Выпарная установка

(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Савко Анатолий Владимирович Лакомкин Александр Андреевич Иванов Геннадий Борисович Куртнизиров Олег Сильвестрович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Выпарная установка, включающая первую и вторую ступени выпарки, соединенные последовательно и содержащие вертикальный кожухотрубный испаритель, соединенный трубным пространством с сепаратором, а межтрубным пространством с источником греющего теплоносителя посредством линии подвода греющего теплоносителя и линией вывода греющего теплоносителя, линию ввода раствора, линию вывода упаренного раствора и линию вывода вторичного пара, подключенные к сепаратору, отличающаяся тем,что линия подвода греющего теплоносителя в испаритель первой ступени подключена к различным источникам греющего теплоносителя. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на линии подвода греющего теплоносителя в испаритель первой ступени установлена запорно-регулирующая арматура, а на линии вывода вторичного пара после сепаратора второй ступени установлена регулирующая арматура.(56) 1. Таубман Е.И. Выпаривание. - М. Химия, 1982, рис. 6.2 а на с. 145 (аналог). 2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии (часть 1). - М. Химия, 1995, рис. 14-2 на с. 366 (аналог). 3. Основные процессы и аппараты / Под редакцией Ю.И. Дытнерского. - М. Химия,1991, рис. -1 на с. 144 (прототип). 1338 Полезная модель относится к тепло-массообменным установкам и может быть использована для осуществления процессов повышения концентрации растворов путем испарения растворителя в химической, нефтехимической промышленности, в производствах минеральных удобрений и капролактама, например, для увеличения концентрации водных растворов сульфата аммония. Известна выпарная установка 1, включающая вертикальный кожухотрубный испаритель, соединенный трубным пространством с сепаратором, а межтрубным пространством с линиями подвода и вывода греющего теплоносителя, линию ввода исходного раствора, линию вывода выпаренного раствора и линию вывода вторичного пара,подключенные к сепаратору. Недостатком известной установки является высокое потребление греющего теплоносителя и, следовательно, высокая стоимость процесса выпаривания. Причиной этого является отсутствие использования тепла вторичного пара из-за того, что установка выполнена одноступенчатой, т.е. содержит один испаритель и один сепаратор. Известна выпарная установка 2, включающая первую и вторую ступени выпарки, соединенные последовательно и содержащие вертикальный кожухотрубный испаритель, соединенный трубным пространством с сепаратором, а межтрубным пространством с линиями подвода и вывода греющего теплоносителя, линию ввода раствора, линию вывода упаренного раствора и линию вывода вторичного пара, подключенные к сепаратору. Недостатком известной установки является не достаточно высокая производительность, что снижает экономические показатели процесса выпаривания. Из-за того, что циркуляционная труба размещена внутри испарителя, имеет место ее нагрев, приводящий к выравниванию плотностей раствора при его опускном движении в циркуляционной трубе и подъемном движении раствора в трубках испарителя. Выравнивание плотностей раствора обуславливает низкую производительность циркуляции раствора, что и ограничивает производительность выпарной установки. В качестве прототипа выбрана выпарная установка 3, включающая первую и вторую ступени выпарки, соединенные последовательно и содержащие вертикальный кожухотрубный испаритель, соединенный трубным пространством с сепаратором, а межтрубным пространством с источником греющего теплоносителя посредством линии подвода греющего теплоносителя и линией вывода греющего теплоносителя, линию ввода раствора,линию вывода упаренного раствора и линию вывода вторичного пара, подключенные к сепаратору. Недостатком известной установки является недостаточная экономичность, обусловленная высокой стоимостью греющего теплоносителя, особенно в условиях колебания нагрузок по входному раствору. Указанный недостаток обусловлен тем, что линия греющего теплоносителя подключена только к одному источнику тепла, например водяному пару высоких параметров. Высокие параметры греющего водяного пара (давление и температура) обусловлены требованием технологической надежности необходимостью обеспечения эффективной работы установки выпарки на максимальной нагрузке по входному раствору. Поэтому при снижении нагрузки выпарной установки, что является регламентированным в условиях непрерывного химического производства, использование греющего теплоносителя высоких параметров становится в этих условиях экономически нерациональным. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение экономичности выпарной установки, особенно в условиях колебания ее нагрузок по входному раствору,за счет использования более дешевого греющего теплоносителя. Технико-экономический результат, достигаемый с использованием полезной модели за счет перевода установки выпарки раствора сульфата аммония с греющего пара давлением 1012 ати на греющий пар давлением 46 ати обеспечивается снижение стоимости потребления тепла более чем в 1,8 раза. При использовании греющего пара давлением 2 13381012 ати производительность установки выпаривания, равная нагрузке по входному раствору, возрастает в полезной модели на 18 . Сущность полезной модели заключается в том, что в известной установке, включающей первую и вторую ступени выпарки, соединенные последовательно и содержащие вертикальный кожухотрубный испаритель, соединенный трубным пространством с сепаратором, а межтрубным пространством с источником греющего теплоносителя посредством линии подвода греющего теплоносителя и линией вывода греющего теплоносителя,линию ввода раствора, линию вывода упаренного раствора и линию вывода вторичного пара, подключенные к сепаратору, согласно полезной модели линия подвода греющего теплоносителя испарителя первой ступени подключена к различным источникам греющего теплоносителя. На линии подвода греющего теплоносителя установлена запорно-регулирующая арматура, а на линии вывода вторичного пара после сепаратора второй ступени установлена регулирующая арматура. Существенность отличий заявляемой полезной модели состоит в том, что подключение испарителя первой ступени к различным источникам греющего теплоносителя придает качественно новое свойство системе, особенно в условиях колебания нагрузок при сохранении диапазона существующих нагрузок обеспечивается работа системы выпарки от источника греющего теплоносителя с пониженным термодинамическим потенциалом(давление и температура) и, следовательно, более дешевым. Это существенно снижает затраты процесса выпарки и обеспечивает достижение цели полезной модели. Наличие запорно-регулирующей арматуры в линии подвода греющего теплоносителя в испаритель первой ступени обеспечивает возможность гибкого управления процессом при изменении входной нагрузки, что обеспечивает технологическую надежность полезной модели и способствует повышению экономичности. Установка регулирующей арматуры на линии вывода вторичного пара после сепаратора второй ступени обеспечивает возможность снижения давления во второй ступени выпарки, что предотвращает снижение нагрузки установки при работе на теплоносителе низкого потенциала, а в условиях использования существующего теплоносителя повышает производительность установки за счет увеличения температурного напора (движущая сила теплопередачи) в испарителе второй ступени. Это обеспечивает технологическую надежность полезной модели при ее использовании в мероприятиях по реконструкции существующей промышленной выпарной установки. Выпарная установка содержит вертикальный кожухотрубный испаритель первой ступени 1, соединенный трубным пространством с сепаратором первой ступени 2 посредством линий 3 и 4. Верхняя зона межтрубного пространства испарителя 1 соединена посредством линии подвода 5 с источниками греющего теплоносителя 6 и 7, например,источник 6 соответствует пару давлением 1012 ати, источник 7 - пару давлением 46 ати. При проведении реконструкции существующей установки выпарки путем подключения дополнительного источника греющего теплоносителя 7 в случае его значительного удаления от установки целесообразно линию подвода 5 выполнить-образной. Это позволит использовать существующую линию подвода 5 от источника 6 греющего теплоносителя,что существенно снизит капитальные вложения при проведении реконструкции. В случае близкого размещения дополнительно подключаемого источника греющего теплоносителя 7 линию подвода 5 можно выполнить в виде двух параллельных трубопроводов. На участке линия подвода 5 - источник 6 установлена арматура 8 и регулирующий клапан 9. На участке линия подвода 5 - источник 7 установлена арматура 10 и регулирующий клапан 11. В нижней зоне межтрубного пространства испарителя 1 подключена линия вывода греющего теплоносителя 12. Линия ввода исходного раствора 13 подключена к линии 3. Вертикальный кожухотрубный испаритель второй ступени 14 соединен трубным пространством с сепаратором второй ступени 15 посредством линий 16 и 17. В верхней зоне межтрубного пространства испарителя 14 подключена линия подвода 18 греющего теплоносителя (вторичный пар из первой ступени выпарки) из верхней зоны сепаратора 2. В 3 1338 нижней зоне межтрубного пространства испарителя 14 подключена линия вывода греющего теплоносителя 19. Линия ввода раствора 20 выведена из нижней зоны сепаратора 2 и подключена к линии 16. Линия вывода раствора 21 подключена к нижней зоне сепаратора 15. Линия вывода вторичного пара 22 подключена к верхней зоне сепаратора 15 и к конденсатору 23, охлаждаемому оборотной водой. На линии 22 установлен регулирующий клапан 24. Выпарная установка работает следующим образом. Исходный раствор сульфата аммония с концентрацией 2628(мас.) поступает на установку по линии 13 и вводится в линию 3 циркуляционного раствора первой ступени. Смешанный поток исходного и циркуляционного раствора поступает в трубное пространство испарителя первой ступени 1 и, поднимаясь по его высоте, вскипает, образуя парожидкостную смесь, состоящую из вторичного пара и упаренного раствора, за счет тепла греющего теплоносителя (водяной пар), подаваемого в межтрубное пространство испарителя 1 по линии подвода 5 от источника 6 или 7 в зависимости от нагрузки установки по входному раствору. В условиях повышенной нагрузки установки греющий теплоноситель поступает от источника 6 (пар высокого давления). Количество подаваемого пара регулируется клапаном 9. Арматура 10 находится в закрытом положении, что предотвращает переток греющего пара от источника 6 в источник 7 (пар низкого давления). В условиях работы установки в существующем диапазоне нагрузок греющий теплоноситель поступает от источника 7. Количество подаваемого греющего теплоносителя в испаритель 1 регулируется клапаном 11. Арматура 8 находится в закрытом положении, что исключает подачу пара высокого давления от источника 6 в испаритель 1. Возможен режим работы установки при совместной подаче греющего пара высокого давления от источника 6 и греющего пара низкого давления от источника 7 в испаритель 1, например в случае существенного снижения давления пара в источнике 7. Греющий пар в испарителе 1 конденсируется в результате теплопередачи и выводится в виде конденсата по линии 12. Парожидкостная смесь, образовавшаяся в результате процесса теплопередачи в трубном пространстве испарителя 1, поступает по линии 4 в сепаратор 2, где происходит отделение раствора от вторичного пара за счет центробежных, инерционных и гравитационных сил. Часть упаренного раствора поступает в линию 3 на циркуляцию, остальная часть упаренного раствора по линии 20 поступает в линию 16, смешивается с циркуляционным раствором и поступает в трубное пространство испарителя второй ступени 14. Греющий теплоноситель в виде вторичного пара поступает в верхнюю зону межтрубного пространства испарителя 14 по линии 18 из верхней зоны сепаратора 2. В результате процесса теплопередачи образуется в трубном пространстве испарителя 14 парожидкостная смесь из вторичного пара и упаренного раствора, которая поступает по линии 17 в сепаратор 15,где происходит отделение раствора от вторичного пара. Часть упаренного раствора поступает в линию 16 на циркуляцию, остальная часть упаренного раствора с концентрацией 42 мас. по линии 21 выводится из установки на следующую технологическую стадию. Конденсат греющего вторичного пара выводится из испарителя 14 по линии 19. Вторичный пар выходит из сепаратора 15 по линии 22, проходит через клапан 24, охлаждается в конденсаторе 23 и в виде конденсата выводится из установки. Клапан 24 обеспечивает возможность снижения давления процесса выпарки в испарителе 14, что предотвращает снижение нагрузки установки при работе на теплоносителе низкого потенциала, а в условиях использования существующего теплоносителя повышает производительность установки. В результате перевода промышленной установки выпарки раствора сульфата аммония с греющего пара давлением 1012 ати на греющий пар давлением 46 ати обеспечено снижение стоимости потребляемого в ней тепла более чем в 1,8 раза. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.