установка для выщелачивания бокситовой пульпы

Формула изобретения

1. Установка для выщелачивания бокситовой пульпы состоит из батареи автоклавов с паропроводом от внешнего источника, подключенного к первому автоклаву батареи, по меньшей мере, двух ступеней самоиспарения, каждой из которых соответствует, по меньшей мере, один аппарат для самоиспарения бокситовой пульпы с патрубком ввода горячей пульпы, патрубком вывода охлажденной пульпы и, по меньшей мере, с одним патрубком отвода пара, сообщающимся со средством для очистки пара от капель жидкости, соответствующих каждой ступени самоиспарения, по меньшей мере, двух подогревателей, соединенных в пределах одной ступени самоиспарения паропроводами, по меньшей мере, с одним патрубком отвода пара аппарата для самоиспарения с возможностью подачи пара к каждому подогревателю, а в пределах соседних ступеней - переточными трубопроводами, трубопроводов подачи технологических растворов, по меньшей мере, к двум подогревателям, соответствующим последней ступени самоиспарения, причем, по меньшей мере, два подогревателя, соответствующие первой ступени самоиспарения, соединены трубопроводом с первым автоклавом батареи, последний автоклав батареи соединен трубопроводом с патрубком ввода выщелоченной бокситовой пульпы аппарата для самоиспарения первой ступени, при этом патрубки ввода и вывода бокситовой пульпы установлены с возможностью протекания пульпы по днищу аппарата для самоиспарения.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аппарат для самоиспарения выполнен в виде аппарата с горизонтально расположенным корпусом.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что патрубки ввода и вывода бокситовой пульпы на самоиспарение установлены в торцевых частях аппарата для самоиспарения с горизонтальным корпусом.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аппарат для самоиспарения с горизонтальным корпусом снабжен водяным фильтром, сообщающимся со средством для очистки пара от капель жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству глинозема и может быть использовано при автоклавном выщелачивании бокситовой пульпы.

Известна установка для выщелачивания бокситовой пульпы (Мальц Н.С. Автоклавное выщелачивание бокситов, М., Металлургия. 1980 г., стр.24-27, рис. 4 на стр.27, стр.42, 43), включающая батарею автоклавов, две ступени самоиспарения (аппараты для самоиспарения в виде сепараторов), каждый с патрубком подвода горячей бокситовой пульпы, патрубком вывода охлажденной бокситовой пульпы и патрубком для отвода пара, установленным в верхней части аппарата и сообщающимся со средством для очистки пара, от капель жидкости, а также подогреватель бокситовой пульпы, соединенный паропроводом с аппаратом самоиспарения первой ступени. При этом аппарат самоиспарения второй ступени соединен со средством поддержания давления в виде барометрического конденсатора.

Упомянутый аппарат для самоиспарения в известном устройстве выполнен в виде сепаратора выщелоченной бокситовой пульпы с цилиндрическим вертикальным корпусом с патрубком ввода горячей пульпы (в виде штуцера для входа), патрубком вывода охлажденной пульпы (в виде разгрузочной трубы) и установленным в верхней части аппарата патрубком для отвода пара (в виде штуцера), последний сообщается со средством для очистки пара от капель жидкости.

Самоиспарение выщелоченной бокситовой пульпы в подобных аппаратах происходит в ее кипящем объеме с поверхности зеркала, имеющей небольшую площадь относительно объема пульпы. Из-за значительной толщины кипящего слоя пульпы, как и любого самоиспаряемого раствора, в вертикальных самоиспарителях не удается достичь высокой степени прокипания раствора и выделить максимальное, близкое к теоретическому, количество пара. Следовательно, высокая степень непрокипания пульпы и вынос большого количества тепла с уходящим объемом пульпы, являются причиной того, что выделяющегося пара из выщелоченной пульпы недостаточно для нагрева до более высокой температуры бокситовой пульпы, поступающей на автоклавную обработку. Исходя из вышесказанного следует, что возникает необходимость в дополнительном нагреве паром внешнего источника бокситовой пульпы, поступающей из подогревателя в батарею автоклавов.

В качестве ближайшего аналога выбрана установка для выщелачивания бокситовой пульпы (Мальц Н.С. Автоклавное выщелачивание бокситов, М., Металлургия. 1980 г., стр.30, рис.5в на стр.31). Установка включает: батарею автоклавов; не менее двух ступеней самоиспарения - аппараты для самоиспарения бокситовой пульпы, каждый с патрубком ввода горячей бокситовой пульпы, патрубком вывода охлажденной бокситовой пульпы и патрубком для отвода пара, установленными в верхней части аппарата и сообщающимся со средством для очистки пара от капель жидкости; кроме того, паропроводы, соединяющие каждую ступень самоиспарения с соответствующим подогревателем технологического раствора в виде оборотного раствора, при этом первая ступень самоиспарения соединена трубопроводом с последним автоклавом, а подогреватели соединены друг с другом переточными трубопроводами. Установка содержит также трубопровод от подогревателя, соответствующего первой ступени самоиспарения, и трубопровод подачи другого вида технологического раствора в виде густой пульпы. Указанные трубопроводы соединены с аппаратом для смешивания оборотного раствора и густой пульпы перед подачей образованной смеси бокситовой пульпы в батарею автоклавов (устройство принято за прототип).

Конструкция упомянутого аппарата для самоиспарения в данной установке также как и в предыдущем аналоге описана в цитируемом источнике на стр. 42. Такой аппарат выполнен в виде сепаратора выщелоченной в автоклаве бокситовой пульпы с цилиндрическим вертикальным корпусом, с патрубком ввода горячей пульпы (в виде штуцера для входа), патрубком вывода охлажденной пульпы (в виде разгрузочной трубы) и установленным в верхней части аппарата патрубком для отвода пара (в виде штуцера), последний сообщается со средством для очистки пара от капель жидкости (Мальц Н.С. Автоклавное выщелачивание бокситов, М., Металлургия. 1980 г., стр.42-43).

В упомянутой установке следующие причины препятствуют достижению указанного ниже технического результата.

Во-первых, как и в предыдущем аналоге в данной установке, самоиспарение выщелоченной бокситовой пульпы в подобных аппаратах происходит в кипящем объеме пульпы с поверхности зеркала, имеющей небольшую площадь относительно объема пульпы. Таким образом, значительная толщина слоя пульпы препятствует интенсивному прокипанию бокситовой пульпы и не дает возможность выделить максимальное количество пара в свободное пространство аппарата, а значит выделяющийся пар не способен нагревать оборотный раствор до более высокой температуры. Поэтому при подаче оборотного раствора, поступающего из подогревателя в батарею автоклавов, необходим его дополнительный нагрев паром внешнего источника.

Во-вторых, возникает значительная потребность в энергии пара от внешнего источника для подогрева другого вида технологического раствора - густой пульпы, поступление которой в смеси с оборотным раствором также предусматривается в батарею автоклавов. Так, в существующих установках требуется до 40% затрат дополнительной энергии от общего расхода пара на весь процесс автоклавного выщелачивания.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая конструкция установки, заключается в расширении арсенала средств подобного назначения, направленных на снижение энергетических затрат.

Поставленная задача решается тем, что установка для выщелачивания бокситовой пульпы состоит из: батареи автоклавов с паропроводом от внешнего источника, подключенного к первому автоклаву батареи, по меньшей мере, двух ступеней самоиспарения, каждой из которых соответствует, по меньшей мере, один аппарат для самоиспарения выщелоченной бокситовой пульпы с патрубком ввода горячей пульпы, патрубком вывода охлажденной пульпы, и, по меньшей мере, с одним патрубком отвода пара, сообщающимся со средством для очистки пара от капель жидкости; соответствующих каждой ступени самоиспарения, по меньшей мере, двух подогревателей, соединенных в пределах одной ступени самоиспарения паропроводами по меньшей мере, с одним патрубком отвода пара аппарата для самоиспарения с возможностью подачи пара к каждому подогревателю, а в пределах соседних ступеней - переточными трубопроводами; трубопроводов подачи технологических растворов, по меньшей мере, к двум подогревателям, соответствующим последней ступени самоиспарения, причем, по меньшей мере, два подогревателя, соответствующие первой ступени самоиспарения, соединены трубопроводом с первым автоклавом батареи, последний автоклав батареи соединен трубопроводом с патрубком ввода выщелоченной бокситовой пульпы аппарата для самоиспарения первой ступени, при этом патрубки ввода и вывода бокситовой пульпы установлены с возможностью протекания пульпы по днищу аппарата для самоиспарения.

Наилучшие варианты использования заявляемой установки возможны при следующих конструктивных особенностях.

Первое, целесообразно, чтобы аппарат для самоиспарения был выполнен в виде аппарата с горизонтально расположенным корпусом.

Второе, предпочтительно патрубки ввода и вывода выщелоченной бокситовой пульпы на самоиспарение устанавливать в торцевых частях аппарата с горизонтальным корпусом.

Третье, аппарат для самоиспарения с горизонтальным корпусом может быть снабжен водяным фильтром, сообщающимся со средством для очистки пара от капель жидкости.

И последнее, установка может быть снабжена дополнительной ступенью самоиспарения, последовательно соединенной с последней ступенью самоиспарения и со средством снижения давления в аппаратах для самоиспарения.

Новым существенным признаком установки является соответствие одной ступени самоиспарения, по меньшей мере, двух подогревателей. Наличие, по меньшей мере, двух подогревателей позволяет одновременно осуществлять регенеративный нагрев паром самоиспарения различных технологических растворов бокситовой пульпы, участвующих в процессе двухпоточного выщелачивания: оборотный раствор и густую пульпу. В этом случае густая пульпа и оборотный раствор "проходят" через соответствующие подогреватели.

Однако технологические особенности процесса выщелачивания бокситовой пульпы подразумевают наличие в пределах одной ступени нескольких подогревателей. Поэтому, при варианте, когда установка содержит более двух подогревателей (в пределах одной ступени самоиспарения), их соединение с аппаратом для самоиспарения с возможностью подачи пара к каждому подогревателю обусловливает рациональную схему соединения подогревателей. Так, при одновременной подаче упомянутых двух технологических растворов в соответствующие подогреватели, целесообразно объединить подогреватели в две группы. В этом случае регенеративный нагрев оборотного раствора и густой пульпы производится при подаче пара в параллельно соединенные (по пару) подогреватели каждой группы. При этом каждая группа подогревателей в пределах одной ступени может быть соединена паропроводами, по меньшей мере, с одним паровым патрубком аппарата для самоиспарения.

Кроме того, наличие нескольких подогревателей в каждой группе решает проблему отложений на греющей поверхности подогревателей. Поэтому один подогреватель из группы как оборотного раствора, так и густой пульпы возможно использовать в качестве резервного.

В конструкции аппарата для самоиспарения, установив патрубки для ввода и вывода бокситовой пульпы так, что бокситовая пульпа течет по днищу горизонтального аппарата, появилась возможность проводить процесс самоиспарения при более полном прокипании бокситовой пульпы по всей толщине слоя потока. В результате этого эффекта температура интенсивно выделяющегося пара повышается, следовательно, возрастает и температура нагрева одного или двух видов технологических растворов бокситовой пульпы в подогревателях. Таким образом, предложенное расположение патрубков ввода и вывода бокситовой пульпы влияет на уменьшение расхода пара от внешнего источника.

Выполнение аппаратов для самоиспарения в виде аппаратов с горизонтально расположенным корпусом представляет собой наиболее технологичный вариант аппаратурного оформления заявляемой установки, при котором обеспечивается уменьшение толщины слоя потока бокситовой пульпы с развитием площади зеркала поверхности самоиспарения. Течение потока бокситовой пульпы вдоль днища аппарата наиболее приемлемо с точки зрения компоновки схемы аппаратов с горизонтальным корпусом, что обеспечивается установкой патрубков ввода и вывода пульпы в торцевых частях аппарата.

Предлагаемая конструкция аппарата для самоиспарения предопределяет соединение в одну ступень самоиспарения для плавного снижения перепада давления, по меньшей мере, двух таких аппаратов.

Дополнительный элемент конструкции аппарата для самоиспарения с горизонтальным корпусом в виде водяного фильтра, сообщающегося со средством для очистки пара от капель жидкости, позволяет задерживать в толще воды частицы бокситовой пульпы, в результате чего поступающий в подогреватели пар имеет более высокую степень очистки, что влияет на расход вторичного пара, стабильность его температуры, повышение температуры нагреваемых технологических растворов и, как следствие, - на уменьшение энергетических затрат.

На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение установки позволяет уменьшить расход пара от внешнего источника за счет увеличения степени прокипания выщелоченной бокситовой пульпы и повышения температуры регенеративного нагрева технологических растворов бокситовой пульпы.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественным всем существенным признакам устройства. Заявитель считает, что изобретение соответствует критериям охраноспособности: "новизна" и "существенные отличия".

Наилучший вариант выполнения установки для выщелачивания бокситовой пульпы поясняется примерами и иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображена установка для выщелачивания бокситовой пульпы по двухпоточной схеме.

На фиг.2 изображен аппарат для самоиспарения с горизонтальным корпусом.

Установка содержит (см. фиг.1) батарею автоклавов 1, состоящую из трех высокотемпературных аппаратов вместимостью 100 м³ каждый, два горизонтально-трубных подогревателя 2 оборотного раствора и два горизонтально-трубных подогревателя 3 густой пульпы; каждый вид подогревателей 2, 3 соединен между собой по пару параллельно. Конденсат и неконденсирующиеся газы из горизонтально-трубных подогревателей 2, 3 отводятся по соответствующим трубопроводам (не указаны).

Кроме того, установка содержит три ступени самоиспарения по числу аппаратов самоиспарения 4 с цилиндрическим горизонтальным корпусом 5 (далее именуемые наиболее употребляемым термином - горизонтальный самоиспаритель 4). Каждый горизонтальный самоиспаритель 4 содержит патрубок ввода горячей бокситовой пульпы 6, патрубок вывода охлажденной бокситовой пульпы 7, патрубок 8 отвода пара, соединенный паропроводом 9 с двумя подогревателями оборотного раствора 2; патрубок 10 отвода пара, соединенный паропроводом 11 с двумя подогревателями 3 густой пульпы. Горизонтальный самоиспаритель 4 содержит также средство для очистки пара от капель жидкости, выполненное в виде каплеуловителя 12, сообщающегося с водяным фильтром 13.

Диаметр цилиндрической части корпуса горизонтального самоиспарителя составляет 2-3 м, длина 5-9 м.

Кроме того, установка содержит трубопровод 14 подачи оборотного раствора и трубопровод 15 подачи густой пульпы, соединенные с соответствующими подогревателями 2, 3.

Подогреватели 2, 3 оборотного раствора и густой пульпы в каждом потоке соединены последовательно между собой соответственно переточными трубопроводами 16, 17, а подогреватели 2, 3, соответствующие первой ступени самоиспарения, соединены с первым автоклавом 1 батареи; каждый автоклав 1 соединен друг с другом переточными трубопроводами 18.

Перечисленные аппараты выполнены из углеродистой стали, примером могут быть марки Ст 3 ГОСТ 380-94, сталь 20 ГОСТ 1050-88.

Установка по двухпоточной схеме работает следующим образом.

Поток густой пульпы от пульпового насоса (не показан) прокачивается через последовательно установленные горизонтально-трубные подогреватели 3 густой пульпы и поступает в первый из трех высокотемпературных автоклавов 1. Одновременно оборотный раствор от высоконапорного насоса оборотного раствора (не показан) проходит через последовательно установленные горизонтально-трубные подогреватели 2 оборотного раствора и поступает в первый из трех высокотемпературных автоклавов 1. Образовавшаяся бокситовая пульпа в первом автоклаве 1 подвергается дополнительному нагреву до температуры 257-258 градусов, равновесной с давлением пара. Во втором и третьем автоклаве 1 бокситовая пульпа дополнительно нагревается до 260°С паром ТЭЦ.

Каждый из горизонтально-трубных подогревателей 2, 3 обогреваются вторичным паром соответствующей ступени самоиспарения.

Выщелоченная пульпа поступает в горизонтальный самоиспаритель 4 первой ступени через патрубок ввода 6. В горизонтальном самоиспарителе 4 за счет снижения давления бокситовая пульпа, перетекая по днищу потоком со слоем толщиной 150-200 мм, вскипает, охлаждается и выходит через патрубок 7 из горизонтального самоиспарителя 4 первой ступени охлажденной. Далее, поступая в следующие горизонтальные самоиспарители, бокситовая пульпа вновь вскипает, охлаждается и после прохождения последней ступени самоиспарения выходит с температурой 115°С.

Пар самоиспарения из каждого горизонтального самоиспарителя 4 отводится через патрубки 8, 10 и паропроводы 9, 11 в межтрубное пространство горизонтально-трубных подогревателей 2, 3. Конденсат из подогревателей 2, 3 отводится по трубопроводам (не указаны).

На основании теоретических и экспериментальных данных авторы установили, что заявляемая установка для выщелачивания бокситовой пульпы позволяет уменьшить расход пара ТЭЦ на 15-30% в зависимости от числа ступеней самоиспарения и, соответственно, числа подогревателей 2, 3.