ВЫПАРНОЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B01D1/06 

Изобретение относится к выпарной технике и может быть использовано, например, в глиноземном производстве для упаривания кристаллизующегося алюминатного раствора.

Известен вертикальный выпарной аппарат [1] с вынесенной поверхностью нагрева, работающий с естественной циркуляцией раствора. Аппарат состоит из греющей камеры, снабженной нижней и верхней растворными камерами, сепаратора, соединенного циркуляционной трубой с нижней растворной камерой, а подводящей трубой - с верхней. Сепаратор снабжен брызгоуловителем, патрубками отвода вторичного пара и крепкого раствора, а циркуляционная труба - двумя патрубками подвода исходного раствора.

Недостатком аппарата является то, что кипение раствора происходит в трубах греющей камеры из-за отсутствия камеры кипения, в которую мог бы подаваться (при ее наличии) перегретый исходный раствор. Процесс кипения в греющих трубах вызывает повышенный износ труб, особенно при наличии кристаллов в выпариваемом растворе.

Известен также вертикальный выпарной аппарат [2], также работающий с естественной циркуляцией раствора, в котором устранен недостаток аппарата-аналога. Аппарат включает греющую камеру с установленной на ее верхней трубной решетке прямой камерой кипения, снабженной патрубком подачи исходного перегретого раствора; верхнюю и нижнюю растворные камеры; сепаратор, установленный соосно греющей камере, нижняя часть которого является верхней растворной камерой. Аппарат содержит также отбойник раствора и жалюзийный брызгоуловитель, расположенные в сепараторе, и патрубки отвода вторичного пара, упаренного раствора и конденсата и подвода греющего пара.

При работе аппарата кипение раствора происходит не в верхней части греющих труб, как в аппарате-аналоге, особенно при работе последнего с перегретым раствором (в этом случае кипение раствора может происходить уже по всей длине труб), а в камере кипения, куда подается исходный раствор. Последний сразу же вскипает, инициируя общее кипение циркулирующего раствора, поступающего в камеру кипения снизу из греющих труб. Таким образом, в центральной части труб раствор поднимается из-за разности плотностей парорастворной смеси в камере кипения и раствора снаружи ее над периферийными греющими трубами, по которым последний опускается.

Недостатком аппарата является не совсем эффективная циркуляция раствора, что обусловлено нагревом раствора в периферийных греющих трубах, который ведет к уменьшению перепада температуры раствора в периферийных и центральных греющих трубах, а значит - к уменьшению разности плотностей раствора в этих трубах и ухудшению циркуляции раствора. Кроме того, предварительный нагрев раствора в периферийных трубах может вызвать его кипение уже в верхней части центральных труб, т.е. перед камерой кипения, и вызвать их интенсивный износ. Еще одним недостатком аппарата является резкий поворот (на 180^o) циркулирующего потока в сепараторе и нижней растворной камере, что ведет к повышению сопротивления движению раствора и соответственно - к ухудшению его циркуляции.

Целью изобретения является повышение степени циркуляции раствора при сохранении в аппарате процесса кипения вне греющих труб.

Для достижения этого технического результата в предлагаемом выпарном аппарате, содержащем вынесенную греющую камеру, сепаратор с брызгоуловителем, камеру кипения, установленную на трубной решетке греющей камеры, и циркуляционную трубу, верхняя часть камеры кипения плавно изогнута под углом 90^o и соединена с сепаратором, причем соединение осуществляется через патрубок, который имеет продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока раствора вниз.

"Стыковка" верхней части камеры кипения с сепаратором через патрубок становится возможной благодаря установке камеры кипения на трубной решетке вынесенной (не соосной с сепаратором) греющей камеры.

На чертеже дан общий вид предлагаемого выпарного аппарата с двумя вырезами - в сепараторе и в нижней части камеры кипения.

Аппарат состоит из греющей камеры 1, снизу стыкующейся с нижней растворной камерой 2, а сверху - с нижней частью 3 камеры кипения; сепаратора 4, стыкующегося через патрубок 5 с верхней частью 6 камеры кипения; циркуляционной трубы 7, соединяющей сепаратор 4 с нижней растворной камерой 2. Внутри сепаратора 4 установлен жалюзийный брызгоуловитель 8. Кроме того, аппарат снабжен патрубком 9 подвода исходного раствора, патрубком 10 отвода пара из сепаратора, трубопроводами 11, 12 отвода раствора из сепаратора 4 и нижней растворной камеры 2 соответственно, соединенными между собой внизу в один отвод. Греющая камера 1 снабжена патрубками подвода греющего пара и отвода конденсата (на чертеже не указаны).

Аппарат работает следующим образом. Перегретый исходный раствор через патрубок 9 поступает в нижнюю часть 3 камеры кипения, где вскипает с образованием парорастворной смеси, которая выносится через верхнюю часть 6 камеры кипения и патрубок 5 в сепаратор 4. Здесь происходит разделение парорастворной смеси. Пар поднимается, проходит через жалюзийный брызгоуловитель 8 и отводится из аппарата через патрубок 10, а раствор опускается и поступает в циркуляционную трубу 7. По мере накопления раствора в нижней части сепаратора 4 до уровня трубопровода 11 часть упаренного раствора отводится из аппарата через упомянутый патрубок. Большая же часть раствора через циркуляционную трубу 7 поступает в нижнюю растворную камеру 2, а из нее - в трубы греющей камеры 1, где нагревается паром, поступающим в ее межтрубную часть, до температуры кипения. За счет высокой скорости циркуляции раствор вскипает в камере кипения, в ее нижней части 3, а не в трубах греющей камеры 1. Далее парорастворная смесь поступает через плавно изогнутую под прямым углом верхнюю часть 6 камеры кипения и патрубок 5 в сепаратор 4.

Для улучшения отвода из аппарата кристаллов твердой фазы, например соды, выпадающей в осадок в большом количестве, служит трубопровод 12. Отвод соды необходим, поскольку крупным кристаллам трудно подняться и они могут перекрыть сечение нижней растворной камеры 2 в значительной степени. Диаметр трубопровода 12 должен быть значительно меньше, чем трубопровода 11, так как он служит для отвода лишь небольшой части раствора.

Повышение степени циркуляции раствора, т. е. более высокая скорость циркуляции раствора в циркуляционном контуре аппарата (по сравнению с аппаратом-прототипом) достигается:
- во-первых, путем увеличения перепада температур в циркуляционной трубе 7 и в трубах греющей камеры 1, поскольку нагрева раствора при движении его вниз по циркуляционной трубе 7 не происходит;
- во-вторых, за счет уменьшения сопротивления движению раствора, поскольку конструкция аппарата исключает резкие повороты потока на 180^o и обеспечивает более плавное - под углом 90^o - изменение направления потока раствора, в т.ч. и в верхней части 6 камеры кипения. В нижней растворной камере 2 нижняя горизонтальная часть циркуляционной трубы 7 имеет продолжение в виде изгиба вверх (на чертеже не показано);
- в-третьих, путем дополнительного формирования движения раствора в сепараторе 4 вниз, в циркуляционную трубу 7. Конец патрубка 5, соединяющий верхнюю часть 6 камеры кипения с сепаратором 4 и имеющий продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока, может быть, например, изогнут вниз либо иметь косой срез (как показано на чертеже), формирующий поток раствора вниз, а не вверх.

Таким образом, предлагаемая конструкция выпарного аппарата позволяет иметь в нем более высокую кратность циркуляции раствора, а значит, больший межпромывочный период и производительность, чем в аппарате-прототипе.

Литература
1. Таубман Е.И. Выпаривание - М.: Химия, 1982, с. 145, рис. 6.2а.

2. Авторское свидетельство СССР N 599389, кл. B 01 D 1/06, 1975.

Изобретение может быть использовано для выпаривания кристаллизующихся алюминиевых растворов в глиноземном производстве. Цель изобретения - повышение степени циркуляции раствора в аппарате. Выпарной аппарат содержит вынесенную греющую камеру, сепаратор, камеру кипения и циркуляционную трубу. Циркуляционная труба соединяет нижнюю растворную камеру, расположенную под греющей камерой, и сепаратор. Камера кипения состоит из двух частей: нижняя часть установлена на трубной решетке греющей камеры, а верхняя ее часть изогнута под углом 90^o и соединяется с сепаратором через патрубок, который имеет продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока вниз, в циркуляционную трубу, что и обеспечивает повышение скорости циркуляции раствора в аппарате. Конструктивно такое выполнение патрубка может быть оформлено, например, в виде косого среза, которым заканчивается патрубок внутри сепаратора, либо в виде изгиба патрубка вниз. 1 ил.

Выпарной аппарат, содержащий вынесенную греющую камеру, сепаратор с брызгоуловителем, камеру кипения, установленную на трубной решетке греющей камеры, нижнюю растворную камеру, а также циркуляционную трубу, соединяющую нижнюю растворную камеру с днищем сепаратора, отличающийся тем, что верхняя часть камеры кипения плавно изогнута под углом 90^o и соединена с сепаратором через патрубок, имеющий продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока раствора вниз, в циркуляционную трубу.