Аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое

(19) (И) 01 3 8/18 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВ ТОРСНОМУ СВИДЕТ Демешкевичушеваергии льство ССС181980.льство ССС18. 1981. а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Институт ядерной эАН БССР(54) (57) 1АППАРАТ 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 реаге тов и вывода продуктов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности за счет интенсификации растворения, ап парат 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 ю щ и й с я тем, что щели выполнены различной ширины и снабжены направляющими пластинами.Изобретение относится к химической технологии, а конкретно к аппаратам со нзвешенным слоем, и может быть использовано также 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 ЯВ 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 ап. "парата и качество обработки зернистого материала. Кроме того, диаметр отверстий решеток огранйчивает размер частиц, растворяемых или обрабатываемых в аппарате. Известен аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое, содержащий реакционнуюзону, кольцевую камеру, распределительную решетку, устройство для ввода потока, профилиронанную щель нвиде спирали 2.В этом аппарате с целью турбулизации слоя через щель подают вторичный поток в реакционную зону, а основной поток поступает снизу черезраспределительную решетку,Недостатки данного аппарата -низкая производительность вследствиенедостаточной турбулизации слоя итрудность использования аппаратадля растворения материалон с низкойрастворимостью,Наиболее близким к предлагаемомуявляется аппарат для растворениязернистых материалов но взвешенномслое, содержащий реакционную зону,кольцевую камеру, разделенную по высоте на участки, распределительнуюрешетку, профилированную щель дляввода вторичного потока, перфорированные перегородки с переточнымпатрубком 3,Недостатками известного аппарата являются низкая производитель " 5 1 О 15 2 О 25 50 35 10 ю 15 5 О 55 ность аппарата,иэ-за малой пропускной способности переточных патрубковперфорированных перегородок и высокие гидравлические потери на перегородках.Цель изобретения - повышениепроизводительности аппарата эа счетинтенсификации процесса растворения.Указанная цель достигается тем,что аппарат для растворения зернистых материалов во взвешенном слое,содержащий вертикальный корпус, встенках которого выполнены щели,коаксиально установленную снаружикорпуса камеру, снабженную разделительными поперечными перегородками,патрубки для ввода реагентов и вывода продуктов, снабжен установленными между щелями вертикальными прямоугольными стержнями, при этомотношение расстояния от щели достержня к ширине щели составляет4-8,Кроме того, щели выполнены различной ширины и снабжены направляющими пластинами,На фиг.1 изображен аппарат, общий нид, на фиг,2 - разрез А-А нафиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б нафиг.1; на фиг,4 - график зависимости производительности аппаратаот предлагаемого соотношения.Предлагаемый аппарат для растворения зернистых материалов новзвешенном слое содержит корпус 1,кольцевую камеру 2 с разделительными перегородками 3, распределительную решетку 4, устройство 5для ввода основного потока, устройство б для ввода вторичного потока,направляющие пластины 7, образующиещели 8, прямоугольные стержни 9.Корпус 1 снизу ограничен распределительной решеткой 4. В цилиндрическом корпусе выполнены вертикальные щели 8, образованные напранляющими пластиками 7, которыекрепятся к корпусу. К внутреннейчасти цилиндрического корпуса крепятся прямоугольные стержни 9,Вокруг корпуса 1 размещена кольцеваякамера 2, которая по высоте разделена перегородками 3 на зоны, Каждаяэона имеет устройство для вводавторичного потока б. Под распределительной решеткой 4 к корпусу крепится устройство 5 для внода основного потока, Направляющие пластины 7на смежных участках кольцевой камеры 2 ориентированы в противоположныестороны. Норина щелей 8 на смежныхучастках кольцевой камеры можетбыть различной. 5Аппарат для растворения зернистыхматериалов во взвешенном слое работает следующим образом,Основной поток растворителя черезустройство 5, распределительную решет 40ку 4 поступает в корпус 1, где псевдоожижает и растворяет частицы. Вторичный поток растворителя через устройство 6 поступает в кольцевую камеру2, из которой вторичный поток,ориентированный направляющими пластинами7, через вертикальные щели 8 тангенциально поступает в корпус 1 и закручивает частицы слоя. На прямоугольных стержнях 9 образуются 20обильные вихри, которые вызывают до"полнительное перемешивание частици жидкости. Движение вторичного потока в противоположные стороны на смежных участках, установка в корпусе 1 25между щелями 8 прямоугольных стержней 9 и выполнение щелей 8 переменной ширины на смежных участках повысоте аппарата обеспечивают вихреобразование во всем объеме корпуса З 01, что способствует повышению интенсивности процесса растворения, а следовательно, и производительностиаппарата. Повышение производительнос,ти аппарата достигается за счет использования энергии движения потока,а не за счет установки перемешивающих устройств.Физическая сущность изобретениясостоит в следующем, 40Процессы растворения, выщелачивания и адсорбции носят диффузионный характер. Согласно уравнению диффузии45Э.агде М- коэффициент диффузии, скорость диффузииЭсзависит от граВт,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 раст воряется, Диффузионный процесс тормозится. Чтобы увеличить скорость диффузии необходимо увеличить градиент концентрации между жидкостьюи зернистым материалом. Для этогонужно к зернистому материалу подвести ненасыщенную жидкость, чтодостигается перемешиванием. При перемешивании толщина неподвижныхи ламинарных слоев, в которых жидкость течет спокойно, параллельноповерхности соприкосновения с зернистым материалом, уменьшается,происходит завихрение параллельныхструй, медленная молекулярная диффузия заменяется быстрой турбулентной. В то же время перемешивание,какправило, увеличивает поверхность соприкосновения фаз.Чем интенсивнееперемешивание, тем выше скоростьдиффузионного процесса, а в данномслучае 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 7, в противном случае они будут вынесены потоком растворителя из аппарата, При введении вторичного потока через вертикальные щели с тангенциальной скоростьюФвертикальная составляющая скорости остается меньше 7 , а общая скорость частиц увеличивается. В связи с этимувеличивается 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 выэы 1099993т( вает вихреобразование ва взвешенном слое.Поскольку вращение растворителяи зернистого материала ца смежныхучастках направлено в противоположные стороны, происходит изменение вектора скорости частиц,Так как разность плотностей растворителя и частит значительна, точастицы получают относительное движение в растворителе. При резкомИзменении направления вихрей (в силу изменения ттаправгтегтия вращенияслоя на смежных участках) частицыне успевают быстро менять свое направление двттжентгя из-эа иерциацности. В результате указанных причин, в реакционной зоне растваритель и частицы зернистого материала движутся с различной скоростью,что способствует тттттеттсттфитрцтттт,растворения и увеличенттю производительности аппарата. Направляющиепластины служат также для турбунизации прилегающих к щелям слоев растворителя. При входе струи в по ток имеет место подсос жидкости, благодаря чему струя расширается на угол до 6 в каждую старагту.оВторичная скорость движения гадс.а сывающей югдкосттг вызывает вихреобразование, Если плоские стенки устройства ввода струи частична входят в реакционную зону, как это выполнено в предлагасмом изобретении, то скорость подсоса и вихреобразования значительна увеличигаютСЯОднако изменетгие направления вращения взвешенного слоя ца смежных участках вызывает сильное вихреобраэование только на 1/3 высоты участка, Затем вращение слоя на.участке стабилизируется, что отрицательно влияет на процесс растворения. Для достижения вихреобразсваттия во всем объеме аппарата в предлагаемом изобретении внутри реакционной зоны между щелями установлены ца корпусе прямоугольные стержни. При обтекании вращающимся слоем этих стержней возникает цестационарный отрыв, который ведет к образованию дорожки Кармана в виде расширяющейся последовательности крупных вихрей, рас.таложецных в шахматном порядке. При малых числах Й = 10 возникает только ста -ционарный отрыв, при Ке: 50 - нестационаргтттй, а начиная с Й =- 1000вихревая структура начинает исчезатьпереходя в сплошную турбулентность. Поскольку Ю е зависит отскорости движения жидкости, тавводя вторичный поток с разнымискоростями ца 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 перемешивацию в объеме реакционной зоны, В предлагаемом изобрететткк зто осуществляется тем, чталсрттткальттые щели аппарата выполнены разной ширигты ца смежных участках и поэтому скорости втаричнога потокатта смежньгх участках разные, ибо скорость истсчеция где С = согтзт; - расход раствсрителя,Б - глащадь поперечногосечения щели,При проведеник экспериментов бьцто установлена, что оптимальное расстояние от щели до прямоугольного стержня находится в пределах 4-8 значений ширины щели. На фиг.4 ттре,ставлец график зависимости производитсльности аппарата от предельных соотношений и вне этих значений, На графттке П,т - производительность прототттпа, П т 1 - производительность пред - лгы аемого аппарата, В - ширина щели,расстояние ат щели до прямауголь - ного стержня. Снижение производительности при с4 В объясняется тем, что при таком расстоянии стержней от щелей образуется область высокого давления из-за торможениянеработоспособной, т.е. фактиескипроисходит уменьшение рабочегообъема аппарата, что и приводит кснижению производительности. При) 4 В возникает нестационарный отрьи: потока, вьтзьтвающий обильнсе вихреабразование, которое увеличиваетперемешивание жидкости и зернистогоматериапа, Резко возрастает производительность аппарата. При 3 ) 8 Вцестацианарцый отрыв потока исчезает, а остается только стациснарный в виде отдельных вихрей зе. пря 1099993моугольными стержнями. На остальном участке тангенциального движения вторичного потока скорости жидкости и частиц выравниваются и производительность процесса раствореА-Я ния падает. Как видно из графика нафиг.4, в интервале 4 В . с 8 В производительность предлагаемого аппарата в среднем на 407. выше чем у прототипа.1099993 Юи Пп ставитель Н. Кацовскаяхред Т.Маточка Корректор дактор втун ен Заказ 4459/7 33 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород ул. Проектна Тираж ВНИИПИ Государ по делам из 113035, Москва, Жтвенн брете 35 Р Подписного комитета СССРий и открытийушская наб., д. 4