RU2116103C1 - Evaporator - Google Patents

Abstract

FIELD: alumina production. SUBSTANCE: evaporator has remote heating chamber, separator, boiling chamber, and circulating tube. The latter couples lower solution chamber positioned under heating chamber and separator. Boiling chamber consists of two parts. Lower part is installed on tube plate of heating chamber, and upper part of chamber is bent at an angle of 90 deg. It is coupled to separator through branch pipe which is extended inside separator as a guide directing the solution flow downwards to circulating tube, thereby increasing the solution circulation speed in evaporator. Constructionally, the above-mentioned branch pipe may be made as sloping shear in which branch pipe inside separator terminates or as bent down branch pipe. EFFECT: enhanced circulation of solution in evaporator. 1 dwg

Description

Изобретение относится к выпарной технике и может быть использовано, например, в глиноземном производстве для упаривания кристаллизующегося алюминатного раствора. The invention relates to evaporation technology and can be used, for example, in alumina production for evaporation of a crystallizing aluminate solution.

Известен вертикальный выпарной аппарат [1] с вынесенной поверхностью нагрева, работающий с естественной циркуляцией раствора. Аппарат состоит из греющей камеры, снабженной нижней и верхней растворными камерами, сепаратора, соединенного циркуляционной трубой с нижней растворной камерой, а подводящей трубой - с верхней. Сепаратор снабжен брызгоуловителем, патрубками отвода вторичного пара и крепкого раствора, а циркуляционная труба - двумя патрубками подвода исходного раствора. Known vertical evaporator [1] with a remote heating surface, working with the natural circulation of the solution. The apparatus consists of a heating chamber equipped with lower and upper solution chambers, a separator connected by a circulation pipe to the lower solution chamber, and a supply pipe - from the top. The separator is equipped with a spray catcher, secondary steam and strong solution pipes, and a circulation pipe with two pipes for supplying the initial solution.

Недостатком аппарата является то, что кипение раствора происходит в трубах греющей камеры из-за отсутствия камеры кипения, в которую мог бы подаваться (при ее наличии) перегретый исходный раствор. Процесс кипения в греющих трубах вызывает повышенный износ труб, особенно при наличии кристаллов в выпариваемом растворе. The disadvantage of the apparatus is that the solution boils in the pipes of the heating chamber due to the lack of a boiling chamber into which, if available, an overheated initial solution could be supplied. The boiling process in the heating pipes causes increased wear of the pipes, especially in the presence of crystals in the evaporated solution.

Известен также вертикальный выпарной аппарат [2], также работающий с естественной циркуляцией раствора, в котором устранен недостаток аппарата-аналога. Аппарат включает греющую камеру с установленной на ее верхней трубной решетке прямой камерой кипения, снабженной патрубком подачи исходного перегретого раствора; верхнюю и нижнюю растворные камеры; сепаратор, установленный соосно греющей камере, нижняя часть которого является верхней растворной камерой. Аппарат содержит также отбойник раствора и жалюзийный брызгоуловитель, расположенные в сепараторе, и патрубки отвода вторичного пара, упаренного раствора и конденсата и подвода греющего пара. Also known is a vertical evaporator [2], which also works with the natural circulation of the solution, which eliminates the disadvantage of an analog apparatus. The apparatus includes a heating chamber with a direct boiling chamber mounted on its upper tube sheet, equipped with a pipe for supplying the initial superheated solution; upper and lower mortar chambers; a separator mounted coaxially to the heating chamber, the lower part of which is the upper solution chamber. The apparatus also contains a solution chipper and a louver spray catcher located in the separator, and nozzles for removing secondary steam, one stripped off solution and condensate and supplying heating steam.

При работе аппарата кипение раствора происходит не в верхней части греющих труб, как в аппарате-аналоге, особенно при работе последнего с перегретым раствором (в этом случае кипение раствора может происходить уже по всей длине труб), а в камере кипения, куда подается исходный раствор. Последний сразу же вскипает, инициируя общее кипение циркулирующего раствора, поступающего в камеру кипения снизу из греющих труб. Таким образом, в центральной части труб раствор поднимается из-за разности плотностей парорастворной смеси в камере кипения и раствора снаружи ее над периферийными греющими трубами, по которым последний опускается. When the apparatus is operating, the solution boils not in the upper part of the heating pipes, as in the analog device, especially when the latter is working with an overheated solution (in this case, the solution can boil along the entire length of the pipes), but in the boiling chamber, where the initial solution is supplied . The latter immediately boils, initiating the general boiling of the circulating solution entering the boiling chamber from below from the heating pipes. Thus, in the central part of the pipes, the solution rises due to the difference in densities of the vapor-solution mixture in the boiling chamber and the solution outside it above the peripheral heating pipes, through which the latter falls.

Недостатком аппарата является не совсем эффективная циркуляция раствора, что обусловлено нагревом раствора в периферийных греющих трубах, который ведет к уменьшению перепада температуры раствора в периферийных и центральных греющих трубах, а значит - к уменьшению разности плотностей раствора в этих трубах и ухудшению циркуляции раствора. Кроме того, предварительный нагрев раствора в периферийных трубах может вызвать его кипение уже в верхней части центральных труб, т.е. перед камерой кипения, и вызвать их интенсивный износ. Еще одним недостатком аппарата является резкий поворот (на 180^o) циркулирующего потока в сепараторе и нижней растворной камере, что ведет к повышению сопротивления движению раствора и соответственно - к ухудшению его циркуляции.The disadvantage of the apparatus is the not quite effective circulation of the solution, which is due to the heating of the solution in the peripheral heating pipes, which leads to a decrease in the temperature difference of the solution in the peripheral and central heating pipes, and therefore to a decrease in the difference in the density of the solution in these pipes and the deterioration of the circulation of the solution. In addition, preliminary heating of the solution in the peripheral pipes can cause it to boil already in the upper part of the central pipes, i.e. in front of the boiling chamber, and cause intense wear. Another disadvantage of the apparatus is a sharp rotation (180 ^o ) of the circulating flow in the separator and the lower solution chamber, which leads to an increase in resistance to the movement of the solution and, accordingly, to a deterioration in its circulation.

Целью изобретения является повышение степени циркуляции раствора при сохранении в аппарате процесса кипения вне греющих труб. The aim of the invention is to increase the degree of circulation of the solution while maintaining the boiling process outside the heating pipes in the apparatus.

Для достижения этого технического результата в предлагаемом выпарном аппарате, содержащем вынесенную греющую камеру, сепаратор с брызгоуловителем, камеру кипения, установленную на трубной решетке греющей камеры, и циркуляционную трубу, верхняя часть камеры кипения плавно изогнута под углом 90^o и соединена с сепаратором, причем соединение осуществляется через патрубок, который имеет продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока раствора вниз.To achieve this technical result, in the proposed evaporator apparatus comprising a remote heating chamber, a separator with a spray trap, a boiling chamber mounted on the tube sheet of the heating chamber and a circulation pipe, the upper part of the boiling chamber is smoothly bent at an angle of 90 ^° and connected to the separator, the connection being carried out through a pipe, which has a continuation inside the separator in the form of a guide flow of the solution down.

"Стыковка" верхней части камеры кипения с сепаратором через патрубок становится возможной благодаря установке камеры кипения на трубной решетке вынесенной (не соосной с сепаратором) греющей камеры. The “docking” of the upper part of the boiling chamber with the separator through the pipe becomes possible due to the installation of the boiling chamber on the tube sheet of a remote (not coaxial with the separator) heating chamber.

На чертеже дан общий вид предлагаемого выпарного аппарата с двумя вырезами - в сепараторе и в нижней части камеры кипения. The drawing shows a General view of the proposed evaporator with two cutouts - in the separator and at the bottom of the boiling chamber.

Аппарат состоит из греющей камеры 1, снизу стыкующейся с нижней растворной камерой 2, а сверху - с нижней частью 3 камеры кипения; сепаратора 4, стыкующегося через патрубок 5 с верхней частью 6 камеры кипения; циркуляционной трубы 7, соединяющей сепаратор 4 с нижней растворной камерой 2. Внутри сепаратора 4 установлен жалюзийный брызгоуловитель 8. Кроме того, аппарат снабжен патрубком 9 подвода исходного раствора, патрубком 10 отвода пара из сепаратора, трубопроводами 11, 12 отвода раствора из сепаратора 4 и нижней растворной камеры 2 соответственно, соединенными между собой внизу в один отвод. Греющая камера 1 снабжена патрубками подвода греющего пара и отвода конденсата (на чертеже не указаны). The apparatus consists of a heating chamber 1, from the bottom it is joined to the lower solution chamber 2, and from above, to the lower part 3 of the boiling chamber; a separator 4 interlocking through the pipe 5 with the upper part 6 of the boiling chamber; a circulation pipe 7 connecting the separator 4 to the lower solution chamber 2. Inside the separator 4, a louvered spray catcher 8 is installed. In addition, the apparatus is equipped with a pipe 9 for supplying the initial solution, a pipe 10 for removing steam from the separator, pipelines 11, 12 for draining the solution from the separator 4 and the lower mortar chamber 2, respectively, interconnected at the bottom in one branch. The heating chamber 1 is equipped with nozzles for supplying heating steam and condensate drain (not shown in the drawing).

Аппарат работает следующим образом. Перегретый исходный раствор через патрубок 9 поступает в нижнюю часть 3 камеры кипения, где вскипает с образованием парорастворной смеси, которая выносится через верхнюю часть 6 камеры кипения и патрубок 5 в сепаратор 4. Здесь происходит разделение парорастворной смеси. Пар поднимается, проходит через жалюзийный брызгоуловитель 8 и отводится из аппарата через патрубок 10, а раствор опускается и поступает в циркуляционную трубу 7. По мере накопления раствора в нижней части сепаратора 4 до уровня трубопровода 11 часть упаренного раствора отводится из аппарата через упомянутый патрубок. Большая же часть раствора через циркуляционную трубу 7 поступает в нижнюю растворную камеру 2, а из нее - в трубы греющей камеры 1, где нагревается паром, поступающим в ее межтрубную часть, до температуры кипения. За счет высокой скорости циркуляции раствор вскипает в камере кипения, в ее нижней части 3, а не в трубах греющей камеры 1. Далее парорастворная смесь поступает через плавно изогнутую под прямым углом верхнюю часть 6 камеры кипения и патрубок 5 в сепаратор 4. The device operates as follows. The superheated initial solution through the pipe 9 enters the lower part 3 of the boiling chamber, where it boils with the formation of a vapor-solution mixture, which is discharged through the upper part 6 of the boiling chamber and the pipe 5 into the separator 4. Here, the vapor-solution mixture is separated. The steam rises, passes through the louver spray trap 8 and is discharged from the apparatus through the nozzle 10, and the solution is lowered and enters the circulation pipe 7. As the solution accumulates in the lower part of the separator 4 to the level of the pipe 11, part of the evaporated solution is discharged from the apparatus through the said nozzle. But the majority of the solution through the circulation pipe 7 enters the lower solution chamber 2, and from it into the pipes of the heating chamber 1, where it is heated by the steam entering its annular part to a boiling point. Due to the high speed of circulation, the solution boils in the boiling chamber, in its lower part 3, and not in the pipes of the heating chamber 1. Next, the vapor-solution mixture flows through the upper part 6 of the boiling chamber and pipe 5 smoothly bent at right angles to the separator 4.

Для улучшения отвода из аппарата кристаллов твердой фазы, например соды, выпадающей в осадок в большом количестве, служит трубопровод 12. Отвод соды необходим, поскольку крупным кристаллам трудно подняться и они могут перекрыть сечение нижней растворной камеры 2 в значительной степени. Диаметр трубопровода 12 должен быть значительно меньше, чем трубопровода 11, так как он служит для отвода лишь небольшой части раствора. To improve the removal of solid phase crystals, for example, soda, which precipitates in large quantities from the apparatus, pipe 12 is used. Soda removal is necessary because large crystals are difficult to rise and they can overlap the cross section of the lower solution chamber 2 to a large extent. The diameter of the pipe 12 should be much smaller than the pipe 11, since it serves to drain only a small part of the solution.

Повышение степени циркуляции раствора, т. е. более высокая скорость циркуляции раствора в циркуляционном контуре аппарата (по сравнению с аппаратом-прототипом) достигается:
- во-первых, путем увеличения перепада температур в циркуляционной трубе 7 и в трубах греющей камеры 1, поскольку нагрева раствора при движении его вниз по циркуляционной трубе 7 не происходит;
- во-вторых, за счет уменьшения сопротивления движению раствора, поскольку конструкция аппарата исключает резкие повороты потока на 180^o и обеспечивает более плавное - под углом 90^o - изменение направления потока раствора, в т.ч. и в верхней части 6 камеры кипения. В нижней растворной камере 2 нижняя горизонтальная часть циркуляционной трубы 7 имеет продолжение в виде изгиба вверх (на чертеже не показано);
- в-третьих, путем дополнительного формирования движения раствора в сепараторе 4 вниз, в циркуляционную трубу 7. Конец патрубка 5, соединяющий верхнюю часть 6 камеры кипения с сепаратором 4 и имеющий продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока, может быть, например, изогнут вниз либо иметь косой срез (как показано на чертеже), формирующий поток раствора вниз, а не вверх.An increase in the degree of circulation of the solution, i.e., a higher rate of circulation of the solution in the circulation circuit of the apparatus (compared with the prototype apparatus) is achieved:
- firstly, by increasing the temperature difference in the circulation pipe 7 and in the pipes of the heating chamber 1, since the solution does not heat up when it moves down the circulation pipe 7;
- secondly, by reducing the resistance to the movement of the solution, since the design of the apparatus eliminates sharp turns of the flow by 180 ^o and provides a smoother - at an angle of 90 ^o - change in the direction of flow of the solution, including and at the top of the 6 boiling chamber. In the lower solution chamber 2, the lower horizontal part of the circulation pipe 7 has a continuation in the form of an upward bend (not shown in the drawing);
- thirdly, by additionally forming the movement of the solution in the separator 4 down into the circulation pipe 7. The end of the pipe 5 connecting the upper part 6 of the boiling chamber to the separator 4 and continuing inside the separator in the form of a flow guide can, for example, be bent down or have an oblique slice (as shown in the drawing), forming the flow of the solution down and not up.

Таким образом, предлагаемая конструкция выпарного аппарата позволяет иметь в нем более высокую кратность циркуляции раствора, а значит, больший межпромывочный период и производительность, чем в аппарате-прототипе. Thus, the proposed design of the evaporator allows you to have a higher multiplicity of the circulation of the solution, and therefore, a greater inter-flushing period and performance than in the prototype apparatus.

Литература
1. Таубман Е.И. Выпаривание - М.: Химия, 1982, с. 145, рис. 6.2а.Literature
1. Taubman E.I. Evaporation - M .: Chemistry, 1982, p. 145, fig. 6.2a.

2. Авторское свидетельство СССР N 599389, кл. B 01 D 1/06, 1975. 2. USSR author's certificate N 599389, cl. B 01 D 1/06, 1975.

Claims (1)

Выпарной аппарат, содержащий вынесенную греющую камеру, сепаратор с брызгоуловителем, камеру кипения, установленную на трубной решетке греющей камеры, нижнюю растворную камеру, а также циркуляционную трубу, соединяющую нижнюю растворную камеру с днищем сепаратора, отличающийся тем, что верхняя часть камеры кипения плавно изогнута под углом 90^o и соединена с сепаратором через патрубок, имеющий продолжение внутри сепаратора в виде направляющей потока раствора вниз, в циркуляционную трубу.An evaporator containing a remote heating chamber, a separator with a spray trap, a boiling chamber mounted on the tube sheet of the heating chamber, a lower solution chamber, and also a circulation pipe connecting the lower solution chamber to the bottom of the separator, characterized in that the upper part of the boiling chamber is smoothly bent under angle of 90 ^o and is connected to the separator through a pipe having a continuation inside the separator in the form of a guide flow of the solution down into the circulation pipe.