RU58939U1

RU58939U1 - CRYSTAL UNIT

Info

Publication number: RU58939U1
Application number: RU2005136574/22U
Authority: RU
Inventors: Виталий Иосифович Васильев; Владимир Петрович Напольских; Леон Игнатьевич Трофимов; Владимир Григорьевич Шмелев
Original assignee: Виталий Иосифович Васильев; Владимир Петрович Напольских; Леон Игнатьевич Трофимов; Владимир Григорьевич Шмелев
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-12-10

Abstract

Использование: для концентрирования кристаллизующихся растворов Сущность полезной модели: Выпарной аппарат-кристаллизатор содержит сепаратор, циркуляционный насос, греющую камеру, верхняя растворная камера которой соединена с трубой вскипания, установленной по оси сепаратора, а нижняя растворная камера сообщена циркуляционной трубой с днищем сепаратора. К верхней части сепаратора присоединена паровая труба сливного бачка, имеющего отводящую и сливную трубы. Новым в аппарате является то, что циркуляционный насос выполнен вертикальным и размещен в нижней растворной камере, отводящая труба одним концом введена внутрь бачка, а другим сообщена с нижней растворной частью сепаратора, сливная труба подсоединена к днищу сливного бачка, а размеры сепаратора ниже рабочего уровня раствора определяются соотношениемUsage: for concentrating crystallized solutions The essence of the utility model: The evaporator-crystallizer contains a separator, a circulation pump, a heating chamber, the upper solution chamber of which is connected to the boiling pipe installed along the axis of the separator, and the lower solution chamber is connected by a circulation pipe to the bottom of the separator. To the upper part of the separator is attached a steam pipe of a drain tank having a discharge and drain pipe. New in the apparatus is that the circulation pump is vertical and placed in the lower solution chamber, the outlet pipe is inserted into the tank at one end and the separator is connected to the bottom of the separator at the other end, the drain pipe is connected to the bottom of the drain tank, and the dimensions of the separator are lower than the working level of the solution are determined by the relation

где D - диаметр корпуса сепаратора, м;where D is the diameter of the separator body, m;

h_pc - расстояние от рабочего уровня раствора до днища сепаратора, м;h _pc is the distance from the working level of the solution to the bottom of the separator, m;

Q - производительность циркуляционного насоса, м³/ч.Q - productivity of the circulation pump, m ³ / h.

Кроме того, сливной бачок может быть снабжен смотровыми стеклами с промывными трубками, а отводящая, сливная и паровая трубы могут быть снабжены запорными устройствами, причем на сливной трубе до и после запорного устройства установлены патрубки для подвода пара, оснащенные запорными устройствами. Патрубок для подвода исходного раствора сообщен с кольцевым распределителем, установленным в In addition, the drain tank can be equipped with sight glasses with flushing pipes, and the outlet, drain and steam pipes can be equipped with shut-off devices, and on the drain pipe before and after the shut-off device there are steam connections equipped with shut-off devices. The pipe for supplying the initial solution is in communication with an annular distributor installed in

верхней части сепаратора и имеющим отверстия или насадки, направленные на внутренние стенки сепаратора. В верхней части сепаратора над кольцевым распределителем исходного раствора установлен патрубок для подвода промывной воды, сообщенный с кольцевым распределителем промывной воды, имеющим отверстия или насадки, направленные на внутренние стенки сепаратора.the upper part of the separator and having holes or nozzles directed to the inner walls of the separator. In the upper part of the separator above the annular distributor of the initial solution, a nozzle for supplying washing water is installed, in communication with the annular distributor of washing water having openings or nozzles directed to the inner walls of the separator.

Description

Полезная модель относится к выпарному оборудованию для концентрирования кристаллизующихся растворов и может быть использована в химической промышленности, а также в других отраслях техники.The utility model relates to evaporation equipment for the concentration of crystallizable solutions and can be used in the chemical industry, as well as in other branches of technology.

Для выпаривания кристаллизующихся растворов широко используют выпарные аппараты с принудительной циркуляцией, в которых интенсивная (со скоростью 2-2,5 м/с) циркуляция выпариваемого раствора через греющие трубки создается циркуляционным насосом, расположенным горизонтально (см., например, книгу Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств. М. Изд. Машиностроение. 1975. стр.205, рис.57). Известный аппарат содержит нагревательную камеру, сепаратор, циркуляционную трубу. Принудительная циркуляция создает благоприятные условия для уменьшения отложения солей на поверхности теплообменных трубок. Недостатком этого аппарата наряду с другими, свойственными аппаратам с горизонтальным циркуляционным насосом, является отсутствие необходимого растворного объема и размещение патрубка для вывода упаренного раствора практически в потоке кипящего раствора, выходящего из теплообменных трубок, что неизбежно вызывает интенсивную инкрустацию нижней части сепаратора и закупоривание образующимися отложениями патрубка для вывода упаренного раствора. Это обуславливает частую остановку аппарата для промывки.For evaporation of crystallizing solutions, forced circulation evaporators are widely used, in which intensive (at a speed of 2-2.5 m / s) circulation of the evaporated solution through heating tubes is created by a circulation pump located horizontally (see, for example, I. Chernobylsky's book Machines and apparatuses for chemical production. M. Publishing House. Mechanical Engineering. 1975. p.205, Fig. 57). The known apparatus contains a heating chamber, a separator, a circulation pipe. Forced circulation creates favorable conditions to reduce the deposition of salts on the surface of heat transfer tubes. The disadvantage of this apparatus, along with other typical devices with a horizontal circulation pump, is the lack of the required solution volume and the placement of the nozzle for withdrawing one stripped off solution practically in the boiling solution stream leaving the heat exchange tubes, which inevitably causes intensive inlaying of the bottom of the separator and clogging by the formed deposits of the nozzle to remove one stripped off solution. This causes a frequent stop of the flushing apparatus.

Более рационально выполнен вывод упаренного раствора в известном кристаллизаторе, представляющем собой выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, осуществляемой горизонтальным циркуляционным насосом (см. патент РФ №1457200, МПК В 01 D 9/02, публ. 10.06.96 г., заявка №4233686/23-26, приор. 23.04.87 г., фиг.2). Известный выпарной A more rational conclusion was made of the stripped off solution in a known crystallizer, which is an evaporator with forced circulation carried out by a horizontal circulation pump (see RF patent No. 1457200, IPC B 01 D 9/02, publ. 06/10/96, application No. 4233686 / 23-26, prior. 04.23.87, figure 2). Famous vaporizer

аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с трубой вскипания, циркуляционного насоса, опускной и напорной труб, образующих циркуляционный контур, патрубка для подачи исходного раствора, сливного бачка (емкости), определяющего рабочий уровень раствора в сепараторе, с паровой, отводящей и сливной трубами, паровая труба которого присоединена к верхней части сепаратора. В этом аппарате упаренный раствор отводится через емкость - сливной бачок, вынесенный из сепаратора и сообщающийся с аппаратом посредством отводящей трубы, один конец которой соединен с напорным патрубком циркуляционного насоса, а другой - с конусным днищем сливного бачка. Вывод раствора из бачка осуществляется через сливную трубу, врезанную внутрь его вертикально. Предполагается, что верхний конец сливной трубы, через который переливается выводимый раствор, будет определять уровень раствора в сепараторе. Для предупреждения возникновения большого перепада давлений между аппаратом и бачком, препятствующего сливу, верхняя часть сливного бачка соединена с паровым пространством сепаратора паровой трубой. При такой системе вывода упаренного раствора в ней можно создать условия, при которых инкрустации на стенках отводящих труб и закупоривание их сгустками кристаллов будут незначительными. Однако эти условия в известном аппарате не выполняются полностью. Этот аппарат является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту и принят в качестве, прототипа. Циркуляционный насос, размещенный в аппарате - прототипе горизонтально непосредственно на входе в нижнюю растворную полость греющей камеры, подает выпариваемый раствор снизу в теплообменные трубки, где раствор, двигаясь со скоростью 1,5-3,0 м/с, перегревается на 2-4°С. Из верхней растворной полости перегретый раствор поступает в трубу вскипания и вскипает. Кипящая смесь из трубы выходит под уровень раствора в сепараторе и разделяется: образующийся вторичный пар поднимается в паровое пространство сепаратора и the apparatus consists of a heating chamber, a separator with a boiling pipe, a circulation pump, a downcomer and a pressure pipe forming a circulation circuit, a nozzle for supplying an initial solution, a drain tank (tank) that determines the working level of the solution in the separator, with a steam, discharge and drain pipes, whose steam pipe is attached to the top of the separator. In this apparatus, one stripped off solution is discharged through a container - a drain tank removed from the separator and communicating with the device through a discharge pipe, one end of which is connected to the pressure port of the circulation pump and the other to the conical bottom of the drain tank. The solution is withdrawn from the tank through a drain pipe cut vertically inside it. It is assumed that the upper end of the drain pipe through which the outlet solution is poured will determine the level of the solution in the separator. To prevent the occurrence of a large pressure drop between the apparatus and the tank, which prevents draining, the upper part of the drain tank is connected to the steam space of the separator by a steam pipe. With such a stripping solution withdrawal system, it is possible to create conditions in it under which incrustations on the walls of the outlet pipes and clogging of them with crystal clumps will be insignificant. However, these conditions in the known apparatus are not fully satisfied. This device is the closest to the claimed technical essence and the achieved effect and adopted as a prototype. The circulation pump placed in the prototype apparatus horizontally directly at the entrance to the lower mortar cavity of the heating chamber supplies the evaporated solution from below to the heat transfer tubes, where the solution, moving at a speed of 1.5-3.0 m / s, overheats by 2-4 ° FROM. From the upper solution cavity, the superheated solution enters the boiling pipe and boils. The boiling mixture from the pipe goes below the level of the solution in the separator and is separated: the resulting secondary steam rises into the vapor space of the separator and

выводится через патрубок в верхнем днище сепаратора, а пересыщенный по солям раствор опускается вниз по растворному пространству сепаратора. Вследствие пересыщения в опускающемся растворе образуются кристаллы солей, содержащихся в циркулирующем растворе. Из нижней части сепаратора образовавшаяся суспензия поступает в циркуляционную трубу и по ней отводится в нижнюю часть нижней растворной полости и циркуляционным насосом вновь нагнетается в теплообменные трубки. Часть циркулирующего раствора с кристаллами (суспензии) из циркуляционной трубы от напорного патрубка циркуляционного насоса отводится в нижнюю часть сливного бачка по отводящей трубе, и в корпусе сливного бачка поднимается вверх до верхнего обреза сливной трубы, через который переливается, и отводится из аппарата. Таким образом, место перелива должно определять и стабилизировать положение уровня раствора в сепараторе.it is discharged through the nozzle in the upper bottom of the separator, and the solution, supersaturated in salts, is lowered down the solution space of the separator. Due to supersaturation in a falling solution, crystals of salts contained in the circulating solution are formed. From the lower part of the separator, the resulting suspension enters the circulation pipe and is discharged through it to the lower part of the lower solution cavity and is again pumped into the heat exchange tubes by the circulation pump. A part of the circulating solution with crystals (suspension) from the circulation pipe from the discharge pipe of the circulation pump is discharged to the lower part of the drain tank through the discharge pipe, and in the case of the drain tank rises up to the upper edge of the drain pipe through which it is poured, and is discharged from the apparatus. Thus, the overflow site should determine and stabilize the position of the solution level in the separator.

Недостатки прототипа заключаются в недостаточном объеме растворного пространства. При недостаточном объеме раствора в процессе работы аппарата пересыщение в растворе не успевает сниматься, то есть кристаллы солей не успевают образовываться, пересыщение нарастает и происходит интенсивная инкрустация внутренних поверхностей сепаратора, циркуляционной трубы и теплообменных трубок. На стенках образуется толстый слой инкрустации кристаллизующихся солей, который периодически отваливается. Образовавшиеся пластины и куски потоком раствора уносятся в нижнюю растворную полость и закупоривают нижние концы теплообменных трубок, образуя пробки и сокращая тем самым фактическую поверхность теплопередачи и производительность выпарного аппарата. Межпромывочный пробег выпарных батарей составляет 10-40 смен (см. книгу Варламов М.Л. и др. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. М., «Химия», 1977, с.87). Полностью забитые трубки промывают «водяной иглой» - потоком конденсата через шланг и The disadvantages of the prototype are the insufficient volume of mortar space. With an insufficient volume of the solution during operation of the apparatus, the supersaturation in the solution does not have time to be removed, that is, salt crystals do not have time to form, the supersaturation increases and intensive inlay of the inner surfaces of the separator, circulation pipe and heat transfer tubes occurs. A thick layer of inlaid crystallizing salts forms on the walls, which periodically falls off. The resulting plates and pieces are carried by the flow of solution into the lower solution cavity and clog the lower ends of the heat exchange tubes, forming plugs and thereby reducing the actual heat transfer surface and the efficiency of the evaporator. The inter-flushing run of evaporated batteries is 10–40 shifts (see the book by ML Varlamov and others. Production of soda ash and potash in the integrated processing of nepheline raw materials. M., Chemistry, 1977, p. 87). Completely clogged tubes are washed with a “water needle” - a stream of condensate through the hose and

подсоединяемую к нему трубку малого диаметра. Для создания этого потока конденсата используют высоконапорные насосы. Таким образом, помимо снижения производительности имеют место потери времени на мойку и чистку, а также затраты, связанные с утилизацией промывных растворов.a small diameter pipe connected to it. High pressure pumps are used to create this condensate stream. Thus, in addition to a decrease in productivity, there are losses of time for washing and cleaning, as well as costs associated with the disposal of washing solutions.

Особо значительные инкрустации имеют место в полосе, где происходят колебания уровня раствора в сепараторе, обусловленные тем, что здесь пересыщение раствора наиболее значительно, а при оголении поверхности происходит высыхание пленки раствора на стенке. В паровом пространстве сепаратора соли отлагаются из капель раствора, попадающих на стенку и высыхающих на ней.Particularly significant inlays occur in the band where the level of the solution in the separator fluctuates, due to the fact that here the supersaturation of the solution is most significant, and when the surface is exposed, the solution film dries on the wall. In the vapor space of the separator, salts are deposited from solution droplets that fall onto the wall and dry on it.

Другим местом интенсивной кристаллизации солей на внутренних стенках является сливной бачок (фонарь), отводящая и сливная трубы, чистка и мойка которых требует демонтажа сливного бачка и коммуникаций. Причем наблюдения показывают, что незначительные отложения, если их немедленно не устранить, через непродолжительное время превращаются в толстые отложения, занимающие большие площади поверхности.Another place of intense crystallization of salts on the inner walls is the drain tank (lantern), the outlet and drain pipes, the cleaning and washing of which requires the dismantling of the drain tank and communications. Moreover, observations show that insignificant deposits, if they are not immediately eliminated, after a short time turn into thick deposits, occupying large surface areas.

Кроме того, недостатками аппарата-прототипа, как и любого выпарного аппарата с горизонтально установленным циркуляционным насосом, являются необходимость для размещения значительных производственных площадей, а также быстрый износ подшипников и сальниковых уплотнений вала, обусловленный большими радиальными нагрузками на вал от рабочего колеса, закрепленного на конце вала, и радиальными колебаниями горизонтального вала при работе аппарата. Если в процессе работы кристаллизатора происходит даже кратковременная остановка насоса, взвешенные в выпариваемом растворе кристаллы оседают в насос, схватываются в плотную массу и блокируют крыльчатку циркуляционного насоса. При этом для повторного запуска аппарата в In addition, the disadvantages of the prototype apparatus, as well as any evaporator with a horizontally mounted circulation pump, are the need to accommodate significant production areas, as well as the rapid wear of bearings and shaft packing, due to the large radial loads on the shaft from the impeller mounted on the end shaft, and radial vibrations of the horizontal shaft during operation of the apparatus. If even a short stop of the pump occurs during the operation of the crystallizer, the crystals suspended in the evaporated solution are deposited in the pump, seized in a dense mass and block the impeller of the circulation pump. At the same time, to restart the device in

работу необходимо опорожнить его от раствора и растворить монолит осевших кристаллов.the work is necessary to empty it from the solution and dissolve the monolith of the settled crystals.

Наконец, практика показывает, что для надежной и продолжительной работы важным является место подсоединения отводящей трубы сливного бачка (фонаря) к аппарату. При большой протяженности подводящей трубы, как это имеет место в прототипе, происходит переохлаждение проходящего по ней раствора и, как следствие, образование инкрустаций на внутренних поверхностях, сужение проточной части и закупоривание ее сгустками кристаллов.Finally, practice shows that for reliable and continuous operation, it is important to connect the outlet pipe of the drain tank (lantern) to the device. With a large length of the supply pipe, as is the case in the prototype, there is a supercooling of the solution passing through it and, as a result, the formation of inlays on the internal surfaces, the narrowing of the flow part and clogging of it with clumps of crystals.

Недостатком прототипа является также то, что труба, отводящая раствор к сливному бачку, подсоединена к нагнетательному патрубку циркуляционного насоса. Это предопределяет неустойчивую и неэффективную работу аппарата, так как при таком подсоединении вследствие действия насоса реальный уровень раствора в сепараторе будет существенно ниже рационального расчетного, определяемого горизонтальной плоскостью, проходящей через обрез сливной трубы. Соответственно, объем раствора в сепараторе будет меньше значений, необходимых для завершения процесса кристаллизации, что является причиной интенсивной инкрустации внутренних поверхностей аппарата.The disadvantage of the prototype is that the pipe that discharges the solution to the drain tank is connected to the discharge pipe of the circulation pump. This determines the unstable and inefficient operation of the apparatus, since with such a connection, due to the action of the pump, the actual solution level in the separator will be significantly lower than the rational calculated level determined by the horizontal plane passing through the edge of the drain pipe. Accordingly, the volume of solution in the separator will be less than the values necessary to complete the crystallization process, which is the reason for the intensive inlay of the internal surfaces of the apparatus.

Изучение причин неудовлетворительной работы выпарного аппарата-прототипа, как и других аппаратов с принудительной циркуляцией, позволило авторам предлагаемой полезной модели разработать технические решения, позволяющие устранить указанные недостатки.The study of the reasons for the unsatisfactory operation of the prototype evaporation apparatus, as well as other apparatus with forced circulation, allowed the authors of the proposed utility model to develop technical solutions to eliminate these drawbacks.

Целью создания полезной модели является повышение производительности выпарного аппарата-кристаллизатора с принудительной циркуляцией путем увеличения межпромывочного периода его работы, а также предупреждение массового образования инкрустаций на стенках сепаратора и сливной емкости. Кроме того, полезная модель позволит контролировать зарастание трубопроводов для вывода упаренного раствора и появление отложений на стенках сепаратора при значительных The purpose of creating a utility model is to increase the productivity of the evaporator-crystallizer with forced circulation by increasing the interwashing period of its operation, as well as preventing the mass formation of inlays on the walls of the separator and the drain tank. In addition, the utility model will allow to control overgrowing of pipelines to remove one stripped off solution and the appearance of deposits on the walls of the separator with significant

нарушениях технологического режима работы аппарата, а также обеспечит возможность оперативного удаления образовавшихся небольших кристаллических отложений без остановки аппарата.violations of the technological mode of operation of the apparatus, as well as provide the ability to quickly remove the formed small crystalline deposits without stopping the apparatus.

Заявляемый выпарной аппарат, как и прототип, содержит греющую камеру с верхней и нижней растворными камерами, соединенными с сепаратором. Верхняя растворная камера сообщена с трубой вскипания, размещенной по оси сепаратора, а нижняя растворная камера, включающая циркуляционный насос, сообщена циркуляционной трубой с днищем сепаратора. Выпарной аппарат снабжен патрубком для подвода исходного раствора, а также сливным бачком с паровой, отводящей и сливной трубами, который определяет положение уровня раствора в сепараторе. Паровая труба бачка соединена с сепаратором.The inventive evaporator, as well as the prototype, contains a heating chamber with upper and lower solution chambers connected to the separator. The upper solution chamber is in communication with a boiling pipe placed along the axis of the separator, and the lower solution chamber, including a circulation pump, is communicated with a circulation pipe with the bottom of the separator. The evaporator is equipped with a nozzle for supplying the initial solution, as well as a drain tank with steam, discharge and drain pipes, which determines the position of the solution level in the separator. The steam pipe of the tank is connected to the separator.

Новым в заявляемом аппарате является то, что циркуляционный насос выполнен вертикальным и размещен в нижней растворной камере, отводящая труба одним концом введена внутрь сливного бачка, а другим концом сообщена с нижней частью сепаратора у днища, сливная труба соединена с днищем сливного бачка, а размеры сепаратора ниже рабочего уровня раствора и производительность циркуляционного насоса рассчитывают из условия выполнения равенстваNew in the claimed apparatus is that the circulation pump is made upright and placed in the lower solution chamber, the outlet pipe is inserted at one end into the drain tank, and the other end is connected to the bottom of the separator at the bottom, the drain pipe is connected to the bottom of the drain tank, and the dimensions of the separator below the working level of the solution and the performance of the circulation pump is calculated from the condition of equality

Кроме того, сливной бачок может быть снабжен смотровыми стеклами с промывными трубками. Отводящая, сливная и паровая трубы оснащены запорными устройствами, причем на сливной трубе перед и после запорного устройства установлены патрубки для подвода пара, снабженные запорными устройствами. В верхней части сепаратора можно разместить кольцевой распределитель, сообщенный с патрубком для подвода In addition, the drain tank can be equipped with sight glasses with flushing tubes. The outlet, drain and steam pipes are equipped with shut-off devices, and on the drain pipe before and after the shut-off device, nozzles for supplying steam are equipped with shut-off devices. In the upper part of the separator it is possible to place an annular distributor in communication with a nozzle for supply

исходного раствора и имеющий отверстия или насадки, направленные на внутреннюю стенку сепаратора. Аппарат может быть снабжен патрубком для подвода промывной воды, сообщенным с кольцевым распределителем, установленным над распределителем исходного раствора. Распределитель промывной воды снабжен отверстиями или насадками, направленными на внутреннюю стенку сепаратора.initial solution and having holes or nozzles directed to the inner wall of the separator. The apparatus can be equipped with a nozzle for supplying washing water in communication with an annular distributor installed above the distributor of the initial solution. The wash water distributor is provided with holes or nozzles directed to the inner wall of the separator.

На прилагаемом к заявке рисунке представлен вариант выполнения заявляемого технического решения. Выпарной аппарат-кристаллизатор содержит греющую камеру 1, верхнюю растворную камеру 2, соединенную с трубой вскипания 3, установленной по оси сепаратора 4. В нижней растворной камере 5, соединенной циркуляционной трубой 6 с днищем 7 сепаратора 4, размещен вертикальный циркуляционный насос 8. Выпарной аппарат снабжен сливным бачком 9 с паровой 10, отводящей (переливной) 11 и сливной 12 трубами. Паровая труба 10 соединена с паровым пространством сепаратора 4. Отводящая труба 11 верхним концом введена внутрь бачка 9, а нижним концом сообщена с нижней растворной частью сепаратора 4 над днищем 7. Сливная труба 12 соединена с днищем сливного бачка 9. Еще одним отличием кристаллизатора является то, что размеры сепаратора ниже рабочего уровня раствора и производительность циркуляционного насоса рассчитывают из условия выполнения равенстваThe figure attached to the application shows an embodiment of the claimed technical solution. The crystallization evaporator apparatus includes a heating chamber 1, an upper solution chamber 2 connected to a boiling pipe 3 mounted along the axis of the separator 4. In the lower solution chamber 5, connected by a circulation pipe 6 to the bottom 7 of the separator 4, a vertical circulation pump 8. is placed equipped with a drain tank 9 with steam 10, outlet (overflow) 11 and drain 12 pipes. The steam pipe 10 is connected to the vapor space of the separator 4. The discharge pipe 11 is inserted into the tank 9 with the upper end and the lower solution part of the separator 4 is connected to the bottom 7. The drain pipe 12 is connected to the bottom of the drain tank 9. Another difference of the mold is that the dimensions of the separator below the working level of the solution and the performance of the circulation pump are calculated from the condition of equality

h_рс - расстояние от рабочего уровня до днища сепаратора, м;h _pc - the distance from the operating level to the bottom of the separator, m;

Сливной бачок 9 снабжен смотровыми стеклами 13 с промывными трубками. Паровая 10, отводящая 11 и сливная 12 трубы оснащены запорными устройствами 14, причем на сливной трубе 12 перед и после запорного устройства 14 установлены патрубки 15 для подвода пара, The drain tank 9 is equipped with sight glasses 13 with flushing tubes. Steam 10, outlet 11 and drain 12 pipes are equipped with shut-off devices 14, and on the drain pipe 12 before and after the shut-off device 14, nozzles 15 for supplying steam are installed,

также снабженные запорными устройствами. Выпарной аппарат снабжен патрубками 16 и 17 для подвода исходного раствора и промывной воды, соответственно. Патрубок 16 сообщен с кольцевым распределителем (оросителем) 18 исходного раствора, патрубок 17 сообщен с кольцевым распределителем 19 промывной воды. Кольцевые распределители 18 и 19 размещены в верхней части паровой камеры сепаратора и снабжены отверстиями или насадками, направленными на внутренние стенки сепаратора. Кольцевой распределитель 19 промывной воды установлен над кольцевым распределителем 18 исходного раствора. В нижней растворной камере 5 размещен конусный распределитель 20.also equipped with locking devices. The evaporator is equipped with nozzles 16 and 17 for supplying the initial solution and washing water, respectively. The pipe 16 is in communication with the ring distributor (sprinkler) 18 of the initial solution, the pipe 17 is in communication with the ring distributor 19 of the wash water. Ring distributors 18 and 19 are located in the upper part of the steam chamber of the separator and are provided with holes or nozzles directed to the inner walls of the separator. An annular wash water distributor 19 is mounted above the annular distributor 18 of the initial solution. In the lower solution chamber 5 there is a cone distributor 20.

Выпарной аппарат-кристаллизатор работает следующим образом.The evaporator-crystallizer operates as follows.

После пуска аппарата и выхода на заданный технологический режим осуществляют непрерывный контроль за состоянием внутренних поверхностей сепаратора 4 и сливного бачка 9, а также величины потока, вытекающего в сливной бачок 9.After starting up the apparatus and reaching the specified technological mode, continuous monitoring of the state of the internal surfaces of the separator 4 and the drain tank 9, as well as the magnitude of the flow flowing into the drain tank 9 is carried out.

Исходный раствор подают в сепаратор 4 через патрубок 16 и кольцевой распределитель-ороситель 18. Из отверстий (или насадок) оросителя 18 исходный раствор попадает на внутреннюю стенку сепаратора 4, образуя сплошной тонкий слой, и стекает по стенкам в растворное пространство. При этом стекающий слой исходного раствора предотвращает образование инкрустаций на наиболее опасных местах - на стенках паровой камеры и в пристенной зоне растворного пространства. Достигнув линии уровня раствора в сепараторе, исходный раствор смешивается с потоком раствора, циркулирующим в аппарате. Этот поток проходит сверху вниз по растворному пространству, по циркуляционной трубе 6 поступает в нижнюю растворную камеру 5 греющей камеры и нагнетается циркуляционным насосом 8 в теплообменные трубки, где перегревается на 2-4°С. Перегретый раствор из верхней растворной камеры 2 поступает в трубу вскипания 3 и вскипает. Кипящий раствор вытекает под уровень раствора в сепараторе 4, прокипает полностью и разделяется: образующийся The initial solution is fed into the separator 4 through the nozzle 16 and the annular distributor-sprinkler 18. From the holes (or nozzles) of the sprinkler 18, the initial solution enters the inner wall of the separator 4, forming a continuous thin layer, and flows down the walls into the solution space. In this case, the flowing layer of the initial solution prevents the formation of inlays at the most dangerous places - on the walls of the steam chamber and in the wall zone of the solution space. Having reached the level line of the solution in the separator, the initial solution is mixed with the flow of the solution circulating in the apparatus. This flow passes from top to bottom through the solution space, through the circulation pipe 6 it enters the lower solution chamber 5 of the heating chamber and is pumped by the circulation pump 8 into heat exchange tubes, where it overheats at 2-4 ° C. The superheated solution from the upper solution chamber 2 enters the boiling pipe 3 and boils. The boiling solution flows under the level of the solution in the separator 4, boils completely and is separated: formed

вторичный пар выходит в паровое пространство, а раствор, пересыщенный по растворенным солям, опускается в растворном пространстве сепаратора 4 вниз. При этом происходит процесс кристаллизации и снимается пересыщение раствора.the secondary steam enters the vapor space, and the solution, supersaturated in dissolved salts, is lowered down in the solution space of the separator 4. In this case, the crystallization process takes place and the supersaturation of the solution is removed.

В растворном пространстве сепаратора 4, сконструированном в соответствии с заявленным соотношением, процесс кристаллизации полностью заканчивается. Часть образующейся суспензии выводится в сливной бачок (емкость) 9 и отводится через сливную трубу 12. Остальной поток направляется на рециркуляцию через греющую камеру 1.In the solution space of the separator 4, designed in accordance with the stated ratio, the crystallization process completely ends. Part of the resulting suspension is discharged into the drain tank (tank) 9 and is discharged through the drain pipe 12. The rest of the flow is directed to recirculation through the heating chamber 1.

Необходимо отметить, что только при выполнении заявляемых условий, в растворе, опускающемся в сепараторе от линии рабочего уровня раствора вниз, полностью снимается возникшее пересыщение и завершается процесс кристаллизации. Для максимального выделения кристаллов и исключения зарастания солями поверхностей теплообменных и циркуляционных труб процесс кристаллизации должен завершиться до достижения раствором дна сепаратора 4. Только такой упаренный раствор, равновесный с кристаллами (суспензия), должен выводиться из аппарата. Это находит отражение в отличительном признаке, предусматривающем соединение сливного бачка 9 отводящей трубой 11 с нижней частью сепаратора 4. Протяженность подводящей трубы 11 в этом случае минимальна и охлаждение раствора при движении в ней будет незначительным, что обусловит отсутствие инкрустаций ее внутренней поверхности. Введение верхнего конца подводящей трубы 11 внутрь сливного бачка 9 и подсоединение сливной трубы 12 к его конусному днищу предупреждает накапливание кристаллов в нижней части бачка и обеспечивает удобное наблюдение за состоянием верхнего обреза трубы 11 через смотровые окна 13.It should be noted that only when the claimed conditions are fulfilled, in a solution falling down in the separator from the line of the working level of the solution down, the supersaturation that has arisen is completely removed and the crystallization process is completed. In order to maximize the isolation of crystals and to prevent salts from overgrowing the surfaces of the heat exchange and circulation pipes, the crystallization process should be completed before the solution reaches the bottom of the separator 4. Only such one stripped off solution, which is in equilibrium with the crystals (suspension), must be removed from the apparatus. This is reflected in the distinguishing feature, providing for the connection of the drain tank 9 by the discharge pipe 11 with the lower part of the separator 4. The length of the supply pipe 11 in this case is minimal and the cooling of the solution when moving in it will be insignificant, which will result in the absence of inlays of its inner surface. The introduction of the upper end of the supply pipe 11 into the drain tank 9 and the connection of the drain pipe 12 to its conical bottom prevents the accumulation of crystals in the lower part of the tank and provides convenient monitoring of the condition of the upper edge of the pipe 11 through the inspection windows 13.

Свободный слив упаренного раствора из сепаратора 4 по трубе 11 в сливной бачок 9 обусловливает соответствие рабочего уровня раствора в сепараторе верхнему обрезу трубы 11, через который переливается удаляемый The free discharge of one stripped off solution from the separator 4 through the pipe 11 into the drain tank 9 determines the correspondence of the working level of the solution in the separator to the upper edge of the pipe 11, through which the removed

из аппарата раствор, и стабилизацию его на этом уровне, что предопределяет постоянство необходимого объема раствора в сепараторе.solution from the apparatus, and its stabilization at this level, which determines the constancy of the required volume of solution in the separator.

Многократные наблюдения и многолетний опыт эксплуатации выпарных аппаратов на различных кристаллизующихся растворах показал, что наиболее интенсивно инкрустация поверхности происходит в районе колебания уровня раствора в сепараторе полосой несколько выше и ниже его среднего положения. Для предупреждения инкрустаций на стенках патрубок 16 для подвода исходного раствора сообщен с кольцевым распределителем-оросителем 18, выполненным, например, из трубы, согнутой в кольцо и имеющей по всей длине отверстия или насадки, направленные на внутренние стенки сепаратора 4. Исходный раствор вытекает в виде струй из отверстий распределителя 18, попадает на стенки сепаратора 4, растекается по ним и стекает вниз в виде сплошного тонкого слоя. Этот слой предохраняет стенки от образования инкрустаций не только над уровнем раствора, но и на глубину 150-200 мм ниже, так как, достигнув уровня, по инерции вследствие сцепления со стенкой проникает ниже на указанную глубину. Это место хорошо просматривается через смотровые стекла 13 в сепараторе 4. Если вследствие нарушений технологического режима или правил обслуживания выпарного аппарата на стенках сепаратора 4 образовались инкрустации, которые не смываются потоком исходного раствора, то для их удаления в аппарат кратковременно подается поток конденсата (воды), который из подводящего патрубка 17 попадает в ороситель 19, по конструкции аналогичный распределителю 18. Поток воды (промывного раствора) растворяет и смывает образовавшиеся отложения, после чего продолжается обычная эксплуатация аппарата. Вследствие кратковременности подачи воды (не более 10-15 минут) операция промывки не оказывает существенного влияния на работу аппарата.Repeated observations and many years of experience in operating evaporators in various crystallizing solutions have shown that surface incrustation is most intense in the region where the level of the solution fluctuates in the separator with a band slightly above and below its average position. To prevent inlays on the walls, the pipe 16 for supplying the initial solution is in communication with an annular distributor-sprinkler 18 made, for example, from a pipe bent into a ring and having holes or nozzles along the entire length directed to the inner walls of the separator 4. The initial solution flows out in the form jets from the holes of the distributor 18, falls on the walls of the separator 4, spreads along them and flows down in the form of a continuous thin layer. This layer protects the walls from the formation of inlays not only above the level of the solution, but also to a depth of 150-200 mm lower, since, having reached a level, by inertia due to adhesion to the wall it penetrates lower to the indicated depth. This place is clearly visible through the viewing glasses 13 in the separator 4. If, due to violations of the technological regime or the maintenance rules of the evaporator, inlays have formed on the walls of the separator 4, which are not washed off by the flow of the initial solution, then to remove them, the condensate (water) stream is briefly supplied, which from the inlet pipe 17 enters the sprinkler 19, similar in design to the distributor 18. The flow of water (wash solution) dissolves and rinses off the deposits formed, after which normal operation of the apparatus is required. Due to the short duration of the water supply (not more than 10-15 minutes), the flushing operation does not significantly affect the operation of the apparatus.

При образовании по какой-либо причине значительных инкрустаций на стенках и при закупоривании теплообменных трубок отвалившимися In the case of the formation for any reason of significant inlays on the walls and when clogging the heat exchanger tubes that have fallen off

комками и пластинами инкрустаций в выпарной аппарат прекращают подачу греющего пара и исходного раствора, сливают оставшийся в нем раствор. Аппарат заполняют водой (промывным раствором) и производят промывку при включенном циркуляционном насосе 8.lumps and plates of inlays in the evaporator stop the supply of heating steam and the initial solution, drain the remaining solution in it. The apparatus is filled with water (washing solution) and rinsing is carried out with the circulation pump 8 turned on.

Смотровые стекла 13 на сливном бачке 9, оснащенные промывными трубками, позволяют наблюдать за состоянием стенок бачка 9 и переливной трубы 11, из которой при работе аппарата вытекает упаренный раствор. Тем самым имеется возможность контролировать появление наростов и отложений на стенках и при необходимости принять меры к их удалению без остановки аппарата.Sight glasses 13 on the drain tank 9, equipped with flushing tubes, allow you to monitor the condition of the walls of the tank 9 and the overflow pipe 11, from which the evaporated solution flows out during operation of the apparatus. Thus, it is possible to control the appearance of growths and deposits on the walls and, if necessary, take measures to remove them without stopping the apparatus.

Отсутствие потока раствора из переливной трубы 11 и повышение уровня раствора в сепараторе 4 свидетельствуют о том, что в переливной трубе 11 появились наросты и комки кристаллов, препятствующие вытеканию упаренного раствора. В этом случае, не прекращая подачи исходного раствора и греющего пара в выпарной аппарат, закрывают запорное устройство 14 на паровой трубе 10 и запорное устройство 14 на отводящей трубе 11 и, открывая вентили на паровых патрубках 15, промывают и прочищают сливную трубу 12, а затем, закрыв запорное устройство 14 на сливной трубе 12 и открыв запорное устройство 14 на подводящей трубе 11, промывают и прочищают эту трубу. Описанный процесс промывки и прочистки занимает не более 10-15 минут. Затем, закрыв паровые вентили 15 и открыв вентили 14 на подводящей 11, паровой 10 и сливной 12 трубах, продолжают эксплуатацию аппарата.The absence of solution flow from the overflow pipe 11 and an increase in the level of the solution in the separator 4 indicate that growths and lumps of crystals appeared in the overflow pipe 11, preventing the evaporation of the evaporated solution. In this case, without stopping the supply of the initial solution and heating steam to the evaporator, close the shut-off device 14 on the steam pipe 10 and the shut-off device 14 on the outlet pipe 11 and, opening the valves on the steam pipes 15, rinse and clean the drain pipe 12, and then by closing the shut-off device 14 on the drain pipe 12 and opening the shut-off device 14 on the supply pipe 11, rinse and clean this pipe. The described process of washing and cleaning takes no more than 10-15 minutes. Then, by closing the steam valves 15 and opening the valves 14 on the inlet 11, steam 10 and drain 12 pipes, continue to operate the apparatus.

Исследования процесса кристаллизации солей из растворов, широко распространенных в производстве, опыт конструирования и промышленного использования выпарных аппаратов-кристаллизаторов с принудительной циркуляцией позволили авторам сделать вывод о том, что эффективная работа выпарных аппаратов-кристаллизаторов и отсутствие массовой инкрустации солей на внутренних поверхностях обеспечиваются в случае завершения процесса кристаллизации в объеме раствора, который в Investigations of the process of crystallization of salts from solutions that are widely used in production, experience in the design and industrial use of forced-circulation crystallizer evaporators allowed the authors to conclude that the effective operation of crystallizer evaporators and the absence of mass inlay of salts on internal surfaces are ensured if completion crystallization process in the volume of the solution, which in

основном сосредоточен в сепараторе выпарного аппарата-кристаллизатора. Следовательно процесс кристаллизации, происходящий во времени, должен завершаться в сепараторе кристаллизатора, то есть время пребывания раствора в сепараторе должно соответствовать продолжительности процесса кристаллизации или даже несколько превосходить его. Это условие выполняется только при вышеуказанном соотношении основных параметров - объема раствора в сепараторе, определяемого произведением (Dmainly concentrated in the separator of the evaporator-crystallizer. Therefore, the crystallization process occurring in time should be completed in the crystallizer separator, that is, the residence time of the solution in the separator should correspond to the duration of the crystallization process or even slightly exceed it. This condition is satisfied only with the above ratio of the main parameters - the volume of the solution in the separator, determined by the product (D ²² hh _pcpc ), и расхода раствора, циркулирующего через сепаратор, определяемого производительностью циркуляционного насоса Q. Таким образом, приведенное соотношение определяет условия для полного завершения процесса кристаллизации и образования кристаллов в сепараторе, то есть полного снятия пересыщения, возникающего в растворе при кипении на выходе из трубы вскипания 3.), and the flow rate of the solution circulating through the separator, determined by the capacity of the circulation pump Q. Thus, the above ratio determines the conditions for the complete completion of the crystallization process and the formation of crystals in the separator, that is, the complete removal of the supersaturation that occurs in the solution upon boiling at the exit of the boiling pipe 3.

Процесс кристаллизации идет во времени и продолжительность его зависит от вида кристаллизующегося вещества и температурных условий в выпарном аппарате. Заявляемый диапазон учитывает эти условия и справедлив для наиболее часто встречающихся на практике в промышленности растворенных веществ.The crystallization process takes place in time and its duration depends on the type of crystallizing substance and the temperature conditions in the evaporator. The claimed range takes into account these conditions and is true for the most commonly encountered in practice in industry solutes.

При меньших значениях наблюдается повышенная инкрустация солей на внутренних поверхностях, предопределяющая частые остановки аппаратов на промывку. Соотношения за верхним пределом заявляемого диапазона не дают положительного эффекта и лишь увеличивают размеры и, соответственно, стоимость аппарата. Кроме того, заявляемое соотношение позволяет подобрать циркуляционный насос необходимой производительности к действующему выпарному аппарату для улучшения его работы. Практика показала, что заявляемое соотношение справедливо для выпарных аппаратов-кристаллизаторов, в которых циркуляция выпариваемого раствора создается при помощи и вертикально, и горизонтально расположенного циркуляционного насоса. Однако вертикальное расположение насоса имеет ряд преимуществ. Во-первых, для размещения выпарного At lower values, there is an increased incrustation of salts on the internal surfaces, which predetermines frequent stops of the apparatus for washing. Ratios beyond the upper limit of the claimed range do not give a positive effect and only increase the size and, accordingly, the cost of the device. In addition, the claimed ratio allows you to choose a circulation pump of the required capacity to the existing evaporator to improve its performance. Practice has shown that the claimed ratio is true for crystallizer evaporators in which the circulation of the evaporated solution is created using both a vertically and horizontally located circulation pump. However, the vertical arrangement of the pump has several advantages. First, to place the evaporator

аппарата с вертикальным циркуляционным насосом требуется в два раза меньшая производственная площадь, поэтому он хорошо компонуется с другим технологическим оборудованием. Во-вторых, радиальные нагрузки, возникающие на валу при работе вертикального насоса, более уравновешены, что обусловливает более продолжительную службу подшипников и уплотнения вала. В-третьих, вертикальный насос обеспечивает более равномерный по сечению поток раствора и создает одинаковые гидродинамические условия и высокую теплопередачу во всех теплообменных трубках.apparatus with a vertical circulation pump requires half the production area, so it fits well with other technological equipment. Secondly, the radial loads occurring on the shaft during the operation of the vertical pump are more balanced, which leads to a longer service life of bearings and shaft seals. Thirdly, the vertical pump provides a more uniform cross-sectional flow of the solution and creates the same hydrodynamic conditions and high heat transfer in all heat transfer tubes.

В качестве иллюстрации справедливости (эффективности) применения вышеуказанной математической зависимости в таблице 1 приведены характеристики некоторых выпарных аппаратов-кристаллизаторов, разработанных с использованием заявляемого соотношения.As an illustration of the fairness (effectiveness) of the application of the above mathematical dependence, table 1 shows the characteristics of some evaporator-crystallizers developed using the claimed ratio.

Таблица 1Table 1 Поверхность теплопередачи, м² Heat transfer surface, m ² Рабочий объем раствора, м³ The working volume of the solution, m ³ Объем раствора в сепараторе, м³ The volume of solution in the separator, m ³ Производительность циркуляционного насоса, м³/чProductivity of the circulation pump, m ³ / h 4949 17,417.4 12,212,2 600600 0,0200,020 7373 14,014.0 12,012.0 800800 0,0160.016 9595 32,032,0 29,429.4 10001000 0,0290,029 9595 32,032,0 29,029.0 620620 0,0470,047

При эксплуатации этих аппаратов отмечается их стабильная и эффективная работа. Для сопоставления и сравнения с приведенными данными авторы по доступным источникам информации (П.Д.Зайцев и др. Производство соды. М. «Химия», 1986, стр.279-280) определили значения заявляемого соотношения для выпарных аппаратов-кристаллизаторов, применяемых при производстве соды и сконструированных без учета заявляемой зависимости. Основные параметры аппаратов и рассчитанные соотношения приведены в таблице 2.During the operation of these devices, their stable and efficient operation is noted. For comparison and comparison with the given data, the authors on available sources of information (P. D. Zaitsev and others. Production of soda. M. "Chemistry", 1986, pp. 279-280) determined the values of the claimed ratio for evaporator-crystallizers used in the production of soda and constructed without taking into account the claimed dependence. The main parameters of the apparatus and the calculated ratios are shown in table 2.

В книге отмечается, что в процессе работы выпарных аппаратов греющие трубки забиваются пробками соды, а на их внутренних поверхностях отлагаются инкрустации. Этот факт находит подтверждение в исследованиях заявителей на промышленных аппаратах в аналогичных условиях.The book notes that during the operation of evaporators, the heating tubes are clogged with soda plugs, and inlays are deposited on their internal surfaces. This fact is confirmed in the research of applicants on industrial devices in similar conditions.

Таблица 2table 2 Поверхность теплопередачи, м² Heat transfer surface, m ² Рабочий объем раствора, м³ The working volume of the solution, m ³ Объем раствора в сепараторе, м³ The volume of solution in the separator, m ³ Производительность циркуляционного насоса, м³/чProductivity of the circulation pump, m ³ / h 260260 2323 -- 18901890 не более 0,012no more than 0,012 -- 7979 -- 70007000 не более 0,011no more than 0,011 800800 7676 -- 88008800 не более 0,0086no more than 0,0086

Необходимо отметить следующее. Заявляемая математическая формула ограничивает условия, в которых при точном соблюдении технологического режима процесс кристаллизации заканчивается в сепараторе без интенсивной инкрустации внутренних поверхностей. Практика показывает, что по разным причинам происходят нарушения режима эксплуатации, что ведет к появлению очагов инкрустаций. Все другие отличительные признаки заявляемого технического решения обеспечивают возможность обнаружить появление очагов инкрустаций и оперативно устранить их.The following should be noted. The claimed mathematical formula limits the conditions under which, with strict observance of the technological mode, the crystallization process ends in a separator without intensive inlaying of internal surfaces. Practice shows that for various reasons, violations of the operating mode occur, which leads to the appearance of foci of inlays. All other distinctive features of the proposed technical solution provide the opportunity to detect the appearance of foci of inlays and quickly eliminate them.

Преимущества заявляемого аппарата состоят в том, что в нем созданы благоприятные условия для полной кристаллизации - выделения кристаллической фазы в объеме раствора в растворном пространстве сепаратора и предупреждения инкрустаций кристаллизующимися солями внутренних поверхностей аппарата и теплообменных трубок, оперативного удаления незначительных отложений, появляющихся при случайном отклонении от заданного технологического режима. В результате увеличивается межпромывочный период работы, определяющий фактическую производительность аппарата, а также сокращение затрат на промывку.The advantages of the claimed apparatus are that it creates favorable conditions for complete crystallization - the allocation of the crystalline phase in the volume of the solution in the separator solution space and the prevention of inlaid salts of the internal surfaces of the apparatus and heat transfer tubes by crystallizing salts, the rapid removal of minor deposits that appear when a random deviation from the set technological mode. As a result, the inter-flushing period of operation increases, which determines the actual productivity of the apparatus, as well as the reduction in flushing costs.

Claims

1. The evaporator-crystallizer, containing a heating chamber, the upper solution chamber of which is connected to the boiling pipe installed along the axis of the separator, and the lower solution chamber is communicated by a circulation pipe with a separator bottom, a circulation pump, a drain tank with steam, discharge and drain pipes, steam the pipe of which is attached to the upper part of the separator, characterized in that the circulation pump is vertical and placed in the lower solution chamber, the discharge pipe is inserted at one end into the tank, and the other m is communicated with the bottom of the separator, the drain pipe is connected to the bottom of the drain tank, and the dimensions of the separator below the working level of the solution and the performance of the circulation pump are calculated from the condition

where D is the diameter of the separator body, m;

h _pc is the distance from the working level of the solution to the bottom of the separator, m;

Q - productivity of the circulation pump, m ³ / h.

2. The evaporator-crystallizer according to claim 1, characterized in that the drain tank is equipped with sight glasses with flushing tubes.

3. The evaporator-crystallizer according to claim 1, characterized in that the outlet, drain and steam pipes are equipped with shut-off devices, and on the drain pipe before and after the shut-off device, nozzles for supplying steam are equipped with shut-off devices.

4. The evaporator-crystallizer according to claim 1, characterized in that the pipe for supplying the initial solution is in communication with an annular distributor installed in the upper part of the separator and having holes or nozzles directed to the inner walls of the separator.

5. The evaporator-crystallizer according to claims 1 and 4, characterized in that it is equipped with a nozzle for supplying washing water in communication with an annular distributor installed in the upper part of the separator above the annular distributor of the initial solution and having openings or nozzles directed to the inner walls separator.