Контактные выпарные аппараты получают все большее рас­пространение, особенно в связи с интенсивным развитием про­мышленности фосфорной кислоты и фосфорсодержащих удоб­рений.

В этих аппаратах развивается большая поверхность взаимо­действия фаз: газовой (теплоносителя) и жидкой (концентрируе­мого раствора). Они дают возможность выпаривать растворы без нагревательных элементов, что во многом упрощает их эк­сплуатацию, повышает надежность работы выпарных установок при концентрировании растворов минеральных кислот и нейтра­лизованных суспензий. При использовании топочных газов: общее давление газовой фазы над раствором в контактных ап­паратах складывается из парциальных давлений продуктов горения и водяного пара. Поэтому выпаривание растворов про­исходит при пониженной температуре. Так, при выпаривании воды в аппаратах с погружными горелками при атмосферном давлении она закипает при 83—85°С [132].

Материальный баланс для контактных выпарных аппаратов аналогичен балансу для выпарного аппарата поверхностного типа (см. разд. 4.3).

Тепловой баланс (в кДж/кг) аппарата на 1 кг выпаренной воды. Расход тепла на испарение воды

Qucn — 595+0,47 (^вых — /нач) і (4.28)’

где <вых — температура газов, выходящих из аппарата, °С; /„ач— температу­ра исходного раствора, °С.

Расход тепла на нагрев раствора

*7нагр= (Скон/ЇТ) ср(^кон /иач), (4.29 У

где /кон — температура упаренного раствора, °С; сР — теплоемкость упарен­ного раствора, кДж/(кг - С).

Потери тепла в окружающую среду

^пот —ГнарСХА/о/1Г, (4.30)

где FHар — наружная поверхность аппарата, м2; а — коэффициент теплоотда­чи, кДж/(м2-ч-°С); Д/0 — разность температур между стенкой аппарата и окружающим воздухом, °С; W — количество испаренной влаги, кг.

Для сокращения потерь тепла в окружающую среду аппарат изолиру­ют таким образом, чтобы температура наружной стенки была не выше 40 °С;

при этом коэффициент теплоотдачи а не превышает 2,1—4,2 кДж/(м2-ч-вС). Для контактных выпарных аппаратов потери в окружающую среду состав­ляют 5—10% от общего расхода тепла. Обычно принимают qa0т—126— 252 кДж/кг.

Выход сухих газов (в кг на 1 кг) испаренной воды

где си, с„ых — теплоемкость теплоносителя на входе и выходе из аппарата, кДж/(кг-°С); tBX, (пых — температура теплоносителя на входе и выходе из аппарата, °С.

Потери тепла с отходящими газами

Qotx. v — £с. Г (Євьіх -|-0,00ШвхСп) ВЫХ------ to),

где dBK — влагосодержание газов на входе в аппарат, кг/кг; сп — теплоем­кость пара в теплоносителе при (вых, кДж/(кг-ч°С); 10 — температура окру­жающей среды, °С.

Суммарный расход тепла на 1 кг испаренной воды

У Ц—<7исп ~{~0нвгр~{~а пот +я отх. г»

Различают контактные выпарные аппараты следующих ти­пов: барботажные аппараты; аппараты с погружными горелка­ми; скоростные прямоточные распиливающие аппараты.

На рис. 4-6 представлена схема барботажного выпарного аппарата барабанного типа.

Аппарат состоит из топки 1 и горизонтального цилиндрического корпу­са 6. До определенного уровня он заполняется исходным раствором. Рабо­чий объем аппарата разделен на три секции, в первые две из которых по­ступают топочные газы по трубам, непосредственно погруженным в раствор. При взаимодействии раствора и топочных газов происходит интенсивное перемешивание раствора и испарение из него воды. Отходящие газы из сек­ции 1 поступают по барботажной трубе 3 в секцию II, откуда вместе с па­рами воды и раствора по барботажной трубе 5 направляются в секцию III, где отдают тепло поступающему в эту секцию исходному раствору. Кон­центрированный раствор удаляется из секции I. Противоток раствора и теп­лоносителя позволяет лучше использовать тепло топочных газов. Для кон­центрирования в этом аппарате растворов серной и фосфорной кислот необ­ходимо обеспечить защиту его изнутри коррозионно-стойкими материалами.

Одна из схем выпарного аппарата с погружными горелками изображена на рис. 4-7.

На крышке корпуса аппарата 3 расположена горелка 2 (есть варианты аппаратов, в которых имеется несколько горелок), заглубленная под уровень выпариваемого раствора. При барботаже высокотемпературных газов через раствор создается большая межфазовая поверхность, обеспечивающая ин­тенсивный тепло - и массообмен. Концентрированный раствор выводят из ап­парата через переливную трубу, а парогазовую смесь — через выносной сепа­ратор 1. Для таких аппаратов обычно используют специальные горелки бес­пламенного горения. Выпарные аппараты с погружными горелками имеют более высокий тепловой к. п. д., чем барботажные аппараты с выносной топ­кой. Их используют в производстве полифосфорной кислоты концентраци­ей 68—75% Р205 [132, 134, 135].

Практический интерес представляют также скоростные пря­моточные распыливающие аппараты, имеющие форму труб Вентури.

Исходный раствор распиливается в одной из труб Вентури, откуда кап­ли уносятся газовым потоком, и их улавливают в циклоне. Собирающийся в циклоне раствор поступает в первую по ходу движения газового теплоноси­теля трубу Вентури, где повторно распыливается топочными газами и кон­центрируется. Капли упаренного раствора улавливают после первой трубы Вентури, и выводят из аппарата. Аппараты этого типа характеризуются вы­сокой интенсивностью процессов тепло - и массообмена при концентрировании

растворов. К их недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопро­тивление, которое составляет 17,0—17,5 кПа, и ограниченную область приме­нения. ,

В последние годы широкое распространение в промышленно­сти сложных удобрений получили комбинированные аппараты для нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты аммиа­ком с одновременным концентрированием аммонизированной пульпы [136]. Тепло реакции нейтрализации кислоты использу­ется в аппаратах САИ (скоростных аммонизаторах-испарите - лях) не только для концентрирования суспензии, то и для соз­дания циркуляционного контура в аппарате, способствующего хорошему смешению реагентов.

Циркуляция пульпы в САИ осуществляется практически в изотермических и изоконцентрационных условиях, обеспечи­вающих стабильный состав и необходимый выход аммонизиро­ванной пульпы, поступающей на гранулирование. Газы, выде­ляющиеся из САИ, содержат в основном водяной пар с неболь­шой примесью аммиака, поэтому относительно просто решается проблема абсорбции газов и использования вторичного пара. Вследствие интенсификации процессов нейтрализации и выпа­ривания время пребывания пульпы в аппарате САИ не превы­шает 2—10 мин, что позволяет сократить металлоемкость вы­парного оборудования [137, 138].

Аппарат для нейтрализации и выпаривания кислот более со­вершенной конструкции изображен на рис. 4-8. Аппарат САИ дополнен сборником пульпы и теплообменником для подогрева циркулирующего раствора паром. Эти усовершенствования поз­воляют повысить циркуляцию раствора в аппарате, устранить вибрацию и неравномерность выгрузки получаемой пульпы.