CZ292976B6 - Zařízení pro zpracování částic fluidní technikou - Google Patents

Abstract

Zařízení pro zpracování částic fluidní technikou, obsahující svislou nádobu (1), uzavřenou nahoře víkem (4) s odváděcím osových otvorem, pod kterým je na boku svislé nádoby vytvořen odváděcí boční otvor pro odvádění tekutiny a boční přívodní otvor pro přívod zpracovávaných částic, přičemž svislá nádoba (1) je dole uzavřena děrovaným dnem (2) a ve své střední výškové oblasti je opatřena přepadem (8) a u dna je vytvořena výpust (9) fluidní vrstvy. Pod děrovaným dnem (2) je vytvořena první rozváděcí komora (10) a pod ní druhá rozváděcí komora (11), které jsou mezi sebou propojeny spojovacím otvorem s první klapkou (12), horní a spodní stěna druhé rozváděcí komory (11) jsou spolu spojeny skupinou trubek (16), jejichž konce jsou utěsněně spojeny na spodním konci se dnem druhé rozváděcí komory (11) a ve kterých jsou uloženy a upevněny přívodní prvky (3), procházející dnem (2) svislé nádoby (1), přičemž mezi obvody přívodních prvků (3) a vnitřními plochami trubek (16) jsou vytvořeny prstencové mezery a pod druhou rozváděcí komorou (11) je umístěna směšovací komora (18) se spodním otvorem.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro zpracování částic fluidní technikou, obsahujícího svislou nádobu, uzavřenou nahoře víkem s odváděcím osovým otvorem, pod kterým je na boku svislé nádoby vytvořen odváděči boční otvor pro odvádění tekutiny a boční přívodní otvor pro přívod zpracovávaných částic, přičemž tato svislá nádoba je dole uzavřena děrovaným dnem a ve své střední výškové oblasti je opatřena přepadem a u dna je vytvořena výpust fluidní vrstvy.

Dosavadní stav techniky

Při podzemním loužení uranových rud působením zředěné kyseliny sírové vznikají kyselé roztoky jako vedlejší produkty podzemní těžby, které představují z ekologického hlediska značný problém. Pro likvidaci kyselých roztoků podzemní těžby byla vyvinuta technologie založená v podstatě na systému odpařování - krystalizace - rekrystalizace. Při provozu odpařovací jednotky se hlavní podíl solnosti eliminuje ve formě soli obsahující ekvimolámí množství síranu hlinitého a síranu amonného, známé jako kamenec hlinito-amonný. Z koncentrovaných roztoků se po ochlazení získává krystalizací sůl NHjAXSO^. 12H₂O ve velmi čisté formě. Pro tuto chemikálii však v současné době není v průmyslové praxi běžné využití, pouze malá část vyrobeného kamence se využívá pro sanační materiály používané v ekologicky problematických objektech.

Proto byla vypracována celá řada technologických postupů, majících dosáhnout přepracování kamence na druhotné, komerčně využitelné produkty.

Je znám způsob hydrolýzy vodných roztoků kamence amoniakem nebo hydroxidem amonným na hydroxid hliníku a roztok síranu amonného, probíhající podle rovnice:

NH₄A1(SO₄)₂ + 6 ΝΗλΟΗ => 2 A1OOH + 4 (NH^SCú + 2 H₂O.

Získané složky mohou být přepracovány na průmyslově využitelný oxid hlinitý a krystalický síran amonný, využitelný jako průmyslové hnojivo. Výhodou tohoto procesu je to, že síran amonný může být v případě nedostatku amonných iontů pro výrobu kamence recyklován nebo po neutralizaci vápnem je možno získat čistý amoniak. Nevýhodou tohoto procesu je vysoká investiční náročnost a velké objemy odpadních vod, což zvyšuje výrobní náklady.

Dalším známým technologickým postupem je hydrotermální hydrolýza na alunity procesem, který je však technicky i technologicky nesmírně náročný a také technické využití alunitů přináší problémy, takže praktická využitelnost tohoto postupu je téměř nulová.

V poslední době byl vyřešen výhodný způsob zpracování kamence na síran hlinitý, při kterém vzniká minimální odpad a který je založen na tepelném rozkladu krystalického kamence při teplotách 400 °C až 600 °C. Vzniklý produkt je rozpustný v teplé vodě na vodný roztok technického síranu hlinitého. Při tomto tepelném rozkladu se přítomný amoniak uvolňuje ve formě těkavého síranu amonného, popřípadě se zčásti redukuje až na NO_X a dusík, které unikají do ovzduší. Nevýhodou tohoto procesuje ekologická zátěž vznikajícími NO_X a nedefinované složení vodného roztoku síranu hlinitého, protože uváděný rozsah rozkladné teploty je nedostatečný pro uvolnění celkového množství síranu amonného.

Nejnovější technologický způsob spočívá v dvoustupňové dehydrataci kamence s následným tepelným rozkladem bezvodého kamence na síran hlinitý a síran amonný při teplotě 500 °C až 600 °C, přičemž oba tyto sírany jsou komerčně využitelné. Při provozním odzkoušení tohoto

-1CZ 292976 B6 postupu bylo zjištěno, že tepelný rozsah prvního stupně dehydratace, pohybující se mezi 1000 °C a 1500 °C, je obtížně technologicky trvale udržitelný a že při něm navíc dochází k rozkladu krystalů výchozího kamence, majících menší rozměry než 0,15 mm, až na NO*, což opět způsobuje ekologickou zátěž. Na druhé straně pak, je-li průměrná zrnitost větší než 0,15 mm, je 5 uváděná teplota při závěrečném tepelném rozkladu, probíhajícím při teplotě mezi 500 °C a

600 °C, nedostatečná, neboť nedojde ke kvalitativnímu odstranění síranu amonného. Ve svém důsledku jsou oba tyto fenomény proti sobě a technologický průmyslový proces je velmi obtížné ředitelný. Navíc jsou parametry mžikové dehydratace prvního stupně velmi ovlivňovány „volnou“ vlhkostí vstupujícího kamence.

Známý stav techniky obsahuje dvě základní metody dehydratace krystalického kamence, z nichž jedna spočívá ve statické dehydrataci v pecích a druhá v dynamické dehydrataci ve fluidních reaktorech. Při statické dehydrataci vzniká látka, jejíž objem se zvětšuje o deset až dvacet procent díky úniku par z vazké tekutiny. Výsledná látka, to znamená dehydratovaný kamenec, připomíná 15 desky pěnového polystyrenu a je s ní velmi obtížná manipulace, což prakticky znemožňuje průmyslové využití statické dehydratace. Manipulace s dehydratovaným kamencem je velmi obtížná a celý proces je v důsledku minimální tepelné vodivosti dehydratovaného kamence energeticky velmi náročný, pokud má dojít k úplné nebo alespoň technicky dostačující dehydrataci.

Při dynamické dehydrataci kamence fluidních reaktorech je rovněž obtížné překonat pásmo tavení ve vlastní krystalové vodě, protože zde vznikají problémy s korozí a hlavním nedostatkem je manipulace s dehydratovaným produktem, který je při své sypné hmotnosti kolem 150 kg/m³ vysoce prašný a obtížně se s ním manipuluje. Známá zařízení pro tuto dynamickou dehydrataci jsou značně objemná a jejich výroba je neúměrně drahá.

Nedostatky těchto známých technologických postupů se podařilo odstranit způsobem tepelného zpracování kamence hlinito-amonného na síran hlinitý a síran amonný ve formě vodného roztoku a/nebo v krystalické formě. Tento postup je prakticky bezodpadový a spočívá vtom, že se krystalický kamenec nejprve dvoustupňové dehydratuje tím, že v prvním dehydratačním reaktoru 30 se přivedou částice kamence o velikosti od 0,2 mm do 1,5 mm do styku se spalinami zejména zemního plynu o teplotě 500 °C až 900 °C ve stejném reaktoru probíhá dehydratace ve fluidní vrstvě při teplotách 140 °C až 350 °C.

Úkolem vynálezu je vyřešit vhodné zařízení k provádění tohoto způsobu dehydratace kamence.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen zařízením pro zpracování částic fluidní technikou podle vynálezu, jehož 40 podstata spočívá v tom, že pod děrovaným dnem svislé nádoby reaktoru je vytvořena první rozváděči komora a pod ní druhá rozváděči komora, které jsou mezi sebou propojeny spojovacím otvorem s první klapkou, homí a spodní stěna druhé rozváděči komory jsou spolu spojeny skupinou trubek, jejichž konce jsou utěsněné spojeny na spodním konci se dnem druhé rozváděči komory a ve kterých jsou uloženy a upevněny přívodní prvky, procházející dnem svislé nádoby 45 a ukončené nahoře kloboučky uloženými nade dnem svislé nádoby, přičemž mezi obvody přívodních prvků a vnitřními plochami trubek jsou vytvořeny prstencové mezery, a přičemž pod druhou rozváděči komorou je umístěna směšovací komora se spodním otvorem.

Ve výhodném provedení zařízení mají trubky délku rovnou výšce druhé rozváděči komory a jsou 50 utěsněné spojeny s přepážkou mezi první rozváděči komorou a druhou rozváděči komorou a také s homí stěnou směšovací komory.

Trubky jsou v dalším výhodném provedení na svých horních koncích utěsněně spojeny se dnem svislé nádoby, s dělicí stěnou mezi první rozváděči komorou a druhou rozváděči komorou a také 55 se dnem druhé rozváděči komory.

-2CZ 292976 B6

Spodní část svislé nádoby je výhodně prodloužena do směšovací komory s výškou větší než šířkou, obklopenou pláštěm se spodním roštovým dnem s přívodními prvky ukončenými nahoře kloboučky a se spodním dnem, nad kterým je vytvořena rozdělovači komora se vstupním hrdlem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 svislý řez zařízením pro zpracování částic v jednostupňovém fluidním procesu, ř obr. 2 svislý řez alternativním provedením zařízení z obr. 1, obr. 3 svislý řez zařízením pro zpracování částic ve dvoustupňovém fluidním procesu a obr. 4 svislý řez alternativním provedením zařízení z obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro zpracování částic fluidní technikou obsahuje ve všech příkladných provedeních svislou nádobu L uzavřenou na svém spodním konci dnem 2 vytvořeným ve formě roštu, jehož otvory procházejí nahoru do vnitřního prostoru svislé nádoby 1 přívodní prvky 3 pro přívod tekutiny do fluidní vrstvy do oblasti nade dnem 2 svislé nádoby 1, které jsou tvořeny tvarovanými přepážkami nebo dýzami, ukončenými kloboučky zamezujícími propadu částic ve fluidní vrstvě dolů pod dno 2 svislé nádoby 1. Horní Část svislé nádoby 1 má ve znázorněných příkladných provedeních rozšířený vodorovný průřez a je uzavřena víkem 4 opatřeným odváděcím osovým hrdlem 5 a odváděcím bočním hrdlem 6 pro odvádění tekutiny vystupující z fluidní vrstvy a také bočním přívodním hrdlem 7 pro přívod zpracovávaných částic.

Zpracovávané částice materiálu se z fluidní vrstvy odvádějí přepadem 8, nacházejícím se v určeném odstupu nade dnem 2 svislé nádoby 1, nebo výpustí 9 v úrovni dna 2 svislé nádoby 1, která slouží v případě potřeby k vypouštění fluidní vrstvy.

Pod dnem 2 svislé nádoby 1 je vytvořena první rozváděči komora 10 a pod ní potom druhá rozváděči komora 11, které jsou mezi sebou propojeny otvorem uzavíratelným ventilem, tvořeným ve znázorněném příkladu klapkou 12. Druhá rozváděči komora 11 je v jednom místě na svém obvodu opatřena přívodním hrdlem 13 pro přívod tekutiny používané pro zpracování částic a na protilehlém místě svého odvodu je opatřena výstupním hrdlem 14 pro odvádění tekutiny, ve kterém je umístěna uzavírací klapka 15.

V druhé rozváděči komoře 11 je mezi její horní a spodní stěnou upevněna soustava svislých trubek 16, ve kterých jsou uloženy dříky přívodních prvků 3 ukončených nahoře kloboučky, procházející první rozváděči komorou 10 a ukončené kloboučky nade dnem 2 svislé nádoby L Délka trubek 16 je závislá na řešení rozvodu tekutiny ve směšovací komoře 18.

V příkladném provedení zařízení, zobrazeném na obr. 1, mají trubky 16 délku rovnou výšce druhé rozváděči komory 11 a jsou utěsněné spojeny s přepážkou mezi rozváděcími komorami 10, 11 a také se dnem 17 směšovací komory 18. Tekutina vstupující do druhé rozváděči komory 11 přívodním hrdlem 13 se klapkou 12 a uzavírací klapkou 15 rozdělí na část pro směšování a na část vystupující z druhé rozváděči komory 11 výstupním hrdlem 14. Tekutina proudí z první rozváděči komory 10 prstencovými mezerami mezi trubkami 16 a dříky přívodních prvků 3,

-3CZ 292976 B6 ukončených kloboučků, do směšovací komory 18. Do směšovací komory 18 se přivádí spodním hrdlem 20 tekutina nebo směs tekutin, které jsou potřebné pro zpracování částic ve fluidní vrstvě.

V příkladném provedení zařízení, znázorněném na obr. 2, jsou trubky 16 těsně spojeny se dnem 2 5 svislé nádoby 1, s dělicí přepážkou mezi první rozváděči komorou 10 a druhou rozváděči komorou 11 a se dnem 17 druhé rozváděči komory 11. Tekutina z první rozváděči komory 10 pak proudí mezerami s prstencovým průřezem, vznikajícími mezi trubkami 16 a dříky přívodních prvků 3, ukončených kloboučky, a vstupuje do spodní části svislé nádoby 1 otvory 19.

Do směšovací komory 18 se spodním hrdlem 20 přivádí tekutina nebo směs tekutin, která je potřebná pro zpracování částic ve fluidní vrstvě, a zpravidla také tekutina vystupující výstupním hrdlem 14 z druhé rozváděči komory H.

Na obr. 3 je znázorněno zařízení pro zpracování částic ve dvoustupňovém fluidním procesu, 15 jehož horní část má konstrukci shodnou s příkladem z obr. 2. U tohoto zařízení je spodní část svislé nádoby 1 prodloužena směrem dolů a je dole ukončena roštovým dnem 21. kterým procházejí přívodní prvky 22, mající v tomto případě obdobné konstrukční řešení jako přívodní prvky 3 procházející dnem 2 a nacházející se u zařízení podle obr. 1 a 2, přičemž také tyto přívodní prvky 22 jsou nahoře ukončeny kloboučky.

Spodní část svislé nádoby 1 je obklopena pláštěm 23 ukončeným na svém spodním konci spodním dnem 24. ve kterém je osazeno vstupní hrdlo 25 vyústěné do rozdělovači komory 26. Druhá rozváděči komora 11 je propojena s promotorem mezi pláštěm 23 a svislou nádobou 1 jedním nebo několika výstupními hrdly 14. Další tekutina, potřebná pro zpracování částic, se přivádí do 25 rozdělovači komory 26 vstupním hrdlem 25.

Na obr. 4 je zařízení vytvořeno podobně jako na obr. 3 s tím rozdílem, že ve svislé nádobě 1 je na rozhraní mezi fluidní vrstvou inertních částic a částic dehydratovaného kamence umístěno míchadlo 27, napomáhající rozdružování shluků částic, vznikajících při dehydrataci.

Činnost zařízení podle vynálezu je objasněna pomocí příkladů zpracování kamence hlinitoamonného.

Příklad 1

Krystalický kamenec hlinito-amonný, který má povrchovou vlhkost 3 až 8 % a velikost zrn do 1 mm, se přivádí do svislé nádoby 1 přívodním hrdlem 7, na jejímž dně je vrstva inertních částic ze slinutého korundu nebo zirkonové otěruvzdomé keramiky. Velikost inertních částic je určena 40 jejich úletovou rychlostí, která musí být nižší než svislá složka rychlosti pohybů plynů v horním prostoru svislé nádoby L Výstupními otvoiy v kloboučcích přívodních prvků 3 se do fluidní vrstvy inertních částic přivádí spaliny zemního plynu o teplotě 850 °C až 950 °C.

Na první vrstvě fluidmch částic je druhá fluidní vrstva, tvořená dehydratovanými částicemi 45 kamence. Celková výška obou fluidních vrstev je 0,5 až 1,5 m. Hladina fluidních vrstev se udržuje přepadem 8, kterým odtékají dehydratované částice kamence, které jsou lehčí než krystalický kamenec a shromažďují se proto u hladiny fluidní vrstvy.

Vzhledem k tomu, že fluidní vrstva kamence obsahuje více než 95 % dehydratovaného kamence, 50 je možné výšku fluidní vrstvy regulovat podle hodnoty statického tlaku v prostoru nad kloboučky přívodních prvků 3 odběrem částic výpustí 9.

Krystalický kamenec, dávkovaný přívodním hrdlem 7, prochází nejdříve vrstvou dehydratovaného kamence a přitom se suší a ohřívá. Po ohřevu na teplotu 60 °C až 100 °C se na povrchu částic 55 vytváří tavenina, do které se nalepují především jemné částice dehydratovaného kamence

-4CZ 292976 B6 a vznikají tak shluky částic. Tyto shluky padají do oblasti, ve kterých se mísí fluidní vrstvy inertních částic s dehydratovanými částicemi kamence. V této oblasti dochází jednak ke sdílení tepla mezi oběma fluidními vrstvami a jednak k rozdružování shluků částic kamence.

Teplo potřebné pro sušení a dehydrataci kamence a obsažené ve spalinách zemního plynu se přivádí do fluidní vrstvy kloboučky přívodních prvků 3. Tyto spaliny vznikají ve fluidní vrstvě inertních částic nad roštovým dnem 21 ve spodní části svislé nádoby L

Vzduch pro spalování zemního plynu se do zařízení přivádí přívodním hrdlem 13. Část tohoto vzduchu se při průtoku druhou rozváděči komorou 11 zavádí pomocí klapek 12. 15 do první rozváděči komoiy 10 a zbývající proud vzduchu proudí pláštěm 23 do prostoru pod roštové dno 21, kde se mísí se zemním plynem přiváděným vstupním hrdlem 25 do rozdělovači komory 26. Směs vzduchu a zemního plynu, ve které se poměr obou složek udržuje regulátorem na konstantní hodnotě, se pak druhými přívodními prvky 22 zavádí do fluidní vrstvy inertních částic, ve které se spaluje při teplotě 850 °C až 950 °C.

Tepelný výkon, předávaný fluidní vrstvě kamence, se řídí teplotou spalin přiváděných do fluidní vrstvy kloboučky přívodních prvků 3 při přibližně konstantním průtoku vzduchu, kteiý se do zařízení přivádí přívodním hrdlem 13. Při plně uzavřené klapce 12 se dosáhne největšího příkonu tepla do fluidní vrstvy při nejvyšší teplotě spalin. Otevíráním první klapky 12 a přivíráním uzavírací klapky 15 se snižuje množství vzduchu pro spalování zemního plynu a tím i množství zemního plynu, protože v zařízení se automaticky udržuje stálý poměr průtoků obou těchto plynných složek směsi. Současně se vzduchem, proudícím z první rozdělovači komory 10 otvory 19 do trubek 16 a z nich do směšovací komoty 18. ochlazující spaliny před svým vstupem do kloboučků přívodních prvků 3 a tedy také před vstupem do fluidních vrstev, ve kterých probíhá sušení a dehydratace.

Popsaný způsob regulace tepelného výkonu umožňuje najíždění zařízení ze studeného stavu a je výhodný zejména tehdy, když nad dnem 2 je pouze fluidní vrstva inertních částic a vrstva dehydratovaných částic se teprve musí vytvořit.

Příklad 2

Tepelné zpracování krystalického kamence hlinito-amonného se provádí obdobně jako v příkladu 1 v zařízení zobrazeném na obr. 2. Odlišnost tohoto příkladu spočívá v tom, že vzduch odtékající z druhé rozdělovači komory 11 výstupním hrdlem 14 se zavádí do oddělené spalovací pece. Spaliny vznikající při spalování zemního plynu se ze spalovací pece přivádí spodním hrdlem 20 do prostoru směšovací komory 18.

Toto řešení je však méně výhodné než řešení popsané v příkladu 1, protože navíc vyžaduje vytvoření propojovacího potrubí mezi spalovací pecí a směšovací komorou 18. které musí být vytvořeno z materiálů odolných proti působení vysokých teplot, přičemž problémem je také řešení tepelných dilatací.

Příklad 3

Tepelné zpracování krystalického kamence hlinito-amonného se provádí obdobně jako v příkladu 1 pomocí zařízení, zobrazeného na obr. 4, které se od zařízení z obr. 3 liší, jak již bylo uvedeno v předchozí části, umístěním míchadla 27 do rozhraní mezi fluidní vrstvou inertních částic a částic dehydratovaného kamence. Toto míchadlo 27 napomáhá rozdružovat shluky částic, vznikající při dehydrataci.

-5CZ 292976 B6

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu je vhodné pro velmi účinné tepelné zpracování částic fluidní technikou, zejména pro tepelné zpracování odpadního krystalického kamence hlinito-amonného na síran hlinitý a síran amonný.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro zpracování částic fluidní technikou, obsahující svislou nádobu (1), uzavřenou nahoře víkem (4) s odváděcím osovým otvorem, pod kterým je na boku svislé nádoby vytvořen odváděči boční otvor pro odvádění tekutiny a boční přívodní otvor pro přívod zpracovávaných částic, přičemž svislá nádoba (1) je dole uzavřena děrovaným dnem (2) a ve své střední výškové oblasti je opatřena přepadem (8) a u dna je vytvořena výpust (9) fluidní vrstvy, vyznačující se tím, že pod děrovaným dnem (2) je vytvořena první rozváděči komora (10) a pod ní druhá rozváděči komora (11), které jsou mezi sebou propojeny spojovacím otvorem s první klapkou (12), horní a spodní stěna druhé rozváděči komory (11) jsou spolu spojeny skupinou trubek (16), jejichž konce jsou utěsněně spojeny na spodním konci se dnem druhé rozváděči komory (11) a ve kterých jsou uloženy a upevněny přívodní prvky (3), procházející dnem (2) svislé nádoby (1) a ukončené nahoře kloboučky uloženými nade dnem (2) svislé nádoby (1), přičemž mezi obvody přívodních prvků (3) a vnitřními plochami trubek (16) jsou vytvořeny prstencové mezery, a přičemž pod druhou rozváděči komorou (11) je umístěna směšovací komora (18) se spodním otvorem.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubky (16) mají délku rovnou výšce druhé rozváděči komory (11) a jsou utěsněně spojeny s přepážkou mezi první rozváděči komorou (10) a druhou rozváděči komorou (11) a také s horní stěnou směšovací komory (18).
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubky (16) jsou na svých horních koncích utěsněně spojeny se dnem (2) svislé nádoby (1), s dělicí stěnou mezi první rozváděči komorou (10) a druhou rozváděči komorou (11) a také se dnem (17) druhé rozváděči komory (11).
4. 4. Zařízení podle nároků laž3, vyznačující se tím, že spodní část svislé nádoby (1) je prodloužena do směšovací komory (18) s výškou větší než šířkou, obklopenou pláštěm (23) se spodním roštovým dnem (21), s přívodními prvky (22) ukončenými nahoře kloboučky a se spodním dnem (24), nad kterým je vytvořena rozdělovači komora (26) se vstupním hrdlem (25).