ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСТВОРОВ Советский патент 1995 года по МПК B01D1/10 B01D45/12 

Настоящее изобретение относится к выпарной технике и предназначено для использования в различных отраслях химической промышленности, в цветной металлургии, в частности, в глиноземном и гидрометаллургическом производствах.

Известен выпарной аппарат для упаривания раствора поваренной соли, в котором над верхним торцом соосно расположенной в сепараторе подъемной трубы размещен отбойник из двух полуцилиндров, а в самом сепараторе установлен каплеуловитель в виде циклонной ловушки, с помощью которой происходит очистки пара от капель кристаллизующегося раствора. Для увеличения времени беспромывочного цикла работы аппарата ловушка снабжена устройством для промывки, которое подает на внутренние стенки ловушки воду для смыва откладывающихся на них солей. Предусмотрена также и периодическая промывка стенок самого сепаратора с помощью воды, подаваемой в расположенный в верхней части аппарата кольцевой коллектор.

Недостатком этого аппарата является то, что при разделении на жидкость и пар выходящего из подъемной трубы кипящего потока, в паре остается много капелек упаренного раствора, которые, попадая на стенки сепаратора и ловушки, приводят к отложению на этих поверхностях солей. Отваливаясь кусками со стенок сепаратора, эти отложения через обратную циркуляционную трубу попадают в нижние концы греющих трубок и закупоривают их. Кроме того, нарастая слоем на внутренних стенках ловушки, отложения приводят к ухудшению очистки пара из-за вторичного уноса капель раствора, увеличивают сопротивление пароотводящего тракта аппарата, что снижает полезную разность температур в аппарате, т.е. его производительность.

Известен выпарной аппарат для выпаривания кристаллизующихся растворов, включающий объемный сепаратор. Для предупреждения инкрустации на стенках сепаратора подачу свежего раствора осуществляют через тангенциальный патрубок, расположенный выше патрубка ввода кипящего раствора. Отсутствие встроенных в сепараторе дополнительных каплеуловителей, казалось бы, исключает возможность забивки отложениями сепаратора. Однако с помощью только объемного сепаратора не обеспечивается обычно требуемая степень очистки (10⁴-10⁵), что не позволяет использовать конденсат этого пара в химических производствах, либо требует дополнительной очистки его (например, выпариванием, химическими способами и т.д.).

Известен выпарной аппарат для кристаллизующихся растворов, содержащий вертикальную трубчатую греющую камеру, сепаратор, подключенный к ней посредством циркуляционной трубы, размещенные в сепараторе каплеуловитель и центробежный отбойник с центральным отверстием, по оси которого установлена форсунка, соединенная с устройством для подачи исходного раствора.

Недостатком этого аппарата является то, что пар не промывается исходной жидкостью от находящихся в нем капелек упаренного раствора и свободно выходит в промежутках между стекающими с лопаток центробежного отбойника потоками. Отделение же капель упаренного раствора из него происходит при этом только за счет центробежных сил на поверхность вытекающих потоков, а также на внутреннюю стенку сепаратора, расположенную в зоне выхода пара. Таким образом, на вторую ступень в каплеуловитель очистки поступает пар, содержащий капли упаренного раствора. При этом, если концентрирование в аппарате проводится до концентрации выше предела растворимости, на поверхности элементов каплеуловителя очистки будет происходить кристаллизация солей.

Таким образом, рассматриваемый аппарат может работать, т.е. обеспечивать хорошую очистку пара, только при условии концентрирования в нем жидкости ниже предела растворимости солей.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки вторичного пара за счет предотвращения кристаллизации раствора в жалюзийном каплеуловителе.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известном выпарном аппарате для кристаллизующихся растворов, содержащем вертикальную трубчатую греющую камеру, сепаратор, подключенный к ней посредством циркуляционной трубы, размещенные в сепараторе каплеуловитель и центробежный отбойник с центральным отверстием, по оси которого установлена форсунка, соединенная с устройством для подачи исходного раствора, сепаратор снабжен перфорированным конусом, размещенным снаружи форсунки в центральном отверстии центробежного отбойника, при этом форсунка установлена в вершине перфорированного конуса.

На фиг.1 изображен общий вид выпарного аппарата; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1.

Выпарной аппарат содержит греющую камеру 1, опускную циркуляционную трубу 2 и подъемную циркуляционную трубу 3, сепаратор 4 с каплеуловителем 5 и центробежным отбойником 6, имеющим центральное отверстие 7 для ввода пара. Центробежный отбойник 6 снабжен соосно установленной форсункой 8, которая соединена с устройством для подачи орошающей жидкости. В качестве такого устройства может быть использован штуцер 9 для подвода на упаривание исходного раствора, соединенный с форсункой трубопроводом 10. Центробежный отбойник 6 снабжен также соосно установленным перфорированным конусом 11, например, сетчатым. Конус 11 расположен под форсункой 8 в центральном отверстии 7 для ввода пара.

Центробежный отбойник состоит из верхнего диска 12, нижнего кольца 13, между которыми размещены изогнутые пластины-лопатки 14. Для гарантированного смачивания выпуклой поверхности конечных участков пластин 14 на этих участках может быть предусмотрена перфорация. Кольцо 13 приварено к усеченному конусу 15, который приварен к боковой стенке сепаратора 4. По периферии конуса 15 имеется несколько сливных труб 16. Штуцер 17 служит для подачи в греющую камеру аппарата пара, а штуцера 18 и 19 для отвода соответственно, конденсата греющего пара и упаренного раствора. Штуцер 20 предназначен для отвода очищенного пара из сепаратора 4. Насос 21 служит для создания в аппарате циркуляции раствора.

Аппарат работает следующим образом.

После заполнения аппарата упариваемым раствором до уровня ниже нижнего среза патрубка тангенциального ввода подъемной трубы 3 в сепаратор 4 в аппарате с помощью насоса 21 создается принудительная циркуляция раствора.

В теплообменных трубах греющей камеры 1 раствор перегревается за счет тепла, выделяемого при конденсации подводимого через штуцер 17 греющего пара. Перегретый раствор вскипает в верхней части подъемной трубы 3 и образует, таким образом, двухфазную смесь, состоящую из упаренного раствора и пара. Грубое разделение упаренного раствора от пара происходит при выходе смеси через врезанный в сепаратор 4 тангенциальный ввод подъемной трубы 3. Причем раствор закручивается по стенке сепаратора 4, а выделившийся пар вместе с уносимыми им капельками, состоящими из упаренного, пересыщенного по солям и перегретого по температуре относительно давления в сепараторе раствора, поступает в центробежный отбойник 6. Туда же через форсунку 8 подается ненасыщенная по солям жидкость, например исходный раствор, которая образует на поверхности конуса 11 и в образованных лопатками 14 каналах развитую массообменную зону контакта с загрязненным капельками упаренного раствора паром. В связи с малым (по массе) содержанием капель по сравнению с количеством жидкости, подаваемой форсункой 8, концентрация солей в последней практически не изменяется. Поэтому уносимые выходящим из центробежного отбойника 6 паром капли будут ненасыщенными по солям и равновесные по температуре. Попадая в каналы мелкопоточного жалюзийного каплеуловителя 5, капли попадают на его поверхности и стекают с них. Пар уходит из аппарата через штуцер 20, а конденсат через штуцер 18 выводится из аппарата. Готовый упаренный раствор отводится из аппарата через штуцер 19.

За счет применения перфорированного конуса решена задача улавливания пересыщенных по солям капель из пара, растворение их в жидкости при интенсивном перемешивании с ней, что гарантирует замену в выходящем после устройства паре капель, пересыщенных солями, на капли жидкости, недосыщенные по солям. В связи с этим даже значительная влажность пара не скажется отрицательно на работе каплеотбойника, например, мелкокопоточного жалюзийного сепаратора. Кроме того, в связи с тем, что жидкость подается не снаружи, а внутри конуса, очищаемый пар и жидкость совместно проходят все отверстия боковой стенки, которые в этом случае работают как своеобразные микрофорсунки, обеспечивающие сильное дробление жидкости и интенсивное перемешивание пара с жидкостью при прохождении отверстий. Тем самым отпадает необходимость обеспечивать мелкий распыл жидкости самой форсункой, целесообразно даже подавать эту жидкость в виде сплошной кольцевой конусной струи. Становится возможным применить низконапорные форсунки с большим проходным сечением, которые менее подвержены забивке, чем у высоконапорных форсунок. Кроме того, конус-вставка стабилизирует (придает устойчивость), периферийную зону факела, формируемой форсункой, либо в виде конусной плоской кольцевой струи, либо в виде раздробленной жидкости (в зависимости от типа примененной форсунки). Он является как бы своеобразным армирующим элементом для набегающей на его стенки под воздействием пара жидкости, задерживает эту жидкость от подброса паром вверх и, тем самым, предотвращает проскок неочищенного пара в каналы центробежного отбойника. От забивки отверстий перфорированного конуса солями и от кристаллизации солей на его поверхности предотвращает примененный способ подачи жидкости не снаружи, а изнутри конуса. Это обеспечивает непрерывное смачивание поверхности конуса большим (по сравнению с массой уносимых капель) количеством непрерывно обмениваемой, ненасыщенной по солям жидкости, в которую и погружаются, не достигая стенки, улавливаемые из пара пересыщенные капли. При этом происходит быстрое разбавление концентрации, так что стенка все время находится в контакте с ненасыщенной жидкостью.

Преимущества заявляемого аппарата перед известными заключаются в следующем:
- повышена степень очистки пара, по крайней мере, до 10⁴-10⁵;
- обеспечены условия для применения высокоэффективных мелкопоточных каплеуловителей в сепараторе при работе аппарата на растворах кристаллизующихся солей;
- уменьшен диаметр сепаратора и, следовательно, снижена металлоемкость и стоимость аппарата;
- повышена надежность работы аппарата в связи с исключением инкрустации солей в мелкопоточном каплеуловителе.

ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСТВОРОВ, содержащий вертикальную греющую камеру, сепаратор, подключенный к ней посредством циркуляционной трубы, размещенные в сепараторе каплеуловитель и центробежный отбойник с центральным отверстием, по оси которого установлена форсунка, соединенная с устройством для подачи исходного раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки вторичного пара за счет предотвращения кристаллизации раствора в жалюзийном каплеуловителе, сепаратор снабжен перфорированным конусом, размещенным снаружи форсунки в центральном отверстии центробежного отбойника, при этом форсунка установлена в вершине перфорированного конуса.