СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТА В ТРЕХКАМЕРНОЙ ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ И ТРЕХКАМЕРНАЯ ПЕЧЬ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F27B15/00 

Изобретение относится к обезвоживанию карналлита в кипящем слое, осложненному комкованием и гидролизом обрабатываемого продукта, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности, где термическая обработка материала с широким диапазоном размеров частиц осложнена комкованием продукта и другими нежелательными побочными процессами.

Известен способ обезвоживания карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя в шесть ступеней, включающий подсушку смоченного маточным хлормагниевым раствором карналлита и его частичное обезвоживание в первой камере. Вторую, третью и четвертую ступени обезвоживания осуществляют во второй камере, а пятую и шестую - в третьей при делении надрешеточного пространства этих камер на секции вертикальными перегородками. Обезвоженный карналлит (крупные и мелкие фракции вместе) сливают с уровня слоя в последней секции третьей камеры. Греющие газы подают в подрешеточное пространство и далее через решетку в слой [1].

Недостатком этого способа является комкование материала в первой камере, вызывающее необходимость периодической остановки печи на чистку от комков (окатышей), которые образуются при попадании исходного карналлита на нагретую поверхность решетки, поскольку температура подаваемых в слой газа в несколько раз выше температуры плавления бишофита MgCl₂ • 6H₂O (117^oC), образующегося при сушке маточного раствора, и температуры плавления шестиводного карналлита KCl • MgCl₂ • 6H₂O (167,5^oC).

Основной путь снижения комкования в данном способе - это снижение температуры греющих газов, что обусловливает значительное увеличение удельного расхода топлива.

Кроме того, при обезвоживании по данному способу (в шесть ступеней) имеет место повышенный гидролиз карналлита с выделением в газовую фазу вредных выбросов хлористого водорода из-за перемешивания более обезвоженных частиц с менее обезвоженными, увлажнения более обезвоженных и их последующего вторичного обезвоживания с дополнительным гидролизом. Дополнительный гидролиз связан с тем, что обезвоживание шестиводного карналлита до двухводного, которое идет без гидролиза, как бы заменяется на обезвоживание двухводного карналлита, которое сопровождается значительным гидролизом. Значительная неравномерность времени пребывания отдельных частиц различных размеров усугубляет этот процесс.

Известен способ, частично решающий задачу снижения гидролиза за счет выравнивания времени пребывания разных по грансоставу частиц путем дополнительного секционирования перегородками подрешеточного пространства и третьей камеры печи с осуществлением процесса обезвоживания в 12 ступеней [2].

Однако вопрос предотвращения комкования карналлита в первой камере и удаления образовавшихся комков не был решен, а гидролиз был снижен недостаточно из-за одинакового уровня слоя (одинакового времени пребывания карналлита в камерах печи на единицу площади газораспределительной решетки). Особенно существенными эти недостатки оказались для обезвоживания исходного карналлита с широким диапазоном размеров кристаллов, которые образуются в условиях его кристаллизации при естественном испарении рассолов Мертвого моря на Ближнем Востоке, где величина исходных монокристаллов карналлита доходит до нескольких миллиметров против максимального размера кристаллов обогащенного или синтетического карналлита, составляющего всего 0,5-0,7 мм.

Крупные тяжелые монокристаллы (удельная масса 1,6 г/см³) быстро проходят через кипящий слой, оплавляются на нагретой решетке и являются дополнительными центрами образования комков. Кроме того, в отличие от мелких кристаллов, которые перерабатываются в СНГ, у крупных кристаллов карналлита тепло- и массообмен лимитируется не только внешним теплообменом, но и тепло- и массопроводностью по телу кристалла от его поверхности к центру. Поэтому для обеспечения требуемой глубины обезвоживания при сохранении приемлемой степени гидролиза количество ступеней обезвоживания для такого карналлита недостаточно, ибо оно не обеспечивает для части крупных частиц достаточного времени пребывания в слое.

Известна трехкамерная печь кипящего слоя для обезвоживания карналлита, имеющая газораспределительную подину (решетку), состоящую из разъемных плат, изготовленных из жароупорной стали. В плитах имеются отверстия, в которых установлены колпачки для подачи греющих газов в слой из находящихся под решеткой газораспределительных камер. Каждая из трех газораспределительных камер соединена с отдельной топкой. В торце первой камеры установлено нагрузочное устройство для подачи исходного карналлита на поверхность слоя. В конце третьей камеры установлено сливное разгрузочное устройство. Надрешеточное пространство второй камеры разделено на три секции не доходящими до верха двумя поперечными перегородками с расположенными внизу переточными отверстиями. Надрешеточное пространство третьей камеры разделено на две части одной перегородкой, аналогичной установленной во второй камере [1].

Недостатком этого устройства является комкование материала в первой камере, поскольку температура его плавления много ниже температуры подаваемого в слой теплоносителя. Это обуславливает необходимость больших трудовых затрат на чистку печи и повышенных затрат энергии. Этот недостаток усугубляется при переходе карналлита с широким интервалом размеров частиц, когда крупные частицы сразу попадают на разогретую решетку и становятся центрами образования комков.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и общим признакам (прототипам) является способ обезвоживания карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя с загрузкой исходного материала на поверхность слоя в первой (несанкционированной) камере печи, передачей крупных частиц или агломератов из первой камеры во вторую, разделенную на три секции камеру, и далее в третью камеру на уровне газораспределительной решетки, нижней, регулируемой выгрузкой крупных фракций из второй секции третьей камеры и сливом с уровня слоя второй секции этой камеры остального готового продукта [3] . Далее по этому способу предусматривалась дополнительная операция - дробление крупных частиц.

Недостатком этого способа является повышенный по сравнению с упомянутым выше вторым аналогом [2] примерно в два раза гидролиз карналлита из-за очень большого "обратного" перемешивания обезвоженного в последней камере продукта с исходным, загружаемым в первую камеру материалом. В результате имело место перераспределение воды между кристаллами с различной степенью обезвоживания с дополнительным гидролизом, механизм которого описан выше при критике первого аналога [1].

Кроме того, так же, как и у второго аналога, повышенному гидролизу способствовал одинаковый уровень кипящего слоя во всех камерах.

Как и у упомянутого выше первого аналога этот недостаток особенно существенен при переработке карналлита с широким интервалом размеров частиц, когда необходимо обеспечить достаточное время пребывания в печи всех крупных частиц и в то же время исключить или ограничить "обратное" перемешивание материала, а также образование комков (окатышей) за счет соприкосновения исходного, смоченного маточным хлормагниевым раствором карналлита с потенциальными центрами образования "окатышей" - крупными частицами (монокристаллами) карналлита, находящимися в нижних частях слоя у газораспределительной решетки в первой камере печи. В результате имеет место снижение степени обезвоживания крупных частиц с соответствующим увеличением содержания остаточной воды в готовом продукте.

Помимо оплавления, комкования и повышенного гидролиза основным недостатком существующих способов при обработке в кипящем слое исходного материала с широким интервалом размеров частиц является значительный вынос из слоя мелких частиц из-за необходимости поддерживать высокую скорость газов в слое.

Известна трехмерная печь для обезвоживания карналлита в кипящем слое (прототип устройства), содержащая корпус с разделяющими его на камеры двумя поперечными перегородками, колпачковую газораспределительную решетку, образующую в камерах надрешеточное и подрешеточное пространства, расположенные у газораспределительной решетки нижние переточные отверстия в перегородках, сообщающие надрешеточные пространства соседних камер, отдельные топки для каждой из камер, соединенные с подрешеточным пространством последних, установленные у торца первой камеры загрузочное устройство, распределяющее исходный материал по поверхности слоя, и в конце третьей - два разгрузочных устройства, одно из которых представляет собой сливной порог, а другое, расположенное у газопраспределительной решетки, имеет затвор для регулирования количества проходящего крупного материала, поперечные перегородки, разделяющие надрешеточные пространства второй и третьей камер на секции с расположенными у газораспределительной решетки переточными отверстиями в этих перегородках. Газораспределительная решетка первой камеры имеет площадь 45% от общей площади решетки печи [4].

Прототип устройства имеет все недостатки аналога устройства (комкование материала, а также одинаковый уровень материала в камерах и недостаточное секционирование последних), что приводит к повышенному гидролизу. Кроме того, при обезвоживании крупных кристаллов карналлита площадь решетки первой камеры (45%) меньше оптимальной, а попадающие на решетку крупные частицы быстро оплавляются и становятся центрами образования комков. У прототипа, так же как и у аналога, при наличии только нижних переточных отверстий между камерами при небольших размерах этих отверстий затруднена передача этих комков из камеры в камеру. При больших размерах этих отверстий имеет место сильное перемешивание материала между камерами и обусловленный этим повышенный гидролиз карналлита.

Каких-либо приспособлений для снижения эффекта комкообразования за счет частиц крупных размеров в прототипе устройства нет.

Предлагаемый способ обеспечивает обезвоживание до заданной глубины термолабильных монокристаллов шестиводного карналлита и кристаллов хлорида натрия, смоченных маточным хлормагниевым раствором и значительно различающихся по своим размерам, со снижением количества чисток печи за счет уменьшения комкования обезвоживаемого материала при одновременном снижении гидролиза последнего и выноса из кипящего слоя мелких фракций обрабатываемых солей, а также с исключением дополнительной операции по дроблению крупных комков готового продукта или полуобезвоженного материала.

Это достигается тем, что в способе обезвоживания карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя, включающем его загрузку в первую камеру, сушку и частичное обезвоживание, перемещение потока частиц из камеры в камеру на уровне газораспределительной решетки, раздельную выгрузку из третьей камеры крупных и мелких фракций, соответственно на уровне решетки и с уровня слоя при передвижении из камеры в камеру поток разделяют на две части. При этом крупные фракции перемещают на уровне газораспределительной решетки, а мелкие - с уровня слоя, установив скорость перемещения крупных фракций меньше скорости загрузки исходного карналлита в пересчете на обезвоженный продукт. В конце первой камеры обезвоживание производят в зоне, где на поверхность слоя не загружают исходный карналлит.

Предлагаемая для осуществления способа трехкамерная печь позволит увеличить время обработки (без гидролиза) крупных частиц карналлита и снизить дальнейшее комкование в первой камере этих частиц.

Конструкция печати позволит обеспечить оптимальный уровень и время обработки материала в каждой из камер и изготавливать все колпачки одинаковыми. При этом обеспечивается заданная в каждой камере скорость теплоносителя без увеличения сопротивления решетки, т.е. со снижением энергетических затрат.

Для достижения технических результатов и осуществления предложенного способа в трехкамерной печи для обезвоживания карналлита в кипящем слое, содержащей корпус с разделяющими его на камеры двумя поперечными перегородками, колпачковую газораспределительную решетку, образующую в камерах надрешеточное и подрешеточное пространства, расположенные у газораспределительной решетки нижние переточные отверстия в перегородках, сообщающие надрешеточные пространства соседних камер, отдельные топки для каждой из камер, соединенные с подрешеточными пространствами последних, установленные у торца первой камеры загрузочное устройство, распределяющее исходный материал по поверхности слоя, и в конце третьей - два разгрузочных устройства, одно из которых представляет собой сливной порог, а другое, расположенное у газораспределительной решетки, имеет затвор для регулирования количества проходящего крупного материала и поперечные перегородки, разделяющие надрешеточные пространства второй и третьей камер на секции с расположенными у газораспределительной решетки нижними переточными отверстиями в этих перегородках; в перегородках между камерами выполнены сливные отверстия, а нижние переточные отверстия в этих перегородках снабжены затворами для регулирования количества проходящего через них материала, а в надрешеточном пространстве первой камеры дополнительно установлена по крайне мере одна поперечная перегородка, препятствующая попаданию исходного материала на поверхность слоя, находящегося за этой перегородкой, и имеющая одно или несколько переточных отверстий у газораспределительной решетки. Эта перегородка делит подрешеточное пространство первой камеры на секции, при этом площадь газораспредлелительной решетки в первый по ходу движения материала секции составляет 65-95% от всей площади газораспределительной решетки этой камеры, которая, в свою очередь, составляет 46-65% от общей площади газораспределительной решетки всех трех камер печи.

Целесообразно, чтобы расстояния между осями колпачков в газораспределительной решетке увеличивались от загрузки к выгрузке в 1,1-2,5 раза от первой камеры до последней секции третьей камеры, а во всех камерах устанавливались одинаковые колпачки.

Возможно выполнение трехкамерной печи кипящего слоя таким образом, чтобы поперечные перегородки в камерах и перегородки между ними делили надрешеточное пространство этих трех камер не менее чем на 13 секций.

Приведенные выше отличия особенно существенны при обработке материалов с широким диапазоном размеров частиц. Так, чтобы обеспечить в этом случае устойчивое кипение материала в первой, а возможно и во второй камерах печи, необходимо существенно (в два и более раз) увеличить скорость теплоносителя.

Так, например, по данным промышленной эксплуатации сушки ряда солей в кипящем слое при содержании в исходном материале 10-15% и более по массе фракций размером 0,5-0,7 мм удельный расход воздуха для нормального кипения должен составлять 3800-4500 нм³/(м² • ч) или, что то же, его скорость в слое должна быть 1,05-1,25 нм/с. Если то же количество крупных фракций имеет размеры 1,0-2,0 мм, то скорость газов в слое должна быть 1,4-1,95 нм/с (см. Каганович Ю.Я. Промышленное обезвоживание в кипящем слое. Л.: Химия, Ленинградское отделение, 1990, с. 21)
Однако при таких скоростях и значительном количестве мелких фракций последние будут почти полностью выносится из слоя. В результате нормальный процесс обработки материалов в кипящем слое будет нарушен, не говоря уже о необходимости значительного увеличения дутья и отсоса с соответствующим увеличением расхода энергии.

Предлагаемое перемещение крупных фракций по низу всего аппарата, а средних и мелких - через сливные отверстия позволит ликвидировать описанный выше недостаток и, как будет показано ниже, обеспечит оптимальное время пребывания частиц в камерах.

Обезвоживание подсушенного в первой секции первой камеры карналлита в зоне этой камеры, куда на поверхность слоя не подается исходный смоченный маточным хлормагниевым раствором материал, исключает в этой среде рост комков, образовавшихся в первой секции за счет их контакта со смоченным маточным хлормагниевым раствором частиц карналлита и налипания последних на уже образовавшиеся комки или крупные монокристаллы карналлита. Одновременно усредняется время пребывания отдельных частиц карналлита в первой камере. При этом крупные, тяжелые монокристаллы карналлита будут находится в нижней части слоя этой зоны до тех пор, пока они не отдадут часть кристаллизационной воды греющим газам, поступающим через газораспределительную решетку. Пористость этих кристаллов увеличится, и по крайней мере часть из них будет подниматься газовыми потоками вверх и через сливное отверстие в перегородке поступать в первую секцию второй камеры. Создание такой зоны и возможность слива частично обезвоженных частиц в предлагаемой трехкамерной печи кипящего слоя обеспечивается по крайней мере одной дополнительной перегородкой с нижними переточными отверстиями, установленной в надслоевом пространстве первой камеры, и сливными отверстиями в перегородке между первой и второй камерами. Постоянная передача оставшихся у решетки в конце последней секции первой камеры крупных частиц или комков через нижнее переточное окно в первую секцию второй камеры со скоростью меньшей, чем скорость загрузки исходного материала в пересчете на обезвоженный продукт и передача остального количества путем слива обеспечивают поддержание постоянного заданного уровня материала в первой камере, что очень важно для предотвращения комкования материала и устранения времени пребывания частиц в камере. Аналогично происходит этот процесс и при передаче материала из второй камеры в третью. При этом можно постоянно поддерживать требуемый во второй и третьей камерах уровень слоя.

Если для заданных дисперсном составе карналлита и количестве маточного хлормагниевого раствора в нем накопление крупных частиц в последней секции первой камеры будет незначительно, то нижнее переточное окно потребуется лишь периодически или разово открывать на небольшое время для передачи этих комков.

Разовое открывание нижних переточных отверстий целесообразно и при необходимости освобождения камер печи от материала для осмотра, чистки или ремонта.

Описанные выше режимы в предлагаемой конструкции трехкамерной печи кипящего слоя обеспечиваются оборудованием нижних переточных отверстий между камерами затворами, позволяющими постоянно, периодически или разово регулировать количество материала, проходящего через затвор.

Соотношение размеров площади газораспределительной решетки первой по ходу материала секций первой камеры, на поверхность слоя которой загружают смоченным маточным хлормагниевым раствором карналлит, к площади газораспределительной решетки этой камеры в пределах 65-95% необходимо для осуществления описанного выше режима работы этой камеры. При соотношении менее 65% в этой секции не будет производиться полная подсушка карналлита, образование крупных комков (окатышей) станет неизбежным, и печь придется очень часто останавливать на чистку, применяя тяжелый ручной труд.

При соотношении более 95% последняя секция первой камеры в реально работающей печи с требуемой условиями производства производительностью будет иметь недостаточную площадь, и крупные комки или монокристаллы не будут успевать достаточно обезводиться.

Соотношение размеров площади газораспределительной решетки первой камеры и общей площади газораспределительной решетки всех трех камер печи в пределах 46-65% обеспечивает требуемое спецификой обезвоживание карналлита регулирование количеств воды, удаляемых в различных камерах, при изменяющихся по камерам скоростям, температурам и составам теплоносителя. Если это соотношение будет меньше 46%, то в первой камере, где тепловой КПД максимален, окажется невозможным нагреть карналлит, выпарить воду из маточного раствора и удалить из шестиводного карналлита (особенно из его крупных частиц) и образовавшегося шестиводного хлорида магния (бишофита) не менее, чем по 3 моля воды, когда процесс идет без существенного гидролиза.

Если соотношение будет больше 65%, то степень обезвоживания карналлита увеличится выше допустимой для этой камеры. В результате, при необходимой для кипения крупных фракций высокой скорости теплоносителя там начинается интенсивный гидролиз, измельчение частиц в результате трения их друг о друга и чрезмерный унос мелких фракций из слоя. Кроме того, при чрезмерной большой доле площади газораспределительной решетки первой камеры будет практически невозможно разделить вторую и третью камеры на необходимое для снижения гидролиза количество секций, в результате чего будут увеличены вредные выбросы хлористого водорода.

Целесообразно во всех камерах устанавливать одинаковые колпачки. При этом в условиях, когда скорость греющих газов от камеры к камере по мере увеличения степени обезвоживания и пористости частиц карналлита уменьшают, достаточное для обеспечения равномерности кипения сопротивление газораспределительной решетки обеспечивается при увеличении расстояния между осями колпачков от загрузки к выгрузке в 1,1-2.5 раза от первой камеры до последней секции третьей камеры.

Если расстояние будет увеличено менее, чем в 1,1 раза, то сопротивление газораспределительной решетки в третьей камере окажется ниже требуемого для устойчивого режима кипения слоя в камере больших размеров, которые используются при крупнотоннажных производствах обезвоженного карналлита. Это приведет к образованию застойных зон, увеличению пульсаций слоя и др., что особенно нежелательно при обработке материала с широким диапазоном размеров частиц. Если это расстояние увеличить более, чем в 2,5 раза, то наряду с образованием застойных зон, будет иметь место фонтанирование с увеличением выбросов из слоя пакетов частиц и их уносом с отходящими газами. Кроме того, сопротивление газораспределительной решетки при оптимальной скорости греющих газов окажется выше, чем это необходимо, что может быть связано с повышением требуемого напора греющих газов с соответствующим увеличением удельного расхода электроэнергии.

Деление надрешеточного пространства всех камер поперечными перегородками не менее чем на 13 секций позволит при сохранении допустимого гидролиза карналлита во второй и третьей камерах обеспечить ее устойчивую работу за счет частичного секционирования первой камеры со снижением комкования материала, что особенно важно при переработке исходного материала с широким диапазоном размером частиц.

Таким образом, заявляемые признаки в совокупности позволяют обезвоживать карналлит с широким диапазоном размеров частиц без повышенного комкования и с сохранением приемлемого гидролизата, а при обезвоживании обычного карналлита уменьшить и комкование и гидролиз.

На фиг. 1 изображена предлагаемая трехкамерная печь, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг.3 - то же, план; на фиг.4 - секторный затвор и поворотная заслонка, расположенные в нижней части межкамерных перегородок; на фиг.5 - поворотная заслонка, которая, как и секторный затвор, расположена в нижней части межкамерных перегородок, вид сбоку; на фиг.6 - то же, разрез.

Печь содержит корпус с двумя вертикальными поперечными перегородками 2, разделяющими корпус на первую 3, вторую 4 и третью 6 камеры с колпачковыми газораспределительными решетками 6, которые делят каждую из камер на надрешеточное пространство 7 и подрешеточное пространство 8. В каждой перегородке между камерами имеется одно или несколько сливных отверстий 9, сообщающих надрешетное пространство соседних камер, а также нижние переточные отверстия 10 с секторным 11 и выполненным в виде поворотной заслонки 12 затворами. В начале первой камеры или у ее торца установлено загрузочное устройство, состоящее из расходного бункера 13, питателя 14 и забрасывателя 15, который распределяет карналлит по поверхности слоя. В конце третьей камеры установлены два разгрузочных устройства 16 и 17. Устройство 16 установлено на уровня слоя и представляет собой сливной порог. Устройство 17 установлено на уровне решетки 6 и снабжено секторным затвором 18, позволяющим регулировать количество выгружаемых крупных частиц или комков карналлита.

В конце первой камеры установлены одна или несколько поперечных перегородок, образующих в первой камере секционированную и несекционированную части. На фиг.1 изображена одна такая перегородка 19; на практике может быть две и более перегородок, но несекционированная часть или, что то же, первая секция первой камеры, куда через загрузочное устройство поступает исходный карналлит, должна иметь площадь, равную 65 - 95% от всей площади первой камеры 3, которая, в свою очередь, должна составлять 46 - 65% от общей площади газораспределительной решетки всех трех камер печи.

Во второй и третьей камерах над газораспределительной решеткой 6 установлены не доходящие до верха корпуса поперечные перегородки 20, разделяющие эти камеры на секции. На фиг.1 вторая камера разделена на восемь секций, а третья - на три секции. На практике число секций в камерах может изменяться, однако желательно, чтобы их общее количество для всех камер печи было бы не менее тринадцати. В каждой из этих перегородок у газораспределительной решетки 6 расположены нижние переточные отверстия 21, сообщающиеся соседние секции друг с другом. В нижней части корпуса подрешеточное пространство каждой камеры соединено с топкой 22. В верхней части корпуса имеются отверстия 23 для вывода отходящих газов из печи.

Наличие сливных перетоков между камерами и наличие нижних переточных отверстий с регулируемой скоростью передачи крупного материала обеспечит оптимальный уровень материала и, следовательно, обработку материала в каждой камере в оптимальное время и снизит вынос материала из слоя.

Изменение (увеличение) расстояния между осями колпачков от камеры к камере позволит, как указано выше, изготавливать все колпачки одинаковыми, что важно для эксплуатации печи и, главное, позволит регулировать скорость подачи теплоносителя в камерах при оптимальных сопротивлениях решетки, т.е. со снижением энергетических затрат.

Все колпачки в газораспределительной решетке выполнены одинаковыми, но расстояние (шаг) между колпачками увеличивается от загрузки к выгрузке. В предлагаемой печи шаг между осями колпачков в первой камере составит 150 мм, а в последней секции третьей камеры - 240 мм, т.е. увеличивается в 1,6 раза. Эти расстояния могут изменяться в зависимости от заданных скоростей и температур подаваемого в решетку теплоносителя, однако их соотношение должно быть в пределах 1,1- 2,5.

На фиг.1 условно показан слой материала в камерах, высота которого соответствует нижнему краю сливного отверстия, а на фиг.3 изображены колпачки, причем их фактическое количество в несколько раз больше, чем изображенное на фиг.3.

Трехкамерная печь работает следующим образом.

Шестиводный карналлит, смоченный маточным хлормагниевым раствором, поступает сначала в расходный бункер 12, затем в питатель 14, регулирующий скорость загрузки, а далее забрасывателем 15 распределяется по поверхности кипящего слоя в первой (самой большой по площади) секции первой камеры печи 3, куда из топки 22 через подрешеточное пространство этой камеры 8 и газораспределительную решетку 6 подаются греющие газы. В слое происходит тепло- и массообмен этого карналлита с нагретыми частицами, в результате чего при температуре слоя 125 - 140^oC происходит нагрев и сушка маточного раствора, а также нагрев и частичное обезвоживание кристаллов шестиводного карналлита. Самые крупные и тяжелые монокристаллы карналлита быстро падают вниз, достигают газораспределительной решетки, обрастая более мелкими частицами с образованием комков, которые увлекаются потоком всей массы частиц по направлению от загрузки к выгрузке, и через нижнее переточное отверстие 21 в перегородке 19 поступают во вторую секцию первой камеры печи, где продолжают обезвоживаться у решетки. Поскольку во вторую секцию первой камеры нет доступа исходных смоченных маточных хлормагниевым раствором частиц, то процесс обезвоживания комков идет быстрее роста их размеров при сплавлении у газораспределительной решетки. При этом у большей части комков увеличивается пористость, и они частично разрушаются благодаря трению частиц друг с другом. В результате выходящий из колпачков поток теплоносителя поднимает часть комков, и они вместе с основной массой материала через сливное отверстие 9 в перегородке 2 попадают в первую секцию второй камеры 4.

Остальные комки передают в первую секцию второй камеры вместе с частью материала через нижнее переточное отверстие 10 в перегородке 2, снабженное затворами. При разовой или периодической передаче пользуются затвором, выполненным в виде поворотной заслонки 12. При постоянной передачи части материала пользуются секторным затвором 11, регулируя количество передаваемого материала таким образом, чтобы оно, в пересчете на обезвоженный материал, было меньше количества исходного материала, загружаемого в печь с помощью питателя 14.

Далее весь материал проходит через нижние переточные отверстия 21 в перегородках 20 последовательно через все секции второй камеры 4, нагреваясь до 170 - 190^oC. Затем основное количество обезвоживаемого материала через сливное отверстие 9 в перегородке 2 поступает в первую секцию третьей камеры. Остальной материал, включая крупные комки, передают в первую секцию третьей камеры 5 через нижнее передаточное отверстие 10 с помощью секторного затвора 11 или затвора 12, выполненного в виде поворотной заслонки, аналогично тому, как это имеет место при передаче крупных фракций материала из первой камеры во вторую.

В третьей камере 5 процесс обезвоживания в твердом состоянии заканчивается при конечной температуре слоя 205 - 215^oC. Обезвоженный до содержания воды 2 - 3% карналлит выгружают из последней секции третьей камеры через два разгрузочных устройства 16 и 17. Одно из них представляет собой сливной порог, установленный на уровне слоя в третьей камере, другое, расположенное у газораспределительной решетки, снабжено секторным затвором 18, позволяющим постоянно регулировать количество выгружаемых крупных частиц или комков материала.

Нагретые газы поступают из топок 22 через подрешеточное пространство 8 и установленные в газораспределительной решетке всех трех камер одинаковые колпачки в кипящий слой материала этих камер. При этом расстояние (шаг) между осями колпачков от загрузки к выгрузке увеличивается с таким расчетом, чтобы уменьшение скорости подачи в слой теплоносителя в расчете на всю площадь газораспределительной решетки при одновременном увеличении его температуры компенсировалось увеличением скорости теплоносителя в отверстиях колпачков, и сопротивление газораспределительной решетки во всех камерах было бы примерно одинаковым. При этом расстояния между осями колпачков в первой камере и в последней секции третьей камеры увеличиваются в 1,1 - 2,5 раза.

Запыленные отходящие газы удаляются из камер печи через отверстия 23 в корпусе 1 и направляются на газоочистку.

Примеры выполнения способа обезвоживания карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя.

Пример 1. Смоченный маточным хлормагниевым раствором (25% MgCl₂ и 6% CaCl₂) карналлит, имеющий размеры кристаллов 0,2 - 0,5 мм и содержащий, мас.%: MgCl₂ 29,7; KCl 25,3; NaCl 7,6; H₂O 33,7; H₂O_своб. 3,1, подают через питатель на забрасыватель, который равномерно распределяет его по поверхности кипящего слоя в несекционированной части (первой секции) первой камеры печи кипящего слоя. Эта печь, прямоугольная в плане, имеет в поперечном сечении форму перевернутой усеченной пирамиды. Печь разделена двумя поперечными вертикальными перегородками на три камеры, каждая из которых разделена на надрешеточное и подрешеточное пространства колпачковой газораспределительной решеткой. Теплоноситель подается в подрешеточное пространство каждой камеры из отдельной топки. Запыленные отходящие газы отсасывают из верхней части надрешеточного пространства каждой камеры.

В конце первой камеры надрешеточное пространство разделено на две секции одной поперечной перегородкой, не доходящей до верха и имеющей нижнее переточное отверстие, сообщающее обе секции друг с другом. Площадь газораспределительной решетки первой по ходу движения материала секции составляет 90% от всей площади газораспределительной решетки первой камеры, которая, в свою очередь, составляет 50% от общей площади газораспределительной решетки всех трех камер печи.

Подсушенный в первой секции карналлит вместе с образовавшимися там комками размером до 5 мм через нижнее переточное отверстие в перегородке поступает во вторую секцию первой камеры, где обезвоживание идет без подачи на поверхность слоя исходного смоченного маточным хлормагниевым раствором материала. Рост комков прекращается, а их пористость в ходе обезвоживания увеличивается. В результате увеличения пористости и измельчения части комков при трении друг с другом и с поверхностью решетки, струи теплоносителя, выходящие из колпачков, поднимают часть "облегченных" комков, и они вместе с основной массой материала поступают через сливное отверстие в перегородке во вторую камеру печи. Оставшиеся комки периодически передают во вторую камеру через расположенное у решетки нижнее переточное отверстие в этой перегородке, имеющее поворотную заслонку, управляемую извне. Эту заслонку на непродолжительное время (2 - 5 мин) открывают, и все скопившиеся у решетки неразрушенные комки вместе с мелким материалом поступают во вторую камеру по принципу сообщающихся сосудов. Обратный ход материала из второй камеры в первую при этом исключается из-за постоянного потока материала от загрузки к выгрузке, а также из-за более высокого уровня кипящего слоя в первой камере, чем во второй (1300 мм в первой камере и 1000 мм во второй).

Вторая камера разделена поперечными перегородками на семь секций, которые сообщаются друг с другом через нижние переточные отверстия, расположенные у решетки.

Материал последовательно проходит все секции этой камеры. При этом происходит обезвоживание, которое сопровождается гидролизом, а также дальнейшее увеличение пористости всех частиц. Из последней секции второй камеры основная масса материала передается через сливное отверстие в перегородке между второй и третьей камерами.

Оставшиеся у решетки комки передаются в третью камеру через нижнее переточное отверстие в перегородке, оборудованное поворотной заслонкой, аналогично тому, как это происходит при периодическом кратковременном открывании заслонки между первой и второй камерами.

Третья камера разделена поперечными перегородками на четыре секции. Эти секции материал проходит последовательно через нижние переточные отверстия и окончательно обезвоживается, причем этот процесс, как и во второй камере, сопровождается гидролизом, конечный продукт содержит помимо обезвоженного карналлита, 44,6% MgCl₂, 41,6% KCl, 12,3 NaCl, 1,5 MgO, до 3% остаточной воды. Разницы в степени обезвоживания частиц различных размеров практически не было. Степень гидролиза и количество чисток по сравнению с прототипом уменьшилось в полтора раза.

В последней секции третьей камеры расположены два разгрузочных устройства. Одно из них представляет собой определяющий уровень слоя в камере сливной порог высотой 800 мм, а другое, расположенное у газораспределительной решетки, имеет затвор, позволяющий регулировать выгрузку крупных фракций обезвоженного карналлита при поддержании постоянного уровня материала в слое. Использование такого технического решения позволило уменьшить количество чисток печи и довести его до одного раза в месяц, т.е. так, как у прототипа, но со значительным снижением гидролиза.

Для уменьшения пылевыноса по мере обезвоживания материала скорость греющих газов снижают от камеры к камере. Так, в расчете на полную площадь газораспределительной решетки эта скорость для перерабатываемого в СНГ мелкого карналлита составляет в первой камере 0,5 - 0,6 нм/с, во второй - 0,4 - 0,5 нм/с и в третьей 0,30 - 0,35 нм/с.

Во всех камерах рационально устанавливать одинаковые колпачки. В этих условиях для выравнивания сопротивления газораспределительной решетки целесообразно увеличить расстояние между колпачками от загрузки к выгрузке. Однако на промышленной печи это можно было сделать только поле капитального ремонта. Поэтому для стабилизации кипения в третьей камере у колпачков этой камеры вместо десяти отверстий по 8 мм диаметром, как в первой и второй камерах, были сделаны по шесть отверстий того же диаметра, что соответствует увеличению расстояния между осями колпачков с одинаковым количеством отверстий примерно в 1,6 раза. Это позволило выравнять сопротивление решетки в камерах и таким образом повысить устойчивость кипения в последней камере с уменьшением каналообразования и выбросов из слоя пакетов частиц. При этом потери карналлита с пылью уменьшились с 4 до 2,5%.

Пример 2. В печи, аналогичной описанной в первом примере, при аналогичных параметрах и показателях обезвоживали синтетический карналлит указанного в первом примере состава. Разницу составляла добавка крупных частиц.

По техническим и другим причинам доставка из Израиля большой партии карналлита, содержащего крупные кристаллы последнего, оказалась невозможной. Для моделирования процесса к исходному карналлиту добавляли частички инертного материала с плотностью 1,7 г/см³, т.е. близкой к плотности монокристаллов карналлита (в пересчете на сухое вещество). Таким образом, условия моделирования были более жесткими, чем испытания карналлита, полученного естественным испарением и медленной кристаллизацией рассолов Мертвого моря, поскольку инертный продукт не обезвоживался и не становился пористым, т.е. более легким, чем при загрузке в печь.

Испытания показали, что инертный материал проходит все камеры печи и выгружается вместе с обезвоженным карналлитом через нижнее разгрузочное устройство в последней секции третьей камеры без накопления в камерах и нарушения гидродинамического режима работы печи. Однако это имело место лишь при постоянной передачи части материала из камеры в камеру через имеющиеся в перегородках между камерами нижние переточные отверстия у газораспределительной решетки при регулировании установленных за этими отверстиями секторных затворов таким образом, чтобы скорость загрузки исходного материала (в пересчете на обезвоженный материал) была выше, чем скорость его передачи из камеры в камеру на уровне газораспределительной решетки, и уровень слоя в камерах поддерживался бы постоянным.

Поскольку в реальном карналлите, полученном из рассолов Мертвого моря, крупные монокристаллы будут постепенно обезвоживаться, становиться пористыми и более легкими, то нет оснований сомневаться, что такой карналлит будет нормально обезвоживаться по предложенному способу в предложенной конструкции трехкамерной печи кипящего слоя.

Таким образом, предложенный способ обезвоживания карналлита и трехкамерная печь кипящего слоя для его осуществления в полной мере обеспечивают достижение постоянных целей.

Изобретение относится к химической и металлургической отраслям промышленности. Способ обезвоживания карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя включает загрузку исходного смоченного маточным хлормагниевымм раствором материала в первую камеру, сушку и частичное обезвоживание, перемещение потока частиц из камеры в камеру на уровне газораспределительной решетки, раздельную выгрузку из третьей камеры крупных и мелких фракций соответственно на уровне решетки и с уровня слоя. При передвижении из камеры в камеру поток разделяют на две части, при этом крупные фракции перемешивают на уровне газораспределительной решетки, а мелкие - с уровня слоя, установив скорость перемещения крупных фракций меньше скорости загрузки исходного карналлита в пересчете на обезвоженный продукт. Трехкамерная печь кипящего слоя для обезвоживания карналлита включает в себя корпус с разделяющими его на камеры двумя поперечными перегородками, колпачковую газораспределительную решетку, образующую в камерах надрешеточное и подрешеточное пространства; расположенные у газораспределительной решетки нижние переточные отверстия в перегородках, сообщающие надрешеточные пространства соседних камер; отдельные топки для каждой из камер, соединенные с подрешеточными пространствами последних; установленные у торца первой камеры загрузочное устройство, распределяющее исходный материал по поверхности слоя, и в конце третьей - два разгрузочных устройства, одно из которых представляет собой сливной порог, а другое, расположенное у газораспределительной решетки, имеет затвор для регулирования количества проходящего крупного материала; и поперечные перегородки, разделяющие надрешеточные пространства второй и третьей камер на секции с расположенными у газораспределительной решетки нижними переточными отверстиями в этих перегородках. В перегородках между камерами выполнены сливные отверстия, а нижние переточные отверстия в этих перегородках снабжены затворами для регулирования количества проходящего через них материала, а в надрешеточном пространстве первой камеры дополнительно установлена по крайней мере одна поперечная перегородка, препятствующая попаданию исходного материала на поверхность слоя, находящегося за этой перегородкой, и имеющая одно или несколько переточных отверстий у газораспределительной решетки и делящая надрешеточное пространство этой камеры на секции, при этом площадь газораспределительной решетки в первой по ходу движения материала секции составляет 65-95% от всей площади газораспределительной решетки этой камеры, которая составляет 45-65% от общей площади газораспределительной решетки всех трех камер печи. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ обезвоживания карналлита в трехкамерной печи кипящего слоя, включающий его загрузку в первую камеру, сушку и частичное обезвоживание, перемешение потока частиц из первой камеры во вторую камеру на уровне газораспределительной решетки, раздельную выгрузку из третьей камеры крупных и мелких фракций, соответственно на уровне решетки и с уровня слоя, отличающийся тем, что при передвижении из камеры в камеру поток разделяют на две части, при этом крупные фракции перемещают на уровне газораспределительной решетки, а мелкие - с уровня слоя, причем устанавливают скорость перемещения крупных фракций меньше скорости загрузки исходного карналлита в пересчете на обезвоженный продукт. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конце первой камеры обезвоживание производят в зоне, где на поверхность слоя не загружают исходный карналлит. 3. Трехкамерная печь для обезвоживания карналлита в кипящем слое, содержащая корпус с разделяющими его на камеры двумя поперечными перегородками, колпачковую газораспределительную решетку, образующую в камерах надрешеточное и подрешеточное пространства, расположенные у газораспределительной решетки нижние переточные отверстия в перегородках, сообщающие надрешеточные пространства соседних камер, топки, размещенные в каждой из камер, соединенные с подрешеточными пространствами последних, установленное у торца первой камеры загрузочное устройство, распределяющие исходный материал по поверхности слоя, и расположенные в конце третьей камеры - два разгрузочных устройства, одно из которых представляет собой сливной порог, а другое, расположенное у газораспределительной решетки, имеет затвор для регулирования количества проходящего крупного материала, и поперечные перегородки, разделяющие надрешеточные пространства второй и третьей камер на секции с расположенными у газораспределительной решетки нижними переточными отверстиями в этих перегородках, отличающаяся тем, что в перегородках между камерами выполнены сливные отверстия, а нижние переточные отверстия в этих перегородках снабжены затворами для регулирования количества проходящего через них материала, а в надрешеточном пространстве первой камеры дополнительно установлена по меньшей мере одна поперечная перегородка для предотвращения попадания исходного материала на поверхность слоя, находящегося за этой перегородкой, и имеющая одно или несколько переточных отверстий у газораспределительной решетки, и делящая надрешеточное пространство этой камеры на секции, при этом площадь газораспределительной решетки в первой по ходу движения материала секции составляет 65 - 95% от всей площади газораспределительной решетки этой камеры, составляющей 46 - 65% от общей площади газораспределительной решетки всех трех камер печи. 4. Печь по п.2, отличающаяся тем, что расстояния между осями колпачков в газораспределительной решетке выполнено увеличивающимся от загрузки и выгрузке в 1,1 - 2,5 раза от первой камеры к последней секции третьей камеры, при этом во всех камерах устанавливают одинаковые колпачки. 5. Печь по п.2, отличающаяся тем, что поперечные перегородки в камерах и перегородки между ними делят надрешеточное пространство камер по меньшей мере на 13 секций.