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

концы которых погружены в раствор. При перемешивании раствора и теплоносителя происходит интенсивное испарение воды и частично раствора. Из камеры I I I отходящие газы поступают по барботажной трубе 3 в камеру II. Для повышения температуры парогазовой смеси в эту камеру по барботажной трубе 4 подается дополнительно неко­ торое количество свежих топочных газов. Из камеры II газы вместе

спарами раствора и воды по барботажной трубе 5 направляются

вкамеру I, где отдают тепло на подогрев исходного слабого раствора. Упаренный раствор удаляется по трубе 8 из камеры III.

Отходящие гаш

трубы для отходящих газов; 6 — труба для подачи слабого раствора; 7 — цилиндрический корпус; 8 — труба для отвода упаренного раствора.

Противоток раствора и газов позволяет лучше использовать тепло топочных газов, но потери тепла с отходящими газами значи­ тельны. Кроме того, происходит большой унос паров раствора, ко­ торые 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 дости­ гается интенсивный теплообмен. В крышке корпуса 1 аппарата рас­ положена одна горелка 2 (как показано на рисунке) или несколько. Горелки погружены под уровень выпариваемого раствора. Уровень раствора в аппарате поддерживается постоянным с помощью перели­ вной 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

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

Большой практический интерес представляют скоростные прямо­ точные распиливающие аппараты. На рис. 6 представлена схема уста­ новки 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 пель уносится газовым потоком

при температуре 900—1000 °С. Здесь газ охлаждается до 220—230 °С, во второй трубе 6 — до 100—150 °С. Скорость газов в трубах Вентури 100—150 м/с. Гидравлическое сопротивление установки 1700— 1750 мм вод. ст.

В описанной выпарной установке благодаря высокой интенсив­ ности процесса температура раствора в трубе ниже, а время сопри­ косновения раствора с топочными газами меньше, чем в барботажных аппаратах с погружными горелками и в аппаратах барабанного типа. Это снижает степень разложения раствора и уменьшает коли­ чество образующегося тумана.

Такие установки в ближайшее время могут найти широкое рас­ пространение 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 распиливается форсунками.

27

Г Л А В А II

ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ ПРОИЗВОДСТВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ

1. УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ к и с л о т ы

Особенности выпаривания фосфорной кислоты

Экстракционная фосфорная кислота, получаемая в основном дигидратным способом, содержит не более 30—32% Р 20 5. В неболь­ ших количествах производят фосфорную кислоту полугидратным способом — она содержит 40—45% Р20 Б. Однако для производства концентрированных фосфорных и сложных удобрений требуется фосфорная кислота, содержащая 37—55% Р 20 Б, а для получения полифосфатов аммония и концентрированных жидких удобрений — полифосфорная кислота с 72—83% P2Os. 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 большин­ ство известных металлов, сплавов и силикатно-керамических мате­ риалов. Коррозия резко усиливается, если в выпариваемом растворе содержится 2—5% свободной H 2S04. Поэтому к такой кислоте, поступающей на выпаривание, целесообразно добавлять столько

Выделяющиеся в процессе выпаривания осадки забивают аппа1ратуру, 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 при­ месей — 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 H 2S04 уменьшается осаждение солей кальция (их меньше в исходной кислоте) и усиливается выделение солей железа и алюминия. Осадки состоят обычно из сульфатов и фосфатов кальция, железа и алюми­ ния, фторида и кремнефторида кальция.

При стоянии исходной фосфорной кислоты (28—32% Р 20 6) осаждаются главным образом сульфат кальция и кремнефторид на­ трия, а также небольшое количество комплексных кремнефторидов,

Твердые вещества, содержащиеся в упаренной кислоте (50— 54% Р 20 5), состоят из смеси изолированных однозамещенных орто­ фосфатов железа, алюминия и кальция.

От того, сколько примесей содержится в сырье и в экстракцион­ ной кислоте, зависит, до какой конечной концентрации ее можно довести. Кислоту с 53—55% Р 20 6 можно получить из относительно мало загрязненных фосфатов — апатитового концентрата или обога­ щенных высокосортных фосфоритов.

Кислота, полученная из низкокачественного фосфорита и упарен­ ная до 40—45% Р 20 5, может после охлаждения превратиться в гу­ стую камнеобразную массу. Кислоту из необогащенных фосфоритов Каратау можно упаривать только до 37—48% Р 20 5, 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 °С он разлагается, и образуются очень мелкие, а потому трудно осе­ дающие кристаллы фторида магния — они-то и дают такой эффект.

По мере увеличения концентрации фосфорной кислоты возра­ стает давление пара растворенной в ней кремнефтористоводородной кислоты H2SiFe и значительная ее часть удаляется в виде смеси четырехфтористого кремния SiF4 и фтористого водорода HF. При выпаривании кислоты до 55—57% Р20 5 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». Проект­ ная производительность одной установки, в состав которой входят три одинаковых параллельно работающих вакуум-выпарных аппарата, по Р20 5 340 т/сутки, по выпаренной воде 16,83 т/ч (при концентри­ ровании фосфорной кислоты от 32 до 54% Р 20 5).

При пуске установок выявились следующие основные недостатки.

1.Происходила интенсивная коррозия пластинчатых теплообмен­ ников (как по швам, так и по основному металлу) и крышек тепло­ обменных пучков в верхней части трубок поверхностных конденса­ торов, выполненных из стали типа 0Х23Н28МЗДЗТ.

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

3.Из испарителей вместе с паром уносилось столько фосфорной кислоты, что в промывных башнях получалась кремнефтористоводо­ родная кислота с увеличенным содержанием Р20 5 (0,5—0,7%).

30