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

Пришлось пластинчатые теплообменники из нерзкавеющей 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 испа­ рителей вакуум-выпарных аппаратов установлены центробежные брызгоотделители. Верхнюю часть и трубчатку поверхностных кон­ денсаторов выполнили из отечественной стали 0Х23Н28МЗДЗТ. Для предотвращения забивки теплообменника, в циркуляционном контуре установили ловушку.

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

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

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

Исходная фосфорная кислота (28—30% Р 20 5, 2,0—3,8% S03, 1,57—1,73% F) поступает в выпарной аппарат через подъемную трубу между теплообменником 1 и испарителем 2. Упаренная ки­ слота (51—53% Р 20 5, 3,7—4,4% S03, 0,6—0,8% F) выводится из испарителя самотеком в хранилище. Температура кислоты в испари­ теле 85—90 °С.

В вакуум-выпарном аппарате с графитовым теплообменником 1, обогреваемым паром (избыточное давление 2,5 ат), интенсивная цир­ куляция 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.

31

Очищенный роковый пар конденсируется в поверхностном кон­ денсаторе 8.

В состав вакуум-выпарного аппарата входят гуммированный испаритель-сепаратор (диаметр 3350 мм, высота 6300 мм), графитовая греющая камера (диаметр 1150 мм, высота 5590 мм) и осевой цирку­ ляционный 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 проход­ ных каналов диаметром 35 мм) состоит из 13 графитовых блоков. Скорость кислоты в каналах теплообменника 2,7 м/ч. Производи­ тельность осевого циркуляционного насоса 3000 м3, напор 3,2 м кислоты, скорость вращения 1000 об/мин.

Брызгоотделитель диаметром 2800 мм и высотой 3700 мм гумми­ рован.

Гуммированная промывная башня (диаметр 3125 мм, высота 9000 мм) имеет цлотность орошения 34 м3/(м2*ч) и скорость соко­ вого пара 3,4—4,7 м/с. Орошение башни обеспечивается циркуля­ ционным насосом производительностью 265 м3/ч, напором 40 м ки­ слоты (мощность электродвигателя 74 кВт, скорость вращения

1450 об/мин).

Поверхностный конденсатор с плавающей головкой с поверх­

Внутренние поверхности баков, емкостей и трубопроводов гум­

мированы.

Вакуум-выпарная установка требует регулярной промывки и ме­ ханической .чистки поверхностей теплообмена графитового тепло­ обменника 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):

32

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.

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

1 — графитовые теплообменники; 2 — испаритель; 3 — рециркуляционный бак фосфорной кислоты; 4 — циркуляционные насосы; 5 — насос; 6 — брызгоуловитель; 7 — промывные башни; 8 — барометрический конденсатор; 9 — двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 — барометрический затвор; 11 — рециркуляционные баки; 12 — циркуляционные насосы кремне­

фтористоводородной кислоты.

Проектные показатели установки следующие:

Монтаж брызгоотделителей после испарителей выпарных аппара­ тов обеспечил получение 10—12%-ной кремнефтористоводородной кислоты с содержанием Р 20 5 в несколько раз меньшим, чем по проектным данным.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям производительность зарубежных вакуум-выпарных установок по Р20 6 в 1973 г. превышала проектную на 10—13%.

На рис. 8 показана схема вакуум-выпарной установки бельгий­

ность ее дана из расчета концентрирования фосфорной кислоты от 32 до 45% Р 20 6 при 22-часовой непрерывной работе.

Исходная фосфорная кислота поступает в рециркуляционный бак с мешалкой 3, смешивается с концентрированной кислотой и да­ лее циркуляционными насосами 4 подается с температурой 64 °С

вдва графитовых теплообменника 1, обогреваемых паром. Подогре­ тая в теплообменниках кислота поступает в испаритель 2, а оттуда снова возвращается в рециркуляционный бак. Температура кислоты

виспарителе 72 °С. Соковый пар после испарителя очищается от фто­ ристых соединений в трех последовательно соединенных промывных башнях 7, орошаемых кремнефтористоводородной кислотой. Далее обесфторенный соковый пар конденсируется в барометрическом кон­ денсаторе 8. Вакуум в установке (остаточное давление в испарителе 60 мм рт. ст.) создается двухступенчатым эжекционным устрой­ ством 9.

Для этой установки характерны громоздкий узел абсорбции фто­ ристых 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 про­ мывать через каждые 4—6 дней (в течение 12 ч) равбавленной серной кислотой, которая затем возвращается в производство.

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

Представляет интерес в новых зарубежных установках очистка сокового пара от фтористых соединений методом промывки кремне­ фтористоводородной кислотой в абсорберах, смонтированных в верх­ ней части испарителей. Такое конструктивное решение узла абсорб­ ции делает вакуум-выпарную установку более компактной при зна­ чительном 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 обра­ зуется накипь. В США разработаны и освоены в промышленном мас­ штабе 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 циркули­ рующей кислоте. Что это значит?

Установка для концентрирования фосфорной кислоты от 30 до 54% Р 20 5 состоит из трех последовательно соединенных вакуумвыпарных аппаратов с двухсекционными испарителями и принудиг тельной циркуляцией. В верхней секции каждого аппарата фосфор­ ная кислота концентрируется до определенной степени перенасыще­ ния, а в нижней — кристаллизуется, то есть перенасыщение сни­ мается 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 осу­ ществляется стократная рециркуляция кислоты.

В США успешно эксплуатируются три промышленные вакуумвыпарные установки с кристаллизацией накипеобразующих приме­ сей. На одной из этих установок количество такой кислоты в отдель­ ных ступенях составляет 2750—4070 м3/ч. Ориентировочная произ­ водительность установки по Р 20 5 360 т/сутки, по выпаренной воде 22 т/ч. Это дальнейший шаг в усовершенствовании оборудования для