УСТРОЙСТВО ДЛЯ САМОИСПАРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСТВОРА

Полезная модель относится к аппаратам, используемым в алюминиевой промышленности, и может быть применима в других отраслях техники, где осуществляется испарение перегретых растворов или суспензий для их концентрирования или получения пара.
Известен самоиспаритель (Мальц Н.С. Автоклавное выщелачивание бокситов. М. Металлургия. 1980 г., с.42-43), включающий вцилиндрическую камеру самоиспарения с вертикальным корпусом с крышками в торцевых частях в виде верхнего и нижнего эллиптического днищ; средство вывода прокипевшей пульпы в виде разгрузочной трубы, установленного в нижней крышке камеры, а также средство подачи перегретого раствора (перегретой бокситовой пульпы).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата относятся: малая степень прокипания раствора, вынос большого количества пара с уходящим раствором, а с другой стороны загрязнение пара. Это объясняется следующим.
Вскипание в камере самоиспарения имеет «взрывной» характер вследствие большого перепада температур входящего перегретого раствора и равновесной. Кроме того, самоиспарение раствора в подобных аппаратах происходит в кипящем объеме с поверхности зеркала, имеющей небольшую площадь относительно объема кипящего раствора. Входящий перегретый раствор находится в камере малое время и, падая вниз, почти мгновенно вместе с значительным количеством пара выходит из аппарата.
В качестве ближайшего аналога выбран аппарат мгновенного вскипания (SU 1376295 А1), включающий горизонтальную цилиндрическую камеру самоиспарения (испарения) с крышками в торцевых частях, с патрубком отвода пара (неконденсирующихся газов), патрубками ввода перегретого раствора и отвода охлажденного раствора в терминологии известного описания названные патрубками входа и выхода испаряемой жидкости. Поток прокипающего раствора в камере самоиспарения течет по каналу, представляющему собой нижнюю часть цилиндрической обечайки камеры. В камере установлен отбойник и перегородка.
Устройство в его неизменном виде не приводит к достижению указанного ниже результата по следующим причинам.
Во-первых, у переливного порога происходит бурное вскипание перегретого раствора, выходящего из-под отбойника, при этом образуется множество мелких брызг, выбрасываемых в паровое пространство устройства. Эти капли уносит поток образующегося при кипении пара, что является причиной потерь раствора и загрязнения конденсат, образующегося при конденсации этого пара.
Во-вторых, поток кипящего раствора в камере самоиспарения, переливаясь через переливной порог, погружается в массу отводимого прокипевшего раствора. При этом погружение кипящего раствора, падающего с порога, неизбежно сопровождается распределением пузырьков пара преимущественно в нижнюю часть потока раствора и захватом пара в отводимый из камеры самоиспарения прокипевший охлажденный раствор.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается:
- в уменьшении потерь технологического раствора;
- в предотвращении загрязнения образующегося пара и увеличении его количества;
- в создании камеры самоиспарения с оптимальными размерами.
Поставленная задача решается тем, что устройство для самоиспарения технологического раствора, включающее горизонтальную цилиндрическую камеру самоиспарения с крышками в торцевых частях, с патрубком отвода пара; с выполненным в виде нижней части камеры самоиспарения каналом для потока прокипающего раствора, выходящего из камеры самоиспарения через средство отвода прокипевшего раствора; и средство ввода перегретого раствора, в котором, согласно полезной модели, средство отвода прокипевшего раствора выполнено с возможностью разделения прокипевшего раствора на циркулирующий раствор и отводимый раствор, устройство снабжено средством подачи смеси циркулирующего и перегретого растворов, имеющего вход и выход, а камера самоиспарения снабжена коллектором для приема смеси растворов, причем канал содержится в камере в количестве, по меньшей мере, одного, и каждый канал свыше одного установлен между нижней частью камеры и коллектором с возможностью прохода пара, образующегося при самоиспарении потока в установленном ниже канале; коллектор выполнен с возможностью перелива смеси растворов, по меньшей мере, в один канал; выход средства подачи смеси растворов сообщается с коллектором для приема смеси растворов, вход - со средством ввода перегретого раствора и средством отвода перегретого раствора.
Наилучшие варианты использования заявляемого устройства для самоиспарения технологического раствора возможны при следующих конструктивных особенностях.
Предпочтительно, чтобы коллектор для приема был выполнен в виде трубы с отверстиями по ее длине.
Возможно коллектор устанавливать с возможностью перелива смеси растворов в направлении крышки торцевой части корпуса.
Целесообразно, чтобы коллектор был установлен с возможностью растекания смеси раствора по крышке торцевой части корпуса.
Предпочтительным вариантом устройства является выполнение средства для подачи смеси растворов выполнено в виде струйного насоса.
Возможно средство для отвода прокипевшего охлажденного раствора выполнять в виде двух патрубков.
Целесообразно также, чтобы каждый канал свыше одного установлен с зазорами относительно цилиндрической обечайки корпуса.
Возможно также каждый канал свыше одного устанавливать с зазорами относительно крышек в торцевых частях.
Особенность выполнения средства для отвода прокипевшего раствора определяется необходимостью отделения от прокипевшего раствора его части, представленной в виде циркулирующего раствора, необходимого для охлаждения первоначального перегретого раствора.
Наиболее рационально и технологично выполнять средство отвода прокипевшего раствора в виде двух патрубков: один для циркулирующего раствора, другой - для отводимого.
Для охлаждения раствора, подаваемого в камеру самоиспарения (далее - камера), средство ввода перегретого раствора и средство отвода прокипевшего раствора сообщаются с входом средства подачи смеси растворов. Вход средства подачи сообщается с технологическим пространством камеры (в нашем случае с введенным в камеру коллектором), таким образом, при поступлении раствор имеет температуру ниже исходного перегретого раствора, и процесс вскипания на входе в технологическое пространство камеры происходит менее бурно. Следствием вышеупомянутого эффекта является уменьшение количества образующихся мелких капель, загрязняющих поток пара при кипении технологического раствора.
Выполнение средства для подачи смеси растворов в виде струйного насоса объясняется его широким применением в технике.
При числе каналов, превышающих один, выполненный в виде нижней части камеры, становится возможным увеличить фактическую ширину потока, которая становится равной сумме значений ширины потоков, самоиспаряющихся в каждом канале. Такое увеличение ширины потока позволяет уменьшить глубину потока и тем самым уменьшить время всплытия паровых пузырьков. Последний из упомянутых факторов обусловливает уменьшение необходимой длины камеры самоиспарения и влияет на выбор оптимальных размеров камеры в целом.
Отвод пара, образующегося в каждом канале свыше одного возможен благодаря особенности их установки. Наиболее приемлемым и технологичным вариантом является образование зазоров между установленным каналом свыше одного и цилиндрической обечайкой камеры.
Подача смеси растворов осуществляется в коллектор камеры. Особенностью конструктивного выполнения коллектора является возможность перелива подаваемой смеси растворов, по меньшей мере, в один канал - нижнюю часть камеры. Так, переливаясь из коллектора, подаваемая охлажденная смесь растворов, более плавно стекает, и поток, образованный вследствие перепада давлений, течет по каналу.
При наличии каналов свыше одного смесь растворов стекает через зазоры относительно крышек в торцевых частях камеры.
Целесообразность установки коллектора с возможностью перелива подаваемой смеси растворов в направлении крышки торцевой части камеры объясняется соответствием длины движения прокипающего раствора и длины канала (каналов).
Выполнение коллектора в виде трубы с отверстиями по ее длине целесообразно с точки зрения равномерного распределения переливающегося вскипающего раствора по ширине камеры.
Кроме того, установив коллектор так, чтобы переливающийся раствор попадая на крышку, растекался по ее поверхности, обеспечивается наиболее полноценно эффект равномерного по скорости и глубине потока, по меньшей мере, в одном канале в виде нижней части камеры.
Установив канал свыше одного с зазорами относительно цилиндрической обечайки камеры становится возможным отводить пар, образуемый в канале соответствующем нижней части камеры.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели позволил установить, что не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественным всем
существенным признакам устройства. Заявитель считает, что полезная модель соответствует критерию охраноспособности: «новизна».
Предпочтительный пример выполнения устройства для самоиспарения технологического раствора поясняется более подробно с помощью приложенных чертежей:
На фиг.1 приведена конструкция устройства при продольном разрезе камеры самоиспарения;
фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1;
фиг.3 - альтернативный вид конструкции устройства, представленном на фиг.1.
Фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.3.
Заявляемое устройство состоит (см. фиг.1) из горизонтальной цилиндрической камеры самоиспарения 1 (далее - камера)с каналом 2 в виде нижней части камеры 1; камера закрыта по торцам крышками 3. Кроме того, устройство содержит средство ввода перегретого раствора в виде трубопровода 4, средство для отвода прокипевшего раствора в виде двух патрубков 5, 6, из которых: патрубок 5 для отвода прокипевшего раствора, патрубок 6 для отвода циркулирующего раствора. Средство подачи смеси циркулирующего раствора и перегретого раствора в виде струйного насоса 7, имеющего вход в виде рабочего сопла 8 и всасывающего патрубка 9 и выход в виде нагнетательного патрубка 10. Камера самоиспарения 1 снабжена коллектором для приема смеси растворов в виде трубы 11, установленной вдоль крышки 3 камеры 1 (иньми словами, поперек продольной оси камеры 1). По всей длине трубы 11 в ее нижней части выполнены сливные отверстия 12 (см. фиг.2). Нагнетательный патрубок 10 струйного насоса 7 сообщается с трубой 11, а рабочее сопло 8 - с трубопроводом 4 подачи перегретого раствора, всасывающий патрубок 9 - с патрубком 6 циркулирующего раствора. Устройство содержит патрубок отвода пара 13.
На фиг.3 изображен альтернативный вариант устройства, содержащий два канала 2 и 14; канал 14 установлен по высоте камеры 1 между первым каналом 2 в виде нижней части камеры 1 и трубой 11.
На фиг.4 показан вид в плане устройства с каналом 14. Зазоры 15 и 16 образованы каналом 14 с цилиндрической обечайкой камеры 1 и крышками 3 в торцевых частях соответственно.
В нижеприведенном описании работы заявляемого устройства в качестве технологического раствора используют бокситовую пульпу.
Перегретый раствор бокситовой пульпы из трубопровода 4 поступает в рабочее сопло 8 струйного насоса 7 и с большой скоростью вытекает из него через
нагнетательный патрубок 10. За счет энергии этого потока через патрубок 6 отвода циркулирующего раствора и всасывающий патрубок 9 в насос 7 подсасывается циркулирующий раствор бокситовой пульпы в виде части прокипевшего раствора. Циркулирующий раствор имеет более низкую температуру, чем подаваемый перегретый раствор бокситовой пульпы; так, циркулирующий раствор снижает температуру перегретого раствора, выходящего из рабочего сопла 8. Иными словами, охлажденная смесь поступает в трубу 11 и через отверстия 12 перетекает в канал 2, предварительно попадая на крышку 3. При этом в канале 2 образуется установившийся безвихревой поток, перетекающий к патрубкам 5, 6. Часть раствора в виде циркулирующей бокситовой пульпы отводится через патрубок 6 к всасывающему патрубку 9 насоса 7. Основной поток отводится из камеры 1 через патрубок 5. Пузырьки пара, образовавшегося в потоке самоиспаряющегося раствора, всплывают вверх и, достигая поверхности, выделяются в паровое пространство камеры 1. Образующийся пар в процессе самоиспарения бокситовой пульпы отводится из камеры через патрубок 12.
При наличии в камере самоиспарения 1 второго канала 13 (см. фиг.4 и 5), прокипающий раствор из трубы 11 стекает через зазоры 14 в канал 2 в виде нижней части цилиндрической камеры 1; образуемый пар из канала 2 проходит через зазоры 15 и отводится из камеры 1 через патрубок 12.