Проект реконструкции цеха производства парамолибдата аммония с переработкой отходов (стр. 16 из 26)
Выпаривание используется в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Существует более 80 разновидностей выпарных аппаратов с паровым обогревом. В малотоннажных производствах обычно применяют вертикальные и горизонтальные цилиндрические выпарные аппараты с обогревом змеевиками или нагревательными рубашками; в крупнотоннажных производствах — аппараты с внутренними и выносными нагревательными камерами, плёночные аппараты, в которых струя пара увлекает вверх тонкую плёнку раствора, в результате чего создаются благоприятные условия для выпаривания, и аппараты с принудительной циркуляцией. Последние применяют при необходимости предотвратить осаждение солей на поверхности нагрева, а также при упаривании вязких растворов.
Разделение процесса выпаривания на две стадии позволяет использовать для предварительного концентрирования высокоэффективные широко апробированные в промышленности выпарные аппараты с падающей пленкой, характеризующиеся кратким временем пребывания перерабатываемого раствора и малой металлоемкостью.
Кроме того, выпарные аппараты с падающей пленкой могут эффективно работать при небольших значениях полезной разности температур, что позволяет при располагаемом перепаде давления пара скомпоновать эти аппараты в разрабатываемой выпарной установке в трехкорпусную прямоточную батарею. Чертеж аппарата приведен в приложении.
4.1 Устройство и работа установки
Концентрирование раствора сульфата и нитрата аммония до состояния насыщения выполняется в трехкорпусной прямоточной батарее, включающей выпарные аппараты с падающей пленкой(приложение Б). Опыт промышленной эксплуатации пленочных выпарных аппаратов показал, что эти аппараты имеют следующие преимущества:
- высокая интенсивность теплообмена;
- отсутствие потерь полезной разности температур от гидростатической депрессии;
- стабильность режимов выпаривания;
- малая металлоемкость по сравнению с выпарными циркуляционными аппаратами.
Выпарной аппарат с падающей пленкой состоит из следующих узлов: греющая камера, сепаратор, верхняя и нижняя растворные камеры.
Греющая камера представляет собой кожухотрубный, вертикально установленный теплообменник, обогреваемый паром, поступающим в межтрубное пространство.
Эта поверхность образованна теплообменными трубками диаметром 57 мм с толщиной стенки 2 мм и длинной 8 м. Греющая камера снабжена патрубками: для подвода греющего пара, конденсата, для вывода греющего пара в подогреватель, для удаления конденсата. В верхней части корпуса камеры приварены опоры для крепления ее к металлоконструкциям.
Сепаратор предназначен для очистки вторичного пара от капель раствора. Тип сепаратора – инерционный, циклонный. Сепаратор представляет собой цилиндрический вертикально установленный сосуд с эллиптическими днищами, оснащенный технологическими патрубками, люками и смотровыми окнами. Патрубок ввода пара в сепаратор выполнен тангенциально по отношения к цилиндрической стенке, имеет прямоугольную форму и расположен в нижней части сепаратора.
Сепараторы имеют диаметр 1,2 м и высоту сепарационного пространства 1,8 м.
Сепаратор опирается на несущие перекрытия с помощью опор.
Над греющей камерой выпарного аппарата размещена верхняя растворная камера, закрываемая крышкой. Крышка крепится к корпусу греющей камеры с помощью болтового фланцевого соединения. Внутри верхней растворной камеры помещено распределительное орошающее устройство, состоящее из форсунки и двух распределительных тарелок. На крышке растворной камеры выполнен патрубок для входа упариваемого раствора.
Снизу к греющей камере присоединена нижняя растворная камера, снабженная патрубками для выхода пара и упаренного раствора.
Выпарной аппарат работает следующим образом. Раствор сульфата и нитрата аммония поступает в верхнюю растворную камеру выпарного аппарата и через форсунку распыляется на верхнюю перфорированную тарелку распределительного устройства. С верхней тарелки раствор, вскипая, стекает через отверстия перфорации на нижнюю тарелку. На выходе из отверстий нижней тарелки образуется факел струй и капель раствора, которые потоком пара отбрасываются на внутреннюю поверхность греющих трубок.
По внутренней поверхности теплообменных трубок раствор стекает вниз тонким слоем под действием силы тяжести и потока образующегося вторичного пара. В межтрубное пространство подается пар, который, конденсируясь, передает тепло конденсации через стенки греющих трубок к стекающей по ним вниз пленке раствора. Пленка раствора кипит, выделяя вторичный пар. При этом раствор конденсируется. Образующаяся в результате кипения раствора парожидкостная смесь вытекает из греющих трубок в нижнюю растворную камеру, где происходит отделение основной части жидкой фазы от вторичного пара. Упаренный раствор откачивается насосом.
Вторичный пар с мелкими каплями раствора через тангенциально вваренный патрубок вводится в сепаратор, где происходит окончательная очистка пара от жидкости, которая собирается на днище сепаратора и отводится во всасывающий патрубок перекачивающего насоса. Пар отводится через патрубок в верхней части сепаратора.
4.2 Расчет трехкорпусной выпарой установки
За 1 час перерабатывается 21,4 т раствора сульфата и нитрата аммония с начальной концентрацией Сн = 9,07 %. Конечная концентрация Ск = 65 %. Давление греющего пара Р = 2 атм. Температура греющего пара Т = 119,6 оС.
Расчет.
4.2.1. Количество воды, выпариваемой в трех корпусах установки:
кг/час (29)4.2.2 Распределение нагрузки по корпусам.
Сделаем это распределение на основании практических данных.
Примем следующее соотношение весовых количеств воды, выпариваемой по корпусам:
I : II : III = 1,0:1,1:1,2
Следовательно, количество выпариваемой воды ( в кг/час):
В I корпусе
Во II корпусе
В III корпусе
4.2.3 Расчет концентраций раствора по корпусам
I корпус
Начальная концентрация раствора Хн = 9,07 %. Из I корпуса во II переходит раствора:
кг/час (30)Очевидно, концентрация раствора, конечная для I корпуса и начальная для II, будет равна:
% (31)II корпус
Из II корпуса в III переходит раствора:
кг/час (32)с концентрацией:
%III корпус
Количество сконцентрированного раствора по выходе из III корпуса:
кг/час (33)с концентрацией:
%что соответствует заданию.
4.2.4. Распределение перепада давлений по корпусам.
Разность между давлением греющего пара (из котельной) и давлением сокового (вторичного) пара в барометрическом конденсаторе:
Dр = 2 - 0,2 = 1,8 ат.
Предварительно распределим перепад давлений между корпусами поровну, то есть на каждый корпус примем:
Dр = 1,8/3 = 0,6 ат.
Тогда давления по корпусам будут (в ата):
В III корпусе Р3 = 0,2 (задано)
Во II корпусе Р2 = 0,2 + 0,6 = 0,8
В I корпусе Р1 = 0,8 + 0,6 =1,4
Давление греющего пара Р = 1,4 + 0,6 = 2 атм.
По паровым таблицам находим температуры насыщенных паров воды и теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах:
Таблица 28 - Температуры насыщенных паров воды и теплоты парообразования для принятых давлений в корпусах
| корпус | Температура насыщенного пара, оС | Теплота парообразования, ккал/кг |
| I | 108,7 | 534 |
| II | 93 | 546 |
| III | 59,7 | 563 |
| Пар из котельной | 119,6 | 527 |
Эти температуры насыщенного пара и будут температурами вторичных паров по корпусам (температурами конденсации).
4.2.5 Расчет температурных потерь по корпусам
От депрессии
В справочных таблицах [6] находим температуры кипения раствора при атмосферном давлении:
Таблица 29 - Температуры кипения раствора при атмосферном давлении
| Корпус | Концентрация, % | Температура кипения, оС | Депрессия, оС |
| I | 12,27 | 101,00 | 1,0 |
| II | 20,05 | 101,3 | 1,3 |
| III | 65,00 | 109,00 | 9,0 |
В целях упрощения расчета не уточняем температурную депрессию (в связи с отличаем давления в корпусах от атмосферного), так как зависимость температуры кипения раствора от температуры кипения растворителя линейна.