Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией для алюминатных растворов

 

Использование: при разработке оборудования для производства глинозема и содопродуктов, а именно выпарных аппаратов с индивидуальной циркуляцией. Сущность изобретения: аппарат состоит из пульповой камеры, циркуляционной трубы с восходящим потоком, опущенной до расстояния 1-4 диаметра трубы от днища, греющих камер восходящего и нисходящего потоков, циркуляционного насоса, трубы вскипания и сепаратора. За счет совмещения циркуляции пульпы без корок через греющие трубки камеры с нисходящим потоком с циркуляцией сгущенных обвалившихся корок через размалывающий их циркуляционный насос, а также осуществления сепарации кристаллов в пульповой камере за счет центробежных усилий и восходящего потока аппарат позволяет исключить полное зарастание греющих трубок нисходящего потока, снизить удельный расход электроэнергии в 1,8-2 раза и капитальные расходы на сооружение. 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для производства глинозема и содопродуктов, конкретно к выпарным аппаратам с индивидуальной циркуляцией для упарки алюминатных растворов с кристаллизацией солей (соды, сульфатов, поташа).

Известны выпарные аппараты с принудительной циркуляцией упаривающих алюминатные растворы с кристаллизацией соды и сульфатов [1] Эти аппараты состоят из трубчатой греющей камеры, сепаратора с пульповой камерой и циркуляционного насоса, соединенного с трубами, с днищем пульповой камерой и трубчатой греющей камерой.

Недостатками этих аппаратов являются: ограниченность единичной мощности аппаратов производительностью пульпы в греющих трубах 2,4-2,8 м/с; большой расход электроэнергии для обеспечения циркуляции пульпы; невозможность осуществления значительного естественного циркуляционного напора из-за незначительного нагрева пульпы при в 2-3 раза большей скорости пульпы в трубах, чем в аппаратах с естественной циркуляцией.

Наиболее близким к предлагаемому является выпарной аппарат [2] в котором греющие трубки нисходящего и восходящего токов скомпонованы в две трубчатые греющие камеры и подсоединены верхними концами к днищу пульповой камеры. Трубы вскипания пульпы расположены внутри пульповой камеры. Слив пульпы осуществлен через дополнительный центробежный сгуститель для отбора более крупных кристаллов, с осуществлением закрутки потока за счет снижения скорости циркуляции пульпы через греющие трубки, что достигается установкой диафрагмы в циркуляционную трубу перед камерой для нисходящего потока.

Недостатками аппарата являются: подсоединение греющей камеры с трубками нисходящего хода к днищу пульповой камеры, в результате чего она выполняет роль фильтра для улавливания корок, постоянно отваливающихся со стенок сепаратора, что приводит к зарастанию в первую очередь греющих трубок нисходящего хода, а также и к усилению зарастающих греющих трубок второй камеры с трубками восходящего хода из-за снижения скорости циркуляции в результате увеличения сопротивления циркуляционного контура; невозможность увеличения полезного объема пульповой камеры для снижения пересыщения раствора опусканием ниже верхних частей греющих камер из-за присоединения их к днищу камеры. Как показали последние исследования, увеличение объема циркулирующей пульпы значительно снижает зарастание греющих трубок и стенок аппарата с уменьшением скорости образования корок; установка диафрагмы в циркуляционную трубу перед греющей камерой для нисходящего потока снижает скорость циркуляции пульпы в греющих трубках и повышает их зарастание или требует установки более мощного циркуляционного насоса с повышением расходов электроэнергии.

Целью изобретения является обеспечение работоспособности выпарного аппарата с принудительной циркуляцией за счет исключения забивки трубок корками в греющей камере нисходящего потока, осуществление сепарации кристаллов в восходящие потоке пульпы непосредственно в пульповой камере аппарата с исключением затрат электроэнергии на организацию центробежной сепарации кристаллов в дополнительном сгустителе при аппарате-прототипе и сокращение капитальных затрат на строительство здания за счет сокращения высоты аппарата, опусканием пульповой камеры ниже верхних частей греющих камер.

Цель достигается тем, что в выпарном аппарате с принудительной циркуляцией, включающем циркуляционный насос, две греющие трубчатые камеры, расположенные на всасе и нагнетании насоса, трубы вскипания пульповой камеры с днищем и сепаратора, греющие камеры соединены трубами с верхней частью пульповой камеры, причем трубопровод подачи пульпы в греющую камеру перед насосом опущен в пульповую камеру до расстояния 1-4 диаметра трубопровода от днища, а днище соединено трубопроводами с циркуляционным насосом.

Сущность изобретения заключается в удалении тонких отваливающихся от стенок корок из потока на греющую камеру с нисходящим потоком за счет отсоединения камеры от днища и в размоле непрочных корок с помощью циркуляционного насоса, а также в осуществлении сепарации кристаллов в восходящем потоке над днищем пульповой камеры и компоновке аппарата, позволяющей за счет присоединения греющих камер в верхней части пульповой камеры увеличивать полезный объем пульповой камеры для снятия аппарата (подсоединение камер к днищу в прототипе не позволяет опускать пульповую камеру).

На фиг.1 изображен предлагаемый выпарной аппарат; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Выпарной аппарат содержит пульповую камеру 1 с днищем, преимущественно коническим 2, циркуляционную трубу 3, расположенную внутри пульповой камеры на расстоянии в пределах 1-4 от днища 2, греющую камеру с нисходящим ходом пульпы в греющих трубках 4, трубу отвода готовой пульпы 5 из днища 2, циркуляционный насос 6, греющую камеру восходящего потока 7, трубу вскипания с направляющими лопатками 8, сепаратор 9, циркуляционную трубу 10 для циркуляции корок через насос 6 со штуцером подачи исходного раствора 11.

Аппарат работает следующим образом: пульпа из пульповой камеры 1 с коническим днищем 2 по циркуляционной трубе 3 поступает в греющую камеру с трубками нисходящего потока 4.

Во время поворота пульпы перед входом в трубу 3 на кристаллы, под действием восходящего потока раствора мелкие кристаллы увлекаются вверх в трубу 3, а более тяжелые под собственным весом оседают в конус и выводятся с готовой пульпой по трубе 5. В зависимости от расстояния трубы 3 от днища может регулироваться гранулометрический состав выводимой пульпы. Уменьшение расстояния ниже 1 диаметра трубы 3 от конца до днища нежелательно из-за увеличения сопротивления и снижения скорости циркуляции пульпы, а увеличение расстояния более 4 диаметров начнет заметно снижать полезный объем пульпы с перемешиванием за счет циркуляции (перемешивание пульпы интенсифицирует процесс снятия пересыщения раствора, необходимое для снижения зарастания аппарата и улучшения кристаллизации осадка).

Далее пульпа после предварительного нагрева поступает на всас циркуляционного насоса 6 и от него в греющую камеру восходящего потока 7. После двойного нагрева, несмотря на большую скорость потока, пульпа на выходе из греющей камеры 7 получает достаточный перегрев для образования естественного напора в помощь насосу, при вскипании в трубе 8 за счет разности удельных весов столбов пульпы в пульповой камере и кипящей пульпе в трубе 8.

Тангенциальная врезка трубы вскипения 8 в пульповую камеру на границе с сепаратором 9 позволяет в верхней части камеры за счет большей скорости вращения пульпы и возникающих при этом центробежных сил осуществить отделение пара от пульпы при наименьшем брызгоуносне, чем в прототипе, и предварительно отсепарировать к стенке камеры 1 корки, комки и более крупные кристаллы осадка. По выполнении этой задачи дальнейшее вращение потока нежелательно, т.к. оно приводит к образованию воронки, снижающей скорость циркуляции пульпы.

Размещение циркуляционной трубы 3 внутри пульповой камеры и ниже ввода трубы вскипания позволяет затормозить вращение потока. Отвалившиеся корки, прижатые предварительно к стенке, опустятся с наибольшим расстоянием от входа в трубу 3 в конце днища и по циркуляционной трубе 10 вместе с исходным раствором поступают на насос 6. При прохождении корок через насос осуществляется разлом непрочных тонких корок и части крупных кристаллов. Диаметр циркуляционной трубы 10 обеспечивает прохождение наибольших корок, обычно не превышающих в ширину 100-120 мм. Подача обычно недогретого исходного раствора в начале трубы 10 через штуцер 11 позволяет в значительной мере заместить поток пульпы с крупными кристаллами на ненасыщенный исходный раствор, который исключает зарастание стенок трубы с обеспечением ее работоспособности при малом диаметре, частично снижает прочность тонких 1-3 мм корок за счет их растворения и в какой-то мере улучшает работу насоса 6 за счет снижения кавитации при подаче на него более холодного раствора.

В редких случаях значительно перегретого исходного раствора подачу его желательно осуществить в начале трубы вскипания 8, т.к. это увеличит естественный циркуляционный напор в помощь насосу.

Греющий пар поступает в верхнюю часть из нижней части. Вторичный пар отводится из сепаратора 9. Вывод готовой пульпы по трубе 5 с наиболее крупными кристаллами на уровне нижней кромки трубы вскипания 8 с разрывом струи за счет соединения с паровым пространством сепаратора 9 обеспечивает оптимальный уровень пульпы в пульповой камере 1.

Как показал поиск по источникам научно-технической информации - отличительными признаки заявленного решения являются: соединение греющих камер трубами с верхней частью пульповой камеры, с опусканием трубопровода подачи пульпы в греющую камеру перед насосом до расстояния 1-4 диаметра трубы от днища, а днище соединено трубопроводом с циркуляционным насосом.

На одном глиноземном заводе, как и на других заводах, использовались для упарки алюминатного раствора, после первой стадии упарки в концентрирующих батареях, выпарные аппараты с принудительной циркуляцией, состоящие из пульповой камеры одной греющей камеры восходящего потока циркуляционного насоса и сепаратора.

Аппарат промывался водой раз в сутки и раз в десять дней останавливался для размывки полностью забитых содой и сульфатами части греющих трубок с помощью резиновых шлангов. При поверхности нагрева аппарата 250 м² был установлен циркуляционный насос с электродвигателем мощностью 250 кВт.

Попытка использования греющих трубок с нисходящим ходом с подсоединением к днищу пульповой камеры в несколько раз увеличило забивку корками греющих трубок, что резко ухудшило работу аппарата.

Подсоединение греющей камеры поверхностью нагрева 155 м² к верхней части пульповой камеры с опусканием циркуляционной трубы внутри камеры до днища с установкой циркуляционной трубы от днища камеры до насоса в соответствии с прилагаемым чертежом заявки впервые полностью исключило полное зарастание греющих трубок нисходящего хода и трудоемкую длительную размывку их резиновыми шлангами.

Полученный дополнительный нагрев пульпы после греющей камеры с нисходящим ходом обеспечил получение естественного напора в трубе вскипания с компенсацией сопротивления дополнительной камеры, при этом удельный расход электроэнергии на 1 м² поверхности нагрева сократился в 1,82 раза.

Коэффициент теплопередачи вырос на 20% и сокращены капитальные затраты на установку дополнительного выпарного аппарата вместе с зданием стоимостью около одного миллиона рублей.

Формула изобретения

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией для алюминатных растворов, включающий циркуляционный насос, две греющие трубчатые камеры, расположенные на всасывающей и нагнетательной линиях насоса, трубы вскипания пульпы, пульповую камеру с днищем и сепаратор, отличающийся тем, что греющие камеры соединены трубами с верхней частью пульповой камеры, причем трубопровод подачи пульпы в греющую камеру перед насосом опущен в пульповую камеру на расстояние 1 4 диаметра трубопровода от днища, а днище соединено трубопроводом с циркуляционным насосом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский алюминиево-магниевый институт"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Закрытое акционерное общество "МЕТАХИМ"

Характер внесенных изменений (дополнений):Изменено наименование лицензиара. Лицензиар: Открытое акционерное общество "РУСАЛ Всероссийский алюминиево-магниевый институт". Изменения, не относящиеся к сведениям, приведенным в патенте

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 02.02.2005 № 20827

Извещение опубликовано: 27.03.2010        БИ: 09/2010

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия