Выпарная установка

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована, например, в производстве сульфатной или сульфитной целлюлозы при регенерации химикатов из черных щелоков. Задача полезной модели - повышение эффективности работы выпарной установки в условиях выпаривания растворов после варки древесной технологической щепы. Техническим результатом изобретения является организация нагрева раствора не в рекуперативных теплообменниках, а в контактных вихревого, струйного или пленочного типов. При этом выпарная батарея может состоять только из одного типа теплообменников, либо в любом сочетании с другими типами. Технический результат достигается тем, что в таких теплообменниках влияние накипи и образующихся неконденсирующихся газов не создает дополнительного термического сопротивления при контактном взаимодействии пара и раствора. 1 с.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована, например, в производстве сульфатной или сульфитной целлюлозы при регенерации химикатов из черных щелоков.

Известна выпарная установка (Непенин Ю.Н., «Производство сульфатной целлюлозы», том 2, Москва, Лесная промышленность, 1990, стр.352) содержащая выпарные аппараты и рекуперативные теплообменники трубчатого типа. В этих теплообменниках теплообмен происходит от конденсирующегося пара к стенке труб и от стенки тепловой поток передается к нагреваемому раствору.

Недостатком такой установки является низкая эффективность теплообмена и низкая эксплуатационная надежность работы теплообменников. Эти недостатки связаны с физико-химическими свойствами растворов - наличием в больших количествах органических и минеральных соединений. Органические соединения, представленные в основном лигнином, обуславливают пенообразование при выпаривании раствора и, как следствие к уносу капель раствора с вторичным паром. Кроме того, органические соединения в условиях выпаривания полимеризуются, что приводит к образованию органической накипи на теплообменных поверхностях теплообменников и выпарных аппаратов. Минеральные соединения в растворе (сульфаты, сульфиды и карбонаты натрия) при его выпаривании и нагреве в теплообменных аппаратах интенсивно инкрустируют теплообменную поверхность накипью сложного химического состава. При выпаривании идет гидролиз сульфида натрия с образованиием неконденсирующихся газов в виде меркаптана, метилдисульфида, диметилдисульфида и др. Эти газы, концентрируясь у поверхности теплообмена создают дополнительное термическое сопротивление, что резко понижает коэффициент теплопередачи. С другой стороны, при взаимодействии с органическими соединениями, они стимулируют эффект ценообразования. В результате практически все выпарные станции целлюлозного производства заводов РФ работают на 50-70% от проектной производительности по выпаренной воде и на 10-15% с перерасходом греющего пара.

Известна выпарная установка (Непенин Ю.Н., «Производство сульфатной целлюлозы», том 2, Москва, Лесная промышленность, 1990, стр.365), в которой частично устранен указанный недостаток. Отличием от аппарата-аналога является отсутствие в выпарной установке трубчатых теплообменников. Они заменены другими рекуперативными теплообменниками - спиральными теплообменниками. В этих теплообменниках для пара и раствора предусмотрены по одному ходу, что предотвращает застойные зоны. Теплообмен от парогазовой смеси происходит в условиях вынужденной конвекции.

Недостатком данного теплообменника также является низкий коэффициент теплопередачи. Объяснение этому является низкий коэффициент теплоотдачи от парогазовой смеси к стенке в рекуперативном теплообменнике. Кроме того, в выпарной установке, как и в установке - аналоге не решаются проблемы зарастания теплообменных поверхностей и ценообразования.

Задача полезной модели - повышение эффективности работы выпарной установки в условиях выпаривания растворов после варки древесной технологической щепы.

Технический результат изобретения выражен в улучшении контакта при теплообмене водяного пара и раствора, снижение капитальных вложений на изготовление теплообменников, повышения производительности и снижения расхода пара на выпарную батарею. При этом выпарная батарея может состоять только из одного типа теплообменников, либо в любом сочетании с другими типами.

Результат достигается тем, что в таких теплообменниках влияние накипи и образующихся неконденсирующихся газов не создает дополнительного термического сопротивления при контактном взаимодействии пара и раствора. Эти теплообменники эффективно выполняют функцию вентиляции корпусов выпарных аппаратов от неконденсирующихся газов, так как вторичный пар, который отбирается из общего потока в теплообменник, содержит высокий процент не конденсирующихся газов.

К негативным последствиям такого решения относится некоторое разбавление раствора конденсатом водяного пара, которое необходимо дополнительно выпаривать. Однако необходимо отметить, что в предлагаемом техническом решении:

- процесс нагрева раствора в низкоинтенсивных рекуперативных теплообменниках заменяется на высокоинтенсивный процесс выпаривания;

- наиболее полно используется потенциал вторичного пара отбора корпусов выпарных аппаратов, так как раствор нагревается с минимальным недогревом до температуры пара.

В связи с отмеченными эффектами на практике, при использовании предлагаемого технического решения, часто удается достичь большей производительности по укрепленному раствору и меньшем удельном расходе пара в сравнении с вариантом нагрева раствора в рекуперативных теплообменниках.

Использование теплообменников струйного или вихревого типов рекомендуются для сильно инкрустирующих растворов, склонных к пенообразованию. В этих теплообменниках создаются условия для окисления органических соединений и кавитационной эрозии. Этот эффект способствует предотвращению отложений на внутренних частях теплообменников, снижению ценообразования и образования органической накипи из раствора.

Для организации более эффективного теплообмена в подогревателях (достижение недогрева раствора до одного градуса и менее), а также снижения негативного влияния ценообразования рекомендуется применение пленочных подогревателей контактного типа (например, по патенту РФ 88785). При этом в некоторых случаях, раствор удается нагреть до температуры выше температуры греющего пара за счет выделения теплоты разбавления.

На фиг. приведена схема предлагаемой выпарной установки с контактными теплообменниками вихревого типа.

Выпарная установка работает следующим образом. Раствор после варки технологической щепы поступает в 5-ый вихревой теплообменник. Затем последовательно принудительно прокачивается через все вихревые теплообменники от 5 до 0. После 0 теплообменника раствор поступает в первый корпус выпарного аппарата (6). После первого выпарного аппарата раствор проходит последовательно второй (7), третий (8), четвертый (9) и пятый (10) выпарной аппарат и далее выпаренный раствор передается на дальнейшую переработку. Из каждого корпуса выпарного аппарата отбирается часть вторичного пара и направляется в соответствующие вихревые контактные теплообменники. Пар пятого корпуса частично используется для нагрева воды, используемой для промывки технологических продуктов.

В вихревых теплообменниках (5-0) происходит частичное окисление органических соединений, сульфида натрия и очистка внутренней поверхности от загрязнений теплообменной поверхности.

Предложенная выпарная установка, разработанная для выпаривания черных щелоков целлюлозного производства, не ограничивает ее общности применения и может быть использована в других процессах химической технологии при выпаривании сильно пенящихся с высокой интенсивностью образования накипи растворов.

Выпарная установка для выпаривания раствора после варки технологической щепы в производстве целлюлозы, включающая выпарные аппараты и теплообменники, отличающаяся тем, что теплообменники представляют аппараты смешения вихревого, струйного или пленочного типов.

РИСУНКИ