При выпаривании сульфитного щелока или сульфитно-спир­товой барды приходится встречаться со специфическими особен­ностями:

1. Не говоря уже о кислом щелоке, даже при выпаривании щелока после нейтрализации или барды, экстра-пары обладают высокой кислотностью, что требует применения кислотоупорной аппаратуры.

2. Барда, поскольку щелок ранее подвергался нейтрализации известковым молоком, представляет собой насыщенный раствор кальциевых солей, в основном гипса. Гипс, как известно, присут­ствует в сульфитном щелоке с начала варки и продолжает в нем накапливаться во время варочного процесса. Поэтому незави­симо от того, упаривается щелок или барда, процесс неизбежно сопровождается отложением солевой накипи на теплопередаю - щих поверхностях выпарных аппаратов, что приводит сначала к. резкому снижению коэффициента теплопередачи, а далее — к загипсовыванию аппарата, в связи с чем требуется отключение его на чистку. Это очень важный момент в технологии выпари­вания щелока и барды.

3. Низкая начальная концентрация сухих веществ (6—12%) требует испарения большого количества воды для получения продукта, содержащего 50—53% сухих веществ, а следовательно, и больших затрат пара. Поэтому необходимо применять рацио­нальные методы выпаривания, усложняющие технологию выпарки.

Состав жидкостей при выпаривании

' В табл. 50 приведен состав жидкостей, которые можно выпа­ривать. На основании этих данных можно определить количество подлежащей испарению воды для получения 50%-ного концен­трата:

Таблица 50 Показатели Щелок Барда после производства Спиртового Спирто-дрож- жевого Сухие вещества в г/л............................ 90—120 70—110 60-90 Минеральные вещества в г[л. . 10-12 15-25 12-20 Органические вещества в г/л. . . 80—108 55-85 48-70 Сахара в г/л. .............................. 27-30 6-9 1—2 Кислотность, мл 0,1 н. NaOH на 100 мл жидкости по смешанному индикатору.......................................... 80-100 10-15 0-10 Активная Кислотность (рН) .... 2 4.5-5,5 5,5-6,5 Удельный вес при 20° в кг/л. . . 1,04-1,05 1,035-1,040 1,030—1,035

Количество испаряемой воды зависит от начальной концен­трации растворенных веществ и степени упаривания и может быть вычислено по формуле

1

Л: = 1 — -тг- кг,

Где:

Х — количество испаренной влаги на 1 кг упариваемой жид­кости;

Ci— начальное содержание сухих веществ;

С2— концентрация, до которой раствор упаривается.

Пример. Если в барде концентрация растворенных веществ СI= 5% И нужно ее выпаривать до 50%, то количество испаренной влаги составляет 5

Xi=L— 50"= 0.9 кг на 1 кг барды и будет получено при этом 50°д-ного кон-

Центрата 0,1 кг. Следовательно, на 1 кг продукта надо выпарить —G-J— = 9 кг воды.

При начальной концентрации растворенных веществ СI— 10%, по тем же расчетам нужно испарить 0,8 кг воды и будет получено 0,2 кг продукта. Ко-

0,8

Личество испаряемой воды на единицу продукта составляет только G-G = 4 кг. т. е. более чем в 2 раза меньше.

Отсюда следует, как важно отбирать щелок с высокой кон­центрацией сухих веществ. Однако и в последнем случае по 'абсолютному значению количество испаряемой влаги очень вели­ко и расход пара будет высоким.

Для снижения расхода пара щелок или барду выпаривают исключительно на многокорпусных выпарных аппаратах на ос­нове общеизвестного процесса многократного испарения жидко­сти и использования экстра-ларов. В настоящее время применя­ются выпарные установки, состоящие не менее чем из трех корпусов (количество их доходит и до шести). Естественно, что чем больше корпусов Ib выпарной батарее, тем. ниже расход све­жего пара.

< Приведем пример работы широко распространенной четырех - гкорпуснои установки, которая, с учетом накипеобразования. чашг "работает, как трехкорпусная, так как один из корпусов обычно отключен на чистку. Как видно на рис. 117, коммуникация по­зволяет выключить на чистку любой из четырех корпусов. Све­жий пар подают в корпус I или II, упаренную жидкость отбирают через вакуум-сборники из корпусов III или IV. Вакуум-сборники работают поочередно и по мере их заполнения соединяются с атмосферой. Жидкий концентрат как готовый продукт напра­вляется потребителю или как полуфабрикат—на дальнейшее обезвоживание или в отдельных случаях на сжигание в топках паровых котлов. Из эксплуатационных соображений целесообраз­но иметь все корпуса выпарной батареи равного размера. Грею­щий пар, обычно отборный, имеет температуру 127—140°, темпе­ратура сокового пара последнего корпуса при технически достижимом вакууме 0,15 ата составляет 54—58°. Количество испаренной влаги и температурные перепады по корпусам выпар­ки распределяются автоматически.

В качестве одного из примеров в табл. 51 приведены данные

Таблица 51 Распределение параметров по корпусам четырехкорпусной батареи Показатели Корпуса 1 2 З 4 Температура греющего пара, град. . 127 116 103 84 J5 Температура кипения щелока, лрад. . 118,5 106,0 88,0 £8,0 Температура вторичн-ого пара, град. 117,5 104,5 8^0 540 Потери от депрессии, град. . . . IP 15 2 0 4 Р Потери от гидравлических сопро­тивлений, град...................................... 1,5 1,5 1,5 — Полезная разность температур. . 8,5 10,0 15,0 26,5 Коэффициент теплоотдачи кал/м2 0С/час..................................................... : 1080 840 600 360

Распределения параметров по корпусам четырехкорпусной батареи.

На рис. 117 изображены аппараты с трубчатыми подогрева­телями системы Котлоалпарат. Загрязненный аппарат отклю­чается на чистку. Чистка аппаратов длительна и трудоемка. Вце и до сих пор на отдельных заводах вручную чистят трубки при помощи скребков, закрепленных на длинных стальных прутьях. Для облегчения чистки накипь иногда .разваривают щелочью или содой, тогда она становится более рыхлой и легче снимается.

Предложено много различных приемов предупреждения на - кипеобразования. Среди них заслуживает внимания метод, при котором в выпарной аппарат вводят суспензию свежеосажден - ного гипса. Этим в растворе создаются центры кристаллизации гипса и о«, выделяясь из раствора, отлагается не на греющей поверхности, а садится на в! веденны-й затравочный кристалл Та­кой способ испытан в промышленности и дал хорошие резуль­таты. Стремление к повышению числа корпусов в выпарной батарее вполне себя оправдывает с теплотехнической стороны, так как удается значительно сократить расход пара. Однако рассмотренный выше способ с отключением корпусов на чистку ггри данной конструкции выпарного аппарата не позволяет ре­шить вопроса о переходе на многокорпусную выпарку. Решать этот вопрос можно одновременно с переходом на новые кон­струкции аппаратов и новые приемы удаления накипи.

На рис. 118 показана схема выпарного аппарата системы Котлоаппарат с выносным тру(иатым подогревателем. Среди ранее применяемых аппаратов Баджера Кестнера и др. с вну­тренним расположением трубок он был наиболее приемлем для выпарки щ ело. к а и барды главным образом из-за удобства очист­ки трубок. В современной выпарной технике трубчатые поверх­ности нагрева совершенно исключены и подогреватели выполня­ются в виде пластинчатых теплообменников, а механическая очистка заменена растворением отлагающихся осадков кислым конденсатом соковых паров. Один тип такого аппарата (системы Рамен), представленный на рис. 119, имеет следующие особен­ности: сепаратор разделен на два этажа, каждый из них связан со своим выносным подогревателем, представляющим собой пластинчатый теплообменник. Циркуляционные насосы обеспечи­вают многократную циркуляцию (кратность 10—12) и линеиную скорость до 2,5 м/сек. Это повышает коэффициент теплопередачи до 1500—1700 кал/ж2°С час и снижает отложение накипи на по­верхностях. Не останавливая работу аппарата в целом, пооче­редно отключают один из этажей сепаратора с соответствующим подогревателем, и циркуляционный насос начинает пропускать через систему горячий кислый конденсат. Перед отключением оставшийся в сепараторе щелок при помощи насоса перекачи­вают в дублирующую часть аппарата.

Щелок или барда поступает одновременно в оба этажа сепа­ратора (если оба в работе) или соответственно в один из них, где происходит частичное испарение. Из нижней части соответ­ствующего этажа сепаратора циркуляционным насосом щелок или барда через подогреватель подается вновь в верхнюю часть сепаратора и соответствующее количество упаренного щелока тем же насосом перекачивается в следующий корпус. Соковый пар выводят через. верхний штуцер, он направляется в подогре­ватель следующего корпуса. При такой конструкции выпарного аппарата легко создать пяти - и шестикорпусную выпарку.

Так как растворимость гипса в щелоке с повышением темпе­ратуры уменьшается, естественно, что первые корпуса, работаю­щие при более высоких температурах, будут загипсовываться быстрее последних. Поэтому периодичность чистки подогревате­лей для каждого корпуса будет различной. Так, для шестичлен - ной батареи соблюдается такая периодичность чистки подогре­вателей:

1- Го корпуса 2- Го <-,4-,5-,6-го

Ежесуточно; 4 раза в неделю; 2 раза в неделю

Помимо гипса, на теплопередающих поверхностях отлагается слой органической накипи, несмываемой кислым конденсатом. Для ее удаления 1—2 раза в. год аппарат обрабатывают концен­трированной (60%-ной) азотной кислотой.

Другая группа выпарных аппаратов (Розенблад) для предот­вращения загипсовывания теплопередающих поверхностей по­строена по принципу переменных каналов. Выпарной аппарат представляет собой подогреватель, соединенный с двумя сепара­торами. В подогревателе каналы для пара и жидкости (щелок, барда) имеют геометрически равную форму и одинаковое рас­стояние между пластинами. Это позволяет изменять ход пара и жидкости по каналам. Так, в определенном положении условно по первому каналу проходит жидкость, по второму пар. Поверх­ность первого канала начинает загшгсовываться. Тогда потоки переключают: в первый канал подается пар, во второй — жид­кость. Так поверхности теплообмена все время содержатся в ра­бочем состоянии и нет необходимости отключать аппарат на чистку. Особенностью аппарата является постоянная циркуляция кислого конденсата по паровым каналам подогревателя, для чего устанавливается специальный циркуляционный насос. Он же откачивает конденсат в следующий корпус. Второй насос служит для перекачки упариваемой жидкости в следующий корпус. По этому же способу осуществляется выпарка в 5- и 6-членной ба­тарее. Принципиальная схема аппарата Розенблад и переключе­ние каналов показаны на рис. 120.

465

Распределение температур по корпусам зависит от парамет­ров греющего пара, т е. температуры 1-го корпуса, так как

30 д. к. Славянский

В последнем, находящемся под вакуумом, она во всех случаях примерно одинакова (58—60°). Приводим один из характерных примеров (табл. 52).

С целью экономии тепла большое значение имеет рациональ­ное использование конденсатов из всех корпусов выпарки. Кон­денсат корпуса, обогреваемого свежим паром, используется весьма просто, сложнее использовать кислые конденсаты экстра - паров.

Рис. 120. Схема выпарного аппарата системы Роэенблад с пере­менными каналами

В настоящее время на ряде предприятий применяется способ последовательного нагрева конденсатов путем передачи их в кон­денсаторы особой конструкции предшествующего, т. е. более высокотемпературного корпуса батареи.

Таблица 52

Распределение температур по корпусам Корпус 1 * З 4 « « Температура в корпусе в ° G . . 115 100 90 80 70 60 Выпарено влаги в % от общего ко­ Личества............................................ 23 21 21 17 11 7

В этом случае каждый корпус имеет свой конденсатор. По­следний оборудован 3—5 тарелками, на которые насосом подает­ся конденсат последующего корпуса и туда же поступает конден­сат данного корпуса. Так как температура поступающего на тарелки конденсата ниже паров самоиспарения, последние кон­денсируются, а неконденсируемые газы, пройдя тарелки, отво­дятся. Из нижней части конденсатора (рис. 121) конденсат насо­сом подается в конденсатор предшествующего корпуса, и так от последнего до второго. В конечном итоге получается один вид

>рячего кислого конденсата, который используется для подо­грева щелока или воды и собирается в сборник, откуда расхо­дуется на промывку. поверхностей теплообмена.

По данным фирмы Рамен, при перепадах температур на даестичленной батарее с 120° до 56° можно достичь расхода тепла 100 ккал на 1 кг испаряемой влаги. Достигнуты результаты для 5-корпусной выпарки—140 ккал/кг влаги, для 6-корпусной вы­парки — 115 ккал/кг влаги.

________ Отвод валдцха

8 нонденсотор мрпусо 2

6 CJ

Рис. 121. Схема отвода и использования конденсата

И.

Как известно, растворимость гипса при высоких температурах незначительна и последний, естественно, будет выпадать из раствора. Отсюда целесообразно (если позволяют местные усло­вия) осуществить предварительный перегрев щелока или барды до подачи их на выпарку. Перегревают щелок в специальных подогревателях до температуры 160°.

Все вышеизложенное, а именно: новые конструкции аппара­тов, циркуляция, применение кислого конденсата для очистки теплопередающих поверхностей, рациональное тепловое исполь­зование кислых конденсатов и т. п. создает предпосылки для осуществления рациональной и высокопроизводительной выпар­ки сульфитных щелоков и барды.