Аппарат для теплообменных процессов

Изобретение относится к оборудованию для производства глинозема и, в частности, для нагрева бокситовых пульп или оборотных алюминатных растворов в процессе выщелачивания бокситов и может быть использовано также в других областях, где требуется нагрев пульп и растворов. Задачей изобретения является уменьшение гидравлического сопротивления аппарата, увеличение удельной поверхности нагрева и снижение зарастания внутренних поверхностей греющих труб твердыми отложениями в процессе выщелачивания бокситовых пульп и переработки оборотных алюминатных растворов. Технический результат состоит в уменьшении энергетических затрат на подачу пульпы в аппарат на 2-5% и повышении коэффициента теплопередачи на 5-10%. 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 нагреваемой пульпы в трубное пространство и ввода пара в межтрубное пространство и вывода конденсата, концы греющих труб, закрепленные в центральной части трубных досок, в нижней трубной доске отделены от остальных греющих труб стаканом, примыкающим верхним торцом к поверхности трубной доски, а нижним торцом жестко соединены с патрубком для ввода пульпы, при этом верхняя трубная доска имеет колпак, отделяющий верхние концы греющих труб от внутреннего пространства корпуса. Греющие трубы, объединенные стаканом на нижней трубной доске, выполнены большего диаметра, чем остальные греющие трубы, а отношение суммы площадей проходного сечения труб, объединенных стаканом на нижней трубной доске, к сумме площадей проходного сечения остальных греющих труб составляет 0,7-1,0. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для производства глинозема и, в частности, для нагрева бокситовых пульп или оборотных алюминатных растворов в процессе выщелачивания бокситов и может быть использовано также в других областях, где требуется нагрев пульп и растворов.

Известны различные конструкции многоходовых аппаратов для теплообменных процессов как с жестко закрепленными в трубных досках греющими трубами, так и с плавающей головкой (А.Н.Плановский, П.И.Николаев, "Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии". М.: Гостоптехиздат, 1960, с.285-283). Эти аппараты состоят из цилиндрического корпуса с эллипсными крышками, внутри корпуса размещены греющие трубы, закрепленные концами в трубных досках. Пространство, образованное верхней и нижней трубными досками и соответствующими крышками, разделено вертикальными перегородками, изменяющими направление движения нагреваемой среды по греющим трубам.

Аппарат снабжен также патрубками для ввода и вывода нагреваемой среды, ввода пара и вывода конденсата. К недостаткам следует отнести высокое гидравлическое сопротивление из-за резкого изменения направления движения нагреваемой среды и наличие вертикальных перегородок, усложняющих конструкцию. Кроме того, установлено, что при нагреве бокситовых пульп в процессе выщелачивания преимущественно зарастают твердыми отложениями греющие трубы, по которым нагреваемая пульпа движется вверх.

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 пульпы. Аппарат снабжен патрубками для ввода пульпы, подачи пара в межтрубное пространство и вывода конденсата. Пульпа 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. Нагрев пульпы, движущейся по греющим трубам, осуществляется паром, поступающим в межтрубное пространство.

К недостаткам данной конструкции следует отнести повышенное гидравлическое сопротивление из-за расположения патрубка для вывода нагретой пульпы над верхней трубной доской, а также низкую удельную поверхность нагрева, обусловленную тем, что центральную часть греющей камеры занимает циркуляционная труба большого диаметра.

Задачей изобретения является уменьшение гидравлического сопротивления аппарата, увеличение удельной поверхности нагрева и снижение зарастания внутренних поверхностей греющих труб твердыми отложениями в процессе выщелачивания бокситовых пульп и переработки оборотных алюминатных растворов.

Технический результат состоит в уменьшении энергетических затрат на подачу пульпы в аппарат на 2-5% и повышении коэффициента теплопередачи на 5-10%.

Технический результат достигается тем, что в аппарате для теплообменных процессов, содержащем цилиндрический корпус с эллипсными крышками, расположенными внутри корпуса греющими трубами, закрепленными верхними и нижними концами в трубных досках, патрубки для ввода и вывода нагреваемой пульпы в трубное пространство и ввода пара в межтрубное пространство и вывода конденсата, концы греющих труб, закрепленные в центральной части трубных досок, в нижней трубной доске отделены от остальных греющих труб стаканом, примыкающим верхним торцом к поверхности трубной доски, а нижним торцом жестко соединены с патрубком для ввода пульпы, при этом верхняя трубная доска имеет колпак, отделяющий верхние концы греющих труб от внутреннего пространства корпуса. Греющие трубы, объединенные стаканом на нижней трубной доске, выполнены большего диаметра, чем остальные греющие трубы, а отношение суммы площадей проходного сечения труб, объединенных стаканом на нижней трубной доске, к сумме площадей проходного сечения остальных греющих труб составляет 0,7÷1,0.

На фиг.1 показана схема аппарата.

На фиг.2 представлен поперечный разрез аппарата.

Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками. Внутри корпуса 1 размещены верхняя 4 и нижняя 5 трубные доски, в которых закреплены греющие трубы 6, 7 соответственно с восходящим и нисходящим потоками пульпы. Верхние концы греющих труб 6, 7 отделены от внутреннего пространства корпуса 1 колпаком 8. Пульпа вводится в аппарат через патрубок 9, к которому нижним торцом жестко закреплен стакан 10, примыкающий, в свою очередь, верхним торцом к поверхности трубной доски 5. Нагретая пульпа удаляется из аппарата через патрубок 11, расположенный под нижней трубной доской 5.

Пар поступает в межтрубное пространство через патрубок 12, конденсат отводится через патрубок 13, а неконденсирующиеся газы удаляются через патрубок 14. Верхняя крышка 2 снабжена смотровым люком 15, нижняя - люком 16.

Аппарат работает следующим образом.

Пульпу, подлежащую нагреву, подают в аппарат через патрубок 9 и с помощью стакана 10 она поступает в трубы большего диаметра 6, расположенные в центральной части аппарата, по которым движется вверх. В зоне, ограниченной колпаком 8, пульпа изменяет направление движения, и она по греющим трубам меньшего диаметра 7 опускается в нижнюю зону, ограниченную поверхностью крышки 3, и далее выводится из аппарата через патрубок 11.

Пар в межтрубное пространство аппарата подают через патрубок 12, где он конденсируется на наружной поверхности греющих труб 6, 7. Конденсат стекает вниз и выводится из аппарата через патрубок 13.

Неконденсирующиеся газы, ухудшающие условия теплообмена, удаляются через патрубок 14. Люки 15 и 16 предназначены для проведения ремонтных работ.

Минимальное отношение суммы площадей проходного сечения труб, объединенных стаканом на нижней трубной доске, к сумме площадей проходного сечения остальных греющих труб 0,7 выбрано из соображений увеличения скорости движения пульпы в греющих трубах большего диаметра с целью уменьшения их зарастания и повышения коэффициента теплопередачи.

1. Аппарат для теплообменных процессов, содержащий цилиндрический корпус с эллипсными крышками, расположенными в нем греющими трубами, закрепленными концами в трубных досках, патрубки для ввода и вывода нагреваемой пульпы, ввода в межтрубное пространство пара и вывода конденсата, причем концы греющих труб, закрепленных в центральной части трубных досок, в нижней трубной доске отделены от остальных греющих труб стаканом, отличающийся тем, что упомянутый стакан выполнен примыкающим верхним торцом к поверхности трубной доски, а нижним торцом жестко соединен с патрубком для ввода пульпы, при этом верхняя трубная доска имеет колпак, отделяющий верхние концы греющих труб от внутреннего пространства корпуса, а греющие трубы, объединенные стаканом на нижней трубной доске, выполнены большего диаметра, чем остальные греющие трубы.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что отношение суммы площадей проходного сечения труб, объединенных стаканом на нижней трубной доске, к сумме площадей проходного сечения остальных греющих труб составляет 0,7-1,0.