Поступающие из цеха электролиза электролитические щелока, принимаются в баки-хранилища, из которых насосами Н5-Н7 (один резервный) подаются на 4-х корпусную прямоточную установку.

С целью снижения расхода пара и обеспечения нормальной работы установки электролитические щелока предварительно подогреваются в 6 кожухотрубчатых подогревателях Т1-Т7 (один резервный).

В подогревателе Т1 щелок подогревается до температуры 76,5 ⁰С конденсатом вторичного пара трех корпусов установки и конденсатом паров вскипания, образующихся в испарителе Сб1.

Во втором подогревателе Т2 щелока нагреваются до 119,0 ⁰С – экстра-паром 2-го корпуса. Часть подогретого щелока (до 10 % масс.) поступает во 2-й корпус АВ2.

В третьем и четвертом подогревателях Т3-Т4 (один резервный) оставшаяся часть (до 90 % масс.) щелока нагревается до температуры 132,0 ⁰С конденсатом греющего пара 1-го корпуса. При этом конденсат охлаждается до 124,0 ⁰С.

В пятом и шестом подогревателях Т5-Т6 электрощелок нагревается частично упаренным щелоком 1-го корпуса. При этом исходный электрощелок нагревается до температуры 136,4 ⁰С, а частично упаренный охлаждается до 157,6 ⁰С, что исключает его вскипание при вводе во 2-й корпус АВ2.

Окончательный нагрев щелока до температуры 160,5 ⁰С осущес-твляется в подогревателе Т7 греющим паром.

Рисунок 2.1 - Четырехкорпусная выпарная установка в производстве щелока

Из подогревателя Т7 щелок поступает в 1-й корпус АВ1 выпарной установки.

Из АВ2 образующаяся суспензия поступает в выпарной аппарат АВ3, из которого поступает в вакуум-кристаллизатор ВК.

В вакуум-кристаллизаторе вследствие испарения части растворителя при вскипании перегретого щелока его концентрация повышается до 26% масс. При этой концентрации и температуре кипения 80 ⁰С исключается выпадение солей сульфата натрия, что обеспечивает получение чистой соли хлорида натрия (до 90%).

Из ВК через переливной сборник СБ9 сгущенная суспензия первоначально поступает через гидрозатвор в сборник СБ7, а затем насосами Н8-Н9 подается в питатель центрифуг ПЦ1-ПЦ2 (один резервный). Сгущенная суспензия с Т : Ж = 1 : 1 поступает на разделение в центрифуги ФГП-1451К Ц1-Ц2 (одна резервная). Маточник из центрифуг, осветленная часть из питателей и промывок соли из фильтров поступают в сборник СБ1, из которого насосами Н17-Н18 (один резервный) подаются в выпарной аппарат АВ4. Соль из центрифуг поступает в гидротранспорт ГТ1. Упаренный в выпарном аппарате АВ4 до концентрации 49,2% масс. щелок подается насосами Н12-Н13 на разделение в гидроциклоны Г1-Г2(один резервный). Осветленная часть из гидроциклонов поступает на охлаждение. Охлаждение щелока осуществляется в кристаллизационной системе: емкостный аппарат АЕ3-АЕ6 – кожухотрубчатый теплообменник Т8-Т10 – перекачивающий насос Н23-Н27. При охлаждении щелока кристаллизуется хлорид и сульфат натрия и повышается концентрация NaOH до 50% масс. Из системы охлаждения суспензия поступает в сборник СБ3, из которого насосами Н28-Н29 откачивается на фильтры ФП1-ФП3 для отделения кристаллов соли. Маточник из фильтров поступает в СБ4 и насосами Н30-Н31 (один резервный) откачивается на склад готовой продукции.

Линия греющего и вторичного пара, конденсата

Первый корпус установки АВ1 и подогреватель Т7 обогреваются паром ТЭЦ давлением 1,0 МПа.

Образовавшийся в 1-м корпусе вторичный пар, пройдя выносной

каплеотделитель КО1, поступает на обогрев 2-го корпуса.

Вторичный пар 2-го корпуса после очистки от уносимых капель в каплеотделителе КО2 поступает в теплообменник Т2 и греющую камеру аппарата АВ3.

Вторичный пар 3-го корпуса после очистки в каплеотделителе КО3 поступает на обогрев аппарата АВ4.

Вторичный пар КВ и 4-го корпуса (АВ4) поступает в барометрический конденсатор КС1-КС2 на конденсацию. Несконденсировавшиеся газы из КС1-КС2 поступают на пароэжекторный вакуум-насос НВЭ.

При проведении ремонта ПВН вакуум в системе создается при помощи водокольцевого вакуум-насоса ВВН.

Конденсат греющего пара из АВ1 и Т7 поступает в конденсатоотводчик К1, откуда подается в теплообменники Т3-Т4 и, охладившись до температуры 124 ⁰С, направляется в испаритель Сб8. Охладившийся в испарителе до температуры 98 ⁰С конденсат направляется насосами Н1-Н2 (один резервный) на ТЭЦ. Пар вскипания из испарителя Сб8 поступает на обогрев аппарата АВ4.

Конденсат из аппарата АВ2 перетекает через конденсатоотводчик К2 в греющую камеру АВ3, а из нее через конденсатоотводчик КЗ – в греющую камеру АВ4.

Конденсат из аппарата АВ4 первоначально поступает в сборник АЕ2, а затем насосами Н10-Н11 (один резервный) подается в теплообменник Т1 на подогрев исходного щелока. Из теплообменника конденсат поступает на ТЭЦ или на технологические нужды.

Линия солевого рассола

Отделенная на центрифугах Ц1-Ц2 (одна резервная) соль поступает в гидротранспорт ГТ1. С торца в гидротранспорт подается конденсат (или оборотная вода) для транспортировки слои и ее растворения. Из гидротранспорта суспензия поступает в сборник Сб2, из которого насосами Н19-Н20 (один резервный) подается на дальнейшее растворение в пульсационную колонну СР1-СР2 (одна резервная). Готовый рассол подается на электролиз.

Соль из фильтров ФП1-ФП3 поступает в гидротранспорт ГТ2, в торец которого подается для отмывки крепкой щелочи исходный электрощелок. Из гидротранспорта ГТ2 суспензия поступает первоначально в сборник Сб5, а затем насосами Н32-Н33 (один резервный) подается на разделение в центрифуги ФГН-903К Ц3-Ц4 (одна резервная). Соль из центрифуг, обогащенная сульфатом натрия, поступает в сборник Сб6. В этот же сборник подается вода с температурой 18 – 20 ⁰С. Обогащенный сульфатами рассол насосами Н35-Н36 (один резервный) выводится из цеха.

Разработанная технологическая принципиальная схема имеет следующие преимущества:

- применен чистый прямоток, установка проста по обвязке, технологическим трубопроводам и регулировке;

- понижен расход греющего пара (4-х кратное его использование);

- обеспечено получение до 90% соли, не содержащей сульфатов;

- обеспечено получение до 10% соли, содержащей до 36% Na₂SO₄, что снижает потери каустика;

- осуществлено осветление горячего каустика на гидроциклонах.

Для комплектации установки было применено стандартное (покупное) и заимствованное оборудование.

2.2 Технологические основы процесса

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Основной задачей выпарных установок является концентрирование растворов, выделения из растворов растворенного вещества в чистом виде. Попутно с этими основными задачами выпарные установки снабжают завод горячим паром за счет отбираемых вторичных паров, а также обеспечивают котельные установки и другие технологические потребности производства горячими конденсационными водами.

Выпарные аппараты бывают периодического и непрерывного действия.

Выпарные аппараты можно классифицировать по признакам:

- роду теплоносителя или методу обогрева;

- расположению и виду поверхности теплообмена;

- расположению рабочих сред;

- режиму и кратности циркуляции раствора.

В зависимости от метода обогрева выпарные аппараты бывают:

- с газовым обогревом;

- с обогревом жидким теплоносителем;

- с паровым обогревом;

- с непосредственным обогревом;

- с электрообогревом.

Наибольшее применение получили аппараты с паровым обогревом потому, что водяной пар характеризуется высокой скрытой теплотой конденсации, высоким коэффициентом теплоотдачи; паровой обогрев характеризуется гибкостью регулирования.

По расположению поверхности теплообмена выпарные аппараты могут быть вертикальными, горизонтальными и реже наклонными. Поверхность теплообмена может быть конструктивно оформлены в виде пучка труб, в виде змеевика или в виде паровой рубашки.

По расположению рабочих сред выпарные аппараты подразделяются на аппараты с подачей греющего пара в трубки (т.е. кипение раствора в большом объеме корпуса) и подачей греющего пара в межтрубное пространство (кипение раствора в трубках).

По режиму движения жидкости аппараты подразделяются на выпарные аппараты со свободной и принудительной циркуляцией, однократной или многократной. Естественная циркуляция может осуществляться в объеме аппарата, лидо обеспечиваться специальными циркуляционными трубами. Принудительная циркуляция организуется с помощью насосов, мешалок или подачи пара (газа).

По кратности циркуляции выпарные аппараты бывают с однократной или многократной циркуляцией раствора.

По направлению движения пара и жидкости – на аппараты, в которых жидкость движется снизу вверх или сверху вниз. Аппараты с ниспадающей пленкой также подразделяются по направлению движения вторичного пара вверх или вниз. Последний способ благоприятно сказывается на режиме теплообмена, так как движение пара и пленки в одном направлении способствует увеличению скорости пленки.

Выпарные аппараты также могут подразделяться по степени концентрирования – на аппараты небольших концентраций и аппараты высоких концентраций, используемые в однокорпусных установках и в последних ступенях установки.

Наиболее распространенным теплоносителем в выпарной технике является водяной пар, поэтому в большинстве случаев основной процесс в греющей камере – конденсация пара.

Примем, что на выпаривание поступает G_н кг/с исходного раствора концентрацией b_н, вес % и удаляется G_к кг/сек упаренного раствора концентрацией b_к, вес %. Если в аппарате выпаривается W кг/с растворителя, то общий материальный баланс аппарата имеет вид:

(2.1)

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе, имеет вид:

(2.2)

Для составления теплового баланса введем обозначения:

D – расход греющего пара;

J, J_г, i_н, i_к – энтальпия вторичного и греющего пара, исходного и упаренного растворов соответственно;

– энтальпия парового конденсата,

где – удельная теплоемкость, – температура конденсата.

Получим уравнение:

(2.3)

Рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и испаренной влаги, можно записать следующее частное уравнение теплового баланса смешения при постоянной температуре кипения t_к:

(2.4)

Отсюда

(2.5)

Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяем на основе уравнения теплопередачи:

(2.6)

где Q – тепловая нагрузка аппарата;

k – коэффициент теплоотдачи;

F – поверхность нагрева;

– движущая сила процесса.

Тогда поверхность нагрева равна:

(2.7)

Полезная разность температур в выпарном аппарате представляет собой разность температуры конденсации Т, ⁰С греющего пара и температуры кипения t_к, ⁰С выпариваемого раствора.

(2.8)

1 234 5 6