Файл: Попов, Н. П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений [учебное пособие].pdf

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

ираствором.

Впленочных аппаратах раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки. Различают аппараты с поднима­ ющейся и опускающейся пленкой.

Эти аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачиt 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 боль­ шая. высота является их недостатком.

Вертикальный аппарат с поднимающейся пленкой состоит из пучка кипятильных труб, обогреваемых снаружи паром и при­ соединенных вверху к сепаратору. Жидкость подается снизу, причем уровень ее поддерживается на х/4—V5 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 теплопере­ дачи достигается лишь при определенном уровне жидкости, который устанавливается опытным путем: при превышении этого уровня коэффициент теплопередачи снижается, а при понижении умень­

шается 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 концентриро­ ванного раствора требуются длинные трубы (обычно 6—9 м). Такие трубы трудно чистить, в них сложно регулировать процесс при коле­ баниях давления греющего пара и начальной концентрации раствора. Кроме того, для размещения пленочных аппаратов необхо­ димо 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 по­ верхность нагрева оголится (из-за паровых пробок или случайных отложений твердых частиц), то в случае выпарки кристаллизующих­ ся или очень вязких растворов трубки зарастают. Чтобы создать тонкую, но устойчивую пленку жидкости, стекающую по внутренней поверхности трубок, поток необходимо закрутить. Для этого в верх­ нюю 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 аппа­ рате с опускающейся пленкой примерно такая же, как и в аппарате

споднимающейся пленкой.

Ваппаратах с опускающейся пленкой можно выпаривать только некристаллизующиеся растворы умеренной вязкости.

3. ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ КОНТАКТНОГО ТИПА

Особенности выпаривания контактным методом и характеристика топлива

Контактные выпарные аппараты позволяют выпаривать раствор без нагревательных элементов, так как основным источником тепла являются топочные (дымовые) газы, полученные в топках (погруж­ ных горелках), работающих на газообразном и жидком топливе. В зависимости от производительности и назначения они могут рас­ полагаться вне здания, на открытом воздухе и управляться дистан­ ционно 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-

имассообмен между греющим газом и упариваемым раствором. Коэффициент использования теплоты сгорания топлива при выпари­ вании в этих аппаратах достигает 90—95%.

Общее давление газовой фазы над раствором в контактных аппа­ ратах складывается из парциальных давлений продуктов горения

иводяного пара. В результате этого выпаривание растворов про­ исходит при пониженной температуре. Так, при выпаривании воды в аппаратах с погружными горелками при атмосферном давлении она закипает при 83—85 °С.

Природные газы являются наиболее распространенным видом

топлива. Их теплота сгорания * (теплотворная способность) коле­ блется в пределах от 5000—10000 ккал/м3. У нефтепромысловых газов теплотворная способность более высокая.

При крекинге нефтепродуктов, коксовании углей и при хими­ ческих процессах вырабатывается ряд горючих газов, которые могут быть использованы в выпарных аппаратах контактного типа. Теплота сгорания крекинг-газов достигает 17000 ккал/м3; коксового газа — 4000—4500 ккал/м3, генераторного газа — 1000—1200 ккал/м3.

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

* Здесь и далее даны характеристики для объемов газов, приведенных к нормальным условиям (0 °С, 760 мм рт. ст.).

Жидкие' топлива представляют собой продукты переработки сырой нефти, углей и горючих сланцев путем их перегонки, кре­ кинга, 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 аппа­ ратов контактного типа являются мазуты — остаточные тяжелые фракции при перегонке нефти. Важнейшие характеристики мазу­ тов — температура застывания и вязкость, которые определяют возможности их подачи по трубам к месту потребления. Для транс­ портирования и эффективного распыления в форсунках мазут не­ обходимо подогревать до 80 °С.

Сжигание топлива

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

Горючая часть топлива содержит органические соединения, в со­ став 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 то­ пливе — непроизводительный расход тепла. Наличие влаги в горю­ чей 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 обра­ ботке, 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 топ­ лива, Высшая <2в соответствует условиям, при которых все водяные пары, полученные при сжигании, переводятся в жидкое состояние. В практических условиях сжигания топлива водяные пары не кон­ денсируются, а удаляются с продуктами горения, унося определен­ ное количество тепла. Потому, е целью приближения к реальным условиям сжигания топлива, принято понятие низшей теплоты сго­ рания топлива 0 , которая определяется с учетом затрат тепла на образование водяных паров.

Теплоту сгорания топлива определяют путем сжигания его в калог риметрах.

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

20