Аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое

Аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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