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

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

Фирма «Кестнер» предлагает вакуум-выпарную установку, в ко­ торой используется тепло, выделяющееся при гидратации серной кислоты и тепло абсорбируемого ею сокового пара. Концентрирова­ ние фосфорной кислоты от 30 до 50% Р20 5 и разбавление серной кис­ лоты 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; в — первая ступень выпарки; 7 — вторая ступень выпарки; 8 — центрифуга.

На ряде заводов фосфорной кислоты (стадия экстракции) в на­ стоящее время применяют 70—75%-ную серную кислоту, получа­ емую 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 цен­ трифуге 8 нерастворимые частицы, возвращают их в отстойникпитатель 5, куда подают поступающую на концентрирование исход­ ную 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 Р20 5 475 т/сутки. Исходная фосфорная кислота содержала 32—40% Р 20 5 и 3—12% твердых частиц, концентрированная — 54% Р20 5 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

зародышей кристаллизации). Остальной шлам направляли непо­ средственно в экстрактор. Продолжительность работы между цик­ лами промывки, длившейся -8. л, составляла: для первой и третьей ступени — 400 ч, для второй — 300 ч.

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

Инкрустация греющей поверх­ ности существенно уменьшается при регулировании кристаллизации вы­ деляющихся примесей. Для этого в циркуляционный контур вакуумвынарных аппаратов включают спе­ циальную емкость для кристалли­ зации основной массы примесей и укрупнения их частиц.

Вакуум-выпарной аппарат с кри­ сталлизатором (рис. 10) состоит из испарителя, кристаллизационной ка­ меры, циркуляционного насоса и noJ догревателя. Исходную фосфорную кислоту вводят через циркуляцион­ ную трубу, откуда в смеси с пуль­ пой, поступающей из кристаллиза­ тора 3, направляют через подогрева­ тель 4 в нижнюю часть испарителя 2. В подогревателе примеси частично

выделяются В виде зародышевых кристаллов И во взвешенном С О С Т О Я -

г \ г

нии поступают в испаритель. Образовавшиеся водяные пары отводятся

в конденсационную систему. Сконцентрированный раствор стекает из испарителя по центральной циркуляционной трубе в кристаллизатор. Здесь кристаллизация продолжается на ранее выпавших зароды­ шах , в результате чего примеси выделяются в виде крупных кристал­ лов. По мере роста кристаллы опускаются на дно аппарата, откуда их выводят и отфильтровывают от кислоты. Для этого из кристал­ лизатора отводят на фильтр часть пульпы.

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

Процесс осуществляют как на одноступенчатых, так и на много­ ступенчатых установках. Производительность установки из трех пос­ ледовательно соединенных аппаратов по Р 20 5 составляет 360 т/сутки, а по выпаренной воде 22 т/ч. Подобная система может работать непрерывно 30 суток до остановки для удаления отложений, что сни­ жает простои и увеличивает срок службы аппаратов.

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

На упаривание кислоты от 30 до 54% Р2Об расходуется (в расчете на 1 т Р 20 5 и в зависимости от производительности) 10—15 кВт-ч электроэнергии, 1,8—1,9 т пара и 40—75 м3 воды с начальной тем­ пературой 18 °С.

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% исполь­ зован Обычный выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и обогревом теплообменника паром под давлением 30 ат. Произво­ дительность установки по Р 20 5 97 т/сутки, по выпаренной воде

1,75 т/ч.

Работает также пленочный вакуум-выпарной аппарат для полу­ чения 68—70%-ной полифосфорной кислоты производительностью 200 т Р 20 5 в сутки или 3,8 т выпаренной воды в час (рис. И ). Кон­ центрируется кислота в тонком слое, стекающем по трубчатому теплообменнику, обогреваемому паром под давлением 30 ат. Исход­ ная экстракционная фосфорная кислота поступает в рециркуляцион­ ный 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 ка­ честве готового продукта и далее направляется на охлаждение в хра­ нилище 14. Остаточное давление в аппарате в зависимости от темпе­ ратуры воды в барометрическом конденсаторе 8 находится в преде­ лах 38—63 мм рт. ст.

Фирма «Свенсон» (США) поставляет вакуум-выпарные установки для получения полифосфорной кислоты (72% Р 20 5) производитель­ ностью 50—150 т Р 20 5 в сутки или 1—3 т выпаренной воды в час. Эти установки работают по следующей схеме.

Очищенная исходная экстракционная фосфорная кислота по­ дается в вакуум-выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, теплообменник которого обогревается вместо пара высокотемпера­ турным теплоносителем. Полифосфорная кислота выводится из выпар­

38

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

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

Вода

Рис. 11. Схема производства полпфосфорной кислоты в пленочном вакуум-выпарном аппарате:

рический сборник; 11 — пенный абсорбер; 12 — холодильник; 14 — храни­ лище полифосфорной кислоты.

Общий недостаток вакуум-выпарных аппаратов — необходи­ мость использовать пар высокого давления (30 ат) или же высокотем ­ пературный теплоноситель. В связи с этим заслуживает внимания способ концентрирования фосфорной кислоты при остаточном давле­ нии в выпарном аппарате 5 мм рт. ст. Это позволяет использовать

вкачестве теплоносителя пар с избыточным давлением не более 10 ат. При этом теплообменник более устойчив в коррозионном от­ ношении. Для получения в аппарате указанного вакуума необходимо

вобычной выпарной установке с принудительной циркуляцией вместо барометрического конденсатора использовать абсорбер с ре­ циркулирующей серной кислотой для поглощения водяных паров.

Пример расчета вакуум-выпарного аппарата приведен в приложе­

нии (стр. 108).

39

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

Топочные газы образуются в результате сгорания мазута, посту­ пающего 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 произ­ водительностью 25000 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 °С перед подачей в концентратор.

Рис. 13. Барабанный концентратор:

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

Температура в топке поддерживается в пределах 1000—1200 °С 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

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 отде­ ления брызг кислоты от парогазовой смеси.

Недостатками концентратора являются значительное выпадение гипса и других примесей (из-за этого аппарат приходится останавли­

41