RU2082476C1

RU2082476C1 - Forced-circulation evaporator for aluminate solutions

Info

Publication number: RU2082476C1
Application number: RU93011212/25A
Authority: RU
Inventors: В.М. Тыртышный
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1997-06-27

Abstract

FIELD: equipment for producing alumina and soda products. SUBSTANCE: evaporator has pulp chamber, upflow circulating tube lowered down one fourth of tube diameter to bottom, upflow and downflow heating chambers, circulating pump, boiling tube, and separator. Circulation of crustless pulp through heating tubes of downflow chamber is combined with circulation of fallen coagulated crusts through circulating pump which crushes them; crystals are separated in pulp chamber due to centrifugal forces and upward flow; power requirement for procedure is 1.8 to 2 times as low. EFFECT: provision for eliminating complete clogging of downflow heating tubes, reduced specific power consumption and capital outlays for construction. 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для производства глинозема и содопродуктов, конкретно к выпарным аппаратам с индивидуальной циркуляцией для упарки алюминатных растворов с кристаллизацией солей (соды, сульфатов, поташа). The invention relates to equipment for the production of alumina and soda products, specifically to evaporators with individual circulation for evaporation of aluminate solutions with crystallization of salts (soda, sulfates, potash).

Известны выпарные аппараты с принудительной циркуляцией упаривающих алюминатные растворы с кристаллизацией соды и сульфатов [1]
Эти аппараты состоят из трубчатой греющей камеры, сепаратора с пульповой камерой и циркуляционного насоса, соединенного с трубами, с днищем пульповой камерой и трубчатой греющей камерой.Known evaporators with forced circulation evaporating aluminate solutions with crystallization of soda and sulfates [1]
These devices consist of a tubular heating chamber, a separator with a pulp chamber and a circulation pump connected to the pipes, with a bottom pulp chamber and a tubular heating chamber.

Недостатками этих аппаратов являются: ограниченность единичной мощности аппаратов производительностью пульпы в греющих трубах 2,4-2,8 м/с; большой расход электроэнергии для обеспечения циркуляции пульпы; невозможность осуществления значительного естественного циркуляционного напора из-за незначительного нагрева пульпы при в 2-3 раза большей скорости пульпы в трубах, чем в аппаратах с естественной циркуляцией. The disadvantages of these devices are: the limited unit power of the devices with pulp productivity in heating pipes of 2.4-2.8 m / s; high power consumption to ensure pulp circulation; the impossibility of a significant natural circulation pressure due to insignificant heating of the pulp at 2-3 times greater pulp speed in pipes than in devices with natural circulation.

Наиболее близким к предлагаемому является выпарной аппарат [2] в котором греющие трубки нисходящего и восходящего токов скомпонованы в две трубчатые греющие камеры и подсоединены верхними концами к днищу пульповой камеры. Трубы вскипания пульпы расположены внутри пульповой камеры. Слив пульпы осуществлен через дополнительный центробежный сгуститель для отбора более крупных кристаллов, с осуществлением закрутки потока за счет снижения скорости циркуляции пульпы через греющие трубки, что достигается установкой диафрагмы в циркуляционную трубу перед камерой для нисходящего потока. Closest to the proposed is an evaporator [2] in which the heating tubes of the downward and upward currents are arranged in two tubular heating chambers and connected with their upper ends to the bottom of the pulp chamber. The pulp boiling tubes are located inside the pulp chamber. The pulp was drained through an additional centrifugal thickener to select larger crystals, with the flow swirling due to a decrease in the speed of pulp circulation through heating tubes, which is achieved by installing a diaphragm in the circulation pipe in front of the downward flow chamber.

Недостатками аппарата являются:
подсоединение греющей камеры с трубками нисходящего хода к днищу пульповой камеры, в результате чего она выполняет роль фильтра для улавливания корок, постоянно отваливающихся со стенок сепаратора, что приводит к зарастанию в первую очередь греющих трубок нисходящего хода, а также и к усилению зарастающих греющих трубок второй камеры с трубками восходящего хода из-за снижения скорости циркуляции в результате увеличения сопротивления циркуляционного контура;
невозможность увеличения полезного объема пульповой камеры для снижения пересыщения раствора опусканием ниже верхних частей греющих камер из-за присоединения их к днищу камеры. Как показали последние исследования, увеличение объема циркулирующей пульпы значительно снижает зарастание греющих трубок и стенок аппарата с уменьшением скорости образования корок;
установка диафрагмы в циркуляционную трубу перед греющей камерой для нисходящего потока снижает скорость циркуляции пульпы в греющих трубках и повышает их зарастание или требует установки более мощного циркуляционного насоса с повышением расходов электроэнергии.The disadvantages of the apparatus are:
connecting the heating chamber with downward flow tubes to the bottom of the pulp chamber, as a result of which it acts as a filter to catch crusts constantly falling off the walls of the separator, which leads to overgrowing of the heating tubes of the downward motion, as well as to the strengthening of overgrowing heating tubes of the second cameras with upward tubes due to a decrease in the circulation speed as a result of an increase in the resistance of the circulation circuit;
the impossibility of increasing the useful volume of the pulp chamber to reduce the supersaturation of the solution by lowering the upper parts of the heating chambers due to their attachment to the bottom of the chamber. As recent studies have shown, an increase in the volume of circulating pulp significantly reduces the overgrowth of heating tubes and apparatus walls with a decrease in the rate of crust formation;
installing a diaphragm in the circulation pipe in front of the heating chamber for downward flow reduces the speed of pulp circulation in the heating pipes and increases their overgrowing or requires the installation of a more powerful circulation pump with increased energy consumption.

Целью изобретения является обеспечение работоспособности выпарного аппарата с принудительной циркуляцией за счет исключения забивки трубок корками в греющей камере нисходящего потока, осуществление сепарации кристаллов в восходящие потоке пульпы непосредственно в пульповой камере аппарата с исключением затрат электроэнергии на организацию центробежной сепарации кристаллов в дополнительном сгустителе при аппарате-прототипе и сокращение капитальных затрат на строительство здания за счет сокращения высоты аппарата, опусканием пульповой камеры ниже верхних частей греющих камер. The aim of the invention is to ensure the efficiency of the evaporator with forced circulation by eliminating clogging of the tubes with crusts in the heating chamber of the downward flow, the separation of crystals in the upward flow of pulp directly in the pulp chamber of the apparatus with the exception of the cost of electricity for the organization of centrifugal separation of crystals in an additional thickener with the prototype apparatus and reduction of capital costs for the construction of the building by reducing the height of the apparatus, lowering the PU povoy chamber below the upper parts of the heating chambers.

Цель достигается тем, что в выпарном аппарате с принудительной циркуляцией, включающем циркуляционный насос, две греющие трубчатые камеры, расположенные на всасе и нагнетании насоса, трубы вскипания пульповой камеры с днищем и сепаратора, греющие камеры соединены трубами с верхней частью пульповой камеры, причем трубопровод подачи пульпы в греющую камеру перед насосом опущен в пульповую камеру до расстояния 1-4 диаметра трубопровода от днища, а днище соединено трубопроводами с циркуляционным насосом. The goal is achieved in that in a forced circulation evaporator including a circulation pump, two heating tube chambers located at the suction and discharge of the pump, boiling pipes of the pulp chamber with a bottom and a separator, heating chambers are connected by pipes to the upper part of the pulp chamber, and pulp into the heating chamber in front of the pump is lowered into the pulp chamber to a distance of 1-4 pipe diameters from the bottom, and the bottom is connected by pipelines to the circulation pump.

Сущность изобретения заключается в удалении тонких отваливающихся от стенок корок из потока на греющую камеру с нисходящим потоком за счет отсоединения камеры от днища и в размоле непрочных корок с помощью циркуляционного насоса, а также в осуществлении сепарации кристаллов в восходящем потоке над днищем пульповой камеры и компоновке аппарата, позволяющей за счет присоединения греющих камер в верхней части пульповой камеры увеличивать полезный объем пульповой камеры для снятия аппарата (подсоединение камер к днищу в прототипе не позволяет опускать пульповую камеру). The essence of the invention lies in the removal of thin crusts falling off from the walls from the flow onto a heating chamber with a downward flow by disconnecting the chamber from the bottom and grinding fragile crusts using a circulation pump, as well as in the separation of crystals in an upward flow above the bottom of the pulp chamber and the layout of the apparatus , allowing due to the connection of heating chambers in the upper part of the pulp chamber to increase the useful volume of the pulp chamber for removing the apparatus (connecting the cameras to the bottom in the prototype is not it lowers to lower the pulp chamber).

На фиг.1 изображен предлагаемый выпарной аппарат; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1 shows the proposed evaporator; figure 2 section aa in figure 1.

Выпарной аппарат содержит пульповую камеру 1 с днищем, преимущественно коническим 2, циркуляционную трубу 3, расположенную внутри пульповой камеры на расстоянии в пределах 1-4 от днища 2, греющую камеру с нисходящим ходом пульпы в греющих трубках 4, трубу отвода готовой пульпы 5 из днища 2, циркуляционный насос 6, греющую камеру восходящего потока 7, трубу вскипания с направляющими лопатками 8, сепаратор 9, циркуляционную трубу 10 для циркуляции корок через насос 6 со штуцером подачи исходного раствора 11. The evaporator contains a pulp chamber 1 with a bottom, mainly conical 2, a circulation pipe 3 located inside the pulp chamber at a distance of 1-4 from the bottom 2, a heating chamber with a downward movement of the pulp in the heating tubes 4, a pipe for removing the finished pulp 5 from the bottom 2, the circulation pump 6, the heating chamber of the upward flow 7, the boiling pipe with guide vanes 8, the separator 9, the circulation pipe 10 for circulating crusts through the pump 6 with the supply pipe of the initial solution 11.

Аппарат работает следующим образом: пульпа из пульповой камеры 1 с коническим днищем 2 по циркуляционной трубе 3 поступает в греющую камеру с трубками нисходящего потока 4. The apparatus operates as follows: the pulp from the pulp chamber 1 with a conical bottom 2 through the circulation pipe 3 enters the heating chamber with downward flow tubes 4.

Во время поворота пульпы перед входом в трубу 3 на кристаллы, под действием восходящего потока раствора мелкие кристаллы увлекаются вверх в трубу 3, а более тяжелые под собственным весом оседают в конус и выводятся с готовой пульпой по трубе 5. В зависимости от расстояния трубы 3 от днища может регулироваться гранулометрический состав выводимой пульпы. Уменьшение расстояния ниже 1 диаметра трубы 3 от конца до днища нежелательно из-за увеличения сопротивления и снижения скорости циркуляции пульпы, а увеличение расстояния более 4 диаметров начнет заметно снижать полезный объем пульпы с перемешиванием за счет циркуляции (перемешивание пульпы интенсифицирует процесс снятия пересыщения раствора, необходимое для снижения зарастания аппарата и улучшения кристаллизации осадка). During the rotation of the pulp before entering the pipe 3 onto the crystals, under the action of an upward flow of the solution, small crystals are entrained upward into the pipe 3, while heavier ones, under their own weight, settle into the cone and are removed with the finished pulp through the pipe 5. Depending on the distance of the pipe 3 from the bottom can be regulated by the granulometric composition of the output pulp. A decrease in the distance below 1 pipe diameter 3 from the end to the bottom is undesirable due to an increase in resistance and a decrease in the pulp circulation speed, and an increase in the distance of more than 4 diameters will begin to noticeably reduce the useful volume of the pulp with mixing due to circulation (mixing the pulp intensifies the process of removing the supersaturation of the solution, which is necessary to reduce the overgrowth of the apparatus and improve the crystallization of sediment).

Далее пульпа после предварительного нагрева поступает на всас циркуляционного насоса 6 и от него в греющую камеру восходящего потока 7. После двойного нагрева, несмотря на большую скорость потока, пульпа на выходе из греющей камеры 7 получает достаточный перегрев для образования естественного напора в помощь насосу, при вскипании в трубе 8 за счет разности удельных весов столбов пульпы в пульповой камере и кипящей пульпе в трубе 8. Then, after preheating, the pulp enters the suction of the circulation pump 6 and from it into the heating chamber of the upward flow 7. After double heating, despite the high flow rate, the pulp at the outlet of the heating chamber 7 receives sufficient overheating to form a natural pressure to help the pump, boiling in the pipe 8 due to the difference in the specific gravities of the columns of pulp in the pulp chamber and boiling pulp in the pipe 8.

Тангенциальная врезка трубы вскипения 8 в пульповую камеру на границе с сепаратором 9 позволяет в верхней части камеры за счет большей скорости вращения пульпы и возникающих при этом центробежных сил осуществить отделение пара от пульпы при наименьшем брызгоуносне, чем в прототипе, и предварительно отсепарировать к стенке камеры 1 корки, комки и более крупные кристаллы осадка. По выполнении этой задачи дальнейшее вращение потока нежелательно, т.к. оно приводит к образованию воронки, снижающей скорость циркуляции пульпы. The tangential insertion of the boiling pipe 8 into the pulp chamber at the border with the separator 9 allows, in the upper part of the chamber, due to the greater rotational speed of the pulp and the resulting centrifugal forces, to separate the steam from the pulp with the smallest spraying than in the prototype, and to previously separate it to the chamber wall 1 crusts, lumps and larger crystals of sediment. To complete this task, further rotation of the flow is undesirable, because it leads to the formation of a funnel, reducing the speed of circulation of the pulp.

Размещение циркуляционной трубы 3 внутри пульповой камеры и ниже ввода трубы вскипания позволяет затормозить вращение потока. Отвалившиеся корки, прижатые предварительно к стенке, опустятся с наибольшим расстоянием от входа в трубу 3 в конце днища и по циркуляционной трубе 10 вместе с исходным раствором поступают на насос 6. При прохождении корок через насос осуществляется разлом непрочных тонких корок и части крупных кристаллов. Диаметр циркуляционной трубы 10 обеспечивает прохождение наибольших корок, обычно не превышающих в ширину 100-120 мм. Подача обычно недогретого исходного раствора в начале трубы 10 через штуцер 11 позволяет в значительной мере заместить поток пульпы с крупными кристаллами на ненасыщенный исходный раствор, который исключает зарастание стенок трубы с обеспечением ее работоспособности при малом диаметре, частично снижает прочность тонких 1-3 мм корок за счет их растворения и в какой-то мере улучшает работу насоса 6 за счет снижения кавитации при подаче на него более холодного раствора. The placement of the circulation pipe 3 inside the pulp chamber and below the input of the boiling pipe allows you to slow down the rotation of the stream. The fallen crusts, previously pressed against the wall, will fall with the greatest distance from the entrance to the pipe 3 at the end of the bottom and through the circulation pipe 10 together with the initial solution enter pump 6. When crusts pass through the pump, the fragile thin crusts and some large crystals are broken. The diameter of the circulation pipe 10 allows the passage of the largest crusts, usually not exceeding a width of 100-120 mm. The supply of a usually pre-heated initial solution at the beginning of the pipe 10 through the nozzle 11 allows to significantly replace the flow of pulp with large crystals with an unsaturated initial solution, which prevents the walls of the pipe from overgrowing with a small diameter, partially reduces the strength of thin 1-3 mm crusts per due to their dissolution and to some extent improves the operation of the pump 6 by reducing cavitation when a colder solution is supplied to it.

В редких случаях значительно перегретого исходного раствора подачу его желательно осуществить в начале трубы вскипания 8, т.к. это увеличит естественный циркуляционный напор в помощь насосу. In rare cases, significantly overheated source solution, it is desirable to supply it at the beginning of the boiling pipe 8, because this will increase the natural circulation pressure to help the pump.

Греющий пар поступает в верхнюю часть из нижней части. Вторичный пар отводится из сепаратора 9. Вывод готовой пульпы по трубе 5 с наиболее крупными кристаллами на уровне нижней кромки трубы вскипания 8 с разрывом струи за счет соединения с паровым пространством сепаратора 9 обеспечивает оптимальный уровень пульпы в пульповой камере 1. Heating steam enters the upper part from the lower part. Secondary steam is discharged from the separator 9. The output of the finished pulp through the pipe 5 with the largest crystals at the level of the lower edge of the boiling pipe 8 with a jet break due to the connection with the vapor space of the separator 9 provides the optimal level of pulp in the pulp chamber 1.

Как показал поиск по источникам научно-технической информации - отличительными признаки заявленного решения являются: соединение греющих камер трубами с верхней частью пульповой камеры, с опусканием трубопровода подачи пульпы в греющую камеру перед насосом до расстояния 1-4 диаметра трубы от днища, а днище соединено трубопроводом с циркуляционным насосом. As a search by sources of scientific and technical information showed, the distinguishing features of the claimed solution are: the connection of the heating chambers with pipes to the upper part of the pulp chamber, with the lowering of the pulp supply pipe into the heating chamber in front of the pump to a distance of 1-4 pipe diameters from the bottom, and the bottom is connected by a pipeline with circulation pump.

На одном глиноземном заводе, как и на других заводах, использовались для упарки алюминатного раствора, после первой стадии упарки в концентрирующих батареях, выпарные аппараты с принудительной циркуляцией, состоящие из пульповой камеры одной греющей камеры восходящего потока циркуляционного насоса и сепаратора. At one alumina refinery, as well as at other refineries, evaporators with forced circulation, consisting of a pulp chamber of one heating chamber of an upward flow of a circulation pump and a separator, were used to evaporate the aluminate solution, after the first stage of evaporation in concentrating batteries.

Аппарат промывался водой раз в сутки и раз в десять дней останавливался для размывки полностью забитых содой и сульфатами части греющих трубок с помощью резиновых шлангов. При поверхности нагрева аппарата 250 м² был установлен циркуляционный насос с электродвигателем мощностью 250 кВт.The apparatus was washed with water once a day and stopped every ten days to wash out part of the heating tubes completely clogged with soda and sulfates using rubber hoses. With a heating surface of the apparatus of 250 m ² , a circulation pump with an electric motor with a power of 250 kW was installed.

Попытка использования греющих трубок с нисходящим ходом с подсоединением к днищу пульповой камеры в несколько раз увеличило забивку корками греющих трубок, что резко ухудшило работу аппарата. An attempt to use heating tubes with a downward stroke and connecting to the bottom of the pulp chamber several times increased the clogging of the heating tubes with crusts, which sharply worsened the operation of the apparatus.

Подсоединение греющей камеры поверхностью нагрева 155 м² к верхней части пульповой камеры с опусканием циркуляционной трубы внутри камеры до днища с установкой циркуляционной трубы от днища камеры до насоса в соответствии с прилагаемым чертежом заявки впервые полностью исключило полное зарастание греющих трубок нисходящего хода и трудоемкую длительную размывку их резиновыми шлангами.The connection of the heating chamber with a heating surface of 155 m ² to the upper part of the pulp chamber with lowering of the circulation pipe inside the chamber to the bottom with the installation of the circulation pipe from the bottom of the chamber to the pump in accordance with the attached drawing of the application for the first time completely eliminated the complete overgrowing of the heating tubes of the downward stroke and their laborious long washing out rubber hoses.

Полученный дополнительный нагрев пульпы после греющей камеры с нисходящим ходом обеспечил получение естественного напора в трубе вскипания с компенсацией сопротивления дополнительной камеры, при этом удельный расход электроэнергии на 1 м² поверхности нагрева сократился в 1,82 раза.The obtained additional heating of the pulp after the heating chamber with a downward stroke provided natural pressure in the boiling pipe with compensation of the resistance of the additional chamber, while the specific energy consumption per 1 m ^{2 of} the heating surface was reduced by 1.82 times.

Коэффициент теплопередачи вырос на 20% и сокращены капитальные затраты на установку дополнительного выпарного аппарата вместе с зданием стоимостью около одного миллиона рублей. The heat transfer coefficient increased by 20% and the capital costs of installing an additional evaporator together with a building worth about one million rubles were reduced.

Claims

Forced circulation evaporator for aluminate solutions, including a circulation pump, two heating tube chambers located on the suction and discharge lines of the pump, pulp boiling pipes, a pulp chamber with a bottom and a separator, characterized in that the heating chambers are connected by pipes to the upper part of the pulp chamber moreover, the pipeline for supplying pulp to the heating chamber in front of the pump is lowered into the pulp chamber at a distance of 1 4 of the diameter of the pipeline from the bottom, and the bottom is connected by a pipe to the circulation Sos.