АВТОКЛАВНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПУЛЬП Российский патент 1997 года по МПК C01F7/46 C22B3/02 

Изобретение относится к оборудованию глиноземного производства, конкретно к автоклавным установкам для выщелачивания боксита. Известна автоклавная установка, состоящая из последовательно соединенных, насоса высокого давления, автоклавов с мешалками и греющими элементами в виде змеевиков и сепараторов (Патент Франции N 1169818). В настоящее время такие установки нашли наиболее широкое распространение в передовых странах.

Основное преимущество таких установок заключается в наименьшем зарастании греющих элементов, так как многоступенчатый нагрев, обеспечивающийся соединениями паропроводов, сепараторов со змеевиками автоклавов пульпы сопровождается выдержкой пульпы в автоклавах для снятия пересыщения по инкрустирующим примесям.

Недостатком таких установок является:
1. Большой расход металла из-за необходимости изготовления всех автоклавов на высокое давление, соответствующее наиболее высокой температуре в последнем автоклаве, запасу давления для исключения кипения пульпы и на преодоление сопротивления труб между автоклавами, а также из-за большого числа греющих элементов змеевиков, работающих с наиболее низкими коэффициентами теплопередачи 300 500 ккал/м² час^oC и необходимости сооружения сложных размешивающих устройств.

2. Большие трудозатраты на замену сальников, мешалок, подпятников, змеевиков, работающих в высокоабразивной среде и горячего щелочного раствора.

3. Ограниченность возможности сооружения установок большой единичной мощности из-за большой толщины стенок всех автоклавов и трудности создания насосов высокого давления 50 60 атм большой производительности.

4. Значительный расход электроэнергии на перемешивание пульпы.

Наиболее близким по технической сущности является установка по заявке N 4395926/23-02 (042495) с решением о выдаче авт.св. от 27.02.89 года. Эта установка состоит из последовательно соединенных греющих и реакционных автоклавов, снабженных паролифтами для перемешивания в виде труб, с целью снижения зарастания и повышения эффективности обескремнивания, она снабжена струйными подогревателями, расположенными над уровнем пульпы в греющих автоклавах для конденсации отработанного пара и насосом, установленным между ними, при этом верхние части первого и второго греющего автоклава соединены трубами со сливными трубопроводами, а верхняя часть по крайней мере одного сепаратора, соединена трубой с паролифтом первого автоклава.

Преимущества этой установки по сравнению с автоклавной установкой, состоящей из автоклавов с механическим перемешиванием, заключается в снижении энергетических и капитальных затрат за счет исключения мешалок и расхода электроэнергии на перемешивание.

Недостатком этой установки является отсутствие греющих элементов, приводящих к значительному разбавлению пульпы конденсатом пара и отсутствию возврата конденсата пара на ТЭЦ. В связи с этим, подобные установки могут применяться для процессов, где разбавление раствора паром полезно, например, при процессе обескремнивания растворов. Процесс выщелачивания боксита наоборот усиливается при повышении концентрации щелочи.

Целью изобретения является снижение капитальных и энергетических затрат в автоклавах за счет совмещения выщелачивания с многократной выпаркой раствора, с помощью которой обеспечивается повышение концентрации щелочи и интенсификация перемешивания пульпы.

Указанная цель достигается тем, что в автоклавной установке для гидрохимической переработки пульп глиноземного производства, содержащей ряд последовательно установленных греющих автоклавов с подогревателями в их верхней части и реакционных, соединенных паропроводом с подогревателем последнего греющего автоклава, сепараторов соединенных паропроводами с перемешивающими устройствами и насосов для перекачки пульпы из нижней части предыдущего автоклава в подогреватель последующего, при этом перемешивающие устройства соединены патрубками в верхней и нижней части с греющими и реакционными автоклавами, а перемешивающее устройство по крайней мере одного реакционного автоклава, соединено с патрубком для подвода пара от внешнего источника, в качестве устройства для перемешивания, нагрева и испарения используются трубчатые теплообменники, при этом паропровод, соединяющий реакционные автоклавы соединен с трубчатым теплообменником предпоследнего греющего автоклава, а верхние части последующих греющих автоклавов соединены паропроводами с трубчатыми теплообменниками предыдущих, кроме того, по крайней мере один автоклав снабжен регулятором отбора вторичного пара.

Использование трубчатых теплообменников, соединенных с автоклавами в верхней и нижней части обеспечивает более интенсивные перемешивание, нагрев и испарение пульпы в автоклавах по сравнению с автоклавами с мешалками, объем которых заполнен тормозящими перемешивание, греющими элементами и исключает расход электроэнергии на перемешивание; а также разбавление раствора конденсатом греющего пара. Соединение паропроводами верхней части реакционных автоклавов с подогревателем последнего греющего автоклава и теплообменником предпоследнего, межтрубное пространство которого соединено паропроводом с сепаратором и теплообмеником предыдущего, как и все последующие до первых автоклавов, снабженных устройством для регулируемого отбора пара, например, на выпарку и нагрев воды, обеспечивают многократное использование вторичного пара для усиления перемешивания пульпы в автоклавах и повышения концентрации раствора пропорционально количеству отбираемого пара при сокращении давления в установке и, соответственно, расхода металла в 4 5 раз и с использованием преимуществ автоклавных установок, в которых в несколько раз меньше зарастают поверхности нагрева за счет использования емкостей автоклавов для снятия пересыщения раствора по накипеобразующим примесям и работе в области более низких температурах и более высокой концентрации щелочи.

Использование струйного подогревателя, приспособленного для нагрева абразивной пульпы с отбойником, позволяющим повысить эффективность нагрева пульпы за счет повышения поверхности контакта пульпы с паром (испытания аналогичного струйного подогревателя показали, что установка отбойника полностью исключает недогрев пульпы до температуры кипения).

Реакционные автоклавы работают при максимальном давлении в связи с этим, для упрощения их изготовления они могут изготовляться меньших диаметров, в тоже время, выщелачивание, например, боксита в греющих автоклавах, уменьшит крупность частиц и перемешивание пульпы станет менее необходимым, при этом установка простых дополнительных реакционных автоклавов без перемешивания может оказаться целесообразной.

На фиг. 1 изображена схема заявленной автоклавной установки; на фиг. 2 - установка струйного подогревателя. Установка состоит из греющих автоклавов 1 с теплообменниками 2 и струйным подогревателем 3 и центробежными насосами 4 для последовательной перекачки пульпы из автоклава в автоклав, греющего автоклава 5 и реакционных автоклавов 6 с теплообменником 2, а также сепараторами 7. Верхние и нижние части теплообменников 2 соединены с автоклавами трубками 8, по которым осуществляется циркуляция пульпы.

Верхние части реакционных автоклавов 6 соединены с подогревателем 3 и теплообменником 2 предпоследнего греющего автоклава трубой 9 для использования вторичного пара реакционных автоклавов на нагрев пульпы в подогревателе 3 и испарения пульпы в теплообменнике 2.

Каждые последующие греющие автоклавы 1 соединены попарно паропроводом 10 с теплообменниками 2 предыдущих автоклавов 1, а так же один или несколько автоклавов снабжены трубами отбора пара 11 с регулятором 12 для последовательного многократного использования пульпы и повышения концентрации раствора.

Каждый струйный подогреватель 3 состоит из сопла 13, трубы конденсации пара 14 и отбойника 15 и, служит для подогрева пульпы и конденсации части пара после теплообменника 2. Предотвращение зашламления автоклавов, поддержание необходимых уровней и опорожнение автоклавов при остановке осуществляется с помощью сифонообразных перетоков 16.

Установка работает следующим образом.

Исходная пульпа поступает через сопло 13 в трубу 14 и отбойник 15 в первый греющий автоклав 1 с теплообменником 2, при этом струя пульпы попадая в трубу 14 засасывает в нее пар из теплообменника 2 и пульпа нагревается. Окончательный догрев пульпы до температуры кипения происходит на поверхности контакта пульпы с паром в объеме автоклава, образующейся с помощью отбойника 15.

При нагреве пульпы разбавляется паром, что способствует процессу обескремнивания раствора перед поступлением по нижней трубе 8 в теплообменник 2. В трубках теплообменников 2 происходит упаривание раствора, при этом повышение концентрации щелочи удерживает от выделения накипи на трубках. Кипение в трубках осуществляет циркуляцию пульпы в трубках и корпусе автоклава, при этом отбор части пара по трубе 11 с помощью регулятора 12 увеличивает скорость парожидкостной пульпы в трубках, а следовательно и перемешивание пульпы в автоклаве, а также увеличивает концентрацию щелочи в греющих трубках и автоклаве, что интенсифицирует процесс и защищает поверхность нагрева от зарастания.

Из первого греющего автоклава по сифонообразному перетоку 16 пульпа перекачивается через струйный подогреватель 3 во второй автоклав и так далее до струйного подогревателя 3 последнего греющего автоклава 5.

Уровни пульпы на всасе насосов поддерживаются автоматически для исключения вскипания пульпы в насосе. Число греющих автоклавов и насосов в установке целесообразно увеличивать с ростом температуры и давления в реакционных автоклавах 6. Переток пульпы между последним греющим автоклавом 5 и реакционными автоклавами 6 осуществляется самотеком и далее из последнего автоклава через сифонообразный переток 16, с помощью которого поддерживаются уровни в автоклавах, в ряд последовательно соединенных сепараторов 7, где она самоиспаряется и из последнего поступает на дальнейшую переработку в других переделах.

Пар от внешнего источника, например ТЭЦ, поступает в один или несколько теплообменников 2 реакционных автоклавов 6, а вторичный пар, из автоклавов 6 собирается и поступает в подогреватель 3 и теплообменник 2 предпоследнего греющего автоклава. В этом автоклаве, также как и в первом греющем автоклаве 1, производится упарка и нагрев пульпы. Часть вторичного пара по трубе 10 вместе с паром сепаратора 7 поступает в кипятильник 2 предыдущего автоклава и так до первого греющего автоклава.

Из одного или двух греющих автоклавов в зависимости от потребностей пара на нужды производства, например, на выпарные батареи маточного раствора и приготовление горячей воды, пар отбирается регуляторами 16 по трубам 11. Конструкция предложенной установки позволяет сократить число выпарных батарей с обеспечением минимального объема выпарки, достаточного для удаления солей и органики из процесса, а концентрация раствора в сфере выщелачивания повышается и автоматически поддерживается на необходимом уровне.

Отбор конденсата из кипятильников и последовательное использование пара испарения под соответствующие теплообменники противотоком движению пульпы осуществляется также, как и в обычных автоклавных установках с мешалками и змеевиками (на схеме не показаны).

Как показал поиск по источникам научно-технической информации отличительные признаки заявляемого решения, т.е. использование теплообменников в греющих автоклавах в качестве устройства для перемешивания пульпы и соединение трубой 9 верхней части реакционных автоклавов, снабженных теплообменниками с подогревателем 3 и теплообменником предпоследнего греющего автоклава, а также соединение попарно трубами 10 верхней части каждого последующего автоклава с теплообменником предыдущего и снабжение одного или несколько греющих автоклавов трубами 11 с регулятором 12 отбора вторичного пара не известно.

Неизвестно также использование струйных подогревателей с отбойником в автоклаве в качестве подогревателя. Следовательно, заявленное решение соответствует критерию "существенные отличия", т.к. представляет собой новую совокупность признаков, обеспечивающую достижение положительного эффекта - снижение капитальных и энергетических затрат и интенсификацию автоклавного процесса при поступлении раствора с пониженной концентрацией, обеспечивающей снижение капитальных и энергетических затрат на выпарке, а также снижение зарастания аппаратов, повышением концентрации раствора, создание и усиление паролифтного перемешивания в автоклавах и греющих трубках.

Пример конкретного осуществления: на глиноземных заводах с использованием автоклавных установок (патент Франции N 1169818) максимальной производительности до 290 м³/час при температуре в реакционных автоклавах 235^oC для выщелачивания боксита необходима концентрация Na₂O_кауст в сфере выщелачивания 190 г/л. Такая концентрация щелочи обеспечивается упариванием маточного раствора после декомпозиции раствора с концентрацией Na₂O_к 140 г/л до концентрации Na₂O_к 200 г/л (с учетом влаги в боксите).

При осуществлении выщелачивания в предлагаемой установке, установка более простых центробежных насосов с напором до 10 Ом вод.ст. между автоклавами позволяет в несколько раз снижать давление в греющих автоклавах и за счет этого увеличить единичную мощность установки до 600 м³/час с применением девяти автоклавов больших диаметров 3,6 м (из которых 3 - реакционные). Совмещение процессов многократного упаривания и выщелачивания боксита, позволяет исключить число выпарных батарей до минимального числа с обеспечением удаления из процесса соды и органики. В этом случае на автоклавы будет поступать пульпа 600 м³/час с концентрацией Na₂O_к 172 г/л при этом для обеспечения необходимой концентрации щелочи в сфере выщелачивания (автоклавы 5,6) Na₂O_к 190 г/л клапаном 12 на патрубке 11 отбирается 10 т/час пара давлением 4 атм, например, на выпарные батареи. Для сохранения режима температур и давлений в автоклавах одновременно необходимо увеличить количество поступающего пара от ТЭЦ в теплообменнике 2 реакционного автоклава 6 на 10 т/час. Соединение реакционных и греющих автоклавов 1 трубами 9 и 10 позволяют передать эти 10 т/ч от реакционных автоклавов 6 до регулятора 12, попутно осуществив перемешивание и упарку пульпы в шести автоклавах, при этом шесть автоклавов выпарят 6•10 60 т/ч воды.

Снижение расхода тепла на выпарных батареях при этом составит:
(60•0,37-10)•0,7•8760•0,67= 50000 Гкал в год.

где: 0,37 удельный расход пара на 1 тонну упаренной воды при пятикратном использовании пара;
0,7 коэффициент перевода тонн пара в Гкал;
8760 число часов в году;
0,67 коэффициент использования батареи.

Снижение затрат на пар от одной установки составит:
50000•5,73= 287 тыс. руб.

Снижение расхода электроэнергии на перемешивание составит ориентировочно:
30•6•8760= 1580 тыс. кВт
где: 30 мощность электродвигателя мешалки, способного создать интенсивность перемешивания эквивалентную подаче 10 т/ч пара в кипятильник.

Снижение капитальных затрат на строительство выпарной батареи производительностью 60 т/ч упаренной воды составит ориентировочно 400 тыс. руб.

Изобретение относится к установкам для гидрохимической обработки пульпы, позволяющим совместить выщелачивание бокситов и многократной упарки раствора, с помощью которой интенсифицируется перемешивание пульпы и повышение концентрации. Установка состоит из греющих автоклавов 1 с теплообменниками 2, струйным подогревателем 3, насосами 4 для перекачки пульпы между автоклавами, реакционных автоклавов 6 с теплообменниками и сепараторами 7. Верхние и нижние части теплообменников 2 соединены с автоклавами трубками 8 для циркуляции пульпы. Верхние части реакционных автоклавов 6 соединены с подогревателями 3 последнего греющего автоклава и теплообменником предпоследнего автоклава трубой 9. Каждые последующие греющие автоклавы 1 соединены попарно паропроводами 10 с теплообменниками 2 предыдущих автоклавов 1, а также часть автоклавов 1 снабжены паропроводами отбора пара 11 с регуляторами 12. Подогреватель 3 состоит из сопла 13, трубы 14 с отбойником 15. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоклавная установка для гидрохимической переработки пульп глиноземного производства, содержащая ряд последовательно установленных греющих автоклавов с подогревателями в их верхней части и реакционных автоклавов, соединенных паропроводом с подогревателем последнего греющего автоклава, сепараторов, соединенных паропроводами с перемешивающими устройствами, и насосов для перекачки пульпы из нижней части предыдущего автоклава в подогреватель последующего, при этом перемешивающие устройства соединены патрубками в верхней и нижней части с греющими и реакционными автоклавами, а перемешивающее устройство по крайней мере одного реакционного автоклава соединено с патрубком для подвода пара от внешнего источника, отличающаяся тем, что, с целью снижения капитальных, энергетических затрат за счет совмещения процессов выщелачивания с многократной выпаркой, перемешивающие устройства выполнены в виде трубчатых теплообменников, при этом паропровод, соединяющий реакционные автоклавы, соединен с трубчатым теплообменником предпоследнего греющего автоклава, а верхние части последующих греющих автоклавов соединены паропроводами с трубчатыми теплообменниками предыдущих, кроме того, по крайней мере один автоклав снабжен регулятором отбора вторичного пара. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в греющих автоклавах под каждым подогревателем установлен конический отбойник.