книги из ГПНТБ / Попов, Н. П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений [учебное пособие]

и их конфигурация обеспечивают малое время пребывания кислоты в концентраторе и ее интенсивную циркуляцию, что предотвращает отложение осадков.

2. Водоохлаждение барботажных труб, крышек цилиндрических камер и сепаратора обеспечивает надежную работу аппарата в агрес­

камер через сальниковые уплотнители предотвращает передачу вибраций как от топок к концентратору, так и наоборот. Све­ дению вибрации к минимуму также способствуют малые количества кислоты в аппарате.

Полые абсорбционные и конденсационная башни (диаметр 2,8 м, высота 12 м) футерованы кислотоупорным кирпичом и уголь­ ными блоками. Башни оборудованы форсунками гребенчатого типа, расположенными в три яруса. В абсорбционной башне при коэффи­ циенте массопередачи 1000 1/ч скорость газов составляет 2,5 м/с, в конденсационной при коэффициенте теплопередачи 8000 ккал/(м3 •ч) она равна 2 м/с.

Основные проектные показатели работы установки:

топке 2, смонтированной непосредственно на концентраторе бара­ банного типа 3, барботируют с температурой 800—1200 °С через слой кислоты. Концентрированная кислота направляется в бак 8.

Отходящие из концентратора газы проходят через узел абсорбции, состоящий из центробежных сепараторов 4 ж 6, абсорбёра Вен­ тури 5 с брызгоуловителем и оросительного скруббера 7. В центро­ бежном сепаратрре частицы тумана фосфорной кислоты укрупня­ ются, благодаря этому его легче затем улавливать. В абсорбере Вен­ тури газы промываются фосфорной кислотой. Этот процесс основан

50

соединений. Избыток рециркулирующей фосфорной кислоты нейтра­ лизуется хлоридом калия в емкости 12, затем осадок кремнефторида калия отделяется на фильтре 13 и фильтрат направляется на кон­ центрирование. После прохождения абсорбера Вентури газы подвер­ гаются окончательной промывке в скруббере 7.

Для концентрирования фосфорной кислоты за рубежом широко применяются концентраторы с погруяшыми горелками. Эти аппара­ ты отличаются от барабанных концентраторов меньшими размерами и более рациональной конфигурацией корпуса. Компактные погруж­ ные горелки обеспечивают подачу в концентратор топочных газов

Отходящие газы

Рис. 19. Выпарная установка с барабанным концентра­ тором (США):

1 — бак исходной кислоты; 2 — выносная топка; 3 — барабанный концентратор; 4, в — центробежные сепараторы; 5 — абсорбер Вентури; 7 — оросительный скруббер; 8 — бак концентрированной кислоты; 9, 11 — насосы; 10 — бак рециркулирующей кислоты; 12 — емкость для очистки от фтористых соединений; 13 — фильтр.

с температурой 1200—1600 °С, что позволяет на 10—12% сократить расход топлива. Однако при более высокой температуре топочных газов в концентраторах с погружными горелками образуется больше тумана фосфорной кислоты.

Известны два концентратора с погружными горелками теплопроизводительностью 6,8-10® ккал/ч. При концентрировании фос­ форной кислоты от 30 до 55% Р 20 6 производительность этих устано­ вок по Ра0 5 составляет 135 т/сутки, по испаренной воде — 8,6 т/ч. Установки полностью автоматизированы, и пульт управления выне­ сен в операторскую завода. Температура отходящих газов практиче­ ски равна температуре кислоты в концентраторе. Концентрированную кислоту перед тем как направить в хранилище охлаждают воздухом. Унос фосфорной кислоты из концентраторов в виде тумана дости­ гает 5% Р 20 5 от общего количества Р 20 Бв исходной кислоте.

Английская фирма «Нордак» разработала концентраторы с по­ гружными горелками для упаривания фосфорной кислоты. Это футе­ рованные емкости, на крышках которых смонтированы одна или не­ сколько горелок, работающих на мазуте или газе. Максимальная

Топочные газы получаются при сжигании мазута в отдельной: топке. Температура топочных газов на входе в скруббер 700 °СГ парогазовой смеси на выходе из скруббера 110—120 °С.

В состав узла абсорбции скрубберной установки входят брызгоуловитель, оросительная конденсационная башня и два абсорбера Вентури.

Недостатком скрубберного концентратора является его громозд­ кость, а также больший по сравнению с концентраторами с погруж­ ными горелками расход топлива и электроэнергии.

В настоящее^ время для получения концентрированных жидких удобрений и твердых полифосфатов аммония в качестве полупро­ дукта широко применяется экстракционная полифосфорная кислота

(72-76% Р 20 5).

Рис. 20. Полузаводская установка для концентрирования экстракционной фосфорной кислоты до полифосфорной:

1 — бак исходной фосфорной кислоты; 2 — погружной насос; 3 — напорный бак; 4 — топка;. S — концентратор; 6 — регулятор уровня; 7 — сборник-охладитель полифосфорной кислоты;

Принципиальная схема полузаводской установки для концентри­ рования экстракционной фосфорной кислоты из апатита показана

0—0,05%), осветленная в хранилище-отстойнике, из бака 1 поступает в аппарат распыливающего типа (APT) 9. Там она подогревается и частично концентрируется (на 1—2% Р20 5) за счет тепла отходя­ щих газов из концентратора 5. Далее подогретая кислота через на­ порный бак 3 непрерывно поступает в концентратор 5. Топочные газы с температурой 900 °С, пройдя графитовую барботажную трубу концентратора со скоростью 65—70 м/с, контактируют с фосфорной кислотой. Глубина погружения барботажной трубы в кислоту 50—100 мм. Полученная в концентраторе полифосфорная кислота

(Р20 5 7 2 -7 6 % ; Р 2Оборто 30 -35 % ; R 20 5 1,8—2,0%; S03 3—4%; F 0,05—0,15%; содержание осадка 0,08—0,13%; степень полимери­ зации 52,0—60,0%) с температурой 290—300 °С через регулятор уровня и гидрозатвор поступает в сборник-охладитель 7, откуда откачивается в хранилище.

53

Для этого концентратора характерно наличие в сепарационном объеме зоны предварительного подогрева и концентрирования исход­ ной фосфорной кислоты — таким образом обеспечивается частич­ ная утилизация тепла отходящей парогазовой смеси (температура отходящих из концентратора газов на 10—40 °С ниже температуры лолифосфорной кислоты в концентраторе).

При длительных испытаниях концентратор работал устойчиво, без гидравлических ударов. При работе с заглублением барботаж­ ной трубы и без заглубления эффективность теплообмена не изме­ нялась. В связи с этим, а также благодаря незначительному коли­ честву осадков в полифосфорной кислоте, целесообразно эксплуати­ ровать концентратор при малом заглублении барботажной трубы в кислоту.

Отходящие из концентратора газы поступают в брызгоуловитель 8, в APT 9, орошаемый циркулирующей исходной кислотой, и далее в узел абсорбции, состоящий из газохода 11 с вмонтированной форсункой для охлаждения газов до 70 °С путем разбрызгивания воды и двух последовательно соединенных скрубберов Вентури 13 и 18, служащих для очистки газов от тумана фосфорной и серной кислот и фтористых соединений. Режим работы этих аппаратов приводится в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Концентратор представляет собой емкость из стали Ст.З, футе­ рованную свинцовым листом, двумя слоями диабазовой плитки, слоем кислотоупорного кирпича и слоем графитовых блоков. На крышке концентратора, футерованной кислотоупорным бетоном, смонтирована высокоинтенсивная топка для сжигания природного газа. Топка футерована жароупорным бетоном, ее наружные стенки через воздушную рубашку охлаждаются первичным воздухом.

Первоначально испытывали концентратор с барботажной трубой из стали 0Х23Н28МЗДЗТ (рис. 21, а). Верхнюю часть трубы охла­ ждали воздухом, который использовали для разбавления топочных газов, нижняя— контактирующая с кислотой— имела рубашку

Тогда наружную стенку барботажной трубы покрыли слоем диаба­

5 4 •

зовой замазки толщиной 30 мм. Это позволило сократить потери тепла с охлаждающей водой до 10—15%. Однако в процессе испытаний футеровка растрескалась. В связи с этим разработана и освоена более совершенная барботажная труба из графита (рис. 21, б), применение которой исключает теплопотери.

Рис. 21. Конструкция барботажной трубы:

вариант а: I — стальной корпус; 2 — воздушная рубашка; 3 — водяная рубашка; 4 — футеровка; 5 — топка; вариант б: 1 — графитовый корпус; 2 — воздушная рубашка; з — газоход; 4 — топка.

Для промышленных концентраторов большой теплопроизводительности по конструктивным соображениям и для равномерного распределения тепловой нагрузки в рабочем объеме целесообразна устанавливать несколько барботажных труб.

Чтобы барботирующие через кислоту газовые потоки не взаимо­ действовали, барботажные трубы необходимо располагать в отдель­ ных кольцевых отсеках. Скорость парогазовой смеси в горизонталь­ ном сечении свободного пространства должна быть 0,5—0,7 м/с, высота свободного пространства концентратора 600—800 мм. Мини­ мальный унос кислоты парогазовой смесью обеспечивается установ­ кой сепаратора в верхней части концентратора.

Аппарат распыливающего типа (рис. 22) — колонна диаметром 300 мм, высотой 2900 мм, изготовленная из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.

55

Исходная фосфорная кислота через конусный распределитель 1

5 6

Работа по дальнейшему совершенствованию аппаратуры длж концентрирования экстракционной фосфорной кислоты не закончена^

Рис. 23. Установка для концентрирования фосфорной кислоты перегретым паром:

1 — концентратор; 2 — барботажная труба; 3 — теплообменник-утилизатор; 4 — термоинжектор; 5 — транспортирующее устройство для твердого тепло­

На рис. 23 приведен вариант схемы установки для концентрирова­ ния фосфорной кислоты как до 54—56, так и до 70—76% Р20 5.

Концентрирование ведут перегретым до 800—1200 °С паром

ввакуумном аппарате контактного типа 1. Отходящий из концентра­ тора вторичный пар, загрязненный фтористыми соединениями, на­ правляется в межтрубное пространство теплообменника-утилиза­ тора 3. Туда же подается очищенная от солей вода, которая за счет тепла конденсации отходящих из концентратора паров превращается

вчистый насыщенный пар с абсолютным давлением 0,3—0,5 ат. Последний засасывается в термоинжектор 4 и далее направляется’ под избыточным давлением 1—2 ат в пароперегреватель 6, предста­ вляющий собой теплообменник с промежуточным твердым теплоно­ сителем. В первой камере теплообменника твердый теплоноситель нагревается до 1200—1400 °С теплом топочных газов (последние, охладившись до 120 °С, выбрасываются в атмосферу). Во второй камере за счет тепла, поступающего туда от твердого теплоносителя,, пар перегревается до 800—1200 °С и далее поступает в концентратор-

57’

Избыток пара после термоинжектора выводится и направляется на

вляет собой футерованную цилиндрическую колонну. Горизонтальная перегородка 4 делит колонну на две камеры, из которых барботаж­ ная камера 5 служит для предварительного упаривания и улавли­ вания кислотного тумана, а другая — радиационная 2 — для окон­ чательного упаривания. Барботажная камера — это колонна с тремя-четырьмя тарелками 6 провального типа, изготовленными из кислотоупорной керамики. В радиационную камеру по периметру окружности вмонтированы беспламенные панельные горелки 1. В ценнтре камеры находится распределительное устройство 8 для кислоты

58

Исходная кислота поступает на верхнюю тарелку 6 барботажной камеры, где она подогревается и подупаривается за счет тепла отходящих по каналу 7 топочных газов, и собирается на дне барбо­ тажиой камеры. Далее через специальный патрубок-гидрозатвор 3 она поступает в распределительное устройство 8 радиационной ка­ меры, оттуда перетекает по стенке в виде тонкого слоя жидкости, интенсивно выпаривается до требуемой концентрации и далее через штуцер поступает в сборник упаренной кислоты.

Топочные газы, охладившись в радиационной камере 2, поступают в барботажную камеру и далее в узел абсорбции.

Аппараты, работающие по этому принципу, имеют следующиепреимущества по сравнению с концентраторами с погружными го­ релками.

1.Уменьшается количество тумана Р 20 5 благодаря равномерной тепловой нагрузке на зеркало испарения и радиационному способу передачи тепла.

2.Сокращается продолжительность пребывания кислоты (сте­ кающей в виде пленки) в концентраторе, в /результате чего улуч­ шается ее качество.

3.Аппараты компактные, отсутствуют барботажные трубы.

4.Радиационный обогрев кислоты проводят с избытком воздуха

1,05, что уменьшает расход тепла и электроэнергии на отсос газов.

Разработан способ получения полифосфорной кислоты в кон­ центраторе типа вертикальной пневмотрубы. Фосфорная кислота поступает в пневмотрубу, распыливается и концентрируется топоч­ ными газами, нагретыми до 800—1000 °С, а далее в виде мелких капель уносится газовым потоком в циклон, где капли отделяются от газовой фазы. Скорость кислоты в пневмотрубе 20—40 м/с.

Благодаря высокой скорости газа и большой поверхности обра­ зующихся мелких капель фосфорной кислоты процесс концентри­ рования протекает весьма интенсивно и без значительного образова­ ния тумана фосфорной кислоты. Продолжительность пребывания кислоты в аппарате определяется дЬлями секунды, что позволяет устранить образование в ней нерастворимых полифосфатов.

Концентраторы типа пневмотрубы весьма перспективны для получения полифосфорной кислоты. Они конструктивно просты,, характеризуются высокими технико-экономическими показате­ лями.

В течение последних десяти лет за рубежом усиленно иссле­ довали процесс получения полифосфорной кислоты и создали не­ обходимую для этого аппаратуру.

На рис. 25 приведена схема действующей в США промышленной установки полифосфорной кислоты фирмы «Нордак». Фосфорная кислота (50—54% Р20 5) концентрируется до полифосфорной (70— 76% Р20 6) в концентраторе с погружными горелками производитель­ ностью 180 т Р 20 6 в сутки (4,0—4,3 т испаренной воды в час).

Топочные газы под давлением барботируют через слой кислоты,, находящейся в концентраторе 3. Концентратор и газоход от него-

591