УЗЕЛ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА КАРБАМИДА С ПАРОВЫМ ОБДУВОМ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВАКУУМНОГО СЕПАРАТОРА

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области химической промышленности, в частности, к производству карбамида (мочевины).
Уровень техники.
Карбамид (мочевина) - химическое соединение, диамид угольной кислоты, применяемый в промышленности, животноводстве, а также в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Карбамид среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида в настоящее время обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве.
3
2
В настоящее время в промышленности широко применяются различные варианты замкнутых схем с полным возвратом в процесс непрореагировавших NH и СO, так называемые схемы с полным жидкостным рециклом. В упомянутых схемах на одном из этапов производства гранулированного карбамида плав (концентрированный раствор) карбамида выпаривают в выпарных аппаратах до нужной концентрации, после чего полученный плав карбамида подается в гранулятор (например, грануляционную башню), в котором осуществляется образование гранул карбамида.
Из уровня техники (Соколовский А.А., Яшке Е.В. Технология минеральных удобрений и кислот: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. и допол. – М.: Химия, 1979. – 384 с.) известен узел концентрации раствора карбамида, состоящий из двух ступеней. В первой ступени раствор выпаривают в выпарном вакуум-аппарате, обогреваемом паром давлением 0,6-0,8 МПа при температуре 118-120 ⁰C и давлении 27-22 кПа. В греющей камере вакуум-выпарного аппарата второй ступени раствор нагревается паром давлением 0,8-1,0 МПа до температуры 135-140 ⁰C при давлении 3 кПа. Разрежение в выпарном аппарате второй ступени создается пароструйным эжектором. Вакуум в выпарных аппаратах регулируется подсосом атмосферного воздуха. Стоит отметить, что в известной схеме применяются две вакуум-системы для обеспечения давления в выпарных вакуум-аппаратах: по одной на каждую ступень выпаривания карбамида. Такая схема является достаточно сложной и, вследствие большого числа компонентов, повышается возможность возникновения неисправности в узле выпаривания карбамида.
Таким образом, в уровне техники существует потребность в разработке более простого и надежного узла выпаривания раствора карбамида для установки для производства карбамида.
Раскрытие сущности полезной модели.
Заявляемая полезная модель направлена на решение по меньшей мере некоторых из проблем предшествующего уровня техники.
Заявляемая полезная модель раскрывает узел концентрации раствора карбамида для установки производства карбамида, включающий в себя две ступени выпаривания, причем каждая из упомянутых ступеней включает в себя вакуумный сепаратор, причем вакуумные сепараторы обеих ступеней соединены между собой трубопроводом для раствора карбамида, отличающийся тем, что вакуумный сепаратор второй ступени выпаривания снабжен паровым обдувом внутренней поверхности.
В одном из вариантов осуществления давление во второй ступени узла концентрации ниже давления в первой ступени узла концентрации.
В другом варианте осуществления с каждым из вакуумных сепараторов посредством трубопровода для сокового пара соединена вакуумная система конденсации сокового пара, причем в трубопроводе для сокового пара между вакуумным сепаратором первой ступени и вакуумной системой конденсации сокового пара установлен регулирующий клапан.
Посредством упомянутого регулирующего клапана в трубопроводе для сокового пара узел концентрации раствора карбамида позволяет разделить вакуум первой и второй ступеней выпаривания и регулировать уровень вакуума в каждой из ступеней выпаривания.
В другом варианте осуществления вакуумный сепаратор второй ступени выпаривания подключен к трубопроводу для сокового пара, проходящему от вакуумного сепаратора первой ступени выпаривания к вакуумной системе конденсации сокового пара, ниже по потоку от регулирующего клапана.
В другом варианте осуществления давление в вакуумном сепараторе первой ступени выпаривания составляет -0,068МПа, а давление в вакуумном сепараторе второй ступени выпаривания составляет -0,082МПа.
В другом варианте осуществления регулирующий клапан является дистанционно управляемым клапаном с пневмоприводом.
В другом варианте осуществления купол вакуумного сепаратора второй ступени выпаривания снабжен электрообогревом.
В другом варианте осуществления купол вакуумного сепаратора второй ступени выпаривания снабжен теплоизоляцией.
В еще одном варианте осуществления купол вакуумного сепаратора второй ступени выпаривания снабжен электрообогревом и теплоизоляцией.
Таким образом, настоящая полезная модель исключает налипание продукта и образование твердых отложений на внутренних стенках аппарата, что обеспечивает повышение надежности работы узла концентрации.
Краткое описание чертежей.
На фигуре изображен узел концентрации раствора карбамида.
Осуществление полезной модели.
Варианты осуществления полезной модели не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.
На фигуре изображен фрагмент технологической схемы для установки производства карбамида, содержащий примерный вариант осуществления узла концентрации раствора карбамида.
Далее узел концентрации раствора карбамида будет описан со ссылкой на фигуру.
Узел (1) концентрации раствора карбамида для установки производства карбамида в соответствии с примерным вариантом осуществления полезной модели включает в себя две ступени выпаривания, причем каждая из упомянутых ступеней включает в себя вакуумный сепаратор (2, 7), причем вакуумные сепараторы (2, 7) обеих ступеней соединены между собой трубопроводом для раствора карбамида и давление во второй ступени узла концентрации ниже давления в первой ступени узла (1) концентрации, отличающийся тем, что узел (1) концентрации раствора карбамида содержит вакуумную систему (9) конденсации сокового пара, соединенную с каждым из вакуумных сепараторов посредством трубопровода (10) для сокового пара, причем в трубопроводе (10) для сокового пара между вакуумным сепаратором (2) первой ступени и вакуумной системой (9) конденсации сокового пара установлен регулирующий клапан (11).
Посредством упомянутого регулирующего клапана в трубопроводе для сокового пара узел концентрации раствора карбамида в соответствии с настоящей полезной моделью позволяет разделить вакуум первой и второй ступеней выпаривания и регулировать уровень вакуума в каждой из ступеней узла концентрации.
В примерном варианте осуществления полезной модели, изображенном на фигуре, вакуумный сепаратор (7) второй ступени выпаривания подключен к трубопроводу (10) для сокового пара, проходящему от вакуумного сепаратора (2) первой ступени выпаривания к вакуумной системе (9) конденсации сокового пара, ниже по потоку от регулирующего клапана (11).
В альтернативном варианте осуществления каждый из вакуумных сепараторов обеих ступеней узла концентрации соединен с вакуумной системой конденсации сокового пара посредством собственного трубопровода для сокового пара. При этом регулирующий клапан в трубопроводе для сокового пара между вакуумным сепаратором первой ступени также позволяет регулировать уровень вакуума в каждой из ступеней узла концентрации посредством одной вакуумной системы конденсации сокового пара.
Установка производства карбамида функционирует следующим образом.
Синтез карбамида в установке производства карбамида осуществляется из аммиака и диоксида углерода.
2
Диоксид углерода в отделение компрессии СО поступает из производства аммиака. Диоксид углерода направляется во влагоотделитель. Во влагоотделителе диоксид углерода отделяется от влаги и поступает на вход турбокомпрессора. После турбокомпрессора диоксид углерода поступает в реактор карбамида отделения синтеза карбамида.
Диоксид углерода от компрессора и смесь аммиака с карбаматом аммония от эжектора поступают в колонну синтеза. В колонне синтеза происходит образование карбамата аммония с последующей его дегидратацией и образованием карбамида.
Продукты реакции, содержащие карбамид, карбамат аммония, избыточный аммиак и воду, из колонны синтеза направляются в верхнюю часть стриппера. Стриппер представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник пленочного типа, имеющий кольцевой распределитель плава и патрубки с тангенциально расположенными боковыми отверстиями, служащими для создания равномерной пленки плава на стенках трубок.
2
При стекании плава по трубкам стриппера за счет массообмена с восходящими газами и тепла насыщенного пара, подаваемого в межтрубное пространство, происходит разложение карбамата аммония и отгонка СО, аммиака и воды. Давление пара регулируется автоматически.
Раствор карбамида из нижней части стриппера дросселируется и отводится в сепаратор колонны дистилляции (декомпозер) среднего давления. Процесс дистилляции раствора карбамида при среднем давлении осуществляется в декомпозере (колонне дистилляции). Процесс дистилляции раствора карбамида при низком давлении осуществляется в декомпозере, аналогичном по устройству и принципу работы декомпозера среднего давления.
Далее со ссылкой на фигуру описывается работа узла (1) концентрации раствора карбамида в соответствии с настоящей полезной моделью.
Выпаривание раствора карбамида до 97-99 % масс. осуществляется на стадии вакуумной концентрации. Раствор карбамида концентрацией 69-71 % масс. из узла дистилляции низкого давления сначала подается в сепаратор (2) первой ступени выпаривания, откуда выделяющиеся из раствора газы подаются в вакуумную систему (9) конденсации.
Далее раствор поступает в пленочный испаритель (3), происходит окончательное разложение углекислых солей и испарение воды. Раствор карбамида концентрацией 80-85 % масс. и температурой 102 °С собирается в накопителе (4), откуда насосом (5) подается в сборник раствора карбамида (не изображен) или на вторую ступень выпаривания. В линию нагнетания насоса (5) подается также рециркулирующий раствор карбамида из отделения грануляции. Из сборника раствор карбамида насосом подается в вакуумный концентратор (6). Аппарат (3) работает под вакуумом минус 0,068 МПа, аппарат (6) работает под вакуумом минус 0,082 МПа. В альтернативном варианте осуществления вместо насоса (5) раствор карбамида может подаваться из первой ступени выпаривания во вторую ступень выпаривания посредством разности давления между ними или под действием силы тяжести.
Вакуумный концентратор (6) представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник, в кожух которого подается пар Р=0,35 МПа. Проходя по трубкам испарителя, раствор карбамида нагревается с 95-130 °С до температуры 128-136 °С и поступает в вакуумный сепаратор (7) второй ступени, где при остаточном давлении 5-45 кПа происходит разделение жидкой и газовой фаз. На выходе из межтрубного пространства концентратора (6) установлен сепаратор пара (12), вторичный пар из которого возвращается в концентратор.
Применение двухступенчатой схемы выпаривания раствора карбамида с различным значением вакуума на разных ступенях объясняется следующим. Концентрация плава карбамида напрямую зависит от давления, при котором ведется процесс выпаривания, и повышается при снижении давления. Однако при повышении вакуума в первой ступени раствор уже на первой ступени выпаривания начинает кристаллизоваться, приводя к остановке работы установки. В то же время низкая концентрация раствора затрудняет процесс гранулирования. Поэтому целесообразным является применение двухступенчатой системы выпаривания, в которой давление во второй ступени выпаривания ниже давления в первой ступени выпаривания.
Для поддержания вакуума на второй ступени выпаривания на уровне минус 0,082 МПа увеличивается расход оборотной воды, подаваемой в конденсатор (9).
В схеме узла концентрации (выпаривания) раствора карбамида на трубопроводе (10) сокового пара между ступенями выпаривания установлен регулирующий клапан (11), который разделяет вакуум первой и второй ступени выпаривания. Регулирующий клапан (11) позволяет повысить вакуум на второй ступени выпаривания от минус 0,068 до минус 0,082 МПа.
Регулирующий клапан (11) представляет собой дистанционно управляемый клапан с пневмоприводом.
Оператор дистанционно задает процент открытия клапана, изменяя величину вакуума в вакуумном сепараторе (7) второй ступени. С помощью управления отсечным клапаном (11) вакуум на второй ступени выпаривания повышается с минус 0,068 до минус 0,082 МПа. Более того, благодаря наличию регулирующего клапана (11) возможно более точное регулирование величины давления в вакуумном сепараторе (2) первой ступени и поддержание заданной величины вакуума в нем, что оказывает положительное влияние на эффективность работы и надежность всего узла (1) концентрации раствора карбамида.
Вакуум в сепараторе (7) контролируется датчиком и регулируется клапаном на трубопроводе атмосферного воздуха (не показано).
В результате изменения вакуума в вакуумном сепараторе (7) второй ступени повышается концентрация плава карбамида, стекающего в накопитель (8), смонтированный на нижнем фланце сепаратора.
Из накопителя (8) плав карбамида подается далее в гранулятор, в котором осуществляется образование гранул карбамида.
Таким образом, настоящая полезная модель обеспечивает упрощение узла выпаривания раствора карбамида для установки для производства карбамида и повышение его надежности за счет снижения количества компонентов.
Кроме того, настоящая полезная модель позволяет расширить арсенал технических средств, предназначенных для выпаривания плава карбамида с целью получения плава с заданной концентрацией карбамида.
Соковый пар с вакуумного сепаратора (7) второй ступени совместно с соковым паром из сепаратора (2) поступает в вакуумную систему (9) конденсации сокового пара. Вакуумная система состоит из группы конденсаторов и паровых эжекторов. Соковые пары конденсируется в межтрубном пространстве вакуумного конденсатора первой ступени за счет подачи оборотной воды в трубное пространство. Не сконденсировавшиеся пары и инерты паровым эжектором подаются в вакуумный конденсатор второй ступени. Не сконденсировавшиеся пары и инерты из вакуумного конденсатора второй ступени паровым эжектором подаются в конечный вакуумный конденсатор. Тепло конденсации сокового пара в конденсаторах снимается оборотной водой. Не сконденсировавшийся соковый пар из конечного конденсатора вакуумной системы поступает на очистку в скруббер, который орошается очищенным технологическим конденсатом (сточной водой) или конденсатом. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу.
Давление вакуума в узле выпаривания регулируется подсосом атмосферного воздуха в эжектор.
Получившийся раствор карбамида из узла выпаривания подается в гранулятор, в котором получают гранулированный карбамид.
В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели вакуумный сепаратор (7) второй ступени снабжен паровым обдувом внутренней поверхности для исключения налипания продукта и образования твердых отложений на стенках аппарата. Подача пара для парового обдува может осуществляться от существующего трубопровода пара.
В альтернативном варианте осуществления полезной модели купол вакуумного сепаратора (7) второй ступени снабжен электрообогревом для исключения налипания продукта на его внутренней поверхности.
В еще одном альтернативном варианте осуществления купол вакуумного сепаратора (7) второй ступени снабжен теплоизоляцией для предотвращения потерь тепла и соответственно снижения налипания продукта на его внутренней поверхности. В качестве примера для теплоизоляционного слоя используются маты теплоизоляционные из минеральной ваты.
В еще одном варианте осуществления вакуумный сепаратор (7) второй ступени снабжен любой комбинацией из парового обдува внутренней поверхности, электроообогрева и теплоизоляции купола.
В предпочтительном варианте осуществления вакуумный сепаратор (7) второй ступени снабжен паровым обдувом внутренней поверхности, электроообогревом и теплоизоляцией купола. Такой вариант осуществления позволяет наиболее эффективным образом предотвращать налипание продукта и образование твердых отложений на внутренних стенках аппарата. Это снижает частоту и время технологических остановок оборудования для осуществления работ по очистке стенок аппарата от отложений, а следовательно повышает общую производительность и надежность установки. Кроме того, твердые отложения на внутренних стенках аппарата могут привести к выходу его из строя. Следовательно, отсутствие налипания продукта и образования твердых отложений на внутренних стенках аппарата позволяет повысить надежность работы узла концентрации.
Элементы, упомянутые в описании в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Любые числовые значения, изложенные в материалах настоящего описания или на фигурах, предназначены для включения всех значений от нижнего значения до верхнего значения приращениями в один единичный элемент, при условии, что есть интервал по меньшей мере в два единичных элемента между любым нижним значением и любым верхним значением. В качестве примера, если изложено, что величина составляющей или значения технологического параметра, например, такого как температура, давление, время, и тому подобное, например, имеет значение от 1 до 90, предпочтительно от 20 до 80, более предпочтительно от 30 до 70, подразумевается, что значения, такие как от 15 до 85, от 22 до 68, от 43 до 51, от 30 до 32, и т.д., в прямой форме перечислены в этом описании полезной модели.
Варианты осуществления устройства/элемента могут быть выполнены из любого подходящего материала, например, - не с целью ограничения, - из алюминия, меди, нержавеющей стали, титана, углеродных волоконных композитных материалов и т.п. Эти составные части могут быть изготовлены с использованием способов, известных обычным специалистам в данной области, включая, лишь в качестве примера, механическую обработку на станках и литьё по выплавляемой модели.