СПОСОБ УПАРИВАНИЯ КРИСТАЛЛИЗУЮЩЕГОСЯ РАСТВОРА Российский патент 2004 года по МПК B01D1/26 B01D1/12 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в глиноземном производстве для упаривания маточного раствора.

Известны многочисленные схемы (Е. И. Таубман. Выпаривание, М.: Химия, 1982, стр. 156, рис. 6.10) способа упаривания различных растворов в трехступенчатых выпарных установках. Упаривание по этим схемам осуществляется при прямоточном движении раствора, смешанном токе и противотоке, когда раствор и греющий пар передаются из корпуса в одном направлении, частично в одном, частично в другом направлении и в противоположных направлениях соответственно.

Недостатком способа упаривания раствора по трехступенчатым схемам является малая степень кратности греющего пара, что снижает экономичность работы (удельный расход пара достигает величины 0,45 т/т).

Известен также способ упаривания раствора (А.И. Лайнер. Производство глинозема, ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, М.: 1961, стр. 304, рис. 107) в четырехкорпусной выпарной батарее со смешанным током раствора (3-4-2-1), который более экономичен (удельный расход пара 0,38 т/т). По данному способу исходный (свежий) раствор поступает в третий корпус (выпарной аппарат), обогреваемый соковым (вторичным) паром второго корпуса, затем переходит в четвертый корпус (в том же направлении, что и греющий пар). Из последнего, т.е. четвертого корпуса, раствор перекачивается во второй корпус, а затем - в первый, последовательно упариваясь и повышая свою концентрацию до необходимой величины. По этой схеме упаривания сохраняется преимущество противоточной схемы (хорошая теплопередача и высокая производительность) при уменьшении числа насосов для перекачки раствора.

Недостатки данного способа:
1. Малая эффективность (даже невозможность) упаривания кристаллизующихся растворов, т.к. предпродукционный и продукционный корпуса, в которых концентрация раствора наивысшая и начинается выпадение осадка, работают без циркуляции раствора, т. е. с малыми скоростями движения последнего по греющим трубам, что вызывает их интенсивное зарастание.

2. Достаточно высокий удельный расход греющего пара.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков.

Техническим результатом изобретения является повышение степени кратности использования греющего пара (снижение его удельного расхода) и повышение при этом эффективности (создание возможности) упаривания кристаллизующегося раствора.

Технический результат достигается тем, что упаривание кристаллизующегося раствора производят, как минимум, в пятикорпусной выпарной установке (батарее) с работой продукционного корпуса, в котором начинается кристаллизация, с принудительной циркуляцией раствора, с использованием пара ТЭЦ с давлением 4-6 ати, с содержанием в растворе соды не менее 12%.

При этом принудительную циркуляцию раствора применяют как для снижения инкрустации (зарастания теплообменных труб осадком), так и для снижения полезной разности температур по корпусам, для создания суммарной полезной разности не более, чем в четырехкорпусной выпарной установке (батарее).

На чертеже дана схема выпарной установки для осуществления предлагаемого способа.

Выпарная установка для осуществления предлагаемого способа включает в себя пять корпусов (выпарных аппаратов), состоящих из пяти сепараторов 1-5 и пяти кипятильников 6-10, соответственно соединенных паровыми и растворными трубопроводами.

В состав установки входят также транспортные центробежные насосы 11-13 и циркуляционный насос 14.

Способ осуществляется следующим образом. Исходный раствор подается снизу в греющие трубы кипятильника 10 пятого корпуса. Поднимается по трубам вверх, нагревается паром сепаратора 4 и закипает. Парорастворная смесь поступает в сепаратор 5, в котором пар отделяется от раствора. Первый идет в баромконденсатор (на схеме не указан), а второй - на всас насоса 13, который закачивает раствор в трубу кипятильника 9, где давление выше, чем в сепараторе 5. Раствор снова нагревается теперь уже паром сепаратора 3 и вскипает. Парорастворная смесь поступает в сепаратор 4, где разделяется. Пар идет в межтрубную часть кипятильника 10, а раствор - на всас насоса 12 и затем в кипятильник 8. В третьем корпусе процесс повторяется. Пар из сепаратора 3 поступает в межтрубную часть кипятильника 4, а раствор - на всас насоса 11 и далее в трубы кипятильника 6 первого корпуса, в межтрубную часть которого поступает пар с ТЭЦ давлением 4-6 ати. Пар из сепаратора 1 поступает в межтрубную часть кипятильника 7, а раствор, перегретый относительно давления в сепараторе 2, поступает в нижнюю часть последнего, где сразу вскипает. Пар идет в кипятильник 3, а охлажденный раствор - на всас циркуляционного насоса 14, затем в трубы кипятильника 7. Парорастворная смесь из труб кипятильника 7 поступает в сепаратор 2. Из последнего пар идет в кипятильник 3, а раствор (большая его часть) снова поступает на всас насоса 14, а меньшая часть раствора покидает сепаратор 2.

На этом процесс упаривания раствора заканчивается. Установка, как это видно, работает по схеме: 5-4-3-1-2, позволяющей увеличить стойкость труб во втором корпусе.

Предлагаемый способ дает возможность упаривать кристаллизующийся раствор, например маточный раствор глиноземного производства с повышенным содержанием соды (NаСO₃) не менее 12%, с низким удельным расходом пара (0,28-0,30 т/т по сравнению с 0,38-0,40 т/т при четырехкорпусной выпарке) и с давлением греющего пара ТЭЦ, что очень важно, не выше 4,0-6,0 ати.

При использовании естественной циркуляции раствора в продукционном корпусе, что имеет место при упаривании маточного раствора в глиноземном производстве при переработке боксита, содержащего высокое содержание карбонатов, использовать более чем четырехкратное упаривание кристаллизующегося раствора при указанном давлении пара невозможно.

Необходимо более высокое давление пара ТЭЦ. Это можно проиллюстрировать следующими цифрами. Располагаемый общий полезный перепад температур составляет: 158-53= 105^oС (давление в кипятильнике 6 первого корпуса 6,0 ата, вакуума в сепараторе 5 пятого корпуса 0,15 ата). Общая полезная разность, необходимая в четырехкорпусной установке, работающей, например, по схеме 4-3-1-2 с естественной циркуляции раствора продукционного (второго) корпуса, составляет 43^oС, потери на депрессию 55^oС, температурные потери 5^oС. Итого: 43+55+5= 103^oС. Имеем запас всего 2^oС. Поэтому пятикорпусную выпарную установку при давлении пара 5 ати (ата) с естественной циркуляцией раствора использовать невозможно, т.к. аппарат, работающий с естественной циркуляцией раствора, требует большей полезной разности температур, чем аппарат, работающий без циркуляции или с принудительной циркуляцией раствора приблизительно на 10-12^oС. Указанного полезного перепада (10-12^oС) достаточно, чтобы установить еще один корпус, т.е. сделать пятикорпусную батарею.

Таким образом, использование в качестве продукционного корпуса, в котором начинается интенсивное выделение (кристаллизация) соды алюминатного (маточного) раствора, аппарата с принудительной циркуляцией раствора дает возможность при греющем паре ТЭЦ с давлением в пределах 4,0-6,0 ати производить упаривание раствора в пятикорпусной выпарной установке.

При этом расход электроэнергии двигателем циркуляционного насоса, создающим принудительную циркуляцию раствора, меньше в денежном выражении, чем экономия тепла в пятикорпусной выпарной установке по сравнению с четырехкорпусной. На одну батарею экономический эффект может быть равен не менее 300000 руб./год.

Из вышесказанного видно, что наивысшая эффективность при упаривании маточного раствора глиноземного производства с высоким содержанием соды возможна только в таком сочетании: давление греющего пара ТЭЦ в пределах 4,0-6,0 ати; пятикорпусная выпарная батарея; принудительная циркуляция раствора в продукционном (или даже в еще в предпродукционном) корпусе.

Следует еще сказать, что для упаривания маточного раствора в глиноземном производстве применяется отборный пар с турбин ТЭЦ.

Использование пара с более высоким давлением чем 4,0-6,0 ати вызовет снижение экономичности работы турбин. Поэтому нежелательно применять для упаривания отборный пар более высоких параметров, а применять пар в указанных пределах давлений, максимально используя его энергетический потенциал, что позволяет сделать предложенный способ упаривания кристаллизующегося раствора.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в глиноземном производстве. Цель изобретения - создание возможности эффективного упаривания маточного раствора с повышенным содержанием соды. Способ осуществляется в пятикорпусной выпарной установке смешанного тока раствора с принудительной циркуляцией раствора с целью увеличения скорости его движения по теплообменным трубам в продукционном корпусе, где начинается выделение осадка. 1 ил.

Способ упаривания кристаллизующегося маточного раствора глиноземного производства в многокорпусной выпарной установке с применением циркуляции раствора в продукционном корпусе и использованием для нагрева отборного пара с турбин ТЭЦ, отличающийся тем, что упаривание осуществляют в пятикорпусной установке с использованием пара ТЭЦ с давлением 4-6 ати с повышенным содержанием в растворе соды не менее 12% с применением принудительной циркуляции раствора в продукционном корпусе.