Застосування занурювального пальника для випарювання висококонцентрованих розчинів агресивних речовин
Знешкодження та ліквідація промислових стічних вод в цілому ряді випадків пов’язані з випарюванням висококонцентраційнокорозійних розчинів агресивних речовин і мають не тільки велике санітарно-гігієнічне, а й промислове значення. До таких розчинів в першу чергу відноситься відпрацьований розчин арсено-содових сіркоочисток.
Кількість скидаються в каналізацію зі стічними водами арсено-содових сіркоочисток солей гипосульфиту, роданистого натрію і сульфату натрію становить не менше 50 тис. Т в рік. Одночасно в водойми потрапляє близько 25 т / рік миш’яку (в перерахунку на AS2O3). Знешкодження стічних вод арсено-содових сіркоочисток і утилізація містяться в них солей значною мірою залежать від розробки доцільного способу їх упарювання.
Застосування занурювального пальника для випарювання висококонцентрованих розчинів агресивних речовин
Застосовувані в хімічній промисловості різні системи парових випарок мають цілий ряд недоліків, очними з яких є наступні:
1) при упарці концентрованих розчинів відбувається виділення осаду на горючої поверхні апаратів, що призводить до різкого зниження їх продуктивності;
2) при упарці агресивних речовин потрібне застосування високолегованих сталей, що ускладнює виготовлення випарної апаратури і набагато здорожує її.
Для розпарювання відпрацьованого розчину арсено-содових сіркоочисток пропонувалися випарювачі з примусовою циркуляцією. Однак виготовлення цих апаратів складно і дорого. Тому питання випарювання цього розчину практично залишається невирішеним.
Недоліки парового методу випарювання можна усунути, застосовуючи Занурювальне горіння. В цьому випадку необхідне тепло виходить від спалювання газу або рідкого палива в нижній частині зануреної в розчин пальника. Продукти горіння безпосередньо барботують через розчин і видаляються з апарату разом з водяними парами.
Необхідною умовою спалювання газу є змішання його з повітрям. Залежно від способу змішування змінюється час згоряння газу. Практично ця величина характеризується показником теплового напруги топкового об’єму. Максимальне значення цього показника досягається, коли в топковий простір взодоттю попередньо підготовлена однорідна суміш газу і повітря. В цьому випадку теплонапругу топкового обсягу може перевищувати 109 ккал / м3 · год.
Для того щоб горіння такої суміші відбувалося тільки в нижній частині пальника і не було проскоку полум’я, необхідно враховувати швидкість поширення останнього в газоповітряної трубі. Цей показник залежить від складу газу, діаметра труби, співвідношення газу і повітря, а також від їх температури.
Активації спалювання газів можна досягти за допомогою вогнетривких матеріалів – шамоту, динасу і природних вогнетривких глин (дуніту, «змійовиків» і ін.). Дослідами М. Б. Разіна доведено, що каталітична дія шамоту може бути значно посилена добавкою оксидів цілого ряду металів (нікелю, заліза, церію, торію, ванадію та ін.).
Принципова схема погружной пальника показана на рис. 1.
Застосування погружной рідинної пальника для випарювання розчинів було запропоновано ще в 1887 р Брюнлером. В даний час занурювального пальника отримали досить велике поширення за кордоном для випарювання концентрованих розчинів, для випаровування фенольних вод, концентрування розчинів і т. Д. У СНД займалися зануреними пальниками багато провідних НДІ, однак заглибні пальника не отримали у нас поширення, хоча за своєю компактності до високого коефіцієнту корисної дії (близько 95%) вони мають незаперечну перевагу перед іншими методами випарювання.
Наявні в літературі опису заглибних пальників не дозволяють вибрати готову конструкцію такого пальника, а метод запалювання взагалі не описаний. Тому в даний час проводяться випробування кількох конусних заглибних пальників, які збезволюють рекомендувати одну з них для промислового використання.
Мал. 1. Схема занурювального пальника:
1-резервуар погружного пальника; 2-каталізатор; 3-газоподіодящая труба; 4 – змішувач газу і повітря
Перша конструкція занурювального пальника мала при робочому відношенні газу до повітря 1: 5 продуктивність по газу 6 м3 / год (для зручності виміру). Для кращого змішування газу і повітря був використаний принцип вихрового нагрівача. У внутрішній трубі були висвердлені 24 отвори діам. 4 мм під кутом 60 ° до дотичної. Для зниження опору пальника і кращого контакту продуктів горіння з рідиною нижня частина пальника зроблена уширенної. В якості каталізатора нижня частина пальника заповнювалася шматками шамотного цегли. Запалювання коксового газу відбувалося від нитки розжарювання, розташованої у верхній частині пальника.
В результаті проведених випробувань в конструкції пальника були зроблені наступні зміни.
1. Для запалювання газу від нитки розжарювання влаштована додаткова подача повітря на тому ж рівні по висоті трубки, на якому встановлена нитка розжарення.
2. Для усунення великого розбризкування рідини збільшена нижня частина.
3. Для усунення мав місце горіння газу по всій висоті трубки (при сталому режимі) зроблений додаткове підведення повітря в верхню частину пальника, вище нитки розжарювання.
При випробуванні цього пальника продуктивність її по газу була збільшена до 10 м3 / год при глибині занурення близько 250 мм. вод. ст. При подачі в неї 10 м3 / год газу і 50 м3 / год повітря тиск в змішувальній трубці становило близько 290 мм. вод. ст. і тиск в повітряному колекторі (сорочці) 310 мм. вод. ст. При перемиканні подачі усієї кількості повітря у верхню частину пальника робота її не порушувалася, але горіння газу по всій висоті трубки теж не усувалося. Випробування цього пальника показало ненадійність запалювання газу від нитки розжарювання, т. К. Важко здійснити контроль за її напруженням. Горіння газу в змішувальній трубці при досягненні максимальної швидкості газової суміші близько 8 м / сек відбувається як від початкового розігріву самої трубки і запального пристрою, так і від тепла радіації розпеченого каталізатора.
Зазначені недоліки зажадали випробування нової конструкції пальника, однотипної із зображеною на рис. 2. У цій конструкції для розігріву каталізатора в нижню частину пальника підведений спеціальний газопровід малого перетину. Запалювання газу походить від автомобільної свічки. Змішання газу і повітря значно спрощено, але збільшена довжина змішувальної трубки.
Пуск пальника здійснювався наступним чином: відкривався повітряний кран і пальник продувалася з протягом 5-10 хв. повітрям, після чого подача його зменшувалася в такій мірі, щоб швидкість в змішувальній трубі була 1 -1,5 м / сек, включалося запалювання і відкривався газовий кран на газопроводі для розігріву каталізатора. Розігрів тривав 5-10 хв протягом яких резервуар пальника наповнювався водою до потрібного рівня. Потім подача повітря збільшувалася до заданої величини, перекривався газопровід для розігріву каталізатора і відкривався кран на робочому газопроводі пальника. Після цього проводилося регулювання кількості газу відповідно до заданого режиму роботи.
При нетривалої роботі цього пальника з коефіцієнтом надлишку повітря = 1,2 відбулося сплавом каталізатора в середній зоні завантаження. Розрахунок теоретичної температури горіння коксового газу при = 1,2 показав необхідність підвищення коефіцієнта надлишку повітря
Мал 2. Схема дослідно-промислового занурювального пальника.
1 – нижній корпус пальника; 2 – гайка; 3 – кожух; 4 – фланець діам. 580 мм; 5 – труба діам. 3/4 “, 6 – труба діам. 4”; 7 – кільце; 8 – фланець діам. 210 мм; 9 – верхній корпус пальника; 10 труба діам. 2 “; 11 – прокладка; 12 – свічка для запалювання; 1о – шматки шамоту
Для висококонцентрованих розчинів агресивних речовин може бути рекомендована випарна установка з застосуванням розробленої конструкції занурювального пальника і кристалізацією упареного розчину під вакуумом в простих циліндричних кристалізаторах. Такі кристалізатори можуть бути зроблені зі звичайної сталі, захищеної всередині від корозії будь-яким покриттям. Необхідна охолодження рідини досягається за рахунок випаровування розчинника під великим вакуумом (абсолютний тиск бажано мати не більше 30 мм рт. Ст.). При цьому відбувається одночасно додаткова упарки розчину. Кристалізація відбувається без спеціального охолодження протягом 20-24 год., Що сприятиме зростанню великих кристалів.
Схема випарної установки із застосуванням занурювального пальника показана на рис. 3. За цією схемою упарюють розчин статі в резервуар пальника через кільцеву трубу з отворами, розташовану над нижньою частиною пальника. Завдяки цьому найбільш нагріта частина пальника весь час зрошується найменш концентрованим розчином, що усуває можливість заростання її кристалами.
Мал. 3 Схема випарної установки із занурювальним пальником
Резервуар повинен бути забезпечений регулятором рівня рідини, зблокованих з випускним краном. Для занурювання пальника передбачений регулятор газоповітряної суміші.
Пари з резервуара пальника проходять через каплевідбійники 2 в конденсатор 3, зрошуваний технічною водою. Конденсатор може бути використаний для декарбонізації зворотному технічної воли. Несконденсованої пари і гази видаляються з конденсатора вентилятором середнього тиску 4, який повинен забезпечити при цьому невелике розрідження в резервуарі пальника (близько 100-150 мм вод. Ст.).
Розчин з резервуара пальника самопливом надходить в вакуум-кристалізатор 5, забезпеченою пароежекторною установкою і покажчиком рівня.
Кристали з нижньої частини кристалізатора спускаються на центрифугу 6. При компонуванні кристалізатора з резервуаром пальника повинен враховуватися уд. вага розчину і створюваний вакуум, щоб правильно витримати розміри по висоті і тим самим забезпечити самоплив з одного апарату в інший.
Описана схема випарної установки може бути рекомендована для упарки розчину арсено-содових і вакуум-поташних сероочістк, для упарки розчинів після регенерації іонітів і т. д.