Способ выпаривания водных растворов мочевины и выпарной аппарат для его осуществления

 

Способ выпаривания водных растворов мочевины и устройство для его осуществления могут быть использованы в химической и пищевой промышленности, в производстве минеральных удобрений, при выпаривании термически нестойких веществ и позволяет увеличить конечную концентрацию упаренного раствора и уменьшить содержание продуктов термического разложения мочевины в готовом продукте. Способ включает подачу исходного раствора и греющего пара в испарительную камеру, разделение образующейся парожидкостной смеси на отдельные потоки упаренного раствора и перегретого вторичного пара в разделительном устройстве, установленном в объемном сепараторе, отвод упаренного раствора мочевины, конденсата греющего пара и перегретого вторичного пара. После разделения парожидкостной смеси на отдельные фазы в объемном сепараторе в его пристенной области в поток перегретого вторичного пара вводится увлажненный водяной пар со степенью сухости 0,7÷0,9. Выпарной аппарат для осуществления способа содержит трубчатую греющую камеру 1, объемный сепаратор 4, прямоугольные патрубки 6, направляющие пластины 7, клинообразные вставки, кольцевые коллекторы 12 с соплами 13 и усеченными конусами. В коллекторы 12 подают насыщенный водяной пар, который через сопла 13 поступает к поверхности сепаратора 4 и паропровода 11, передвигается вдоль их внутренней поверхности, препятствуя образованию на них слоя отложений кристаллического карбамида и продуктов его распада. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ai (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ П(НТ СССР

1 (21) 4280006/31-26 (22) 08,05,87 (46) 30.06.89. Бюл, Р 24 (71) Белорусский технологический институт им.С.М,Кирова (72) Л,M.Õîòèí, А.И.Ершов, Л.П.Холпанов, Н.П.Ермакови t, В.А.Цепкало, Б.М.Шишпо и Н.В.Пономарева (53) 66.048.541 (088.8) (56),Производство карбамида/Под ред °

В.В.Лебедева. M Химия, 1970, с ° 8487.

Авторское свидетельство СССР

)) 975024, кл, В 01 D 1/ 12, опублик, 1971. (З1) 4 С 07 С 126/02 В 01 D 1/10, 1/06

2 (54) СПОСОБ ВЫПАРИВАНИЯ ВОДНЫХ

РАСТВОРОВ МОЧЕВИНЫ И BbIIIAPHOA АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Способ выпаривания водных растворов мочевины и устройство для его осуществления могут быть использованы в химической и пищевой промышленности, в производстве минеральных удобрений, при выпаривании термически нестойких веществ и позволяет увеличить конечную концентрацию упаренного раствора и уменьшить содержание продуктов термического разложения мочевины в готовом продукте, Способ включает подачу исходного

1490111 раствора и греющего пара в испарительную камеру, разделение образующейся парожидкостной смеси на отдельные потоки упаренного раствора и пе- 5 регретого вторичного пара в разделительном устройстве, установленном в объемном сепараторе, отвод упаренного раствора мочевины, конденсата греющего пара и перегретого вторичного пара. После разделения парожидкостной смеси на отдельные фазы в объемном сепараторе в его пристенной области в поток перегретого вторичного пара вводится увлажненный водяной 15 пар со степенью сухости 0,7-0,9. ВыИзобретение относится к технологии получения кристаллических веществ и может найти применение для упаривания водных растворов мочевины, 25

Цель изобретения — увеличение конечной концентрации упаренного раствора и уменьшение содержания биурета в готовой продукции за счет предотвращения образования слоя отложений 30 на необогреваемых поверхностях, Для достижения указанной цели в способе, включающем подачу исходного раствора в трубчатый выпарной аппарат и греющего пара — в его межтрубное пространство, разделение парожидкост.— ной смеси на отдельные потоки перегретого вторичного пара и упаренного раствора в разделителе, установленном в объемном сепараторе над труб 40 чатым испарителем, отвод упаренного раствора мочевины, перегретого вторичного пара и конденсата греющего пара, согласно изобретению после разделения парожидкостной смеси на отдельные фазы в объемном сепараторе в его пристенную область вводят увлажненный водяной пар со степенью сухости 0,7-0,9.

Использование защитного слоя увлажненного пара у внутренних поверхностей объемного сепаратора приводит к ликвидации образования слоя отложений на необогреваемых поверхностях, что повышает качественные характеристики готового продукта.

На фиг. 1 изображен аппарат для осуществления предлагаемого способа, парной аппарат для осуществления способа содержит трубчатую греющую камеру 1, объемный сепаратор 4, прямо- . угольные патрубки 6, направляющие пластины 7, клинообразные вставки, кольцевые коллекторы 12 с соплами 13 и усеченными конусами. В коллекторы

12 подают насьпценный водяной пар, который через сопла 13 поступает к поверхности сепаратора 4 и паропровода 11, передвигается вдоль их внутренней поверхности, препятствуя образованию на них слоя отложений кристаллического карбамида и продуктов его распада, 2 с.п. ф-лы, 3 ил. общий вид; на фиг ° 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — узел I на фиг.1.

Выпарной аппарат содержит трубчатую греющую камеру 1 со штуцерами 2 и 3 для подвода и отвода теплоносителя (греющего пара), расположенный над ним объемный сепаратор 4, крышку

5 с прямоугольными в сечении патрубками 6, направляющие пластины 7, клинообразные вставки 8, штуцер 9 для подачи раствора, патрубки для отвода упаренного раствора 10, паропровод вторичного перегретого пара 11, кольцевые коллекторы 12 с соплами 13, усеченными конусами 14 и штуцер 15 для ввода насыщенного водяного пара, Сущность способа и принцип действия аппарата для его осуществления заключается в следующем.

Через штуцер 3 (фиг,1) в межтрубное пространство камеры 1 подают греющий пар. Исходный раствор, подлежащий выпариванию, поступает в трубки испарителя 1 через штуцер 9 и, поднимаясь снизу вверх, вскипает. Греющий пар, отдав свое тепло раствору, конденсируется и выводится из аппарата через штуцер 2.

IIaрожидкncтнaя смесь, поступающая из камеры 1, проходит по прямоугольным патрубкам 6, где при движении происходит ее разделение под действием центробежной силы на два потока поток жидкости (упаренного раствора) и поток вторичного перегретого пара, Поток жидкости прижимается центробежной силой к верхней части прямоугольных патрубков 6, а пар занимает

1490111

55 нижнюю ее часть. Патрубки б имеют изогнутую конфигурацию, выходные отверстия обращены к днищу объемного сепаратора 4 ° Жидкость иэ патрубка 6 через его сечение между верхней и средней пластинами 7 и направляется вниз. Вторичный перегретьN пар выходит из патрубка 6 через сечение между средней и нижней пластинами 7, разделяется клиновидными вставками 8 на два потока, которые разводятся B стороны от потока жидкости, Далее потоки вторичного пара поднимаются в верхнюю часть объемного сепаратора и нынодятся из аппарата через паропроводы 11, а жидкий раствор — через патрубок 10. Отсутствие брызгоуноса при разделении парожидкостной смеси на отдельные фазы исключает необходимость в каплеуланливающих устройствах, В кольцевые, коллекторы 12 подают через штуцер 15 насьпценный водяной пар. При истечении его через короткие сопла 13 в объемный сепаратор 4, в котором поддерживается глубокий вакуум, параметры пара изменяются по линии постоянной энтропии и пар иэ насыщенного переходит н увлажненное состояние, Для растекания струй увлажненного пара по всей защшцаемой поверхности сопла 13 наклонены н сторону поверхности и образуют с ее образующей острый угол, Далее поток увлажненного водяного пара, равномерно распределившись по периметру защищаемой поверхности, поступает в следующий канал, образованный внутренней поверхностью объемного сепаратора 4 с усеченным конусом 14, В сужающемся канале происходит стабилизация течения увлажненного пара с образованием развитого пограничного слоя на коротком участке. Сопла 13 направлены н сторону вектора скорости основного потока перегретого. пара, причем скорость на внешней границе защитного слоя должна быть равна скорости основного потока перегретого пара. Слой унлажненного пара передвигается вдоль внутренних необогреваемых поверхностей объемного сепаратора

4 и паропровода 11, препятствуя образованию на них слоя отложений кристаллического карбамида и продуктов его распада.

В предлагаемом способе осуществляется защита внутренних поверхностей

35 объемного сепаратора, паропровода вторичного пара и эжектора (на чертеже не показан) путем создания около этих необогреваемых поверхностей защитного слоя из увлажненного водяного пара. Увлажненный пар образуется из сухого насьпценного пара, при исО течении последнего иэ коротких сопел в пространство с меньшим давлением, Для образования сплошного защитного слоя короткие сопла, из которых выходит поток увлажненного пара, необходимо направлять на защищаемую поверхность под острым углом, причем сопла должны быть направлены в сторону движения основного потока вторичного перегретого пара. Для образования устойчивого стабилизированного режима течения увлажненного пара н защитном слое над соплами устанавливается усеченный конус, основанием направленный н сторону основного движения потока. Высота усеченного конуса и расстояние между основанием конуса и защищаемой поверхностью выбирается из условия образования на этой поверхности развитого пограничного слоя из увлажненного пара, причем скорость на его внешней границе должна равняться скорости основного потока перегретого пара. Исходя из этого, определяется расход увлажненного пара. Степень сухости увлажненного пара обусловлена величиной давления насыщенного пара до его истечения через сопло.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1, На установке по производству моченины мощностью

1000 т/сут в выпарной аппарат второй ступени поступает водный раствор мочевины с начальной концентрацией 90937 и через трубки греющей камеры 1 поднимается. Одновременно н межтрубное пространство подают греющий пар с t = 150-160 С, Греющий пар, отдан тепло раствору, конденсируется и выводится из аппарата. Раствор нскипает и полученная парожидкостная смесь поступает в камеру с прямоугольными патрубками 6, где разделяется на потоки жидкого упаренного раствора и вторичного перегретого пара. Жидкая фаза выводится иэ объемного сепаратора через патрубок 10, а нторичный перегретый пар — через паропровод 11.

Через штуцер 15 в ко ыектор 12 иода1490111

Сравнение предлагаемых способа и аппарата с известными техническими решениями показывает, что использование защитного слоя увлажненного пара у внутренних поверхностей объемного сепаратора приводит к ликвидации образования слоя отложений на обогре55 ют насыщенный водяной пар давлением

Р =1,4 ата. Поступая через короткие сопла 13 в пространство объемного сепаратора 4, где поддерживается давление Р, = 0,026 ата, пар изменяет свои параметры при постоянной энтропии и переходит в увлажненное состояние со степенью сухости Х = 0,83, т.е. в увлажненном паре содержится 10

17Х капельной влаги. Влажность готового продукта по Фишеру при этом составляет 0,25 ., содержание биурета в готовом продукте — 0,77 . На конден сацию 1320 кг/ч вводимого пара необ5 ходимо подавать 21,4 мз /ч оборотной воды.

Пример 2, Способ осуществляют аналогично примеру t только в коллектор 12 подают насыщенный водя- 20 ной пар давлением 25 ата. Давление в объемном сепараторе при этом снижается до 0,015 ата. При прохождении через сопла 13 пар ггереходит в увлажненное состояние со степенью сухости

Х = 0,715. Количество влажного пара равно С д „ = 880 кг/ч, количество капельной влаги, вносимой,в защитный слой С, =250 кг/ч, Предельная концентрация на стенках 320/(320+250)= 56 .

Влажность готового продукта по Фишеру составляет 0,2, содержание биурета в готовом продукте 0,7Х. Расход охлаждающей воды равен 14,25 м /ч.

Пример 3, Способ осуществляют аналогично примеру 1, только в коллектор 12 подают вторичный водяной пар из первой ступени выпарки, который имеет давление 0,4 ата. Давление в обьемном сепараторе поддерживается 0,03 ата, Пар, пройдя через

40 сопла 13 переходит в увлажненное состояние со степенью сухости 0,885.

Количество влажного пара в данном случае составляет С „ц = 2240 кг/ч, количество вносимой капельной влаги

С, = 257,6 кг/ч, предельная концентрация на стенках 320/(320+257,6)

56Х. Влажность готового продукта по Фишеру составляет О,ЗХ, содержа- . ние биурета — 0,8Х, Дополнительная подача охлаждающей воды не требуется, ваемых поверхностях, которая отрицательно влияет на качественные характеристики готового продукта (кондчная концентрация упаренного раствора и содержание биурета).

Формула и з о б р е т е н и я

t. Способ выпаривания растворов мочевины, включающий подачу исходного раствора и греющего пара в трубчатый выпарной аппарат с объемным сепаратором, разделение в сепараторе парожидкостной смеси после концентрирования нод действием центробежных сил на отдельные потоки перегретого вторичного пара и упаренного раствора, вывод упаренного раствора мочевины, конденсацию греющего пара и перегретого вторичного пара, о т л и ч аю шийся тем, что,с целью увеличения конечной концентрации упаренного раствора и уменьшения содержания биурета в готовой продукции за счет предотвращения образования слоя отложений на необогреваемых поверхностях, в поток перегретого вторичного пара после разделения парожидкостной смеси в объемном сепараторе в его пристенную область вводят увлажненный водяной пар со степенью сухости 0,70,9, 2. Выпарной аппарат для выпаривания водных растворов мочевины, содержащий трубчатую греющую камеру, объемный сепаратор, установленный в нем разделитель парожидкостного потока в виде крышки с двумя патрубками, направленными в сторону днища сепаратора, снабженными тремя направляющими пластинами и клиновидными вставками, штуцеры ввода исходного раствора, греющего пара, вывода упаренного раствора, конденсата греющего пара и паропровод первого вторичного пара, отличающийся тем, что, с целью увеличения конечной концентрации раствора и уменьшения содержания биурета в готовой продукции, он снабжен устройствами для создания защитного слоя пара на поверхностях сепаратора и паропровода, размещенными над разделителем и в паропроводе, каждое из которых выполнено в виде кольцевого коллектора с соплами, направленными к поверхности под острым углом, и установленного над ним конического элемента, обращенно1490111

Фигз

Составитель Е.Сотникова

Редактор М.Недолуженко Техред Л.Сердюкова Корректор И.Горная

Тираж 352

Подписное

Заказ 3644/27

РпИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 1О! го большим основанием вверх и образующего со стенками сепаратора и паропровода кольцевой канал для паро= вого потока.