Экология СПРАВОЧНИК
Барометрический конденсатор представляет собой цилиндрический аппарат, устанавливаемый на высоте 10—11 м от поверхности земли. В нижнюю часть конденсатора из аппарата, в котором нужно создать вакуум, поступают пары воды и нефтепродукта в смеси с парами разложения, сверху с полки на полку навстречу парам падает охлаждающая вода. В результате быстрой конденсации паров в замкнутом пространстве в аппарате создается вакуум. Неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосами или чаще двухступенчатыми паровыми эжекторами. Охлаждающая вода вместе с конденсатом стекает по барометрической трубе, опущенной нижним концом в колодец или в специальную металлическую емкость, сообщающуюся с атмосферой, откуда отводится в канализацию.[ . ]
В барометрических конденсаторах конденсат выпускается непрерывно без нарушения вакуума, так как высота столба жидкости в барометрической трубе составляет 10,5—11 ми уравновешивает остаточное давление в системе.[ . ]
В барометрическом конденсаторе вакуум создают трехступенчатым пароэжекторным блоком.[ . ]
| Барометрический конденсатор с паровыми эжекторами. |  |
Вакуум в барометрических конденсаторах смешения (БКС) вакуумных колонн создается за счет непосредственного соприкосновения во- ч ды с парами нефтепродукта и газами. В результате отработанная вода и воздух через открытые ловушки и градирни загрязняется парами нефтепродуктов и сероводородом.[ . ]
Каскадные конденсаторы, ловушки и барометрические трубы делают обыкновенно из чугуна.[ . ]
Если стоки барометрических конденсаторов смешения установок АВТ на большинстве заводов выделены в отдельную систему и особого влияния не оказывают на количество образующихся на НПЗ стоков, то стоки конденсаторов смешения всех остальных установок сбрасываются непосредственно в канализацию, что приводит к увеличению количества образующихся сточных вод. На НПЗ топливно-масляного профиля производительностью 12 млн. т год эти сбросы составляют 10—15% от общего количества сточных вод. Замена барометрических конденсаторов смешения на установках АВТ в первую очередь связана с ликвидацией источника загрязнения атмосферного воздуха сероводородом и снижением потерь нефтепродуктов.[ . ]
Отвод воды из конденсатора смешения осуществляется при помощи барометрической трубы.[ . ]
Сточные воды от барометрических конденсаторов установок АВТ. Барометрические воды с установок АВТ, загрязненные в основном нефтепродуктами и сероводородом, составляют примерно 30 % от общего количества образующихся на заводе сточных вод. Раньше эту группу вод называли сернисто-кислыми и после очистки в нефтеловушках сбрасывали в водоем. В настоящее время эти сточные воды выделены в самостоятельную систему (третья система водоснабжения), и после очистки их возвращают в технологический процесс.[ . ]
Сточные воды от конденсаторов смешения установок замедленного коксования. Процесс получения кокса на установках замедленного коксования, как известно, состоит из нескольких операций. Некоторые из них (пропарка и охлаждение кокса водой, прогрев и опрессовка реакторов водяным паром, прогрев парами нефтепродуктов, переключение реакторов) сопровождаются поступлением в конденсатор смешения значительного количества паров воды и нефтепродуктов, на конденсацию которых расходуется до 100—120 м3/ч оборотной воды. Состав образующихся сточных вод приведен в табл. 5.10. Приведенные данные свидетельствуют о том, что эти воды загрязнены значительным количеством нефтепродуктов и сероводородом и поэтому их относят к наиболее загрязненным. На отдельных заводах эта группа сточных вод сбрасывается в первую систему канализации, на других — в систему барометрических вод (третья система водоснабжения).[ . ]
Создание вакуума в барометрических конденсаторах смешения вакуумных колонн АВТ осуществляется путем непосредственного соприкосновения воды с парами нефтепродуктов и газов. В результате отработанная вода загрязняется нефтепродуктами и сероводородом. На новых установках АВТ во избежание образования загрязненных сточных вод барометрические конденсаторы смешения заменяются конденсаторами поверхностного типа.[ . ]
Очистка сточных вод от барометрических конденсаторов установок АВТ осуществляется в нефтеловушках. Характеристика данных вод до и после очистки приведена в табл. 5.8.[ . ]
Применение поверхностного конденсатора позволяет использовать на установке АВТ уловленные фракции дизельного топлива, что в 2—3 года окупает все затраты, связанные с оснащением действующих установок АВТ барометрическими конденсаторами поверхностного типа.[ . ]
В III систему поступают стоки от барометрических конденсаторов. Воды этой системы содержат значительное количество нефтепродуктов (8—10 г/л) и сероводорода, а поэтому перед возвратом в систему они подвергаются двухчасовому отстаиванию в нефтеотделителях.[ . ]
| Распределение фенола в воде барометрического конденсатора. |  |
В случае конденсации соковых паров в барометрических конденсаторах концентрация МН3 в сточной воде составляет 9—39 мг/л (в среднем 25 мг/л), а концентрация МН4Ж)3 — 30—15 мг/л (в среднем 55 мг/л). При замене этих конденсаторов на поверхностные концентрация 1ЧН3 в конденсате возрастает до 300—500 мг/л, а КН41Ч03 — до 600—1800 мг/л (в некоторых случаях — до 2,5 г/л и более).[ . ]
При производстве аммиачной селитры с барометрическими конденсаторами отработанные производственные сточные воды используются в оборотном цикле. В этом случае в канализацию сбрасываются проду вочные воды оборотной системы; их количество не превышает 4% оборотной воды. Стоки загрязнены аммиаком (180 мг/л) и аммиачной селитрой (до 10 мг/л).[ . ]
| Содержание сероводорода в воде барометрических конденсаторов смешения АВТ. |  |
Для создания вакуума в колонне 2 служат барометрический конденсатор 7 и паровые двухступенчатые эжекторы 15, работа которых описана в § 2.[ . ]
Для отделения газов от конденсата после конденсаторов вместо обычных емкостей применены циклонные малогабаритные сепараторы с брлее высокой ■сепарирующей способностью, которые можно монтировать рядом с конденсаторами. Последнее упрощает обвязку аппаратов ;и уменьшает гидравлическое сопротивление потоку. Отходящие газы после паровых эжекторов, создающих вакуум первой и второй ступеней, отводятся в корпуса соответствующих конденсаторов. Неконденсируемые газы после концевого циклонного сепаратора через ошепреградитель направляются в камеру сгорания печей. Нефтепродукт и водяной конденсат с циклонных сепараторов по барометрическим стоякам стекают в емкость, откуда насосом перекачиваются на смешение с сырой нефтью перед электродегидраторами второй ступени.[ . ]
Характеристика барометрических вод, используемых по замкнутому циклу, приведена в табл. 5.4. Из приведенных данных следует, что барометрические воды, прошедшие нефтеловушки, отличаются от оборотной воды в основном наличием сероводорода и несколько повышенным содержанием нефтепродуктов (105—120 мг/л).[ . ]
Водопотребление снижается также при замене барометрических конденсаторов смешения (для создания вакуума) поверхностными аппаратами. Расход охлаждающей воды при этом сокращается в 3—4 раза, экономится энергия на перекачку воды, уменьшаются газовые выбросы в атмосферу.[ . ]
На рис. 28 приведена оригинальная схема замены барометрических конденсаторов поверхностными, осуществленная на одной из установок АВТ на Новоуфимском НПЗ.[ . ]
Сточные воды, содержащие сероводород, поступают из конденсаторов смешения атмосферных трубчаток и от охлаждения барометрических конденсаторов атмосферно-вакуумных трубчаток, а также образуются за счет конденсации паров воды из этих аппаратов при переработке сернистых нефтей.[ . ]
Третий путь — конденсация паров в вакуумных системах. Барометрические конденсаторы смешения (с прямым контактом воды и нефтяных паров) заменяют на системы закрытого охлаждения водой в поверхностных конденсаторах. Вода как хладагент исключена и, соответственно, исключен один из наиболее загрязненных технологических потоков. Сокращение количества щелочных стоков возможно за счет использования новых, экологически более предпочтительных процессов удаления или нейтрализации кислых соединений гидроочистки.[ . ]
Расход воды на конденсацию пара для создания вакуума в барометрических конденсаторах смешения вакуумных колонн атмосферно-вакуумных трубчаток (АВТ) путем непосредственного соприкосновения поды с парами нефтепродуктов и газов составляет в среднем 2,5%. Вода, нагреваясь, загрязняется нефтепродуктами, а при переработке сернистой нефти еще и сероводородом.[ . ]
Сточные воды образуются также при работе вакуум-насосов, барометрических конденсаторов смешения, при гидрозолоудалении, конденсации паров воды (конденсаты) и т. д.[ . ]
Другим резервом снижения водопотребления является замена барометрических конденсаторов смешения (для создания вакуума) на поверхностные аппараты, что приводит к сокращению расхода охлаждающей воды в 3—4 раза, экономии энергии на перекачку воды, уменьшению газовых выбросов в атмосферу.[ . ]
Применение вакуумной разгонки при фракционировании парафинов приводит к образованию барометрических вод от барометрических конденсаторов смешения. Количество этих вод колеблется в пределах 12—15 м3/ч, их качество по своим показателям аналогично качеству сбросов из отстойников (см. табл. 1.5). Химический состав этих стоков практически соответствует составу оборотной воды, используемой на установке. Применение при вакуумной разгонке взамен конденсатора смешения барометрического конденсатора поверхностного типа позволяет практически полностью предотвратить образование барометрических БОД.[ . ]
На заводах, перерабатывающих малосернистую нефть, вполне возможно использование воды от барометрических конденсаторов смешения АВТ в системе I оборотного водоснабжения. В этом случае не требуется выделение от конденсаторов вод в самостоятельную систему III оборотного водоснабжения, что дает более экономичное решение схемы водоснабжения завода.[ . ]
Содержание сероводорода в воде зависит от состава перерабатываемой сырой нефти и от глубины вакуума в барометрических конденсаторах. Так, например, при переработке туймазинских (девонских) нефтей среднее содержание сероводорода в воде, выходящей из конденсаторов смешения, составляет 50 мг)л с колебаниями от 30 до 150 мг]л.[ . ]
Одним из широко распространенных мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха на АВТ является замена барометрических конденсаторов вакуумных колонн на поверхностные. Однако проектная схема этих установок неэффективна из-за сброса газов разложения в атмосферу.[ . ]
На атмосферно-вакуумных и вакуумных трубчатках происходят выбросы в атмосферу углеводородов и сероводорода из вод барометрических конденсаторов. Эти выбросы можно уменьшить, заменив барометрические конденсаторы поверхностными конденсаторами-холодильниками, что и делают в новых и реконструируемых установках. Выделение легких углеводородов, сероводорода и несконденсировавших-ся газов разложения при вакуумной перегонке зависит от строгого соблюдения технологического режима. Так, например, в процессе перегонки полумазутов при превышении температуры сырья в печи против регламентированного на 10—15° С количество газов разложения увеличивается более чем вдвое. Эти газы можно использовать как топливный газ, что иногда и делают.[ . ]
На получение 1 т фосфорной кислоты (в пересчете на 100% Р205) расходуется 200—210 м3 воды. При упаривании кислоты образуются сточные воды от барометрических конденсаторов (45— 55 м3/т) с содержанием фтора до 10 мг/л и pH 6,5, сбрасываемые в водоемы без очистки, а также загрязненные сточные воды: конденсат соковых паров, промывочные и аварийные воды(1—2 м3/т). Конденсат соковых паров содержит 600—1000 мг/л фтора, 10— 15 г/л Р2О5 и до 10 г/л БЮг. Наиболее загрязненными являются стоки от системы газоочистки и промывные воды от вакуум-фильтров, составляющие до 60% всех загрязненных стоков. Они содержат свыше 1000 мг/л фтора и до 10 000 мг/л фосфатов.[ . ]
Переработка сернистых нефтей, к которым относятся девонские восточные нефти, связана с загрязнением этими соединениями сточных вод, поступающих от барометрических конденсаторов смешения. Эти сточные воды, кроме нефтепродуктов, содержат сернистые соединения, повышающие окисляемость отработанной воды, в основном за счет продуктов разложения сернистых органических соединений, из которых главным является сероводород. Эта вода обладает повышенными коррозийными свойствами.[ . ]
Как показывает многолетний опыт эксплуатации установок АВТ, нормальная работа вакуумной части такой установки может быть обеспечена при условии, что в барометрические конденсаторы поступает вода с температурой 25—27 °С. При повышении температуры более 30 °С ухудшается конденсация парогазовой смеси в конденсаторе и падает вакуум в системе, т.е. нарушается режим работы установки.[ . ]
Дурнопахнущие сточные воды образуются в сульфатцеллюлоз-ном производстве в виде конденсатов, паров варочного цеха, конденсатов вторичного пара из поверхностных и барометрических конденсаторов при выпаривании черного щелока.[ . ]
Основные особенности водоснабжения и канализации этой установки следующие. Наличие барометрического конденсатора при оборотном водоснабжении вызывает необходимость в двух отдельных сетях производственного водопровода, так как в этот аппарат должна подаваться вода с минимальной температурой, — свежая вода, — на все же остальные холодильники и конденсаторы подается более дешевая охлажденная вода. Второй особенностью является наличие, кроме производственно-ливневой канализации, еще двух сетей специальной канализации — сети сернистокислых вод и сети сернистощелочных вод, если перерабатываются сернистые нефти. При переработке нефти, не содержащей сернистых соединений, такие стоки отсутствуют, и устройства специальных канализационных сетей не требуется.[ . ]
В большей степени окружающая среда загрязняется при сбросе сероводородсодержащих стоков с технологических установок на промыслах и газонефтеперерабатывающих заводах. Для снижения этих сбросов на многих заводах барометрические конденсаторы заменены на конденсаторы поверхностного типа, исключающие попадание сероводорода в стоки. Более широкое применение на заводах находит метод физической стабилизации бензинов, который позволяет перевести сероводород в газовую фазу и далее использовать его для получения серы. При этом отпадает необходимость применения щелочи для очистки бензинов, ликвидируются соответствующие стоки.[ . ]
Простейшими вакуум-кристаллизаторами непрерывного действия являются однокорпусные аппараты, один из которых представлен на рис. 2.94. Он состоит из корпуса 3, в верхнюю часть которого встроен конденсатор 1, барометрической трубы 4 и гидрозатвора 5. Через штуцер 2 в аппарат непрерывно подается горячий раствор, образующиеся кристаллы вместе с маточным раствором непрерывно поступают по барометрической трубе 4 в гидрозатвор, откуда через переливной штуцер 7 отводятся на последующие технологические операции. Для предупреждения осаждения соли на дно гидрозатвор снабжается мешалкой 6.[ . ]
Технико-экономическими исследованиями, выполненными Куйбышевским политехническим институтом и Волгоградским и Куйбышевским НПЗ и опытом работы предприятий доказано, что в зависимости от мощности установки, температурного режима вакуумной колонны, конструкции аппаратов и оборудования вакуумного блока АВТ, ежегодно через барометрический конденсатор одной АВТ в канализацию сбрасывается 7,5-13 тыс.т вакуумного газойля, или 0,3-0,6% от объема переработанной нефти. При этом величина потерь зависит в первую очередь от режима работы вакуумной колонны — температуры верха и величины давления в колонне (табл. 6).[ . ]
При эксплуатации противоточных установок большие затруднения возникают при обратном превращении пены в черный щелок. Лучшими являются прямоточные установки. В окислительных башнях такой установки имеются вертикально расположенные гофрированные асбестоцементные плиты, собранные в пакеты. Их устанавливают по высоте башни во взаимноперпендикулярных плоскостях. На окислительную установку подают укрепленный, отстоявшийся от мыла черный щелок и воздух в смеси с дурно-пахнущими газами от баков-аккумуляторов, колонны для отдувки конденсатов варочного цеха, бака-пеносборника промывных установок, приямков барометрических конденсаторов выпарных станций. Серусодержащие газы частично поглощаются черным щелоком. Полуокисленный щелок после первой ступени башни стекает в первую секцию бака-отстойника, откуда насосом подается на вторую ступень окислительной башни. Окисленный щелок поступает во вторую секцию бака-отстойника, затем насосом направляется на регенерацию.[ . ]
Следующей стадией производства является контрольная очистка раствора как от случайно попавших частиц, так и от образовавшихся коллоидных веществ. Для этой цели насосом 57 раствор накачивают через паровой трубчатый подогреватель 58 в мешалку 59, нагревая его при этом до 60°, и из напорного бака 60 добавляют в него раствор медного купороса из расчета 0,5—1 % Си304 • 5Н20 от веса ТЮ2, после чего вводят в размолотом виде РеБ. Образующаяся сернистая медь (Си5) увлекает с собой примеси. Выпавший осадок отфильтровывают на барабанном вакуум-фильтре 61, снабженном вакуум-котлом 62. Промывки осадка на барабане не производят, во избежание образования нежелательных зародышей при разбавлении титанового раствора водой. Осадок с фильтра снимают ножом и направляют на установку для регенерации меди. Очищенный раствор насосом 63 перекачивают в сборник 64. Для гидролиза по методу разбавления предварительно производят вакуум-упарку раствора в непрерывно действующем аппарате 65 с выносным подогревателем 66. Пары из вакуум-выпарного аппарата проходят через ловушку 67 в барометрический конденсатор 68, соединенный с вакуум-насосом. Конденсат через затвор 69 стекает в канализацию.[ . ]
Нефть представляет собой смесь углеводородов парафинового, нафтенового и ароматического рядов с небольшими включениями органических соединений кислорода, азота и серы. Первичная переработка нефти на нефтезаводах состоит в перегонке нефти на ряд фракций. Перегонку зачастую ведут в присутствии водяного пара и аммиака (последний вводят для предотвращения коррозии). Остатком перегонки (так называемой первичной или прямой гонки) являются битум или гудрон. Источником образования сточных вод при перегонке нефти является конденсат пара, вводимого в перегонные колонны. Конденсат характеризуется высоким содержанием сероводорода и аммиака (до 5000 мг/л каждого из этих веществ). Дальнейшая переработка нефти, проводимая с целью увеличения выхода светлых нефтепродуктов (бензина и керосина), заключается в крекировании (нагреве до высоких температур под давлением или в присутствии катализаторов) или же гидрировании (обогащении водородом) более тяжелых фракций. Перечисленные выше технологические процессы переработки нефти (прямая перегонка, крекинг, гидрирование) потребляют большое количество охлаждающей воды для конденсаторов и холодильников. При использовании конденсаторов непосредственного смешения (так называемых барометрических конденсаторов) отходящая вода загрязнена нефтепродуктами, а также водорастворимыми продуктами разложения, например, жирными кислотами, меркаптанами и т. д.[ . ]
Конденсаторы смешения
Конструкция конденсаторов смешения. В конденсаторах смешения пар и охлаждающая вода смешиваются путем впрыскивания воды в паровое пространство; при этом пар отдает скрытое тепло холодной воде, нагревает ее и конденсируется.
Конденсаторы смешения могут применяться только для сжижения паров воды или других жидкостей, не представляющих ценности; в тех случаях, когда требуется выделить конденсат в чистом виде или конден
сировать пары какой-нибудь ценной жидкости, конденсаторы смешения непригодны.
Конденсаторы смешения широко распространены в химической промышленности, так как они отличаются высокой производительностью, имеют простую конструкцию и легко могут быть защищены от коррозии.
По способу действия различают конденсаторы смешения двух типов: 1) м о к р ы е и 2) с у х и е.
В мокрых конденсаторах охлаждающая вода, конденсат и газы откачиваются совместно одним мокровоздушным насосом; в сухих или барометрических конденсаторах вода и конденсат стекают самотеком по одной трубе, воздух же и газы откачиваются из верхней части конденсатора воздушным вакуум-насосом.
Процесс работы конденсатора смешения очень прост. Пар и охлаждающая вода смешиваются в герметически замкнутом сосуде, в котором при сжижении пара создается вакуум.
Для того чтобы вода могла хорошо перемешиваться с паром и быстро поглощать его скрытую теплоту, необходимо создать возможно большую поверхность соприкосновения ее с паром. Для этого охлаждающая вода либо р спыляется через сопла, либо стекает через борта и в отверстия горизонтальных полок.
В зависимости от взаимного направления движения пара и воды различают противоточные и прямоточные конденсаторы, а в зависимости от высоты расположения—конденсаторы низкого и высокого уровня.
Взаимное направление движения пара и жидкости в конденсаторе не имеет значения для теплообмена, так как процесс протекает при изменении агрегатного состояния одного из участвующих в теплообмене веществ (пара). Однако в противоточных конденсаторах расходуется меньше энергии на перемещение воды и удаление воздуха, чем в прямоточных. При противотоке разность температур конденсирующегося пара и уходящей воды равна 1—3°, а при прямотоке 5—6° и, следовательно, расход воды в прямоточных конденсаторах будет большим.
В сухих противоточных конденсаторах воздух удаляется сверху, где. температура его близка к начальной температуре охлаждающей воды; при прямотоке, как правило, приходится удалять воздух, имеющий более высокую температуру и, следовательно, больший объем.
Прямоточные конденсаторы применяются главным образом для установок сравнительно небольшой производительности и в тех случаях, когда смесь воды и конденсата поступает на охлаждение (например, в градирню) и вновь используется в конденсаторе.
Известны конденсаторы разнообразной конструкции. Ниже рассмотрены некоторые типичные аппараты.
Рис. 280. Сухой прямоточный конденсатор низкого уровня:
/—корпус; 2—сопло; 3—центробежный насос; 4— воздушный насос.
На рис. 280 изображен сухой прямоточный конденсатор, расположенный на низком уровне. Вода в конденсатор засасывается вследствие имеющегося в нем разрежения. Пар поступает в верхнюю часть
корпуса 1 конденсатора и смешивается с водой, распыляемой соплами 2. Конденсат и вода откачиваются центробежным насосом 3. Для сохранения вакуума, образующегося при конденсации пара, воздух и нескон — денсированные газы отсасываются воздушным насосом 4.
Воздух | T
Вода
При давлении в конденсаторе 0,15 ата (в среднем) вакуум равен 8,5 м вод. ст., а остаточный напор для распыления воды в конденсаторе должен быть не менее 3,5-f3 м вод. ст. Поэтому патрубок для ввода охлаждающей воды в такой конденсатор должен быть расположен на высоте не более 5—
5,5 м над уровнем охлаждающей воды в резервуаре или бассейне.
Сухой противоточный барометрический конденсатор (рис. 281) состоит из корпуса 1, снабженного полками 2 для орошения водой, и барометрической трубы 3 для стока охлаждающей воды и конденсата. Пар поступает в конденсатор снизу через штуцер 4, вода подводится по патрубку 5 и стекает последовательно через отверстия борта тарелок.
Воздух отсасывается через патрубок 6 и проходит брызгоуловитель-ловушку 7 с барометрической трубой 8. В брызгоуловителе воздух меняет направление, а частицы воды, унесенные возду — Рис. 281. Сухой проти- Рис. 282. Сухой баромет — хом из конденсатора, как бо — воточный барометриче — рический конденсатор с тяжрпыр ппопппжяют по
Ский конденсатор: кольцевыми полками: лее тяжелые, продолжают по
/—корпус; 2—полки; 3. /-корпус; 2, 3-кольце вые ИНерЦИИ ДВИГаТЬСЯ ВНИЗ И в—барометрические трубы; полки; 4—труба для ввода па — СТЄКЗЮТ ЧЄПЄЗ Tpv6v 8. OCV —
4— Штуцер для ввода пара; ра; 5—штуцер для ввода воды; „ ^ J
5— Патрубок для ввода во — б-штуцер для отсасывания шенНЫИ ВОЗДуХ ОТСаСЫВаеТСЯ ды; 6—патрубок для отса- воздуха; 7-штуцер для отво — КЯк\шм. нярпгпм
Сывания воздуха; 7—брыз — № конденсата. оап. уут na^w^yjm.
Гоулрвитель-ловушка. БарОМЄТрИЧЄСКИЄ КОН —
Денсаторы изготовляют главным образом с сегментными и кольцевыми (рис. 282) полками. Наиболее часто применяют сегментные полки, так как их проще собирать и не требуется устройства центральной трубы, из-за которой уменьшаются при прочих равных условиях живое сечение и производительность конденсатора.
Производительность барометрических конденсаторов колеблется в пределах 250-^15 ООО кгс конденсируемого пара в час. Абсолютное давление в них равно обычно 0,1-^0,2 ата.
В барометрических конденсаторах расход энергии значительно меньше, чем в конденсаторах низкого уровня, так как вода в барометрических конденсаторах не откачивается насосом, а удаляется самотеком через барометрическую трубу. Преимущества барометрических конденсаторов особенно заметны в тех случаях, когда отработанная вода сливается в канализацию и может быть создан естественный напор воды, поступающей в конденсатор.
В химической промышленности сухие барометрические конденсаторы применяются главным образом в многокорпусных выпарных установках, последние корпуса которых работают под вакуумом.
Мокрые конденсаторы применяют лишь в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможна установка барометрической трубы.
В мокром прямоточном конденсаторе полочного типа (рис. 283) охлаждающая вода впрыскивается сверху при помощи разбрызгивателя и в виде плоских струй стекает с полки на полку. Пар движется сверху вниз параллельно воде. Конденсат, вода и не — сконденсированные газы откачиваются снизу мокровоздушным насосом.
Нагревание воды в конденсаторах смешения. Стоимость конденсации зависит в основном от двух факторов: стоимости установки и расхода охлаждающей воды и энергии. Для уменьшения расхода воды необходимо увеличивать размеры конденсатора, и, наоборот, уменьшение размеров конденсатора ведет к увеличению расхода воды.
В каждом конкретном случае подбирают оптимальные условия, с тем чтобы затраты на сооружение и эксплуатацию конденсационной установки были наименьшими.
Для выяснения зависимости расхода охлаждающей воды от размеров и конструкции конденсатора рассмотрим процесс нагревания воды в конденсаторе.
Впрыскиваемая в конденсатор вода нагревается при непосредственном ее соприкосновении с паром; поэтому в равных условиях интенсивность теплообмена, а следовательно, и степень нагрева будут тем больше, чем больше поверхность соприкосновения воды с паром и чем длительнее это соприкосновение.
Величина поверхности данного объема воды зависит от способа ее распределения в конденсаторе.
Охлаждающая вода может стекать в виде пленки, а также в виде плоских и цилиндрических струй или мелких капель. При любом способе распределения воды отношение поверхности соприкосновения к объему воды зависит от толщины и диаметра струй и капель. При одном и том же объеме поверхность будет наибольшей в том случае, когда вода вбрызгивается в конденсатор в виде отдельных капель, и наименьшей— когда вода стекает в виде пленки.
Определим продолжительность нагревания впрыскиваемой воды до заданной температуры в зависимости от формы распределения воды и толщины ее слоя.
Вода
Рис. 283. Мокрый прямоточный конденсатор:
/—корпус; 2—полка; S—разбрызгиватель.
Количество тепла, которое имела капля воды на входе в конденсатор, избыточное по отношению к теплосодержанию воды при темпера-
Рассматривая процесс нагревания воды в конденсаторе смешения как неустановившийся процесс теплообмена, можно вести расчет в соответствии с формулой (2—186):
туре пара в конденсаторе (принимая температуру последнего в конденсаторе практически постоянной), можно выразить равенством
А количество тепла, воспринятого каплей при прохождении ее через конденсатор
В этих формулах:
19Н и t2K—температура воды на входе в конденсатор и выходе из него в С;
/Нас.—температура конденсирующего пара в °С; R—радиус капли в м\ у—уд. вес воды в кгс/м3\ с—уд. теплоемкость воды в ккал/кг-°С. Подставив эти значения Q и Q0 в уравнение (2—186), получим для шара
(*2К — /2н) у V = — (4„ — *нас.) «tfV/п, ^ "S")
Или после сокращения и преобразования
T2K *2Н
І ___________________ / ‘ШІ 1 /2
Для цилиндра по аналогии с только что выведенным выражением получим
(t2K — t2li) 2«= — (/2Н — /нас.) 2«/^Lrc/ц (f /,
Вместо величин а, X и а можно подставить их средние значения для пара и воды, а именно:
А = 10 ООО ккал/м2 ■ час • °С; Х = 0,52 ккал/м-часС;
X 0,52 X 0,52
Подставив вместо радиуса l=R, выраженного в метрах, диаметр d в миллиметрах, а также время z в сек. и обозначив
He-*,и = р (2-190)
(где р—степень нагрева), окончательно получим следующие функциональные зависимости: для шара
(9,615d, 0,577^) (2-191)
P = fn ^19,230/, 0,144-^-j (2—1916)
Где l=o—толщина плоской струи в мм, при одностороннем обогреве, и
/ —при двухстороннем обогреве.
Значения степени нагревания воды для струй, определенные по формуле (2—190), приведены в табл. 16.
Значения степени нагревания воды р— ——— — в конденсаторах смешения
БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР ПОЛОЧНОГО ТИПА
В химических производствах обычно не требуется получение чистого конденсата от водяного пара. Кроме того, конденсация пара применяется как средство создания и поддержания вакуума. Одной из самых распространенных конструкций аппаратов конденсаторов смешения является полочный барометрический конденсатор (рис. 13), работающий при противоточном движении охлаждающей воды и пара. Он состоит из цилиндрического корпуса, в котором расположены полки, барометрической трубы 5 и патрубков для подачи и отвода сред.
РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК С НЕПОДВИЖНОЙ НАСАДКОЙ
Принцип работы
Регенеративный теплообменник с неподвижной насадкой (рис. 14) состоит из двух регенераторов, заполненных насадкой 2 (кирпичи, металлические листы, шары и т. п.).
В процессе работы в одном регенераторе происходит охлаждение горячей среды I и нагрев насадки. Одновременно во втором регенераторе холодная среда II нагревается за счет тепла ранее нагретой насадки. Через определенное время регенераторы переключаются благодаря автоматически действующим клапанам 1. Первый регенератор будет нагревать холодную среду, а второй нагреваться горячей средой.
Периодичность работы регенеративных теплообменников обуславливает нестационарный характер теплового потока.
ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворах. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (растворы щелочей, солей и др.), а также некоторые высококипящие жидкости (органические кислоты, многоатомные спирты и др.).
Для закипания жидкости требуется ее перегрев. Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Чаще используют водяной пар, который называют греющим, или первичным. Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным, или соковым.
В основу наиболее распространенных конструкций выпарных аппаратов положены кожухотрубные теплообменники. Увеличение скорости движения раствора и необходимого времени пребывания его в аппарате достигается циркуляцией раствора в аппарате.
Выпарные аппараты классифицируются по различным признакам. Наиболее существенной является классификация по принципу организации циркуляции кипящего раствора в аппарате. Различают конструкции с естественной и принудительной циркуляцией, а также пленочные выпарные аппараты.
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией кипящего раствора широко распространены в химической промышленности и имеют ряд конструктивных различий. Для предупреждения возникновения температурных напряжений рекомендуется использование конструкций с подвесной нагревательной камерой. Особенно широко такие аппараты применяются при выпаривании щелочных растворов. Значительным недостатком всех выпарных аппаратов является сложность чистки и замены кипятильных труб. В выпарном аппарате с выносной нагревательной камерой, благодаря значительной скорости циркуляции раствора (до 1,5 м/с), опасность отложения пристенных осадков снижена. К сепаратору такого аппарата можно подключить несколько кипятильников, один из которых будет резервным. Это позволяет проводить ремонт и чистку труб, не останавливая работу всей установки. Для получения растворенного вещества в виде кристаллов применяют выпарной аппарат с выносной зоной кипения. Однако скорость циркуляции в таком аппарате невысока.
Более высокие скорости циркуляции парожидкостной смеси (2,0 – 2,5 м/с) достигаются в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией. Это обеспечивается установкой в циркуляционной трубе центробежных или осевых насосов, обладающих высокой производительностью. В таких аппаратах можно с успехом концентрировать высоковязкие и кристаллизующиеся растворы. Однако к общим недостаткам подобных конструкций следует отнести повышенный расход энергии и более высокую их стоимость.
Пленочные выпарные аппараты относят к группе аппаратов, работающих без циркуляции. Эти аппараты работают при прямоточном движении раствора и образующегося вторичного пара, поэтому здесь отсутствует гидростатическая депрессия. В таких аппаратах удается выпаривать растворы, склонные к интенсивному пенообразованию, а также растворы, чувствительные к перегреву и длительному нагреванию. Вместе с тем пленочные выпарные аппараты имеют и ряд недостатков. Они очень чувствительны к изменениям нагрузки по жидкости, особенно при малых расходах растворов. В них не рекомендуется выпаривать кристаллизующиеся растворы. Для их установки требуются большие производственные площади из-за значительной высоты кипятильных трубок.
Барометрический конденсатор
Для конденсации вторичного пара и создания разряжения в установке используется в проектируемой установке применяется сухой полочный барометрический конденсатор с сегментными полками, работающий при противоточном движении охлаждающей воды и пара (рисунок 5.3).
1 – цилиндрический корпус, 2 – сегментные полки; 3 – брызгоуловитель-ловушка
Рисунок 5.3 – Барометрический конденсатор
Внутренний диаметр конденсатора 1000 мм. Основные размеры используемого барометрического конденсатора приведены в таблице 5.3.
Таблица 3.1 – Основные размеры барометрического конденсатора
| Размер | Значение, мм |
| Внутренний диаметр аппарата DK | |
| Толщина стенки аппарата S | |
| Расстояние от верхней полки до крышки аппарата а | |
| Расстояние от нижней полки до днища аппарата r | |
| Ширина полки b | |
| Расстояние между осями конденсатора и ловушки: К1 К2 | |
| Высота установки Н | |
| Ширина установки Т | |
| Диаметр ловушки D1 | |
| Высота ловушки h1 | |
| Диаметр ловушки D1 | |
| Высота ловушки h1 | |
| Расстояние между полками а1 а2 а3 а4 а5 | |
| Условные проходы штуцеров: | |
| для входа пара А | |
| для входа воды Б | |
| для выхода парогазовой смеси В | |
| для барометрической трубы Г | |
| воздушник С | |
| для входа парогазовой смеси И | |
| для выхода парогазовой смеси Ж | |
| для барометрической трубы Е |
Барометрический конденсатор работает по следующему принципу. В цилиндрический корпус 1 с сегментными полками 2 снизу через штуцер А поступает пар. Вода подается через штуцер Б и каскадно перетекает по полкам, имеющим невысокие борта. При соприкосновении с водой пар конденсируется.
Смесь конденсата и воды сливается самотеком через штуцер Г в барометрическую трубу высотой примерно 8,4 м и далее – в барометрический ящик. Барометрические труба и ящик играют роль гидравлического затвора, препятствующего прониканию наружного воздуха в аппарат. Из барометрического ящика вода удаляется в канализацию через переливной штуцер.
Вместе с паром и охлаждающей водой в конденсатор попадает некоторое количество воздуха; кроме того, воздух подсасывается через неплотности фланцевых соединений. Остаточное давление в конденсаторе 21000 Па. Присутствие конденсируемых газов может вызвать значительное снижение разрежения в конденсаторе. Поэтому неконденсируемые газы отсасывают через штуцер В и отделяют от увлеченных брызг воды в брызгоуловителе-ловушке 3. Отсюда вода также стекает в вертикальную барометрическую трубу и барометрический ящик.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП 03Б10 04 ПЗ |
| Разраб. |
| Шпаковская |
| Провер. |
| Калишук |
| Реценз. |
| Н. Контр. |
| Утверд. |
| Калишук |
| Расчет выпарного аппарата |
| Лит. |
| Листов |
| БГТУ |
| У |
4 Расчет выпарного аппарата
По заданию на проектирование необходимо произвести расчет и подобрать стандартный выпарной аппарат для того, чтобы обеспечить технологический процесс выпаривания раствора хлорида натрия (NaCl) в количестве 10800 м 3 /ч. Содержание растворенного вещества в исходном растворе 6% масс., в упаренном – 25,5% масс. Давление вторичного пара в конденсаторе 21 кПа.