013361 - 1 - Настоящее изобретение относится к устройству и

013361
Настоящее изобретение относится к устройству и способу охлаждения раствора в охлаждающей
башне, определенным в независимых пунктах формулы изобретения.
Когда из раствора электролита, содержащего ионы цинка и серную кислоту, выделяют цинк, температура электролита обычно увеличивается. Обычно для охлаждения растворов, таких как электролит,
или кислого раствора, содержащего суспензии или металлы, применяют охлаждающие башни, где процесс охлаждения основан на испарении капель жидкости в воздухе, поднимающемся вверх от охлаждаемых капель жидкости. Обычно поток воздуха холоднее, чем поток жидкости, в таком случае текущая
вниз жидкость охлаждается благодаря теплопередаче. Следовательно, в процессе охлаждения возникает
конвекция и капли, движущиеся против потока воздуха, испаряются. Когда жидкость охлаждают в охлаждающей башне, выделяется тепло. В поперечном сечении охлаждающие башни обычно представляют
собой либо шестиугольные, либо четырехугольные цилиндры. Охлаждаемый раствор вводят в башню
известным способом через ее верхнюю часть, а охлаждающий воздух подают через стенку охлаждающей
башни. Во время процесса охлаждения от раствора отделяются капли, содержащие частицы вещества.
Указанные капли отделяют от газа, заключенного между частицами вредного вещества, в отдельных каплеотделяющих устройствах перед выпуском газа. Отделенную жидкость вводят обратно в охлаждающую башню. Во время процесса охлаждения на стенках и на дне башни, а также в элементах каплеотделителя накапливаются загрязнения, что создает необходимость частого технического обслуживания.
Когда охлаждающий воздух подают в охлаждающую башню горизонтально в одной точке, предусмотренной в стенке башни, то возникают проблемы, в основном, по причине неравномерного распределения газа. Когда газ вводят в башню горизонтально, он должен совершить поворот на 90°, для того чтобы двигаться в охлаждающей башне в вертикальном направлении. Как указанный выше факт, так и
большой размер подающего воздух вентилятора относительно размеров башни могут приводить к неравномерному распределению газа в охлаждающем пространстве охлаждающей башни. Кроме того, другая
проблема состоит в обеспечении эффективного улавливания капель. Обычно отделенные капли собирают в разделительных устройствах, которые расположены горизонтально против потока. В указанных
устройствах капли собираются на поверхности полосовидных конструкций и циркулирующая жидкость
под действием силы тяжести направляется против потока газа обратно в охлаждающую башню. Чем выше скорость газа, тем более эффективно отделяются капли. Однако недостаток горизонтально расположенных устройств для накопления и отделения капель состоит в том, что скорость газа должна быть ограничена, что снижает производительность охлаждающей башни. При проектировании охлаждающих
башен следует обращать внимание на выбросы, выходящие из нее, поскольку охлаждающие башни часто
являются заметными источниками выбросов в технологическом процессе, например в установках для
получения цинка. Кроме того, при оценке функционирования охлаждающих башен следует обращать
внимание на техническое обслуживание указанных башен. Часто требуется проведение нескольких операций по техническому обслуживанию башен в течение короткого периода времени, вследствие чего
важно, чтобы техническое обслуживание осуществлялось быстро и просто.
Производительность охлаждающей башни можно повысить увеличением равномерности распределения охлаждающего воздуха. Обычно распределение охлаждающего воздуха в охлаждающей башне
пытались улучшить, размещая препятствие перед отверстием для подачи охлаждающего воздуха в вертикальном направлении, в таком случае направление потока воздуха можно повернуть вверх.
Публикация СА 2271424 А1 описывает охлаждающую башню для охлаждения жидкости. В устройстве согласно указанной публикации описано устройство многослойной стенки для охлаждающей башни, где стенка состоит из внешней стенки и воздухопроницаемой гибкой внутренней стенки, в таком
случае часть воздуха вводят через поры, расположенные во внутренней стенке, в охлаждающее пространство, где воздух встречается с охлаждаемой жидкостью. Задача известного устройства состоит в
удалении отложений, накопившихся на внутренней стенке. Однако данное устройство не позволяет достичь оптимального охлаждения раствора по причине потери давления, вызванной внутренней стенкой.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить некоторые из недостатков уровня
техники и реализовать новый способ для охлаждения жидкости. Отдельная задача данного изобретения
состоит в том, чтобы предложить новое охлаждающее оборудование и способ, где эффективность охлаждения повышена как подачей охлаждающего воздуха в охлаждающее пространство, так и выведением
выходящего наружу воздуха из охлаждающей башни как горизонтально, так и по касательной относительно охлаждающей башни. Основные элементы новизны данного изобретения видны из прилагаемой
формулы изобретения.
С данным изобретением связаны заметные преимущества. Данное изобретение относится к охлаждающему оборудованию для охлаждения жидкости, включающему охлаждающую башню, которая имеет
преимущественно цилиндрическую форму в вертикальном направлении, где указанная охлаждающая
башня включает внешнюю поверхность, верхнюю часть и нижнюю часть охлаждающей башни, которые
вместе ограничивают охлаждающее пространство; оборудование для подачи охлаждающего воздуха,
включающее по меньшей мере одно впускное отверстие на внешней поверхности охлаждающей башни;
устройства для подачи охлаждающего воздуха во впускное отверстие и далее в охлаждающее пространство охлаждающей башни; оборудование для подачи жидкости, включающее устройства, такие как фор-1-
013361
сунки для жидкости, для подачи охлаждаемой жидкости в охлаждающее пространство; оборудование для
выпуска отработавшего воздуха, а также устройства для удаления охлажденной жидкости, где оборудование для подачи охлаждающего воздуха и оборудование для выпуска отработавшего воздуха расположены относительно охлаждающей башни таким образом, что как направление потока охлаждающего
воздуха из впускного отверстия в охлаждающее пространство, так и направление потока отработавшего
воздуха из выпускного оборудования горизонтальны и параллельны касательной к внешней поверхности
охлаждающей башни. Посредством охлаждающего оборудования согласно данному изобретению получают преимущественно равномерное распределение охлаждающего воздуха в охлаждающей зоне и
улучшают процесс охлаждения. Посредством подачи охлаждающего воздуха в охлаждающее пространство горизонтально, предпочтительно вблизи нижней части охлаждающей башни и параллельно касательной к внешней поверхности охлаждающей башни, одновременно повышают составляющую скорости горизонтального вращения потока воздуха. Таким образом увеличивают время задержки охлаждающего воздуха в охлаждающем пространстве и, следовательно, повышают эффективность охлаждения
капель жидкости, текущих в башне.
Согласно данному изобретению оборудование для выпуска отработавшего воздуха включает элемент корпуса, включающий по меньшей мере четыре, предпочтительно восемь, выпускных отверстий,
расположенных вертикально по отношению к горизонтальному поперечному сечению охлаждающей
башни. Согласно одному из воплощений данного изобретения выпускные отверстия расположены в элементе корпуса на равном расстоянии, в таком случае каждая плоскость, параллельная поверхности выпускного отверстия, образует одинаково большой угол с касательной к внешней поверхности охлаждающей башни. Согласно одному из воплощений данного изобретения в каждом выпускном отверстии имеется по меньшей мере один вертикально установленный каплеотделяющий элемент для отделения капель
жидкости от отработавшего воздуха. Согласно одному из воплощений данного изобретения каплеотделяющий элемент образован по меньшей мере из двух близкорасположенных воздухопроницаемых вертикальных пластин с гофрированным профилем. Когда воздух также выводят через верхнюю часть охлаждающей башни как горизонтально, так и по касательной, можно применять вертикально установленные разделительные устройства для разделения воздуха и капель, содержащихся в нем; в указанных устройствах возвратная циркуляция жидкости происходит перпендикулярно потоку отработавшего воздуха,
что увеличивает скорость газа и повышает эффективность охлаждения. Каплеотделяющие устройства,
которые расположены вертикально относительно охлаждающей башни, более эффективны, чем горизонтально расположенные разделительные устройства. Применение охлаждающего оборудования согласно
данному изобретению заметно уменьшает размер охлаждающей башни, в то время как эффективность
охлаждения, тем не менее, возрастает. Это дает выгодную экономию материальных затрат на охлаждающую башню. Кроме того, охлаждающее устройство согласно данному изобретению упрощает техническое обслуживание оборудования для подачи жидкости и оборудования для выпуска отработавшего
воздуха вследствие его удобного расположения. Согласно одному из преимущественных воплощений
данного изобретения отношение высоты выпускного отверстия к высоте охлаждающей башни в вертикальном направлении составляет 1:5, в таком случае достигают оптимальной эффективности охлаждения.
Данное изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, где
на фиг. 1 изображено охлаждающее оборудование согласно данному изобретению,
на фиг. 2 изображено поперечное сечение охлаждающего оборудования согласно воплощению данного изобретения, изображенному на фиг. 1,
на фиг. 3 изображено охлаждающее оборудование согласно данному изобретению.
На фиг. 1 изображено охлаждающее оборудование 1 согласно данному изобретению для охлаждения жидкости, такой как электролит. На фиг. 2 изображено сечение поперечное в направлении А воплощения изобретения, представленного на фиг. 1. На фиг. 3 представлено трехмерное изображение охлаждающего оборудования согласно данному изобретению. Охлаждающее оборудование 1 включает охлаждающую башню 2 с преимущественно цилиндрическим поперечным сечением в вертикальном направлении, снабженную внешней поверхностью, т.е. стенкой 3, верхней частью 4 и нижней частью 5 охлаждающей башни, которые вместе ограничивают охлаждающее пространство 6. Наиболее предпочтительной формой охлаждающей башни 2 является цилиндрическая в вертикальном направлении, но башня
также может иметь форму, где поперечное сечение становится шире в верхней части 4, в таком случае
получают широкую область для ускорения потока воздуха перед его выпуском из охлаждающей башни.
Верхняя и нижняя части закрыты, пока происходит охлаждение. Внешнюю поверхность 3 охлаждающей
башни обычно изготовляют из стекловолокна или подобного ему материала. Охлаждающий воздух 7
подают в охлаждающее пространство 6 охлаждающей башни 2 горизонтально по отношению к охлаждающей башне и параллельно касательной 15 к внешней поверхности охлаждающей башни посредством
оборудования 8 для подачи охлаждающего воздуха, включающего по меньшей мере одно впускное отверстие 9, расположенное на внешней поверхности 3 охлаждающей башни, и устройств, таких как вентилятор, для подачи охлаждающего воздуха далее в охлаждающее пространство 6 охлаждающей башни.
Также может иметься несколько впускных отверстий, расположенных в различных местах внешней по-2-
013361
верхности 3. Охлаждаемую жидкость 10 подают посредством оборудования 11 для подачи жидкости,
включающего устройства, такие как, например, форсунки 24 для жидкости, для впрыскивания охлаждаемой жидкости 10 в охлаждающее пространство 6. Капли охлаждаемой жидкости, такие как капли электролита, движутся в охлаждающей башне против поступающегося вертикально вверх воздушного потока
20, в этом случае из него испаряется вода. В охлаждающем пространстве охлаждающей башни воздушный поток становится турбулентным и его скорость в горизонтальном направлении увеличивается. Капли меньшего размера отделяются от текущих вниз охлажденных капель и попадают в оборудование 12
для выпуска отработавшего воздуха, которое соединено с охлаждающим пространством 6. В оборудовании 12 для выпуска отработавшего воздуха капли жидкости отделяют от воздуха и их можно направить
обратно в охлаждающую башню 2 для вторичного охлаждения. Охлажденную жидкость удаляют, например, через отверстие 13, предусмотренное в нижней части 5 охлаждающей башни, или через сливное
отверстие 25 и отправляют на дальнейшую обработку.
Оборудование 12 для выпуска отработавшего воздуха согласно данному изобретению включает по
меньшей мере частично полый элемент 19 корпуса, снабженный согласно примеру восемью выпускными
отверстиями 16, расположенными вертикально по отношению к горизонтальному поперечному сечению
охлаждающей башни 2. Когда выпускные отверстия расположены в вертикальном направлении относительно потока 14 отработавшего воздуха, поток 14 отработавшего воздуха имеет возможность выходить
горизонтально и параллельно касательной 15 к внешней поверхности 3 охлаждающей башни. Выпускные
отверстия 16 расположены в элементе 19 корпуса на одинаковом расстоянии, в этом случае каждая плоскость 17, параллельная поверхности выпускного отверстия, образует одинаково большой угол В с касательной 15 к внешней поверхности охлаждающей башни 2. Отношение вертикальной высоты 22 выпускного отверстия 16 к вертикальной высоте 23 охлаждающей башни составляет предпочтительно 1:5. Естественно, число, высота, положение и угол В выпускных отверстий 16 могут варьироваться в зависимости
от количества охлаждаемой жидкости и подаваемого охлаждающего воздуха, а также от потребности в
охлаждении. Каждое выпускное отверстие 16 снабжено каплеотделяющим элементом 18, расположенным вертикально и параллельно поверхности выпускного отверстия; каплеотделяющий элемент 18 отделяет капли жидкости от отработавшего воздуха 14, и капли можно направить обратно в охлаждающую
башню. Согласно примеру каплеотделяющий элемент 18 образован по меньшей мере из двух близкорасположенных воздухопроницаемых вертикальных пластин с гофрированным профилем. По окружности
охлаждающей башни 2, вблизи ее верхней части 4, можно установить площадку 21 для технического
обслуживания, которая облегчает осуществление технического обслуживания охлаждающего оборудования.
Для специалиста в данной области очевидно, что различные другие воплощения данного изобретения не ограничиваются описанными выше примерами, но могут варьироваться в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Охлаждающее оборудование (1) для охлаждения жидкости, включающее
охлаждающую башню (2) преимущественно цилиндрической формы в вертикальном направлении,
охлаждающее пространство (6) которой ограничено внешней поверхностью (3), верхней частью (4) и
нижней частью (5),
средства (8) для подачи охлаждающего воздуха, включающие по меньшей мере одно впускное отверстие (9), выполненное во внешней поверхности (3) охлаждающей башни, и устройства для подачи
охлаждающего воздуха во впускное отверстие и далее в охлаждающее пространство охлаждающей башни,
средства (11) для подачи жидкости, включающие устройства для подачи охлаждаемой жидкости
(10) в охлаждающее пространство (6),
средства (12) для выпуска отработавшего воздуха,
а также устройства (13) для удаления охлажденной жидкости,
отличающееся тем, что средства (8) для подачи охлаждающего воздуха и средства (12) для выпуска отработавшего воздуха расположены по отношению к охлаждающей башне (2) таким образом, что как направление потока (7) охлаждающего воздуха из впускного отверстия (9) в охлаждающее пространство
(6), так и направление потока (14) отработавшего воздуха из выпускных средств (12) горизонтальны и
параллельны касательной (15) к внешней поверхности (3) охлаждающей башни, и тем, что средства (12)
для выпуска отработавшего воздуха включают элемент (19) корпуса, снабженный по меньшей мере четырьмя выпускными отверстиями (16), расположенными вертикально по отношению к горизонтальному
поперечному сечению охлаждающей башни (2).
2. Охлаждающее оборудование по п.1, отличающееся тем, что элемент (19) корпуса средств (12) для
выпуска отработавшего воздуха снабжен восемью выпускными отверстиями (16), расположенными в
элементе корпуса на равном расстоянии таким образом, что каждая плоскость (17), параллельная поверхности выпускного отверстия, образует одинаково большой угол (В) с касательной (15) к внешней
-3-
013361
поверхности охлаждающей башни (2).
3. Охлаждающее оборудование по п.1 или 2, отличающееся тем, что в каждом выпускном отверстии
(16) имеется по меньшей мере один установленный в вертикальном направлении каплеотделяющий элемент (18) для отделения капель жидкости от отработавшего воздуха.
4. Охлаждающее оборудование по п.3, отличающееся тем, что каплеотделяющий элемент (18) образован по меньшей мере из двух близкорасположенных воздухопроницаемых вертикальных пластин с
гофрированным профилем.
5. Охлаждающее оборудование по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что средства (12) для выпуска отработавшего воздуха расположены в верхней части (4) охлаждающей башни (2), а средства (8)
для подачи охлаждающего воздуха расположены вблизи нижней части (5).
6. Охлаждающее оборудование по п.1 или 2, отличающееся тем, что отношение высоты (22) выпускного отверстия (16) к высоте (23) охлаждающей башни в вертикальном направлении составляет предпочтительно 1:5.
7. Охлаждающее оборудование по п.1, отличающееся тем, что средства (11) для подачи жидкости
включают по меньшей мере одну форсунку (24) для жидкости, установленную в верхней части (4) охлаждающей башни, под средствами (12) для выпуска отработавшего воздуха.
8. Способ охлаждения жидкости при помощи охлаждающего оборудования (1) по пп.1-7, в котором
охлаждающий воздух (7) подают горизонтально и параллельно касательной (15) к внешней поверхности
охлаждающей башни в охлаждающее пространство (6), где охлаждающий воздух встречается с жидкостью (10), которую подают против его течения, причем отработавший воздух (14) выходит из охлаждающего пространства таким образом, что направление его потока горизонтально и параллельно касательной (15) к внешней поверхности (3) охлаждающей башни, и отработавший воздух (14) вводят в выпускные средства (12), где его выпускают по меньшей мере через четыре выпускных отверстия (16), оборудованных каплеотделяющими элементами (18), расположенными в вертикальном направлении, где от
воздуха отделяют жидкость, которую затем направляют обратно в охлаждающую башню (2).
Фиг. 1
-4-
013361
Фиг. 2
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-5-