Спосіб запобігання утворенню відкладень сульфату кальцію

1. Спосіб запобігання утворенню відкладень сульфату кальцію, який включає подачу в випарну установку вихідної води, попередньо обробленої C2 1 3 високої швидкості утворення відкладень на поверхні нагріву випарники регулярно виводяться на механічну очистку. Крім того, в об'ємі випарюваної води піддержується висока концентрація завислих тонкодисперсних речовин, що призводить до заносу сепараторів випарних установок, в результаті чого знижується виробність установки і якість дистиляту. Відомі способи запобігання утворенню відкладень мінеральних солей шляхом попередньої фізико-хімічної обробки розчинів. Використовуються в дуже малій кількості (1-20мг/кг) хімічні реагентиінгібітори, що утворюють накип, для введення в воду, яка випарюється, при цьому внаслідок великої поверхневої активності речовин, що вводяться, останні адсорбуються в вигляді молекулярної плівки на поверхні зародкових кристалів, кристалізація утворювачів накипу на поверхні нагріву різко гальмується (див. книгу: О.И. Мартынова «Процессы и аппараты», M., «Атомиздат», 1977, С. 261). Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб запобігання утворенню відкладень сульфату кальцію в випарній установці, який включає введення в вихідну воду, яку подають на циркуляцію в випарну установку, інгібітору відкладень мінеральних солей, в якості якого використовують амінполіфосфонові комплексони ДПФ (оксипропілендіамінтетраметіленфосфонова кислота) і НТФ (амітриметіленфосфонова кислота), а також їх композиції з поліелектролітами (поліфосфати, карбоксіметілцелюлоза КМЦ, акрілові полімери) (див. статтю: Долматов Ю.Д., Гронский Р.К., Салашенко О.Г., и др. «Ингибирование отложений сульфата кальция в выпарных аппаратах», «Теплоэнергетика», 1984г., № 9, с. 54-56). Промислові дослідження, що проведені з використанням інгібітору НТФ (концентрація інгібітору 5-10мг/л), показали, що впродовж 30 діб експлуатації при кратності упарювання біля 4 і навантаженні 40-45т/час шестиступіньчаста випарна установка не знизила продуктивність, і на поверхні нагріву не виявлено слідів накипу. Це пояснюється тим, що крім суттєвого зрушення в часі початку кристалізації сульфату кальцію в присутності інгібіторів, відбувається збільшення розміру кристалів сульфату кальцію, що утворюються, і їх кристалізація в об'ємі апарату, що дозволяє підвищити концентрацію солей кальцію в розчині без утворення відкладень на поверхні нагріву. Однак відомий спосіб не ефективний при глибокому упарюванні (більш ніж 10-кратному) мінералізованих природних і стічних вод з жорсткістю вище 20мг-екв/дм3, оскільки початок кристалізації сульфату кальцію („сульфатний бар'єр") лімітує граничну ступінь концентрації, що досягається в випарниках. При підвищенні концентрації карбонату кальцію вище 8-15мг-екв/дм3 (в залежності від кількості 3 солей) і сульфату кальцію вище 150-200мг-екв/дм в випарниках доводиться піддержувати певну концентрацію солей жорсткості, яка регулюється без 89234 4 перервною продувкою випарника, що виключає утворення відкладень. Розчин в апараті випарюється до певної величини, при цьому з апарату безперервно виводиться не випарений розчин у вигляді продувки (продувна вода випарника), в котрому містяться солі, що поступили в апарат. На практиці величина продувки може досягати кількості отримуваної знесоленої води (дистиляту) і більше в залежності від якості вихідної води, що робить неможливим глибоке упарювання води. Крім того, створена у розчині висока концентрація кристалічної речовини приводить до заносу сепараторів пари і падінню продуктивності випарника. Для відновлення виробності необхідності зупиняти установку і чистити сепаратори. Технічним результатом заявленого винаходу є підвищення ступеню глибокого упарювання природних і стічних вод до кратності упарювання 50 і більш разів при заданій продувці і збереженні високої продуктивності випарної установки і якості дистиляту. Заявлений технічний результат досягається тим, що у відомому способі запобігання утворення відкладень сульфату кальцію, що включає подачу до випарної установки вихідної води, попередньо обробленої інгібітором відкладень мінеральних солей, в якості якого використовують амінополіфосфонові комплексони, і змішування вихідної води з циркуляційною водою, згідно з винаходом, з випарної установки безперервно відводять частину циркуляційної води в кількості 3-60% від розходу вихідної води, котру потім додатково обробляють лужним агентом з наступним видаленням кристалічного сульфату кальцію, що утворився, і поверненням освітленої води до випарної установки, причому молярна концентрація лужного агенту складає 0,02-0,3 від молярної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді, причому в якості лужного агенту використовують їдкий натр, соду, вапно, лужні стоки. Крім того, сумісно з обробкою лужним агентом відведену частину циркуляційної води додатково обробляють ортофосфатом, наприклад, тринатрійфосфатом, концентрація якого складає 0,1-5,0 від концентрації інгібітору. При глибокому упарюванні (концентруванні) розчинів піддержання необхідної концентрації іонів сульфату кальцію, що не створюють утворення відкладень у присутності інгібітору, яка забезпечується безперервним відведенням частини циркуляційної води з контуру циркуляції випарної установки і додатковою обробкою її лужним агентом (таким, як їдкий натр, сода, вапно, лужні стоки) з наступним видаленням кристалічного сульфату кальцію (шламу сульфату кальцію), що утворився, і поверненням освітленої води в контур циркуляції. Таким чином, безперервне виділення солей кальцію з процесу відбувається по схемі: концентрування-видалення, концентрування-видалення, тобто в процесі упарювання відбувається обробка частини концентрованого розчину сульфату кальцію, що вже підлягав концентрації в випарному апараті. Розхід частини циркуляційної води, що відво 5 диться, визначається якістю вихідної води, яка подається на обробку (тобто її жорсткістю) і розміром продувки (кратністю концентрування). При розході частини циркуляційної води, що відводиться, менше 3% від розходу вихідної води економічно більш вигідно забезпечувати необхідну концентрацію сульфату кальцію за рахунок збільшення продувки. При розході частини циркуляційної води, що відводиться, більше 60% від розходу вихідної води забезпечити самовільну кристалізацію сульфату кальцію не вдається. Обробка частини циркуляційної води, що відводиться, проводиться лужним агентом (таким, як їдкий натр, сода, вапно, лужні стоки), при цьому розхід лужного агенту, який складає 0,02-0,3 від молярної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді, суттєво нижче стехіометричної кількості, необхідної для протікання нормальної хімічної реакції осідання сульфату кальцію з розчину лужним агентом (наприклад, содою або вапном) по відомій технології запобігання утворення відкладень за рахунок виводу солей жорсткості в освітлювачі (див. книгу: Е.И. Таубман «Выпаривание. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологий», M., «Химия», 1982, с. 302). При обробці частини циркуляційної води, що відводиться, лужним агентом з молярною концентрацією, яка складає 0,02-0,3 від молярної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді, спостерігається несподіваний ефект самовільної кристалізації сульфату кальцію за рахунок зниження ефективності дії інгібітору в об'ємі частини циркуляційної води, що відводиться. Таким чином, в даному випадку при обробці лужним агентом частини циркуляційної води, що відводиться, яка являє собою пересичений розчин, стабілізований фосфорорганічним комплексоном, солі кальцію за рахунок порушення стабільності (хімічної рівноваги) розчину висаджуються поза об'ємом випарної установки. В результаті в контурі циркуляції випарної установи вдається піддержувати необхідну концентрацію іонів сульфату кальцію, які не визивають утворення відкладень в присутності інгібітору. Доза лужного агенту визначається якістю вихідної води. При молярній концентрації лужного агенту вище 0,02 від молярної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді самовільної кристалізації сульфату кальцію не відбувається. При молярній концентрації лужного агенту вище 0,3 від молярної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді утруднюється кристалізація сульфату кальцію і іде перевитрата лужного агенту (при використанні соди). Додаткова обробка відведеної частини циркуляційної води ортофосфатом, наприклад, тринатрійфостатом, концентрація якого складає 0,1-5,0 концентрації інгібітору, забезпечує спільно з лужним агентом бажане зниження дії інгібітору в відведеній частині циркуляційної води, що сприяє кристалізації сульфату кальцію в відведеній частині циркуляційної води, роблячи можливим виведення шламу сульфату кальцію з процесу, що в 89234 6 результаті забезпечує більш глибоке концентрування розчинів. При співвідношенні концентрацій ортофосфату і інгібітору в відведеній частині циркуляційної води менш 0,1 ефект від вводу ортофосфату відсутній, а при співвідношенні концентрацій ортофосфату і інгібітору більш 5 ефект від вводу ортофосфату знижується, а витрати на речовину, що вводиться, ростуть. Технічних рішень, які співпадають з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, не виявлено, що дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію „новизна". Суттєві ознаки винаходу, що заявляються, які визначають отримання вказаного технічного результату, явним чином не слідують з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу умовам патентоспроможності „винахідницький рівень". Умова патентоспроможності „промислова придатність" підтверджується в розділі „Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу". На кресленні надана принципова технологічна схема упарювання розчинів в випарній установці з примусовою циркуляцією, а саме, випарник миттєвого закипання ВМЗ-50-9Т, яка пояснює пропонований спосіб запобігання утворення відкладень сульфату кальцію. Технологічна схема, в якій реалізується спосіб, що заявляється, включає установку вводу інгібітору 1, деаератор 2, бак циркуляційної води 3, циркуляційний насос 4, дев'ятиступінчатий випарник миттєвого закипання (ВМЗ) 5, головний підігрівач 6, ємність з конічним днищем 7, установку вводу лужного агенту 8, шламонакопичувач 9. Спосіб здійснюється наступним чином. Приклад 1. Вихідну воду обробляють інгібітором утворення відкладень амінполіфосфоновим комплексоном НТФ (випускається згідно з ТУ 6-021171-79) в установці вводу інгібітору 1, потім подають в деаератор 2 і далі - в бак циркуляційної води 3, де вихідну воду змішують з циркуляційною водою. Циркуляційним насосом 4 загальний потік подають в конденсатор сьомої ступені випарника миттєвого закипання (ВМЗ) 5, а потім в конденсатори послідовно шостої, п'ятої, четвертої, третьої, другої і першої ступені. Після конденсатору першої ступені вода поступає в головний підігрівач 6, догрівається до необхідної температури і поступає в розширювач 1-ої ступені, а потім послідовно 2-ої, 3-ої, 4-ої, 5-ої, 6-ої, 7-ої, 8-ої, 9-ої ступені. Перепад температур між першою і дев'ятою ступенями складає 90-40 C. Пар, що утворюється, через сепаратори поступає в конденсатори ступенів, де він конденсується, підігріваючи циркуляційну воду, а дистилят, що утворюється, відводиться споживачу. Розхід циркуляційної води при продуктивності 3 3 випарника 50м /ч складає приблизно 500м /ч, розхід вихідної води дорівнює сумі продуктивності випарника і кількості продувки випарника, тобто 3 51м /ч. Кратність упарювання по вказаним умовам при заданій продувці 2% складає 50. Введення розчину, що не випарився, в вигляді 7 продувки випарника (продувної води випарника) робиться за допомогою циркуляційних насосів 4. Частину циркуляційної води після головного підігрівача 6 подають в нижню частину ємності з конічним днищем 7 і обробляють лужним агентом. Після обробки освітлена вода відводиться з верхньої частини ємності 7 і поступає в останню дев'яту ступінь випарника. Для перетоку води використовують різницю тисків між точками відбору і вводу води. При необхідності випарник (ІМЗ) 5 і ємність 7 встановлюють на відповідних відмітках. Розхід води через ємність 6 регулюють спеціальним регулятором. При концентрації сульфату кальцію в циркуля3 ційній воді в розмірі 100-150мг-екв/дм в присутності НТФ, концентрація якого в циркуляційній воді складає 3-8мг/дм3, виключається відкладення сульфату кальцію в циркуляційному контурі установки, що досягається шляхом відводу частини циркуляційної води, який забезпечує піддержання необхідної концентрації сульфату кальцію в випарнику при заданій продувці. При концентрації сульфату кальцію в вихідній воді 10мг-екв/дм3 і продувці 2% кількість циркуляційної води, що безперервно відводиться в ємність, складає 10-20% від розходу вихідної води. В нижню частину ємності 7 з установки вводу лужного агенту 8 подається лужний агент, а саме, розчин соди. При утримуванні в вихідній воді невеликої кількості сульфату кальцію молярна концентрація лужного агенту складає 0,10-0,15 від молярної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді, при високій концентрації сульфату кальцію доза лужного агенту знижується. Молярна концентрація лужного агенту, що вводиться, а саме, соди, складає 0,10 від моляр 89234 8 ної концентрації сульфату кальцію в вихідній воді. При надходженні лужного розчину відбувається кристалізація сульфату кальцію. Кристали сульфату кальцію, що інтенсивно утворюються, осідають під дією сили тяжіння (тобто здійснюється процес седиментації), шлам сульфату кальцію відводять з ємності черезспеціальний шламонакопичувач 9, розташований в середній частині ємності 7. Освітлений розчин з концентрацією сульфату кальцію в два-три рази нижче, ніж в циркуляційній воді, повертається в циркуляційний контур. Приклад 2. Спосіб запобігання утворення відкладень сульфату кальцію здійснюється аналогічним прикладу 1 чином, при цьому на етапі подачі лужного агенту в ємність 6 одночасно здійснюється подача тринатрійфосфату з концентрацією в два рази вище концентрації інгібітору в циркуляційній воді, що інтенсифікує процес кристалізації сульфату кальцію і сприяє більш глибокому зниженню жорсткості при кристалізації сульфату кальцію. Використання способу запобігання утворення відкладень сульфату кальцію, що заявляється, в порівнянні з відомими технічними рішеннями дозволяє піддержувати виключаючи утворення відкладень в присутності інгібіторів визначену концентрацію солей кальцію в контурі циркуляції випарної установки при заданій продувці. В результаті при малому розході речовин, що вводяться, які стимулюють кристалізацію сульфату кальцію поза об'ємом випарника, забезпечується глибоке упарювання природних і стічних вод до кратності упарювання 50 і більше разів при заданій продувці 2% і менше при збереженні високої продуктивності випарної установки і якості дистиляту. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 89234 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601