Аппарат для концентрирования серной кислоты

Аппарат для концентрирования серной кислоты

Реферат

 

Изобретение относится к аппаратам, применяемым для концентрирования растворов серной кислоты. Цель изобретения повышение производительности аппарата и снижение туманообразования. Аппарат содержит стальной горизонтальный корпус, футерованный кислотоупорным материалом. Внутри корпус разделен перегородками на три камеры. В верхней части имеет свободное сечение для прохода газов. Для обеспечения контакта газа теплоносителя с жидкостью аппарат содержит контактные устройства, выполненные в виде щелевого зазора, ограниченного по вертикали нижним торцом перегородки, не доходящей до дна аппарата, топка соединена с аппаратом газоходом, расположенным параллельно оси аппарата. Из первой камеры аппарата кислота выводится через отверстие, в придонную часть перегородок вмонтированы переливные трубы. Во вторую разделительную перегородку вмонтированы три устройства форконцентраторы, предназначенные для дробления поступающей через щелевую форсунку кислоты в мелкие капли. Выход отходящих газов из аппарата осуществляется через брызголовушку с центробежной насадкой, кислота собирается в кольцевой желоб и отводится через штуцер. 1 ил.

Изобретение относится к аппаратам, применяемым для концентрирования растворов, например, серной кислоты путем непосредственного контакта с газообразным теплоносителем. Целью изобретения является повышение производительности и снижение туманообразования. На чертеже изображен аппарат, общий вид. Аппарат содержит стальной горизонтальный корпус 1, футерованный кислотоупорным материалом. Внутри корпус разделен перегородками 2 на камеры, в верхней части имеющими свободное сечение для прохода газов. Для обеспечения контакта газа теплоносителя с жидкостью аппарат содержит контактные устройства, выполненные в виде щелевого зазора, ограниченного по вертикали нижним торцом перегородки 3, не доходящим до дна концентратора. Топка 4 соединена с аппаратом трубопроводом 5. Из первой камеры концентратора кислота выводится через отверстие 6, в придонную часть перегородки вмонтированы переливные трубы 7. Во вторую разделительную перегородку вмонтированы три устройства форконцентраторы 8, предназначенные для дробления поступающей через щелевую форсунку 9 кислоты в мелкие капли. Выход отходящих газов из форконцентратора осуществляется через брызголовушку 10 с центробежной насадкой 11, кольцевым желобом 12 и штуцером 13 для отвода кислоты. Аппарат работает следующим образом. Разбавленная серная кислота (63-80%) при 120-140^оС поступает через щелевую форсунку 9 в форконцентратор-туманоловушку 8, где скоростным потоком газов разбивается на мелкие капли размером 100-140 мкм, частично укрепляется при контактировании с горячими газами, одновременно происходит процесс улова тумана серной кислоты. Затем газожидкостный поток переходит через щелевой зазор третьей камеры, где завершается процесс теплопередачи и улова тумана системе газ-жидкость. Отработанные газы с частью брызг серной кислоты через центробежную насадку 11 направляется в брызголовушку 10. При прохождении центробежной насадки газы приобретают вращательное движение. Под воздействием центростремительных сил брызги кислоты оседают на стенках брызголовушки и стекают в периферийный придонный желоб 12, через форсунку 9 возвращаются в концентратор на укрепление. Кислота из третьей камеры концентрации через переливную трубу 7 перетекает во вторую, таким же образом через вторую в первую, откуда укрепленная до 91-95% при 220-240^оС поступает в холодильник. Топочные газы по газоходу 5 поступают через щелевой зазор в первую камеру, отдают тепло кислоте в результате эффективного теплообменника и насыщаются парами воды. Пройдя последовательно вторую и третью камеры, газы дополнительно насыщаются парами воды, охлаждаются до 135-150^оС и выводятся на окончательную очистку от тумана в очистное устройство. Благодаря применению форконцентратора температура газов снижается по сравнению с основным изобретением со 150-160^оС до 135-150^оС. Контакт газа-теплоносителя с кислотой осуществляется по поверхности жидкости при прохождении щелевого зазора. Газовый поток захватывает часть кислоты, создавая направленный газожидкостный поток и обеспечивая организованную циркуляцию кислоты с постоянно изменяющейся поверхностью контакта фаз, что повышает коэффициент тепло- и массопередачи интенсифицирует процесс концентрирования серной кислоты. Целесообразность выбора щелевого зазора в диапазоне 250-300 м определяется требованиями получения продукционной кислоты концентрации не менее 91% наименьшего туманообразования, снижения гидравлического сопротивления системы при наибольшей производительности аппарата. В этом диапазоне в щели между нижней частью перегородки и поверхностью кислоты создается газожидкостный поток с поступательным движением, траектория которого обеспечивает достаточно низкое гидравлическое сопротивление аппарата, что позволяет пропускать большой поток жидкой фазы через концентратор даже при повышении напора воздуха это приводит к повышению производительности аппарата. Как известно, источником туманообразования в процессе упаривания является вторая ступень контакта фаз, так как равновесная упругость паров серной кислоты в первой и второй ступенях действующих концентраторов отличается в 40-120 раз, в то время как величина критического пресыщения для серной кислоты находится в пределах 2,5-4,0. Поэтому во второй ступени происходит интенсивное туманообразование. Для его сокращения требует создать условия, исключающие достижения величина критического перенасыщения. Этого можно добиться путем увеличения числа ступеней контакта фаз в области высокой концентрации серной кислоты в жидкости или путем увеличенной равновесной упругости паров серной кислоты во второй и третьей ступенях контакта фаз. Выравнивание упругости паров серной кислоты между первой и второй камерами может быть увеличено за счет повышения концентрации кислоты во второй ступени. Практика показала, что в случае применения барботажных устройств при высокообъемных расходах газа барботажный режим как таковой не соблюдается. Происходит чашеобразное внимание поверхности жидкости, и контакт фаз происходит только по поверхности, не вовлекая глубинные слои ее в теплообмен, происходит перегрев поверхностной пленки жидкости и интенсивный процесс испарения серной кислоты. В условиях высокой температуры газовой фазы резко увеличивается парциальное давление паров серной кислоты. Процессы, проходящие в щелевом зазоре, отличаются от изложенных тем, что при прохождении высокоскоростным потоком газа с поверхности жидкости интенсивно срывается ее поверхностный слой и в виде капель выносится в газовое пространство первой камеры, где и происходит в основном процесс упаривания кислоты, нижележащие же слои жидкости приобретают поступательное движение, активно циркулируя по всему объему и равномерно прогревая всю массу кислоты до температуры если не равных, то близких к температуре кипения кислоты, тогда как температура кислоты в критикуемом процессе всегда намного ниже температуры кипения. Вторым основополагающим фактором является то, что высокоскоростной режим не предусматривает какую-либо сепарацию фаз по ступеням, благодаря чему достаточная часть брызг укрепленной кислоты выносится в последующие ступени. Это дает возможность иметь концентрацию и температуру кислоты во второй ступени гораздо более высокие чем в критикуемом процессе, играет свою положительную роль и тепловой эффект разбавления кислот разных концентраций в этой камере. Практически величина щелевого зазора в рабочем режиме, величина переменного значения, обеспечивающая авторегулирование постоянства скорости газа через его сечение при заданных нагрузках по кислоте и газу, установочная высота вертикальной части переливной трубы обеспечивают лишь минимальную критическую высоту жидкости в камере, при котором возникает эжекционный эффект в щелевом зазоре. Фактическая высота уровня жидкости в рабочем режиме концентратора также величина переменная, не зависящая от величины колодца переливной трубы. Аппарат для концентрирования серной кислоты позволяет производить высококачественную концентрированную серную кислоту с высокой надежностью эксплуатации оборудования, низкими трудозатратами, с удельным сокращением расхода топлива, низкими безвозвратными потерями кислоты, высокой производительностью установки, отвечающими требованиями экологичности без применения крупногабаритных капиталоемких газоочистных сооружений. Расчетная производительность аппарата увеличивается в 2-2,5 раза.

Формула изобретения

АППАРАТ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ по авт. св. N 1581334, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения туманообразования, он снабжен конусным разбрызгивающим устройством с щелевой форсункой и вертикальной брызголовушкой с установленными в ее днище центробежной насадкой и желобом для сбора и отвода кислоты, при этом трубопровод подвода газообразного теплоносителя к аппарату расположен параллельно оси аппарата.

РИСУНКИ

Рисунок 1