АППАРАТ ДЛЯ НАГРЕВА РАСТВОРОВ И СУСПЕНЗИЙ
APPARATUS FOR HEATING SOLUTIONS AND SUSPENSIONS

Изобретение относится к оборудованию для производства глинозема и, в частности, для нагрева маточных и оборотных алюминатных растворов, а также различных суспензий. Оно может быть использовано в других производствах, где требуется "глухой" нагрев паром перерабатываемых растворов или суспензий.
Известны одно- и многоходовые аппараты для теплообменных процессов как с жестко соединенными с фланцами корпуса трубными досками, так и с плавающей головкой (А.Н.Плановский, П.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Госхимиздат, 1960 г., с.285-288).
В общем случае аппарат состоит из цилиндрического корпуса с эллипсными крышками, внутри корпуса размещены греющие трубы, закрепленные концами в трубных досках. В многоходовых аппаратах пространство, образованное верхней и нижней трубными досками и соответствующими крышками, разделено плоскими вертикальными перегородками, изменяющими направление движения нагреваемой среды по греющим трубам. Для ввода и вывода нагреваемой среды, подачи пара и вывода конденсата предусмотрены соответствующие патрубки.
К недостаткам аппарата следует отнести высокое гидравлическое сопротивление из-за резкого изменения направления движения нагреваемой среды и наличие вертикальных перегородок, усложняющих конструкцию. Кроме того, уплотнение плоских перегородок, примыкающих к трубной доске, связано с большими трудностями, и при возникновении разницы давлений в соседних камерах они деформируются, что приводит к дестабилизации работы аппарата.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому решению является аппарат для теплообменных процессов по авторскому свидетельству СССР №1626487, МПК D01D 1/06, опубликован 10.09.1996 г.
Аппарат состоит из цилиндрического корпуса, верхней и нижней эллипсных крышек, греющих труб, размещенных внутри корпуса и закрепленных верхними и нижними концами в трубных досках. По оси аппарата расположена центральная труба, также закрепленная в трубных досках, примыкающая верхним торцом к патрубку для вывода нагретой суспензии. Аппарат снабжен патрубками для ввода суспензии или раствора, подачи пара в межтрубное пространство и вывода конденсата. Раствор или суспензия через соответствующий патрубок поступает в верхнюю камеру аппарата, далее по греющим трубам опускается в нижнюю камеру, затем через центральную трубу вновь поднимается вверх и через патрубок, примыкающий нижним торцом к верхнему торцу центральной трубы, выводится из аппарата.
К недостаткам данной конструкции следует отнести низкую удельную поверхность нагрева, обусловленную тем, что центральную часть греющей камеры занимает циркуляционная труба большого диаметра. Кроме того, увеличение числа ходов, при прочих равных условиях, позволяет в качестве греющих использовать трубы большего диаметра и обеспечить в них высокую скорость движения нагреваемой среды. Это предопределяет повышение коэффициента теплопередачи, снижение энергетических потерь на гидравлическое трение, а также уменьшение вероятности зарастания внутренних поверхностей греющих труб твердыми отложениями в случае переработки в глиноземном производстве насыщенных алюминатных растворов, из которых может кристаллизоваться твердая фаза гидроксида алюминия либо алюмосиликата натрия.
Задачей изобретения является увеличение удельной поверхности нагрева и снижение зарастания внутренних поверхностей греющих труб твердыми отложениями в процессе нагрева маточных и оборотных алюминатных растворов, а также различных суспензий, что позволит повысить коэффициент теплопередачи на 10÷15%.
Технический результат достигается тем, что в аппарате для теплообменных процессов, содержащем цилиндрический корпус с крышками, расположенными внутри корпуса греющими трубами, закрепленными верхними и нижними концами в трубных досках, патрубки для ввода и вывода нагреваемого раствора или суспензии в трубное пространство и ввода пара в межтрубное пространство и вывода конденсата, концы греющих труб, закрепленные в центральной части трубных досок, в верхней трубной доске отделены от остальных греющих труб стаканом, примыкающим нижним торцом к поверхности трубной доски и верхним торцом жестко соединенным с патрубком для ввода раствора или суспензии, а нижняя трубная доска имеет цилиндрическую обечайку с крышкой, отделяющую часть нижних концов греющих труб от внутреннего пространства нижней растворной камеры, при этом суммарная площадь поперечного сечения греющих труб, отделенных цилиндрической обечайкой с крышкой, больше площади суммарного поперечного сечения греющих труб, отделенных стаканом, расположенным на верхней трубной доске.
Суммарная площадь поперечного сечения греющих труб, отделенных обечайкой на нижней трубной доске, составляет 1,9÷2,4 суммарного сечения греющих труб, отделенных стаканом, расположенным на верхней трубной доске.
На внутренней поверхности крышки цилиндрической обечайки размещена коническая вставка, обращенная вершиной вверх.
На фиг.1 показана схема аппарата.
На фиг.2 представлен поперечный разрез аппарата.
На фиг.3 показана крышка цилиндрической обечайки с конической вставкой.
Аппарат состоит из цилиндрического корпуса - 1, верхней - 2 и нижней - 3 растворных камер с соответствующими эллипсными днищами 4, 5. Внутри корпуса - 1 размещены верхняя - 6 и нижняя - 7 трубные доски, в которых закреплены греющие трубы 8, 9, 10. В верхнее эллипсное днище - 4 врезан патрубок - 11 для подачи в аппарат нагреваемого раствора или суспензии. Последний, в свою очередь, жестко соединен со стаканом - 12, размещенным в верхней растворной камере - 2. Стакан - 12 герметично примыкает к верхней трубной доске - 6.
В нижней растворной камере - 3 размещена цилиндрическая обечайка - 13 с эллипсной крышкой - 14. Цилиндрическая обечайка - 13 жестко крепится к нижней трубной доске - 7, и диаметр ее больше диаметра стакана - 12. На внутренней поверхности крышки - 14 закреплена направляющая коническая вставка - 15, обращенная вершиной вверх.
Греющий пар подают в аппарат через патрубок - 16, конденсат удаляют через патрубок - 17, а неконденсирующиеся газы - через патрубок - 18. Нагретый раствор или суспензию отводят из аппарата на дальнейшую переработку через патрубок - 19.
Аппарат работает следующим образом.
Раствор или суспензию, подлежащие нагреву, подают в аппарат через патрубок - 11, и далее через стакан - 12 раствор поступает в греющие трубы - 8, размещение которых на трубной доске - 6 ограничено периметром нижнего торца стакана - 12. Опускаясь по греющим трубам - 8 вниз, нагреваемый раствор попадает в камеру, образованную цилиндрической обечайкой - 13, жестко соединенной с нижней трубной доской - 7 и эллипсной крышкой - 14. Здесь благодаря профилю крышки - 14 и конической вставке - 15 плавно изменяется направление движения нагреваемого раствора из нисходящего по греющим трубам - 8, на восходящее по греющим трубам - 9. Размещение труб - 9 на трубной доске - 7 ограничено периметром цилиндрической обечайки - 13. Далее раствор поступает в верхнюю растворную камеру - 2, в которой он вновь изменяет направление своего движения из восходящего на нисходящее по греющим трубам - 10 и попадает в нижнюю растворную камеру - 3, откуда через патрубок - 19 выводится из аппарата.
Пар в межтрубное пространство подается через патрубок - 16, конденсируется на поверхности греющих труб - 8, 9, 10. Конденсат стекает вниз и удаляется из аппарата через патрубок - 17. Неконденсирующиеся газы, поступающие с паром и снижающие коэффициент теплоотдачи, удаляются из межтрубного пространства через патрубок - 18.
Соотношение суммарной площади поперечного сечения греющих труб, отделенных цилиндрической обечайкой на нижней трубной доске, к суммарной площади поперечного сечения греющих труб, отделенных стаканом на верхней трубной доске, - 1,9÷2,4, выбрано из соображений обеспечения равных гидродинамических условий и условий теплообмена в греющих трубах с восходящим и нисходящим потоками,
Коническая вставка, закрепленная на внутренней поверхности крышки цилиндрической обечайки, обеспечивает плавное изменение направления потока и, следовательно, снижение гидравлических потерь.