УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1999 года по МПК C01F7/14 B01D45/12 

Изобретение относится к области производства глинозема и может быть использовано в гидрометаллургической и химической промышленности.

Известно охлаждение алюминатных растворов, например, перед декомпозицией в пластинчатых теплообменниках (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. "Металлургия". М., 1970 г., с. 265). К недостаткам этих аппаратов, при применении для переработки алюминатных растворов, следует отнести быстрое "зарастание" твердыми отложениями гидрата, что приводит к повышению гидравлического сопровождения, ухудшению условий теплообмена и снижению производительности.

Известны также циркуляционные объемные самоиспарители (см. там же стр. 284), в котором испарение и охлаждение жидкости происходит при резком уменьшении давления в сепараторе.

К недостаткам таких установок следует отнести низкую производительность и "загрязнение" сокового пара каплями жидкости, что приводит к потерям охлаждаемой жидкости.

Известен циклонный сепаратор жидкости (а.с. N 2038303), предназначенный для использования в вакуумных установках охлаждения алюминатных растворов перед декомпозицией. Внутренний объем аппарата разделен на две части горизонтальной перегородкой, имеющей штуцеры для подвода горячего и отвода охлажденного раствора, патрубки для отбора пара самоиспарения и конденсата. Недостатком этого аппарата является то, что он не позволяет утилизировать тепло пара самоиспарения, поскольку последний, для поддержания в сепараторе заданного вакуума, должен направляться на конденсацию в барометрический конденсатор.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является многокорпусная установка самоиспарения (Light Metals, 1996, p. 125). Она состоит из двух испарителей, соединенных между собой перетоком, устройств для подвода горячей и отвода охлажденной жидкости, патрубков для отбора, пара самоиспарения. Раствор (суспензия), подлежащий охлаждению, подается в первый испаритель и с помощью специального устройства распыляется. При этом происходит частичное охлаждение жидкой фазы. По мере накопления в объеме первого испарителя раствор через переток поступает во второй испаритель, где вновь распыляется и, охлажденный до заданной температуры, выводится на дальнейшую переработку. Пар самоиспарения отводится на конденсацию через патрубки, установленные на крышке аппаратов. К недостаткам рассматриваемой установки следует отнести то, что подача охлаждаемой жидкости осуществляется распылом через специальное устройство, установленное практически по всей высоте аппаратов. Это, во-первых, приводит к быстрому "зарастанию" испарителей, а во-вторых, для того, чтобы жидкость поступила во второй аппарат, ее уровень в первом должен быть несколько больше, чем высота распылительного устройства. Кроме того, для работы установки в непрерывном режиме все аппараты должны быть заполнены раствором (иначе не будет перетока жидкости), т. е. , по-существу, это аппараты объемного кипения, для которых характерен повышенный каплеунос и, как следствие, загрязнение пара самоиспарения.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности, получение чистого пара самоиспарения, его утилизация для нагрева других, более холодных, чем охлаждаемый раствор жидкостей, получение чистого конденсата.

Решение задачи заключается в том, что в установке для вакуумного охлаждения алюминатных растворов, имеющей испарители, содержащие сопла для подачи раствора, теплообменники, устройства для конденсации пара и создания вакуума, гидрозатворы, испарители установлены каскадно и при этом сопло для подачи охлаждаемого раствора в первый аппарат установлено в верхней части аппарата на расстоянии 0,55 - 0,75 высоты цилиндрической части испарителя (Н_ц), а во всех других испарителях каскада на расстоянии (0,3 - 0,5) Н_ц, где Н_ц - высота цилиндрической части.

Кроме того, испарители имеют горизонтальную перегородку, у которой расположен патрубок для отвода раствора, при этом патрубок находится ниже сопла для подачи раствора в последующий аппарат.

Принципиальная схема установки показана на чертеже.

Установка состоит из испарителей циклонно-пленочного типа 1, 2, 3, установленных каскадно и разделенных внутри на две части горизонтальными перегородками 4, 5, 6, сопел для подачи охлаждаемой жидкости 7, 8, 9, переточных труб 10, 11, 12, выполненных в виде гидрозатворов, патрубков 13, 14, 15 для отбора пара самоиспарения с каждого испарителя, теплообменников 16, 17, устройства для конденсации пара и создании вакуума 18, гидрозатвора 19, трубопроводов 20, 21 для отвода конденсата из теплообменников.

Установка работает следующим образом.

Горячий алюминатный раствор (t≈100^oC) поступает в аппарат 1 через сопло 7, врезанное в корпус 1 тангенциально, "закручивается" и в виде падающей пленки стекает вниз. Поскольку давление в корпусе 1 ниже атмосферного, жидкость вскипает и охлаждается до температуры, соответствующей давлению в данном аппарате. Пар самоиспарения через патрубок 13 направляется в теплообменник 16, куда, подается маточный раствор, температура которого ниже температуры пара самоиспарения. Происходит конденсация пара при одновременном нагреве маточного раствор. Конденсат непрерывно отводится из теплообменника 16 по трубопроводу - 20.

Частично охлажденный в корпусе 1 установки алюминатный раствор через гидрозатвор 10 и сопло 8 поступает в испаритель - 2, в котором давление ниже, чем в испарителе 1. Раствор вновь вскипает, охлаждается до температуры, определяемой давлением в корпусе 2 и через гидрозатвор 11 и сопло 9 поступает в испаритель 3. Пар из самоиспарителя корпуса 2 через патрубок 14 отводится на теплообменник 17. Температура его вышек, чем температура подаваемого на теплообменник 17 маточного раствора. Это обеспечивает конденсацию пара самоиспарения при одновременном нагреве маточника. Конденсат из теплообменника 17 отводится по трубопроводу - 21. В корпусе 3 давление ниже, чем в корпусе 2. Поэтому поступающий сюда раствор перегрет по отношению к давлению в этом корпусе. Здесь он вновь вскипает, охлаждается до температуры, определяемой давлением в данном корпусе и выводится на дальнейшую переработку через затвор 12. Пар корпуса 3 направляется на барометрический конденсатор 18. Барометрическая вода, подаваемая на орошение в конденсатор - 18, удаляется из аппарата через гидрозатвор 19. Таким образом исходный алюминатный раствор охлаждается до заданной температуры, величина которой определяется давлением в последнем корпусе установки и депрессией.

Испарение раствора во всех корпусах установки происходит с поверхности "падающей" пленки жидкости, т.е. сепарационный объем испарителя практически не занят жидкостью, что позволяет повысить напряжение парового пространства и, как следствие, увеличить производительность установки.

Кроме того, при внезапном отключении вакуума, например, автоматически происходит самопроизвольная разгрузка установки и объем оставшейся жидкости в испарителях определяется разностью высот расположения двух соседних аппаратов и их сопел, а наличие гидрозатворов 10, 11, 12 гарантирует поддержание в них установившегося при работе установки давления.

Использование: изобретение относится к области производства глинозема. Сущность: установка состоит из испарителей с соплами для подачи раствора и патрубками для отвода раствора, теплообменников и устройств для конденсации пара и создания вакуума, при этом испарители установлены каскадно, а сопла для подачи охлаждаемого раствора установлены на регламентированной высоте. Установка обеспечивает повышение производительности, получение чистого пара самоиспарения, его утилизация для нагрева других более холодных, чем охлаждаемый раствор жидкоcтей, получение чистого конденсата. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Установка для вакуумного охлаждения алюминатных растворов, состоящая из испарителей с соплами для подачи и патрубками для отвода раствора, теплообменников, устройств для конденсации пара и создания вакуума, гидрозатворов, отличающаяся тем, что испарители установлены каскадно, при этом сопло для подачи охлаждаемого раствора установлено в первом аппарате в верхней части на расстоянии 0,55 - 0,75 Нц от нижней кромки цилиндрической обечайки корпуса, а в последующих аппаратах - на расстоянии 0,3 - 0,55 Нц, где Нц - высота цилиндрической части испарителя. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что испаритель имеет горизонтальную перегородку, у которой расположен патрубок для отвода раствора, при этом патрубок находится ниже сопла для подачи раствора в последующий аппарат.