EA019158B1 - Устройство для охлаждения пульпы - Google Patents

Abstract

Предмет изобретения: устройство для охлаждения пульпы. Сущность изобретения: изобретение относится к тепломассообменным аппаратам для систем газ-жидкость-твердое и может быть использовано преимущественно в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) для охлаждения пульпы, а также в химических и других отраслях промышленности для проведения других тепло- и массообменных процессов. Устройство содержит вертикальный корпус с патрубками для ввода охлаждаемой пульпы и охлаждающего газа. Вертикальный корпус имеет овальную форму, верхняя часть корпуса дополнительно разделена сплошной вертикальной перегородкой на два объема в соотношении площадей (4-7):1, причем меньший объем оборудован патрубком для ввода охлаждающего газа под давлением, больший объем - газораспределителем, патрубками для подачи пульпы на охлаждение и вывода нагретого газа в газовый объем реактора, нижняя часть корпуса заглублена в пульпу, а соотношение высот газового объема под газораспределителем к части корпуса погруженной в пульпу поддерживают в пределах 1:(1,5-3) посредством глубины погружения корпуса в пульпу и изменения высоты газораспределителя над рабочим уровнем пульпы в реакторе.

Description

(57) Предмет изобретения: устройство для охлаждения пульпы. Сущность изобретения: изобретение относится к тепломассообменным аппаратам для систем газ-жидкость-твердое и может быть использовано преимущественно в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) для охлаждения пульпы, а также в химических и других отраслях промышленности для проведения других тепло- и массообменных процессов. Устройство содержит вертикальный корпус с патрубками для ввода охлаждаемой пульпы и охлаждающего газа. Вертикальный корпус имеет овальную форму, верхняя часть корпуса дополнительно разделена сплошной вертикальной перегородкой на два объема в соотношении площадей (4-7):1, причем меньший объем оборудован патрубком для ввода охлаждающего газа под давлением, больший объем газораспределителем, патрубками для подачи пульпы на охлаждение и вывода нагретого газа в газовый объем реактора, нижняя часть корпуса заглублена в пульпу, а соотношение высот газового объема под газораспределителем к части корпуса погруженной в пульпу поддерживают в пределах 1:(1,5-3) посредством глубины погружения корпуса в пульпу и изменения высоты газораспределителя над рабочим уровнем пульпы в реакторе.

Изобретение относится к тепло-массообменным аппаратам для систем газ-жидкость-твердое и может быть использовано преимущественно в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) для охлаждения пульпы, а также в химической и других отраслях промышленности для проведения других тепло-массообменных процессов. В промышленной практике снятие (отвод) избыточного тепла реакционной пульпы (содержащей раствор технической фосфорной кислоты и твердую фазу в виде Са8О₄-2Н₂О, Са8О₄-0,5Н₂О или Са8О₄) осуществляют посредством охлаждения ее в вакуум-испарителях или за счет охлаждения пульпы воздухом (газами) (Р. Вескег. Р1ю5р11а1с5 аий Ρΐιοφίιοπο ас1й, кесоий Εάίйои. Ыете Уотк аий Ва§е1, 1989, р.740 [1]). Известен вакуум-испаритель для охлаждения экстракционной пульпы [1, р. 393], состоящий из герметичной емкости с патрубками для ввода горячей пульпы, вывода охлажденной пульпы и отвода парогазовой фазы, содержащей фтористые газы, на очистку от фтора и конденсацию паров воды. Подача горячей пульпы в вакуум-испаритель осуществляется специальными погружными или выносными центробежными насосами (иногда осевыми). Вакуум в вакуум-испарителях поддерживается путем использования вакуум-насосов, пароэжекторов или других устройств.

Недостатками известного устройства является необходимость использования дорогостоящего оборудования, образующего дополнительную длинную технологическую систему, в специальном антикоррозийном исполнении. Указанная технологическая цепь включает систему подачи пульпы в вакуумиспаритель (насосы, трубопроводы и др.), выносной герметичный вакуум-испаритель, систему очистки газов от фтористых соединений (абсорбер с системой подачи и распределения орошающей жидкости и др.), систему конденсации паров воды с использованием поверхностных конденсаторов или конденсаторов смешения с громоздкой системой поддержания заданных параметров охлаждающей воды (градирни, теплообменники и др.) Надежность работы такого оборудования в агрессивной среде недостаточно высокая, особенно при повышенных температурах (например, полугидратный способ производства ЭФК).

Известно устройство для воздушного охлаждения пульпы в производстве ЭФК (авт. свид. СССР № 582821, В01Р 13/00, 1976), содержащее вертикальный корпус, выполненный в виде перевернутого усеченного конуса, куполообразующую насадку, закрепленную на меньшем основании усеченного конуса, и тангенциальные патрубки для подвода пульпы. Охлаждение пульпы осуществляется за счет испарения воды из жидкой фазы пульпы при контакте пульпы в образующейся пленке с газовой фазой в газовом объеме реактора. Недостатком известного устройства является отсутствие организованного движения воздуха при контакте с пульпой, что снижает интенсивность охлаждения пульпы вследствие незначительного повышения содержания паров воды в газовой фазе экстрактора. Следовательно, снижается производительность установки по производству ЭФК, увеличивается удельный выход газов, подлежащих очистке от фтористых соединений.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство (авт. свид. СССР № 915924, В01Р 5/16, 1982) для охлаждения пульпы в производстве ЭФК. Это устройство содержит вертикальный корпус, выполненный в виде перевернутого усеченного конуса, на меньшем основании которого закреплена куполообразная насадка. На большем основании конуса закреплена цилиндрическая обечайка, к которой подсоединены тангенциальные патрубки для подвода охлаждаемой пульпы, по оси корпуса установлен газоподводящий патрубок. Цилиндрическая обечайка снабжена цилиндрическим ротором, установленным по оси корпуса с возможностью вращения и имеющим внешние и внутренние лопатки. Под куполообразной насадкой по оси корпуса установлен также рассекатель пленки жидкости.

Указанное устройство позволяет по сравнению с предыдущим аналогом интенсифицировать процесс охлаждения пульпы путем распределения ее по внутренней поверхности конуса, создания направленного потока движения воздуха и улучшения контакта воздуха с пульпой.

Однако устройство характеризуется рядом существенных недостатков. Устройство не обеспечивает интенсивный тепло-массообмен, так как линейная скорость воздуха незначительна, а прямоток его движения по отношению к пульпе не позволяет в полной мере насыщаться ему парами воды (то есть насыщение воздуха ограничено), аппарат склонен к значительной инкрустации поверхности корпуса осадками и требует механических чисток, а цилиндрический ротор подвергается существенному эрозионному износу вследствие взаимодействия с абразивной пульпой.

Сказанное выше приводит к снижению производительности установки, увеличению удельного расхода воздуха на охлаждение и затрат на очистку отходящих газов от фтористых соединений. Задачами настоящего изобретения являются интенсификация процесса охлаждения пульпы со снижением удельного расхода воздуха на охлаждение и удельного выхода отходящих газов, подлежащих очистке от фтористых соединений, и повышение надежности работы устройства за счет снижения его инкрустаций осадками и упрощения его конструкции.

Описание устройства

На чертеже представлено устройство для охлаждения пульпы (вертикальный разрез устройства и сечение А-А).

Устройство содержит вертикальный корпус 1 овальной формы, смонтированный непосредственно на крышке К реактора, на верхнем основании которого на фланцевом соединении установлена крышка 2, нижняя часть 3 корпуса погружена в пульпу, а верхняя часть 4 корпуса разделена сплошной вертикальной перегородкой 5 на два объема. Меньший объем оборудован патрубком 6 для ввода охлаждающего

- 1 019158 газа (воздуха). В большем объеме установлен газораспределитель 7, объем оборудован патрубками для подачи пульпы на охлаждение 8 и вывода нагретого газа 9 в газовый объем реактора.

Разграничение корпуса устройства на верхнюю часть 4 и нижнюю часть 3 осуществляется условно по следующим принципам: верхняя часть - это часть, разделенная сплошной вертикальной перегородкой на два объема; нижняя часть - это часть, погруженная в пульпу.

Устройство работает следующим образом.

Исходный охлаждающий газ (воздух), поступающий по газоподводящему патрубку 6 под давлением, проходит через меньший объем корпуса 1, отделенный перегородкой 5 от большего объема, к поверхности пульпы в реакторе и далее под газораспределитель 7. При этом газ (воздух) нагревается и частично насыщается парами воды за счет струйно-ударного взаимодействия с поверхностью горячей пульпы. Затем газ (воздух) направляется через газораспределитель 7 в больший объем верхней части 4 корпуса устройства, куда также противотоком поступает пульпа для охлаждения через патрубок 8. В сильно турбулизованной газотвердожидкостной дисперсии (пенном слое) при постоянно обновляющейся межфазовой поверхности идет интенсивный процесс испарительного охлаждения пульпы. Газ (воздух), нагретый и в значительной мере насыщенный парами воды, выходит вместе с брызгами пульпы из большего объема верхней части 4 корпуса через патрубки 9 и посредством газоходов подается в газовый объем реактора. Указанный порядок движения газа и герметичность устройства по отношению к внешней среде над крышкой К реактора обеспечиваются за счет оборудования устройства крышкой 2 и заглубления нижней части 3 корпуса в пульпу. Основная масса охлажденной пульпы через газораспределитель 7 сливается (проваливается) в реактор.

Установка газораспределителя позволяет интенсифицировать процесс охлаждения пульпы за счет создания в большем объеме корпуса устройства сильной турбулизации газотвердожидкостной дисперсии (пенного слоя) при постоянно обновляющейся межфазовой поверхности и противоточном движении пульпы и воздуха, что обеспечивает интенсивный процесс испарительного охлаждения пульпы. Благодаря этому достигается высокая степень нагрева и влагонасыщения воздуха, снижается расход воздуха на охлаждение и удельный выход отходящих газов, подлежащих очистке от фтористых соединений.

Разделение верхней части корпуса устройства сплошной вертикальной перегородкой на два объема в соотношении площадей поперечного сечения (4-7):1 обеспечивает оптимальные скорости движения газа (воздуха), подаваемого на охлаждение пульпы, и газа в большем объеме верхней части корпуса устройства (зона основного контакта с пульпой). При уменьшении указанных площадей менее 4:1 снижается производительность устройства за счет ухудшения условий тепло-массообмена (неоптимальные скорость газа по отношению к пульпе в большем объеме верхней части корпуса устройства, снижение эффективности за счет струйно-ударного взаимодействия с поверхностью пульпы), увеличиваются инкрустации устройства вследствие увеличения брызгоуноса пульпы с газом (воздухом) и материалоемкость устройства. При увеличении соотношения площадей более 7:1 уменьшается производительность устройства вследствие ухудшения эффективности тепло-массообмена, увеличиваются расход газа на охлаждение и затраты на очистку отходящих газов, а также усиливается инкрустация устройства осадками.

Соотношение высот газового объема под газораспределителем к части корпуса, погруженной в пульпу, установлено в пределах 1:(1,5-3) с возможностью изменения глубины погружения корпуса в пульпу и изменения высоты газораспределителя над рабочим уровнем пульпы в реакторе. При сокращении указанного соотношения менее 1:1,5 возрастают энергозатраты на подачу пульпы на охлаждение, ухудшается тепло-массообмен вследствие неоптимального соотношения между количеством воздуха и пульпы, увеличивается расход газа на охлаждение из-за его непроизводительных потерь (нарушение гидрозатвора, образуемого погружением нижней части корпуса устройства в пульпу) и затраты на очистку отходящих газов. При увеличении соотношения более 1:3 снижается производительность устройства вследствие ухудшения эффективности тепло-массообмена из-за нарушения оптимального соотношения количеств охлаждающего газа и пульпы, увеличиваются энергозатраты на подачу охлаждающего газа и материалоемкость устройства.

Живое сечение газораспределителя составляет 40-70%. При уменьшении живого сечения газораспределителя менее 40% снижается производительность устройства за счет существенного увеличения гидравлического сопротивления, усиливается инкрустация (сокращается ресурс работы, увеличиваются трудозатраты), возрастают энергозатраты на подачу охлаждающего газа, а при увеличении более 70% снижается эффективность тепло-массообмена, увеличиваются расход газа, подаваемого на охлаждение, и отработанного газа, поступающего на очистку, усиливается инкрустация решетки.

Овальная форма корпуса в сочетании с разделением зон подачи газа и зоны контакта газа с пульпой в верхней части корпуса вертикальной перегородкой обеспечивают прочность и жесткость устройства, снижают его инкрустацию и затраты на обслуживание. Расположение газораспределителя на заданном расстоянии от поверхности обеспечивает максимальную производительность устройства охлаждения пульпы за счет обеспечения условий интенсивного тепло-массообмена и оптимизации гидравлических потоков охлаждающего газа и пульпы, снижает затраты на обслуживание устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает интенсификацию процесса охлаждения пульпы, характеризуется простотой, высокой конструкционной надежностью и устойчивостью к инкру- 2 019158 стации осадками. Указанные факторы обеспечивают высокую производительность установки производства экстракционной фосфорной кислоты, оборудованной данным устройством охлаждения пульпы.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для охлаждения пульпы в производстве экстракционной фосфорной кислоты, содержащее вертикальный корпус с патрубками для ввода охлаждаемой пульпы и охлаждающего газа, отличающееся тем, что вертикальный корпус имеет овальную форму, верхняя часть корпуса дополнительно разделена сплошной вертикальной перегородкой на два объема в соотношении площадей поперечного сечения (4-7):1, причем меньший объем оборудован патрубком для ввода охлаждающего газа под давлением, больший объем - газораспределителем, патрубками для подачи пульпы на охлаждение и вывода нагретого газа в газовый объем реактора, нижняя часть корпуса заглублена в пульпу, а соотношение высот газового объема под газораспределителем к части корпуса, погруженной в пульпу, установлено в пределах 1:(1,5-3) с возможностью изменения глубины погружения корпуса в пульпу и изменения высоты газораспределителя над рабочим уровнем пульпы в реакторе.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что живое сечение газораспределителя составляет 40-70%.