Технология карбамида - Горловский Д.М.
Скачать (прямая ссылка):
4. Ликвидация сточных вод путем испарения в градирнях
Одна из современных тенденций развития химической промышленности — стремление к переводу производства многотоннажных продуктов, к числу которых относится и карбамид, на безвыбросную технологию. Важнейшее условие достижения поставленной цели заключается в ликвидации сточных вод. При этом не только уменьшается или устраняется загрязнение окружающей среды, но также снижается водопотребление, что имеет исключительно большое значение для регионов с ограниченными водными ресурсами.
К числу средств снижения потребления речной воды относится широкое применение аппаратов воздушного охлаждения. Уже много лет воздушное охлаждение используют в системе конденсации паров возвратного аммиака [71 ]. Воздушное охлаждение в промышленных условиях осуществляют также в теплообменниках, предназначенных для фракционной конденсации влаги из газового потока и охлаждения сточных вод после десорбера второй ступени, для охлаждения жидкостных потоков, подаваемых на орошение абсорберов системы очистки отходящих газов, а также парового конденсата, откачиваемого на ТЭЦ.
В случае предварительной достаточно тонкой очистки от примесей сточные воды могут использоваться для подпитки контура градирни охлаждающей оборотной воды [43, 44, 53], для получения технологическогопара [53], либо для охлаждения сальников
насосов (вместо химически очищенной воды), а также в процессах конверсии природного газа с целью получения NH3 и CO2 — сырья для синтеза карбамида [53].
В качестве одного из наиболее предпочтительных отметим метод полной ликвидации сточных вод [1, 6] путем создания в цехе карбамида внутреннего водооборотного цикла, включающего градирню. В случае оснащения градирни эффективными брызгоотделителями этот метод, в отличие от перечисленных выше, не нуждается в предварительной тонкой очистке сточных вод от примеси карбамида.
Исходя из специфических условий испарения сточных вод (температура порядка 70 °С и выше, химическая активность среды),, при выборе типа градирни [72 ] от использования широко распространенных башенных и вентиляторных градирен пришлось отказаться; авторами была поставлена задача создания аппарата., который по своим эксплуатационным характеристикам был бы наиболее пригоден для переработки сточных вод производства; карбамида.
По сравнению с упоминавшимися типами градирен, которые представляют собой разновидности оросительных колонн, определенными преимуществами обладают скоростные прямоточные инжекционные аппараты. Отличаясь исключительной простотой конструкции, они характеризуются большими относительными скоростями фаз, развитой поверхностью тепло- и массообмена, малым сопротивлением прохождению газа, равномерным его распределением и исключением проскока газа через аппарат. В частности, объемный коэффициент теплоотдачи инжекционного теплообменника на порядок выше, чем у башенной градирни и полого скруббера, и соизмерим лишь с характеристикой турбулентного аппарата Вентури. Поскольку использование аппаратов Вентури связано с большими энергозатратами, применение инжекционных теплообменников наиболее предпочтительно [72].
Для изучения испарительного охлаждения жидкостей в жидко-газовом инжекционном аппарате была создана пилотная установка [72] и проведены необходимые исследования. Цилиндрическая часть инжектора имела диаметр 250 мм и высоту 900 мм. При проведении опытов /Син,к варьировали в пределах 100—1000, чему соответствовало изменение расхода газа от 100 до 500 м3/ч. Жидкость диспергировали с помощью цельнофакельных форсунок ВТИ с диаметрами соплового отверстия 3 и 6 мм. Эти форсунки дают равномерно заполненный факел конической формы с большим коэффициентом расхода жидкости и высокой степенью ее диспергирования.
В опытах было установлено, что:
степень насыщения воздуха парами воды в инжекторе близка к 100%;
общая эффективность аппарата на 96—98% определяется формирующимся свободным факелом; 234
0,2 0,4 0,6 0.8 Рф, МПа
10
Рис. VI. 14. Зависимость конечной температуры рабочей жидкости t^[x от давления перед форсункой Рф. Условия проведения опытов: исходная температура жидкости 40 °С, температура воздуха 7 °С, диаметр соплового отверстия форсунки Jc ~ 3 мм.
Рис. VI. 15. Зависимость степени испарения от t\
Кривая
Рф, МПа
d MM
Кривая
Рф. МПа
/
0,392
3
4
0,392
G
2
3
5
0.098 її 0.190
G
;s
0,0Я8
3
степень охлаждения воды зависит от давления перед форсункой (рис. VI. 14), с увеличением которого происходит понижение конечной температуры орошающей жидкости;
степень испарения воды примерно одинакова для различных перепадов давления (рис. VI. 15);
степень испарения воды с ростом ее температуры существенно возрастает, начиная от 60—70 °С и выше;
абсолютная величина количества испаренной воды увеличивается с ростом давления воды перед форсункой (рис. VI. 16);
величина механического уноса капель воды потоком воздуха (после инерционного брызгоотделителя) составляет примерно 0,1%.