Способ выпаривания каустической соды, установка для его осуществления и конструкция выпарного аппарата

 

Изобретение относится к способу выпаривания каустической соды, установке для его осуществления и конструкции выпарного аппарата. Каустическая сода находит применение в процессах органического синтеза, в текстильной и бумажной промышленности, в производстве металлического натрия, растворимого стекла. Сущность изобретения по способу выпаривания каустической соды заключается в том, что осуществляют трехступенчатый нагрев с обогревом на первой стадии выпаривания вторичным паром третьей стадии выпаривания, а на второй и третьей стадиях высокотемпературным теплоносителем, последовательное выпаривание исходного раствора каустической соды с концентрацией ее 43-45% до концентрации на первой стадии 50-55%, на второй - 70-75%, на третьей 98%, причем выпаривание на второй и третьей стадиях осуществляют перегретым водяным паром с температурой 1400°С, получаемым при сжигании водорода в кислороде, а раствор каустической соды с третьей стадии направляют на выпаривание остаточной влаги до концентрации каустика 99%, а вторичные пары, поступающие с первой и второй стадий, подвергают дополнительной очистке. Сущность изобретения по установке для выпаривания каустической соды заключается в том, что она содержит три последовательно соединенных выпарных аппарата, причем первый выпарной аппарат снабжен коллектором для ввода отходящих газов из третьего выпарного аппарата, а второй и третий аппараты снабжены камерами сгорания, теплообменник для концентрации вторичных паров, емкость для промывной воды, вакуумный испаритель для выпаривания остаточной влаги, сепаратор, теплообменник для охлаждения вторичных паров до конденсации, вакуум-насос, труба Вентури, соединенной с циклоном для очистки вторичных паров. Сущность изобретения по конструкции выпарного аппарата заключается в том, что выпарной аппарат содержит корпус конической формы с установленной наверху корпуса камерой сгорания и снабженный трубопроводом-смесителем, заканчивающимся сепаратором, причем в зоне стыка камеры сгорания с крышкой выпарного аппарата расположен патрубок ввода каустической соды и вывода паров воды. Использование изобретения позволит упростить технологическую схему выпаривания каустической соды; уменьшить энергетические затраты; снизить пожаро-опасность и коррозионную активность среды за счет исключения использования дорогостоящего теплоносителя; уменьшить количество используемого оборудования и его габаритов; упростить конструкцию выпарного аппарата. 3 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу выпаривания каустической соды, установке для его осуществления и конструкции выпарного аппарата. Каустическая сода находит применение в процессах органического синтеза, производстве трилона "Б" в нефтехимической промышленности, в текстильной - в производстве вискозного шелка и при отбеливании тканей, в бумажной - при получении бумаги и целлюлозы, а также применяется в анилокрасочной промышленности, в мыловарении, в производстве металлического натрия, растворимого стекла.

Известен способ концентрирования щелоков (а.с. СССР N 1139702, кл. C 01 D 1/42), включающий последовательное упаривание их в четыре стадии до концентрации щелочи на первой стадии 11-13%, на второй 15-17%, на третьей - 25-26% и четвертой - 46-50%, подачу реакционной смеси третьей стадии в вакуум-кристаллизатор, промежуточный вывод суспензии хлорида натрия из вакуум-кристаллизатора, разделение суспензии и подачу отделенных от осадка хлористого натрия щелоков на последующую стадию упаривания, осветление концентрированных щелоков, их охлаждение с получением щелочи, причем в вакуум-кристаллизатор подают сгущенную суспензию третьей стадии упаривания одновременно с электролитическим щелоками.

Установка для осуществления известного способа состоит из последовательно соединенных аппаратов, вакуум-кристаллизатора, центрифуги для отделения осадка хлорида натрия, бака сбора и растворения соли, бака сбора осветленных щелоков, гидроциклона для классификации суспензии, дискового кристаллизатора для охлаждения упаренного раствора, центрифуги для осветеления каустической соды - целевого продукта, бака сбора каустической соды, бака сбора соли, барометрического конденсатора и вакуум-насоса.

Недостатком способа концентрирования щелоков и установки для его осуществления является сложность процесса, требующего большого количества оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному способу является способ многоступенчатого концентрирования едкой щелочи (заявка ФРГ N 2255034, C 01 D, 1/42), включающий выпаривание в три ступени до концентрации щелочи больше 40% вес., на первой из которых концентрирование осуществляют путем косвенного нагрева свежим водяным паром, на второй - соковым (вторичным) паром, а на третьей ступени - путем непосредственного нагревания упариваемого раствора горячим газом, образующимся при сжигании водорода, полученного в электролизерах с диафрагмой.

Установка для осуществления данного способа включает три выпарных аппарата, один из которых снабжен погружной камерой сгорания, выносные теплообменники, циркулирующие насосы, а также конденсаторы. Данная установка является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенной.

Недостатками известного способа являются большие энергозатраты, большие потери воды и тепла.

Задача изобретения - упрощение процесса, уменьшение энергетических затрат, упрощение конструкции выпарного аппарата, улучшение экологических характеристик процесса за счет использования экологически чистого топлива.

Сущность изобретения, относящегося к способу, заключается в том, что выпаривание каустической соды до концентрации 99% осуществляют в три стадии, на первой из которых выпаривание осуществляют вторичным паром, полученным на третьей стадии выпаривания, с концентрации 43-45% до концентрации 50-55%, на второй и третьей стадиях выпаривание осуществляют перегретым водяным паром с температурой 1400^oC, образующимся при сжигании водорода в кислороде, до концентрации 70-75% и 98% соответственно, а каустическую соду с третьей стадии направляют в вакуумный испаритель на выпаривание остаточной влаги до концентрации соды 99%.

Предлагаемый способ выпаривания каустической соды осуществляют следующим образом (см. фиг. 1).

Исходный раствор Go с концентрацией - 46% каустика при температуре t_o = 50^oC из емкости E1 насосом H1 под давлением 3 атм подается на первую стадию выпаривания B1. На данной стадии в качестве носителя используют вторичный пар П3 третьей стадии выпаривания (t3=430-440^oC, P3=1,6-1,7 атм). Концентрация раствора после первой стадии n1=50-55%. Вторичные пары П1 с температурой t1=170^oC и давлением P1=1,5-1,6 атм направляют на стадию очистки C2.

Из B1 раствор G1 самотеком поступает на вторую стадию выпаривания B2, где выпаривание производится перегретыми водяными парами, получаемыми при сжигании водорода H₂ в кислороде O₂ с небольшим избытком H₂. Так как температура горения водорода в кислороде составляет почти 3000^oC, то для обеспечения нормальной работы аппарата продукты сгорания смешиваются с балластовой водой. Расход последней подбирается таким образом, чтобы понизить температуру паров до 1400^oC. На стадии B2 раствор упаривают до концентрации n2= 70-75%. Температура вторичных паров t2=200-220^oC, давление P2=1,7атм. При этом пары П2 частично направляются на стадию очистки, а частично конденсируются в теплообменнике T1 и направляются в емкость для промывной воды E2.

Упаренный раствор B2 поступает на третью стадию выпаривания B2, где упаривание так же, как на стадии B2, производится перегретым паром с температурой 1400^oC. Вторичный пар П3 отводится на первую стадию B1, а упаренный раствор G3 с концентрацией n3=98% и температурой t4=420-430^oC направляется в вакуумный испаритель ВИ.

При понижении давления в ВИ до 0,2-0,4 атм в адиабатических условиях происходит упаривание остаточной влаги. При этом температура сплава снижается до 360-380^oC, а его концентрация повышается до n_n=98,5-99%. Образующийся при этом пар ПИ происходит сепаратор C1 и направляется в теплообменник T2, где охлаждается до его конденсации. Для поддержания вакуума используется вакуум-насос ВН. Каустическую соду с концентрацией 98,5-99% направляют на кристаллизацию и чешуирование.

Так как вторичные пары Пв, поступающие с первой и второй стадий, могут уносить некоторое количество раствора NaOH в виде мельчайших брызг, то для их дальнейшего использования в качестве греющего пара предусмотрена дополнительная стадия их тонкой очистки C2. Эта очистка производится с помощью трубы Вентури 10, соединенной с циклоном 11. Для промывки в трубу Вентури 10 подается небольшое количество свежей воды. Промывная вода из C2 направляется в емкость E2 и используется для балансировки температуры вместе с конденсатором теплообменника T1. Очищенные вторичные пары в количестве 10000 кг/ч с давлением Рв=1,3-1,5 атм могут быть использованы для производственных нужд. В принципе можно не производить очистку паров Пв, направляя их на растворение хлористого натрия перед электролизом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где - на фиг. 1 - схематически изображена установка выпаривания каустической воды; - на фиг. 2 - схематически изображен выпарной аппарат, общий вид.

Сущность изобретения, относящегося к установке, заключается в том, что она содержит емкость для каустической соды E1, насос H1, три последовательно соединенных выпарных аппарата B1, B2, B3, причем выпарной аппарат B1 снабжен коллектором 9 для ввода отходящих газов из выпарного аппарата B3, а второй и третий снабжены камерами сгорания K2 и K3 соответственно, теплообменник T1, вакуумный испаритель ВИ, сепаратор C1, теплообменник T2, вакуум-насос ВН, труба Вентури 10, соединенная с циклоном 11, емкость для промывной воды E2.

Установка работает следующим образом. Исходный раствор с концентрацией каустической соды 46% NaOH поступает в емкость E1, откуда насосом H1 под давлением 3 атм подается в первый выпарной аппарат B1, где в качестве теплоносителя используется вторичный пар, подаваемый из выпарного аппарата B3. Концентрация раствора 50-55%. Из B1 раствор самотеком поступает в выпарной аппарат B2, где выпаривание производится перегретыми водяными парами, получаемыми при сжигании H₂ водорода в кислороде O₂ в камере сгорания K2. В B2 раствор выпаривается до концентрации 70-75%. Температура вторичных паров 200-220^oC, давление 1,7 атм. При этом пары частично конденсируются в теплообменнике T1 и направляются в емкость для промывной воды E2.

Выпаренный до концентрации NaOH 70-75% раствор поступает в выпарной аппарат B3 с камерой сгорания K3, где выпаривание производится перегретым паром с температурой 1400^oC. Вторичный пар подается в выпарной аппарат B1, а выпаренный раствор с концентрацией 98% и температурой 420-430^oC направляется в вакуумный испаритель ВИ.

При понижении давления в вакуумном испарителе ВИ до 0,2-0,4 атм в адиабатических условиях происходит выпаривание остаточной влаги. При этом температура раствора каустической соды снижается до температуры 360-380^oC, а его концентрация повышается до 98,5-99%. Образующийся при этом пар проходит сепаратор C1 и направляется в теплообменник T2, где охлаждается до его конденсации. Для поддержания вакуума используется вакуумный насос ВН.

Так как вторичные пары, поступающие с B1, B2, B3, могут уносить некоторое количество NaOH в виде мельчайших брызг, то для их дальнейшего использования в качестве греющего пара предусмотрена дополнительная стадия их тонкой очистки в трубе Вентури 10, соединенной с циклоном 11. Для промывки в трубу Вентури 10 подается небольшое количество свежей воды.Промывная вода из трубы Вентури, соединенной с циклоном 11, направляется в емкость промывной воды E2.

Наиболее близким по технической сущности к заявленной конструкции выпарного аппарата является выпарной аппарат с горелкой (а.с. СССР N 662113, B 01 D 1/14, 1979). Известный аппарат содержит вертикальный конический корпус с крышкой, погружную горелку, патрубки подачи и отвода жидкости, циркуляционную трубу, патрубок для вывода парогазовой смеси.

Предлагаемое техническое решение выпарного аппарата позволяет упростить конструкцию.

Конструкция выпарного аппарата B1, B2, B3 для выпаривания каустической соды содержит корпус 1 конической формы с установленной наверху корпуса 1 камерой сгорания K2 и снабженной трубопроводом-смесителем 3, заканчивающимся сепаратором 4, причем в зоне стыка камеры сгорания K2 с крышкой 5 корпуса 1 выпарного аппарата расположен патрубок ввода каустической соды 6 и вывода паров воды 7. На уровне сепаратора расширяющаяся коническая форма корпуса 1 аппарата сужается и заканчивается патрубком вывода каустической соды 8. Аппаратов выпарных 3, два из них B2 и B3 по конструкции идентичны, а в аппарате B1 отсутствует камеры сгорания. Вместо нее установлен коллектор 9 для ввода отводящих газов из аппарата B3.

Аппарат работает следующим образом. Исходный раствор через патрубок 6 подается в трубопровод-смеситель 3, в которую поступают перегретые водяные пары из из камеры сгорания K2 водорода в кислороде. В трубопроводе-смесителе 3 при взаимодействии раствора каустической соды с перегретыми паром образуется парожидкостная эмульсия, которая далее поступает в сепарационную зону. В сепараторе 4 за счет центробежных сил происходит отделение выпаренного раствора от вторичных паров. Выпаренный раствор выводится из аппарата через патрубок 8, а вторичные пары отводятся через патрубок 7.

Использование предлагаемого способа позволит: - упростить технологическую схему выпаривания каустической соды; - уменьшить энергетические затраты; - улучшить экологические характеристики процесса; - упростить конструкцию выпарного аппарата.

Перспектива использования водорода в производстве каустической соды весьма привлекательна тем, что обеспечивает резкое сокращение расходов энергетических ресурсов, поступающих извне, а также решает проблему окружающей среды, т.к. водород является экологически чистым топливом.

Формула изобретения

1. Способ выпаривания каустической соды в три стадии с использованием вторичного пара и перегретого водяного пара, образующегося при сжигании водорода в кислороде, на третьей стадии, отличающийся тем, что на первой стадии используют вторичный пар, полученный на третьей стадии выпаривания, на второй - перегретый водяной пар, образующийся при сжигании водорода в кислороде, при этом на второй и третьей стадиях используют перегретый водяной пар с температурой 1400^oC, на выпаривание подают исходную каустическую соду с концентрацией 43 - 45% и выпаривание ведут на первой стадии до концентрации 50 - 55%, на второй до 70 - 75%, на третьей - до 98%, с третьей стадии соду направляют на выпаривание остаточной влаги до концентрации соды 99%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичные пары, поступающие с первой и второй стадий, подвергают очистке.

3. Установка для выпаривания каустической соды, содержащая три последовательно соединенных выпарных аппарата, третий из которых снабжен камерой сгорания, теплообменники для конденсации вторичных паров, вакуум-насос, отличающаяся тем, что первый выпарной аппарат снабжен коллектором для ввода вторичного пара, отходящего из третьего выпарного аппарата, второй выпарной аппарат снабжен камерой сгорания и установка дополнительно снабжена вакуумным испарителем для выпаривания остаточной влаги каустической соды, выходящей из третьего аппарата, сепаратором, емкостью для промывной воды и трубой Вентури, соединенной с циклоном для очистки вторичных паров.

4. Конструкция выпарного аппарата, содержащая корпус с выходной конической сужающейся частью и крышкой, патрубки ввода и вывода упариваемого раствора, патрубок вывода паров воды, камеру сгорания, отличающаяся тем, что корпус выполнен расширяющимся конической формы, аппарат снабжен смесителем, выполненным в виде трубопровода, заканчивающегося сепаратором, камера сгорания расположена наверху корпуса и патрубок ввода упариваемого раствора расположен в зоне стыка камеры сгорания с крышкой корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2