5.1. Утилизация теплоты загрязненных стоков

Утилизацию теплоты загрязненных стоков осуществляют в аппаратах мгновенного вскипания. Горячая загрязненная жидкость поступает в камеру (испаритель), где поддерживается низкое давление (рис. 41). Вакуум соответствует температуре насыщения, которая на 5-10 С ниже температуры поступающей жидкости. За счет скрытой теплоты парообразования происходит вскипание поступающей жидкости. Над испарителем располагается конденсатор – охладитель пара, образовавшегося в процессах мгновенного вскипания. В трубное пространство конденсатора аппарата может поступать любая среда, которую необходимо подогреть. Соли и шламы, содержащиеся в исходной горячей жидкости, практически не попадают в трубы конденсатора, тем самым обеспечивается надежная работа аппарата.

Рис. 41. Аппарат мгновенного вскипания:

1 – корпус аппарата,

2 – теплообменные поверхности,

3 – поддон для сбора конденсата

Исходная жидкость в количестве G₁ при температуре t₁ поступает в испаритель мгновенного вскипания. В аппарате происходит вскипание при температуре t₂. При этом из раствора выносится пар в количестве D при температуре насыщения t_н, соответствующей давлению в аппарате Р_н. Температура кипения раствора t₂ всегда выше температуры кипения чистого растворителя: t₂ - t_н = , где   температурная депрессия (разница температур), которая зависит от природы и концентрации растворенного вещества.

Тепловой баланс аппарата мгновенного вскипания имеет вид

, (71)

где G₁ и G₂ – расход раствора на входе и выходе из аппарата; M  расход нагреваемой воды; c_в и c_р – теплоемкости воды и раствора; t₁ и t₂– температуры раствора на входе и на выходе из аппарата; t_н – температура насыщения при давлении в аппарате; ₁ и ₂ – начальная и конечная температуры подогрева воды.

Количество теплоты, воспринятое охлаждающей водой, равно количеству теплоты, которое отдал сконденсировавшийся пар поверхностями:

, (72)

где D – расход конденсата; r – теплота парообразования при давлении в аппарате.

То же самое количество теплоты воспринято теплообменными поверхностями:

, (73)

где k – коэффициент теплопередачи (принимается в диапазоне 900-1000 Вт/(м²К); F – площадь поверхности теплообмена;  температурный напор.

Расходы раствора и конденсата связаны между собою уравнением материального баланса

. (74)

В установке, состоящей из нескольких аппаратов мгновенного вскипания (рис. 42), в которых загрязненная жидкость последовательно охлаждается на 5-10 С, можно подогреть воду в конденсаторе до температуры, близкой к начальной температуре раствора.

Рис. 42. Последовательное включение аппаратов мгновенного вскипания

Впервые промышленные установки для использования тепла загрязненных горячих жидкостей были испытаны на Стерлитамакском ПО «Сода». Разработана и внедрена в эксплуатацию установка УИТДЖ-500 (утилизация теплоты загрязненной дистиллятной жидкости). Аппарат предназначен для утилизации тепла дистиллятной жидкости, являющейся отходом производства кальцинированной соды. Теплота использовалась для подогрева питательной химически очищенной воды для котлов ТЭЦ. Установка включает в себя 6 аппаратов мгновенного вскипания.

Расход дистиллятной воды 500 м³/ч, охлаждающей воды 400 м³/ч. Тепловая производительность 2,71 мВт. Температура дистилярной жидкости изменяется с 90 до 50 С. Химочищенная вода подогревается с 30 до 80 С. Результаты испытаний УИТДЖ-500 позволили разработать ряд подобных установок для содовых предприятий, для предприятий, производящих синтетический каучук, ацетилен, фосфор, коксохимические продукты и др.