книги / Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов

Для снижения температуры компримируемого хлора его можно охлаждать в специальных холодильниках или путем вспрыскивания во всасывающую линию компрессора заданного количества жидкого хлора [51, 52]. При этом за счет испарения жидкого хлора снижается

степени сжатия хлора не получил применения в промышленности. Увеличение степени сжатия на одной ступени при компримировании хлора возможно лишь при использовании для изготовления деталей компрессоров, теплообменников и трубопроводов, соприкасающихся

341

с горячим хлором, материалов, более коррозионно-стойких в этой атмосфере, чем обычно применяемые стали. Применение никеля или качественных никелевых покрытий позволяет повысить предельно допустимую температуру нагревания хлора на ступени выше 80— 100 °С и соответственно увеличить степень сжатия более 2,6.

Дополнительные осложнения в процессе компримирования хлора обусловлены тем, что применяемые для смазки компрессоров масла хлорируются, осмоляются и теряют свои свойства. Пбэтому для ком­ примирования хлора используются компрессоры без обычных сма­ зочных масел. В качестве смазки для хлорных компрессоров нашла применение концентрированная серная кислота. Низкая раствори­ мость хлора в концентрированной серной кислоте, удовдетворитель-j ная стойкость обычных сталей в среде сухого хлора и серной кислоты и удовлетворительные смазочные свойства создали условиц для ши­ рокого использования серной кислоты как смазки или запорной жидкости. При снижении ее концентрации наступает интенсивная коррозия сталей, поэтому тщательно следят, чтобы концентрация серной кислоты не снижалась менее 96%.

Впервые для компримирования хлора были использованы ком­ прессоры с жидким поршнем, известные как баденские. Жидкостью, контактирующей с хлором, была концентрированная серная кислота, передача давления осуществлялась через керосин, служивший, ра­ бочей жидкостью компрессора. Затем были разработаны и получили широкое распространение несколько типов поршневых двух- и трех­ ступенчатых компрессоров с сернокислотной смазкой цилиндров [7, 37]. Применялись двухступенчатые компрессоры фирмы «Сюрт» производительностью 8 т/сут хлора с конечным давлением 6 ат, трех­ ступенчатые компрессоры фирмы «Амаг-Гильперт» производитель­ ностью 18 т/сут и давлением 6 ат и двухступенчатые компрессоры фирмы «Эслингер>> производительностью 40 т/сут и давлением 8,6 ат и ряд др. При параллельной работе обеих ступеней ^компрессора Эслингер под давлением 2,8 ат производительность его достигала

руются и в настоящее время на некоторых старых установках, од­ нако вследствие невысокой мощности, громоздкости и неудобств, связанных с применением сернокислотной смазки, они исполь­ зуются' в небольшом объеме.

Известны также поршневые компрессоры без применения серной кислоты [56, 57J. Это компрессоры Вюрцен производительностью 350 и 700 м3/ч при давлении 3,5 ат и производительностью 250 и 1500 м3/ч при давлении 12 ат. Отличительной особенностью компрес­ соров этого типа является применение графитовых поршневых ко­ лец, исключающих необходимость смазки поршневой группы. При­ менялись также поршневые кольца из тефлона [58, 59].

Были предложены лабиринтные поршневые компрессоры Зульцер|/ -Эшер—Висс, также работащие без смазки и обеспечивающие

342

уплотнение поршня в цилиндре и штока за счет лабиринта с запор­ ным инертным газом 155}.

В последнее время поршневые компрессоры для хлора уступают место ротационным как более компактным, мощным и удобным в эксплуатации. Применяются ротационные компрессоры с жидко­ стным поршнем, турбокомпрессоры и винтовые компрессоры. Во всех типах ротационных компрессоров рабочее пространство, где

Рис. 6-17. Схема турбокомпрессора с жидкостным поршнем типа РЖК-600/1,5:

1 — корпус; 2 — ротор; з — сальники.

происходит компримирование хлора, не имеет трущихся между со­ бой частей, поэтому отпадает необходимость в применении смазки. В турбокомпрессорах и винтовых компрессорах исключена возмож­ ность загрязнения хлора посторонними примесями.

Ротационные компрессоры типа. PJKK с сернокислотным запол­ нением выпускаются производительностью 650 и 4800 м3/ч при избы­ точном давлении до 1,5 ат. Устройство такого компрессора показано да рис. 6-17. Характеристика ротационных компрессоров типа Р5КК, а также НЭШ, выпускаемых финской фирмой «Харкула» и итальян­ ской фирмой «Габионетти», приведена в табл. 6-10.

343

Ротационные компрессоры с жидким поршнем получили широ­ кое применение в хлорной промышленности. Схема установки та­ ких компрессоров показана на рис. 6-18. Охлаждение хлора произ­ водится циркулирующей серной кислотой, которая, в свою очередь, охлаждается в водяном холодильнике.

Серная

кислота

Рис. 6-18. Схема установки турбокомпрессора типа РЖК:

1 — компрессор; г — смотровое стекло на линии подачи

серной кислоты в компрессор; з — сепаратор; 4 — холо­ дильник серной кислоты.

344

За рубежом применяются турбокомпрессоры производитель­ ностью 6000 м3/ч с конечным давлением 3,5 и 12 ат [58, 59, 61]. Ана­ логичные компрессоры разрабатываются и в нашей стране.

Рис. 6-19. Схема работы вин­ тового компрессора ВК-9?

а —^устройство ступени винтового

компрессора ВК-9; б — схема ра­ боты: 1 — вторая ступень компрес­ сора; 2 — глушитель шума второй ступени; з — холодильник первой ступени; 4 — электродвигатель;

5 — глушитель шума первой сту­ пени; 6 — холодильник второй

ступени; 7 — первая ступень ком­ прессора; 8 — глушитель шума на всасывающей линии.

I

£

§

Сравнительно недавно стали широко использоваться для ком­ примирования хлора винтовые компрессоры, в которых как бы объе­ динены преимущества и объемных, и турбокомпрессоров [62]. Для нормальной работы винтовых компрессоров не требуется столь тщательная очистка хлора от аэрозолей, как для турбокомпрессоров.

Выпускаемый в СССР винтовой компрессор ВК-9 для хлора имеет две ступени. Ниже приведена его характеристика [63]:

345

Компрессор снабжен водяными межступенчатыми холодильни­ ками для хлора и имеет лабиринтовое уплотнение вала с поддувкой инертного газа. На рис. 6-19 показано устройство и схема работы винтового компрессора ВК-9. Благодаря устойчивости в работе, компактности и высокой производительности винтовые компрессоры с успехом применяются в хлорной промышленности и в ближайшие годы можно ожидать широкого их распространения.

Конденоация хлора

Как было ранее рассмотрено, в процессе конденсации хлора про­ исходит непрерывное изменение состава несконденсировавшейся в данный момент газовой фазы. Следствием этого являются изменения

ции значительно отклоняется ют режима, характерного для капельной или пленочной конденбации. При этом за счет сопротивления диффузии возникает большая разница между парциальным давлением хлорд в смеси и на поверх­ ности конденсации, что создает значительный перепад между тем­ пературой в объеме газа и поверхностной температурой конденсата, покрывающего теплопередающую поверхность: На рис. 6-20 пока­ зано изменение температуры хладоагента и конденсирующегося хлора вдоль конденсатора при конденсации чистого хлора и хлора, ^содержащего инертные газы.

На рис. 6-21 показаны температурные градиенты в пограничном слое при конденсации чистого хлора и хлора, содержащего инерт­ ные примеси. В последнем случае, вследствие образования у поверх­ ности конденсации диффузионного слоя с высоким содержанием инерт­ ного газа, температурный градиент сильно возрастает. При сжиже­ нии хлора, содержащего инертные примеси, полезная разность тем­ ператур, при которой работает конденсатор, снижается.

, Образование у поверхности теплопередачи пленки инертного газа приводит к значительному уменьшению коэффициента тепло-

.346

передачи по мере увеличения степени сжижения хлора. Практически среднее значение коэффициента теплопередачи в конденсаторах про­ мышленных типов близко к 40—50 ккал/(м2*ч*°С) [7, 53], в то время как при конденсации чистого хлора, аналогично процессу конденса­ ции аммиака, коэффициент теплопередачи можно принять равным 600—800 ккал/(м2*ч* °С). Изменение по мере конденсации хлора и значения коэффициента теплопередачи, и разницы температур за­ трудняет расчеты конденсаторов для технического хлора, содержа­ щего примеси инертного газа [64, 65].

Расчет конденсаторов с учетом фактических теплофизических свойств паров хлора и смешанных с ним инертных примесей необ­ ходимо проводить постадийно с учетом непрерывного изменения

Рис. 6-21. Температурный градйент в пограничном слое при конденсации чистого пара (а) и смеси пара с инертным газом (б):

1 — стенка трубки; 2 — пленка конденсата; 3 — пар; 4 — диффузионная поверхность раздела; S — смесь пара с инерт­ ным газом.

состояния конденсируемой смеси газов и охлаждающей среды - Для получения окончательных результатов и совпадения материаль­ ных и тепловых балансов расчеты приходится многократно повторять. Такие расчеты трудоемки и облегчаются лишь при использовании современной вычислительной техники.

Для расчета конденсаторов могут быть также использованы данные по промышленным теплообменникам сходной конструкции, используемым для сжижения хлораГ

Основное количество тепла обычно отводится в начальной зоне конденсации, где концентрация инертных газов мала и влияние их на коэффициент теплоперадачи невелико [66]. Для увеличения коэф­ фициента теплопередачи принимаются меры к созданию турбулизации потока газа, что позволяет снизить диффузионное сопроти­ вление в пленке инертного газа, а также применяют многоходовые теплообменники, ступенчатую конденсацию, охлаждение конденса­ торов непосредственно испаряющимся хладоагентом и др.

Для конденсации хлора могут быть использованы любые про­ мышленные теплообменники. Конденсаторы должны быть рассчи­ таны на работу под давлением в зависимости от принятой схемы.

3 4 7

Толщина стенок трубок и аппаратов увеличивается с учетом воз­ можных коррозионных процессов. Ранее для конденсации хлора широк9 применялись аппараты, совмещавшие испаритель хладоагента (обычно аммиака) и конденсатор хлора в одной емкости, за­ полненной раствором хлористого кальция или хлористого натрия, которые служили передатчиком холода от испарителя к поверхности

A d г а з

Рис. 6-22. Схема устройства совмещенного конденсатора хлора:

1 — корпус конденсатора; 2 — испарители аммиака; 3 — змеевики хлорного конденсатора; 4 — коллектор жидкого хлора; 5 — сепаратор; 6 — мешалка для рассола.

конденсатора хлора. Схема устройства такого совмещенного конден­ сатора показана на рис. 6-22. Для улучшения теплопередачи созда­ вали интенсивную циркуляцию рассола внутри аппарата. Как испа­ ритель аммиака, так и конденсатор хлора могут состоять из секций. Такой многосекционный конденсатор с поверхностью конденсации 78 м2 имеет производительность 15 т/сут жидкого хлора.

Открытое зеркало рассола способствует усилению коррозии поверхности конденсатора, соприкасающейся с рассолом. Для сни­ жения потерь холода аппарат покрывают слоем изоляции. Подоб­ ные конденсаторы применяются на ряде заводов и в настоящее время, однако в новых мощных цехах сжижения начали преимущественно использоваться кожухотрубчатые конденсаторы. Схема установки такого конденсатора, охлаждаемого рассолом, показана на рис. 6-23. Применяются как вертикальная, так и горизонтальная установка кожухотрубчатых конденсаторов. При вертикальной установке обес­ печивается лучшая сепарация жидкого хлора от абгазов и наблю­ дается меньшее загрязнение поверхности теплопередачи, так как возможные загрязнения . смываются жидким хлором, стекающим по трубкам.

348

Поступающий на сжижение хлор проходит внутри трубок, в межтрубноё пространство подается охлаждающий рассол. Для сниже­ ния коррозионной активности рассола к нему добавляют пассивиру­ ющие компоненты, поддерживают слегка щелочную реакцию рассола (pH = 7,5—8,0) и предотвращают возможность насыщения рассола кислородом воздуха. При. нарушении плотности конденсатора хлор может попадать в систему циркулирующего рассола, что при­ водит к интенсивному коррозионному разрушению аппаратуры и трубопроводов. Поэтому необходимо постоянно контролировать

охлаждаемых за счет испарения жидкого хладоагента, так как случайные неплотности конденсатора приводили

бы к крупным авариям вследствие образования взрывоопасных смесей хлора и аммиака. После того как в качестве хладоагентов стали употреблять фреоны, оказалось возможным совмещение процес­ сов конденсации хлора и испарения фреона в одном теплообменном аппарате [55, 66, 67]. В таких конденсаторах хлор поступает в труб­ ное пространство снизу, а несжиженные газы отводятся сверху. Сжиженный хлор собирается в нижней части конденсатора и само­ теком стекает через регулятор уровня в промежуточный сборник. Жидкий фреон подается в межтрубное пространство. Работа ведется как с постоянным уровнем фреона в межтрубном пространстве, так

иG орошением поверхности теплопередачи жидким фреоном.

Холодильные уотановки

В процессе сжижения хлора газовую смесь необходимо охла­ дить до температуры конденсации, а также отвести выделяющуюся при сжижении теплоту конденсации.

Если не стремиться к возможно более полному сжижению и при-

349

1

менять сравнительно высокое давление 10—12 ат, то сжижение можно вести при температуре 30—35 °С. В этом случае для охлаждения и отвода тепла конденсации используется вода. Температура воды в средней полосе СССР в летнее время обычно составляет около 25 °С, что позволяет осуществлять процесс сжижения с водяным охлаждением при 30—35 qC. При наличии более холодной, например артезианской, воды температура сжижения может быть понижена.

На практике водяное охлаждение используется на первых сту­ пенях двухступенчатых схем сжижения, работающих под давлением 10—12 ат (см. рис. 6-11). Для второй ступени сжижения водяного охлаждения недостаточно, поэтому для получения желаемого коэф­ фициента сжижения необходимо применять холодильные установки. При сжижении хлора при более низком давлении и для первых сту­ пеней требуется низкотемпературный хладоагент.

Для сжижения хлора могут быть использованы любые типы вы­ пускаемых промышленностью холодильных установок. В соответ­ ствии с принятой схемой сжижения и мощноетыр установки выби­ рают тип холодильной машины и ее хладопроизводительность. Не­ обходимо учитывать, что в обычных схемах работы с передачей тепла от конденсатора хлора к испарителю холодильной машины через

залось удобнее соединять холодильную машину с конденсатором хлора в одну производственную нитку. В последнее время цеха сжижения хлора часто снабжают холодом из центральных завод­

на холодильную станцию.

Применяется также комбинированный способ снабжения холо­ дом цехов сжижения хлора. Холод для первой ступени сжижения (на сравнительно высоком температурном уровне около —20°С) обеспечивается за счет рассола, поступающего из центральной холо­ дильной станции; для второй ступени1сжижения, где необходим холод на уровне —50-^60 °С, создается локальная фреоновая холо­ дильная установка с непосредственным испарением фреона в хлор­ ном конденсаторе.

Для получения холода в производстве жидкого хлора приме­ няются как ' компрессорные, так и абсорбционные холодильные установки.

Абсорбционные холодильные установки для производства хо­ лода используют тепловую энергию и отличаются малым расходом электроэнергии, поэтому их применение целесообразно при наличии дешевых источников тепла [68—70]. Абсорбционные холодильные установки потребляют максимальное количество пара в летние ме­ сяцы и минимальное — в зимние, что позволяет сглаживать сезон­ ные колебания в потреблении пара на химическом предприятии.

350