ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ТЫРТЫШНОГО Российский патент 2005 года по МПК B01D1/12 

Изобретение относится к области производства глинозема, соды и поташа, конкретно к процессу выпаривания растворов в трубчатых выпарных аппаратах.

Известна установка выпарных аппаратов на собственный фундамент по патенту FR 1511081, имеющая компоновку сепаратора, греющей камеры и пульповых камер по одной оси.

Недостатком такой компоновки аппарата являются:

- ограничение емкости кристаллизации раствора на высоту встроенной греющей камеры, что приводит к повышенному зарастанию аппарата;

- необходимость установки аппарата внутри здания в условиях холодной зимы из-за сложности обслуживания замерзающего циркуляционного насоса, всас которого соединен с конусом сепаратора греющей камеры, пульпопроводов, конденсатопроводов, газооттяжек небольших диаметров, арматуры и средств автоматики.

Недостатком является преждевременная остановка аппаратов из-за более быстрого зарастания штуцера и сливной трубы, чем выпарного аппарата.

Штуцер для слива упаренной воды в существующих аппаратах устанавливается в сепараторе на уровне выхода пересыщенной пульпы из трубы вскипания с целью поддержания уровня пульпы для обеспечения эффективной циркуляции пульпы.

В известных выпарных аппаратах остановки из-за зарастания сливной трубы практически не наблюдались, т.к. она не успевала зарасти при частых промывках аппарата вместе со сливной трубой и штуцером через 1-3 суток (аппарат быстрее зарастает, чем штуцер и сливная труба).

В установке по патенту РФ №2212265 исключено образование наиболее прочных отложений, высушенных перегретым на величину депрессии улавливаемого раствора на стенке аппарата паром, что значительно сократило количество запеченных содой греющих трубок.

Однако эта установка не может исключить образование корок, хотя менее прочных, из-за отсутствия подсушивания паром на стенках внутри емкости кристаллизации и циркуляционных трубах, которые продолжают запечатывать осадком греющие трубки.

Известен двухкамерный выпарной аппарат с естественной и принудительной циркуляцией по патенту РФ №2082476, включающий циркуляционный насос, две греющие камеры, расположенные на всасывающей и нагнетательной линиях, трубы вскипания, пульповую камеру с днищем и сепаратор, в котором греющие камеры соединены трубами с верхней частью пульповой камеры, причем трубопровод подачи пульпы в греющую камеру перед насосом опущен в пульповую камеру, а днище соединено трубопроводом с циркуляционным насосом. Этот патент принят за прототип.

Использование этого аппарата на заводах по производству глинозема, соды и поташа позволило по сравнению с известными выпарными аппаратами в несколько раз снизить зарастание солями с увеличением безостановочного периода от 1-3 до 15 суток и снизить удельный расход электроэнергии на квадратный метр поверхности нагрева в ~1,3 раза с одновременным повышением коэффициента теплопередачи.

Недостатками этого аппарата является следующее:

В процессе упаривания в трубе вскипания часть паропусковой смеси на повороте в колене со скоростью в несколько метров в секунду встречается под углом 90° с другой частью потока, повернутой по внешнему радиусу колена, в результате за коленом образуется вихрь смеси пара и пульпы, в котором производится дробление пульпы на мелкие трудноулавливаемые брызги. Для улавливания этих брызг в выпарных аппаратах применяются зарастаемые брызгоулавливающие устройства, приводящие к сопротивлению выхода пара с потерей полезной разности температур и производительности аппарата и остановки аппарата на чистку.

На образование вихря затрачивается значительная энергия, приводящая к дополнительному расходу электроэнергии на циркуляционном насосе.

Другим недостатком аппарата являются большие затраты на сооружение и усложнение здания с опорой основной емкости кристаллизающегося раствора вместе с сепаратором весом 250-300 т на строительные конструкции.

Задачей изобретения является увеличение в 1,5-2,5 раза безостановочной работы аппарата и снижение энергозатрат на упаривание.

Технический результат достигается тем, что в выпарном аппарате с циркуляцией пульпы с помощью трубы вскипания и насоса, включающем сепаратор с емкостью для кристаллизации солей и циркуляционной трубой с восходящим ходом пульпы, соединение участков вертикальных и горизонтальных труб в трубе вскипания, циркуляционной трубе и трубе всаса насоса, трубопровод, соединяющий конус емкости для кристаллизации солей с насосом, две греющие камеры, из которых одна установлена перед насосом и вторая после, штуцер с трубопроводом упаренной пульпы, места соединения вертикальных и горизонтальных труб в трубе вскипания, циркуляционной трубе и трубе всаса насоса, снабжены направляющими лопатками, при этом трубопровод, соединяющий конус емкости кристаллизации с насосом, подключен в вертикальный участок трубы всаса насоса перед устройством с направляющими лопатками, штуцер с трубопроводом упаренной пульпы подключен к циркуляционной трубе и соединен с паровым пространством сепаратора.

Сепаратор с емкостью для кристаллизации солей установлен на собственный фундамент.

На чертеже представлен выпарной аппарат в варианте установки емкости для кристаллизации с сепаратором пара вне здания.

Выпарной аппарат состоит из циркуляционного насоса 1, трубы вскипания 2, емкости для кристаллизации раствора 3, циркуляционной трубы с восходящим потоком 4, устройств с направляющими крутоизогнутыми пластинами 5, греющей камеры с трубками нисходящего потока 6, греющей камеры с трубками восходящего потока 7, устройства с направляющими пластинами пароконденсатной смеси 8, сепаратора 9, штуцера со сливным трубопроводом 10, трубопровода 11, цилиндрической опоры 12 и здания 13.

Раствор с кристаллами солей и температурой ниже температуры кипения для выпаривания поступает перед насосом 1, что способствует улучшению его работы.

В случае подачи перегретого раствора он поступает в трубу вскипания 2, что увеличивает естественный циркуляционный напор за счет увеличения содержания пара в трубе вскипания.

Пульпа после кристаллизации в емкости 3 по циркуляционной трубе с восходящим потоком 4 с устройствами, содержащими крутоизогнутые пластины 5, через греющую камеру 6 и аналогичное устройство 5 поступает на всас насоса 1.

Основное назначение устройств 5 измельчать попавшие через них корки до размера менее внутреннего диаметра греющих трубок с целью исключения застревания корок в трубках, а также выравнивать поток перед рабочим колесом насоса 1 для снижения гравитации и снижать сопротивление циркуляционного контура.

Насосом 1 пульпа далее нагнетается через вторую греющую камеру 7. Обычно в существующих однокамерных выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией при необходимой скорости пульпы в трубках 2,5-2,7 м/сек пульпа нагревается на ~1,5%, что в 2-2,5 раза меньше, чем в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией, и недостаточно для образования естественного напора, который теряется на повороте с образованием вихря, а также на подъем пульпы над уровнем пульпы для отделения пара.

Последовательный нагрев пульпы в двух греющих камерах обеспечивает образование естественного напора в трубе вскипания 2, такого же, как в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией, обеспечивая интенсивную циркуляцию со скоростью 2,5-2,7 м/сек за счет комбинированного воздействия трубы вскипания 2 и циркуляционного насоса 1 со снижением удельного расхода электроэнергии.

На повороте крутоизогнутые под углом 90-110° пластины в устройстве 8 разделяют общий поток паропульповой смеси на ряд параллельных потоков с поворотом каждого в отдельности, что исключает их сталкивание и образование вихря после поворота. Исключение образования вихря со скоростью в десятки метров в секунду значительно снизит образование мелких трудноулавливаемых брызг и увеличит естественный циркуляционный напор за счет исключения затраты энергии на образование вихря.

Из трубы вскипания паропульповая смесь тангенциально вводится в сепаратор 9. Вращение смеси в сепараторе способствует отделению пара от пульпы за счет центробежных сил.

Раствор после испарения с кристаллами солей имеет максимальное пересыщение по растворенным солям. Далее раствор поступает в емкость кристаллизации 4, переход в твердую фазу снижает пересыщение раствора.

Отбор готовой пульпы из циркуляционной трубы 4 значительно снижает зарастание сливного штуцера и трубопровода упаренной пульпы 10 до уровня сниженного зарастания выпарного аппарата, что исключает остановки аппарата из-за зарастания трубы упаренной пульпы, повышает крупность кристаллов перед фильтрацией. Сливной штуцер для разрыва струи пульпы соединен с паровым пространством сепаратора.

Конус емкости 3 соединен прямым трубопроводом 11 диаметром 200-250 мм с насосом 1 перед направляющими пластинами 5, что позволяет удалять корки из конуса с последующим их дроблением, попаданием со скоростью более 3 м/сек на острые пластины 5 и далее на рабочее колесо насоса 1.

Скорость в трубе 1 значительно увеличивается за счет увеличения перепада давлений при обходе сопротивлений греющей камеры 6 и трубы 4.

Новая компоновка выпарного аппарата позволяет установить с помощью опоры 12 на собственный фундамент сепаратор 9 с емкостью 3, составляющие в рабочем состоянии до 70% веса аппарата. Кроме того, опора сепаратора 9 и емкости 3 на собственный фундамент позволяет максимально увеличить емкость 3, необходимую для получения более крупных кристаллов и наибольшего снижения зарастания аппарата.

Отдельные менее габаритные греющие камеры 6, 7, насос 1, пульпопроводы, конденсатопроводы и другие вспомогательные трубы с арматурой, приборами могут быть размещены в облегченном здании 13, меньшего объема со значительным сокращением капитальных затрат.

В соответствии с изобретением на глиноземном заводе был испытан опытно-промышленный аппарат поверхностью нагрева 1050 м².

В этом аппарате вместо брызгоуловителя установлено устройство в трубе вскипания для снижения образования брызг, в циркуляционном контуре размещены устройства на поворотах для дробления корок, отбор упаренной пульпы выполнен из циркуляционного контура и соединение конуса емкости 3 выполнено с вертикальной частью трубы всасывания насоса перед устройством с направляющими пластинами.

Аппарат испытан при упарке содопоташного раствора с кристаллизацией безводной соды.

Безостановочный период работы увеличился с 15 до 30 суток со средним коэффициентом теплопередачи 1950 ккал/(ч· м²·^°С).

Получен чистый конденсат с содержанием 3-5 мг/л без брызгоуловителя из раствора с содержанием 380 г/л Na₂O при давлении вторичного пара 0,07 бар.

Установка сепаратора вместе с емкостью кристаллизации на собственный фундамент позволила значительно увеличить емкость кристаллизации опусканием днища, что способствовало повышению крупности кристаллов, а также исключить значительные затраты на усиление колонн, балок от нагрузки ~300 т и сооружение дополнительной площадки. Снижен удельный расход электроэнергии по сравнению с существующими однокамерными выпарными аппаратами, в 1,4-1,5 раза.

Изобретение относится к области производства глинозема, соды и поташа, конкретно к процессу выпаривания растворов в трубчатых выпарных аппаратах. Выпарной аппарат с циркуляцией пульпы с помощью трубы вскипания и насоса включает сепаратор с емкостью для кристаллизации солей и циркуляционной трубой с восходящим ходом пульпы, соединения участков вертикальных и горизонтальных труб в трубе вскипания, циркуляционной трубе и трубе всаса насоса, трубопровод, соединяющий конус емкости для кристаллизации солей с насосом, две греющие камеры, из которых одна установлена перед насосом и вторая после, штуцер с трубопроводом упаренной пульпы. Места соединения вертикальных и горизонтальных труб в трубе вскипания, циркуляционной трубе и трубе всаса насоса снабжены направляющими лопатками, при этом трубопровод, соединяющий конус емкости кристаллизации с насосом, подключен в вертикальный участок трубы всаса насоса перед устройством с направляющими лопатками, штуцер с трубопроводом упаренной пульпы подключен к циркуляционной трубе и соединен с паровым пространством сепаратора. Сепаратор с емкостью для кристаллизации солей установлен на собственный фундамент. Изобретение позволяет увеличить безостановочную работу аппарата и снизить энергозатраты на выпаривание. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Выпарной аппарат с циркуляцией пульпы с помощью трубы вскипания и насоса, включающий сепаратор с емкостью для кристаллизации солей и циркуляционной трубой с восходящим ходом пульпы, соединение участков вертикальных и горизонтальных труб в трубе вскипания, циркуляционной трубе и трубе всаса насоса, трубопровод, соединяющий конус емкости для кристаллизации солей с насосом, две греющие камеры, из которых одна установлена перед насосом и вторая после, штуцер с трубопроводом упаренной пульпы, отличающийся тем, что места соединения вертикальных и горизонтальных труб в трубе вскипания, циркуляционной трубе и трубе всаса насоса снабжены направляющими лопатками, при этом трубопровод, соединяющий конус емкости кристаллизации с насосом, подключен в вертикальный участок трубы всаса насоса перед устройством с направляющими лопатками, штуцер с трубопроводом упаренной пульпы подключен к циркуляционной трубе и соединен с паровым пространством сепаратора.2. Выпарной аппарат по п.1, отличающийся тем, что сепаратор с емкостью для кристаллизации солей установлен на собственный фундамент.