Реактор для гидротермальной переработки материалов

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для переработки руд и материалов, а также для получения чистых веществ. Реактор содержит обогреваемую камеру растворения и камеру кристаллизации, размещенные на разных уровнях в двух отдельных цилиндрах, соединенных между собой патрубками и снабженных шнековыми устройствами для перемешивания и транспорта веществ. На камере растворения установлено загрузочное устройство. Обе камеры выполнены с разгрузочными отверстиями. Транспорт вещества из камеры растворения в камеру кристаллизации осуществляется под воздействием градиента температур. Изобретение обеспечивает непрерывность процесса и исключает повторное растворение выделившегося из раствора в кристаллизаторе твердого вещества, что обеспечивает высокую производительность. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к переработке руд и других материалов методом гидротермальных транспортных реакций.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому являются выбранные в качестве прототипа аппараты гидротермального синтеза, используемые для выращивания монокристаллов и разделения веществ. Аппараты включают нагреваемую камеру растворения и сообщающуюся с ней камеру кристаллизации, расположенные в противоположных концах одного цилиндра. Транспорт вещества из зоны растворения в зону кристаллизации осуществляется под воздействием градиента температур, обусловленного наличием электронагревательных элементов в зоне растворения и различной степенью теплоизоляции зон растворения и кристаллизации.

Недостатком известных аппаратов является низкая производительность осуществляемого в них процесса. Это обусловлено периодичностью работы аппарата, значительными трудозатратами на загрузку и выгрузку материалов, а также низкой скоростью растворения исходного материала из-за его неподвижности. Дополнительно этому способствует возможность повторного растворения переотложившегося продукта, опускающегося из зоны кристаллизации в зону растворения.

Целью изобретения является повышение производительности аппарата за счет обеспечения непрерывности процесса и исключения повторного растворения переотложившегося продукта.

Указанная цель достигается тем, что аппарат для гидротермальной переработки материалов, содержащий нагревательную камеру растворения и сообщающуюся с ней камеру кристаллизации, согласно данному изобретению, снабжен соединяющими камеры патрубками, установленными в камерах шнеками, загрузочным и разгрузочными патрубками, причем камеры выполнены в виде отдельных цилиндров.

Производительность аппарата повышается в результате обеспечения непрерывности процесса и повышения скорости растворения исходного материала за счет транспортировки и перемешивания его шнеком.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый аппарат отличается расположением камер растворения и кристаллизации в двух отдельных цилиндрах, а также наличием в них шнековых устройств, соединительных патрубков, загрузочного и разгрузочных устройств.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Изучение научно-технической литературы не привело к аналогичной с заявляемой совокупности отличительных признаков, что свидетельствует о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлен аппарат для гидротермальной переработки материалов.

Он состоит из загрузочного 1 и разгрузочных бункеров 2-1, 2-2, нагреваемой камеры растворения 3 и камеры кристаллизации 4, выполненных в виде отдельных цилиндров. Для перемешивания и транспортировки веществ цилиндры снабжены шнеками 5, 6, вращение которых осуществляется с помощью электродвигателей 7, 8, соединенных со шнеками через редукторы 9, 10 и зубчатые передачи 11, 12. Камеры растворения и кристаллизации соединены между собой цилиндрическими патрубками 13.

Аппарат работает следующим образом.

Исходное вещество и растворитель из загрузочного устройства 1 поступают в камеру растворения 3, которая находится под нагревом при температуре, соответствующей технологическому режиму. Исходное вещество с помощью шнека 5 перемещается вдоль камеры растворения, при этом скорость вращения шнека обеспечивает необходимое время пребывания вещества в камере растворения. Насыщенный раствор под воздействием градиента температуры перемещается по соединительным патрубкам 13 в камеру кристаллизации 4, где происходит выпадение растворенного вещества в твердый осадок. Освобожденный от растворенных компонентов в камере 4 растворитель возвращается по патрубкам 13 в камеру растворения, где снова насыщается компонентами растворяемого вещества и затем заново возвращается в камеру кристаллизации. Выгрузка продуктов камер растворения и кристаллизации осуществляется через загрузочные устройства 2-1 и 2-2.

Повышение производительности достигается за счет применения шнеков, загрузочного и разгрузочных устройств, патрубковых каналов и оптимального наклона патрубков.

Шнек камеры растворения увеличивает растворимость вещества вследствие его перемешивания, создающего условия для активного контакта растворяемых частиц с растворителем. Он же осуществляет перемещение вещества вдоль камеры от места загрузки к месту выгрузки, обеспечивая вместе с загрузочным и разгрузочными устройствами, а также со шнеком камеры кристаллизации, непрерывность процесса.

Патрубковые каналы увеличивают мощность (площадь поперечного сечения) циркуляционного потока, повышающую массоперенос вещества. Соединительные патрубки 13 могут быть расположены вертикально, горизонтально или под углом.

Угол наклона патрубков (каналов) контролирует скорость циркуляции растворителя и, соответственно, интенсивность массопереноса.

При вертикальном положении патрубков движение растворителя связано с действием силы тяжести и закона Архимеда. Оно наиболее интенсивно, но характеризуется отсутствием четкой упорядоченности прямого и обратного потоков. Это приводит к столкновению встречных течений, вызывающих преждевременное выпадение в осадок растворенных компонентов и возвращение их в камеру растворения, что снижает производительность процесса.

В случае горизонтального положения патрубков движение растворителя обусловлено тепловым расширением жидкости и подчиняется закону Паскаля. По своей интенсивности оно уступает вертикальному (гравитационному) движению, но характеризуется строгой упорядоченностью прямой поток (от горячей к холодной камере) движется по верхней половине канала, а обратный (охлажденный) по нижней.

В промежуточном (наклонном) положении действуют оба закона и обе силы - сила тяжести и сила теплового расширения. Для разделения и транспорта вещества это наиболее благоприятные обстановка и положение, т.к. при этом сохраняются упорядоченность движения потоков и достаточно высокая интенсивность циркуляции растворителя, поддерживаемая за счет действия силы тяжести.

Оптимальный угол наклона патрубков находится между 30 и 70^o.

Применение принудительного охлаждения раствора в камере кристаллизации увеличивает скорость отложения растворенных компонентов, повышая тем самым массоперенос вещества.

Сравнительные результаты работы предлагаемого аппарата с прототипом приведены в таблице.

Экономический эффект изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить производительность процесса переработки материалов в 3 и более раза.

Формула изобретения

Реактор для гидротермальной переработки материалов, содержащий обогреваемую камеру растворения и камеру кристаллизации, размещенную выше камеры растворения и соединенную с ней, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, он снабжен шнеками, размещенными в камерах, загрузочным устройством, установленным на камере растворения и соединительными патрубками, камеры выполнены в виде двух цилиндров с разгрузочными отверстиями, соединенных патрубками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2