Результат интеллектуальной деятельности: КАРБОНИЗАТОР

Изобретение относится к оборудованию гидрохимических производств, в частности к производству глинозема из нефелинов либо низкосортных бокситов методом спекания, где разложение алюминатных растворов, с целью выделения из них гидроксида алюминия осуществляется путем карбонизации газами, содержащими CO₂. Устройство может использоваться также в других областях промышленности, где требуется обработка растворов различными газами.

Известен аппарат для карбонизации алюминатных растворов, состоящий из цилиндрического корпуса с плоским днищем и крышкой, на которой расположен привод механического перемешивающего устройства. Собственно перемешивание раствора или суспензии осуществляется низкооборотной цепной мешалкой. Газ, содержащий CO₂, подается в карбонизатор через барботеры, врезанные в нижнюю часть корпуса (И.Н. Китлер, Ю.А. Лайнер. Нефелины - комплексное сырье алюминиевой промышленности. М.: Научно-техническое издательство цветной металлургии, 1962 г., стр. 162). К недостаткам этой конструкции карбонизатора следует отнести низкую степень использования газа, поскольку тихоходная цепная мешалка не обеспечивает требуемой скорости жидкости для диспергации пузырей газа. Поэтому в объеме перерабатываемого раствора образуются крупные газовые включения, что снижает поверхность контакта газ-жидкость и, как следствие, приводит к низким показателям по степени использования CO₂. Последнее для достижения необходимых технологических результатов предопределяет необходимость увеличивать расход газа, что неизбежно приводит к высоким энергетическим затратам на осуществление процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому решению является карбонизатор коническо-цилиндрической формы, в котором перемешивание суспензии осуществляется с помощью эрлифта (М.Я. Минцис, И.В. Николаев, Г.А. Сиразутдинов. Производство глинозема. Новосибирск, «Наука», 2012 г., стр. 190).

Аппарат состоит из цилиндрического корпуса с коническим днищем и крышкой. Перемешивание суспензии гидроксида алюминия, образующейся в процессе карбонизации алюминатного раствора, осуществляется эрлифтом. Газ, содержащий СО₂, подается под уровень раствора на глубину примерно 5,0-6,0 м через врезанные в конусную часть корпуса трубы. Отработанный газ удаляется из аппарата через выхлопную трубу, размещенную на крышке аппарата.

К недостаткам данной конструкции следует отнести неудовлетворительные показатели по степени поглощения СО₂, поскольку при подаче газа в весь объем раствора, находящегося в карбонизаторе, приведенная его скорость (расход, отнесенный к полному сечению аппарата, м³/м² сек) незначительна. Поэтому пузыри газа при всплытии коалесцинируют, образуя крупные газовые включения, что неизбежно приводит к снижению площади поверхности контакта фаз газ-раствор. Как следствие - низкие показатели по степени поглощения СО₂ и необходимость увеличивать расход газа для достижения требуемых результатов по глубине разложения раствора. Повышение расхода газа однозначно приводит к увеличению энергетических затрат и повышенному выбросу в атмосферу щелочных аэрозолей, что помимо всего прочего ухудшает экологию.

В основу изобретения поставлена задача повышения степени использования СО₂.

При этом техническим результатом является снижение энергетических затрат на осуществление процесса разложения алюминатного раствора методом карбонизации.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что карбонизатор для получения гидроксида алюминия разложением алюминатных растворов газами, содержащими CO₂, содержит цилиндрический корпус с коническим днищем и крышкой, трубы для подачи газа в карбонизатор, вытяжную трубу для удаления из него отработанного газа, эрлифт для перемешивания образующейся в процессе разложения растворов суспензии гидроксида алюминия, согласно заявляемому изобретению трубы для подачи газа в карбонизатор расположены вертикально внутри корпуса, при этом нижние их части закреплены коаксиально в цилиндрических обечайках, жестко соединенных между собой и стенками корпуса.

Дополнительно способствует достижению заявленного технического результата то, что трубы и обечайки выполнены с образованием зазора между их нижними торцами, а верхние торцы обечаек расположены ниже уровня раствора в аппарате.

Размещение нижней части вертикальных труб в цилиндрические обечайки обеспечивает существенное увеличение в них приведенной скорости газа (расход газа на каждую обечайку, отнесенный к площади ее поперечного сечения, м³/м² сек). Кроме того, каждая цилиндрическая обечайка представляет собой своеобразный эрлифт, что обеспечивает высокую скорость восходящего движения газожидкостной смеси, т.е. создаются гидродинамические условия, при которых происходит интенсивное дробление крупных газовых включений, содержащихся в газожидкостной смеси. Таким образом, значительно повышается поверхность контакта фаз газ-алюминатный раствор и, как следствие, коэффициент использования CO₂.

Размещение нижнего торца вертикальных труб выше нижних торцов цилиндрических обечаек необходимо для предотвращения возможного «выброса» некоторого количества газа за пределы объема, ограниченного поверхностью цилиндрических обечаек.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид карбонизатора;

На фиг. 2 - поперечный разрез аппарата.

Карбонизатор состоит из цилиндрического корпуса 1, конического днища 2 и крышки 3. Перемешивание суспензии, образующейся в процессе карбонизации алюминатного раствора, осуществляется эрлифтом 4. Газ в карбонизатор подается по вертикальным трубам 5, которые коаксиально размещены в цилиндрических обечайках 6. Положение труб 5 в цилиндрических обечайках 6 фиксируется распорками 7. Цилиндрические обечайки 6 жестко крепятся к стенкам корпуса 1 кронштейнами 8, а между собой соединены поясами жесткости 9. Отработанный газ удаляется из аппарата через вытяжную трубу 10. В нижней части (вершина конусного днища) имеется патрубок 11 для выгрузки остатков гидроксида алюминия.

Карбонизатор работает следующим образом. В заполненный алюминатным раствором аппарат через трубы 5, закрепленные в цилиндрических обечайках 6, подается газ, содержащий CO₂. При смешении газа с раствором в объеме цилиндрических обечаек, образуется газо-жидкостная смесь, которая с большой скоростью движется вверх. Таким образом, каждая цилиндрическая обечайка по сути представляет собой своеобразный эрлифт, что обеспечивает интенсивную аксиальную циркуляцию раствора во всем объеме карбонизатора. Большая скорость движения восходящего потока газожидкостной смеси предотвращает возможность образования крупных газовых включений, поскольку создаются благоприятные гидродинамические условия для интенсивного их дробления с образованием мелких пузырей. Следствием является увеличение поверхности контакта газ-алюминатный раствор и высокая степень поглощения CO₂.

Высокая степень поглощения газа в зоне реакции предопределяет уменьшение его количества, поступающего в верхнюю зону карбонизатора, в так называемую сепарационную зону, т.е. уменьшается скорость газа в этой зоне. Это обеспечивает снижение выбросов в атмосферу щелочных аэрозолей, содержащих твердую фазу гидроксида алюминия и, как следствие, снижает или исключает вообще зарастание твердыми отложениями поверхности стенок карбонизатора, расположенной над уровнем раствора в аппарате. Отработанный газ удаляется из карбонизатора через вытяжную трубу 10. При остановке аппарата на ремонт остатки находящегося в нем гидроксида алюминия выгружаются через патрубок 11.