книги / Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов

Количество поваренной соли, получаемой в процессе выпарки электролитических щелоков, зависит от состава щелоков и в среднем составляет около' 1,5 т/т rfoOH.

В рассоле, поступающем на электролиз, обычно содержится также сульфат натрия в количестве не более 4—6 г/л. При наруше­ ниях технологического процесса содержание Na2S04 может быть значительно выше. При электролизе весь сульфат натрия переходит в электролитические щелока, поэтому при их упаривании происходит

и Na2S04. Естественно, что условия, при которых начинается совместное выделение кристаллов NaCl и Na2S04, зависят от исход­ ной концентрации сульфата натрия в электролитических щелоках.

Ниже показано изменение растворимости сульфата натрия (в г/л) в электролитической щелочи с увеличением концентрации NaOH:

Выделение смеси кристаллов NaCl и Na2S04 на последних стадиях

,концентрирования электролитических щелоков используется в про­ мышленности для вывода сульфатов из цикла производства.

Входе испарения влаги и увеличения концентрации NaOH повышается температура кипения , раствора. На рис. 4-24 и 4-25 приведены температуры кипения растворов NaOH и КОН различной концентрации. На рис. 4-26 приведено парциальное давление паров воды над растворами NaOH при различных температурах.

Впроцессе упаривания электролитических щелоков для полу­ чения товарной щелочи необходимо испарить 7—7,5 т воды на 1 т NaOH, при этом основную часть затрат составляет расход пара.

251

Помимо затрат на испарение воды тепло расходуется на подогрев электролитических щелоков, н а,дегидратацию щелочи и на воспол-

252

Для снижения затрат тепла применяют многоступенчатые си­ стемы выпарки с использованием сокового пара выпарных аппаратов в качестве греющего пара последующих ступеней упаривания [ИЗ]. При использований такой системы общая разность между темпера­ турой греющего пара, определяемой его давлением, и температурой сокового пара в последней ступени выпарной системы распределяется между ступенями выпарной системы [114].

Для увеличения общей разности температур повышают давление греющего пара и снижают температуру кипения раствора в послед­ нем выпарном аппарате системы, организуя его работу под вакуумом.

Рис. 4-27. Температурная депрессия электро­

Повышение давления греющего пара связано с необходимостью увеличения прочности выпарных аппаратов и приводит к росту кор­ розии, обусловленному повышением температуры выпаривания. Практически при выпаривании .электролитической щелочи приме­ няется пар давлением до 10—12 ат, остаточное давление в последнем выпарном аппарате составляет 0,1—0,2 ат.

Пар, получаемый из ТЭЦ или котельных, обычно бывает пере­ гретым. Перед использованием такой пар увлажняют и превращают в насыщенный для предотвращения снижения коэффициента тепло­ передачи и эффективности работы выпарных аппаратов. На многих производствах в качестве греющего пара применяется пар давле­ нием 3—5 ат, что ограничивает выбор числа ступеней выпарной системы.

Значительная часть общей разницы температур в выпарной си­ стеме расходуется на температурную депрессию при кипении раство­ ров. На рис. 4-27 показана зависимость температурной депрессии при кипении растворов электролитической щелочи и чистых раство­ ров NaOH от концентрации при различном давлении. С увеличением

253

концентрации щелочи температурная депрессия сильно растет и в условиях работы последнего выпарного аппарата (концентрация щелочи 42—50%) может достигать 35—40 °С. Часть полезной раз­ ности температур расходуется на перегрев жидкости, что необходимо для вынесения зоны кипения раствора из трубок греющих камер выпарных аппаратов с целью снижения возможности выпадения соли в трубках. Эти потери сравнительно невелики и составляют примерно 1—2 °С на аппарат.

С ростом числа ступеней в выпарной системе почти в такой же степени увеличивается кратность использования тепла греющего* пара и снижается его расход. При переходе от одноступенчатой выпарки к системе из двух или большего числа ступеней полезная разность температур в отдельном выпарном аппарате снижается, так как общая разность температур между греющим и соковым паром в последнем аппарате выпарной системы распределяется между не­ сколькими аппаратами. Помимо того, в каждом аппарате часть общей разности температур теряется на температурную депрессию, перегрев жидкости, а также в связи с падением давления сокового пара в тру­ бопроводах между аппаратами. Поэтому переход к многоступенчатой выпарной системе приводит к необходимости увеличения размеров выпарных аппаратов и поверхности теплопередачи в них. Получаемая при этом экономия греющего пара полностью покрывает увеличение затрат на аппаратуру.

Полезную разность температур в выпарных аппаратах следует выбирать в зависимости от концентрации щелочи в упариваемом растворе. При концентрации щелочи до 20% оптимальная разность температур лежит в пределах 12—20 °С, при концентрации щелочи 35—45% разность температур уже составляет 25—40 °С. Чрезмерное увеличение полезной разности температур нецелесообразно, так как при этом усиливается выделения соли на поверхности тепло­ передачи, снижается коэффициент теплопередачи и повышается брызгоунос с паром.

Ухудшение работы выпарных аппаратов наблюдается при отложе­ нии слоя кристаллов на теплопередающей поверхности. Для устране­ ния вредного действия инкрустации выпарные аппараты регулярно промывают конденсатом.

На практике процесс выпаривания электролитических щелоков ведут в выпарных аппаратах с кожухотрубчатыми подогревателями. Греющий пар подается в межтрубное пространство, а электролити­ ческие щелока циркулируют в трубках греющей камеры. Для увели­ чения коэффициента теплопередачи и предотвращения инкрустации греющих трубок применяются аппараты с интенсивной циркуляцией (скорость выпариваемого раствора в трубках не ниже 1,5—2,5 м/с).

В большинстве выпарных ацпаратов поддерживается естественная циркуляция, возникающая за счет вскипания раствора в греющей камере. Для предотвращения вскипания раствора в самих трубках греющих камер выпарных аппаратов и выпадения солей на поверх­ ности трубок уровень упариваемого раствора должен быть на 0,5—

254

Г,О м выше верхнего края греющих трубок. Потери полезной раз­ ности температур компенсируются увеличением надежности работы

244м2.

Впоследних моделях выпарных аппаратов диаметр

%поверхности нагрева такого аппарата составляет 30—35 кг/ ч.

На последних стадиях упаривания щелочи применяются аппараты как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. На стадии окончательного упаривания вязкость растворов сильно возрастает, поэтому целесообразно ставить аппараты с повышенной скоростью циркуляции. В аппаратах с естественной циркуляцией для

255

увеличения циркуляции используются греющие камеры большей высоты (до 4000 мм) и устанавливаются над ними камеры вскипания, ограничивающие объем кипящей жидкости. За счет увеличения паросодержания в камере вскипания возрастает циркуляционный напор.

воздух

Для уменьшения сопротивления циркуляции жидкости увеличивается сечение по всему контуру циркуляции. На рис. 4-29 схематически показан аппарат такого типа. Его греющая камера состоит из 492 тру­ бок диаметром 38x2 мм и длиной 4000 мм. Над камерой вскипания

256

установлен отбойник брызг, возникающих при интенсивном ки­ пении раствора. При полезной разности температур 25 °С съем сокового пара с 1 м2 поверхности теплопередачи составляет 60-^ 80 кг/ч.

Для окончательного упаривания каустической соды применяются также выпарные аппараты с принудительной циркуляцией щелочи. Устройство такого аппарата показано на рис. 4-30.

Циркуляция упариваемого раствора осуществляется с помощью лопастного центробежного насоса, прокачивающего раствор вместе с кристаллами соли через выносную греющую камеру. Часть раствора в виде упаренных щелоков отводится из напорной линии насоса. Из греющей камеры раствор поступает в сепаратор по тангенциаль­ ному вводу. Для отделения пара от брызг щелочи над уровнем жидко­ сти в сепараторе устанавливается отбойный козырек и на выходе сокового пара из сепаратора -г- брызгоотделитель. Греющая камера аппарата состоит из 127 трубок диаметром 38 X2 мм и длиной 5000 мм и имеет поверхность теплопередачи 59 м2. На аппарате устанавли­ вается циркуляционный насос производительностью 750 м3/ч при напоре 3—4‘ м вод. ст. с электродвигателем мощностью 30 кВт. При полезной разности температур 25 °С съем сокового пара с 1 м2 поверхности нагрева составляет 70—100 кг/ч.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией позволяют иметь больший съем сокового пара с 1 м2 поверхности теплопередачи по сравнению с аппаратами с естественной циркуляцией, однако наибольшее распространение получают аппараты с естественной циркуляцией, вследствие их большей мощности, отсутствия насоса и меньших затрат на обслуживание и ремонт.

Трубки греющих камер выпарных аппаратов подвержены кор­ розионному разрушению, особенно на последних стадиях упарки щелоков. Трубки из стали Х18Н9Т разрушаются значительно меньше, чем трубки из черной стали. Хорошей стойкостью на всех стадиях упарки отличаются трубки из хромистой стали Х-25 [115].

В зависимости от давления пара применяются различные схемы цеха выпарки электролитических щелоков [116]. На рис. 4-34 показана широко применяемая на заводах схема двухстадийной выпарки электролитических щелоков. Первая стадия выпарки с получением средних щелоков (концентрация NaOH около 350— 400 г/л) осуществляется в трехступенчатой выпарной системе.

Вторая стадия выпарки проводится в выпарном аппарате, обогре­ ваемом соковым паром из аппаратов первой ступени первой стадии выпарки. На схеме показана установка трех параллельно работающих выпарных аппаратов первой ступени выпарной системы.

Электролитические щелока перед поступлением в выпарные аппараты первой ступени последовательно проходят через тепло­ обменники, обогреваемые соответственно конденсатом греющего

•пара, соковым паром второй ступени, соковым паром первой ступени и, наконец, свежим паром и нагреваются до температуры кипения жидкости в первой ступени выпарной системы.

Выпарные аппараты первой ступени обогреваются свежим паром. Соковый пар аппаратов первой ступени используется для обогрева аппарата второй ступени и выпарного аппарата второй стадии выпарки. Третья ступень первой стадии выпарки обогревается

Рис. 4-31. Принципиальная технологическая схема выпарки электролитиче­ ских щелоков:

1 — хранилище электролитических щелоков; 2 — центробежный насос для электролити­ ческих щелоков; 3 — подогреватели; 4 — выпарные аппараты первой ступени; 5 — выпар­

ной аппарат второй ступени; в — выпарной аппарат третьей ступени; 7 — бак для пульпы; 8 — центробежный насос для средних щелоков; 9 — сгустители средних щелоков — напор­ ные баки центрифуги; 20 — напорный бак средних щелоков; 12 — выпарной аппарат послед­ ней стадии выпарки; 12 — центробежные насосы для крепкого каустика; 13 — напорный бак центрифуги; 14 — спиральный холодильник; 15 — сепараторы; 16 — водоотделители;

растворитель соли; 23 — бак средних щелоков; 24 — центробежные насосы для промывных вод; 25 — бак для промывных вод; 26 — отстойная центрифуга; 27 — бак для концентриро­ ванного каустика; 28 — вакуум-насосы; 29 — бачки вакуум-насосов; 30 — центробежный

денсат для промывки соли; IV — обратный рассол; V — промывные воды на выпарку; VI — соль с сульфатом натрия на выделение сульфатов; VII — барометрическая вода на раство­ рение соли; V II I — каустическая сода потребителю; I X — греющий пар.

соковым паром второй ступени. На первой стадии выпарки на 1 т NaOH испаряется 5—5,5 т воды с трехкратным использованием пара,

258

системы, передается в выпарные аппараты последующих ступеней вместе с раствором. Наличие в выпарном аппарате 12—15% кри­ сталлов поваренной соли не мешает процессу. Кристаллы соли в упариваемом растворе являются центрами кристаллизации, что отчасти предотвращает отложение солей на стенках трубок греющей камеры и способствует укрупнению кристаллов.

Из третьей ступени средние щелока вместе с кристаллами соли поступают в сгустители. Сгущенная пульпа кристаллов соли пере­ дается на центрифуги.

Для отделения соли на отечественных заводах применяют пре­ имущественно горизонтальные автоматические центрифуги АГ-1800 полунепрерывного действия производительностью около 7 т/ч соли. В последнее время для этой цели стали использовать более компакт­ ные и высокопроизводительные непрерывноработающие центрифуги типа НГП. После отделения от средних щелоков соль на центрифуге промывается раствором электролитических щелоков и конденсатом. После промывки и просушки соль срезается ножом и поступает в растворитель для получения обратного рассола. Обратный раесол, содержащий 305—310 г/л поваренной соли и 2—2,5 г/л щелочи, возвращается в отделение очистки рассола.

Осветленные средние щелока поступают в выпарной аппарат второй стадии выпаривания. На схеме показан выпарной аппарат с естественной циркуляцией. Концентрированная каустическая сода после выпарного аппарата второй стадии выпаривания вместе с кри­ сталлами поваренной соли и сульфата натрия поступает в сгуститель, служащий одновременно напорным баком центрифуги.

Для снижения содержания поваренной .соли в каустической соде ее охлаждают путем циркуляции через спиральные холодильники. Кристаллы поваренной соли и сульфата натрия отделяют на центри­ фуге и передают на операцию вывода сульфатов из цикла.

Мелкие кристаллы смеси поваренной соли с сульфатом натрия, образующиеся на последней стадии выпарки, плохо фильтруются на центрифуге. Поэтому на многих предприятиях пульпу этих кристаллов после сгустителя разбавляют пульпой от сгустителя средних щелоков. При этом содержание сульфата натрия в соли снижается, но облегчается работа центрифуги. Выпарные аппараты третьей ступени и последней стадии выпарки работают под вакуумом. Остаточное давление в них поддерживается на уровне 0,1—0,2 ат с помощью барометрически^ конденсаторов и вакуум-насосов. Между выпарными аппаратами и барометрическими конденсаторами уста­ навливаются сепараторы для отделения брызг щелочи, увлекаемых соковым паром. Несмотря на это некоторое количество щелочи попадает вместе с соковым паром в барометрические конденсаторы и вызывает осаждение солей кальция и магния, забивающих кана­ лизационные трубы. Поэтому отвод барометрической воды стара­ ются выполнять в виде лотковой канализации, удобной для чистки. В последнее время стали практиковать оборотные циклы для воды, подаваемой на барометрические конденсаторы.