКИЙ Ухтинский

88,0

1,9

0,2

0,3

0,0

-

0,3

9,3

7946

0,789

8,83

8,01

1,93

9,99

Таблица V

Мазуты

Содержание, вес. %

og.

ккал/кг

6§ р, а и ч

6

g

а о

К р

®я 5 О

^ ° о ч

о

Z

Pi V)

Св Ч О

Р»

Ч

Св св Ч в

р &

Малосернистые

9660

М20

85,3

114

0,6

—

0,5

0,2

2,0

М40

84,9

10,8

0,6

—

0,5

0,2

3,0

9440

М60

84,8

—10,6

0,8

—

0,5

0,3

3,0

9390

М80

85,1

10,3

0,8

-—.

0,5

0,3

3,0

9340

М100

85,2

10,2

0,8

—.

0,5

0,3

3,0

9300

М200 Сернистые

85,5

9,9

0,8

—

0,5

0,3

3,0

9270

М20

83,1

112

0,6

—

2,9

0,2

2,0

9460

М40

82,6

10,6

0,6

—

2,9

0,3

3.0

9280

М60

82,8

10,3

0,7

—

2,9

0,3

3,0

9230

М80

82,9

10,2

0,7

—

2,9

0,3

3,0

9200

М100

83,1

10,0

0,7

—

2,9

0,3

З.о

9170

М200

83,4

9.7

0,7

—

2,9

0,3

Та

9120

блица VI

Элементарный состав и низшая

теплота сгорания топочного мазута

Свойства водных растворов фосфорной кислоты

Концентрация вес, %

о°

а10 ё«ъ

° S

R в к

Вязкость (в сантипуазах) при температуре, °C

Й R P.S в63 а в « в Е-« к

5

o<= = £ о

5 57 в

В о ' Св

<D QO К а СМ К

Н,РО<

P.O,

20

30

40

60

80

100

140

180

0

0

0997,1

1,0

0,80

0,66

0,47

0,36

0,28

0,19

0,14

100,0

—

5

3,62

1024,1

1,1

0,91

0,75

0,55

0,42

0,33

0,22

0,15

100,1

0,973

10

7,24

1052,2

1,3

1,0

0,87

0,63

0,48

0,38

0,26

0,18

100,2

0,939

20

14,49

1112,9

1,8

1.4

1.2

0,86

0,65

0,52

0,34

0,24

100,8

0,871

Продолжение табл. VI

Концентрация вес, %

iu

Зек

Вязкость (в сантипуазах) при температуре, °C

с 5

Ьк

У ОО К

Н к м х

Н,РО,

Р,О,

20

30

40

60

80

100

140

180

30

21,73

1179,4

2,6

2,0

1.6

1.2

0,91

0,72

0,49

0,37

101,8

0,798

50

36,22

1333,4

5,7

4,4

3,4

2.4

1,8

1.4

1,0

0,82

108

0,656

75

54,32

1572,5

24

16

12

7,4

5,1

3,8

2,4

1.8

135

0,542

85

61,57

1685,0

47

32

23

13

8,4

5,8

3,5

2,4

158

0,493

100

72,45

1874,1

263

151

99

46

26

17

8.1

4,7

261

—-

115

83,29

2044,0

Таблица VII

-Плотность водных растворов аммиачной селитры (в кг/м3)

Концентрация, вес. %

Температура, °C

60

80

100

120

140

160...

180

50

1200

1192

1185

—,

—

—

55

1227

1217

1207

—

—

—

—

60

1255

1245

1235

—

—

—

—

65

1285

1270

1257

—

—

—

—

70

1310

1297

1287

1272

—

—

—

75

1342

1330

1317

1305

—

—■—

—

80

1372

1360

1347

1337

—

—

—

85

1405

1395

1385

1372

1355

-—

—

90

1440

1427

1417

1402

_1392

1380

—

95

1457

1450

1442

1430

1415

1397

97

—

1470

1452

1442

1430

1407

98,5

—

—

■—

1467

1455

1442

1430

Таблица VIII

Вязкость водных растворов аммиачной селитры(в сантипуазах)

Температура, °C

Концентрация, вег. %

50

60

70

80

85

91,14

97,61

99,24

20

1,45

—

—

—

—

—

—

30

1,19

1,65

2,5

—

—

■—

—

—

40

1,00

1,30

2,05

—

—■

—

—

50

0,87

1,15

1,76

—-

—

—

—

—

60

0,76

1,02

1,55

2,5

—

■—

—

—

70

0,64

0,93

1,40

2,23

2,80

-—

—

—

80

0,60

0,85

1,28

2,0

2,55

■—

—

—

90

0,54

0,76

1,15

1,66

2,32

—

—

—-

100

0,48

0,70

1,06

1,60

2,15

3,87

—-

—

НО

0,42

0,64

0,78

1,55

2,02

3,45

—

—•

120

—

—

1,46

1,90

3,10

—

—

130

—

—

—■

1,34

1,80

2,81

—

—

Продолжение табл. VIII

Температура, °C

Концентрация, вес. %

50

60

70

80

85

91,14

97,61

99,24

140

—

1,71

2,57

150

—

—

—

4,79

160

— *

—

—

—

—

—

4,28

170

—

—

—

—

—

—

3,98

4,78

180

-—

—

-—

—

—

—

4,26

190

—

—

—

—

—

—

—

3,86

Таблица IX

Температура кипения водных растворов аммиачной селитры при различных давлениях

к(ё

Давление, мм рт. ст.

Температура кипения, °C

Давление, мм рт. ст.

Температура кипения, °C

® w ё К cum

Давление, мм рт. ст.

Температура кипения, °C

56,02

168,8

74,5

88,54

176,0

95,6

96,89

530,0

182,1

266,8

85,0

268,0

110,0

648.0

189,8

366,8

93,2

364,0

120,0

756,6

196,0

461,8

99,2

464,0

128,0

97,31

164,0

143,5

766,8

112,8

757,8

146,5

212,0

155,0

62,58

161,0

74,0

91,92

148,0

98,0

292,0

167.0

250,8

84.5

200,0

108,0

370.0

176,6

350,8

93,5

272,2

119,7

470,0

186.2

450,8

100,4

377,0

131,9

572,0

193,5

750,8

115,9

470,0

140,6

670,0

199,8

70,10

144,4

74,0

570,0

148,1

97,57

158,0

142,0

256,4

88,0

753,8

159,5

257.2

165,5

356,4

97,0

94,99

156,0

118,0

357,2

178,2

456,4

104,1

240,6

132,8

457,2

187,6

756,4

120.2

340,6

145,2

587,2

198,2

75,62

151,0

77,6

440,6

155,2

757,2

207,5

251,0

92,3

540,6

163,0

98,57

160,0

154,4

351,0

101,7

740,6

176,0

186,0

172,5

451,0

109,0

96,89

176,6

139,8

• 249,6

191,5

751,0

124,5

240,0

151,5

309,6

199,5

84,74

180,0

90,0

326,0

163,5

649,6

219,0

263,2

104,2

421,0

173,5

749,6

226,0

363,2

113,8

463,2

120,9

763,2

137,9

Таблица X

Теплоемкость водных растворов аммиачной селитры

Концентрация, вес. %

Температура, °C

Теплоемкость Ср, ккал/(кг-сС)

Концентрация, вес. %

Температура, °C

Теплоемкость Ср, ккал?(кг.°C)

2,91

16-38

0,9654

15,04

18

0,8797

9,18

18

0.929

28,5

26—37

0,7227

Концентрация, вес. %

Температура, °C

Теплоемкость с , ккал/(кг-°C)

Концентрация, вес. %

Температура, °C

Теплоемкость с ккал/(кг-°C)

47,1

63,9 67,0 84,0

18 20—52 20-52 20-52

Плотность I

0,697

0,6102

0,59 0,48

I вязкость в.

88,0

92,0

96,0

98,5

)дных растворе

20-52 20-52

20—"52 20-52

в мочевины

0,47

0,45

0,43

‘ 0,42

Таблица XI

Концентрация, вес. %

Температура, °C

15

30

45

60

75

90

15

35

55

75

1042

1099

Пл

1037 1091

1153

В я з к <

[ О Т Н О с т 1030 1083 1142

> с т ь, с г

ь, кг/м3 1022 1074 1133

1нтипуаз

,1014 1065

1124 1184

ы

1005

1054

1114

1175

15

35 55 .75

0,0125 0,016

0,009 0,0116 0,0179

0,007

0,0084 0,0132

0,0058

0,0073

0,0105

0,0049 0,0061 0,0027 0,0169

0,0042 0,0053 0,0075 0,0136

Температура кипения водных

Таблица XII растворов мочевины (в ®С)

при вакууме

Концентрация, вес. %

Вакуум, мм рт. ст.

710

660

560

410

20

40

51

69

81

40

43

56

71

84

60

45

61

76

90

80

Кристаллизуется

87

100

ЛИТЕРАТУРА

Бакластов А. М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. М., «Энергия», 1970. 568 с.

Борисов В. М., Жданов Ю. Ф. и др. Хим. пром., 1973, № 12, с. 905—907.

Воскресенский С. К., Лыков М. В. и др. Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты. Реферативная информация, НИУИФ, 1971, вып. 5, с. 3—5.

Воскресенский С. К., Серебряная Р. М. и др. Там же, вып. 7, с. 8—16.

Ильин В. И. Опыт производства фосфорной кислоты и двойного суперфосфата. Минск, Институт научно-техн, информации и пропаганды при Госплане БССР, 1967. 66 с.

Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е. М., «Химия», 1973. 784 с.

Кармышов В. Ф., Жданов Ю. Ф. и др. Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты. Реферативная информация, НИУИФ, 1972, вып. 6, с. 3—7.

Кармышов В. Ф., Милованова С. К. и др. Фосфорная промышленность, ЛЕННИИГИПРОХИМ, 1972, вып. 10, с. 42—50.

Клевке В. А., Поляков Н. И., Арсеньева Л. 3. Технология азотных удобрений. М., Госхимиздат, 1963. 392 с.

Колач Т. А., Радун Д. В. Выпарные станции. М., Машгиз, 1963. 400 с.

Копылев Б. А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л., «Химия», 1972. 312 с.

Коррозия и защита химической аппаратуры, т. 4. Под ред. А. М. Сухотина и В. С. Зотикова. Л., .«Химия», 1970. 272 с.

Кочетков В. Н., Борисов В. М. Техническая и экономическая информация. Серия «Экономика химической промышленности», НИИТЭХИМ, 1967, вып. 9, с. 37—61.

Лыков М. В. Сушка в химической промышленности. М., «Химия», 1970. 432 с.

Лыков М. В., Попов Н. П. и др. Производство фосфорных и комплексных удобрений. Обмен передовым научно-техническим опытом, НИУИФ, 1968, вып. 2, с. 3—6.

Лыков М. В., Попов Н. П. и др. Промышленность минеральных удобрений и серной кислбты. Реферативная информация, НИУИФ, 1973, вып. 1, с. 3—5.

Лыков М. В., Попов Н. П. и др. Промышленность удобрений и серной кислоты. Техническая и экономическая информация, НИУИФ, 1968, вып. 1, с. 3—16.

Лыков М. В., Попов Н. П., Рыжков А. А. Техническая и экономическая информация. Серия «Оборудование, механизация и защита от коррозии в химической промышленности», НИИТЭХИМ, 1967, вып. 6, с. 6—8.

Мельников Б. П., Кудрявцева И. А. Производство мочевины. М., «Химия», 1965. 168 с.

Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. Э. Процессы и аппараты химической технологии. М., Госхимиздат, 1962. 848 с.

Попов Н. П. Авт. свид. № 145889, 1961; Бюлл. изобр., 1961, № 7, с. 15.

Попов Н. П., Доюлова А. Н. и др. Промышленность минеральных удобре ний и серной кислоты. Реферативная информация, НИУИФ, 1972, вып. 8 с. 16—19.

Попов Н. П., Леушева М. Г. Промышленность удобрений и серной кислоты. Техническая и экономическая информация, НИУИФ, 1969, вып. 1, с. 6—8; вып. 2, с. 31—33.

Попов Н. П., Леушева М. Г., Серебряная Р. М. Хим. пром., 1973, № 3, с. 214—215.

Попов Н. П., Линов М. В. и др. Хим. пром., 1968, с. 846—848.

Попов Н. П., Ликов М. В. и др. Промышленность удобрений и серной кислоты. Реферативная информация, 1969, вып. 1, с. 9—11.

Попов Н. П.^ Линов М. В. и др. Труды НИУИФ, 1971, вып. 219, с. 25—34.

Попов Н. П., Линов М. В. и др. Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты. Реферативная информация, НИУИФ, 1972, вып. 1, А 10—13.

Попов Н. П., Ликов М. В., Леушева М. Г. Промышленность удобрений и серной кислоты. Техническая и экономическая информация, НИУИФ, 1968, вып. 2, с. 7—10.

Попов Н. П., Линов М. В., Леушева М. Г. Труды НИУИФ, 1971, вып. 219, ,с. 35—54.

Попов Н. П., Селезнева Т. М. Промышленность удобрений и серной кислоты. Техническая и экономическая информация, НИУИФ, 1968, вып. 2, с. 10-12.

Романовский Ю. С. Рамм В. М. и др. Труды НИУИФ, 1971, вып. 215, с. 40—50.

Серебряная Р. М.^ Попов Н. П. и др. Хим. пром., 1973, № 9, с. 676—678.

Удима П. Г. Аппараты с погружными горелками. М., «Машиностроение»,

/973. 272 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 3

Глава I. Основы техники выпаривания 4

Общие сведения 4

Выпарные аппараты поверхностного типа 5

Теплопередача * 5

Физические основы процесса выпаривания 7

Материальный и тепловой баланс при однократном и многократном выпаривании • 8

Создание вакуума в выпарных установках 12

Факторы, влияющие на производительность и интенсивность

работы выпарных аппаратов 13

Основные конструкции выпарных аппаратов 15

Выпарные аппараты контактного типа 19

. Особенности выпаривания контактным методом и характери-

стика топлива 19

Сжигание топлива 20

Основные свойства топочных газов и воздуха 21

Материальный и тепловой баланс выпарного аппарата . . . .24

Конструкции контактных выпарных аппаратов 25

Глава II. Выпарные установки производств минеральных удобрений 29

Установки для выпаривания экстракционной фосфорной кислоты 29 Особенности выпаривания фосфорной кислоты 29

Выпаривание в аппаратах поверхностного типа 30

Выпаривание в аппаратах контактного типа 40

Установки для выпаривания пульп минеральных удобрений 61 Выпаривание пульп аммофоса, сульфоаммофоса, нитрофоса и ни

троаммофоса 61

Выпаривание растворов аммиачной селитры и мочевины . . .81

Глава III. Эксплуатация выпарных установок 88

Монтаж, испытания и Приемка в эксплуатацию выпарных установок 88

Требования к монтажу аппаратуры 89

Требования к моптажу трубопроводов и арматуры 90

Испытания аппаратов, работающих под давлением и вакуумом 90 Документация 94

Подготовка к промышленной эксплуатации 95

Эксплуатация, ремонт и охрана труда при обслуживании выпарных установок 96

Технические испытания 96

Обслуживание установок с выпарными аппаратами поверхно- стпого типа 97

Обслуживание выпарных аппаратов контактного типа . . . .102

Приложения 108

Примеры расчета выпарных аппаратов 108

Вакуум-выпарной аппарат 108

Барботажный выпарной аппарат 109

Многокорпусная выпарная установка 112

Физико-химические свойства газов и растворов 116

Таблица I. Свойства насыщенного водяного пара 116

Таблица И. Средняя теплоемкость газов 117

Таблица III. Теплоемкость, вязкость и теплопроводность газов и паров 118

Таблица IV. Характеристика природных горючих газов . . .118

Таблица V. Элементарный состав и теплота сгорания топочного мазута 119

Таблица VI. Свойства водных растворов фосфорной кислоты 119

Таблица VII. Плотность водных растворов аммиачной селитры 120

Таблица VIII. Вязкость водных растворов аммиачной селитры120

Таблица IX. Температура кипения водных растворов аммиачной селитры при различных давлениях . .121

Таблица X. Теплоемкость водных растворов аммиачной селитры 121

Таблица XI. Плотность и вязкость водных растворов мочевины 122

Таблица XII. Температуры кипения водных растворов мочевины при вакууме• 122

Литература 126

Николай Петрович Попов

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ

Редактор Н. Р. Либерман

Технический редактор Е. М. СоболеваКорректор Л. С. Александрова

Подп. в печ.Бумага тип.Тираж 2000Подп. в печ.Бумага тип.Тираж 2000М-22809. Сдано в наб. 15/11 1974 г.??^И 1914 г- ф°Рмат бумаги 60 х 90V,.

Подп. в печ.

Бумага тип.

Тираж 2000

Подп. в печ.

Бумага тип.

Тираж 2000

К» 3. Усл. печ. л. 8. Уч.-изд. л. 8.95 экз. Заказ 840. Изд. М 586. Цена 21 коп.

Издательство «Химия», Ленинградское отделение

191186, Ленинград, Д-(86, Невский пр„ 28

Ленинградская типография № 6 «Союзполиграфпрома» при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.

196006, г. Ленинград, Московский пр., 91

н. п. ПОПОВ

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫВ ПРОИЗВОДСТВЕМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО УДОБРЕНИЯМИ ИНСЕКТОФУНГИЦИДАМ им. проф. Я. В. САМОЙЛОВА(НИУИФ)

н. п. ПОПОВ

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ

В ПРОИЗВОДСТВЕ

МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ

>

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ»

Ленинградское отделение -19 7 4

УДК 631.812 : 66.01 П58

Попов Н. П.

П58 Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений. Л., «Химия», 1974.

128 стр., 42 рис., 17 табл., список литературы 34 ссылки.

В книге кратко изложены основы техники выпаривания в аппаратах поверхностного и контактного типов. Подробно описаны отечественные и зарубежные технологические схемы, конструктивное оформление и основные показатели работы выпарных аппаратов производств минеральных удобрений. Для практического использования в приложении приведены примеры расчетов выпарных аппаратов и необходимые таблицы.

Книга является учебным пособием для подготовки и повышения квалификации цеховых работников, обслуживающих выпарные установки в производстве минеральных удобрений.

188

050(01)—74

© Издательство «Химия», 1974