АВТОКЛАВ

Полезная модель относится к технике тепло- и массообмена и может быть использована, например, в глиноземном производстве для автоклавного выщелачивания боксита.
Известен автоклав для нагрева бокситовой пульпы, применяемый в глиноземном производстве [1] (Основы металлургии, т.VII. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии / под ред. И.А.Стригина, А.И.Басова, Ф.П.Ельцева, А.В.Троицкого. М.: Металлургия, 1975. с.558, рис.XVIII-5), представляющий собой вертикальный цилиндрический корпус со сферическими днищем и крышкой, нагревателем в виде змеевика, в который подается греющий пар, и перемешивающим устройством, на валу которого закреплены перемешивающие лопаты и пропеллер. В крышку автоклава введен патрубок для подсоединения трубопровода загрузки пульпы. В днище автоклава введен патрубок для подсоединения трубопровода выгрузки пульпы.
Недостатком автоклава является сложность конструкции, связанная с трудностью изготовления и монтажа нагревателя и перемешивающего устройства, а также необходимостью уплотнения места ввода вала перемешивающего устройства набивным сальником.
Известен автоклав [2] (патент на полезную модель №112644), в котором устранен недостаток, заключающийся в сложности конструкции. Данный аппарат, как и вышеописанный, представляет собой вертикальный цилиндрический корпус со сферическими днищем и крышкой. Днище заканчивается горловиной, в которую вводятся вертикальные соосные патрубки загрузки пульпы (большего диаметра) и подачи греющего пара (меньшего диаметра. Патрубок загрузки пульпы служит одновременно циркуляционной трубой и имеет отверстия в зоне днища и горловины автоклава для циркуляции пульпы. Данная конструкция обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание и простоту конструкции.
Недостатком автоклава является сравнительно быстрый износ крышки за счет абразивного воздействия струи пульпы на внутреннюю поверхность аппарата, а также недостаточно интенсивное перемешивание жидкой и газообразной фаз (пульпы и греющего пара), замедляющее скорость теплообмена между фазами и конденсации пара. В результате под крышкой может создаваться увеличенное газовое пространство, уменьшающее степень использования объема автоклава и, следовательно, снижающее производительность.
Задача полезной модели - обеспечить интенсивное перемешивание пульпы и быстрый теплообмен между пульпой и паром с целью ускорить конденсацию пара, уменьшить вертикальную скорость паро-пульповой струи и абразивный износ внутренней поверхности автоклава при сохранении простоты конструкции.
Указанная задача решается тем, что автоклав для нагрева пульпы, содержащий вертикальный корпус с патрубками загрузки и выгрузки пульпы, патрубком подачи греющего пара, расположенным в нижней части корпуса автоклава вдоль его оси и размещенным соосно внутри патрубка загрузки пульпы, служащего одновременно циркуляционной трубой и имеющего отверстия для циркуляции пульпы в зоне днища и горловины автоклава, отличается тем, что к верхнему концу патрубка загрузки пульпы жестко монтируется ось, на которой размещена турбина с возможностью свободного вращения ее на этой оси (турбина - первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа - ротора, преобразующий в механическую работу кинетическую энергию подводимого рабочего тела - пара, газа, воды. Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закрепленные по окружности ротора, и приводит ротор в движение. Советский энциклопедический словарь. Изд. 4-е. М.: Советская энциклопедия, 1987).
Техническим результатом является интенсивное перемешивание пульпы как за счет эжекторной подачи греющего пара и пульпы, так за счет вращения турбины. Паро-пульповая струя разбивается вращающейся турбиной, ускоряя конденсацию пара, при этом резко уменьшается вертикальная скорость паро-пульповой струи абразивно воздействующая на внутреннюю поверхность; в верхней части автоклава пара практически нет, а уменьшение парового пространства увеличивает степень заполнения автоклава, что повышает его производительность.
На фиг.1 представлена конструкция автоклава с эжекторной подачей греющего пара и пульпы в соосно расположенные патрубки с жестко прикрепленной к верхнему концу патрубка загрузки пульпы осью со свободно вращающейся на ней турбиной.
Предлагаемый автоклав состоит из корпуса 1 с горловиной 2 и патрубка выгрузки пульпы 5. В горловину 2 вводятся вертикальные соосные патрубки загрузки пульпы 3 (большего диаметра) и подачи греющего пара 4 (меньшего диаметра). Патрубок загрузки пульпы 3 служит одновременно циркуляционной трубой и имеет отверстия 6 в зоне днища и горловины автоклава для циркуляции пульпы. К верхнему концу патрубка загрузки пульпы жестко монтирована ось 7, на которой вращается турбина 8.
Автоклав работает следующим образом. Пульпа после предварительного нагрева примерно до 150°С подается через патрубок 3 в верхнюю часть корпуса автоклава 1. Одновременно через соосный патрубок подачи греющего пара 4 под давлением подается пар ТЭЦ, нагревая пульпу до 235-238°С. При таком расположении патрубков они работают как эжектор (струйный насос) и паро-пульповая смесь, поднимаясь вверх (парлифт), засасывает через отверстия 6 в патрубке загрузки 3 пульпу из нижней части автоклава, создавая направленные циркуляционные потоки, что способствует интенсивному перемешиванию пульпы. Циркулирующая пульпа непрерывно удаляется из автоклава через патрубок выгрузки пульпы 5. Паро-пульповая струя, выходящая из верхнего конца патрубка загрузки пульпы 3, вращает турбину 8, расположенную на оси 7, смонтированной на верхнем конце патрубка 3.
Таким образом, дополнительная установка оси с турбиной в автоклаве с соосной (эжекторной) подачей греющего пара и пульпы легко осуществима, все внутреннее устройство вводится в автоклав через нижнюю горловину, то есть возможна реконструкция автоклава, применяемого в глиноземном производстве.
ЛИТЕРАТУРА
1. Основы металлургии, т.VII. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии. / под ред. И.А.Стригина, А.И.Басова, Ф.П.Ельцева, А.В.Троицкого. М.: Металлургия, 1975. с.558
2. В.Б.Чернышев. Патент на полезную модель №112644.