способ упаривания алюминатного раствора

Формула изобретения

Способ упаривания алюминатного раствора глиноземного производства в многокорпусной выпарной установке с продукционным корпусом, работающим с естественной циркуляцией раствора, отличающийся тем, что входящий в продукционный корпус раствор подают при положительном перепаде температур между ним и циркулирующим раствором в восходящую часть циркуляционного контура выпарного аппарата, а при отрицательном перепаде - в нисходящую часть.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к выпарной технике, используемой для упаривания кристаллизующихся растворов в многокорпусных выпарных установках, и может быть использовано в глиноземном производстве.

Известен способ (А.И.Лайнер. Производство глинозема. ГосНТИ литературы по черной и цветной металлургии, М., 1961, стр.331, рис.105) упаривания раствора в многокорпусной (трехкорпусной) выпарной батарее (установке), работающей по принципу противотока раствора, т.e. по схеме 3-2-1.

Основной недостаток способа (схемы) в том, что раствор по мере упаривания передается по корпусам с постепенно повышающимися температурой и давлением. Поскольку концентрация раствора повышается одновременно с его температурой, то усиливается коррозионное воздействие на греющие трубы, особенно продукционного (в данном случае, первого) корпуса, что сокращает срок их службы.

Другим недостатком способа является его неэффективность при упаривании кристаллизующихся растворов с выделением осадка при повышении концентрации и температуры, даже если продукционный корпус будет работать с естественной циркуляцией раствора, что обычно делается для снижения осадкообразования на греющих трубах. Это обусловлено тем, что перепад температур растворов второго и первого корпусов незначителен (во втором меньше приблизительно на 18°С, т.е. отрицательный перепад). Поэтому при подаче раствора в циркуляционный контур первого корпуса (нужно подавать в нисходящую его часть) стимуляция циркуляции будет незначительной.

Известен способ (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. "Металлургия", М., 1970, стр.213, рис.72) упаривания раствора в трехкорпусной выпарной батарее смешанного тока раствора 2-3-1. В данном способе при оставшемся первом недостатке способа-аналога устранен второй недостаток - малый перепад температур между раствором, поступающим в продукционный (первый) корпус, и циркулирующим в нем раствором, т.к. исходный раствор поступает в циркуляционный контур первого корпуса не из второго, а из третьего корпуса (перепад приблизительно в два раза больше).

Недостатком данного способа, как и способа-аналога, является быстрый износ греющих труб продукционного корпуса и неэкономичность, т.к. используется трехстадийное упаривание, тогда как при упаривании алюминатного раствора глиноземного производства возможно использование четырех- и даже пятистадийное упаривание в одной выпарной батарее (установке).

В четырехкорпусной батарее температурный перепад между растворами предпродукционного и продукционного корпусов может быть еще больше.

Другим недостатком является то, что в данном способе, как и в способе-аналоге, полезный перепад температур между растворами указанных корпусов является отрицательным (в предпродукционном температура меньше, чем в продукционном). Это снижает стимулирование циркуляции раствора в продукцирнном корпусе, работающем с естественной циркуляцией раствора.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков.

Указанная цель достигается тем, что исходный раствор подают в продукционный корпус в восходящую часть его циркуляционного контура, если температура исходного раствора выше температуры циркулирующего раствора (положительный перепад температур) или в нисходящую часть циркуляционного контура, если температура исходного раствора ниже температуры циркулирующего раствора в контуре (отрицательный перепад температур).

На фиг.1 дана схема (2-3-1-4) упаривания раствора при работе продукционного (четвертого) корпуса с положительным перепадом температур между входящим (исходным) и циркулирующим растворами; на фиг.2 дана схема (2-3-4-1) упаривания также смешанного тока раствора с отрицательным перепадом температур; на фиг.3 дан общий вид продукционного аппарата, работающего с естественной циркуляцией раствора, используемого в схемах на фиг.1 (четвертый корпус) и фиг.2 (первый корпус).

Продукционный выпарной аппарат, используемый в схемах 1, 2, состоит из греющей камеры 1, нижней растворной камеры 2, камеры кипения, состоящей из приемной камеры 3, сопла (патрубка подвода исходного раствора) 4, камеры 5 смешения растворов, сепаратора 6 и циркуляционной трубы 7 с патрубком 8 подачи исходного раствора с температурой ниже, чем у циркулирующего раствора.

Эти две схемы являются крайними, если можно так сказать. Между ними существует множество схем смешанного тока раствора, используемых в глиноземном производстве в зависимости от параметров упариваемого раствора, зависящих в свою очередь от состава исходного сырья (бокситы, нефелин, алунит).

Способ упаривания алюминатного раствора, схема которого представлена на фиг.1, осуществляется следующим образом. Алюминатный (маточный) раствор, предназначенный для упаривания (повышения концентрации, например, с 140 г/л Na ₂О_к до 290 г/л Na₂O_к), а также для выделения из него вредных для производства веществ при повышении концентрации, например, соды (Na₂CO ₃), подается во второй корпус, затем в третий, далее в первый, последовательно упариваясь без содовыделения. В первом корпусе раствор нагревается до максимально возможной температуры (при давлении греющего пара, поступающего в его греющую камеру, например 5,5 ати, температура выходящего из него раствора с учетом депрессии будет не ниже 155°С) и поступает в продукционный (в данном случае четвертый) корпус (см. фиг.3) в камеру кипения через сопло 4. Здесь происходит вскипание раствора, т.к. давление в сепараторе первого (предпродукционного) корпуса выше (приблизительно на 2,5-3,0 ати), чем в сепараторе четвертого корпуса (в камере кипения давление приблизительно такое же, как в сепараторе четвертого корпуса). Образовавшийся пар увлекает за собой вверх раствор, циркулирующий по контуру: камера 3, камера 5, сепаратор 6, циркуляционная труба 7, камера 2, камера 1. При этом в трубе 7 раствор опускается, а в камере 1 поднимается (патрубок 8 при работе по схеме, изображенной на фиг.1, отглушен). Надо сказать, чем больше перепад (положительный) температур между входящим (исходящим) раствором и циркулирующим, тем больше пара образуется, тем эффективнее действует парлифт, тем выше скорость циркуляции раствора, тем менее интенсивно зарастают греющие грубы камеры 1, тем выше производительность продукционного корпуса, а значит и всей батареи, тем эффективнее предлагаемый способ.

Следует еще сказать, что при работе по данной схеме в продукционном (четвертом) корпусе происходит интенсивное выделение соды, т.к. концентрация конечная (наивысшая), а температура максимально низкая. Но эта схема оптимальна, если на следующем переделе содоотделении использовать не содоотстойники и фильтры, а, например, центрифуги. Это обусловлено тем, что хотя соды выделяется много (это хорошо), но она мелкая (это плохо) из-за низкой температуры раствора и плохо фильтруется (необходимо фугование, что не всегда возможно из-за низкой производительности центрифуги). Поэтому более приемлемо (оптимально) использовать для упаривания алюминатного раствора до указанной концентрации с содержанием в нем соды не менее 10% схему 4-3-1-2 или 3-4-1-2. При упаривании по этой схеме больше положительных факторов, чем отрицательных: 1) температура упаренного раствора хоть и выше, чем при работе по схеме 2-3-1-4, но сода выделяется хорошо и главное - крупная; 2) температура упаренного раствора ниже, чем, например, при работе по схеме 2-3-4-1, значит износ греющих труб меньше; 3) соблюдается максимально возможный положительный перепад растворов (входящего и циркулирующего), хотя при схеме 4-2-1-3 этот перепад больше, но температура упаренного раствора, при этом все-таки низкая, и сода будет мелкая.

Не может быть альтернативной и схема 1-3-4-2 (или 3-1-4-2), т.к. перепад температур у растворов предпродукционного и продукционного корпусов отрицательный и он приблизительно такой же, как при схеме 4-3-1-2, в которой разница давлений между первым и вторым корпусами составляет 2,5-3,0 ати и соответственно разница температур (перепад) приблизительно 38-42°C. В то время, как перепад температур между четвертым и вторым корпусами составляет не более 46°С, т.к. давление в сепараторе четвертого корпуса равно 0,85 ати (0,15 ата), а во втором - 0,0 ати (1 ата). Соответственно температура равна 54°С и 100°C (перепад - 46°С). Но при отрицательном перепаде нет эффекта парлифта. Поэтому схема 4-3-1-2 является наиболее оптимальной во всех отношениях.

В случае, если же в алюминатном растворе мало карбонатов, но повышенное содержание кремния (SiO₂), то целесообразно (оптимально) использовать схему 2-3-4-1, изображенную на фиг.2. В этом случае будет происходить интенсивное алюмосиликатное осадкообразование в первом корпусе (продукционном), работающем с естественной циркуляцией раствора, которая максимально интенсифицируется при подаче в продукционный аппарат раствора через патрубок 8 (сопло 4 отглушено). При работе по этой схеме греющие трубы продукционного аппарата надо делать из дорогой износоустойчивой легированной стали. Но удаление кремневки из раствора этого стоит. Можно, конечно, использовать во всех схемах в качестве продукционного аппарат, работающий с принудительной циркуляцией раствора, но это усложнит способ, т.к. необходим высокопроизводительный износоустойчивый насос, требующий расхода электроэнергии, обслуживания и ремонта.