Одним из распространенных аппаратов этой группы является горизонтальный корытный растворитель для калийных руд с комбинированной шнеково-ленточной мешалкой, известный под названием шнековый растворитель (рис. 1). Он состоит из сварного корпуса 24 корытообразной формы с машалкой и наклонным ковшевым элеватором 14 для выгрузки нерастворившейся твердой фазы. Корпус снабжен герметичной крышкой 7, на которой расположены люки-лазы 4, и поперечными перегородками 10, достигающими окружности, описываемой элементами мешалки. Перегородки, предназначенные для уменьшения продольного перемешивания, делят объем растворителя на шесть секций. Корпус растворителя и наклонного элеватора опирается на строительные конструкции лапами 13, которые могут перемещаться по роликам при температурных деформациях корпуса.
Мешалка представляет собой горизонтальный вал 12, вращающийся в подшипниках скольжения 11. Она имеет пять секций перемешивающих элементов: лопасти 9, образующие прерывистую спираль для перемещения твердого материала вдоль корпуса, и скребки 8, установленные параллельно валу для перемешивания в пределах каждой секции. Первая по ходу твердой фазы секция предназначена для получения суспензии и ее транспортирования, поэтому она состоит из шнековой 23 и ленточной 22 полусекций. Вал снабжен сальниковыми уплотнениями 25 и приводится во вращение электродвигателем 1 через редуктор 2 и дополнительную зубчатую передачу 3.
Рис. 1. Горизонтальный корытный растворитель:
1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – зубчатая передача; 4 – люк-лаз; 5 – штуцер для растворяющей жидкости;
6 – дюза для пара; 7 – крышка; 8 – скребок; 9 – лопасть; 10 – перегородка; 11 – подшипник; 12 – вал мешалки; 13 – лапы;
14 – элеватор; 15 – разгрузочный лоток; 16 – штуцер для промывной жидкости; 17 – штуцер для твердого материала;
18 – штуцер для раствора; 19 – ковш; 20 – цепь; 21 – штуцер для опорожнения аппарата;
22, 23 – ленточная и шнековая полусекция; 24 – корпус; 25 – сальниковое уплотнение
Во время транспортирования твердая фаза промывается в ковшах водой, поступающей через штуцер 16. Для опорожнения аппарата в случае аварийной остановки предназначены штуцеры 21. Обычно в аппарат подается предварительно нагретая жидкость, а окончательно температура регулируется подачей в суспензию острого пара через дюзы ^ сопл а) 6 в количестве до 50 кг пара на 1 т руды Аппарат имеет следующую техническую характеристику:
Такие аппараты применяют для растворения калийных руд в оборотных маточных растворах. При соприкосновении сильвинитовой руды, содержащей КС1 и NaCl, с горячим маточным раствором, не насыщенны и KG1 и NaCl, растворяются обе соли. Далее, по мере насыщения раствора КС1, из него начинают кристаллизоваться мелкие частицы NaCl, экранирующие активную поверхность твердых частиц и осложняющие последующее осветление раствора. Поэтому противоток твердой и жидкой фаз в данном случае не может быть использован. Во всех случаях растворения полифракционного материала противоток не удается реализовать вследствие уноса мелких фракций из аппарата или накопления в нем крупны? фракций. Поэтому практически более рациональны комбинированные схемы процессов растворения.
Недостатком описанной конструкции шнекового растворителя является большой унос мелких фракций соли (солевого шлама достигающий 200-300 кг/м3 раствора. Это связано с большой скоростью движения жидкости в зоне отвода раствора и интенсивным перемешиванием лопастями мешалки. Промежуточные подшипники вала мешалки, работающие в тяжелых условиях (агрессивная суспензия, Т = ?50 К), быстро выходят из строя. Поэтому предпочтительна конструкция корытного растворителя с рамной мешалке и отстойной камерой (рис. 2) Калушского филиала ВЯШ1Г.
Рис. 2. Корытный растворитель с отстойной камерой:
1 – корпус; 2 – лопастная секция; 3 – перегородка; 4 – шнековая секция мешалки; 5 – вал мешалки;
6 – отстойная камера; 7 – шнек; 8 – приемный карман элеватора; 9 – элеватор; 10 – лоток для отвода раствора;
11 – крышка корпуса; 12 – штуцеры для опорожнения аппарата.
Аппарат состоит из корытообразного корпуса 7, внутри которого размещена мешалка, состоящая из двух частей. Первая из них выполнена в виде лопастей 2, предназначенных для интенсивного перемешивания суспензии в каждом из шести отсеков реакционного объема, образованных перегородками 3, достигающими вала мешалки. Вторая выполнена в виде шнека 4 в последнем отсеке и предназначена для отвода нерастворившегося твердого материала в отстойную камеру 6. Элементы мешалки закреплены на валу 5, изготовленном из трубы и опирающемся на два подшипника вне корпуса аппарата.
Отстойная камера имеет также корытообразную форму и снабжена шнеком 7 для транспортирования твердого материала к приемному карману 8 наклонного ковшевого элеватора 9. Шнек 7 меньшего диаметра по сравнению со шнеком 4 и находится на достаточно большой глубине от зеркала раствора для обеспечения хороших условий осаждения солевого шлама. Осветленный раствор спокойно переливается через борт отстойной камеры и по лотку 10 с той или иной стороны отводится в следующий аппарат.
Аппараты такого типа надежны в работе и обеспечивают высокую производительность. Наряду с этим они металлоемки, громоздки и требуют сравнительно больших расходов электроэнергии. Удельная производительность их невелика, что объясняется относительно низкой скоростью обтекания частиц, умеренной величиной поверхности соприкосновения фаз и существенным продольным перемешиванием.
Для исключения влияния продольного перемешивания Г. И. Раз- валовым и др. предлагается разделить реакционный объем аппарата сплошными перегородками с окнами, через которые твердый материал периодически перегружается из секции в секцию. В цилиндрическом корпусе 1 аппарата (рис. 3) проходит основной вал 2 с укрепленными на нем лопастями мешалки 3. Ось вала несколько смещена вниз по отношению к оси аппарата. Перегородки 4 делят аппарат на ряд секций. Каждая перегородка имеет разгрузочное окно, перекрываемое заслонкой 7. Заслонки укреплены на верхнем валике 8 и с помощью кулачка 11 и пружины 10 могут периодически поворачиваться вместе с валиком 8, открывая и закрывая разгрузочные окна. К последней секции аппарата присоединено отжимное устройство 5, состоящее из конического корпуса с перфорированной стенкой, и шнека, укрепленного на основном валу аппарата. Твердый материал поступает из бункера 9; растворитель подводится и отводится через штуцеры 6 и 12.
Аппарат работает следующим образом. Вал с лопастными мешалками приводится во вращение от электродвигателя. Аппарат заполняют растворяющей жидкостью, для регулировки уровня которой на выходе из штуцера 12 имеется гидрозатвор, затем через бункер 9 в первую секцию начинают подавать твердую фазу. В этой секции твердый материал интенсивно перемешивается с жидкостью, что создает необходимые условия для эффективного растворения. Через определенный промежуток времени в зависимости от числа оборотов и профиля кулачка 11 поворачивается валик 8 и открываются разгрузочные окна в перегородках. При этом лопасти мешалки направляют твердую фазу из первой секции во вторую, где она взаимодействует с жидкостью до следующего открытия окон, и т. д. На выходе из последней секции твердый материал поступает в отжимное устройство, после которого, освободившись от раствора, выходит из аппарата.
Рис. 3. Растворитель с перегородками:
1 – корпус; 2 – вал основной; 3 – лопасти мешалки; 4 – перегородки; 5 – отжимное устройство;
6 – штуцер для ввода жидкости; 7 – заслонка; 8 – верхний валик; 9 – бункер;
10 – пружина; 11 – кулачок; 12 – штуцер для отвода раствора.
Ю. Ф. Артамонов и др. предлагают для решения аналогичной задачи создать интенсивное циркуляционное перемешивание в объемах между секциями шнека, служащими секционирующими элементами. Аппарат (рис. 4) состоит из цилиндрического корпуса 2, в котором расположен полый вал 10 с укрепленным на нем прерывистым шнеком .9, делящим аппарат на ряд секций. На валу имеются окна 3 (восемь в каждой секции, по четыре в одном сечении). Внутри полого вала проходит сплошной вал 6 с укрепленными на нем пропеллерными мешалками 7 и перегородками 8 в виде двух конусов, соединенных основаниями. Такая форма перегородок способствует образованию циркуляционных токов в каждой секции и одновременно исключает продольное перемешивание по длине аппарата. Для подачи жидкости предусмотрен штуцер 4, для выхода раствора- Штуцер 11, соединенный с гидрозатвором. Твердую фазу загружают через бункер 1. Для выгрузки твердой фазы к корпусу аппарата присоединена направляющая головка со штуцером 5. В местах загрузки и выгрузки шнек выполняют сплошным.
Аппарат работает следующим образом. Твердая фаза через бункер 1 поступает на сплошную часть шнека и перемещается вдоль оси вплоть до первой секции. В секции пропеллерной мешалкой создают циркуляционные токи. Растворяющая жидкость и твердая фаза двигаются в пределах секции по замкнутой траектории. Мешалками в соседних секциях создают движение в противоположных направлениях, все это вместе с перегородками и лопастями прерывистого шнека препятствует вредному продольному перемешиванию.
Рис. 4. Растворитель с секционирующими шнеками:
1 – бункер; 2 – корпус; 3 – окно; 4, 5 – штуцеры для ввода жидкости и вынода твердого остатка;
6 – сплошной вал; 7 – мешалка; 8 – перегородка; 9 – прерывистый шнек;
10 – полый вал; 11 – штуцер для выхода жидкости.
При вращении прерывистого шнека твердая фаза последовательно перемещается из секции в секцию, причем время пребывания ее в каждой секции определяется и регулируется числом оборотов шнека. Жидкость, многократно циркулируя вместе с твердым материалом в каждой секции, движется противопотоком по отношению к результирующему движению твердой фазы. На выходе из последней ступени твердая фаза вновь захватывается сплошной частью шнека и подается к разгрузочному устройству.
Жидкую фазу выводят на противоположном конце растворителя за зоной загрузки твердой фазы через штуцер 11 и гидрозатвор.
Конструкция аппарата полностью исключает вредное продольное перемешивание. Турбулизация жидкости и интенсивность массо-обмена зависят только от числа оборотов пропеллерных мешалок, т. е. не связаны с производительностью аппарата. Это позволяет регулировать время пребывания материала в аппарате и сохранять все условия для интенсивного растворения. Отсутствие застойных зон и перфорированных поверхностей исключает возможность закупорки, что расширяет область применения такого аппарата.
Для растворения крупнокускового материала успешно применяют барабанные растворители, в которых пересыпающиеся куски соударяются один с другим и с корпусом аппарата, что позволяет интенсифицировать процесс. Аппарат (рис. 5) представляет собой горизонтальный цилиндрический барабан 3, закрытый с торцов передней крышкой 2 и задней крышкой 7. Через горловину 1 в передней крышке поступает измельченный твердый материал, который транспортируется движущейся в том же направлении жидкостью (растворителем). Барабан 3 установлен на бандажах 4, опирающихся на ролики 12; он приводится во вращение электродвигателем 10 через зубчатую передачу 5 и червячный редуктор 11. Твердые частицы движутся при вращении барабана вместе с потоком жидкости в осевом направлении и относительно потока – в поперечных сечениях барабана, причем для лучшего перемешивания фаз в вертикальной плоскости служат лопасти 9, укрепленные на внутренней стенке барабана. Концентрированный раствор и твердый остаток удаляются через штуцер 8 в задней крышке аппарата. Для уменьшения потерь тепла барабан снаружи покрыт тепловой изоляцией 6.
Рис. 5. Барабанный растворитель:
1 – горловина для ввода твердого материала; 2 – передняя крышка; 3 – барабан; 4- бандаж;
5 – зубчатая передача; 6 – теплоизоляция; 7 – задняя крышка; 8 – штуцер для отвода суспензии;
9 – лопасть; 10 – электродвигатель; 11 – редуктор; 12 – опорный ролик.
Барабанные растворители могут работать также по принципу противотока. В этом случае твердый материал перемещается лопатками, установленными внутри горизонтального барабана под небольшим углом к образующей в направлении движения материала.
В некоторых случаях растворение можно эффективно совмещать с мокрым измельчением твердого материала и осуществлять в одном аппарате. Растворение и одновременное измельчение способствуют созданию значительной и непрерывно обновляемой поверхности соприкосновения фаз. Ф. И. Стригуновым предложен такой аппарат (рис. 6), выполненный в виде барабана 1 с загрузочной 3 и разгрузочной горловинами 2. На внутренней поверхности барабана установлены направляющие элементы 4 а 5 для создания возвратно- поступательного движения. На выходе из барабана в обоймах 6 свободно размещены бьющие тела 7.
Аппарат работает следующим образом. Установив требуемую скорость вращения барабана, через горловину 3 подают твердый Материал и жидкость. При вращении барабана материал интенсивно перемешивается с жидкостью, для этого служат направляющие элементы 4 и 5. На выходе из барабана оставшиеся куски исходного материала растворяются при воздействии бьющих тел. Суспензию выводят через горловину 2.
Использование барабанных аппаратов без ударного воздействия для растворения мелких фракций менее эффективно, чем шнековых.
Рис. 6. Барабанный растворитель с направляющими элементами возвратно- поступательного движения:
1 – барабан; 2, 3 – разгрузочная и загрузочная горловины; 4, 5 – направляющие элементы; 6 – обойма; 7 – бьющие тела.
Это подтверждают некоторые показатели работы различных аппаратов, полученные при использовании их для растворения калийных руд Прикарпатья. Они свидетельствуют о преимуществе вертикальных трубчатых аппаратов.
Для осуществления процессов растворения при температурах, превышающих температуру кипения раствора, применяют автоклавы. Они представляют собой горизонтальные или вертикальные сосуды с мешалками или без них, работающие в непрерывном или периодическом режиме.
Рис. 7. Автоклав для окислительного растворения никель-кобальтового сульфидного продукта:
1 – корпус; 2 – футеровка; 3 – мешалка; 4 – холодильник;
5 – привод; 6, 7 – штуцеры для вывода и ввода суспензии.
На рис. 7 показан автоклав емкостью 15 м3 для окислительного растворения никель-кобальтового сульфидного продукта в растворе серной кислоты при 403 К и давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2). Он представляет собой горизонтальный футерованный сосуд 1, снабженный четырьмя турбинными мешалками 3 с нижним приводом и горизонтальными охлаждающими элементами 4 для отвода выделяющегося тепла. Исходная суспензия, содержащая измельченный твердый продукт крупностью 74 мкм, непрерывно подается насосом в первую секцию автоклава через штуцер 7. Поступающий в автоклав сжатый воздух или технический кислород диспергируется турбинными мешалками (рис. 8), внутренняя полость которых разделена на две части средним диском. Нижняя полость служит для циркуляции жидкости, верхняя – для подсоса газа из диффузора 2. Отбрасываемые к периферии газовый и жидкостный потоки смешиваются в статоре 3; при этом газ диспергируется в жидкости. Отработанную парогазовую смесь непрерывно отводят из надрастворного объема. Готовый раствор выводят из последней секции через штуцер 6 (см. рис. 7).
Рис. 8. Аэрирующая мешалка:
1 – турбинная мешалка; 2 – диффузор; 3 – статор;
4 – кессон; 5 – корпус автоклава; 6 – фланец.
Для окислительного растворения кобальт-мышьяковистого продукта при тех же значениях температуры и давления используют секционированные горизонтальные автоклавы емкостью 50 м3 с верхним расположением мешалок (рис. 9), Надежность работы Автоклавов определяется надежностью сальниковых или торцовых Уплотнений вала мешалки. Конструкции этих узлов пока еще несовершенны: сальниковые уплотнения начинают течь уже при давлениях 0,3-0,5 МПа, а торцовые уплотнения, хотя и работают при более высоких давлениях, периодически выходят из строя вследствие коррозии пружин в проточной воде или перебоев в подаче воды для гидравлического уплотнения.
Рис. 9. Автоклав для окислительного растворения кобальт-мышьяковистого продукта:
1 – корпус; 2 – мешалка; 3 – перегородка; 4 – привод;
5, 6 – штуцеры я ля вывода и ввода суспензии.
Г.А. Аксельруд, А.Д. Молчанов
Растоврение твердых веществ
(Глава IV. Аппараты для растворения)
Форма запроса