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

При высокой стоимости пара и дешевом природном газе или ма­

При проектировании цехов минеральных удобрений способ выпа­ ривания и конструкция аппарата определяются налипнем дешевого теплоносителя, конструкционных материалов, а также рациональ­ ным использованием вторичных энергоресурсов.

На рис. 36 представлен освоенный промышленный скруббер для выпаривания слабокислых растворов, содержащих значительные количества гипса, обычно отлагающегося на поверхности нагрева выпарных аппаратов.

Скруббер представляет собой цилиндрический аппарат наруж­ ным диаметром 4 м и высотой 22 м (общая высота скруббера с выхлоп­ ной трубой 40 м). Рабочий объем скруббера, футерованного кислото­ упорным кирпичом, 160 м3. Перед выхлопной трубой 5 установлен брызгоуловитель 4. Упарка растворов производится топочными газами, полученными при сжигании жидкого топлива в топке 1 объемом 33 м3. Жидкое топливо распыляют две пневматические форсунки типа ОН-549-07. Воздух в топку подается вентилятором ВД-12. Соотношение первичного и вторичного воздуха такое, что

вобъеме топки поддерживается температура 1100—1200 °С. Топоч­ ные газы, выйдя из топки при 900 °С, проходят через распыляемый

вскруббере раствор, охлаждаются и выбрасываются через выхлоп­ ную трубу в атмосферу.

Исходный раствор подается в скруббер на верхний ярус механи­ ческих форсунок грубого распыла 3, работающих под избыточным давлением 2—3 ат. Через нижний ярус форсунок центробежным насо­ сом 6 типа 5Х-18Д осуществляется рециркуляция упариваемого рас­ твора.

Упаренный раствор отводится из скруббера в дозатор, с помощью

которого регулируется концентрация и кратность циркуляции. Рециркуляция раствора в скруббере позволяет получить большую плотность орошения и эффективно использовать тепло дымовых газов.

Ниже приведены показатели работы скруббера:

8 0

Выпарные скрубберы просты конструктивно и имеют малое гид­ равлическое сопротивление. Однако по сравнению с контактными аппаратами с погружными горелками они громоздки и требуют боль­ ших капитальных вложений. Тепловой к. п. д. скрубберов на 10— 12% ниже, чем у аппаратов с погружными горелками.

Выпаривание растворов аммиачной селитры и мочевины

Аммиачную селитру NH4N 03 получают нейтрализацией азотной кислоты аммиаком с последующей упаркой раствора до плава, кото­ рый затем гранулируют.

Рис. 37. Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры:

творы; 13 — расширитель конденсата! 16 — выпарной аппарат второй ступени; 19 — желоб для плава; 20 — бак для плава.

В промышленности применяются двухступенчатые и значительно реже трехступенчатые схемы выпарки.

Схема двухступенчатой выпарки растворов аммиачной селитры приведена на рис. 37.

Раствор аммиачной селитры (64% NH4N 03) из аммонизатора подается в напорный бак 7, из которого под постоянным напором непрерывно поступает в выпарной аппарат 2 первой ступени, где упаривается до содержания NH4N 03 82—84%: Аппарат первой сту­ пени обогревается соковым паром, поступающим из аммонизатора,

и паром из расширителя конденсата 13 (ризб = 0,2 ат). Процесс упаривания протекает при разрежении 600 мм рт. ст. Температура кипения раствора при этом находится в пределах 82—86 °С. Паро­ жидкостная эмульсия, образующаяся в трубках выпарного аппарата 2, поступает в сепаратор 3, где разделяется на соковый пар и раствор аммиачной селитры. Отсюда соковый пар направляется в барометри­ ческий конденсатор 4, а раствор поступает в сборник 5 и из него непрерывно перекачивается в напорный бак 15 второй ступени вы­ парки. Из этого бака раствор поступает в выпарной аппарат 16 второй ступени, где упаривается до содержания 98% NH4N 03. Упаривание во второй ступени проводится при разрежении 550— 600 мм рт. ст. и обогреве свежим насыщенным паром с избыточным давлением 8 ат. Применять пар более высоких параметров недопу­ стимо из-за возможного перегрева и разложения аммиачной селитры. Парожидкостная эмульсия по выходе из аппарата 16 разделяется на пар и жидкость в сепараторе 17. Для более тщательного отделения сокового пара от капель раствора последовательно установлен вто­ рой аппарат 14, откуда соковый пар направляется в барометрический

.конденсатор 10. Конденсат (вода) сливается в канализацию через барометрический ящик 9, инертные газы удаляются из системы вакуум-насосами 8.

Из сепаратора 14 выходит менее концентрированный раствор, чем из сепаратора 17, поэтому он направляется через гидравлический затвор 11 в сборник 5. Отсюда смесь растворов после первой и второй ступеней выпарки возвращается на упаривание в аппарат 16. Кон­ центрированный раствор из сепаратора 17 через гидравлический за­ твор 18 и желоб 19 поступает в расходный бак 20, откуда непрерывно подается в грануляционную башню.

На 1 т аммиачной селитры, вырабатываемой в час, при упарива­ нии 64%-ного раствора NH4N 03 до концентрации 98,5% требуется 30—40 м2 греющей поверхности. Из них на первую ступень выпарки приходится 18—23 м2, на вторую 10—15 м2.

В трехступенчатой выпарке выпарной аппарат второй ступени работает под избыточным давлением 0,15—0,20 ат. Образующийся при этом соковый пар присоединяется к соковому пару, получа­ емому ц аммонизаторе, и используется как греющий агент в выпар­ ном аппарате первой ступени.

При трехступенчатой системе упаривания достигается некоторая экономия свежего пара по сравнению с двухступенчатой системой. Однако в производстве аммиачной селитры обычно применяется двух­ ступенчатая выпарка, потому что для нее требуются меньшие капи­ тальные затраты.

Обычно для первой ступени выпарки, т. е. для упаривания рас­ творов невысокой концентрации, используется вертикальный выпар­ ной аппарат пленочного типа (рис. 38). Он состоит из вертикального кожухотрубного теплообменника 4, верхняя часть которого примы­ кает к сепаратору 2. Раствор поступает в нижнюю часть аппарата через штуцер и по стенкам трубок 5 поднимается вверх в виде тон­ кой пленки. Выделяющиеся из жидкости пузырьки пара поднима­

ются по центральному пространству трубок. Из верхней части тру­ бок парожидкостная эмульсия поступает на разделение в сепаратор. Соковый пар, отделившийся от раствора в сепараторе, через отбой­ ник 1 выходит из верхнего штуцера сепаратора. Упаренный раствор выводится из сепаратора через боковой штуцер.

В горизонтальных выпарных аппаратах давление столба паро­ жидкостной эмульсии незначительно. Однако скорость движения ее в трубках весьма велика (до 100 м/с), вследствие чего возрастает гидростатическое сопротивление аппаратов. Это существенный недо­ статок горизонтальных аппаратов. Кроме того, из-за неоднократных поворотов потока при переходе из секции в секцию, а также на входе и выходе кипятильных трубок возникают значительные мест­ ные сопротивления, в результате общее сопротивление многосекцион­ ных выпарных аппаратов увеличивается и давление на входе в аппа­ рат значительно выше, чем на выходе. Нередки случаи, когда ниж­ ние секции аппарата работают не при разрежении, а под давлением, при этом повышается температура кипения раствора, снижается

от несконденсировавшихся газов в брызгоуловителе 11, газы отво­ дятся вакуум-насосом 12 в атмосферу, конденсат поступает в сбор­ ник 14 и далее используется в процессе получения мочевины.

Схема переработки растворов мочевины в гранулированный про­ дукт (рис. 41) отличается от описанной выше тем, что упаривание раствора осуществляется в две ступени, а кристаллизация происхо­ дит в грануляционной башне. Очистку раствора от примесей и первую ступень выпарки проводят в таких же аппаратах и при таких же условиях, как при полу­

чении кристаллической мочевины. Раствор, упаренный в первой ступени

выпарки (позиции 1—8) до концентрации

92—93% CO(NH2)2, собирается в гидра­ влическом затворе 9, откуда перекачи­ вается в выпарной аппарат роторного типа 10 на дальнейшее упаривание (до 99,5%). Здесь упаривание ведут при ва­ кууме 650—700 мм рт. ст., создаваемом пароэжекторным вакуум-насосом 12. Далее упаренный плав подается в напор­ ный бак 15, оттуда поступает в грану-' лятор 14, разбрызгивающий его в виде мелких капель в грануляционной башне 13. Гранулы, охлажденные воздухом, падают на дно башни и затем транспортером 17 передаются на склад.

Для упаривания 65—80%-ных раство­ ров мочевины до 90—93% применяется выпарной аппарат пленочного, типа, со­ стоящий из кожухотрубного подогревателя

вляет 1100—1300 ккал/(м2-ч-°С). Раствор в этих ^условиях нагревается очень недолго, и это позволяет, применяя высокие температуры нагрева (112—118 °С), це допустить разложения мочевины.

В сепараторе соковый пар отделяется от раствора мочевины. Объем сепаратора определяется допустимым количеством сокового пара, приходящегося на 1 м3. По практическим данным, он соста­ вляет 3500 м3/(м3-ч).

Упаривание 80—90%-ного раствора мочевины до состояния плава, содержащего 95,9% CO(NH2)2 и 0,5% воды, проводится в выпарном аппарате роторного типа (рис. 42). Тонкопленочный роторный испа­

Г Л А В А III

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

1.МОНТАЖ, ИСПЫТАНИЯ И ПРИЕМКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК

Монтаж выпарной аппаратуры производят ремонтно-монтажные бригады предприятия или специализированные организации. Мон­ таж сложного оборудования и крупный ремонт проводятся по проекту ремонтно-монтажных работ, включающему данные об объеме ремонтных работ, о способе их ведения и о последователь­ ности; расчет потребности в рабочей силе, в такелажном инстру­ менте, оборудовании и материалах; инструкции по технике безопас­ ности при выполнении работ.

Выпарная аппаратура, поступающая с завода-изготовителя, тща­ тельно проверяется и принимается в соответствии с технической доку­ ментацией, включающей паспорт, книгу Госгортехнадзора, инст­ рукцию по монтажу и эксплуатации, перечень запасных частей и инструментов, а также рабочие чертежи запасных и быстроизнашивающихся частей. Перед началом монтажа производят планировочные

идорожные работы, прокладывают вспомогательные трубопроводы

иэлектрический кабель, устанавливают приспособления, монтажный

итакелажный инструмент.

Проектом производства монтажно-сборочных работ предусмат­ риваются следующие операции сборки.

1.Установка корпуса аппарата на фундамент.

2.Установка греющей поверхности.

3.Установка обслуживающих площадок и лестниц.

4.Установка элементов, находящихся внутри аппарата (меша­

лок, распыливающих устройств, регуляторов уровней и др.).

5.Установка крышки аппарата.

6.Подгонка и присоединение всех трубопроводов.

7.Установка арматуры и контрольно-измерительных приборов.

8.Герметизация мест соединения аппарата (крышек, люков, фланцев, сальниковых уплотнений и др.).

Госгортехнадзора.

12.Обкатка механизмов в течение одной рабочей смены.

13.Пробная эксплуатация установки.

14.Проведение теплоизоляционных работ.

15.Сдача установки в эксплуатацию.

8 8

I

Требования к монтажу аппаратуры

Сборочные работы на монтаже заключаются в установке выпар­ ных аппаратов на фундаменте* установке и присоединении вспомога­ тельного оборудования, присоединении трубопроводов, деталей, узлов.

Перед монтажом все аппараты должны быть очищены от посто­ ронних предметов и грязи. Необходимо убедиться в отсутствии повреждений и если они есть — устранить их. В частности, межтруб­ ное пространство греющих камер необходимо проверить давлением воды в соответствии с указанием на чертеже общего вида аппарата.

Монтаж аппаратов начинают с циркуляционных насосов. Монтаж циркуляционных насосов осуществляется согласно специальной инструкции. Все циркуляционные насосы снабжаются поддонами,- которые должны иметь патрубки для слива, выведенные в дренажные каналы. Аналогичные требования предъявляются к монтажу всех насосов, входящих в выпарную станцию.

После того как насос закреплен болтами на фундаменте, на его нагнетающий патрубок устанавливается нижняя растворная камера. Затем устанавливается на опорах греющая камера — соосно с ниж­ ней растворной камерой. Греющая камера закрепляется на опо­ рах, а сепаратор, пока не закрепленный на опорах, соединяют с ней подъемной трубой (верхней растворной камерой). После установки прокладок и болтов во фланцевых соединениях, соединяющих сепаратор и греющую камеру с верхней растворной камерой, оконча­ тельно закрепляют на опорах сепаратор. Дальше с помощью цирку­ ляционной трубы и колена сепаратор соединяют с всасывающим патрубком насоса. При монтаже циркуляционных труб установлен­ ные на них компенсаторы должны быть зафиксированы с помощью

,тяг в нейтральном положении (без предварительной стяжки или растяжки).

До окончания монтажа узлов выпарного аппарата категорически запрещается установка смотровых окон, карманов для термометров и др. Указанные узлы и детали устанавливаются непосредственно перед опрессовкой аппаратов.

Все открытые фланцевые соединения до монтажа трубопроводов должны быть заглушены.

Прокладки, устанавливаемые во фланцевые соединения, должны быть цельными и не должны иметь повреждений.

Смотровые стекла перед установкой следует прокипятить в воде и протереть. При установке стекол затягивать болты равномерно, не допуская перекосов. Болты завертываются без больших усилий. При пуске выпарных аппаратов на воде болты у смотровых стекол, дающих тёчь, подтягивают.

При монтаже узлов аппаратов не допускается их подвеска за шту­ цера, бобышки.

Перед монтажом конденсатора межтрубное и трубное простран­ ство должны быть испытаны давлением воды в соответствии с тре­ бованиями чертежа общего вида.

89