EA015386B1

EA015386B1 - Способ осветления в смесительном реакторе и смесительный реактор

Info

Publication number: EA015386B1
Application number: EA200901047A
Authority: EA
Inventors: Лауно Лилья; Брор Нюман
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2011-08-30
Also published as: US20100077889A1; MX2009009798A; EP2121994A4; EP2121994A1; EP2121994B1; BRPI0808974A2; AU2008228206B2; WO2008113884A1; CA2677067C; FI119379B; ES2412387T3; EA200901047A1; JP2010521282A; AU2008228206A1; CA2677067A1; FI20070211A0; KR101080665B1; FI20070211A; KR20090104904A; ZA200905223B

Abstract

Изобретение относится к смесительному реактору для смешивания жидкости и порошкообразного твердого вещества, осветления получаемого раствора и выпуска осветленного раствора из смесительного реактора, нижняя часть которого включает псевдоожиженный слой. Изобретение также относится к способу смешивания жидкости и порошкообразного твердого вещества друг с другом в псевдоожиженном слое, осветления получаемого раствора и выпуска очищенного раствора из смесительного реактора.

Description

Область техники

Изобретение относится к смесительному реактору для смешивания жидкости и порошкообразного твердого вещества, осветления получаемого раствора и выпуска осветленного раствора из смесительного реактора, нижняя часть которого включает псевдоожиженный слой. Изобретение также относится к способу смешивания жидкости и порошкообразного твердого вещества друг с другом в псевдоожиженном слое, осветления получаемого раствора и выпуска осветленного раствора из смесительного реактора.

Уровень техники

Смесительные реакторы в основном являются цилиндрическими и имеют стандартный диаметр. Обычно они оборудованы перегородками, прикрепленными к стенкам реактора, с целью удаления центрального завихрения, засасывающего газ с поверхности, которое считается вредным. Процессы обработки раствора и твердого вещества обычно требуют перемешивания, которое включает как сильную турбулентность, так и достаточную циркуляцию.

Загрузку в смесительный реактор обычно осуществляют путем подачи как твердого вещества, так и раствора в реакционное пространство сверху. Обычно необходимо, чтобы в непрерывно действующем реакторе как твердые вещества, так и раствор можно было удалять приблизительно при плотности суспензии реакционного пространства. Таким образом, нежелательно, чтобы даже наиболее тяжелые и крупные частицы оставались в реакторе. Поэтому естественно, что выпускное устройство для потока суспензии может быть установлено преимущественно на стенках реактора, работая главным образом по принципу перелива.

Однако существуют случаи, когда необходимо удалять из реакционного пространства раствор, который прореагировал с твердыми веществами, в чистом виде, т.е. без твердых частиц. Один из таких случаев представлен в и8 3954452, где реакцию цементации кадмиевого раствора и порошкообразного цинка выполняют на основе принципа псевдоожиженного слоя. Если раствор подают в нижнюю часть реакционной зоны, достигают эффективного смешивания в псевдоожиженном слое. Нижняя часть реактора конусообразно расширяется вверх и имеет цилиндрическую форму выше конуса. На стенке в нижней части реактора установлены перегородки, которые совместно с перемешивающими элементами разрушают любые образующиеся агломераты. Верхняя часть реактора также конусообразно расширяется вверх. Таким образом, реактор состоит из трех зон: реакционной зоны, зоны сглаживания потока и зоны осветления, причем реакционная секция является нижней частью реактора, в центральной части сформирована секция сглаживания потока и верхняя секция представляет собой зону осветления. Перемешивающий элемент для выполнения фактического смешивания здесь не используют.

В способе согласно И8 3954452 раствор из зоны псевдоожиженного слоя поднимается через коническое расширение в зону осветления, где устройство для выпуска раствора находится на стенке зоны осветления. Представленный процесс представляет собой процесс цементации кадмиевого раствора и порошкообразного цинка. В результате данной реакции цементации образуется порошок кадмия, более легкий вследствие его пористости и в то же время более мелкий. Одной из целей является предотвращение выхода из реактора вместе с раствором образующихся в качестве продукта реакции твердых частиц. Еще одной трудностью, обнаруженной в этом случае, также является слипание друг с другом частиц в форме колючек, т. е. агломерация. Постепенно агломераты вырастают такими большими, что движение в псевдоожиженном слое ухудшается и, наконец, полностью останавливается. По этой причине в зону псевдоожиженного слоя добавляют раствор хлопьеобразующего агента для предотвращения агломерации. Так как на практике предотвращение полностью не выполняется, в нижней части располагают перемешивающий элемент для разрушения агломератов и соответственно на стенках располагают небольшие перегородки для поглощения ударной силы и предотвращения образования вихревых потоков.

Насколько сильный и насколько высокий будет направленный вверх выброс от поверхности псевдоожиженного слоя (Н_тах), зависит от условий в зоне псевдоожиженного слоя. Таким образом, важно, чтобы поток, поднимающийся выше указанной высоты, был как можно более однородный и имел наименьшую возможную скорость.

Однако на практике происходит следующее: раствор течет по возможности прямо и по наиболее короткому пути по направлению к выпускному устройству, так что поле потока представляет собой скошенный искривленный конус. Это, в свою очередь, означает, что скорость потока раствора, несущего любые возможные частицы, повышается, и частицы не имеют возможности высвобождаться из потока.

Проблема с оборудованием, описанным выше, состоит в том, что материал слоя, предотвращающий удаление твердых частиц, должен быть достаточно крупнозернистым. Однако по мере прохождения реакции размер частиц твердого вещества в слое уменьшается, вследствие чего количество твердого вещества, захватываемого раствором, увеличивается.

- 1 015386

Цель изобретения

Целью представленного здесь изобретения является устранение недостатков, возникающих в способах известного уровня техники, описанных выше. Поэтому предложен смесительный реактор, в котором псевдоожиженный слой, состоящий из жидкости и твердого вещества, сформирован так, что количество твердого вещества, содержащегося в выпускаемом из псевдоожиженного слоя растворе, является насколько возможно малым.

Сущность изобретения

Смесительный реактор в соответствии с настоящим изобретением предназначен для смешивания жидкости и твердого вещества в псевдоожиженном слое, осветления полученного раствора и выпуска осветленного раствора из реактора, причем указанный реактор состоит из трех секций. Самая нижняя обычно представляет собой цилиндрическую реакционную секцию, в которую подают предназначенный для обработки раствор и порошкообразное твердое вещество с образованием псевдоожиженного слоя. Верхняя часть секции псевдоожиженного слоя, или реакционной секции, соединена с секцией сглаживания потока, конусообразно расширенной вверх. С верхней частью секции сглаживания потока соединена цилиндрическая секция осветления, диаметр которой такой же, как диаметр верхней части секции сглаживания потока. Нижняя часть реакционной секции снабжена питающим устройством, а выпускное устройство расположено в секции осветления, ниже поверхности жидкости, таким образом, что выпускное отверстие находится, по существу, на центральной оси реактора. По меньшей мере один направляющий элемент для направления потока раствора расположен вблизи выпускного отверстия для предотвращения прохождения твердых частиц вместе с раствором.

В соответствии с одним из воплощений изобретения питающее устройство для подачи жидкости направлено наклонно вниз.

В соответствии с одним из воплощений изобретения выпускное устройство для отстоявшегося раствора направлено наклонно вниз, а направляющий элемент, направляющий поток раствора, представляет собой кольцевую пластину, препятствующую потоку, расположенную вокруг выпускного отверстия.

Пластина, препятствующая потоку, может иметь плоскую форму или форму направленного вверх конуса. Внешний диаметр пластины, препятствующей потоку, предпочтительно на 20-30% больше, чем диаметр реакционной секции.

Так как выпускное отверстие для отстоявшегося раствора направлено наклонно вниз, направляющий элемент, направляющий поток раствора, в дополнение к кольцевой пластине, препятствующей потоку, также предпочтительно включает направляющее кольцо, расположенное выше пластины, направленное к центру реактора от его стенки. Обычно направляющее кольцо проходит внутрь от стенки реактора на расстояние, составляющее примерно 10-30% от диаметра секции осветления.

В соответствии с другим воплощением изобретения выпускное устройство для осветленного раствора направлено вверх, а направляющий элемент, направляющий поток раствора, представляет собой регулировочную пластину, расположенную ниже выпускного отверстия.

В соответствии с одним из воплощений изобретения между реакционной секцией и секцией сглаживания потока расположено дроссельное кольцо, направленное внутрь от стенки реактора. Предпочтительно между дроссельным кольцом и стенкой реактора обеспечен зазор.

В соответствии с одним из воплощений изобретения реакционная секция оборудована роторной мешалкой, выполненной из спиралевидной трубки.

Изобретение также относится к способу смешивания жидкости и порошкообразного твердого вещества друг с другом в псевдоожиженном слое, осветления получаемого раствора и выпуска осветленного раствора из смесительного реактора. Псевдоожиженный слой, состоящий из жидкости и твердого вещества, размещен в нижней части реактора, в его реакционной зоне (I), где над ней расположена зона (II) сглаживания потока, поперечное сечение которой расширено вверх, а выше расположена зона (III) осветления, поперечное сечение которой является таким же, как верхняя часть зоны (II) сглаживания потока. Типичным для способа является то, что обеспечивают расширение площади поперечного сечения потока раствора, поднимающегося вверх в зону (III) осветления, посредством по меньшей мере одного направляющего элемента, перед удалением раствора главным образом через выпускное отверстие выпускного устройства, расположенного на центральной оси реактора. Так как площадь поперечного сечения расширяется, скорость потока раствора снижается и одновременно обеспечивается формирование в потоке обратных завихрений вблизи стенки реактора, куда вовлекаются твердые частицы, переносимые раствором. Затем они попадают назад в псевдоожиженный слой.

В соответствии с одним из воплощений способа согласно изобретению обрабатываемую жидкость подают в нижнюю часть реакционной зоны в направлении наклонно вниз.

В соответствии с одним из воплощений способа согласно изобретению обеспечивают расширение площади поперечного сечения потока раствора, поднимающегося вверх, посредством, по существу, горизонтального пластинчатого направляющего элемента, расположенного ниже выпускного устройства.

В соответствии с другим воплощением способа согласно изобретению обеспечивают расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора посредством кольцевого направляющего элемента, расположенного вокруг выпускного устройства.

- 2 015386

В соответствии с третьим воплощением способа согласно изобретению обеспечивают расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора посредством кольцевых направляющих элементов, расположенных вокруг и сверху выпускного устройства.

Если обеспечивают расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора посредством кольцевого направляющего элемента, расположенного вокруг и сверху выпускного устройства, предпочтительно, чтобы направляющий элемент, расположенный сверху, проходил от стенки реактора кольцеобразно внутрь на расстояние примерно 10-30% от диаметра зоны осветления.

Содержание твердого вещества в секции осветления верхней части реактора предпочтительно поддерживают приблизительно равным нулю. Формирование и поддержание псевдоожиженного слоя обеспечивают путем подачи потока раствора в нижнюю часть реактора, что обеспечивает требуемое смешивание.

В соответствии с одним из воплощений способа согласно изобретению вращающийся перемешивающий элемент, подходящий для этих целей, используют в реакторе в псевдоожиженном слое, чтобы улучшить смешивание и уравновесить поток раствора.

Существенные признаки изобретения станут очевидны из прилагаемой формулы изобретения.

Список чертежей

Оборудование согласно изобретению описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 представлено вертикальное сечение смесительного реактора предшествующего уровня техники вместе с его полями потоков;

на фиг. 2 - вертикальное сечение принципиальной схемы смесительного реактора в соответствии с изобретением;

на фиг. 3 - вертикальное сечение смесительного реактора по фиг. 2 более подробно;

на фиг. 4 - вертикальное сечение другого смесительного реактора в соответствии с изобретением; на фиг. 5 - вертикальное сечение варианта смесительного реактора в соответствии с изобретением и на фиг. 6 - вертикальное сечение еще одного смесительного реактора в соответствии с изобретением.

Подробное описание изобретения

Целью способа настоящего изобретения является получение такого типа поля потока в смесительном реакторе, который способствует попыткам предотвратить удаление твердых частиц из псевдоожиженного слоя, расположенного в фактической реакционной секции. Таким образом, целью является получение осветленного раствора и предотвращение выхода из реактора частиц, поднимающихся из реакционной зоны вместе с потоком раствора, и в конечном итоге возвращение их в нижнюю часть реактора.

Способ, разработанный в соответствии с изобретением для достижения регулируемого и требуемого поля потока в смесительном реакторе, основан на уравновешивающем действии на поток раствора, выпускаемый из зоны псевдоожиженного слоя реактора, или реакционной секции, и в частности замедляющем и также регулирующем действии на скорость потока, оказываемом направляющими элементами секции осветления реактора. Уравновешивающее действие зоны псевдоожиженного слоя можно дополнительно оптимизировать с помощью подходящего перемешивающего элемента.

На фиг. 1 представлен смесительный реактор 1 в соответствии с предшествующим уровнем техники, где жидкость и твердое вещество обрабатывают так, что порошкообразное твердое вещество образует псевдоожиженный слой и в то же время взаимодействует с жидкостью, подаваемой в нижнюю секцию 2 реактора. Нижняя секция 2 реактора конусообразно расширена вверх и проходит вверх в среднюю секцию 3, имеющую цилиндрическую форму. Верхняя секция 4 реактора также конусообразно расширена вверх. Раствор, который в значительной степени не содержит твердых веществ, удаляют из верхней секции реактора через выпускное устройство 5, расположенное на стенке реактора. Обращают внимание на увеличение поверхности контакта в реакторе между твердым веществом и раствором и на использование энергии потока раствора как такового. Поэтому зона 6 псевдоожиженного слоя с высоким содержанием суспензии образована в центральной секции реактора. Кроме того, реактор оборудован пропеллером 7 и перегородками 8 для дробления агломератов, которые, с одной стороны, используют в попытке предотвратить образования агломератов, а с другой стороны, для разрушения агломератов, которые превращаются в одиночные твердые частицы. Образование агломератов также предотвращают непрерывным введением в раствор хлопьеобразующего агента.

Известно, что при определенных условиях, на поверхности псевдоожиженного слоя в смесительном реакторе возникают струи 9 суспензии, которые направлены вверх и по плотности суспензии и размеру частиц относятся к категории псевдоожиженного слоя. Высота Н_тах струй может быть рассчитана теоретически. Это означает, что твердые частицы всех размеров присутствуют до этой высоты. Еще одним явлением, связанным с потоком, которое приводит к тому, что частицы твердого вещества попадают в поток выпускаемого раствора, является тот факт, что в действительности обычно поток стремится к выпускному отверстию по возможности по прямой. Таким образом, формируется поток 10, направленный к выпускному устройству 5, где площадь поперечного сечения потока непрерывно снижается. Это, в свою очередь, означает, что скорость потока в поле потока возрастает с такой же скоростью. Если бы поверхность псевдоожиженного слоя была равномерной, скорость отстаивания и указанная скорость потока

- 3 015386 определялась бы размером частиц твердого вещества, выходящего вместе с раствором. Однако вышеупомянутые струи, направленные вверх, способны поднимать частицы на высоту Н_тах, даже те частицы, которые имеют большую скорость оседания, так как скорость их потока больше, чем скорость на поверхности слоя. В результате, частицы твердого вещества покидают слой в довольно большом количестве. Можно предположить, что расширенная верхняя секция не является сама по себе решением, хотя нет сомнений, что ситуацию можно улучшить. Увеличение высоты расширенной верхней секции естественно помогает предотвратить удаление частиц твердого вещества.

Движение потока и смесительный реактор, относящиеся к способу согласно изобретению, показаны сначала в простом воплощении, представленном на фиг. 2. Смесительный реактор включает три зоны: фактическую реакционную зону или зону I псевдоожиженного слоя, зону II сглаживания потока и зону III осветления.

Реакционная зона I в основном имеет форму цилиндра, с постоянной площадью поперечного сечения. Только нижняя секция конусообразно сужается вниз. Обрабатываемый раствор 11 подают в смесительный реактор, используя трубу 13, направленную наклонно вниз, в нижней секции зоны псевдоожиженного слоя, сформированного порошкообразным твердым веществом и раствором. Таким простым способом получают однородный восходящий поток. В большинстве случаев агломераты, оказывающие вредное воздействие, не образуются, так что при простоте этого способа даже не требуются дробящие и измельчающие мешалки и, следовательно, перегородки также не нужны.

При определенных условиях образуются струи суспензии, направленные вверх от поверхности псевдоожиженного слоя в зону II сглаживания потока. В этой секции частицы твердого вещества, покидающие верхнюю часть псевдоожиженного слоя вместе с раствором, но затем отделяемые от потока, возвращают в реакционную зону.

Диаметр Т3 реактора в зоне III осветления в 1,5-3,0 раза превышает диаметр Т1 реакционной части, предпочтительно в 2-2½ раза, при этом средняя скорость подъема раствора падает в 0,44-0,11 раз по сравнению со скоростью подъема раствора в зоне I и соответственно в 0,25-0,16 раз в предпочтительном случае.

В соответствии с изобретением пластинчатый направляющий элемент А расположен посередине зоны осветления. Направляющий элемент оттесняет поток раствора, поднимающийся из центра зоны, по направлению к боковым стенкам, так что поток замедляется. Так как пластинчатый направляющий элемент представляет собой кольцевую пластину, препятствующую потоку, которая расположена вокруг выпускного отверстия С выпускного устройства В, ее внешний диаметр больше диаметра Т1 реакционной зоны I предпочтительно приблизительно на 20-30%. Для способа и оборудования согласно изобретению типичным является то, что выпускное устройство для удаления раствора из реактора расположено в верхней секции зоны осветления, на ее центральной оси Ό, но ниже уровня жидкости Е. Раствор удаляют из реактора через выпускное устройство, и выпускное устройство обычно направлено либо наклонно вниз и через боковую стенку, или в качестве альтернативы, в основном прямо вверх. Наклон выпускного устройства не имеет существенного значения, так как раствор не содержит значительного количества твердых веществ, которые могли бы оседать в нижней части устройства.

Если вышеупомянутые средние относительные скорости раствора составляют 100% в реакционной зоне (I) и 22% в зоне (III) осветления, тогда фактически они составляют 100% в реакционной зоне, 62% на среднем уровне зоны осветления и 29% вблизи нижней направляющей пластины. Это означает, что, если скорость упадет до 30%, некоторое количество захваченных частиц выпадает из потока именно благодаря скорости оседания. Когда, кроме того, раствор в верхней секции попадает в криволинейный поток, доля отделяющихся частиц возрастает в результате эффекта циклона. Значительные боковые завихрения, направленные к краям центральной секции, возвращают осевшие частицы в реакционную зону I.

Псевдоожиженный слой как таковой в реакционной зоне препятствует выходу мелких частиц и снижает высвобождение частиц, которые поднимаются на поверхность слоя вместе с раствором. Удерживание частиц твердого вещества в слое можно оптимизировать преимущественным размещением подачи раствора, например подавая раствор наклонно вниз, в соответствии с фиг. 2. Кроме того, в псевдоожиженном слое можно использовать перемешивающий элемент, который заменяет решетку, обычно расположенную ниже псевдоожиженного слоя. Реактор содержит вышеописанный по меньшей мере один направляющий поток элемент, расположенный в зоне осветления. Выпуск потока с меньшей скоростью, чем скорость оседания частиц, обеспечивают путем расширения верхней части зоны осветления и размещения выпускного отверстия симметрично по центральной оси секции осветления. Усиление стабилизации потока и образование циклонных завихрений достигают с помощью по меньшей мере одного направляющего поток элемента в соответствии с данным изобретением.

Смесительный реактор согласно фиг. 2 представлен на фиг. 3 более подробно. Обрабатываемый раствор 11 подают в смесительный реактор 12 посредством практически одной трубы 13, направленной наклонно вниз в реакционную зону в нижней секции реактора, т.е. в секцию 14 (I) псевдоожиженного слоя. Порошок для образования псевдоожиженного слоя подают, например, партиями известным способом. Удаление прореагировавшего слоя также проводят известным способом. Целью является не снижать количества порошка, действующего в качестве слоя, несмотря на то, что его назначением является

- 4 015386 взаимодействие с раствором. Также целью является достижение наиболее равномерного, нарастающего вверх эффекта флюидизации, насколько это возможно, между порошкообразным твердым веществом и раствором. Как хорошо известно, флюидизация обеспечивает наиболее эффективное трение и разнообразие контакта поверхностей частиц и раствора. В принципе, расчет размера нижней секции проводят, исходя из времени задержки и степени флюидизации, необходимых для реакции. Степень флюидизации означает свободное пространство между твердым веществом и раствором, т. е. долю раствора в общем объеме, ε, которая обычно находится в диапазоне 0,5<ε<0,9. Степень флюидизации вместе с размером частиц определяет поведение слоя, другими словами, например, является ли он спокойным, или в нем образуются выбросы в виде струй.

Псевдоожиженный слой 15 содержит необходимое число перегородок 16, изменяющих направление потока, расположенных на стенках реакционной секции. Иногда в ходе реакции начинают образовываться агломераты из частиц твердого вещества, их связи необходимо разрушить механическими дробящими перемешивающими элементами 17, такими как показанные в реакторе на фиг. 1.

Раствор, выходящий из реакционной секции 14 в секцию 18 (II) сглаживания потока, включает некоторое количество частиц твердого вещества, довольно мелких по размеру, и это количество определяется скоростью подъема раствора и скоростью оседания частиц, а также высотой вышеупомянутых выбросов 19 суспензии. В предпочтительном случае поток раствора является настолько равномерным, что скорость подъема можно приблизительно рассчитать по формуле те=Ц/А, где ν равно средней скорости подъема раствора [м/с], рассчитанной по всей площади поперечного сечения реакционной секции; О представляет собой поток раствора [м³/с]; А представляет собой площадь поперечного сечения реакционной секции [м²]. Обычно при таком расчете раствор достигает достаточной скорости для того, чтобы направленные вниз завихрения 21 типа выбросов образовались вокруг поднимающегося потока 20, т.е. создавался эффект циклона. Такие завихрения пытаются сжать восходящий поток и таким образом способствуют уносу частиц вместе с раствором. Ситуация немного улучшается благодаря коническому расширению вверх секции сглаживания потока.

Для того чтобы вернуть обратно в слой частицы твердого вещества, которые были отделены от псевдоожиженного слоя в секции 22 (III) осветления, секция осветления должна иметь достаточно большой диаметр и, в частности, высоту в 10-2 раза больше диаметра секции осветления. Что касается больших реакторов, это невыполнимо и необходимы другие средства. В способе и оборудовании в соответствии с изобретением эта проблема решена просто путем использования направляющих элементов. Выпускное отверстие 24 выпускного устройства 23 для прореагировавшего раствора расположено симметрично на центральной оси реактора, где горизонтальная кольцевая пластина 25, препятствующая потоку, присоединена к выпускному устройству. Направляющее кольцо 26, направленное от стенки реактора к центру реактора, расположено на некотором расстоянии над кольцевой пластиной, препятствующей потоку. В результате действия пластины 25, препятствующей потоку, поток 20 раствора, поднимающийся из центра реактора, направляется к краю секции осветления, так что по мере роста площади поперечного сечения скорость снижается. Направляющее кольцо 26 способствует тому, что поток поворачивается по направлению к центру и отправляется в выпускное отверстие 24. Благодаря силе инерции, возникающей при изгибе вблизи стенки в пространстве между направляющими элементами 25 и 26, частицы отклоняются от выпускаемого потока по направлению к стенкам и движутся в направленном вниз завихрении 21 вблизи стенки и затем назад в реакционную секцию 14.

Если другой направляющий поток элемент установлен в верхней части зоны 22 (III) осветления в соответствии с изобретением, то направляющее кольцо 26 размещено так, что оно находится выше пластины 25, препятствующей потоку. Направляющее кольцо прикреплено к стенке так, что обеспечен кольцевой зазор между пластиной, препятствующей потоку, и направляющим кольцом, если смотреть сверху. Расстояние по вертикали между направляющими элементами определяется отношением между диаметрами зоны осветления и реакционной зоны. Ширина направляющего кольца составляет от 10 до 30% от диаметра зоны осветления.

В принципе, пластина 25, препятствующая потоку, может быть плоской, так как в потоке нет значительного количества частиц твердого вещества. Если существует опасение, что твердое вещество будет скапливаться сверху пластины 25, она должна быть выполнена в форме воронки. Этот вариант представлен на фиг. 4, где форма нижнего направляющего элемента секции осветления или пластины 27, препятствующей потоку, является конической, так что ее внешний край поднимается выше выпускного отверстия. В данном случае форма направляющего элемента предотвращает возможное скопление твердого вещества сверху пластины и в растворе.

Решение, представленное на фиг. 4, в некоторой степени подготовлено для того, чтобы крупные и возможно даже тяжелые частицы, подаваемые в псевдоожиженный слой реакционной секции, измельчать на более мелкие и легкие, когда они взаимодействуют с раствором, подаваемым в реактор. При наличии очень мелких частиц твердого вещества (в основном менее 400 меш или 37 мкм) невозможно полностью предотвратить их подъем вместе с потоком раствора из реактора, даже с конструкцией согласно изобретению. В данном случае необходимо принимать небольшое количество частиц твердого вещества на выходе. Это означает, что плоскую пластину, препятствующую потоку, заменяют на коническую пла

- 5 015386 стину 27, которая при прикреплении к выпускному устройству 23 образует воронку. При необходимости наклон выпускного устройства также может быть изменен.

Альтернативный способ стабилизации потока в псевдоожиженном слое 15 и улучшения разделения в зоне 22 осветления представлен в воплощении смесительного реактора в соответствии с фиг. 5. Непосредственно над псевдоожиженным слоем, т.е. между реакционной секцией 14 и секцией 18 сглаживания потока, обеспечена кольцеобразная дроссельная заслонка 28, направленная внутрь от стенки реактора. Однако зазор 29 обеспечен между стенкой и заслонкой, через который раствор, содержащий частицы твердого вещества, протекая вниз из секции осветления, может оседать в псевдоожиженном слое. Как видно из названия, дроссельная заслонка сжимает поток раствора, поднимающийся из реакционной секции 14 и таким образом усиливает вихревой эффект секции 18 осветления, т.е. отделение частиц твердого вещества от раствора благодаря действию центробежных сил. Посредством дроссельной заслонки, поднимающийся поток раствора концентрируется даже более интенсивно на центральной оси, тем самым завихрения в поднимающимся потоке вблизи стенки усиливаются и отделение частиц от потока благодаря эффекту циклона улучшается.

Иногда распределение потока раствора по всему поперечному сечению реакционной секции необходимо улучшить с помощью соответствующих перемешивающих элементов, особенно когда решетчатая конструкция, используемая ниже слоя при получении псевдоожиженного состояния газ-твердое вещество, не может быть в достаточной мере приспособлена для получения такого состояния. Мешалка 30 размещена в реакционной секции 14 смесительного реактора в соответствии с фиг. 5, которая имеет опорой тот же вал 31, как и дробящая мешалка 17. Мешалка 30 предпочтительно представляет собой роторную мешалку, выполненную из спиральных трубок. Такой тип мешалки также выполняют с возможностью вращения при высоких плотностях суспензии. Назначением мешалки является перемешивание псевдоожиженного слоя и предотвращение его зависания. Назначением также является распределение поднимающегося потока раствора настолько равномерно, насколько это возможно, по всему поперечному сечению, т.е. ее также можно назвать распределительной мешалкой, потому что по своему назначению она является заменой решетки в псевдоожиженном слое. Если мешалку используют в псевдоожиженном слое, преимуществом является то, что можно обеспечить сохранение в слое более мелких частиц твердого вещества, чем ранее, и предотвратить их удаление с потоком раствора.

В воплощении, представленном на фиг. 5, предусмотрены большие изменения емкости, которые могут происходить. В этом случае, например, по мере того как поток раствора становится меньше, состояние псевдоожиженного слоя реакционной зоны может ослабевать и даже частично может быть заменено на так называемый неподвижный слой, вследствие чего перемещение твердых частиц снижается, ослабляя напряжение сдвига, требуемое для реакции. Мешалка, выполненная из спиральных трубок, дает возможность не только улучшить распределение жидкости и твердого вещества по всему поперечному сечению слоя, но также обеспечивает область смешивания в реакционной зоне в широких пределах. Если мешалка на валу установлена снизу, верхняя секция может быть снабжена центрирующим опорным кольцом.

В воплощении смесительного реактора, представленного на фиг. 6, предотвращают перемещение частиц твердого вещества вместе с раствором несколько другим способом, в отличие от ранее описанных решений. Раствор выводят из реактора 12 через направленное вверх выпускное устройство 32, которое тем не менее находится ниже поверхности раствора, а конкретно выводят по центральной оси реактора. Таким путем обеспечивают симметрию потока, благодаря которой также здесь не возникает воронкообразный поток, показанный на фиг. 1, который уменьшается по площади поперечного сечения. Вместо этого специально создают расширяющееся поле потока, где скорость потока раствора в секции 22 осветления снижается почти до идеальной средней величины.

Горизонтальный направляющий элемент 34, который в своей простейшей конструкции представляет собой кольцевую регулировочную прокладку, установлен ниже выпускного отверстия 33 для раствора. Прокладка работает как направляющая пластина, принудительно расширяя поднимающийся поток раствора в поперечном направлении, а так же как препятствующая пластина, предотвращающая сглаживание поднимающегося потока раствора непосредственно перед выпускным отверстием. Воплощение смесительного реактора в соответствии с изобретением, представленное на фиг. 6, возможно является самым простым. Естественно, регулировочная прокладка также может быть более близко подогнана по форме к потоку, например иметь коническую конструкцию. Конечно, представленная здесь прокладка, как в случае с направляющими элементами, представленными на других чертежах, может опираться на стенки реактора, а также на края выпускного отверстия.

Во всех случаях регулирование высоты поверхности осуществляют, используя обычные технологии.

- 6 015386

Примеры

Пример 1.

В примере проведено сравнение предшествующего уровня техники (А соответствует фиг. 1, но секция осветления увеличена по высоте до размера фиг. 6) и изобретения (В соответствует фиг. 6). В обоих случаях основной реактор и условия процесса одинаковые. В обоих случаях используют два различных порошковых материала. В реакторе в соответствии с изобретением (В) диаметр кольцевой регулировочной прокладки 0=85 мм. Эти 4 различных случая представлены в нижеследующих таблицах, где

А1 - реактор предшествующего уровня техники, когда используют медный порошок с плотностью ρ₈=8900 кг/м³ в ректоре в начале процесса;

А2 - реактор предшествующего уровня техники, когда образуется порошок амальгамы с плотностью (л =4450 кг/м³ по мере протекания реакций процесса цементации;

В1 - реактор в соответствии с изобретением, когда используют медный порошок с плотностью ρ,=8900 кг/м³ в ректоре в начале процесса;

В2 = реактор в соответствии с изобретением, когда образуется порошок амальгамы с плотностью ρ,=4450 кг/м³ по мере протекания реакций процесса цементации.

Таблица 1 Размеры реактора и режимы работы, а также состояние в начале процесса

Реактор
Диаметр нижней секции	Тгон/ег	мм	150
Диаметр верхней секции	Гироег	мм	345
Эффективная высота нижней секции	ΖοΤΛ,	мм	530
Эффективная высота верхней секции	ΖίτρρβΓ	мм	600
Раствор
Расход	о	м7ч	1,3
ПЛОТНОСТЬ	Ρι	кг/м⁵	1230
вязкость	ηι	мПас	1,9
скорость пустот в нижней секции	νοίίΙ	м/с	0,020
скорость пустот в верхней секции	УУиоиег νοΰ	м/с	0,0039
Порошкообразное твердое вещество	медь	амальгама
начальная загрузка (крупные+мелкие частицы)	Мо+т₀	КГ	24,8	25,0
доля мелких в начале	пг>оАМ_о+п%)	%	33,6	67,3
плотность	Рз	кг/м·⁵	8000	4450
предельный размер частиц (ν/_βθ«=ν/₅₀\|)	С1\|1т	мкм	96,4	148,7
пустоты (раствор/весь слой)	ε	-	0,67	0,74

Таблица 2

Гранулометрический анализ порошка (одинаковый для обоих марок порошка)

Размер сита	Прохождение через сито
меш	ММ	%
30	0,595	100
40	0,420	99,4
50	0,297	96,5
70	0,210	87,2
100	0,149	67,5
140	0,105	40,0
200	0,074	17,3
270	0,053	5,5
325	0,044	2,5
400	0,037	1,1

Таблица 3

Состояние в конце прогона

Вариант			А1	А2	В1	В2
Конечная партия (крупные+мелкие частицы)	Μ(+πΐι	КГ	16,3	8	24	20,8
{(мелкие частицы», удаляемые из реактора	гл,	кг	8,5	17	0.8	4
«мелкие частицы», удаляемые в конце	тДМо+Шо)	%	34	68	3	16

- 7 015386

Здесь представлен случай реактора цементации, когда используют порошок меди в качестве начальной загрузки в псевдоожиженный слой. Раствор, проходящий через реактор, взаимодействует с медью, вследствие чего в ходе реакции цементации образуются частицы амальгамы, и на некоторых стадиях они имеют почти такой же размер, как исходные частицы Си, но обладают значительно большей пористостью. Поэтому их плотность снижается и в то же время число частиц, имеющих такую же скорость оседания, как и скорость потока раствора, увеличивается. Предельный размер частиц (ф_1т) рассчитан в таблице, для которого скорость оседания частиц такая же, как скорость потока раствора, когда раствор поднимается из псевдоожиженного слоя по направлению к зоне осветления.

Было установлено, что конструкция в соответствии с изобретением позволяет значительно снизить количество порошка, удаляемого из реактора.

В случае медного порошка: изобретение/предшествующий уровень техники = В1/А1=3/34=0,09, т.е. приблизительно 1/10.

В случае амальгамы: изобретение/предшествующий уровень техники = В2/А2=16/68=0,24, т.е. приблизительно 1/4.

Как показывает пример, при использовании конструкции реактора в соответствии с изобретением количество порошка, удаляемого из реактора с раствором, сокращается до одной десятой и даже в более трудных случаях - до четверти.

Пример 2.

В установке согласно фиг. 4 серебро удаляли из раствора хлорида меди, используя псевдоожиженный слой на основе медного порошка. Диаметр реакционной секции реактора, в которой был образован псевдоожиженный слой, составлял 1,5 м, а высота - 3,5 м. Нижняя часть реакционной секции была оборудована четырехлопастной мешалкой, предназначенной для дробления агломератов, причем мешалка имела диаметр 0,6 м.

Диаметр секции осветления составлял 3,4 м, а высота - 4,5 м. Пластина, препятствующая потоку, была закреплена вокруг выпускного устройства, расположенного в секции осветления, и в этом случае пластина имела форму воронки и внешний диаметр 1,8 м. Дополнительно выпускаемый поток раствора направляли посредством направляющего кольца, закрепленного так, что оно проходило внутрь от стенки секции осветления на расстояние 0,45 м. Направляющее кольцо было расположено над пластиной, препятствующей потоку, и на расстоянии 0,4 м от внешнего кольца пластины, препятствующей потоку.

Плотность концентрированного раствора хлорида меди составляла 1230 кг/м³, рН 2,9 и температура 70°С. Раствор подавали в реакционную зону смесительного реактора со скоростью 130 м³/ч. Подаваемый раствор содержал 145 мг/л серебра с целью цементации его на поверхности медного порошка. Используемый медный порошок содержал 85% частиц размером менее 110 мкм. Было установлено, что при испытаниях достигали такой степени флюидизации, которая соответствовала величине ε от 0,7 до 0,8.

Испытания показали, что через 15 мин содержание серебра в растворе хлорида меди, удаляемом из реактора, составляло менее примерно 10 мг/л, на этом уровне оно оставалось в течение приблизительно 24 ч испытательного периода. Содержание твердого вещества в выпускаемом из реактора растворе составляло от 0,5 до 3,0 г/л, что можно считать приемлемым диапазоном изменения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Смесительный реактор (12) для смешивания жидкости и твердого вещества в псевдоожиженном слое, осветления получаемого раствора и выпуска осветленного раствора из реактора, где реактор состоит из трех секций, нижняя из которых представляет собой, по существу, цилиндрическую реакционную секцию (14) для образования псевдоожиженного слоя, с верхней частью реакционной секции (14) соединена секция (18) сглаживания потока, конусообразно расширенная вверх, и с верхней частью указанной секции сглаживания потока соединена цилиндрическая секция (22) осветления, диаметр которой такой же, как диаметр верхней части секции сглаживания потока, отличающийся тем, что нижняя часть реакционной секции (14) снабжена питающим устройством (13) для подачи раствора, секция (22) осветления включает выпускное устройство (23, 32) для раствора, расположенное ниже границы (Е) для жидкости при функционировании реактора, выпускное отверстие (24, 33) которого расположено, по существу, на центральной оси реактора (Ό), а вблизи выпускного отверстия расположен по меньшей мере один направляющий элемент (25, 26, 27, 34) для направления потока раствора.
2. Смесительный реактор (12) по п.1, отличающийся тем, что питающее устройство (13) для подачи жидкости в реактор направлено наклонно вниз.
3. Смесительный реактор (12) по п.1, отличающийся тем, что выпускное устройство (23) для осветленного раствора направлено наклонно вниз, а направляющий элемент, направляющий поток раствора, представляет собой кольцевую пластину (25, 27), препятствующую потоку, расположенную вокруг выпускного отверстия (24).
4. Смесительный реактор по п.3, отличающийся тем, что пластина (25), препятствующая потоку, имеет плоскую форму.
5. Смесительный реактор (12) по п.3, отличающийся тем, что пластина (25), препятствующая пото

- 8 015386 ку, имеет форму направленного вверх конуса.
6. Смесительный реактор (12) по п.3, отличающийся тем, что внешний диаметр пластины (25, 27), препятствующей потоку, на 20-30% больше, чем диаметр Т1 реакционной секции (14).
7. Смесительный реактор (12) по п.1, отличающийся тем, что выпускное устройство (23) для осветленного раствора направлено наклонно вниз, а направляющие элементы, направляющие поток раствора, включают кольцевую пластину (25, 27), препятствующую потоку, расположенную вокруг выпускного отверстия (24), и направляющее кольцо (26) над ней, направленное от стенки реактора к центру реактора.
8. Смесительный реактор (12) по п.7, отличающийся тем, что направляющее кольцо (26) проходит внутрь от стенки реактора на расстояние приблизительно 10-30% от диаметра Т3 секции (22) осветления.
9. Смесительный реактор (12) по п.1, отличающийся тем, что выпускное устройство (32) для осветленного раствора направлено вверх, а направляющий элемент, направляющий поток раствора, представляет собой регулировочную прокладку (34), расположенную ниже выпускного отверстия (33).
10. Смесительный реактор (12) по п.1, отличающийся тем, что между реакционной секцией (14) и секцией (18) сглаживания потока расположена дроссельная заслонка 28, направленная внутрь от стенки реактора.
11. Смесительный реактор (12) по п.10, отличающийся тем, что между стенкой реактора и дроссельной заслонкой обеспечен зазор (29).
12. Смесительный реактор (12) по п.1, отличающийся тем, что реакционная секция (14) снабжена роторной мешалкой (30), выполненной из спиральных трубок.
13. Способ работы реактора по пп.1-12, в котором обрабатываемую жидкость подают в нижнюю часть реакционной зоны, замедляют скорость потока раствора, полученного в реакционной зоне и поднимающегося вверх в зону (III) осветления, путем расширения его площади поперечного сечения, а затем посредством по меньшей мере одного направляющего элемента (А), одновременно формируют в замедленном потоке обратные завихрения вблизи стенки реактора, куда вовлекаются частицы твердого вещества, перемещавшиеся с раствором, и откуда падают обратно в псевдоожиженный слой, а осветленную жидкость выпускают.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что обрабатываемую жидкость подают в нижнюю часть реакционной зоны в направлении наклонно вниз.
15. Способ по п.13, отличающийся тем, что расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора обеспечивают посредством, по существу, горизонтального пластинчатого направляющего элемента, расположенного ниже выпускного устройства.
16. Способ по п.13, отличающийся тем, что расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора обеспечивают посредством кольцевого направляющего элемента, расположенного вокруг выпускного устройства.
17. Способ по пп.13 и 16, отличающийся тем, что расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора обеспечивают посредством кольцевых направляющих элементов, расположенных вокруг и сверху выпускного устройства.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что расширение площади поперечного сечения поднимающегося вверх потока раствора обеспечивают посредством кольцевых направляющих элементов, расположенных вокруг и сверху выпускного устройства таким образом, что направляющий элемент, расположенный сверху, проходит внутрь от стенки реактора на расстояние, составляющее приблизительно 1030% от диаметра зоны Т3 осветления.
19. Способ по п.13, отличающийся тем, что поток раствора, поднимающийся вверх из реакционной зоны (I) псевдоожиженного слоя в зону (II) сглаживания потока, стабилизируют посредством дросселирования.
20. Способ по п.13, отличающийся тем, что псевдоожиженный слой реакционной зоны (I) перемешивают для стабилизации потока раствора.