Диссертация (Закономерности тепломассообмена в закрытом двухфазном термосифоне для агрегата распылительной сушки), страница 14

коэффициент теплоотдачиотстенкитрубыконденсатора (и,соответственно, от ребра) к нагреваемому раствору зависит от температурыстенки трубы, а температура по высоте ребра непостоянна, то для подстановки вформулу (4.37) αр рассчитывалось для температуры, средней между расчетнойтемпературой наружной стенки гладкой трубы и средней температуройнагреваемого раствора, т.е.р = 1 (с1 + ж)2(4.45)Тогда уравнение 4.38 принимает вид:прк = 1 (ркрс1 + ж)∙+ 1 (1) ∙,2р..кр..(4.46)На рисунке 4.23 приведено сравнение результатов, полученных при расчётечисленным методом и по формуле (4.43), для одной трубки конденсатора, взависимости от высоты ребра при температуре насыщения внутри трубы 153 °C(средняя температура нагреваемого раствора 75 °C, количество ребер – 14,диаметр трубки 0,056 м, длина ребра 0,8 м, толщина 4 мм)120Рисунок 4.23 – Сравнение результатов, полученных компьютерным моделированием ипо формуле (4.43)Сравнительный анализ показывает, что, для условий теплопереноса нанаружной поверхности конденсатора в диапазоне высот ребра от 10 до 25 мм,расхождения в результатах расчета очень слабо зависят от высоты и находятсяприблизительно в пределах 3-х процентов, причем результаты расчетов пообщепринятому в литературе соотношению дают завышенные результаты.

В этомслучае целесообразно в этой области значений параметров результаты расчетовтеплового потока по указанному соотношению уменьшать на соответствующуювеличину.4.4 Реконструкция производства фосфатов с использованием ЗДТС целью снижения энергоёмкости и затрат на производстве пищевыхфосфатовнаОАО"РЕАТЭКС"наосновеанализасуществующейтехнологической и тепловой схем производства было принято решение попроведению их рационализации, в том числе, путём использования теплотыдымовых газов топки, служащих теплоносителем в установке распылительнойсушки.121Длядостиженияпоставленнойцелибылорешеноотказатьсяотиспользования в качестве теплоносителя дорогостоящего теплофикационногопара путём использования теплоты продуктов сгорания.В связи с этим на установке «Распылительная сушилка» в корпусе № 21былапроведенареконструкцияиосуществленычастичныеизменениятехнологической схемы приготовления рабочих растворов.До проведения реконструкции и изменения схемы технологическогопроцессапроизводствонейтрализациипищевыхортофосфорнойфосфатовкислотыбылоиоснованонакальцинированнойреакциисодысобразованием смеси динатрийфосфата и мононатрийфосфата, фильтрациирастворовотполуторныхокислов,доводкедонеобходимойстепенинейтрализации, с последующей сушкой растворов и дегидратацией ортофосфатовв распылительной сушилке, в качестве сушильного агента которой используютсядымовые топочные газы.Химия процесса:а) стадия нейтрализации (на растворе соды)5/2 Na2CO3 + 3Н3РО4 → 2Na2 HPO4 + NaH2PO4 + 5/2 CО2 + 5/2 Н2Об) Стадия дегидратации3Na2 HPO4 + 2NaH2PO4→Na5P3Ol0 + Na3 HP2O7 + 3H2OУзел приготовления растворов (рис.

4.26) включал растворитель соды (поз.10-2); два сборника кислоты (поз.5-7 и 5-10) с погружным насосом; расходныйсборник раствора соды (поз. 19); четыре реактора-нейтрализатора (поз. 8-4, 8-5,8-6, 8-7), снабженные мешалками и рубашками для водяного охлаждения илипарового обогрева; два промежуточных сборника (поз.20-64) с погружныминасосами; два установленных параллельно рамных фильтра (поз.39, 40); двадоводочных реактора (поз. 16 и 17) с мешалками и рубашками водяного обогреваи сборник готового раствора (поз.21), снабженный змеевиком, мешалкой инасосом, обеспечивающим циркуляцию растворов через бак постоянного уровня.122Рамныефильтры39, 40Доводочныесборники16-17Сборник готовогораствора 21р-р Na2HPO4NaH2PO4Сборники20-64Сборникикислоты5-7, 5-9, 5-10ПрокалочныйагрегатРаспылительнаясушилкаТопочныегазыСборник19сода10-2водаГотовыйпродуктТопочныегазыр-р Na2HPO4NaH2PO4РастворсодыРеакторынейтрализаторы(8-4, 8-5, 8-6, 8-7)Рисунок 4.24 – Схема производства до проведения реконструкцииПри работе на растворе соды кислота из исходных сборников (поз.5-7,поз.5-10) и раствор соды из сборника (поз.

19) подавались в реакторы (поз.8-4, 85, 8-6, 8-7). Результатом реакции нейтрализации является раствор двузамещеннойсоли ортофосфорной кислоты и незначительное количество однозамещеннойсоли. За счет подачи пара в рубашку реакторов раствор доводился до кипения(100 – 103)°С, что позволяло коагулировать полуторные окислы с целью ихпоследующего выделения на стадии фильтрации (поз.39 и 40). При достижениирастворами плотности 1,41 – 1,42 г/см3, они сливались в сборники (поз.20-64).При полных сборниках (поз.20-64) включался погружной насос для заполненияодного из параллельно установленных рамных фильтров (поз.39, 40).Произведенные изменения в качестве основного результата позволилиотказаться от использования пара в технологическом процессе.В результате анализа технологической линии по производству пищевыхфосфатовбыливыявленытехнологическиеучасткисвозможностьюрационализации их схемы теплоснабжения. В действовавшей технологическойсхеме при использовании в качестве сырья, идущего на нейтрализацию,ортофосфорнойкислоты(cплотностью1,56приготовленного раствора кальцинированной содыг/см3),требоваласьпоследующееупариваниег/см3)ипредварительно(с плотностью не более 1,3рабочихрастворовпередфильтрацией (с плотности 1,34-1,36 г/см3 до плотности 1,41-1,42 г/см3).

Пар, какисточник необходимой теплоты, использовался в 12 аппаратах установки, при123этом до 95% от общего паропотребления приходилось на реакторы поз. 8-5 – 8-9,где производилось доведение до кипения и упаривание растворов.Снижение общего паропотребления и суммарного количества потребителейпара было достигнуто путем реализации следующего решения – реакциюнейтрализации проводить не в реакторах-нейтрализаторах (поз.поз.8-5 – 8-9), а всодовом растворителе поз. 10-2 (V = 16 м3), оборудованном мешалкой и шнекомдля подачи кальцинированнойсоды(рис. 4.27).

Дляудобства работыобслуживающего персонала и сокращения времени приготовления необходимогообъёма рабочего раствора, аппарат был доукомплектован двумя мернымиёмкостями (для фосфорной кислоты и воды), приводом шнека с регулируемойскоростью подачи соды от 3 до 18 оборотов в минуту (для исключениявозможности выбросов) и линией вытяжной вентиляции большего сечения.Расчетный объем одного «замеса» составляет 4 м3, рабочая температура раствораравна 50 – 60 °С, плотность готового раствора 1,41 – 1,44 г/см3.Реализация вышеописанного решения позволила, на первом этапе,отказаться от эксплуатации сборника поз. 19 и его стакана с погружным насосом,исключить процесс упаривания растворов, а также выявила возможностьсократить количество потребителей пара до 2 аппаратов (реактор поз. 8-5 итеплообменник контура горячего водооборота).Следующим этапом реконструкции явилась разработка и реализациятехнического решения, позволившего обеспечить два оставшихся потребителяпара (реактор поз.

8-5 и контур горячего водооборота) необходимым количествомтеплоты от альтернативного источника.124водаСборникикислоты5-7, 5-9, 5-10р-р Na2HPO4NaH2PO4Сборник готовогораствора 21ПрокалочныйагрегатРаспылительнаясушилкаМерниккислоты2ГотовыйпродуктТопочныегазыМерниккислоты110-2Доводочныесборники16-17Рамныефильтры39, 40ТопочныегазысодаСборники20-64Топочныегазыр-р Na2HPO4NaH2PO4ЦиркуляционныйконтурТеплообменник8-9Рисунок 4.25 – Схема производства фосфатов после проведенной реконструкцииВ качестве альтернативного источника тепловой энергии было решеноиспользовать теплоту топочных газов. Топочные газы, как уже указывалось,используются на последующих этапах производства (в процессе распылительнойсушки).

Анализ показал, что необходимое количество теплоты может бытьполучено от топочных газов без существенного увеличения расхода газа, идущегона сжигание, и без нарушения технологического режима сушки.Проведенныеобследованиянаустановке«РС»ипроизведенныетеоретические расчеты показывали, что в том случае, если подавать нафильтрацию рабочие растворы, доведенные перед этим до кипения (чтонеобходимо для коагуляции полуторных окислов с целью их последующеговыделения на стадии фильтрации), то с учетом вышеуказанных изменений втехнологииприготовлениярастворовитепловогоэффектареакциинейтрализации общее количество теплоты, необходимой для устойчивой работыустановки, не должно превысить величину в 73 кВт.

Исходя из этих данных, былопринято следующее решение:-оснаститьтехнологическуюсхему двумятеплообменниками ссуммарной производительностью по теплопередаче (газ-жидкость) в рабочемтемпературном режиме установки не менее 73 кВт;-отключить от линии технологического пара и присоединить ксуществующему контуру горячего водооборота теплообменники сб.поз.10-2 исб.поз.5-9;125-расфильтровку рамных фильтров вести с использованием сжатоговоздуха вместо технологического пара.Впроцессе реализациипринятого решениябылиспроектированы,рассчитаны и установлены два теплообменника:1.

Теплообменник типа «труба в трубе», изготовленный из нержавеющейстали, с поверхностью теплообмена, равной 2,2 м 2. Рабочий температурный напорравен 130-1500С, теплопроизводительность 18 – 20 кВт.Данный аппарат предназначен для нагрева воды в контуре горячеговодооборота, установлен на газоходе перед скуббером и его внутренняяповерхность является участком газохода, а межтрубное пространство частьюконтура горячего водооборота. В рабочем режиме установки, температура воды вконтуре горячего водооборота составляет от 50 °C до 70 °C .2.

Аппарат с высокой теплопередающей способностью, предназначенныйдля окончательного подогрева и обеспечения требуемых параметров рабочегораствора, т.е. для доведения его до температуры кипения перед сливом нафильтрацию с целью коагуляции нерастворимых осадков.В качестве такого аппарата был рассчитан, спроектирован и запатентовантеплообменник на базе ЗДТ (рисунки 4.1, 4.13) [5, 6].Данный теплообменник (поз.

8-9) предназначен для доведения рабочихрастворов до температуры кипения перед сливом на фильтрацию (взаменреактора поз. 8-5). Конструкция и принцип работы аппарата подробно описанывыше в п. 4.1. В рабочем режиме установки температурный напор в нижней частитеплообменника–470 – 480 °C,вверхнейчасти–60 – 75 °C.Производительность по теплопереносу составляет 55 – 60 кВт.Суммарная производительность обоих теплообменников составляет около75 кВт и обеспечивает на практике возможность полного отказа от использованияпара в технологическом процессе.Вместе с тем необходимо отметить, что осуществленная реконструкцияпотребовала изменения порядка пуска установки и, в связи с этим определенногопорядка ее останова.