CC BY
25УДК 661.842
Т.В. Михайлова1, В.А. Себалло2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ РАСТВОРОВ ХЛОРИСТОГО КАЛЬЦИЯ В АППАРАТЕ ПОГРУЖНОГО ГОРЕНИЯ
ЗАО «ВНИИ Галургии», Санкт-Петербург, пр. Народного Ополчения, 2, лит. А
В настоящей статье описана конструкция аппарата погружного горения, приведены результаты исследований процесса выпаривания растворов хлористого кальция в нем без и с последующим обезвоживанием в аппарате кипящего слоя. Приведены зависимости концентрации упаренного раствора хлористого кальция от температуры в аппарате погружного горения, производительности аппарата погружного горения по выпаренной воде от тепловой нагрузки аппарата, производительности аппарата кипящего слоя от концентрации упаренного раствора из аппарата погружного горения и насыпной плотности гранулированного хлористого кальция от производительности аппарата кипящего слоя.
Ключевые слова: кальций хлористый, природный газ, аппарат погружного горения, аппарат кипящего слоя, насыпная плотность.
ра перед подачей на обезвоживание в аппарат кипящего слоя в схеме производства гранулированного хлористого кальция.
Целью работы являлось оценка технической возможности выпаривания растворов хлористого кальция в аппарате погружного горения (АПГ), а также анализ показателей работы по обезвоживанию аппарата кипящего слоя (АКС), при включении АПГ в схему производства кристаллического продукта — СаС12.
Аппарат погружного горения, использованный в работе, представлен на рисунке 1.
2 — днище; 3 — крышка; 4 — горелка; 5 — предохранительная мембрана
1 Михайлова Татьяна Валентиновна, вед. инженер механо-технологическога отд., e-mail: mihaylova@galurgy.sp.ru
2 Себалло Валерий Анатольевич, д-р техн. наук, зав. лаб. технологического оборудования
Дата поступления - 16 июня 2013 года
При упаривании раствора хлорида кальция в выпарных аппаратах происходит кристаллизация хлорида кальция на стенках теплообмена, приводящая к снижению производительности. Поэтому для выпаривания хлористого кальция целесообразно использовать аппараты с непосредственным контактом раствора и теплоносителя [1], к которым относится аппарат погружного горения [2]. Однако процесс выпаривания растворов СаС12 в таких аппаратах практически не изучен. Кроме того, совершенно отсутствуют сведения об использовании аппаратов данного типа для выпаривания исходного раство-
Г2
Аппарат погружного горения состоит из цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2 и плоской крышки 3, оборудованной газовой горелкой 4 и предохранительной мембраной 5.
Принцип работы аппарата состоит в следующем: исходный раствор поступает в аппарат через штуцер Д1. Продукты сгорания выходят из камеры сгорания, барботируют через упариваемый раствор, нагревая его и испаряя из последнего воду, сами при этом охлаждаются, спускаются вниз по кольцевому сечению между циркуляционной трубой и камерой сгорания и вместе с раствором поступают в паровое пространство аппарата, где происходит первичное разделение газожидкостной смеси. Образовавшаяся парогазовая смесь выходит из парового пространства и поступает на сепарацию от капельной воды. Упаренный раствор переливается в нижнюю часть аппарата, а затем под действием эрлифтного эффекта горячих продуктов сгорания вновь поступает в циркуляционную трубу. Таким образом, в аппарате раствор многократно циркулирует через барботажную зону, в результате чего из него испаряется вода, а, следовательно, повышается его концентрация [3—6].
В процессе работы АПГ были изменены расходы природного газа и воздуха, идущего на сжигание газа, а также расход упариваемого раствора в соответствие с данными таблицы 1. Температура отходящих газов (таблица 1) была измерена термопарой «хромель-копель», концентрация раствора — по плотности.
На первом этапе исследований аппарат погружного горения работал в нестационарном режиме без выгрузки упаренного раствора. Для поддержания постоянного уровня раствора в аппарате и компенсации выпаренной воды в аппарат поступал исходный раствор концентрацией 39,7 % мас. в количестве 20002500 кг/ч.
Таблица 1. Изменение параметров процесса выпаривания раствора хлористого кальция на АПГ
Расход, м3/ч Расход исходного раствора, кг/ч Температура (№г) отходящих газов, °С
воздуха газа
1450 93 2500 110
1650 99,4 2500 118
1680 123 2500 118
1980 118 2500 126
1947 118 2170 127,4
1450 92 2270 127,9
1792 110,2 2140 127,9
1830 110,3 2138 129,1
1900 115 2500 135
2200 140 2000 136,1
Возрастание температуры в АПГ, а следовательно и температуры отходящих газов с 115 до 142 °С, за счет увеличения расхода сжигаемого природного газа, позволяет повысить концентрацию хлористого кальция в упаренном растворе с 51 до 73,6 % мас. Получение предельной концентрации хлористого кальция в упаренном растворе равной 64,1—73,6 % мас. в производственных условиях технически возможно, однако для этого температуру в аппарате погружного горения необходимо поддерживать не ниже 138—142 °С.
В результате исследований впервые получена зависимость производительности (^ кг/ч) аппарата погружного горения по выпаренной воде при упаривании раствора хлористого кальция от тепловой нагрузки аппарата (рисунок 3).
Рисунок 3. Зависимость производительности АПГ по выпаренной воде от тепловой нагрузки АПГ
Из рисунка 3 следует пропорциональная зависимость количества испарившейся воды из раствора хлористого кальция от тепловой нагрузки аппарата.
Результаты испытаний АПГ с дальнейшим обезвоживанием раствора в аппарате кипящего слоя приведены в таблице 2.
Таблица 2. Показатели работы АПГ и АКС
ХПГ,% 80
Аппарат кипящего слоя Аппарат погружного горения
Расход Расход
Раствор, м3/ч Газ, нм3/ч Воздух, нм3/ч Раствор, м3/ч Газ, нм3/ч Воздух, нм3/ч
8,8 780 42000 12,0 240,5 2930
8,9 770 41300 11,9 244,5 2920
9,0 785 41200 12,3 256 2930
9,1 790 40500 12,4 264,2 3030
9,2 760 41100 12,9 275,7 3120
105
115
125
135
145
Средние значения в аппарате погружного горения при совместной работе АПГ и АКС:
температура отходящих газов в АПГ — 116-118 оС; давление в АПГ — 1,0-1,3 кПа. Снижение расхода природного газа приводит к снижению тепловой нагрузки и производительности АПГ (рисунок 4).
Рисунок 2. Зависимость концентрации упаренного раствора хлористого кальция от температуры отходящих газов АПГ
W, кг/ч 4900
4700
4500
4300
4100
3900
3700
3500
8 8,5 9 9,5 10
О, ГДж/ч
Рисунок 4. Зависимость производительности АПГ по выпаренной воде от тепловой нагрузки при совместной работе с АКС
В результате испытаний аппарата погружного горения с дальнейшим обезвоживанием раствора в аппарате кипящего слоя впервые получена зависимость производительности аппарата кипящего слоя от концентрации упаренного раствора, поступающего из АПГ (рисунок 5).
Рн, кг/мЗ
900
Рисунок 5. Зависимость производительности аппарата кипящего слоя от концентрации упаренного раствора из аппарата погружного горения
Увеличение концентрации упаренного раствора в АПГ, подаваемого в аппарат кипящего слоя, значительно повышает производительность аппарата кипящего слоя по конечному гранулированному продукту.
Необходимо отметить, что грануляция высококонцентрированных растворов в АКС приводит к возрастанию насыпной плотности продукта [7], тем самым позволяя увеличить массу единицы упаковки. Последнее повышает экономическую эффективность производства.
Зависимость насыпной плотности гранулированного хлористого кальция от производительности аппарата кипящего слоя приведена на рисунке 6.
С к, т/ч
Рисунок 6. Зависимость насыпной плотности гранулированного
хлористого кальция от производительности АКС
Полученные результаты позволяют рекомендовать использование аппарата погружного горения на стадии предварительной выпарки для повышения насыпной плотности готового продукта.
Заключение
В результате проведенных исследований
Установлены закономерности выпаривания растворов хлористого кальция в аппарате погружного горения с получением продукта концентрацией 53,173,6 % мас.
Показано, что применение аппарата погружного горения в схеме производства гранулированного хлористого кальция с аппаратом кипящего слоя позволяет повысить производительность установки и насыпную плотность готового продукта.
Литература
1. Глинка Н. Л. Общая химия. Л.: Химия, 1988.
702 с.
2. Ахметов Т. Г., Бусыгин В. М., Гайсин Л. Г. Порфирьева. Р. Т. Химическая технология неорганических веществ / под ред. Т. Г. Ахиетова. М.: Химия, 1998. 487 с.
3. Позин М. Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот). Ч.1. изд. 4-е. испр. Л.: Химия. 1974. 792 с.
4. Попов Н. П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений. Л.: Химия. 1974. 126 с.
5. Белов В. Н., Вайнюнский С. И., Казарновский Б. С. Новая конструкция выпарного аппарата погружного горения // Химическая промышленность. 1968. № 9. С. 50-52.
6.Алабовский А. Н., Удыма П. Г. Аппараты погружного горения. М.: МЭИ. 1994. 256 с.
7. ГОСТ 28512.1-90. Удобрения минеральные. Методы определения насыпной плотности уплотнением. Межгосуд стандарт. М.: Изд-во стандартов, 1990. 4с.
