Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Фосфорная кислота имеет большое значение как один из важнейших компонентов питания растений. Фосфор используется растениями для построения своих самых жизненно важных частей - семян и плодов. Фосфорные удобрения способствуют повышению урожайности различных сельскохозяйственных культур. Они также благоприятно действуют на почву, способствуя ее структурированию изменению растворимости других содержащихся в почве веществ и подавлению некоторых образующихся вредных органических веществ.

Различные соли фосфорной кислоты широко применяют во многих отраслях промышленности, в строительстве, разных областях техники, в коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от радиации, для умягчения воды, борьбы с котельной накипью и изготовления различных моющих средств. Одним из методов производства фосфорной кислоты является сернокислотное разложение апатитового концентрата в полугидратном режиме с образованием экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) полугидрата сульфата кальция и фторсодержащих газов, с последующим разделением осадка фосфогипса и фосфорной кислоты на карусельных вакуум-фильтрах, упариванием полученной кислоты до массовой доли Р₂О₅ 52,0-54,0 и абсорбцией фторсодержащих газов. Полугидратный процесс характеризуется техническими сложностями, связанные с повышенной температурой, выделением фтористых газов. Полугидратный процесс более чувствителен к отклонениям технологического режима, так как осуществляется в более узких интервалах температуры и концентраций Р₂О₅, СаО, SО₃ в жидкой фазе. Поэтому очень важным условием стабильной и эффективной работы полугидратных систем является оснащение их надежной системой контроля и автоматического регулирования, применения АСУТП.

Отходами в производстве ЭФК являются газообразные соединения фтора, а также сульфат кальция в виде полугидрата (фосфополугидрат). Фтор выделяется в газовую фазу в виде SiF₄ и НF. Вопросы улавливания и утилизации фтора в производстве ЭФК нашли свое рациональное решение путем водной абсорбции фтористых газов и используемой получаемой таким образом кремнефтористоводородной кислоты для производства фторсодержащих солей.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Способы получения ЭФК

В зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты, сульфат кальция выпадает в осадок в виде дигидрата или полугидрата. В соответствии с этим возможны 2 прямых способа производства экстракционной фосфорной кислоты: дигидратный, полугидратный.

Основные стадии дигидратного способа: экстракция внутренней циркуляцией и вакуумным или воздушным охлаждением экстракционной пульпы, дозревание пульпы после, отделение фосфорной кислоты на наливных вакуум-фильтрах. Для перекачивания пульпы и кислот используют, погружные насосы, для создания вакуума -- водокольцевые вакуум-насосы или паровые вакуум-эжекционные установки. Для поглощения выделяющихся соединений фтора используют абсорбционные аппараты различных типов. Стадией процесса, определяющей в основном его эффективность, является узел экстракции. В экстрактор подают серную кислоту, содержащую 75--93 % H₂S0₄. Использование 93 %-ной кислоты (при переработке апатитового концентрата) дает возможность увеличить подачу воды для промывки фосфогипса на вакуум-фильтре и тем самым увеличить производительность. Экстракционную пульпу охлаждают воздухом. Способ воздушного охлаждения более простой в аппаратурном оформлении, поскольку очистке от соединений фтора подлежит один поток газа. Но он связан с большим расходом воздуха, т. е. с использованием вентиляторов большой производительности, и с необходимостью применения абсорбционной аппаратуры большого объема. Для усовершенствования этого способа необходима разработка эффективного массообменного аппарата «воздух -- пульпа» с замкнутым циклом охлаждающего воздуха -- для повышения степени насыщения, а значит, уменьшения объемов охлаждающего воздуха и абсорбционной аппаратуры.

Полугидратные способы на предприятиях производят практически по той же схеме и в той же основной аппаратуре, что и для типового дигидратного процесса (охлаждение пульпы воздушное). Однако если вначале были изменены только некоторые параметры процесса, то в дальнейшем по мере накопления опыта и проведения дополнительных исследований была значительно изменена и технология.

Как и при интенсификации дигидратного процесса, в полугидратном процессе с целью исключения локальных пересыщений организовано предварительное смешение исходной серной кислоты с раствором разбавления и рециркулируемой пульпой, разделены зоны разложения и кристаллизации, внедрен двух зонный сульфатный режим что обеспечило повышение коэффициента извлечения Р₂О₅ на 0,7 %--1,5 % (абс.) и позволило резко снизить содержание растворенного сульфата кальция, а это уменьшило инкрустацию оборудования и трубопроводов. Температура 94--97 ° С; содержание в жидкой фазе пульпы (первая и вторая зоны): 0,85--2,62 % S0₃ и 1,09 -- 0,25 % СаО; съем с фильтра 1408,7 кг/ (м²-ч); Опыт ранее проведенных работ и эксплуатации промышленных производств показал, что для этого процесса предпочтительнее использовать ленточные вакуум-фильтры (улучшается промывка ткани, исключаются отложения гипса). Переход полугидрата в дигидрат, особенно при добавке в водную суспензию стабилизатора, например известкового молока, происходит медленно, что позволяет удалять его в отвал гидротранспортом.

В схеме производства экстракционной фосфорной кислоты предусмотрены следующие системы очистки фторсодержащих газов, выделяющихся в технологическом процессе:

абсорбция фтора из газов после выпаривания фосфорной кислоты с получением кремнефтористоводородной кислоты массовой долей от 18,0 % до 22,0 %, направляемой на переработку в производство фторида алюминия или на СНКС,

санитарная очистка газов, состоящая из пяти систем:

от экстрактора и дозревателя;

от вакуум-испарителя экстракции;

от вакуум-фильтров;

от оборудования выпарного отделения.

Для абсорбционных процессов используются воды внутрицехового оборотного цикла и кислые стоки. Полученная слабая кремнефтористоводородная кислота возвращается в процесс. Очищенные газы через выхлопную трубу (Н=180 м) выбрасываются в атмосферу.

1.2 Установки для выпаривания экстракционной фосфорной кислоты

Для производства концентрированных фосфорных и сложных удобрений требуется фосфорная кислота, содержащая 37--55% Р₂О₅, а для получения полифосфатов аммония и концентрированных жидких удобрений -- полифосфорная кислота с 72--83% Р₂О₅. Поэтому во многих случаях фосфорную кислоту выпаривают.

Процесс выпаривания фосфорной кислоты осложнен сильной коррозией аппаратуры и выделением примесей. Горячая фосфорная кислота оказывает сильное корродирующее действие на большинство известных металлов, сплавов и силикатно-керамических материалов. Коррозия резко усиливается, если в выпариваемом растворе содержится 2--5% свободной H₂SО₄. Выделяющиеся в процессе выпаривания осадки забивают аппаратуру, в результате ее производительность резко снижается. Это затрудняет использование для выпаривания фосфорной кислоты типовых выпарных установок.

По мере увеличения концентрации фосфорной кислоты возрастает давление пара растворенной в ней кремнефтористоводородной кислоты H₂SiF₆ и значительная ее часть удаляется в виде смеси четырехфтористого кремния SiF₄ и фтористого водорода HF. При выпаривании кислоты до 55--57% Р₂О₅ в газовую фазу удаляется 85--90% содержащегося в ней фтора.

Рис 1. Вакуум-выпарной установки фирмы «Спейшим» (Франция) 1-теплообменник; 2- испаритель; 3- циркуляционный насос; 4- брызгоуловитель; 5- рециркуляционный бак; 6- циркуляционный насос; 7- промывная башня; 8- барометрический конденсатор; 9- вакуум-эжекторное устройство; 10- барометрический затвор.

На рис. 1 показана схема вакуум-выпарного аппарата. Исходная фосфорная кислота поступает в выпарной аппарат через подъемную трубу между теплообменником 1 и испарителем 2. Упаренная кислота (51--53% Р₂О₅,) выводится из испарителя самотеком в хранилище. Температура кислоты в испарителе 85-90 °С.

В вакуум-выпарном аппарате с графитовым теплообменником 1, обогреваемым паром (избыточное давление 2,5 ат), интенсивная циркуляция кислоты осуществляется осевым циркуляционным насосом 3. Вакуум в аппарате создается двухступенчатым пароэжекторным устройством. Отсасываемый из испарителя 2 соковый пар очищают от капель фосфорной кислоты в центробежном брызгоуловителе 4 и от фтористых соединений -- в промывной башне 7, орошаемой 10--12%-ной кремнефтористоводородной кислотой. Очищенный соковый пар конденсируется в поверхностном конденсаторе 8.

Внутренние поверхности баков, емкостей и трубопроводов гуммированы. Вакуум-выпарная установка требует регулярной промывки и механической чистки поверхностей теплообмена графитового теплообменника от накипи. Чистить теплообменники очень трудно из-за хрупкости графита. Минусы данной схемы:

1. Интенсивная коррозия пластинчатых теплообменников и крышек теплообменных пучков в верхней части трубок поверхностных конденсаторов.

2. На греющих поверхностях пластинчатых теплообменников откладывалась накипь, а промежутки между пластинами были забиты рыхлым осадком (сульфат кальция, кремнефториды натрия, калия и фосфаты полуторных окислов).

3. Из испарителей вместе с паром уносилась фосфорная кислота, а в промывных башнях получалась кремнефтористоводородная кислота с увеличенным содержанием Р₂О₅ (0,5--0,7%).

Рис 2. Вакуум-выпарная установка фирмы «Нрайон» (Бельгия)

1 -- графитовые теплообменники; 2 -- испаритель; 3 -- рециркуляционный бак фосфорной кислоты; 4 -- циркуляционные насосы;5- насос; 6 -- брызгоуловитель; 7 -- промывные башни; 8 -- барометрический конденсатор; 9 -- двухступенчатое вакуум-эжекторное устройство; 10 --барометрический затвор; 11 -- рециркуляционные баки; 12 -- циркуляционные насосы кремнефтористоводородной кислоты.

На рис. 2 представлена Вакуум-выпарная установка фирмы «Нрайон» (Бельгия). Исходная фосфорная кислота поступает в рециркуляционный бак с мешалкой 3, смешивается с концентрированной кислотой и далее циркуляционными насосами 4 подается с температурой 64 ^СС в два графитовых теплообменника 1, обогреваемых паром. Подогретая в теплообменниках кислота поступает в испаритель 2, а оттуда снова возвращается в рециркуляционный бак. Температура кислоты в испарителе 72 °С. Соковый пар после испарителя очищается от фтористых соединений в трех последовательно соединенных промывных башнях 7, орошаемых кремнефтористоводородной кислотой. Далее обесфторенный соковый пар конденсируется в барометрическом конденсаторе 8. Вакуум в установке создается двухступенчатым эжекционным устройством 9.

Для этой установки характерны громоздкий узел абсорбции фтористых соединений, а также значительный расход мощности на циркуляцию фосфорной кислоты из за большого гидравлического сопротивления теплообменников.

Рис 3. Двухступенчатая установка для концентрирования фосфорной кислоты с рециркуляцией пульпы

1 -- 4 -- насосы; 5 -- питательный бак-отстойник; 6 -- первая ступень выпарки; 7 -- вторая ступень выпарки; 8 -- центрифуга.

На рис 3 представлена схема выпаривания фосфорной кислоты с рециркуляцией пульпы. Она позволяет получить осветленный готовый продукт. Для этого из упаренной кислоты отделяют на центрифуге 8 нерастворимые частицы, возвращают их в отстойник-питатель 5, куда подают поступающую на концентрирование исходную кислоту. Шлам из отстойника перекачивают на вакуум-фильтр, а жидкость -- в выпарной аппарат. Инкрустация греющей поверхности существенно уменьшается при регулировании кристаллизации выделяющихся примесей. Для этого в циркуляционный контур вакуум выпарных аппаратов включают специальную емкость для кристаллизации основной массы примесей и укрупнения их частиц.

Рис 4. Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором

1 -- барометрический конденсатор с эжектором; 2 -- испарительная камера; 3 -- кристаллизатор; 4 -- подогреватель; 5 -- циркуляционный насос.

Вакуум-выпарной аппарат с кристаллизатором (рис. 4) состоит из испарителя, кристаллизационной камеры, циркуляционного насоса и подогревателя. Исходную фосфорную кислоту вводят через циркуляционную трубу, откуда в смеси с пульпой, поступающей из кристаллизатора 3, направляют через подогреватель 4 в нижнюю часть испарителя 2. В подогревателе примеси частично выделяются в виде зародышевых кристаллов и во взвешенном состоянии поступают в испаритель. Образовавшиеся водяные пары отводятся в конденсационную систему. Сконцентрированный раствор стекает из испарителя по центральной циркуляционной трубе в кристаллизатор. Здесь кристаллизация продолжается на ранее выпавших зародышах, в результате чего примеси выделяются в виде крупных кристаллов. По мере роста кристаллы опускаются на дно аппарата, откуда их выводят и отфильтровывают от кислоты. Для этого из кристаллизатора отводят на фильтр часть пульпы.

Влажные кристаллы возвращают в экстракторы разложения фосфата для использования уносимой ими фосфорной кислоты. Основную массу пульпы отводят из кристаллизатора и после смешения с исходной кислотой вновь возвращают в цикл. Подобная система может работать непрерывно 30 суток до остановки для удаления отложений, что снижает время простоя и увеличивает срок службы аппаратов.

Для концентрирования экстракционной фосфорной кислоты из апатита от 25--30% до 54% Р₂О₅ применяются однокамерные барабанные концентраторы.

На рис 5 представлена принципиальная схема выпарной установки с концентратором. Исходная фосфорная кислота из емкости 2 подается насосом 1 на напорный бак 3 и далее поступает в барабанный концентратор 6. Греющим агентом служат топочные газы, полученные при сжигании мазута в топке 5. Упаренная кислота из концентратора поступает на воздушное охлаждение в колонну 13, затем в емкость 14, откуда насосом 15 откачивается в отделение производства двойного суперфосфата.



Рис 5. Выпарная установка с барабанным концентратором

1, 10, 11, 15, 17 -- центробежные насосы; 2 -- емкость исходной кислоты; 3 -- напорный бак;4 -- воздуходувка; 5 -- топка; 6 -- барабанный концентратор; 7 -- электрофильтр; 8,9 -- абсорбционные колонны; 12 -- воздуходувка; 13 -- охладительная колонна- 14 -- емкость концентрированной кислоты; 16 -- бак; 18 -- вентилятор.

Отходящие из концентратора газы, загрязненные туманом фосфорной кислоты и фтористыми соединениями, поступают на очистку в узел абсорбции. Он состоит из последовательно соединенных электрофильтра 7 и двух абсорбционных колонн 8, 9. Далее вентилятором 18 через выхлопную трубу газы выбрасываются в атмосферу.

Орошение осуществляется противотоком: из первой по ходу процесса абсорбционной колонны откачивается 10%-ная кремнефтористоводородная кислота, в последнюю подается на орошение вода в количестве, необходимом для поддержания указанной концентрации кремнефтористоводородной кислоты. Кремнефтористоводородная кислота собирается в баке 16, откуда откачивается в производство кремнефторида натрия. Топка представляет собой стальной горизонтальный цилиндр, футерованный внутри огнеупорным шамотным кирпичом.

Топочные газы образуются в результате сгорания мазута, поступающего в механические форсунки под избыточным давлением 12--14 ат.



Рис 6. Барабанный концентратор

1 -- корпус; 2 -- барботажная труба; 3 -- газоход; 4 -- перегородка.

Концентратор представляет собой стальной, футерованный кислотоупорным кирпичом на арзамитовой замазке горизонтальный цилиндрический аппарат. Топочные газы поступают через барботажную трубу 2, заглубленную в слой кислоты на 80 мм. Часть барботажной трубы, находящаяся в контакте с горячими газами, футерована огнеупорным кирпичом, а находящаяся в контакте с кислотой -- кислотоупорным кирпичом. Внутри концентратора имеется перегородка 4 с окнами; она выполнена из кислотоупорного кирпича и предназначена для отделения брызг кислоты от парогазовой смеси.

Недостатками концентратора являются значительное выпадение гипса и других примесей (из-за этого аппарат приходится останавливать на чистку через каждые 10--15 суток работы), а также большой брызгоунос, затрудняющий нормальную эксплуатацию узла абсорбции. Концентратор и узел абсорбции не отвечают современным требованиям и эта установка не может быть положена в основу проектов новых промышленных схем.

1.3 Установки для абсорбции фтористых газов

Абсорбционные аппараты, используемые для улавливания фторсодержащих газов в промышленности, прошли большой путь развития от малоинтенсивных и малопроизводительных устройств к абсорберам с высокой эффективностью, позволяющих обрабатывать большие количества газа и постоянно вытесняющих своих предшественников. Тем не менее на предприятиях наряду с новейшими аппаратами используются традиционные системы очистки газов, например полые распиливающие аппараты, веерные абсорберы, насадочные колонны. В последнее время широкое распространение получили также абсорберы Вентури, пенные скоростные аппараты, полые скоростные скрубберы и др. Распыливающие скрубберы широко используют в цехах для улавливания фтористых соединений в отделениях экстракции и выпарки фосфорной кислоты.

Для улавливания фтора из газов после вакуум-выпарных аппаратов и вакуум-испарителей применяют полые башни, которые устанавливают перед поверхностными конденсаторами или конденсаторами смешения. Полые абсорберы отличаются простотой конструкции, обладают низким гидравлическим сопротивлением. Наибольшую эффективность обеспечивает расположение форсунок в несколько ярусов. Узел абсорбции включает полую башню со встроенным брызгоуловителем и тремя ярусами центрально расположенных форсунок, циркуляционный бак и насос. Башня орошается в циркуляционном режиме продукционной кремнефтористоводородной кислотой при помощи насоса. В циркуляционный бак непрерывно поступает вода в количестве, необходимом для получения кислоты концентрацией 10--14 % H₂SiF₆ при содержании Р₂0₅ 0,01 -- 0,09 %. Вакуум в системе 82--86 кПа. Концентрация упаренной кислоты в контуре аппарата 51,9--53,5 % Р₂О₅. экстракционный фосфорный кислота фтористый

В последнее время в промышленности минеральных удобрений нашли широкое применение пенные абсорберы, которые по нагрузке и по интенсивности массопередачи в несколько раз превосходят аппараты других конструкций при относительно низкой затрате энергии.

Эти аппараты могут устойчиво работать при значительных колебаниях нагрузки по газу (в диапазоне скоростей 3--8 м/с), они характеризуются устойчивостью к забиванию и высокой запыленности газового потока, что очень важно в многотоннажном производстве фосфорных и сложных удобрений.

Разновидностями пенных аппаратов являются абсорберы с псевдоожиженной насадкой, со стабилизатором пены, полые высокоскоростные аппараты с внешней или внутренней циркуляцией жидкости.

Рис 7. Схема абсорбции фтористых газов а производстве ЭФК с использованием АПН

1-брызгоотделитель; 2- форсунки; 3- абсорберы; 4-орошаемый газоход; 5- циркуляционные сборники; 6- циркуляционные насосы; 7- вентилятор.

Рис 8. Пенный аппарат со стабилизатором слоя

1-корпус; 2- решетка; 3- стабилизатор пены; 4-ороситель.

В настоящее время в промышленности находится свыше тысячи газоочистительных установок, в состав которых входят абсорберы пенного типа. Абсорберы с псевдоожиженной насадкой используются в производствах двойного и простого суперфосфата, экстракционной фосфорной кислоты, аммофоса, нитроаммофоски и других удобрений.

На рис. 8 показана принципиальная схема абсорбции газов, выделяющихся при производстве фосфорной кислоты по полугидратному методу. Каждый абсорбер орошается в циркуляционном режиме. Продукционную кремнефтористоводородную кислоту выводят из цикла орошения 1-й ступени абсорбции. Данная система характеризуется следующими показателями: количество выделяющихся фтористых газов 40000 м³/ч при мощности производства 140 тыс. т Р₂0₆ в год; концентрация фтора в газах до 2--4 г/м³; температура поступающих газов 85--95 °С; скорость газа в аппарате 2,5--3,5 м/с; плотность орошения 30--60 м''/(м²-ч), доля свободного сечения опорной решетки 40 %. В аппарате 2--3 слоя насадки с высотой каждого в статическом состоянии 35--40 мм Сопротивление одного слоя 1000 Па.

Недостатками абсорберов с шаровой насадкой и пенных аппаратов со стабилизатором слоя является узкий интервал рабочих скоростей, отсутствие надежной конструкции брызгоуловителя (в связи с чем возможен значительный унос жидкости из аппарата). Пенные газоочистители ПАСС, кроме того, сложны в наладке, неустойчивы к нарушениям технологического режима (снижение или возрастание объема газов, увеличение запыленности и т. п.), для них требуется тщательный подбор размеров стабилизатора. При создании абсорбционных систем по очистке от фтора с нагрузкой по газу 200 тыс. м³/ч и более эти аппараты получаются слишком громоздкими.

Пенные аппараты по интенсивности массопередачи и степени очистки, а также по эксплуатационным качествам значительно превосходят аппараты других конструкций. Их внедрение в промышленную практику отвечает современным тенденциям в развитии массообменных аппаратов.

1.4 Физико-химические особенности поглощения фтористых газов

Улавливание фтористых соединений при производстве экстракционной фосфорной кислоты дает возможность решить две важные задачи. Первая задача заключается в снижении содержания фторида водорода и тетрафторида кремния в отходящих газах до норм, обеспечивающих соблюдение при рассеивании предельно допустимой концентрации этих веществ в приземном слое атмосферного воздуха. Вторая задача сводится к утилизации фтористых газов, которые являются ценным сырьем для производства фтористых соединений, необходимых в различных отраслях промышленности и техники.

Фтористые газы в производстве экстракционной фосфорной кислоты поглощают главным образом водой с получением кремнефтористоводородной кислоты для санитарной очистки газов используют известковое молоко (1--2 % СаО).

Кремнефтористоводородная кислота -- одна из самых сильных кислот. В газообразном состоянии диссоциирует на фторид водорода и тетрафторид кремния. По мере изменения концентрации фтора и кремния в растворе изменяются давление паров HF и SiF₄ и состав газовой фазы. Для расчета движущих сил абсорбции (при улавливании фтористых газов водой) необходимы данные по равновесному давлению паров HF и SiF₄ над системами HF - H₂SiF₆ - Н₂0; H₂SiF₆-Si0₂-Н₂0; а при содержании в абсорбционных растворах фосфорной кислоты -- над системами H₂SiF₆ -- Н₃Р0₄--Н₂0 и H₂SiF₆ --Si0₂ --Н3РО4 -- Н₂0.

Температурная зависимость давления пара HF и SiF₄ над растворами кремнефтористоводородной кислоты описывается уравнением Августа: LgP=B-A/T.

Система H₂SiF₆ --H₂0(F:Si0₂ = 6): для HF А = 3440,70 +34,9769С; В= 10,3215 - 0,2041С;

для SiF₄ А =3276,53+ 11,3102С; В = 9,1153 + 0,1440С.

Система H₂SiF₆-Si0₂ -HF(F:Si0₂=5): для HF A = 3999,13--88,5440C; B=12,3659--0,2679C; для SiF₄ A =4383,24-70,3337C; B= 12,6893-0,1523C.

Система HF-H₂SiF₆-H₂0(F:Si0₂ = 7): для HF A =3440,70-34,97690C; B= 11,1219-0,0479C.

Система H₂SiF₆- H₃P0₄ - H₂0 (F: Si0₂ =6, P₂0₅=1 3 %): для HF A = 2926,15 -- 61,5255C; B= 9,2546-0,1366C;

для SiF, A =4173,31-7011203С; B= 11.6711-0,1146C.

Система H₂SiF₆ -- H₃P0₄ -- Si0₂ -- H₂0 (F: Si0₂ = = 5; P₂0₅ = 3%):

для HF A =4029,24-- 110,3275C; B= 12,4576-0,3357C^-

для SiF₄ A =3696,70 + 89,9584C; B= 10,3971 + 0,3929C.

Результаты расчетов, получаемые по этим формулам, показывают, что по мере снижения фторного числа (мольного отношения F:Si) в растворе, уменьшается отношение HF:SiF₄ в газовой фазе. Скорость перехода фтористых соединений в абсорбционный раствор подчиняется тем же закономерностям, что и скорость улавливания любого газообразного вещества жидкой фазой. Как известно, скорость перехода вещества пропорциональна степени отклонения от равновесия (разности концентраций фтора в одной из фаз и равновесной концентрацией). Помимо этого, скорость массообменного процесса пропорциональна поверхности соприкосновения фаз. Таким образом основными факторами, влияющими на скорость перехода фтора из газовой фазы в жидкую, являются коэффициент массопередачи, удельная поверхность соприкосновения фаз и движущая сила абсорбции. Эти факторы определяют конструктивные особенности аппаратов, применяемых для улавливания.

1.5 Характеристика производимой продукции

Кислота фосфорная экстракционная. Техническое наименование продукта. Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК). Фосфорной кислотой упрощенно называют ортофосфорную кислоту (о-фосфорная кислота). Её химическая формула - Н₃РО₄, молярная масса 98 г/моль.

Продукционная упаренная экстракционная полугидратная фосфорная кислота должна соответствовать требованиям СТП 113_00203648_098_2000, приведенным в таблице

Таблица 1. Требования СТП 113_00203648_098_2000 к качеству экстракционной фосфорной кислоты.

Наименование показателей	Для производства гранулированных минеральных удобрений (уч-к №1, уч-к №2 ПМУ)	ЖКУ (участок №4 ПМУ)
1	2	3
Массовая доля НЗРО4 в пересчёте на Р2О5,% не менее	52,0	52,0
Массовая доля SO3, % не более	3,5 (допускается 4,0 при условии суммы примесей не более 8,0)	2,5
Массовая доля осадка, % не более	4,5 при условии суммы примесей (SO3+ тв.в + F) не более 8,0	3,0
Содержание F, % не более	0,5	1,2
Массовая доля Fе2O3, % не 6олее	-	1,0
Массовая доля Аl2ОЗ, % не более	-	1,0
Массовая доля Cl, ррм не более	-	150
Массовая доля органического углерода, % не более	-	0,02
Содержание MgO, % не более	0,6 (для участка №1) от 0,15 до 0,4 (для участка №2)	0,15

1.6 Основные свойства экстракционной фосфорной кислоты, физико-химические свойства и константы

Фосфорная кислота производится и применяется в виде водных растворов. Экстракционная упаренная фосфорная кислота с массовой долей от 52,5 до 54,0 % в пересчёте на Р₂О₅ представляет собой маслянистую жидкость зеленоватокоричневого цвета с сильно выраженными кислотными свойствами, негорючая, не образует при нагревании взрывоопасных смесей, хорошо растворима в воде в любых пропорциях. Концентрированные растворы имеют консистенцию густого сиропа. Безводная фосфорная кислота кристаллизуется в виде бесцветных призматических кристаллов ромбической формы, плавящихся при температуре 42,35⁰С. При температуре 284 С и атмосферном давлении происходит дегидратации ортофосфорной кислоты и превращение ее в полифосфорную Н₄Р₂О₇ и метафосфорную НРО₃ кислоты:

2Н₃РО₄ ^ТН₄Р₂О₇ + Н₂О,

Н₄Р₂О₇ ^Т2НРО₃ + Н₂О,

Физические свойства растворов фосфорной кислоты приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2. Зависимость плотности, температур кипения и замерзания, удельной теплоемкости растворов фосфорной кислоты от массовой доли Р₂О₅

Массовая доля, %	Плотность при 25 С, г/см3	Температура при атмосферном давлении, 0С	Удельная теплоемкость
Н3РО4	Р2О5		кипения	замерзания	ккал/(гград)	кДж/(гград)
0	0	0,9971	100	0	1,000	4,19
5	3,62	1,0241	100,1	-0,8	0,973	4,07
10	7,24	1,0522	100,2	-2,1	0,939	3,93
20	14,49	1,1129	100,8	-6,0	0,871	3,65
30	21,73	1,1794	102,0	-11,8	0,798	3,34
50	36,22	1,3334	108,0	-41,9	0,656	2,75
75	54,32	1,5725	135,0	-17,5	0,542	2,27
85	61,57	1,6850	151	+21,1	0,493	2,02

Таблица 3. Зависимость вязкости растворов фосфорной кислоты от температуры и массовой доли Р₂О₅

Массовая доля	Динамическая вязкость, Пас103
Н3РО4	Р2О5	20 С	30 С	40 С	60 С	80 С	100 С
0	0	1,000	0,800	0,660	0,470	0,380	0,280
5	3,62	1,100	0,910	0,750	0,550	0,420	0,330
10	7,24	1,300	1,000	0,870	0,630	0,480	0,380
20	14,49	1,800	1,400	1,200	0,860	0,650	0,520
30	21,73	2,600	2,000	1,600	1,200	0,910	0,720
50	36,22	5,700	4,400	3,400	1,800	1,800	1,400
75	54,32	24,000	16,000	12,000	5,100	5,100	2,800
85	61,57	47,000	32,000	23,000	8,400	8,400	5,800

Область применения.

Экстракционная фосфорная кислота на ОАО «Аммофос» используется на Производстве минеральных удобрений (ПМУ) для производства: аммофоса, диаммонийфосфата, диаммофоски, NРК, ЖКУ.

Экстракционная фосфорная кислота на ОАО «Аммофос» производится только для внутризаводского использования и транспортируется по трубопроводам. Паспорт безопасности регистрации не подлежит.

1.6 Описание технологической схемы отделения концентрирования ЭФК

Рис 9. Технологическая схема отделения концентрирования ЭФК

Концентрирование фосфорной кислоты до массовой доли от 52,5 % до 54,0 % Р₂О₅ производится на вакуум-выпарной установке. Она состоит из греющей камеры и сепаратора, снабженного центробежным брызгоуловителем. Слабая фосфорная кислота с содержанием Р₂О₅ 26 % поступает в верхнюю часть греющей камеры в трубное пространство, где доводится до температуры кипения водяным паром, который подается в межтрубное пространство. Нагрев раствора в теплообменнике и выпаривание осуществляются за счет теплоты конденсации греющего пара. Упаренный раствор из выпарного аппарата поступает на дальнейшую переработку.

При выпаривании фосфорной кислоты образуется водяной пар и газ SiF₄ . Смесь газа SiF₄ и водяного пара поступает для очистки в тарельчатый абсорбер. Смесь подается в нижнюю часть абсорбера. Сверху тарелки орошаются водой. В результате процесса абсорбции газ SiF₄ поглощается водой и выводится в нижней части аппарата в виде раствора SiF₄ в H₂O. Водяные пары после абсорбции направляются в барометрический конденсатор. Вода подается через штуцер в верхней части аппарата и стекает по полкам. Сконденсировавшиеся пары и вода самотеком направляется в сборник. Не сконденсировавшиеся водяные пары попадают в ловушку и затем поступают на систему пароэжекторных насосов.

Глава 2.Технологические расчеты

2.1 Расчет выпарного аппарата

2.1.1 Исходные данные и составление материального баланса

G_k- расход упаренной кислоты, G_k1=165000 т/год;

,где (1.1)

N_см- число смен непрерывной работы, N_см=320;

R- количество часов работы аппаратов в сутки, R=24;

кг/с.

-массовый расход не упаренной кислоты;

,где (1.2)

,- массовые доли растворённого вещества в начальном и конечном растворе;50,=75.

9,168 кг/с.

массовый расход выпариваемой воды

, (1.3)

3,056 кг/с.

2.1.2 Определение температуры кипения раствора

Абсолютное давление в паровой фазе 0,1 ат. Определим давление в сепараторе в Па:

Па. (1.4)

Среднюю температуру кипения рассчитываем на середину высоты греющих труб. Давление в среднем слое труб трубах рассчитываем по формуле:

(1.5)

давление вторичных паров, Па;

плотность фосфорной кислоты,кг/м³; [10, с. 5 табл.1];

высота уровня раствора в греющей камере равна длине трубок т.к. испарение паров происходит в сепараторе, м;

;

Определим температуру кипения раствора по правилу Бабо:

, где (1.6)

- давление водяного пара при 0,1 ат;

- давление в среднем сечении труб, = 0,204 кгс/см²;

-давление пара при t_кип и атмосферном давлении, = 2,755 кг/см²;

=0,838 кг/см²

Согласно правилу Бабо раствор будет кипеть при той же температуре, что и температура кипения воды при давлении насыщенных паров = 0,838 кг/см²

Из выше стоящего следует, что температура кипения раствора=94,2

Приход теплоты:

1) с греющим паром (1.7)

2) с исходным раствором (1.8)

Расход теплоты:

3) с вторичным паром

(1.9)

4) с концентрированным раствором

(1.10)

5) с конденсатом

, где (1.11)

- удельная энтальпия конденсации

6) потери теплоты в окружающую среду и на дегидратацию (обезвоживание) принимаем 5% от прихода теплоты, т.е.

(1.12)

Из общего расхода теплоты находим расход пара:

=3,655 кг/с.

Таким образом, тепловая нагрузка равна:

. (1.13)

определяем удельный расход пара на 1кг испаряемой воды:

2.1.3 Определение поверхности теплообмена

Определим ориентировочный коэффициент теплоотдачи :

, где (1.14)

- коэффициент, учитывающий физико-химические свойства конденсата;

- высота кипятильной трубы;

Вт/м² - удельный тепловой поток;

, где (1.15)

Вт/м²*К - коэффициент теплопроводности [10, с. 5 табл.1];

кг/м³ - коэффициент плотности [10, с. 5 табл.1];

кДж/кг- удельная теплота испарения конденсата [10, с. 5 табл.2];

Па*с- удельная вязкость конденсата [10, с. 5 табл.1];

Вт/м²*К

Находим ориентировочный коэффициент :

, где (1.16)

Вт/м*К- теплопроводность раствора при [10, с. 5 табл.2];

кг/м³- плотность раствора при [10, с. 5 табл.1];

н*м- поверхностное натяжение при [10, с. 6 табл.3];

- теплоемкость раствора [10, с. 5 табл.2];

Па*с- динамическая вязкость [10, с. 5 табл.1];

кг/м³- плотность вторичного пара при 5 атм [2, с. 548 табл.ХХХIX];

кг/м³- плотность вторичного пара при атм. давлении [2, с. 548 табл.ХХХIX];

кДж/кг- теплота парообразования вторичного пара [2, с. 548 табл.ХХХIX].

Вт/м²*К

На основании расчётов ориентировочных коэффициентов теплоотдачи , и полезной разности температур составляем систему уравнений:

Приведенную систему мы решаем с использованием математического пакета программы Mathcad. Используя расчеты получаем, что тепловая нагрузка равна.

q=99000 Вт/м²

. (1.17)

Определяем поверхность теплопередачи:

(1.18)

Q- Теплота приходящая к кипящему раствору:

Q=2141000*0,95*1,161=2361416 Вт

Выбираем в соответствии с ГОСТ 11987-81 вакуум выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной греющей камерой с поверхностью нагрева 125 м². Основные характеристики таких аппаратов показаны в таблице [11, стр. 78 табл.8,9].

2.1.4 Конструктивный расчёт аппарата

Определяем число труб в трубной решетке.

, где (1.19)

В соответствии с данными [11, стр. 55 табл.7,6]. при размещении труб в трубной решетке по вертикали равносторонних треугольников применяем ближайшее значение числа труб . Параметры, характеризующие размещение труб в трубной решетке.

Шаг между трубами:

, где (1.20)

- коэффициент, который определяется в зависимости от по [11, стр. 55 табл.7,7].

Число труб на диаметре решетки:

(1.21)

Принимаем стандартное значение [11, стр. 55 табл.7,6].

Определение диаметра корпуса обечайки греющей камеры.

, где (1.22)

- коэффициент использования трубной решетки т.к. в трубной решетке циркуляционная труба отсутствует для выбранного аппарата, то

или

Принимаем в соответствии с ранее выбранным аппаратом [11, стр. 56 табл.7,8]. Расчет толщины стенки обечайки и днища (крышки).

Принимаем материал аппарата сталь 15Х5М с нормативным допускаемым напряжением МПа [11, стр. 51 табл.6,2].

, где (1.23)

- поправочный коэффициент для взрывопожароопасных сред;

- внутренний диаметр обечайки аппарата;

- коэффициент сварного шва для автоматической двухсторонней сварки;

- прибавка на коррозию для материала аппарата; (1.24)

- период эксплуатации;

- коррозионная проницаемость;

Из практических рекомендаций принимаем толщину стенки обечайки .

Расчет трубной решетки.

Толщина трубной решетки:

, где (1.25)

- коэффициент, зависящий от типа решетки;

- давление в межтрубном пространстве;

Принимаем тип решетки III, тогда ; ; МПа ;

МПа - допускаемое напряжение на изгиб для материала трубной решетки;

- коэффициент ослабления решетки отверстиями. (1.26)

- число труб в диаметре решетки;

МПа

м

Толщину трубной решетки необходимо проверить исходя из надежности закрепления в ней труб так как при развальцовке труб

- наружный диаметр труб

условие выполняется, принимаем

Выбор днищ и крышек.

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 - 78 [3 c.25], толщина стенки днища ₁= 8 мм.

Рис 10.

Выбор фланцев.

Фланцы предназначены для разъемного соединения обечаек, днищ и трубопроводов с внутренними базовыми размерами. Для выпарных аппаратов работающих под давлением до 16 атм согласно РСТ 26 - 426 - 79 используют плоские стальные приварные фланцы. Определение основных размеров штуцеров выпарного аппарата и их подбор по нормалям.

Диаметр штуцера для ввода греющего пара:

, где (1.27)

- плотность пара

Принимаем диаметр штуцера согласно ГОСТ

Диаметр штуцера для выхода конденсата:

(1.28)

Принимаем

Диаметр штуцера для выхода вторичного пара:

(1.29)

Принимаем

Диаметр штуцера для входа и выхода раствора:

(1.30)

Принимаем

Рис 11.

Параметры фланцев:

dусл	D	D2	h	n	d
1000	1130	1090	38	40	20
500	640	600	20	16	20
100	205	170	11	4	16
70	185	150	11	4	16

Расчет и подбор опор аппарата

Максимальная масса аппарата:

G_max = G_a + G_в,

где G_a = 13000 кг - масса аппарата,

G_в - масса воды заполняющей аппарат.

G_в = 10000,785D²H = 10000,7852²4 = 12560 кг,

где Н = 11,0 м - высота аппарата.

G_max = 13000 + 12560 = 25560 кг = 0,257 МН.

Принимаем, что аппарат установлен на 4 опорах, тогда нагрузка

приходящаяся на одну опору:

G_оп = 0,257/4 = 0,0645МН.

Выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,129 МН, конструкция которой приводятся на рисунке:

Рис 12.

2.1.4 Расчёт сепарационного пространства

Скорость пара в паровом пространстве.

м/с (1.31)

Определяем критерий Рейнольдса.

, где (1.32)

вязкость пара [2, с. 548 табл.ХХХIX];

- диаметр капли;

Коэффициент гидравлического сопротивления

При

Скорость витания в паровом пространстве

м/с (1.33)

т.к. условие , не выполняются и капли раствора не будут оседать на поверхности кипящего раствора необходимо установить центробежный брызгоотделитель и сепаратор большего диаметра.

Допустимая скорость пара.

Определяем диаметр аппарата.

(1.34)

Принимаем нестандартный диаметр сепаратора D_c=3800мм=3,8 м

2.1.5 Расчёт толщины тепловой изоляции

Толщину тепловой изоляции рассчитывают из равенства удельных тепловых потоков.

, где (1.35)

- коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху

- температура изоляции со стороны воздуха

- температура воздуха

- температура стенки аппарата

- коэффициент теплопроводности материала изоляции

2.2 Расчет тарельчатого абсорбера

2.2.1 Технологический расчет

- массовая концентрация распределяемого компонента в жидкой фазе на входе в аппарат: =0 ;

- массовая концентрация распределяемого компонента в жидкой фазе на выходе из аппарата:=0,18 ;

- массовая концентрация распределяемого компонента в газовой смеси на входе в аппарат: =0,0332 ;

- массовая концентрация распределяемого компонента в газовой смеси на выходе из аппарата: =0,007293 .

Переводим часовой расход в секундный:

G_н- массовый расход газовой смеси на входе в аппарат: G_н=11000 кг/ч;

G_н= кг/с. (2.1)

Из уравнения материального баланса находим массовый расход абсорбента

L- массовый расход абсорбента;

L= G_н* кг/с. (2.2)

Данные для расчета и построения рабочей линии процесса взяты из монографии «Концентрирование и очистка экстракционной фосфорной кислоты». [1, с. 77].

Таблица 4.Равновесная линия процесса.

0,009243	3,29E-05
0,018726	4,21E-05
0,028457	5,4E-05
0,038448	6,93E-05
0,048709	8,88E-05
0,05925	0,000114
0,070084	0,000146
0,081222	0,000187
0,092678	0,00024
0,104465	0,000307
0,116599	0,000394
0,129094	0,000505
0,141967	0,000648
0,155236	0,00083
0,168918	0,001064
0,183034	0,001364
0,197605	0,001749

Рис 13. График равновесной линии процесса

2.2.2 Определение диаметра абсорбера

Скорость газа в интервале устойчивой работы колпачковых тарелок определяется из уравнения:

, где (2.3)

с-коэффициент для колпачковых тарелок определяется из графика [8, с.31 рис 4.9], расстояние между тарелками принимается в зависимости от их типа и диаметра аппарата, принимаем H_т=600 мм, с=500;

-плотность пара при 45,4 ⁰С из [2, с. 548 табл.ХХХIX] =0,06686 кг/м³;

- плотность воды при 45,4 ⁰С из [2, с. 537 табл.ХХХIX] = 983,15 кг/м³;

м/с.

Определяем диаметр абсорбера из уравнения расхода для сплошной фазы, которой является пар:

м. (2.4)

Выбираем стандартный диаметр аппарата =3400 мм. [8, с. 134 табл. 12].

Выбираем колпачковую тарелку ТСК-Р. Характеристики тарелки:

Свободное сечение колонны 9,08 м²;

Длина линии барботажа 83,8 м;

Периметр слива Lс=2,62 м;

Сечение перелива 1,128 м²;

Свободное сечение тарелки 1,32 м²;

Относительная площадь для прохода паров 14,5%;

Масса 546 кг.

Уточняем скорость газа:

5,037 м/с

2.2.3 Определяем высоту абсорбера

Коэффициенты диффузии определяются по уравнениям:

- диффузия в паровой фазе SiF₄;

, где (2.5)

-температура в аппарате,=45,4 ⁰С при давлении 10000 Па;

-мольный объем Si, [4, с. 288 табл. 6,3];

- мольный объем F₄, [4, с. 288 табл. 6,3];

- мольный объем H₂O, [4, с. 288 табл. 6,3];

м²/с.

- диффузия в жидкой фазе SiF₄;

,где (2.6)

Значения А и В приводятся [4, с. 660, табл. Х-4,Х-5] А-1, В-4,7

-коэффициент динамической вязкости воды =0,001 Па*с,при 20⁰С; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

м²/с.

Коэффициент b рассчитывается по уравнению:

, где (2.7)

-плотность воды при 20 ⁰С [2, с. 537 табл.ХХХIX];

м²/с. (2.8)

Определяем число единиц переноса графическим интегрированием, как площадь на графике -.При определении площади необходимо учесть масштаб диаграммы.

Таблица 5.Определение числа единиц переноса.

3,28759E-05	0,008	125,5158
4,21447E-05	0,009	111,6339
5,40268E-05	0,011	91,3578
6,92589E-05	0,0128	78,55002
8,87855E-05	0,014	71,88445
0,000113818	0,015	67,17639
0,000145907	0,0168	60,0453
0,000187045	0,018	56,13892
0,000239781	0,021	48,16905
0,000307386	0,0227	44,65758
0,000394054	0,0235	43,2789
0,000505161	0,026	39,22362
0,000647598	0,028	36,55986
0,000830204	0,0285	36,14049
0,001064308	0,029	35,7965
0,001364442	0,033	31,61

Определение числа единиц переноса по газовой фазе.

Рис 14.

. (2.9)

Находим критерий Re:

, где (2.10)

-коэффициент динамической вязкости пара Па*с;

при 45,4⁰С; [2, с. 548 табл.ХХХIX].

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

; (2.11)

.

Критерий Прандтля для жидкой фазы:

, где (2.12)

- плотность и вязкость воды при 45,4⁰С; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

; (2.13)

.

Находим коэффициент распределения m, как tg угла наклона равновесной линии при среднем значении

=:

Определение коэффициента распределения m.



Рис 15.

. (2.14)

Определяем поверхность массопередачи одной тарелки:

F=9,08-1,128=7,952 м². [8, с. 134 табл. 12]. (2.15)

Определяем число действительных тарелок:

=2 тарелки.

2.2.4 Конструктивный расчет

Для аппарата с D=3400 мм выбираем сталь 15Х5М, при этом толщина стенки цилиндрической обечайки 20 мм [8, с. 130 табл. 9].

Определение параметров штуцеров для ввода газовой смеси:

Скорость для смеси в штуцерах принимают :

- для газов-

Принимаем

Вход абсорбента (воды):

Скорость для жидкости-;

Принимаем .

Выход раствора фтористых газов в воде: принимаем

Выход газа после абсорбции: принимаем

Определяем конструкцию и размеры фланцев штуцеров:

Выбираем плоские приварные фланцы:

Рис 16. Фланец.

D_y=3400 мм ,S=20 мм, h=60 мм,h_в=650 мм.

Рис 17. Конструкция эллиптического днища.

Рассчитываем нагрузку на опоры абсорбера и выбираем стандартные.

Находим массу аппарата полностью заполненного водой:

, где

D и H -диаметр и высота абсорбера, D=3400 мм, H=5000 мм,-плотность воды -1000 кг/м³.

10,4 т.

Масса аппарата:

,

т.

Нагрузка на опору:

M= Мн.

Выбираем опору (лапы) в количестве 4 шт. ОВ-1-Б-16,0-8 ОН 26-01-69 [9, 673 с. табл. 29,2]

L=280 мм, L₁=320 мм, L₂=260 мм, L₃=400 мм ,В=310 мм, В₁=220 мм, В₂=230 мм,Н₁=460 мм, а=50 мм, а₁=80 мм, d=42 мм , болты М36.

Рис 18. Опоры.

2.3 Расчет барометрического конденсатора

2.3.1 Технологический расчет

Давление в аппарате 0,1 атм. По таблицам насыщенного водяного пара находим его параметры ; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

Температура пара (t_нас)-45,4 ⁰С ; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

Энтальпия пара (i_п)-2581*10³ Дж/кг; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

Плотность пара (с_п)-0,06686 кг/м³; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

Удельная теплота парообразования (r_п)-2390*10³ Дж/кг; [2, с. 537 табл.ХХХIX].

Расход охлаждающей воды находится из уравнения теплового баланса конденсатора:

D*i_п+W*c_н*t_нач=(D+W)* c_к*t_к ,где (3.1)

D-массовый расход конденсирующегося пара: 3,056 кг/с.

t_нач- температура охлаждающей воды на входе в конденсатор: 10 ⁰С.

t_к- температура водоконденсатной смеси принимается на 2-5 ⁰С ниже температуры t_нас = 40,4 ⁰С.

c_н, c_к- удельная теплоемкость воды при t_нач и t_к: 4,274*10³ и 4,223*10³ Дж/(кг*град) соответственно [2, с. 537 табл.ХХХIX].

Расход охлаждающей воды:

;

Диаметр корпуса конденсатора (D_к) рассчитывается из уравнения расхода паровой фазы:

(3.2)

-скорость пара на полное сечение конденсатора принимается в зависимости от диаметра конденсатора. Примем =20 м/с:

.

Принимаем диаметр корпуса , допустимая скорость [6, 95 с. Табл.3.9]. ,что приемлемо для данного диаметра аппарата.

2.3.3 Тепловой расчет аппарата

Тепловой расчет заключается в проверке обеспечением наличным числом полок достижения принятого конечного значения температуры водоконденсатной смеси. Он состоит в последовательном расчете температуры жидкости при ее падении на ниже лежащую полку.

Изменение температуры воды в данном случае происходит вследствие совместного тепло- и массообмена между паром и водой и для одного интервала между полками может быть рассчитано по критериальной зависимости вида:

(3.3)

-температуры водоконденсатной смеси в момент стекания с предыдущей полки и при падении на последующую соответственно.

-критерий Прандтля;

-критерий Фруда;

-геометрический симплекс;

а- расстояние между полками. [6, 95 с. Табл.3.9].

Определяющая температура - средняя температура жидкости на интервале между полками, определяющий размер - эквивалентный диаметр ,стекающей пленки в ее среднем сечении.

Явный вид зависимости:

, где (3.4)

W₀= ,где (3.5)

b- ширина полки;

h-высота полки; [6, 95 с. Табл.3.9].

-плотность жидкости при средней температуре.

Ширина полки рассчитывается по нормализованной длине полки С=1,25 м и диаметру корпуса конденсатора =2 м [6, 95 с. Табл.3.9].

=1,936 м. (3.6)

Превышение уровня жидкости над сливным порогом тарелки определяется из формулы водослива, которая относительно h запишется следующим образом:

; (3.7)

Из уравнения имеем:

W₀= ; (3.8)

Значение определяющего размера - эквивалентного диаметра сечения пленки для ее среднего сечения определяется по формуле:

; (3.9)

Толщина пленки рассчитывается из уравнения расхода жидкости, записанного для среднего сечения пленки:

; (3.10)

- скорость движения пленки жидкости для среднего сечения между полками ,которая определяется как средняя арифметическая между скоростью стекания воды с последующей полки и падения ее на последующую:

, где (3.11)

-расстояние между полками принимаемое по таблице [6, 95 с. Табл.3.9].

=0,5 м

3,634 м/с ;

0,008206 м;

.

Определяем температуру воды при падении на вторую полку:

;

19,13 ⁰С

Тепловой поток от пара к пленке жидкости на интервале между первой и второй полками определяется по уравнению теплового баланса для этого участка:

,где (3.12)

-массовая теплоемкость воды при средней температуре на интервале между полками.=4,264*10³ Дж/(кг*К) [2, с. 537 табл.ХХХIX].

14,57 ⁰С; (3.13)

2,24*10⁶ Вт.

Отсюда находим массу пара , конденсирующегося на участке между первой и второй полками:

0,891 кг/с; (3.14)

что составляет =%.

Расход жидкости, стекающей со второй полки, складывается из расхода воды и конденсата, образовавшегося между первой и второй полками:

=58,5 кг/с. (3.15)

Проводим последовательно аналогичный расчет для следующих интервалов между полками.

Таблица 6.

№	Интервал расчета	Расстояние между тарелками а, м	Расход воды W, кг/с	Высота слоя воды на тарелке h,м	Скорость стекания воды с тарелки W0,м/с	Средняя толщина пленки д ,м	Эквивалентный диаметр сечения пленки dэкв,м	Средняя скорость падения пленки Wср, м/с	Температура воды, 0С	Тепловой поток Q*10-6	Масса сконденсировавшегося пара
									Начальная	Конечная		Кг/с	%
1	1-2	0,5	57,6	0,064	0,469	0,0082	0,016	3,634	10	19,13	2,24	0,891	29,15
2	2-3	0,65

Подобные документы

• Выпарной аппарат фосфорной кислоты

  Способы производства экстракционной фосфорной кислоты. Установки для абсорбции фтористых газов. Конструктивный расчет барометрического конденсатора. Определение диаметра абсорбера. Автоматизация технологической схемы производства фосфорной кислоты.
  
  дипломная работа [30,2 K], добавлен 06.11.2012
  

• Расчет однокорпусной вакуум-выпарной установки для выпаривания раствора NaNO3

  Проект вакуум-установки для выпаривания раствора NaNO3. Тепловой расчет выпарного аппарата с естественной циркуляцией, вынесенной греющей камерой и кипением в трубах. Выбор подогревателя исходного раствора, холодильника, барометрического конденсатора.
  
  курсовая работа [375,9 K], добавлен 25.12.2013
  

• Однокорпусная выпарная установка для концентрирования водного раствора NaOH

  Основные способы выпаривания. Назначение и классификация выпарных аппаратов. Технологическая схема выпарного аппарата. Расчет сепарационного пространства, толщины тепловой изоляции, барометрического конденсатора. Подбор опор аппарата, вакуум-насоса.
  
  курсовая работа [871,3 K], добавлен 14.06.2015
  

• Производство трехкорпусной выпарной установки

  Процесс выпаривания водных растворов. Многокорпусные выпарные установки. Расчет схемы трехкорпусной выпарной установки. Вспомогательные установки выпарного аппарата. Концентрации растворов, удельные показатели использования вторичных энергоресурсов.
  
  дипломная работа [1,2 M], добавлен 01.08.2011
  

• Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки с термокомпрессором для изготовления сгущенного молока с разработкой выпарного аппарата

  Основы теории и сущность процессов выпаривания. Особенности процессов многократного выпаривания и применение термокомпрессоров в выпарных установках. Технологическая схема производства сгущенного молока. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки.
  
  курсовая работа [130,9 K], добавлен 24.12.2009
  

• Расчет процесса выпаривания трехкорпусной установки раствора К2CO3

  Признаки классификации выпарных аппаратов. Уравнения материального баланса простого выпаривания. Технологическая схема, преимущества и недостатки прямоточной и противоточной многокорпусных выпарных установок. Расчёт выпарного аппарата по корпусам.
  
  курсовая работа [712,8 K], добавлен 27.11.2013
  

• Расчет выпарного аппарата

  Выбор конструкции кожухотрубного теплообменника выпарного аппарата и схемы движения в нем теплоносителя. Применение холодильных конденсаторов КТ для сжижения хладагента в аммиачных и углеводородных охлаждающих установках общепромышленного назначения.
  
  курсовая работа [486,6 K], добавлен 07.01.2015
  

• Производство экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата в ООО "Балаковские минеральные удобрения"

  Стадии технологического процесса производства экстракционной фосфорной кислоты. Прием и хранение апатитового концентрата в отделении подготовки сырья, его подача в экстрактор. Методы очистки отходящих газов. Устройство и принцип работы циклона ЦН-15.
  
  курсовая работа [207,5 K], добавлен 18.06.2013
  

• Разработка автоматизированной системы управления выпарного аппарата электрощёлоков

  Схема автоматизации выпарного аппарата электрощёлоков. Выбор оптимальных способов измерения необходимых технологических параметров. Составление принципиальной электрической схемы питания оборудования системы. Выбор электропривода для запорного устройства.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 18.06.2015
  

• Конструирование выпарной установки

  Приведение принципиальной схемы двухкорпусной выпарной установки. Расчет диаметров трубопроводов и штуцеров, толщины теплоизоляционных покрытий, теплообменника исходной смеси для конструирования выпарного аппарата. Выбор вспомогательного оборудования.
  
  курсовая работа [366,2 K], добавлен 09.05.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам