Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ ИЗ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ ИЛИ СУСПЕНЗИЙ

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств, предназначено для интенсификации различных тепло-массообменных процессов, где требуется охлаждение перерабатываемых растворов или суспензий, например при получении гидроксида алюминия из насыщенных алюминатных растворов. Оно может использоваться также в других областях промышленности, где требуется регулирование температурного режима осуществляемых процессов.

Известен аппарат для охлаждения растворов или суспензий - так называемый спиральный теплообменник (Ю.И. Дытнерский. "Процессы и аппараты химической технологии", т. 1., М., "Химия", 1995 г., стр. 343÷345). В этом аппарате поверхность теплообмена образуется двумя металлическими листами определенной длины, свернутыми по спирали. Внутренние концы спиралей присоединены к вертикальной перегородке. Таким образом, между листами образованы каналы прямоугольного сечения, по которым движутся теплоносители. С торцов каналы закрыты крышками. У наружных концов спиралей и у центра крышки приварены патрубки для ввода в аппарат раствора (или суспензии) и теплоносителя. К недостаткам этих аппаратов следует в первую очередь отнести сложность в изготовлении, большую металлоемкость и невозможность работать при давлении ниже атмосферного, поскольку герметизация спиралей вызывает трудности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному решению является аппарат (установка) для кристаллизации алюминатных растворов (а.с. №719652, B01D 9/02, опубл. 05.03.1980).

Установка состоит из корпуса, на крышке которого размещен вакуум-испаритель, трубы, установленной внутри корпуса и предназначенной для транспортировки раствора из конической части в вакуум-испаритель, барометрической трубы, концентрично установленной по отношению к транспортной и эрлифтной трубам. Нижний конец эрлифтной трубы выполнен коническим и герметично соединен с транспортной трубой. В эрлифтную трубу подается воздух. К недостаткам этой установки следует отнести сложность в эксплуатации и нестабильность ее работы, поскольку, при кристаллизации твердой фазы из алюминатных растворов, т.е. при образовании в результате разложения растворов суспензии, твердая фаза, содержащаяся в последней, осаждается и постепенно накапливается в конической части так называемой эрлифтной трубы, что приводит к постепенной и неизбежной забивке барометрической трубы. Увеличение расхода воздуха до максимальных значений, что предопределяет существенное повышение энергетических затрат, не позволит предотвратить снижение показателей работы установки из-за повышения гидравлического сопротивления на входе в эрлифтную трубу потока суспензии. В итоге установка будет полностью остановлена.

В основу изобретения поставлена задача снижения энергетических затрат.

При этом техническим результатом является увеличение коэффициента использования установки, стабилизация ее работы и повышение работоспособности.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в установке для кристаллизации гидроксида алюминия из алюминатных растворов или суспензий, содержащей аппарат для кристаллизации с патрубком в верхней его части, испаритель, соединенный с вакуумной системой, обеспечивающей в испарителе давление ниже атмосферного, патрубки для подвода и вывода раствора или суспензии, согласно заявляемому изобретению патрубки для подвода и вывода раствора или суспензии расположены соответственно в верхней и нижней частях испарителя, при этом патрубок для вывода из испарителя раствора или суспензии соединен с гидрозатвором, состоящим из двух параллельно расположенных вертикальных труб, соединенных между собой перетоком, а в нижней части трубы гидрозатвора, соединенной с верхним патрубком для приема раствора или суспензии в аппарат для кристаллизации, размещен патрубок для подачи воздуха, снабженный запорной арматурой, при этом отношение высоты (h₀) трубы гидрозатвора с патрубком для подачи воздуха к высоте (Н) параллельно расположенной трубы, соединенной с патрубком испарителя для вывода раствора или суспензии, h₀/H≤1,0.

Установку дополняет частный случай ее выполнения.

Переток гидрозатвора может содержать люк для удаления твердой фазы раствора или суспензии, которая может осаждаться в нем при остановке установки.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1.

Установка состоит из испарителя 1, включающего патрубок 2 для подвода на охлаждение раствора или суспензии, патрубок 3 для вывода на дальнейшую переработку охлажденного раствора или суспензии, трубопровода 4, предназначенного для отбора из испарителя сокового пара, устройства 5 для конденсации сокового пара, образующегося в испарителе, вакуумного насоса 6 для откачки из последнего неконденсирующихся газов, аппарата 7, предназначенного для кристаллизации гидроксида алюминия из алюминатных растворов, гидрозатвора, состоящего из двух параллельно расположенных вертикальных труб 8 и 9, соединенных между собой перетоком 10. Труба 8 гидрозатвора соединена с патрубком 3 испарителя 1. Труба 9 гидрозатвора снабжена патрубком 11 для подачи воздуха и в верхней части соединена с патрубком 12, который расположен в верхней части аппарата для кристаллизации 7. Для регулирования расхода воздуха в трубу гидрозатвора 9, в зависимости от давления в испарителе 1, на патрубке 11 установлена запорная арматура 13.

В перетоке 10, в случае, если установка предназначена для работы в режиме охлаждения суспензий, предусмотрен люк 14, назначение которого очистка перетока от твердой фазы суспензии при остановке агрегата на ремонт либо профилактику.

Вода, поступающая в устройство 5 для конденсации сокового пара, смешивается с конденсатом и удаляется в систему водооборота через «барометрический ящик» 15.

Установка работает следующим образом.

Раствор (суспензия), подлежащая охлаждению, поступает в испаритель 1 через патрубок 2. Вследствие того, что в испарителе 1 за счет подключения его к вакуумной системе поддерживается давление ниже атмосферного, раствор (суспензия) "вскипает". При этом температура жидкости понижается и соответствует равновесной при данном давлении. Образующийся так называемый соковый пар по трубопроводу 4 поступает в устройство 5, орошаемое водой и предназначенное для конденсации сокового пара. Неконденсирующиеся газы откачиваются из устройства 5 вакуумным насосом 6. Вода из устройства 5, смешанная с конденсатом, поступает в так называемый «барометрический ящик» 15, откуда откачивается в систему водооборота. В трубу 9 гидрозатвора, соединенную с аппаратом для кристаллизации 7 верхним патрубком для приема раствора или суспензии 12, а с трубой 8, соединенной в верхней части с испарителем 1 и в нижней с трубой 9 перетоком 10, через патрубок 11 подается воздух. Таким образом, плотность газожидкостной смеси, образующейся в трубе гидрозатвора 9, значительно ниже, чем плотность "чистого" раствора (суспензии) в трубе 8, что предопределяет возможность транспортировки раствора (суспензии) из испарителя 1, в котором давление ниже атмосферного, в аппарат для кристаллизации 7 за счет разницы статических давлений в трубах гидрозатвора 8 и 9. Это, в свою очередь, позволяет располагать испаритель 1, работающий при пониженном давлении, на незначительном расстоянии от крышки аппарата для кристаллизации 7, т.е., помимо всего прочего, снижать затраты на сооружение установки за счет уменьшения высоты размещения испарителя от крышки аппарата для кристаллизации 7.

При этом отношение высоты (h₀) трубы 9 к высоте (Н) трубы гидрозатвора 8: h₀/H≤1,0.

Указанное геометрическое соотношение элементов гидрозатвора необходимо для еще большей минимизации энергетических затрат на осуществление процесса охлаждения раствора (суспензии) в испарителе, работающем при давлении ниже атмосферного, и дальнейшую транспортировку охлажденного раствора (суспензии) в аппарат для кристаллизации 7. Если это соотношение будет больше единицы, то испаритель 1 переполнится поступающим в него раствором (суспензией) и для откачки его в аппарат для кристаллизации 7 потребуется существенно увеличить расход воздуха в трубу 9 гидрозатвора, т.е. повысить энергетические затраты.