Аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое

 

1. АППАРАТ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ВО ВЗВЕШЕННОМ СЛОЕ, содержащий вертикальный корпус , в стенках которого вьтолнены щели, коаксиально установленную снаружи корпуса камеру, снабженную поперечными разделительными перегородками , и патрубки для ввода реагектов и вывода продуктов, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации растворения, аппарат снабжен установленными между щелями вертикальными прямоугольными стержнями, при этом отношение расстояния от щели до стержня к ширине щели составляет 4-8. 2. Аппарат поп.1,отличающ и и с я тем, что щели вьтолнены различной ширины и снабжены направ (Л ляющими пластинами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) з(5р В 01 J 8/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3591176/23-26 (22) 18.05.83 (46) 30.06.84. Бюл. № 24 (72) В.Н. Сорокин, В.Б. Демешкевич, В.M. Полюхович и Ж.M. Баушева (71) Институт ядерной энергии

АН БССР (53) 66.096.5 (088.8) (56) 1. Патент США № 4071611, кл. В 01 J 8/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 712122. кл. В 01 J 8/18. 1980.

3. Авторское свидетельство СССР № 835484. кл. В 01 3 8/18. 1981. (54) (57) 1 .. АППАРАТ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ

ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ВО ВЗВЕШЕННОМ

СЛОЕ, содержащий вертикальный корпус, в стенках которого выполнены щели, коаксиально установленную снаружи корпуса камеру, снабженную поперечными разделительными перегородками, и патрубки для ввода реагентов и вывода продуктов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации растворения, аппарат снабжен установленными между щелями вертикальными прямоугольными стержнями, при этом отношение расстояния от щели до стержня к ширине щели составляет 4-8.

2. Аппарат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что щели выполнены различной ширины и снабжены направляющими пластинами.!

099993

Изобретение относится к химической технологии, а конкретно к аппаратам со нзвешенным слоем, и может быть использовано т" êæå в промышленности строительных материалов, металлургической промышленности при проведении процессов массообмена, при выщелачивании и обогащении.

Известен аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое,-содержащий корпус, решетки, центральную трубу, патрубки для ввода и вывода жидкости, патрубки для подачи зернистого материала (1) .

В этом аппарате зернистый материал движется вниз через решетки. На решетках происходит частичная турбу- лизация потока жидкости, что способ- ствует ее лучшему контакту с зернистым материалом.

Недостатками такого аппарата являются низкие производительность anj

"парата и качество обработки зернистого материала. Кроме того, диаметр отверстий решеток огранйчивает размер частиц, растворяемых или обрабатываемых в аппарате.

Известен аппарат для растворе ния зернистых материалов во взвешенном слое, содержащий реакционную зону, кольцевую камеру, распределительную решетку, устройство для ввода потока, профилиронанную щель в виде спирали f2) .

В этом аппарате с целью турбулизации слоя через щель подают вторичный поток в реакционную зону, а основной поток поступает снизу через распределительную решетку.

Недостатки данного аппарата— низкая производительность вследствие недостаточной турбулизации слоя и трудность использования аппарата для растворения материалон с низкой растворимостью.

Наиболее близким к предлагаемому является аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое, содержащий реакционную зону, кольцевую камеру, разделенную по высоте на участки, распределительную решетку, профилированную щель для ввода вторичного потока, перфорированные перегородки с переточным патрубком (3) .

Недостатками известного аппарата являются низкая производитель5 !

О

2О

5О

55 ность аппарата,иэ-за малой пропускной способности переточных патрубков перфорированных перегородок и высокие гидравлические потери на перегородках.

Цель изобретения — повышение производительности аппарата эа счет интенсификации процесса растворения.

Указанная цель достигается тем, что аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое, содержащий вертикальный корпус, в стенках которого выполнены щели, коаксиально установленную снаружи корпуса камеру, снабженную разделительными поперечными перегородками, патрубки для ввода реагентов и вывода продуктов, снабжен установленными между щелями вертикальными прямоугольными стержнями, при этом отношение расстояния от щели до стержня к ширине щели составляет

4-8.

Кроме того, щели выполнены различной ширины и снабжены направляющими пластинами.

На фи-.1 изображен аппарат, общий нид, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — график зависимости производительности аппарата от предлагаемого соотношения.

Предлагаемый аппарат для растворения зернистых материалов но взвешенном слое содержит корпус 1, кольцевую камеру 2 с разделительными перегородками 3, распределительную решетку 4, устройство 5 для ввода основного потока, устройство 6 для ввода вторичного потока, направляющие пластины 7, образующие щели 8, прямоугольные стержни 9.

Корпус 1 снизу ограничен распределительной решеткой 4. В цилиндрическом корпусе выполнены вертикальные щели 8, образованные напранляющими пластинами 7, которые крепятся к корпусу. К внутренней части цилиндрического корпуса крепятся прямоугольные стержни 9.

Вокруг корпуса 1 размещена кольцевая камера 2, которая по высоте разделена перегородками 3 на зоны. Каждая эона имеет устройство для ввода вторичного потока 6. Под распределительной решеткой 4 к корпусу крепится устройство 5 для ввода основного потока. Направляющие пластины 7

1099993 на смежных участках кольцевой камеры 2 ориентированы в противоположные стороны. БЫрина щелей 8 на смежных участках кольцевой камеры может быть различной. 5

Аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое работает следующим образом.

Основной поток растворителя через устройство 5, распределительную решет.10 ку 4 поступает в корпус 1, где псевдо ожижает и растворяет частицы. Вторичный поток растворителя через устройство 6 поступает в кольцевую камеру

2, из которой вторичный поток,ориен- 15 тированный направляющими пластинами

7, через вертикальные щели 8 тангенциально поступает в корпус 1 и закручивает частицы слоя. На прямоугольных стержнях 9 образуются 20 обильные вихри, которые вызывают до" полнительное перемешивание частиц и жидкости. Движение вторичного потока в противоположные стороны на смежных участках, установка в корпусе 1 25 между щелями 8 прямоугольных стержней 9 и выполнение щелей 8 переменной ширины на смежных участках по высоте аппарата обеспечивают вихреобразование во всем объеме корпуса 30

1, что способствует повышению интенсивности процесса растворения, а следовательно, и производительности аппарата. Повышение производительнос,ти аппарата достигается за счет использования энергии движения потока, а не за счет установки перемешивающих устройств.

Физическая сущность изобретения состоит в следующем. 40

Процессы растворения, выщелачивания и адсорбции носят диффузионный характер. Согласно уравнению диффузии

Э

Э ) ) где Мп — коэффициент диффузии, скорость диффузии

Эс зависит от rpaBt, диента концентрации. Слой жидкости (растворителя), который контактирует с зерном материала, в некоторый момент насыщается извлекаемым компонентом из этого материала, т.е. компонент в жидкости больше не растворяется. Диффузионный процесс тормозится. Чтобы увеличить скорость диффузии необходимо увеличить градиент концентрации между жидкостью и зернистым материалом. Для этого нужно к зернистому материалу подвести ненасыщенную жидкость, что достигается перемешиванием. При перемешивании толщина неподвижных и ламинарных слоев, в которых жидкость течет спокойно, параллельно поверхности соприкосновения с зернистым материалом, уменьшается, происходит завихрение параллельных струй, медленная молекулярная диффузия заменяется быстрой турбулентной. В то же время перемешивание,как правило, увеличивает поверхность соприкосновения фаз.Чем интенсивнее перемешивание, тем выше скорость диффузионного процесса, а в данном случае растворения.

Остовной поток поступает в реакционную зону со скоростью, меньшей или равной скорости витания Ч, необходимой для псевдоожижения частиц растворяемого материала. Часть от общего расхода растворителя в прототипе, поступающая в кольцевую камеру. а затем через щель в реакционную зону, обладает скоростью порядка Ч . Поскольку поток поступает в реакционную зону незакрученным, следовательно, общая скорость движения частиц не может превышать скорости витания V> в противном случае они будут вынесены потоком растворителя из аппарата. При введении вторичного потока через вертикальные щели с тангенциальной скоростью

Ф вертикальная составляющая скорости остается меньше 7, а общая скорость частиц увеличивается. В связи с этим увеличивается интенсивность растворения. Однако при этом наступает такой момент, когда зернистый материал и растворитель движутся как одно целое с одинаковой скоростью и процесс растворения тормозится.При этом никакое увеличение ни тангенциальной,ни вертикальной составляющей скорости к увеличению растворения не приводит. Во избежание этого в предлагаемом изобретении направляющие пластины вертикальных щелей на смежных участках ориентированы в противоположные стороны, а щели выполнены разной ширины. Это приводит к частой смене направления движения вторичного поток», что выэы1099993 т(вает вихреобразование ва взвешенном слое.

Поскольку вращение растворителя и зернистого материала на смежных участках направлено в противоположные стороны, происходит изменение вектора скорости частиц.

Так как разность плотностей раст ворителя и частиц значительна, то частицы получают относительное движение в растворителе. При резком

Изменении направления вихрей (в силу изменения ттаправгтеттия вращения слоя на смежных участках) частицы не успевают быстро менять свое направление двттженття из-эа и»ерцианности. В результате указан»ьгх причин, в реакционной -;o«:е растваритель и частицы зернистого материала движутся с различной скоростью,. что способствует интеттсттфит<рцтттт . растворения и увеличенттю производительности аппарата. Направляющие пластины служат также для турбупи-. зации прилегающих к щелям слоев растворит чтя. При входе струи в по ток имеет место подсос жидкости, благодаря чему струя расширается на угол до 6 в каждую сторону. о

Вторичная скорость движения E адса сывающей жттдкости вызывает вихреоб-. разование. Если плоские стенки устройства ввода струи частична входят в реакционную зону, как это выполнено в предлагасмом изобретении, то скорость подсоса и вихреобразования значительна увеличигаютСЯ.

Однако изменетгие направления вращения взвешенного слоя на смежных участках вызывает сильное вихреобраэование только на 1/3 высоты участка. Зятем вращение слоя на участке стабилизируется, что отрицательно влияет на процесс растворения. Для достижения вихреобразоваттия во всем объеме аппарата в предлагаемом изобретении внутри реакцио;— ной зоны между щелями установлены на корпусе прямоугольные стержни.

При обтекании вращающимся слоем этих стержней возникает нестационарньтй отрыв, который ведет к образованию дорожки Кармана в виде расширяющейся последовательности крупных вихрей, рас..таложенных в шахматном порядке. При малых числах Rp - 10 возникает только ста— ционарный отрыв, при Ке 50 — нестационаргтт>тй, а начиная с 1 =- 1000 вихревая структура начинает исчезать„ переходя в сплошную турбулент— ность. Поскольку g e. зависит от скорости движения жидкости, та вводя вторичный поток с разными скоростями на смежных участках кольцевой камеры, можно добиться различной степени вихреобразования по высоте аппарата. Зто приводит к абразованию разности статических давлений в слое, которые порождают обратные течения, способствующие хорошему перемешиванию в объеме реакционной зоны. В предлагаемом изобретенкт- ..то осуществляется тем, чта лс" тикальные щели аппарата выпалнегты разно,r шири.ты ra смежных участках и поэтому скорости втаричнога потока тта смежньгх участках разные, ибо скорость истсчения где G = c non s t — расход раствс рителя, S — глащадь поперечного сечения щели.

При проведеник экспериментов бьыта установлена, что оптимальное расстояние от щели до прямоугольного стержня находится в пределах 4-8 значени " ширины щели. На фиг.4 пре,ставлен график зависимости производитсльности аппарата от предельных соатпашений и вне этих значений. На граф.:.тке П,т — производительность npo-,oòèïà, II» — производительность пред— лал аемого аппарата,  — ширине. щели, расстояние ат щели до прямауголь— ного стержня. Снижение производительности при 3 < 4В объясняется тем, что при таком расстоянии стержней от щелей образуется область высокого давления из-за торможения неработоспособной, т.е. факти ески происходит уменьшение рабочегс объема аппарата, что и приводит к снижению производительности. При с > 4В возникает нестационарный отрьн: потока, вьтзьтвающий обильнс е вихреабразование, которое увеличивает перемешивание жидкости и зернистого материапа. Резко возрастает производительность аппарата. При 3 > 8В пестацианарный отрыв потока исчезает, а остается только стациснарный в виде отдельных вихрей зе. пря1099993 моугольными стержнями. На остальном участке тангенциального движения вторичного потока скорости жидкости и частиц выравниваются,, и производительность процесса оаствореA-Я ния падает. Как видно из графика на фиг.4, в интервале 4В а K c 8В производительность предлагаемого аппарата в среднем на 407. выше чем у прототипа.

1099993

Пп

Заказ 4459/7

Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород„ ул. Проектная,4

Составитель Н. Кацовская

Редактор В. Ковтун Техред Т.Маточка Корректор Л.Шеньо