книги из ГПНТБ / Миниович, М. А. Производство аммиачной селитры

На количество тепла, передаваемого через стенку, сильно влия­

передачи, тем больше передается тепла нагреваемому телу за еди­

через металлические трубки выпарных аппаратов) за единицу време­ ни передается .тем больше тепла, чем больше коэффициент теплопро­ водности и поверхность, через которую передается тепло, и чем меньше толщина стенки и больше разность температур по обеим сторонам стенки.

Как правило, температуры кипения раствора выше температу­ ры кипения растворителя.

При одной и той же температуре давления паров над раство­ рителем больше, чем давление паров над раствором. Пар, обра­ зующийся над кипящим раствором — вторичный пар, имеет темпе-

70

ратуру, весьма близкую к температуре насыщенного пара рас­ творителя при заданном давлении.

С повышением концентрации раствора и внешнего давления растет и температура кипения. Как отмечалось ранее, разность между температурой кипения раствора и растворителя при оди­ наковом внешнем давлении носит название температурная депрес­ сия. Чем больше депрессия, тем меньше полезная разность темпе­ ратур и, следовательно, коэффициент теплоотдачи.

а) пар, получаемый от ТЭЦ или в котлах-утилизаторах уста­

зующегося в выпарных аппаратах. Этот конденсат при температуре примерно 150—170 °С поступает из выпарных аппаратов в сборни­ ки-расширители. Здесь поддерживается пониженное давление, благодаря чему конденсат перегревается и закипает. Выделяющий­ ся в сборниках-расширителях пар обычно смешивают с соковым паром аппаратов PITH и в дальнейшем используют для предвари­ тельного упаривания исходных растворов аммиачной селитры.

71

По мере концентрирования растворов N H 4 N O 3 температура их кипения значительно повышается. Так, при атмосферном давлении

бы к большим потерям аммиачной селитры вследствие ее разло­ жения при указанных выше температурах. Поэтому раствор амми­ ачной селитры всегда упаривают в аппаратах, работающих при разрежении (вакууме). Благодаря этому температура кипения рас­ творов значительно понижается (рис. 20). Например, при разре­

Разрежение в выпарных аппаратах создается и поддерживается с помощью барометрических конденсаторов и вакуум-насосов. Со­ ковый пар, выделяющийся при упаривании растворов, поступает в барометрический конденсатор, орошаемый холодной водой. Здесь пар охлаждается и конденсируется, в результате чего давление со­ кового пара во много раз уменьшается и в выпарном аппарате создается разрежение. Вместе с соковым паром в конденсатор по­ падает воздух, засасываемый через неплотности аппаратуры и ком­ муникаций. Некоторое количество воздуха выделяется из охлаж­ дающей воды, которая всегда содержит небольшое количество рас­ творенного воздуха. Несконденсировавшиеся пары и воздух из ба­ рометрического конденсатора отсасываются вакуум-насосом и от­ водятся в атмосферу.

Технологические схемы упаривания растворов аммиачной селитры

В зависимости от концентрации исходных растворов аммиачной селитры для их упаривания до требуемого состояния плава при­ меняются разные системы выпарки.

Если для получения растворов селитры используется 45— 49%-пая азотная кислота, концентрация растворов не превышает 65% NH4NO3.

Растворы такой концентрации упаривают в три ступени: в пер­ в о й — д о 74—76%, во второй — до 89—90%, в третьей — до 98,2— 98,5%, а затем этот плав доупаривают до содержания 99,6—99,8%

NH4NO3.

Если же для нейтрализации аммиака используется 54—58%-ная азотная кислота, получаются растворы с содержанием 86—88% •NH4NO3, и после упаривания до плава 98,2—98,5% их доупарива­ ют до концентрации 99,6—99,8% NH4NO3.

Упаривание растворов аммиачной селитры до концентрации примерно 89—90% проводится в выпарных аппаратах вертикально­ го типа, до консистенции плава — в аппаратах горизонтального

72

тор) и поглощается водой, которая через барометрический ящик 6 сбрасывается в канализацию или подается на градирню; инертные газы удаляются из системы вакуум-насосом 7 и отводятся в атмо­ сферу.

Из сепаратора 4 раствор селитры поступает в сборник-гидро­ затвор 8, откуда центробежным насосом 9 подается в напорный

73

или чаще в поверхностный конденсатор 14; конденсат с охлаждаю­ щей водой сбрасывается в промливневую канализацию или подает­ ся через барометрический ящик 15 на градирню; инертные газы удаляются из системы вакуум-насосом 16.

Паровой конденсат из выпарного аппарата второй ступени че­ рез конденсационный горшок 16 поступает в расширитель 3, где абсолютное давление снижается с 9 до 1,2 ат.

Образующийся при этом пар, смешанный с соковым паром из аппаратов ИТН, используется для упарки растворов в выпарном аппарате первой ступени.

После второй ступени выпарки плав через гидрозатвор 17 по­ ступает в небольшой донейтрализатор 18, где избыточная кислот­ ность нейтрализуется газообразным аммиаком. Отсюда плав на­ правляется в доупарочный выпарной аппарат 19 с падающей плен­ кой, в нижнюю часть которого подается атмосферный воздух, нагретый паром в подогревателе 20.

Подача воздуха в аппарат 19 производится вентилятором 21. Получаемый конечный плав концентрацией 99,6—99,8% NH4NO3

стекает в бак 22, откуда поступает в разбрызгиватель для кристал­ лизации в грануляционной башне.

Для упаривания плава аммиачной селитры в выпарном аппа­

аммиачной селитры, потоком проходящего по трубам сухого воз­ духа.

Вследствие разности давлений паров воды над упариваемым раствором (плавом) селитры и в продуваемом сухом воздухе по­ следний увлажняется.

Основное оборудование

В зависимости от свойств и назначения упариваемых раство­ ров применяются выпарные аппараты с вертикальными, горизон­ тальными и (реже) наклонными кипятильными трубками.

Обычно выпарной аппарат состоит из разного количества кипя­ тильников (греющих секций, паровых камер) и испарительной части (сепаратора, камеры вторичного пара). Кипятильник пред­ ставляет собой теплообменник, состоящий из большого числа тру­ бок, концы которых развальцованы в трубных решетках (досках). Испарительная часть составляет одно целое с кипятильником ли­ бо вынесена в виде полого или с внутренними устройствами со­ суда.

Растворы поступают в кипятильные трубы, а греющий пар — в межтрубное пространство, где, конденсируясь, отдает тепло на­ греваемому раствору.

В производстве аммиачной селитры широко распространены так называемые пленочные выпарные аппараты. Их отличительной осо-

75

бенностью является упаривание растворов в тонком слое (пленке), движущемся с большой скоростью (25 м/сек и более) вдоль внут­ ренней поверхности трубок, обогреваемых паром. При пуске пле­ ночного аппарата сначала подают греющий пар в кипятильник, а затем набирают раствор на i/r1—Vs высоты трубок. Такой уровень жидкости и поддерживается во время работы аппарата.

Подаваемый снизу раствор сразу же на входе в трубки заки­ пает, выделяя большое количество пузырьков пара. Поднимаясь вверх, пузырьки увлекают с собой раствор, «всползающий» по стенкам кипятильных трубок. Образующаяся при этом паро-жид- костная смесь с большой скоростью выбрасывается из верхней части трубок в сепаратор. Здесь паро-жидкостная смесь, ударяясь о поверхность изогнутых лопаток, приобретает вращательное вихреобразное движение, в результате чего происходит быстрое отде­ ление сокового пара из раствора. Пленка раствора движется с большой скоростью, поэтому, чтобы обеспечить необходимое для выпаривания время, приходится применять кипятильные трубы длиной 6 или 9 м . -

Достоинствами пленочных выпарных аппаратов являются: вы­ сокий коэффициент теплопередачи вследствие малой толщины слоя раствора, высокая скорость его движения («всползание») и одно­ кратное (одноразовое) прохождение раствора по кипятильным трубкам, благодаря чему растворы, чувствительные к повышенным температурам, не подвергаются разложению. Недостатки этих ап­ паратов: трудность ремонта и очистки длинных труб, необходи­ мость «тонкой» регулировки процесса выпаривания при возмож­ ных колебаниях давления греющего пара и исходной концентра­ ции раствора.

Пленочные выпарные аппараты используются для упаривания растворов аммиачной селитры до концентрации примерно 86% NH4NO3 и в ряде случаев для получения 98%-ного плава.

Упаривание растворов производится за счет тепла конденсации сокового пара из выпарных аппаратов второй ступени и свежего пара.

В производстве селитры широко применяются также горизон­ тальные выпарные аппараты типа АС. Эти аппараты имеют одноходовую и двухходовую трубчатку. В одноходовой трубчатке рас­ творы проходят в одном направлении и вытекают с противополож­ ной от ввода стороны. В двухходовой трубчатке имеется перего­ родка, разделяющая кипятильные трубы на два равных пучка. Сначала раствор проходит по трубкам нижнего пучка, затем под крышку, после чего поворачивает в обратном направлении и про­ ходит трубки верхнего пучка.

Как уже отмечалось, трубчатка изготовляется из коррозионностойкой стали, кожух — из углеродистой стали. При нагревании эти разные по свойствам металлы расширяются неодинаково (коррозионностойкая сталь удлиняется примерно на */з больше, чем углеродистая). В результате возможно нарушение плотности в ме-

76

стах развальцовки труб и, следовательно, выход из строя выпар­ ного аппарата.

Во избежание этого предусматривают компенсатор на кожухе или так называемую плавающую головку в трубчатке. Компенса­ торы выполняют в виде упругих выступов в центральной части ко­ жуха трубчатки. При нагревании кожух удлиняется, а компенса­

тах, имеющих трубчатку с плавающей головкой, одна трубная до­

из верхней секции выводится в сепаратор, где плав отделяется от сокового пара.

Свежий греющий пар подводится сверху параллельно к каждой секции; паровой конденсат отводится снизу через конденсационный горшок. Конденсат из выпарных аппаратов второй ступени по­ ступает в расширитель, откуда иногда направляется на подогрев аммиака в отделение нейтрализации.

Как видно из табл. 20, где приводится характеристика работы отдельных секций четырехсекционного аппарата АС, наибольшее повышение концентрации раствора происходит в первой и послед­ ней секциях выпарного аппарата.

С течением времени производительность выпарных аппаратов второй ступени начинает уменьшаться вследствие образования на­ кипи и отложения осадков на внутренних поверхностях кипятиль­ ных труб. В этих случаях аппараты приходится останавливать и чистить (стр. 147). Ниже приведены дополнительные сведения об основных типах выпарных аппаратов, применяемых для упарива­ ния растворов аммиачной селитры.

Вертикальный пленочный аппарат предназначен для предвари­ тельного упаривания растворов аммиачной селитры, но в послед­ ние'годы он стал широко использоваться и для получения плава селитры высокой концентрации (например, 98,4—98,6% N H 4 N O 3 ) .

77

Вертикальные выпарные аппараты пленочного типа, при рав­

&ностью теплообмена 65, 115, 170 и 400 м2 .

одной секции с поверхностью теплообмена 66 м2 , сепаратора и гид­ розатвора; трубчатка — двухходовая без плавающей головки, ко­ жух снабжен компенсатором.

Горизонтальный аппарат другого типа предназначен для упа­ ривания 82—85%-ных растворов до состояния плава, содержащего

78

4

не менее 98% NH 4 N0 3 , за счет тепла конденсации насыщенного пара давлением 9 ат. Аппарат состоит из одной, двух и более двух­ ходовых (по раствору) секций, установленных друг над другом, сепаратора и гидрозатвора.

В последние годы наиболее часто применяются выпарные ап­

1

ляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в котором теплооб­ мен осуществляется между плавом и горячим воздухом. Пред­ назначен для доупаривания плава от 98 до 99,7% NHi'NOs. Выпол-

79