Рекомендации по применению выпарных установок
Вопрос: На прошедшей 15-17 марта 2005 года Конференции «Покрытия и обработка поверхности» докладчики неоднократно упоминали метод вакуумного испарения сточных вод как один из перспективных для очистки сточных вод гальванических производств. Хотелось бы узнать более подробно обо всех преимцществах этого метода, какие у него недостатки и ограничения?
Ответ: Рекомендации по применению выпарных установок
Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путём частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объёма раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.
Концентрированные растворы и твёрдые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.
Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание растворителя (воды).
При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах (аммонийные соли, некоторые органические вещества и т.д.). Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата.
Применение вакуума даёт возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки (пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора), что снижает расход первичного греющего пара.
Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуется дополнительные затраты на устройство для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы.
Экономия первичного пара (и соответственно топлива) может быть достигнута также в выпарных установках с тепловым насосом. В таких установках вторичных пар на выходе из аппарата сжимается помощью теплового насоса (например, термокомпрессора) до давления, соответствующего температуре первичного пара, после чего он вновь возвращается в аппарат для выпаривания раствора.
Выпарные установки в гальванотехнике находят применение исключительно для упаривания воды из ванн улавливания (рис.1) или промывной воды, вытекающей из многоступенчатых промывных ванн (рис.2). Использование выпарных установок в таких схемах позволяет вернуть в технологические ванны дорогостоящие компоненты и уменьшить (или полностью исключить) сброс на очистные сооружения соединений меди, никеля, хрома, цинка и др. тяжёлых металлов, резко сократив при этом затраты на очистку сточных вод.
При упаривании промывная вода концентрируется (обычно 1:10), дистиллят возвращается в промывную ванну, а концентрат направляется в технологическую ванну. При этом существует опасность постепенного увеличения концентрации примесей в технологических растворах (продуктов разложения блескообразователей, анодных шламов, продуктов коррозии деталей, упавших на дно ванны, и т.п.).
Рис. 1. Схема использования выпарной установки при ванне улавливания.
Рис. 2. Схема использования выпарной установки при трёхкаскадной ванне промывки.
Наличие таких примесей в электролитах приводит к ухудшению качества покрытий, в частности:
- питтинги или хрупкости осадков (при накоплении органических примесей),
- шероховатости осадков (при наличии механических загрязнений),
- тёмному цвету никелевых осадков (при загрязнении медью, железом, цинком),
- тёмным губчатым кадмиевым и цинковым покрытиям (при наличии свинца, олова, или никеля, железа);
- шелушению осадков (при наличии хрома и др).
Для исключения накопления примесей требуется предварительная очистка промывной воды, поступающей на упаривание. С этой целью обычно перед выпарной установкой предусматривается блок аппаратов, состоящий, например, из адсорбционного фильтра для удаления органических веществ и ионообменных фильтров. Кроме того, для подпитки ванн улавливания и многоступенчатых промывных ванн необходимо использовать деминерализованную воду, что позволяет минимизировать примеси, вносимые с водой.
Для упаривания промывной воды после операций хромирования, никелирования, меднения и др. предусматриваются локальные выпарные установки производительностью не более 25 л/ч. Выпарные установки могут находиться рядом с промывными ваннами или в отдельном помещении.
Широкое применение находят выпарные установки итальянской фирмы "Ekipo", выпускающей большой спектр испарителей с внутренними и выносными теплообменниками, работающих на паре, горячей воде или электроэнергии. Испарители с тепловым насосом - сложное и дорогостоящее оборудование. Например, выпарная установка производительностью 100 л/ч стоит 1-2 млн.руб в зависимости от применяемого материала и конструкции.
Рис. 3. Вакуум-выпарная пульсационная установка (ВВПА).
Среди отечественных установок следует отметить вакуумные выпарные аппараты ООО "ИРЕА-ПЕНЗМАШ", выпускающего вакуумные выпарные установки (ВВА) и вакуум-выпарные пульсационные установки (ВВПА) для концентрирования жидких пищевых продуктов (молока, соков и др.), экстрактов растительного сырья и растворов фармацевтических и химических производств при низких температурах выпаривания. Производительность ВВА по испарённой воде составляет 60-120 л/ч, ВВПА - 300 л/ч. Температура упариваемого раствора не более 45±5 °С. При использовании в качестве теплоносителя пара, производительность установки увеличивается в 2,5 раза. Специальная цена на ВВПА (рис. 3) - 29900 $.
Рис. 4. Вакуум-выпарная установка компании "Артлайф Техно".
Компания "Артлайф Техно" разрабатывает и изготавливает из зеркальной нержавеющей стали вакуумные выпарные установки для концентрирования растворов минеральных и других солей, а также щелочей.
Базовая комплектация (рис.4) включает выпарной аппарат или аппараты, соединенные между собой в многокорпусную установку, кожухотрубчатый конденсатор для конденсации вторичного пара, систему КИПиА для контроля и регулирования параметров и систему паро- и продуктопроводов. В дополнительную комплектацию входят парогенератор электродного типа, конденсатоотводчик блочного типа оригинальной конструкции, ёмкость для исходного раствора, сборники для концентрированного раствора и сборники для конденсата вторичных паров.
Рис. 5. Вакуум-выпарная установка компании итальянской фирмы "Ekipo".
Для упаривания (с образованием сухого продукта) фильтратов обезвреженных концентрированных отработанных растворов, содержащих хорошо растворимые соединения (в основном сульфаты, хлориды, нитраты натрия), может использоваться выпарная установка итальянской фирмы "Ekipo" производительностью до 100 л/ч (рис.5). Образующиеся при упаривании твёрдые осадки специальными скребками снимаются со стен испарителя и шнеком выгружаются в мешки.
см. также Опыт использования установки очистки сточных вод с вакуумным выпариванием
