RU2133221C1

RU2133221C1 - Apparatus for vacuum cooling of alumina solution

Info

Publication number: RU2133221C1
Application number: RU97120028A
Authority: RU
Inventors: И.В. Давыдов; В.П. Боровинский
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-07-20

Abstract

FIELD: alumina production. SUBSTANCE: apparatus has evaporators with solution supplying nozzles and solution discharge branch pipes, heat-exchangers, vapor condensing and vacuumizing devices. Evaporators are arranged in cascades. Cooled solution supplying nozzles are mounted at regulated height. Apparatus of such construction allows pure self-evaporation vapor to be produced for further employment for heating liquids colder than cooled solution, and pure condensate to be obtained. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства глинозема и может быть использовано в гидрометаллургической и химической промышленности. The invention relates to the field of alumina production and can be used in the hydrometallurgical and chemical industries.

Известно охлаждение алюминатных растворов, например, перед декомпозицией в пластинчатых теплообменниках (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. "Металлургия". М., 1970 г., с. 265). К недостаткам этих аппаратов, при применении для переработки алюминатных растворов, следует отнести быстрое "зарастание" твердыми отложениями гидрата, что приводит к повышению гидравлического сопровождения, ухудшению условий теплообмена и снижению производительности. It is known to cool aluminate solutions, for example, before decomposition in plate heat exchangers (Handbook of non-ferrous metals. Production of alumina. "Metallurgy". M., 1970, S. 265). The disadvantages of these devices, when used for processing aluminate solutions, include rapid "overgrowing" of hydrate solid deposits, which leads to an increase in hydraulic support, worsening heat transfer conditions and lower productivity.

Известны также циркуляционные объемные самоиспарители (см. там же стр. 284), в котором испарение и охлаждение жидкости происходит при резком уменьшении давления в сепараторе. Circulating volumetric self-evaporators are also known (see ibid., P. 284), in which evaporation and cooling of a liquid occurs with a sharp decrease in pressure in the separator.

К недостаткам таких установок следует отнести низкую производительность и "загрязнение" сокового пара каплями жидкости, что приводит к потерям охлаждаемой жидкости. The disadvantages of such installations include low productivity and "pollution" of the juice vapor by liquid droplets, which leads to loss of cooled liquid.

Известен циклонный сепаратор жидкости (а.с. N 2038303), предназначенный для использования в вакуумных установках охлаждения алюминатных растворов перед декомпозицией. Внутренний объем аппарата разделен на две части горизонтальной перегородкой, имеющей штуцеры для подвода горячего и отвода охлажденного раствора, патрубки для отбора пара самоиспарения и конденсата. Недостатком этого аппарата является то, что он не позволяет утилизировать тепло пара самоиспарения, поскольку последний, для поддержания в сепараторе заданного вакуума, должен направляться на конденсацию в барометрический конденсатор. Known cyclone liquid separator (and.with. N 2038303), intended for use in vacuum installations for cooling aluminate solutions before decomposition. The internal volume of the apparatus is divided into two parts by a horizontal partition having fittings for supplying hot and discharging the cooled solution, pipes for sampling self-evaporation and condensate. The disadvantage of this apparatus is that it does not allow the heat of self-evaporation vapor to be utilized, since the latter, in order to maintain a given vacuum in the separator, must be sent to condensation in a barometric condenser.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является многокорпусная установка самоиспарения (Light Metals, 1996, p. 125). Она состоит из двух испарителей, соединенных между собой перетоком, устройств для подвода горячей и отвода охлажденной жидкости, патрубков для отбора, пара самоиспарения. Раствор (суспензия), подлежащий охлаждению, подается в первый испаритель и с помощью специального устройства распыляется. При этом происходит частичное охлаждение жидкой фазы. По мере накопления в объеме первого испарителя раствор через переток поступает во второй испаритель, где вновь распыляется и, охлажденный до заданной температуры, выводится на дальнейшую переработку. Пар самоиспарения отводится на конденсацию через патрубки, установленные на крышке аппаратов. К недостаткам рассматриваемой установки следует отнести то, что подача охлаждаемой жидкости осуществляется распылом через специальное устройство, установленное практически по всей высоте аппаратов. Это, во-первых, приводит к быстрому "зарастанию" испарителей, а во-вторых, для того, чтобы жидкость поступила во второй аппарат, ее уровень в первом должен быть несколько больше, чем высота распылительного устройства. Кроме того, для работы установки в непрерывном режиме все аппараты должны быть заполнены раствором (иначе не будет перетока жидкости), т. е. , по-существу, это аппараты объемного кипения, для которых характерен повышенный каплеунос и, как следствие, загрязнение пара самоиспарения. The closest in technical essence and the achieved effect (prototype) is a multi-body self-evaporation unit (Light Metals, 1996, p. 125). It consists of two evaporators interconnected by a flow, devices for supplying hot and discharging cooled liquid, nozzles for selection, self-evaporation steam. The solution (suspension) to be cooled is fed into the first evaporator and sprayed using a special device. In this case, partial cooling of the liquid phase occurs. As accumulation in the volume of the first evaporator, the solution passes through the overflow to the second evaporator, where it is again sprayed and, cooled to a given temperature, is taken out for further processing. Self-evaporation vapor is diverted to condensation through nozzles mounted on the lid of the apparatus. The disadvantages of this installation should include the fact that the supply of the cooled liquid is carried out by spraying through a special device installed practically over the entire height of the apparatus. This, firstly, leads to a rapid "overgrowth" of the evaporators, and secondly, for the liquid to enter the second apparatus, its level in the first should be slightly higher than the height of the spray device. In addition, for the unit to operate in continuous mode, all devices must be filled with a solution (otherwise there will be no liquid flow), i.e., in essence, these are volume boilers, which are characterized by increased droplet drop and, as a result, self-evaporation vapor pollution .

Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности, получение чистого пара самоиспарения, его утилизация для нагрева других, более холодных, чем охлаждаемый раствор жидкостей, получение чистого конденсата. The technical task of the present invention is to increase productivity, obtaining pure self-evaporation vapor, utilizing it to heat other liquids colder than the cooled solution, and obtaining pure condensate.

Решение задачи заключается в том, что в установке для вакуумного охлаждения алюминатных растворов, имеющей испарители, содержащие сопла для подачи раствора, теплообменники, устройства для конденсации пара и создания вакуума, гидрозатворы, испарители установлены каскадно и при этом сопло для подачи охлаждаемого раствора в первый аппарат установлено в верхней части аппарата на расстоянии 0,55 - 0,75 высоты цилиндрической части испарителя (Н_ц), а во всех других испарителях каскада на расстоянии (0,3 - 0,5) Н_ц, где Н_ц - высота цилиндрической части.The solution to the problem lies in the fact that in an installation for vacuum cooling aluminate solutions having evaporators containing nozzles for supplying a solution, heat exchangers, devices for condensing steam and creating a vacuum, water seals, evaporators are installed in cascades and at the same time a nozzle for supplying a cooled solution to the first apparatus installed in the upper part of the apparatus at a distance of 0.55 - 0.75 of the height of the cylindrical part of the evaporator (N _c ), and in all other evaporators of the cascade at a distance of (0.3 - 0.5) N _c , where N _c is the height of the cylindrical part .

Кроме того, испарители имеют горизонтальную перегородку, у которой расположен патрубок для отвода раствора, при этом патрубок находится ниже сопла для подачи раствора в последующий аппарат. In addition, the evaporators have a horizontal partition, which has a nozzle for draining the solution, while the nozzle is located below the nozzle for supplying the solution to the subsequent apparatus.

Принципиальная схема установки показана на чертеже. A schematic diagram of the installation is shown in the drawing.

Установка состоит из испарителей циклонно-пленочного типа 1, 2, 3, установленных каскадно и разделенных внутри на две части горизонтальными перегородками 4, 5, 6, сопел для подачи охлаждаемой жидкости 7, 8, 9, переточных труб 10, 11, 12, выполненных в виде гидрозатворов, патрубков 13, 14, 15 для отбора пара самоиспарения с каждого испарителя, теплообменников 16, 17, устройства для конденсации пара и создании вакуума 18, гидрозатвора 19, трубопроводов 20, 21 для отвода конденсата из теплообменников. The installation consists of cyclone-film type evaporators 1, 2, 3, installed cascade and divided inside into two parts by horizontal partitions 4, 5, 6, nozzles for supplying the cooled liquid 7, 8, 9, transfer pipes 10, 11, 12, made in the form of hydraulic locks, pipes 13, 14, 15 for sampling self-evaporation steam from each evaporator, heat exchangers 16, 17, a device for condensing steam and creating a vacuum 18, a hydraulic lock 19, pipelines 20, 21 for draining condensate from heat exchangers.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Горячий алюминатный раствор (t≈100^oC) поступает в аппарат 1 через сопло 7, врезанное в корпус 1 тангенциально, "закручивается" и в виде падающей пленки стекает вниз. Поскольку давление в корпусе 1 ниже атмосферного, жидкость вскипает и охлаждается до температуры, соответствующей давлению в данном аппарате. Пар самоиспарения через патрубок 13 направляется в теплообменник 16, куда, подается маточный раствор, температура которого ниже температуры пара самоиспарения. Происходит конденсация пара при одновременном нагреве маточного раствор. Конденсат непрерывно отводится из теплообменника 16 по трубопроводу - 20.Hot aluminate solution (t≈100 ^o C) enters the apparatus 1 through the nozzle 7, cut into the housing 1 tangentially, "twists" and flows down in the form of a falling film. Since the pressure in the housing 1 is lower than atmospheric, the liquid boils and cools to a temperature corresponding to the pressure in this unit. Self-evaporation steam through the pipe 13 is sent to the heat exchanger 16, where the mother liquor is supplied, the temperature of which is lower than the temperature of the self-evaporation vapor. Steam condensation occurs while heating the mother liquor. The condensate is continuously discharged from the heat exchanger 16 through the pipeline - 20.

Частично охлажденный в корпусе 1 установки алюминатный раствор через гидрозатвор 10 и сопло 8 поступает в испаритель - 2, в котором давление ниже, чем в испарителе 1. Раствор вновь вскипает, охлаждается до температуры, определяемой давлением в корпусе 2 и через гидрозатвор 11 и сопло 9 поступает в испаритель 3. Пар из самоиспарителя корпуса 2 через патрубок 14 отводится на теплообменник 17. Температура его вышек, чем температура подаваемого на теплообменник 17 маточного раствора. Это обеспечивает конденсацию пара самоиспарения при одновременном нагреве маточника. Конденсат из теплообменника 17 отводится по трубопроводу - 21. В корпусе 3 давление ниже, чем в корпусе 2. Поэтому поступающий сюда раствор перегрет по отношению к давлению в этом корпусе. Здесь он вновь вскипает, охлаждается до температуры, определяемой давлением в данном корпусе и выводится на дальнейшую переработку через затвор 12. Пар корпуса 3 направляется на барометрический конденсатор 18. Барометрическая вода, подаваемая на орошение в конденсатор - 18, удаляется из аппарата через гидрозатвор 19. Таким образом исходный алюминатный раствор охлаждается до заданной температуры, величина которой определяется давлением в последнем корпусе установки и депрессией. The aluminate solution partially cooled in the installation case 1 through the hydraulic lock 10 and the nozzle 8 enters the evaporator - 2, in which the pressure is lower than in the evaporator 1. The solution boils again, cools to a temperature determined by the pressure in the housing 2 and through the hydraulic lock 11 and the nozzle 9 enters the evaporator 3. Steam from the self-evaporator of the housing 2 through the pipe 14 is discharged to the heat exchanger 17. The temperature of its towers is lower than the temperature of the mother liquor supplied to the heat exchanger 17. This provides the condensation of self-evaporation vapor while heating the mother liquor. Condensate from the heat exchanger 17 is discharged through a pipe - 21. In the housing 3, the pressure is lower than in the housing 2. Therefore, the solution entering here is overheated with respect to the pressure in this housing. Here it boils again, cools to a temperature determined by the pressure in this case and is led out for further processing through the shutter 12. The vapor of the case 3 is sent to the barometric condenser 18. The barometric water supplied to the condenser - 18 for irrigation is removed from the apparatus through the hydraulic lock 19. Thus, the initial aluminate solution is cooled to a predetermined temperature, the value of which is determined by the pressure in the last installation casing and depression.

Испарение раствора во всех корпусах установки происходит с поверхности "падающей" пленки жидкости, т.е. сепарационный объем испарителя практически не занят жидкостью, что позволяет повысить напряжение парового пространства и, как следствие, увеличить производительность установки. The evaporation of the solution in all the enclosures of the installation occurs from the surface of the “falling” liquid film, the separation volume of the evaporator is practically not occupied by liquid, which allows to increase the voltage of the vapor space and, as a result, increase the productivity of the installation.

Кроме того, при внезапном отключении вакуума, например, автоматически происходит самопроизвольная разгрузка установки и объем оставшейся жидкости в испарителях определяется разностью высот расположения двух соседних аппаратов и их сопел, а наличие гидрозатворов 10, 11, 12 гарантирует поддержание в них установившегося при работе установки давления. In addition, when the vacuum is suddenly turned off, for example, the unit spontaneously unloads automatically and the volume of the remaining liquid in the evaporators is determined by the difference in the heights of the two adjacent devices and their nozzles, and the presence of hydraulic locks 10, 11, 12 ensures that the pressure established during the operation of the installation is maintained.

Claims

1. Installation for vacuum cooling aluminate solutions, consisting of evaporators with nozzles for feeding and nozzles for draining the solution, heat exchangers, devices for condensing steam and creating a vacuum, water locks, characterized in that the evaporators are installed in cascades, while the nozzle for supplying a cooled solution is installed in the first apparatus in the upper part at a distance of 0.55 - 0.75 Nc from the lower edge of the cylindrical shell of the body, and in subsequent apparatuses at a distance of 0.3 - 0.55 Nc, where Nc is the height of the cylindrical part of the vapor ator.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the evaporator has a horizontal partition, which has a pipe for draining the solution, while the pipe is located below the nozzle for supplying the solution to the subsequent apparatus.