Устройство для очистки теплоносителя нитрин Советский патент 1988 года по МПК B01D3/32 

1

сд

«

Ji.

СД

стоянная циркуляция с требуемым расходом кубового остатка (смеси NO2-HNOs) из объема куба 10 в ректификационную колонну 8 через клапан 14, емкость 13 и регу. лирующее устройство 5. В емкости 13 кубовый остаток охлаждается и расслаивается. Нижний слой расслоившегося кубового остатка, обогащенный HNOs, накапливается во время работы в емкости 13 и после заполнения ее нижним слоем, что определяют по показаниям уровнемера 17, осуществляют его вывод из емкости 13, например, в систему специальной канализации. После этого емкость 13 вновь заполняют

кубовым остатком из объема куба 10, и цикл повторяют. Во время проведения операций по опорожнению и загрузке кубовым остатком емкости 13 устройство для очистки работает в относительно устойчивом режиме. При это м нижняя часть емкости 13 соединена с жидкостным пространством куба 10 на максимальном удалении, в пределах габаритов куба, от места подвода жидкости из ректификационной колонны 8 в куб 10, а куб и емкость 13 выполнены с размерами, удовлетворяющими соотнощению ViV2 1/5, где Vi - объем емкости 13; V2 - объем куба 10. 1 ил.

Изобретение относится к области систем с массообменными аппаратами, в частности к устройствам для очистки теплоносителя нитрин от примесей с помощью . ректификации. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства, сокращение времени очистки и потерь теплоносителя. В процессе работы устройства с помощью струйного насоса 7 организуется по

1

Изобретение относится к технологии теплоносителя, в частности к устройствам для очистки, и может быть использовано для очистки теплоносителя нитрин от азотной кислоты и продуктов коррозии конструкционных материалов в энергетических уста- новках с замкнутым парожидкостным циклом.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и сокращение времени очистки и потерь теплоносителя нит- рин.

На чертеже представлена схема пред- jiaraeMoro устройства для очистки.

Устройство содержит насос 1, датчики 2 и 3 расхода, регулирующие устройства 4-6, струйный насос 7, ректификационную колонну (РК) 8, конденсатор 9 очищенного пара, куб 10, уровнемер 11 куба, нагреватель 12 куба, емкость 13 для сбора кубового остатка, клапаны 14-16, уровнемер 17 и датчик 18 температуры.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы энергетической установки происходит повышение концентрацир HNOs в теплоносителе нитриН за счет, например, попадания воды в контур через уплотнения вала турбины. Поэтому требуется постоянна- очистка , теплоносителя нитрин от и примесей, образующихся в результате коррозии конструкционных материалов при взаимодействии их с HNOs. Одновременно с работой энергетической уста- новки должно работать устройство для очистки теплоносителя нитрин, содержащее в качестве одного из аппаратов РК.

Очистка теплоносителя нитрин в РК осуществляется при противопоточном контакте

жидкого теплоносителя, представляющего собой смесь HNOa-NO2 и поступающего на питание РК, и пара, вырабатываемого кубом

0

5 0

5

колонны, при,этом HNOa и другие примеси накапливаются во время работы в кубовом остатке, а очищенный пар, представляющий собой NO2 с требуемым содержанием примесей, после его конденсации в конденсаторе очищенного пара возвращается в контур энергетической установки.

Устройство выводится на требуемый режим работы следующим образом.

После включения насоса 1, теплоноситель из контура энергетической установки через датчик 2 расхода, регулирующее устройство 4 и струйный насос 7 начинает поступать в РК, 8. Открываются клапань 14 и 15 и полностью заполняется емкость 13 теплоносителем с линии питания РК 8. Затем до требуемого уровня заполняется куб 10, что контролирует по показаниям уровнемер II. При этом теплоноситель с линии питания РК 8 попадает в куб 10 через массообменную часть РК 8, а из куба 10 - в емкость 13 через клапан 14. После этого включают нагреватель 12 куба 10.

Очистка теплоносителя нитрин от HNOs и других примесей в РК 8 осуществляется при противоточном контакте нй ее массо- обменных элементах жидкого теплоносителя, поступаюигего в РК 8 по линии питания от насоса 1, и пара, вырабатываемого кубом 10 колонны. Очищенный пар из РК 8 поступает в конденсатор 9, где он конденсируется, а образовавшаяся жидкость возвращается через регулирующее устройство 6 в контур энергетической установки. Требуемый расход питания жидкостью РК 8 устанавливается с помощью регулирующего устройства 4 по показаниям датчика 2 расхода, а давление в РК 8 устанавливается с помощью регулирующего устройства 6.

После выхода РК 8 на устойчивый режим работы и охлаждения (за- счет теплообмена с окружающей средой) теплоносителя в емкости 13 до 20-25°С, что практически соответствует температуре окружающей среды, определяется по показаниям датчика 18 температуры и является оптимальной температурой охлаждения кубового остатка, открывается регулирующее устройство 5, и теплоноситель из верхней части емкости 13 начинает поступать через датчик 3 расхода, регулирующее устройство 5 Б камеру смешения струйного насоса 7, где в РК 8 для очистки. Смешанный поток поступает из струйного насоса 7 в Р1 8. Постоянный расход теплоносителя (кубового остатка) из верхней части емкости 13 в РК 8 через струйный насос 7 обусловливает наличие постоянного расхода кубового остатка из куба 10 в емкость 13 через клапан 14. Оптимальным расходом кубового остатка из объема куба 10 через клапан 14, емкость 13, регулирующее устройство 5, струйный насос 7 в РК 8 является расход, равный 5% по массе от расхода питания теплоносителя РК В (т.е., производительности колонны), который фиксируется датчиком 2 расхода. Данный расход кубового остатка из объема куба 10 через емкость 13 в РК 8 устанавливается с помощью регулирующего устройства 5 по показаниям датчиков 2 и 3 расхода, при этом суммарный расход, v.t. расход кубового остатка из объема куба 0 через емкость 3 в РК 8 и расход теплоноси еля, направляемого на питание РК 8 с помощью насоса 1, устанавливают равным расходу питания теплоносителя РК 8, который соответствует установившемуся режиму работы колонны.

Таким образом, в процессе работы предлагаемого устройства для очистки осуществляется постоянная циркуляция кубово.о остатка из объема куба 10 через емкость 13 в РК 8 с помощью струйного насоса 7 с постоянным расходом, равным 5% по массе от расхода питания РК 8, а температура кубового остатка в ел кости 13 поддерживается в пределах 20-25°С за счет естественного охлаждения емкости.

С течением времени работы устройства в режиме очистки теплоносителя нитрин от HNO.3 и других примесей концентрация данных примесей в кубовом остатке, представляющем собой смесь NO2-НЫОз увеличивается и после достижения концентрации НЫОз в нем более 7% по массе происходит расслоение кубового остатка в емкости 13 с образование ; двух слоев жидкости; верхнего слоя, обогащенного NOo, с концентрацией HNOa в нем около 7% по массе, м нижнего слоя с концентрацией HNOs в негл около 45% по массе.

Постоянный вывод с расходом, равным 5% по массе от расхода питания РК 8, кубового остатка из объема куба 10 в емкость 13 и его расслоение в ней в результате охлаждения до 20-25°С приводит к образо0

ванию в нижней части емкости 13 во время работы нижнего слоя с концентрацией HNOa около 45% по массе, а верхний слой расслоившегося в емкости 13 кубового ос татка с концентрацией HNOa около 7% по массе постоянно отводится из верхней части емкости 13 в РК 8 с помощью струйного насоса 7.

Таким образом, осуществляется непрерывный вывод HNOs с кубовым остатком из объема куба 10 в емкость 13, где основная часть ее, после расслоения кубового остатка, переходит в нижний слой и накапливается во время работы устройства в нижней части емкостн 13, а остальная ее часть

5 в составе верхнего слоя возвращается в РК 8 путем смещения его с теплоносителем, поступающим на питание РК 8 в струйном насосе 7.

Емкость 13 снабжена уровнемером 17, например, поплавкового типа, выполненным

0 в виде магнитного поплавка в защитном корпусе, который помещен в объем емкости 13 и перемещается по вертикальной направляющей, расположенной вблизи боковой стенки емкости ;3, и магнитной шкалы на

5 два положения уровня: минимально и максимально допустимого, расположенной на внешней поверхности данной боковой стенки. При этом плоскость магнитного поплавка 1,55 г/см что выше плотности верхнего слоя расслоившегося в емкости 13 кубо0 вого остатка с содержанием HNOa около 7% по массе и меньше плотности нижнего слоя с содержанием HNOa в нем около 45% по массе:

С течением времени работы предлагаемого устройства происходит накопление в

5 емкости 13 нижнего слоя расслоившегося кубового остатка : содержанием HNO3 45% по массе, и после достижения им макси.ально допустимого уровня, т.е. почти полного заполнения емкости 13, что определяется по показаниям уровнемера 17, во избежание попадания этого слоя в РК 8 через регулирующее устройство 5 и струйный насос 7 (что приводит к резкому увеличению концентрации HNOs и других примесей в очищенном паре на выходе из РК 8) за5 крывается регулирующее устройство 5, а регулирующим устройством 4 по показаниям датчика 2 расхода устанавливают расход питания теплоносителем РК 8, соответствующий установившемуся режиму работы РК После этого закрывается клапан 14 и откры0 вается клапан 16. Кубовый остаток с содержанием в нем HNOa около 45% по массе удаляют из емкости 13, например, в специальную канализацию.

По показаниям уровнемера 17 (минимально допустимый уровень) определяют

5 полноту слива кубового остатка из емкости 13. При сливе кубового остатка из емкости 13 требуемое давление в ней поддерживается за счет паров кубового остатка,

поступающих в емкость 13 из куба 10 через клапан 15. После слива кубового остатка с содержанием HNOs в нем около 45% по массе и повышенным содержанием продуктов коррозии из емкости 13 до минимально допустимого уровня закрывается клапан 16, затем открывается клапан 14 и емкость 13 заполняется кубовым остатком из объема куба 10 через клапан 14. В этот момент наблюдается некоторое снижения уровня жидкости в кубе 10 и регулирующим устройством 4 по показаниям датчика 2 расхода устанавливают увеличенный по срав- лению с устойчивым режимом работы РК 8 расход питания РК 8 теплоносителем. После повышения уровня жидкости в кубе 10 до требуемого значения, что контролируют по показаниям уровнемера И, устанавливают расход питания РК 8 теплоносителя, соответствующий устойчивому режиму работы РК.

Следует отметить, что оптимальным соотношением объемов куба 10 и емкости 13 является соотношение 5:1- соответственно. Уменьшение данного соотношения, т.е. увеличение объема емкости 13, приводит к недопустимому снижению уровня в кубе 10 при заполнении кубовым остатком из объема куба 10 .емкости 13 после слива из нее кубового остатка, что требует выключения колонны из работы до повторного заполнения куба колонны. Это усложняет эксплуатацию устройства, увеличивает время очистки теплоносителя и расходы на обслуживание всей станции в целом.

Увеличение данного соотношения, т.е. уменьшение объема емкости 13, приводит к увеличению количества периодически проводимых операций слива кубового остатка из емкости 13, что усложняет эксплуатацию предлагаемого устройства и увеличивает непроизводительные потери теплоносителя за счет многочисленных операций удаление части теплоносителя с остатком.

После охлаждения кубового остатка в емкости 13 до 20--25°С, что определяется по показания.м датчика 18 температуры, открывается регулируюш.ее устройство 5 и кубовый остаток начинает поступать из хуба 10 через емкость 13 и струйный насос 7 в РК 8, а требуемый расход кубового остатка, равный 5%-по массе от расхода питанмя РК теплоносителем, устанавливается с помощью регулирующего устройства 5 по показаниям датчиков 2 и 3 расхода. При этом суммарный расход, т.е. расход кубового остатка из объема куба 10 через емкость 13 и струйный насос 7 в РК 8 и расход теплоносителя, направляемого на питание РК 8 ; помощью насоса 1, устанавливают равным расходу питания теплоносителем , который соответствует установившемуся режиму работы РК 8.

Во время проведений указанных операций по сливу кубового остатка с содержанием НЫОз -- 45% по массе из емкости 13, заполнению емкости 13 кубовым остатком из

5 куба 10 и выводу устройства на режим работы с принудительной циркуляцией кубового остатка из объема куба 10 в РК 8 через емкость 13 с помощью струйного насоса 7 предлагаемое устройство для очистки рабод тает в относительно устойчивом режиме. Таким образом, при очистке теплоносителя нитрин от примесей с помощью предлагаемого устройства осуществляются как непрерывный процесс ректификации в течение всего времени работы устройства, так и j непрерывный вывод HNO и других примесей с кубовым остатком из объема куба 10 (зоны нагрева) в емкость 13.

Наблюдается градиент содержания HNOa в кубовом остатке, находящемся в кубе колонны, работающей в режиме очист0 ки теплоносителя нитрин от примесей. Так, в части объема кубового остатка, расположенной Б непосредственной близости к месту подвода жидкости из РК в куб, содержание HNOs ниже, чем в остальном объеме 5 кубового остатка. Это объясняется разбавлением этой части объема кубового остатка теплоносителем вз РК с гораздо меньшим, чем в самом кубовом остатке, содержанием HNOa. Исходя из этого нижняя часть емкости 13 соединена с жидкостным простран30 ством куба колонны в его части, наиболе удаленной от места подвода жидкого теплоносителя из РК в куб.

Постоянное подмешивание с расходом, равным 5% по массе от расхода питания РК, в поток теплоносителя, поступающего

35 на питание РК, верхнего слоя расслоившегося в емкости 13 кубового остатка с содержанием HNOa в нем около 7% по массе незначительно увеличивает содержание HNOs в теплоносителе, поступающем на пи.п тание РК. Например, для содержания HNOs в теплоносителе питания колонны 0,3-0,5% по массе и ее содержания в очищенном паре на выходе из РК 0,15-0,25% по массе данное увеличение составляет 0,05-0,08% по массе, что практически не

45 ачияет на эффективность очистки теплоносителя нитрь н с помощью РК.

Использование предлагаемого устройства для очистки теплон€х;ителя нитрин от HNOs и других примесей позволит увеличить, по сравнению с известными устрой50 ствами, надежность работы оборудования энергетической установки, снизить скорость коррозии конструкционных материалов куба колонны под действием кипящей HNOs за счет ее постоянного вывода (по мере накопления) КЗ объема куба в емкость для сбора

55 кубового остатка, что к тому же уменьшает вероятность забивок продуктами коррозии трубопроводов куба и установленной на них арматуры.

Постоянный вывод HNOs из кубового остатка по мере ее накопления в нем позволяет поддерживать в течение всего времени работы устройства постоянный низкий уровень (около 7-10% по массе) содержания HNQa в кубовом остатке, находящемся в кубе колонны. Это в свою очередь исключить повышенный унос НЫОз из РК с очищенным паром в контур энергетической установки, что имеет место при концентрации в кубовом остатке около 30% по массе и выше, особенно в условиях ограниченны размеров аппаратов. Все это снижает как скорость коррозии конструкционных материалов энергетической установки под действием HNOa, так и сокращает время очистки теплоносителя нитрин до требуемых показателей его состава.

Вывод из емкости для сбора кубового остагка смеси HNOs-NO2 с содержанием НЫОз в ней около 45% по массе (вместо 30% по массе) дает возможность сократить непроизводительные потери теплоносителя, удаляемого из системы с кубовым остатком.

Кроме того, отпадают необходимость в постоянном контроле путем анализа отобранной пробы состава кубового остатка на содержание в нем HNOa и необходимость периодического удаления кубового остатка из куба колонны после достижения в нем предельно допустимой концентрации HNOa (30% по массе), что предполагает останов устройства для очистки, слив кубового остатка, загрузку куба исходной смесью, вывод устройства на режим. Это упрощает эксплуатацию предлагаемого устройство для очистки теплоносителя нитрин и сокращает

0

5

0

5

0

время его очистки до требуемых показателей состава.

Формула изобретения

Устройство для очистки теплоносителя нитрин, содержащее насос, ректификационную колонну с кубом и конденсатором, трубопроводы входа жидкости, емкость для сбора кубового остатка, расположенную ннже уровня куба колонны и соединенную верхней частью с паровым пространством, а нижней частью - с жидкостным пространством куба колонны, струйный насос, установленный на линии питания ректификационной колонны жидкостью и соединенный своим активным соплом с напорным трубопроводом насоса, отличающееся тем, что, с целью повышення надежности работы, сокращення времени очистки и потерь теплоносителя, камера смешения струйного насоса соединена с верхней частью емкости для сбора кубового остатка, его пассивное сопло соединен с трубопроводом входа жидкости в ректификационную колонну, а нижняя часть емкости для сбора кубового остатка соединена с жидкостным пространством куба колонны с противоположной стороны от места подвода жидкости из ректификационной колонны в куб, при этом куб колонны и емкость для сбора кубового остатка выполнены с размерами, удовлетворяющими соотношению

У.Т

гдеУ| -объем емкости для сбора кубового

остатка; V2 - объем куба колонны.