Утилизация тепла сбросных жидкостей в аппаратах мгновенного вскипания

Содержание Введение 3 Основная часть 4 Список литературы 20 ВВЕДЕНИЕ Утилизация тепла загрязненных стоков В различных производствах химической про¬мышленности образуются значительные количества го¬рячих стоков и циркулирующих жидкостей, представ¬ляющих собой многокомпонентные системы. К ним отно¬сятся сточные воды в производстве кальцинированной со¬ды (дистиллерная жидкость), надсмольные воды коксо¬химических производств, фузельная жидкость в произ¬водстве спиртов, сажевая

вода в производстве ацетиле¬на, промывные воды из скрубберов в производстве хло¬ра и после установок термического обезвреживания жид¬ких и твердых промышленных отходов, стоки производ¬ства аммиачной селитры и карбамида, производство мо¬нохромата натрия, циркулирующие потоки в производ¬стве желтого фосфора, загрязненный конденсат и др. Наиболее распространенным компонентом горячих стоков промышленных предприятий являются различные минеральные вещества (соли кальция, натрия и маг¬ния).

В стоках содержатся ценные химические вещест¬ва (аммиак, метанол, спирты, хлор и др.), потеря кото¬рых отрицательно влияет на экономичность технологиче¬ских процессов. Кроме того, в стоках имеются вредные вещества, обезвреживание которых требует зачастую больших капитальных вложений. Методы и оборудова¬ние для термического обезвреживания минерализован¬ных промышленных сточных вод подробно описаны в работах. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ . Утилизация тепла в аппаратах мгновенного вскипания

Для утилизации тепла загрязненных стоков используют принцип мгновенного вскипания, который со¬стоит в том, что горячая загрязненная жидкость посту¬пает в камеру (испаритель), где поддерживается низкое давление (вакуум). Вакуум соответствует температуре насыщения, которая на 5—10° ниже температуры посту¬пающей жидкости. За счет скрытой теплоты парообразо¬вания происходит вскипание как с поверхности жидко¬сти, заполняющей нижнюю часть испарителя, так и с по¬верхности струи и капель, образующихся при вводе ее

в испаритель. Над испарителем располагается конденса¬тор — охладитель пара, образовавшегося в процессе мгновенного вскипания. Са¬мо название «мгновенное» вскипание свидетельствует о том, что процесс парооб¬разования происходит прак¬тически одновременно с поступлением жидкости в испа¬ритель. Процесс в испарительной - части аппарата протекает адиабатное, без подвода тепла извне. Впервые принцип мгновенного вскипания был реали¬зован в судовых установках для опреснении морской во¬ды

в начале 50-х годов и получил широкое распростра¬нение в 60-е — 70-е годы. На рис. 4.1 показан аппарат мгновенного вскипания и дана схема процесса упаривания. В трубное про¬странство конденсатора аппарата ■ может подаваться любая среда, которую необходимо подогреть. Соли и шламы, содержащиеся в исходной горячей жидкости, практически не попадают на трубы - конденсатора, тем самым обеспечивается надежная работа аппарата.

Исходная горячая жидкость в количестве G, при темпера¬туре I поступает в испаритель аппарата мгновенного вскипания. В аппарате происходит вскипание раствора при температуре t2. При этом из раствора выносите пар в количестве D при температуре насыщения tn и соответствующем давлении рн. Температура кипения раствора Щ всегда выше тем¬пературы кипения чистого растворителя /„ при одина¬ковом

давлении рн. Разница температур tr—tB=^b (тем¬пературная депрессия) зависит от природы растворен¬ного вещества и растворителя, от концентрации раство¬ра и от давления. Опытные значения температурной депрессии приводятся, как правило, при атмосферном давлении. Значение при любом давлении приближенно можно получить, пользуясь уравнением И. А. Тищенко. Рис. 1. Аппарат мгновенного вскипания и схема процесса вы¬паривания:

I — испарительная камера; 2 — кон¬денсатор; 3 — сборник конденсата. Вследствие температурной депрессии температура насыщения /„ ниже температуры t2 охлажденного рас¬твора, выходящего из аппарата. Конденсация пара чис¬того растворителя происходит при температуре tu и дав¬лении р„. Для обеспечения теплопередачи от конденси¬рующегося пара к охлаждающей (подогреваемой) среде в кон. На рис. 4.2 показана схема многоступенчатой уста¬новки мгновенного вскипания.

Горячая жидкость при температуре 90 °С подается в первую ступень 1, где вскипает и охлаждается на 5°. Вторичный пар при тем¬пературе 82,5 °С поступает на трубный пучок и, конден¬сируясь, передает тепло подогреваемой воде. Последова¬тельно проходя по остальным ступеням, охлажденная жидкость поступает в сборник 9, а затем насосом 8 уда¬ляется из установки. Образовавшийся в каждой ступе¬ни конденсат собирается в сборнике 10 и насосом 7 пе¬рекачивается потребителю.

Вакуум поддерживается системой воздухоотделения 5. Подогретая вода Горячая жидкость 4F=V Рис. 2. Схема утилизационной многоступенчатой установки мнгновенного вскипания: /—4 — аппараты мгновенного вскипания; 5 — система иоздухоотделенпя в — насос подогреваемой воды; 7 — насос конденсата; 8 — насос охлаждения денной жидкости; 9 — сборник охлажденной жидкости; 10 — сборник кон, денсата.

Промышленные установки для использования тепла загрязненных горячих жидкостей (УИТДЖ) Впервые предложение о применении принципа мгновенного вскипания для утилизации низкопотенци¬ального тепла сильно загрязненных и агрессивных жид¬костей химических производств было высказано М. С. Карнауховым в 1970 г. В 1974 г. на Стерлитамакском ПО «Сода» прошел промышленные испытания аппарат мгно¬венного вскипания для утилизации тепла дистиллерной

жидкости, являющейся отходом производства кальцини¬рованной соды, а в 1977 г. введена в эксплуатацию опытно-промышленная установка использования тепла дистиллерной жидкости УИТДЖ-500 Температура 95-105 °С Плотность, кг/м3 1126 Теплоемкость, 3.475 кДж/(кг-К) Содержание примесей, кг/м3 СаС12 117 NaCl 53 CaSO< и Са(ОН)2 2,6 NH, 0,1 взвесей (гипс, песок) 25

Количество жидкости на 8—9 1 т выпускаемой продук- ции, т Дистиллерпая жидкость, сбрасываемая в пруды-на¬копители, имеет следующую характеристику: Содержащиеся « дистиллерной жидкости химические вещества (соли кальция и натрия, амми¬ак) и тепло безвозвратно теряются При этом наряду с экономическими по¬терями наносится серьезный ущерб ок¬ружающей среде- загрязняются водоемы и атмосфера. Считалось, что от¬вод тепла от дистиллерной жидкости — технически не¬разрешимая

задача, так как попытки применить для этой цели поверхностные теплообменные аппараты не. Приносили успеха. На Стерлитамакском ПО «Сода» были проведены, промышленные испытания аппарата мгновенного вски¬пания с целью проверки его работоспособности, опреде¬ления теплотехнических характеристик и степени загряз¬нения внутренних поверхностей гипсовыми отложения¬ми. Аппарат мгновенного вскипания показан на рис. 4.3.

На рис. 4.4 приведена схема стенда для испыта¬ния аппарата. Горячая дистиллерня жидкость из тех¬нологического аппарата содового производства поступа¬ет в ресивер /, а затем насосом 6 подается в испари¬тельную камеру аппарата 3. Охлажденная в аппарате жидкость насосом 7 сбрасывается в пруд-накопитель. Образовавшийся в процессе выпаривания дистиллерной жидкости конденсат самотеком сливается в ресивер 2,

а затем периодически сбрасывается вместе с охлажден¬ной дистиллерной жидкостью. Для проверки аппарата в режимах работы всех шес¬ти ступеней утилизационной, установки требовалось из¬менять температуру входящей дистиллерной жидкости, также температуру во¬ды, поступающей на ох¬лаждение конденсатора. И в качестве охлаждающей «оды с заданной темпера¬турой использовали воду после различных техноло¬гических аппаратов содопроизводства. Температуру дистиллерной жидкости изменяли, добавляя горячую жидкость непосредственно

в аппарат, минуя ресивер /. Система удаления некон¬денсирующихся газов состоит из вакуум-насоса 5 и спе¬циального воздухоотделителя 4. В воздухоотделителе происходит конденсация из парогазовой смеси водяного пара и тем самым предотвращается его попадание в ва¬куум-насос. Рис. 4.3. Аппарат мгновенного вскипания установки УИТДЖ-500: ; 1 — патрубок подвода жидкости; 2 — испарительная камера 3 — брызгоотделнтель;

4 — сборник конденсата; 5 — конденсатор 6 — патрубок отвода конденсата; 7 — патрубок отвода жидкости также температуру во¬ды, поступающей на ох¬лаждение Ниже приведена техническая характеристика аппара¬та мгновенного вскипания: Расход, м3/чдистиллерной жидкости 500 охлаждающей воды 400 Температура, °С охлаждения дистиллерной жидкости. 4,8 подогрева охлаждающей воды ,

5,8 Тепловая производительность, МВт 2,71 Количество выработанного конденсата, т/ч 4,2 Поверхность теплообмена конденсатора, м2 94 Материал корпуса СтЗ труб ' Сталь 20 Размеры теплообменных труб, мм 25X21 Длина конденсатора, м 2,5 Число ходов в конденсаторе 2 • Масса незаполненного.аппарата, т 5 Определенную трудность представляет создание и поддержание вакуума

в аппарате, поскольку, во-первых, не существует герметичной запорной арматуры для ра¬боты на дистиллерной жидкости и, во-вторых, расход дистиллерной жидкости довольно велик, диаметры дистиллеропроводов доходят до 0,5 м. Применить какие-ли¬бо методы уплотнения пробковых чугунных запорных, вентилей большого диаметра не представляется возможным, поэтому аппарат был установлен на высоте более-10 м над уровнем насоса и все подводящие коммуника¬ции до запуска были заполнены холодной водой.

С по¬мощью вакуум-насоса из аппарата удалялся воздух, и одновременно открывались краны на подводящем и от¬водящем дистиллеропроводах. В аппарат поступала дистиллерная жидкость, вскипала и отдавала часть тепла охлаждающей воде. Вакуум в аппарате и сопротивление проходу пара по трубному пучку конденсатора измеряли ртутным дифманометром. Качество-конденсата определяли химическим анализом периодически отбирае¬мых проб. Температуру дистиллерной жидкости и подогреваемой воды измеряли с помощью термометров сопротивления

ТСМ-Х1, за¬меры контролировали ртутными лабораторными термометрами ТЛ-4. Расход охлаждающей воды определяли расходомером, ДМПК-ЮО (пределы измерения от 0 до 200—600 м3/ч, класс точ¬ности 2,0). Уровень дистиллерной жидкости контролировали с по¬мощью стеклянного указателя уровня. Расход дистиллерной жид¬кости определяли из уравнений материального и теплового баланса

Испытания проводились непрерывно в течение 240 ч и под¬твердили работоспособность выбранной конструкции аппарата мгно¬венного вскипания для утилизации тепла дистиллерной жидкости В результате были определены напряженность парового простран¬ства, влияние неконденсирующихся газов на процесс конденсации максимальная тепловая производительность аппарата, качество по¬лучаемого конденсата, коэффициент теплопередачи в аппарате. Было установлено, что из дистиллерной жидкости отгоняется до 25

%. аммиака, а коэффициент теплопередачи в среднем составлял 930 Вт/(м2-К). Испытания ПОЗВОЛИЛИ перейти к созданию крупной утилизационной установки УИТДЖ-500, с помощью ко¬торой тепло дистиллерной жидкости используют для подогрева питательной химически очищенной воды в кот¬лах ТЭЦ Стерлитамакского ПО «Сода». На рис. 4.5 показана принципиальная технологическая схема

УИТДЖ-500. В состав установки входит шесть аппаратов мгновенного вски¬пания. Суммарная тепловая производительность 11,6—15,1 МВт, ‘ расход дистиллерной жидкости 500 м3/ч, расход подогреваемой воды-400 м3/ч, температура дистиллерной жидкости на входе в установ¬ку 95 °С, на выходе — 65—70 °С. Вода подогревается в установке от 40 до 65 (72,5) °С. Дистиллерная жидкость из магистрального дистиллеропровода подается в кубовую часть аппарата 1, где

кипит, охлаждается и откуда через гидрозатвор поступает в аппарат 2, а затем последо¬вательно проходит остальные четыре аппарата. Переток жидкости через аппараты, установленные на одном уровне, осуществляется за счет нарастающего вакуума. В конденсатор аппарата 6 подается питательная вода из отделения химводоочистки ТЭЦ предприятия, которая, проходя последовательно через все аппараты противотоком к дистиллерной жидкости, подогревается, а затем направляется на деаэрацию.

Образовавшийся в аппаратах /—3 конденсат с боль¬шим содержанием аммиака выводится в сборник 7, а затем на¬сосом 9 перекачивается в цех абсорбции — дистилляции для исполь¬зования в технологическом процессе. Конденсат из аппаратов 4—6, содержащий незначительное количество аммиака, поступает в сборник 8 и используется как техническая вода в процессе гаше¬ния извести. Паровоздушная смесь из аппаратов откачивается вакуум-насо¬сом 12 через воздухоотделитель 14. При этом смесь просасывается последовательно через все аппараты

в аппарат 6, откуда подается в воздухоотделитель. В воздухоотделителе, трубчатка которого ох¬лаждается речной или оборотной водой, происходит конденсация водяного пара из смеси, тем самым повышается эффективность ра¬боты вакуум-насоса. В результате испытаний установки были определены технические характеристики, степень утилизации аммиака и качество конденсата. Измерение температур, расходов и давлений в аппа¬ратах производилось в установившихся режимах работы. В период профилактических остановок анализировалось состоя¬ние

теплообменных поверхностей аппаратов установки, определялись условия выпадения из дистиллерной жидкости шламов и гипса (инкрустации). Одновременно находились толщины гипсовых отло¬жений в соединительных и подводящих трубопроводах, на внут¬ренней поверхности испарительных камер аппаратов, на всасывающих и нагнетательных патрубках насосов дистиллерной жидкости. Исследования проводились в различных режимах при измене¬нии тепловой производительности установки от 4,6

до 15,1 МВт. При этом соответственно изменялись расходы дистиллерной' жид¬кости и охлаждающей воды, что позволило установить влияние от¬клонений от расчетных параметров' эксплуатации на продолжитель¬ность безостановочной работы установки. Исследования позволили определить минимальный расход дистиллерной жидкости и мини¬мальную температуру ее охлаждения, когда пробег установки (без остановок на чистку) составил 6 месяцев непрерывной работы (4320 ч). В ходе испытаний

УИТДЖ-500 установлено, что кипение дис¬тиллерной жидкости в процессе работы происходит стабильно, пе¬ретекание из аппарата в аппарат осуществляется без нарушений режимов, уровни в аппаратах поддерживаются ниже входных па¬трубков. Была определена максимальная напряженность парового пространства аппарата мгновенного вскипания, которая составила < 1,5—2,0 10s м3/(м2-ч). Среднее значение коэффициента теплопередачи в аппаратах из¬меняется во времени (рис. 4.6) и существенно зависит от степени загрязнения теплопередающих поверхностей

и герметичности уста¬новки (рис. 4.7). За два Рода эксплуатации коэффициент теплопе¬редачи снизился в среднем по установке на 25 %, что связано с увеличением термического сопротивления загрязнений и повышением со¬держания неконденсирующихся газов в паре вследствие ухудше¬ния герметичности установки. Измерения толщины слоя продуктов коррозии и отложений на теплообменной трубе, извлеченной из шестого аппарата после двух лет эксплуатации, показали, что тер¬мическое сопротивление загрязнений составляет

около 2,5 м2-К/Вт. Влияние термического сопротивления теплообменных поверхно¬стей и натекания воздуха в разных аппаратах установки проявля¬ется по-разному. В первом аппарате, работающем при относительно высокой температуре конденсации и с большим содержанием ам¬миака в парогазовой фазе, термическое сопротивление сказывается в большей степени, чем натекание воздуха п аппарат. В шестом же аппарате, наоборот, преобладающее влияние на теплопередачу ока¬зывает

герметичность установки. В аппаратах устанавливались образцы различных материалов (титан, сплавы меди, углеродистые стали, чугун) и изучались про¬цессы их коррозии. Исследуемые образцы помещали в жидкую фазу (испарительная камера), парогазовую среду (на уровне брызгоотделителя), а также в зону конденсации. Испытания продолжались в течение 520—1220 ч. Установлено, что в жидкой фазе (дистиллер¬ной жидкости) скорость коррозии всех металлов примерно одина-

Диститерная жидкость Химически очищенная дода Рис. 4.5. Принципиальная технологическая схема УИТДЖ-500: 1—6 — аппараты мгновенного вскипания; 7, 8 — сборники конденсата; 9, 10 — насосы конденсата; // — насос дистиллерной жидкости; 12 — вакуум* насос; 13 — сборник дистиллерной жидкости; 14 — воздухоотделитель. ковая и весьма незначительна, причем коррозия распределяется рав¬номерно.

Такая картина объясняется защитным действием гипсовых отложений, покрывающих образцы. Защитные пленки прочно осе> дают на поверхностях, и их удаление затруднено. Скорость корро¬зии составляет для углеродистых сталей 0,04—0,1 мм/год, для спла¬вов меди 0,08—0,18 мм/год. Титан в жидкой фазе не корродирует. В парогазовой фазе исследуемые образцы также покрыты от¬ложениями, которые удаляются значительно легче, чем в жидкой фазе.

Коррозия здесь происходит более интенсивно и неравномерно (пятнистая). Скорость коррозии для углеродистых сталей 0,1— 0,18 мм/год, для сплавов меди — 0,22—0,34 ммД-од, титан в этой среде не корродирует. В зоне конденсации коррозия углеродистой стали имеет язвен¬ный характер, скорость ее составляет 0,2—0,5 мм/ год. Сплавы меди заметно корродируют под влиянием аммиака. Скорость коррозии чугуна примерно такая же, как и стали, но характер коррозии бо¬лее равномерный.

Титан и в этих условиях практически не корро¬дирует. Скорость коррозии образцов, установленных в жидкой фазе первого и шестого аппаратов, практически неизменна. Все образцы углеродистых сталей, кроме СтЗкп, в парогазовой фазе первого ап¬парата корродируют на 10—1.5 % больше, чем в тех же условиях шестого аппарата. Образцы из стали СтЗсп и чугуна СЧ 18-36, раз¬мещенные в зоне конденсации шестого аппарата, имеют скорость

Рис. 4.6. Изменение во времени среднего значения коэффициента теплопередачи в аппаратах УИТДЖ-500: Рис. 4.7. Зависимость среднего значения коэффициента теплопере¬дачи К в аппаратах УИТДЖ-500 от степени загрязнения теплопе¬редающих поверхностей и герметичности установки: Яя — термическое сопротивление загрязнений теплопередающих поверхностей конденсатора; GB — расход охлаждающей воды; у —натекание воздуха, % (масс); /,

2, 3, 4 — у равно соответственно 0; 0,5; 1,0 и 3,0. коррозии примерно в 2 раза более высокую, чем в первом аппарате Это объясняется повышенным содержанием воздуха в шестом ап¬парате. Вследствие интенсивного процесса выпадения гипса на поверх¬ности образцов не удалось обнаружить различия в скорости корро¬зии сварных и цельных образцов. Все углеродистые стали по по¬тере массы можно отнести к стойким материалам (5-й балл по шкале коррозионной стойкости), однако по глубине язвенной кор¬розии

углеродистая сталь переходит в группу пониженно стойких материалов. Испытания показали, что цельнотянутые теплообменные трубы из стали 20 имеют срок службы до пяти лет, а элек¬тросварные — не более трех лет вследствие развития электрохимиче¬ской коррозии в сварном шве. Количество и качество конденсата, получаемого в УИТДЖ-500, зависит от режима ее работы. Суммарное количество конденсата в период исследований составляло от 9 до 24 м3/ч, что соответст¬вовало 4,1—5,2

% от количества дистиллерной жидкости, подавае¬мой на упаривание. Конденсат подвергался анализу на содержа¬ние хлора, аммиака и железа. По содержанию хлора и аммиака конденсат из аппаратов установки можно разделить на две груп¬пы: после первых трех аппаратов в конденсате содержится 0,07 кг/м3 хлора и 1,05 кг/м3 аммиака, после трех последних аппа¬ратов в конденсате содержится 0,865 кг/м3 хлора и 0,69 кг/м3 ам¬миака.

В химически очищенной воде при прохождении ее через аппараты установки содержание железа не повышалось как в пе¬риод работы установки, так и в моменты отключения подачи дис¬тиллерной жидкости (т. е. без подогрева воды). По содержанию хлора в конденсате можно судить о брызгоуносе в аппаратах установки. Испытания показали, что вследствие вы¬сокой напряженности парового пространства в последних трех ап¬паратах установки наблюдается значительный брызгоунос, и для защиты теплообменных поверхностей от коррозии нужно

применять надежные брызгоотделительные устройства. Установлено, что количество отогнанного аммиака существенно зависит от времени пребывания жидкости в аппарате установки, т. е. от продолжительности кипения. Специалистами Стерлитамак-ского ПО «Сода» показано, что для отгонки аммиака из дистиллер¬ной жидкости на 85 % продолжительность кипения при атмосфер¬ном давлении должна составлять около 10 мин.

В установке про¬должительность кипения дистиллерной жидкости в аппаратах со¬ставляет 3—4 мин, что соответствует степени отгонки аммиака до 60%. Длительные испытания УИТДЖ-500 позволили установить мес¬та наибольшего выпадения гипсовых отложений (инкрустаций). К ним относятся переточные трубопроводы (гидрозатворы) между аппаратами и трубопровод, по которому дистиллерная жидкость от¬водится из установки. Длительность безостановочной работы уста¬новки зависит

от температурного режима. Чем ниже температура дистиллерной жидкости, выходящей из последнего аппарата уста¬новки, т. е. чем больше утилизируется тепло, тем меньше время пробега установки. При охлаждении дистиллерной жидкости до 70—75 °С время пробега без чистки составляет 6—7 месяцев, а при охлаждении до 55—60 °С — вдвое меньше. Исследования, проведенные сотрудниками НИОХИМа, показа¬ли, что отложения в каждом аппарате

УИТДЖ-500 не одинаковы по составу и по количеству, что также зависит от температуры вакуумного упаривания дистиллерной жидкости. Специалиста* ми НИОХИМа рекомендован ряд технологических мер, позволяю¬щих вести безынкрустационный режим работы УИТДЖ и трубопроводов. В частности, предложено направлять в установку жидкость, содержащую только чистый дигидрат сульфата кальция CaSO«-2H2O отложения которого легко смываются в процессе чистки.

Если в установку подается жидкость, содержащая в твердой фазе дигидрат: и полугидрат сульфата кальция , необходимо перед подачей в УИТДЖ подобрать соотношение между ними 3: 1 (пода-мая жидкость, содержащую чистый дигидрат), тогда переход полу¬гидрата в дигидрат произойдет в установке за 5 мин. Для обеспечения быстрого перехода полугидрата в дигидрат температура дистиллерной жидкости на выходе из установки долж¬на быть не ниже 60 °С. При более низких температурах выходящей дистиллерной жидкости

наблюдалось следующее. Стенки испари¬тельных камер первых четырех аппаратов за 2—3 месяца непрерыв¬ной работы покрывались слоем толщиной около 3 мм, состоящим из полугидрата сульфата кальция. В последних двух аппаратах стен¬ки испарительных камер были покрыты рыхлым слоем дигидрата толщиной 2,5—3 мм. В переточных трубопроводах (гидрозатворах) характер отложений был такой же, как в первых четырех аппаратах. Длительные промышленные испытания УИТДЖ-500 позволили изучить процессы, протекающие в установке,

определить оптимальные режимы ее работы, уточнить значения расчетных параметров, определить продолжи¬тельность безостановочного пробега и т. д. В процессе испытаний доказано, что можно надежно использовать тепло самых загрязненных и коррозионно-активных горячих сточных вод химических производств. Результаты испытаний УИТДЖ-500 позволили раз¬работать ряд подобных установок для содовых предпри¬ятий, а также для предприятий, производящих синтетический каучук, ацетилен, фосфор, коксохимические про¬дукты

и др. Тепло дистиллерной жидкости можно использовать для следующих целей: подогрев питательной воды промышленных котельных; теплофикация и горячее водоснабжение прилегающих к предприятию жилых посели ков; получение технологического холода; отопление про¬изводственных цехов; предварительное концентрирование дистиллерной жидкости в производстве из нее хлорида кальция; полная переработка дистиллерной жидкости с получением хлорида кальция, поваренной соли и шлама для производства бесцементного связующего как

строительного материала; упаривание исходного рассола при производстве кальцинированной соды из морской рапы. Рис. 4.8. Принципиальная схема УИТДЖ-450: »—5 —аппараты мгновенного вскипания; 7 — воздухоотделитель; S — вакуум-насос; 9 — насос дистиллерной жидкости; 11, 14 — сборники конденсата; 10 — сборник дистиллерной жидкости; 12, 13 — конденсатные насосы; 15 — узел химической очистки воды.

Для каждого из перечисленных направлений разра¬ботаны установки мгновенного вскипания. На рис. 4.8 показана принципиальная схема установки использования тепла дистиллерной жидкости УИТДЖ-450 для нагрева сырой и химически очищенной, питательной воды котельных. В установку входят шесть аппаратов мгновенного вскипания /—6, теплопередаю щая поверхность конденсатора в каждом аппарате f= I -=200 м2. Питательная вода (сырая) подается в труб- ное пространство конденсатора

аппаратов 6, 5 (противотоком к дистиллерной жидкости), подогревается в них. до 35 °С, а затем направляется в узел химической очи¬стки 15. Химически очищенная вода поступает в аппа-¬ рат 4 и затем последовательно проходит через осталь-¬ ные аппараты, где окончательно подогревается до 80 °С. Подогретая вода поступает в котельную предприятия Ниже приведена техническая характеристика УИТДЖ-450:

При производстве кальцинированной соды из морской рапы технология получения концентрированного очищенного рассола включает следующие стадии: подо¬грев сырого рассола (до 20—25 °С в зимнее время) па¬ром из котельной, концентрирование сырого рассола в открытых солерастворителях за счет привозной пова¬ренной соли (от концентрации 210 г/л до 285—310 г/л), очистку рассола. Такая технология затрудняет поддер¬жание в; течение года постоянной концентрации (310 г/л) очищенного

рассола из-за меняющихся количеств атмосферных осадков и температуры окружающей среды. Тем самым существенно ухудшаются экономические и технические показатели производства соды. Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» со¬вместно с НИОХИМом и Институтом теплофизики СО АН СССР разработан способ получения очищенного рас¬сола из морской рапы [35] путем использования тепла дистиллерной жидкости в установке мгновенного1 вски¬пания (рис.

4.9). Сырой рассол подают в трубный пучок конденсаторов аппаратов мгновенного вскипания первого каскада 1. Здесь рассол подогревается до 25—55 °С (в зависимости от температуры наружного воздуха) и по¬ступает в узел очистки 2. В соответствии с условиями работы узла температура поступающего рассола не дол¬жна превышать 55 °С. Очищенный.рассол по¬дается в аппараты мгно¬венного вскипания второ¬го каскада 3 установки, Рис. 4.9. Установка использо- вания тепла дистиллерной жид- кости для получения упаренно- го очищенного

рассола: 1 — аппараты мгновенного вскипа- ния 1-го каскада; 2 — узел очист- ки подогретого сырого рассола; 3— аппараты мгновенного вскипания 2-го каскад*. Упареннш рассоп — Очищенный рассол где нагреваются до 65—85 °С за счет тепла поступаю¬щей сюда горячей дистиллерной жидкости. Затем подо¬гретый очищенный рассол поступает в испарительные ка¬меры аппаратов мгновенного вскипания первого каскада. За счет прогрессирующего вакуума в аппаратах каскада рассол перемещается

из аппарата в аппарат и одновре¬менно упаривается. В каждом аппарате первого каскада из рассола испаряется 1—2% воды, при этом температу¬ра его снижается на 2—10 °С. Образовавшийся в первом каскаде конденсат используется для подпитки системы оборотного водоснабжения, а конденсат из второго кас¬када направляется на технологические нужды. В летнее время, когда концентрация исходного рас¬сола достаточно высока, теплом дистиллерной жидкости

в этой же установке (во 2-м каскаде) подогревается, химически очищенная питательная вода для котельной предприятия. При проектировании описанной установки возникли вопросы, ответы на которые можно было получить лишь после работы на опытной установке. Во-первых, требо¬валось установить, из каких материалов могут быть из¬готовлены аппараты, чтобы предотвратить загрязнение очищенного рассола метанолом. Во-вторых, необходимо было определить скорость загрязнения внутренних по¬верхностей конденсаторов отложениями,

выпадающими из сырого и очищенного рассола. Наконец, требовалось изучить процессы адиабатного кипения высококонцент¬рированного рассола, определить температурные депрес¬сии в различных режимах работы, найти зависимость Рис. 4.10. Принципиальная схема опытной установки мгновенного вскипания в цехе кальцинации Крымского содового завода: / —■ теплообменник для нагрева сырого рассола; 2 — теплообменник для нагрева очищенного рассола; 3 — аппарат мгновенного вскипания;

4, 5 — баки для рассола; 6, 7 — насосы; 8 — вакуум-насос. коэффициента теплопередачи от степени загрязнений внутренних поверхностей конденсаторов аппаратов мгно¬венного вскипания. Для достижения указанных целей была изготовлена опытная установка, прошедшая испытания в цехе кальцинации Крымского со¬дового завода. Сырой рассол нагревается горячей водой в тепло¬обменнике 1 (рис. 4.10), очищенный — в теплообменнике 2. Нагре¬тый очищенный рассол поступает в испарительную камеру

аппарата мгновенного вскипания 3, упаривается и сливается в бак 4, в ко¬торый подается также образовавшийся в аппарате конденсат. Для моделирования условий работы промышленной установки •в аппарате мгновенного вскипания предусмотрено два конденса¬тора: в одном в качестве охлаждающей среды используют воду, в другом — холодный очищенный рассол. Очищенный рассол насосом 6 подается в конденсатор, а подогретый в аппарате рассол сли¬вается в бак 5. Требуемая температура очищенного рассола, пода¬ваемого в конденсатор, поддерживается

путем подачи в бак 5 хо¬лодного рассола и сброса нагретого рассола в технологические ап¬параты. Неконденсирующиеся газы из аппарата мгновенного вски¬пания удаляются вакуум-насосом 5. Теплообменники /, 2 выполнены в виде восьмиэлементных ап¬паратов типа «труба в трубе». Рассол движется по внутренней трубе диаметром 38X3, а по кольцевому каналу между внешней тру¬бой диаметром 57x3,5 и внутренней трубой проходит горячая во¬да. Теплопередающая поверхность каждого теплообменника 2,7 м2.

Корпус аппарата мгновенного вскипания изготовлен из трубы размером 325X8, высота цилиндрической части 2 м. Поверхность теплообмена верхнего конденсатора 2,4 м2, нижнего — 0,25 м2. В нижнем конденсаторе установлены сменные трубы, изготовленные из различных металлов. Горячий рассол подают в аппарат мгновен¬ного вскипания тангенциально через три штуцера. Уровень жидко¬сти в аппарате поддерживается выше входных штуцеров, упарен¬ный рассол отводится из нижней

части (конического днища) через гидрозатвор в бак 4. Под каждым конденсатором установлен сбор¬ник конденсата с индивидуальным выводом его. Наличие отложений в теплообменниках / и 2 и в конденсато¬рах аппарата определяли косвенным путем — по снижению коэф¬фициента теплопередачи во времени. Кроме того, был проведен ана¬лиз рассола до и после подогрева на содержание хлора, ионов

SO+ и на щелочность. Об уносе рассола вторичным паром при кипении в аппарате 3 можно судить по содержанию хлора в конденсате. В результате испытаний опытной установки в промышленных условиях установлено следующее: отложения легко смываются; ко¬эффициент теплопередачи снижается в первые 14—20 ч работы от 1700 до 1100 Вт/(м2-К), а затем в течение длительного времен», остается неизменным; единственным стойким материалом в среде сырого и очищенного рассола, является титан.

На опытной установке удалось проверить работоспособность элементов аппарата мгновенного вскипания (брызгоотделителя, узла- ввода жидкости в аппарат, системы удаления неконденсирующихся газов и др.). . . ' В работах описаны способы получения хлоридов кальция и натрия из дистиллерной жидкости пу¬тем использования ее тепла в установках мгновенного вскипания. Для снижения энергетических затрат на дей¬ствующих производствах хлорида кальция в Сибирском филиале НПО «Т;жнергохимпром» разработана уста¬новка мгновенного вскипания

для предварительного упа¬ривания дистиллерной жидкости (рис. 4.11) за счет теп¬ла самой жидкости. Установка работает следующим об¬разом. Дистиллерная жидкость при температуре 90— 110°С из дистиллера 1 направляется в первый каскад последовательно соединенных аппаратов мгновенного вскипания 2, где упаривается до концентрации хлорида кальция, равной 11 %. Упаренная жидкость подается в карбонизатор 3 для насыщения ее диоксидом углерода.

Насыщенный раствор поступает в отстойник 4, где твер¬дая фаза отделяется от жидкости. Осветленная жидкость транспортируется в емкость 5 Здесь она смешивается с затравочными кристаллами сульфата кальция, поступающими из выпарной стан¬ции 8. Отсюда жидкость с затравкой направляется в трубное пространство аппаратов 2, где нагревается до 80— ЮО °С. Подогретый раствор поступает во второй; каскад—аппараты 6 и далее —в третий каскад — аппараты 7.

На выходе третьего каскада концентрация хло¬рида кальция в растворе повышается до 14 %, а темпе¬ратура раствора понижается до 60 °С. Затем упаренный •раствор направляется в трубное пространство аппара¬тов второго каскада, где его догревают до 70 °С и далее "направляют на выпарную станцию 8. Здесь раствор кон¬центрируется до 38—40 % и отправляется потребителю. Кристаллы сульфата кальция отделяют от продукцион¬ного раствора и направляют на смешение с осветленной

жидкостью в емкость 5. В качестве охлаждающей среды в ступенях третьего каскада используют химически .очищенную питательную воду котельной. Конденсат, образовавшийся в аппаратах мгновенного вскипания, используют для технологических целей. При проектировании установки для предварительного упари¬вания дистиллерной жидкости необходимо было проверить в про¬мышленных условиях скорость образования накипи при нагреве ос¬ветленной жидкости в трубах конденсаторов аппаратов мгновенного вскипания.

С этой целью Сибирским филиалом НПО «Техэнерго-химпром» совместно с НИОХИМом проведены испытания опытной установки на Славянском ПО «Химпром». Установка состоит из трех десятиэлементных теплообменников типа «труба в трубе», со¬единенных последовательно. В первом теплообменнике осветленная дистиллерная жидкость охлаждается от 90 до 45 °С водой из си¬стемы оборотного водоснабжения. В двух последующих теплообмен¬никах осветленная дистиллерная

жидкость нагревается до 90СС горячей водой (конденсатом). Теплоносители во всех теплообмен¬никах движутся противотоком. Осветленная дистиллерная жидкость подается в теплообменные трубы диаметром 38X3 со скоро¬стью 1,2 м/с. В результате испытаний получены данные о скорости образования отложений на поверхностях из различных материалов. Ус¬тановлено, что наиболее пригодным конструкционным материалом в данном случае является

титан. Применение его позволит надежно эксплуатировать установку в течение 20 лет, поскольку на поверх¬ностях из титана образуются очень тонкие отложения накипи, которые легко удаляются химическими реагентами. Приведенные схемы установок утилизации тепла дис¬тиллерной жидкости для различных технологических целей говорят о широких возможностях использования принципа мгновенного вскипания при утилизации низ¬копотенциального тепла. Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» сов¬местно с

Институтом теплофизики Сибирского отделе¬ния АН СССР разработаны установки мгновенного вски¬пания для использования низкопотенциальных ВЭР в производствах синтетических спиртов, капролактама» ацетилена.* желтого фосфора, синтетического каучук», карбамида, хлора и других продуктов [28]. Установки с аппаратами мгновенного вскипания мож¬но использовать для охлаждения циркулирующих жид¬костей, контакт которых с охлаждающей средой через стенку недопустим.

В производстве желтого фосфора электротермическим методом [38] печные газы, содержащие фосфор, очища¬ются от пыли и направляются в конденсаторы баромет¬рического (смесительного) типа. Сконденсировавшийся; фосфор собирается под слоем воды в емкости, а затем» перекачивается потребителям. Отходящие горячие газы направляются на сжигание в печах или открытым факе¬лом '(«на свече»). Применение поверхностных конден¬саторов может привести к кристаллизации фосфора на поверхности труб

и ухудшить процесс теплопередачи. По¬этому Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» совместно с Чимкентским ПО «Фосфор» [39] разработа¬на установка (рис. 4.12), в которой охлаждение цирку¬лирующей воды происходит в аппарате мгновенного» вскипания. Выходящий из электротермической печи / газ, со¬держащий пары желтого фосфора, поступает в электро¬фильтр 2, где из него удаляется уносимая из печи пыль. Очищенный газ при температуре 250—300 °С подается в

Принципиальная схема установки охлаждения циркуляционной воды в производстве желтого фосфора: 1 — электротермическая печь; 2 — электрофильтр; 3 — «горячий> конден¬сатор; 4 — «холодный> конденсатор; 5 — аппарат мгновенного вскипания; 6 — холодильная машина; 7 — вакуум-насос. -«горячий» конденсатор 3, где происходит конденсация фосфора на струях воды. Здесь конденсируется до 99 % желтого фосфора.

Затем охлажденный печной газ при температуре не выше 60 °С поступает в «холодный» кон¬денсатор 4, в котором газ и оставшиеся пары фосфора доохлаждаются циркулирующей холодной водой. Из конденсатора циркулирующая вода, содержащая фосфор, поступает в кубовую часть аппарата мгновен¬ного вскипания 5, кипит в вакууме и охлаждается до :10—15 °С. Пар конденсируется на наружной поверхно¬сти труб, отдавая тепло хладоагенту, поступающему ш холодильной

машины в трубное пространство аппа¬рата 5. Холодильная машина 6 может быть как абсорб¬ционного, так и компрессионного типа. Охлажденная в аппарате мгновенного вскипания циркулирующая вода подается в форсунки холодного конденсатора, где печной газ охлаждается от 60 до 17 °С. При такой темпе¬ратуре отходящие газы содержат минимальное количе¬ство фосфора. В описанной установке аппарат мгновенного вскипа¬ния играет роль испарителя холодильной машины.

При этом исключается непосредственный контакт между ох¬лаждаемой жидкостью и холодильным агентом и обес¬печивается безаварийная работа системы. В коксохимическом производстве образуются горя¬чие надсмольные сточные воды, содержащие аммиак, фенол, сероводород, смолы, масла и т. д. Тепло над* смольных вод не используется, а содержащиеся в них, химические вещества безвозвратно теряются, загрязняя окружающую среду. На рис. 4.13 показана принципиальная схема устано¬вок мгновенного вскипания

для утилизации тепла сточ¬ных вод коксохимического производства и извлечения из них ценных химических веществ [40]. Надсмольная во¬да после аммиачного дистилляционного агрегата и пароциркуляционной установки /, где происходит частич¬ная отгонка аммиака и фенола направляется в установ¬ку мгновенного вскипания 2. Здесь происходит ее охла¬ждение от 95 до 50 °С в результате кипения в вакууме. Водяной пар, содержащий аммиак и фенол, конденсиру¬ется на трубах.

Дистиллят с аммиаком и фенолом на¬правляется на отгонку аммиака и обесфеноливание в-агрегат 1. Охлажденная до 50 °С надсмольная вода по¬дается на биологическую очистку. Подогретая в кон¬денсаторах установки 2 вода направляется в сеть тепло¬фикации и горячего водоснабжения предприятия. В Сибирском филиале НПО «Техэнергохимпром» раз¬работана : конструкция установки мгновенного вскипа¬ния для утилизации тепла надсмольных вод коксохими¬ческих производств

Рис. 4.14. Общий вид установки мгновенного вскипания для ути¬лизации тепла сточных вод коксохимического производства: 1 — охлаждающая вода; // — надсмольная вода; /// — неконденсйрующие» ся газы; 1—испарительная камера; 2 — конденсатор; 3 — гидрозатвор. фузельной жидкости Саратовского ПО «Ни¬трон» разработана многоступенчатая уста¬новка мгновенного вскипания колонного типа (рис.4.15). Рис. 4.15. Многоступенча¬тая установка для исполь¬зования тепла фузельной жидкости: / —

сетевая вода; // — фузельная жидкость; /// — кон¬денсат; / — испарительная сту¬пень; 2 — конденсатор; 3 — поддон; 4 — брызгоотделитель; 5 — патрубок для перетопка фу¬зельной жидкости.