EA032019B1

EA032019B1 - Смеситель и его применение

Info

Publication number: EA032019B1
Application number: EA201790423A
Authority: EA
Inventors: Марко Латва-Кокко
Original assignee: Оутотек (Финлэнд) Ой
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2019-03-29
Also published as: ES2809401T3; SA517381062B1; AU2015316667A1; EP3406330A1; EA201790423A1; CN107073419B; CL2017000592A1; EP3194061A1; US10744471B2; WO2016042204A1; AU2015316667B2; US20170291156A1; CA2960536A1; CA2960536C; FI20145808A; PE20170497A1; EP3406330B1; CN107073419A; EP3194061B1; BR112017004683A2

Abstract

Предложены смеситель для перемешивания частиц в жидкости и способ его применения. Смеситель включает бак (1), имеющий днище (2) и, по существу, вертикальную боковую стенку (3), средство (4) перемешивания, включающее выполненный с возможностью вращения вал (5), расположенный вертикально и по центру бака (1), и крыльчатку (6), расположенную на расстоянии над днищем (2) на конце выполненного с возможностью вращения вала (5), и крыльчатка (6) представляет собой крыльчатку, создающую нисходящий осевой поток или крыльчатку, создающую смешанный поток. Днище (2) оборудовано гофрированной конструкцией (7), включающей последовательно чередующиеся гребни (8) и углубления (9), которые проходят радиально относительно центра днища (2), при этом углубления (9) концентрируют и направляют мощность перемешивания вблизи днища (2), чтобы направлять поток жидкости и увеличивать скорость потока вблизи днища (2).

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к смесителю для перемешивания частиц в жидкости. Настоящее изобретение также относится к применению смесителя.

Уровень техники

Применение смесителя для суспендирования твердых частиц в жидкости является обычной практикой во многих областях промышленности. Обычно смеситель включает бак цилиндрической формы, имеющий либо плоское, либо выпуклое днище. Смеситель также включает мешалку, содержащую вал, проходящий вниз от верхней части бака, и крыльчатку, закрепленную на конце вала вблизи днища бака. Крыльчатка обычно расположена в центре бака над днищем, и ее вращение создает движение перемешиваемой жидкости. В зависимости от области применения используют крыльчатку с осевым или радиальным потоком либо крыльчатку со смешанным потоком. Смесительный бак дополнительно содержит перегородки, которые предназначены для направления потока жидкости в заданном направлении и уменьшения вихревого движения.

При конструировании смесителя для суспендирования твердых частиц в жидкости необходимо принимать в расчет несколько факторов. Во-первых, обычно идеальной является однородная суспензия, что подразумевает, что перемешивание должно быть достаточно эффективным, чтобы избежать скопления твердых частиц на дне бака (обычно это происходит в форме поясов частиц, циркулирующих по краю днища бака). С другой стороны, потребление энергии в процессе возрастает при увеличении скорости крыльчатки и эффективности перемешивания лопастей крыльчатки. Кроме того, более высокая скорость крыльчатки приводит к увеличению сил сдвига в жидкости и, следовательно, потенциально ведет к нежелательному разрушению частиц в определенных областях применения.

Хотя разработка конструкции крыльчатки вызывала исследовательский интерес в отношении повышения эффективности перемешивания, явления на дне бака привлекали значительно меньше внимания. В Chudacek, M. W. Solids Suspension Behavior in Profiled Bottom and Flat Bottom Mixing Tanks, Chem. Eng. Sci., 40: 385-392 предложена конструкция днища, названная конус и полка, для улучшения эффективности суспендирования по сравнению с конструкцией бака с плоским днищем. В конструкции, предлагаемой Chudacek, крыльчатка расположена над центром плоского днища бака, и прямой круглый конус расположен под ней так, что ось вращения крыльчатки и вершина конуса находятся на одной линии по вертикали. Наклонная полка расположена так, что проходит по краю днища бака.

Гидрометаллургия в основном подразумевает обработку металлов водными растворами. Гидрометаллургию используют для извлечения металлов из руд, и она имеет важное значение для горнодобывающей промышленности. В особенности на стадии выщелачивания руду в порошковой форме перемешивают с выщелачивающим раствором для поддержания частиц в суспендированном состоянии в растворе и для максимального повышения контакта между рудой и жидкостью, чтобы обеспечить эффективное извлечение металла. Частицы руды обычно тяжелые и требуют эффективного перемешивания во избежание оседания. В настоящее время смесители, применяемые в востребованных областях применения в гидрометаллургии, обычно имеют выпуклое днище, которое действует более эффективно, чем плоское днище, но изготовление такой конструкции является довольно дорогостоящим. Кроме того, снижение потребления энергии и оптимизация процесса являются текущими задачами в горнодобывающей промышленности как для улучшения прибыли от вложений, так и для соответствия промышленного производства требованиям охраны окружающей среды. Таким образом, существует потребность в улучшении эффективности перемешивания при сохранении потребления энергии и нагрузки на оборудование на наиболее низком возможном уровне.

Целью изобретения является обеспечение улучшенного смесителя, конструкция днища бака которого позволяет повысить эффективность перемешивания без увеличения скорости крыльчатки.

Краткое описание изобретения

Смеситель в соответствии с настоящим изобретением отличается признаками, указанными в п.1 формулы изобретения.

Применение смесителя в соответствии с настоящим изобретением отличается признаками, указанными в п.20 формулы изобретения.

В соответствии с одним аспектом обеспечивают смеситель. Смеситель для перемешивания частиц в жидкости включает бак, имеющий днище и, по существу, вертикальную боковую стенку. Смеситель также включает средство перемешивания, включающее выполненный с возможностью вращения вал, расположенный вертикально и по центру бака, и крыльчатку, расположенную на расстоянии над днищем на конце выполненного с возможностью вращения вала, и крыльчатка представляет собой крыльчатку, создающую нисходящий осевой поток, или крыльчатку, создающую смешанный поток. Днище бака оборудовано гофрированной конструкцией, включающей последовательно чередующиеся гребни и углубления, причем гребни и углубления проходят радиально относительно центра днища. Углубления позволяют концентрировать и направлять мощность перемешивания вблизи днища, чтобы направлять поток жидкости и повышать скорость потока жидкости. Конструкция позволяет одновременно поворачивать нисходящий поток, создаваемый осевой крыльчаткой, плавно вверх и направлять его. Это позволяет повысить скорость потока жидкости вблизи днища бака, а также в направлении потока вверх. Под крыль

- 1 032019 чаткой, создающей нисходящий поток, в данном случае понимают крыльчатку, направляющую, по меньшей мере, часть потока к днищу бака. Крыльчатка, создающая нисходящий поток, может быть крыльчаткой, создающей осевой поток, и это означает, что, по существу, весь поток направляется к днищу. Альтернативно крыльчатка, создающая нисходящий поток, может представлять собой крыльчатку, создающую смешанный поток, создающую поток в нескольких направлениях, при условии, что часть потока направляется к днищу бака.

В другом аспекте смеситель в соответствии с настоящим изобретением применяют для перемешивания частиц в жидкости. Под частицами в жидкости в данном документе подразумевают суспензию, дисперсию, взвесь или подобную композицию, в которой существует по меньшей мере две фазы, и по меньшей мере одна из них является жидкостью, и по меньшей мере одна из них является твердым или полутвердым телом. Обычно разница в плотности частиц и жидкости, в которой они диспергированы, такова, что частицы стремятся к оседанию. Жидкость и суспендированные в ней частицы могут представлять собой очень разные типы жидкостей и частиц. Преимущества изобретения очевидны во всех случаях, в которых частицы стремятся к оседанию на днище бака со скоростью, которая превышает скорость, требующуюся для предполагаемой области применения.

Под последовательно чередующимися гребнями и углублениями в данном документе подразумевают рельеф, в котором одни части гофрированной конструкции выше, чем другие части. Под гребнями и углублениями следует понимать образования, которые характеризуются длиной и разницей высоты. Они не могут быть отделены друг от друга как конструкции, поскольку стороны углублений одновременно можно рассматривать как стороны гребней.

В одном воплощении бак представляет собой цилиндр или прямоугольную призму. Бак в целом обычно имеет цилиндрическую форму, которая является наиболее благоприятной формой с точки зрения расхода материала и требований прочности в отношении воздействия гидростатического давления бака. Альтернативно бак имеет форму прямоугольной призмы с многоугольной формой поперечного сечения, такой как восьмиугольник. Такая форма бака позволяет облегчить установку гофрированной конструкции, поскольку не требуется подгонять друг к другу дуговые элементы. В случае бака в форме призмы стенка может быть выполнена из прямых пластин, соединенных друг с другом, например посредством сварки. Альтернативно стенка может быть выполнена из одной или более изогнутых пластин.

Днище является самой нижней частью бака и является, по существу, горизонтальным по своей общей ориентации. В различных воплощениях гофрированная конструкция является неотъемлемой частью днища, отдельной деталью на днище или образует днище. Существует несколько альтернативных вариантов изготовления днища бака. Выбор соответствующего способа зависит от размеров бака и от процесса, для которого предназначен смеситель. Возможно изготавливать днище и гофрированную конструкцию по отдельности, но прикреплять их друг к другу так, что гофрированная конструкция образует неотъемлемую часть днища. В равной степени возможно оставлять указанные детали отдельными или съемными. В некоторых областях применения днище бака может быть снабжено гофрированной конструкцией так, что указанные детали неотличимы друг от друга. Простым вариантом является монтаж заданного количества прессованных элементов, образующих гребни, на плоском днище смесительного бака. Альтернативно, например, единый прессованный элемент, содержащий гофрированную конструкцию, может быть установлен на плоском днище смесительного бака.

Гофрированная конструкция в соответствии с настоящим изобретением может быть установлена в ранее изготовленном баке, который уже может находиться в эксплуатации. Бак может иметь плоское днище. Гофрированная конструкция также может быть вставлена в бак уже при его изготовлении.

Бак может иметь входы, выходы, выпускную трубу, крышку и/или другое оборудование в зависимости от конкретной области применения. Их конструкция находится в пределах компетенции специалиста в данной области техники.

В одном воплощении смеситель выполнен из металла, такого как сталь или титан, пластмассы, армированной волокном, таким как стекловолокно, или их сочетания. Бак обычно выполнен из стали. На все металлические детали смесителя может быть нанесено покрытие из других материалов, таких как резина, армированная волокном пластмасса или их сочетание. В некоторых областях применения может давать преимущество изготовление бака из стали и установка гофрированной конструкции в виде отдельного элемента, выполненного из другого материала на днище бака, или наоборот.

Средство перемешивания включает вал, приводимый в действие двигателем, множество типов которого известны в технике, и крыльчатку, прикрепленную к концу вала или закрепленную вблизи него. Крыльчатка вращается, приводя в движение жидкость в баке и, таким образом, суспендируя твердые частицы в ней. Крыльчатка представляет собой крыльчатку, создающую нисходящий осевой поток или крыльчатку, создающую смешанный поток. В одном воплощении крыльчатка представляет собой крыльчатку с эффектом подводного крыла, пропеллерную мешалку или турбинное колесо с наклонными лопастями. Материал и другие специальные характеристики, такие как размер лопасти, угол атаки и скорость вращения средства перемешивания, могут быть определены специалистом в данной области техники для каждой области применения. Средство перемешивания работает в сочетании с перегородками, создавая достаточное движение жидкости и направляя ее, чтобы суспендировать твердые вещества. В одном во

- 2 032019 площении бак включает по меньшей мере одну вертикальную перегородку, прикрепленную к боковой стенке, по существу, над самой высокой точкой гребня для направления потока перемешиваемой жидкости. Обычно перегородка обеспечена над каждым гребнем гофрированной конструкции. Нет необходимости, чтобы перегородка находилась точно на одной линии с самой высокой точкой гребня, при условии, что она направляет поток жидкости в достаточной степени. Особенности конструкции перегородок для различных областей применения известны специалисту в данной области техники.

В одном воплощении гофрированная конструкция включает по меньшей мере два гребня и соответствующее количество углублений, предпочтительно по меньшей мере четыре гребня и соответствующее количество углублений. Количество гребней и углублений может составлять от 2 до 12. В типичном случае на днище бака обеспечено четыре гребня и четыре соответствующих углубления. В особенности в больших баках размер конструкций возрастает так, что более оправданно обеспечивать большее количество гребней и углублений, и следовательно, немного меньшего размера. Может присутствовать четное или нечетное количество гребней и углублений. Обычно их располагают радиально симметрично друг относительно друга. В некоторых областях применения отклонение от радиальной симметрии может давать преимущество. Однако гребни и соответствующие углубления проходят радиально относительно днища бака, и это означает, что они лежат по радиусу днища бака. Данный признак не зависит от того, расположены ли гребни и соответствующие углубления радиально симметрично друг относительно друга. Обычно, если смотреть сверху, гребни и соответствующие углубления являются прямолинейными.

Длина и ширина гребней и углублений может быть различной при условии, что они в достаточной степени концентрируют мощность перемешивания. В одном воплощении длина каждого гребня и углубления составляет по меньшей мере 2/3 от радиуса днища. В одном воплощении по меньшей мере одно из углублений и по меньшей мере один из гребней проходят по всему расстоянию между центром днища и боковой стенкой. В зависимости от области применения изменяется необходимая длина, требующаяся для достаточной концентрации мощности перемешивания. В некоторых областях применения достаточно 2/3 длины радиуса, но в других областях может требоваться, чтобы гребни и углубления проходили по всей длине радиуса. Обычно все гребни и углубления имеют равную длину, но это необязательно. Возможно, один или более чем один гребень и одно или более чем одно углубление может быть длиннее других. В более типичном случае все гребни и углубления проходят на все расстояние между центром днища и боковой стенкой.

В одном воплощении гребни и углубления проходят от боковой стенки в направлении центра днища. В типичном случае гребни и углубления заканчиваются на боковой стенке бака. Как описано выше, длина гребней и углублений может быть различной, и когда они касаются боковой стенки, не требуется, чтобы они проходили по всей длине до центра бака, чтобы выполнять свою функцию.

Под дном углубления в данном документе подразумевают самую нижнюю часть углубления. Оно может быть очень узким в случае, если соседние гребни встречаются на дне углубления. Альтернативно дно углубления может быть плоским или вогнутым (U-образной формы) в случаях, когда соседние гребни находятся на расстоянии. Ширина дна углубления может отличаться в различных местах вдоль углубления.

В одном воплощении дно по меньшей мере одного из углублений является горизонтальным по всей его длине. В другом воплощении дно по меньшей мере одного из углублений расположено под углом относительно горизонтали в направлении углубления. В типичном случае все углубления в гофрированной конструкции имеют аналогичную форму, но это необязательно для работы смесителя в соответствии с настоящим изобретением. В случае когда дно углубления является горизонтальным, оно может находиться на одном уровне с днищем бака или оно может быть приподнято. Практические соображения в отношении конструкции бака для каждой области применения определяют наилучшее взаимное размещение днища бака и дна углублений, и данная оценка находится в пределах компетенции специалиста в данной области техники.

В некоторых случаях гребень имеет постоянную высоту по всей своей длине. В одном воплощении высота гребня составляет 0,1-1 от радиуса днища, предпочтительно 0,35 от радиуса днища. Высоту гребня измеряют от вершины гребня до самой нижней точки дна углубления. Однако в случае когда днище и самая нижняя точка дна углубления находятся, по существу, на одном уровне, можно использовать как днище, так и самую нижнюю точку дна углубления для измерения высоты гребня. Под вершиной гребня в данном документе подразумевают самую высокую точку поперечного сечения гребня.

В одном воплощении высота по меньшей мере одного из гребней уменьшается от боковой стенки по направлению к центру днища бака. В типичном случае высота всех гребней уменьшается от боковой стенки в направлении центра днища бака, но это необязательно для реализации назначения гофрированной конструкции в соответствии с настоящим изобретением. В одном воплощении самая высокая точка гребня находится на высоте 0,1-1 от радиуса днища, предпочтительно 0,35 от радиуса днища. От этой величины высота гребня может уменьшаться до нуля, или гребень может иметь высоту выше самой нижней точки дна углубления в своей конечной точке. Самая нижняя точка гребня, т.е. точка, в которой вершина гребня находится ближе всего к дну углубления, может находиться в центре бака или на расстоянии от него. Высоту гребня измеряют от самой высокой точки гребня до самой нижней точки дна

- 3 032019 углубления. Однако в случае когда днище и самая нижняя точка дна углубления находятся, по существу, на одном уровне, можно использовать как днище, так и самую нижнюю точку дна углубления для измерения высоты гребня. Кроме того, если дно углубления находится под углом относительно горизонтали в направлении углубления, высоту можно альтернативно измерять от самой высокой точки дна углубления. Это осуществляют для того, чтобы установить достаточную эффективность отведения жидкости, поскольку расположенное под углом дно углубления может иметь преимущества при направлении потока жидкости, но также и гребни вносят значительный вклад в эффективность отведения в данных случаях. Поэтому также важно, чтобы когда дно углубления находится под углом, гребень имел достаточную высоту, по меньшей мере 0,1 от радиуса днища, предпочтительно 0,35 от радиуса днища. Обычно дно углубления наклонено параллельно вершине гребня.

В одном воплощении высота гребня уменьшается так, что гребень имеет радиальный профиль в виде прямой линии, выпуклой или вогнутой кривой или линии с одним или более изгибами. Это означает, что вершина гребня может образовывать уклон, который является прямолинейным, изогнутым или содержит один или более изгибов в пределах длины гребня. В одном воплощении поперечное сечение каждого гребня, если смотреть от боковой стенки в направлении центра бака, представляет собой треугольник по меньшей мере с одной вогнутой стороной, треугольник по меньшей мере с одной выпуклой стороной, треугольник со скругленной вершиной, полукруг, дугу или их сочетание. Обычно поперечное сечение имеет зеркальную симметрию, так что обе стороны гребня имеют одинаковую форму. Вершина гребня является острой, но также возможна и скругленная вершина. Кроме того, обычно все гребни в баке имеют одинаковую форму, однако это не обязательно. Форма гребня отражается в форме углубления. Таким образом, все, что сказано выше о форме гребня, применимо к форме углубления.

Возможно сочетать вышеуказанные признаки гофрированной конструкции различным образом. Например, гребни и углубления могут проходить по всей длине между центром бака и боковой стенкой, тогда как дно углубления наклонено, а вершина гребня расположена на постоянной высоте. Альтернативно, тогда как другие признаки остаются такими же, гребень может быть наклонен под углом, который либо равен углу дна углубления, либо отличается от него.

Типичная гофрированная конструкция в соответствии с настоящим изобретением содержит четыре гребня и соответствующее количество углублений, расположенных так, что каждый из гребней находится под прямым углом к двум соседним гребням. Гребни и углубления проходят по всей длине между боковой стенкой и центром бака. Гребень у боковой стенки имеет высоту 0,35 от радиуса цилиндрического бака. Высота гребня уменьшается в направлении центра так, что когда гребни встречаются в центре, их высота уменьшается до нуля. Углубления между гребнями имеют горизонтальное дно, которое находится, по существу, на уровне днища бака. Поперечное сечение гребней образует треугольник, если смотреть от боковой стенки в направлении центра бака.

Таким образом, существует много вариантов конструкции гребней и углублений при условии, что они усиливают поток перемешиваемой жидкости. Подходящая длина, высота, форма и количество гребней и углублений зависит от характера движения потока в баке и свойств перемешиваемой жидкости. Эти факторы взаимосвязаны с типом, размером и скоростью крыльчатки, а также с процессом, в котором используют смеситель. Таким образом, конкретные детали необходимо определять для каждой области применения смесителя, и специалист в данной области техники способен их разработать на основе данного описания изобретения.

В одном воплощении смеситель предназначен для использования в гидрометаллургическом процессе. Под гидрометаллургическим процессом в данном документе подразумевают извлечение металлов из руд с применением способов обработки водными растворами. Например, выщелачивание минералов из руды и кондиционирование суспензии для флотации требует перемешивания. В одном воплощении смеситель представляет собой бак устройства для кондиционирования при флотации, питательный бак фильтра или бак для выщелачивания золота цианидами.

Преимущества настоящего изобретения хорошо проявляются, например, при выщелачивании золота цианидами. В данном процессе золото поглощают активированным углем. Частицы руды являются довольно крупными, и мощность перемешивания необходимо поддерживать на высоком уровне, чтобы избежать оседания руды. С другой стороны, чем выше скорость перемешивания, тем больше потери золота из-за истирания активированного угля.

Как правило, во всех процессах, в которых перемешивают тяжелые частицы, например частицы, имеющие плотность, равную или выше 1 кг/л, и средний диаметр, равный или больше 20 мкм, можно извлечь пользу от конструкции на днище бака в соответствии с настоящим изобретением. В одном воплощении частицы имеют плотность по меньшей мере 1 кг/л, предпочтительно по меньшей мере 2 кг/л. В одном воплощении частицы имеют средний диаметр 20-5000 мкм, предпочтительно 100-200 мкм. В горнодобывающей промышленности, которая особенно подходит в качестве практической области применения смесителя в соответствии с настоящим изобретением, перемешиваемые растворы обычно содержат частицы с такими свойствами. В другом воплощении плотность перемешиваемой жидкости составляет 1-1,5 кг/л. В другом воплощении содержание твердых веществ в перемешиваемой жидкости составляет 10-80 мас.%, обычно выше 30 мас.%.

- 4 032019

Кроме того, перерабатываемые объемы в горнодобывающей промышленности очень велики, и поэтому возможность экономии энергии является важной. В одном воплощении перемешивание частиц в жидкости относится к гидрометаллургическому процессу. В другом воплощении перемешивание частиц в жидкости представляет собой кондиционирование при флотации, перемешивание при подаче суспензии на фильтр или цианирование золота.

Смеситель и его применение в соответствии с настоящим изобретением дают по меньшей мере одно из следующих преимуществ по сравнению с известным уровнем техники.

Преимущество смесителя в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что он позволяет улучшить суспензионные свойства твердых веществ в баке по сравнению с традиционным баками с плоским и выпуклым днищем. При данной скорости крыльчатки возрастает скорость потока жидкости в непосредственной близости от днища смесительного бака. Это позволяет уменьшить оседание твердых веществ. Гофрированная конструкция также направляет нисходящий поток, создаваемый крыльчаткой, плавно вверх, увеличивая скорость восходящего потока и, таким образом, эффективный перемешиваемый объем, поскольку также и жидкость в баке, находящая выше, перемещается более интенсивно. Также уменьшается объем застойных зон в смесительном баке.

Еще одно преимущество состоит в том, что такой же эффективности перемешивания достигают с меньшей подаваемой энергией.

Другое преимущество состоит в том, что при такой же подаваемой энергии достигают лучшей эффективности перемешивания.

Еще одно преимущество состоит в том, что гофрированная конструкция проще или дешевле в изготовлении, чем выпуклое днище.

Преимущество смесителя по изобретению состоит в том, что отводящий трубопровод может быть установлен непосредственно на стенку бака так же легко, как в случае бака с плоским днищем.

Еще одно преимущество состоит в том, что можно использовать крыльчатку меньшего размера и более дешевую мешалку. Также меньше механическая нагрузка на элементы мешалки.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения дальнейшего понимания изобретения и составляют часть данного описания, иллюстрируют воплощения изобретения и совместно с описанием способствуют пояснению принципов изобретения.

На фиг. 1A представлен в аксонометрии смеситель в соответствии с настоящим изобретением с четырьмя гребнями и соответствующими углублениями.

На фиг. 1B представлен схематический вид смесителя, показанного на фиг. 1A, в продольном сечении в направлении стрелки, изображенной на фиг. 1A.

На фиг. 1C представлен в аксонометрии смеситель в соответствии с настоящим изобретением с тремя гребнями и соответствующими углублениями.

На фиг. 1D представлена в аксонометрии гофрированная конструкция в соответствии с настоящим изобретением с шестью гребнями и соответствующими углублениями.

На фиг. 2A-2F представлены радиальные профили двух гребней друг напротив друга, демонстрирующие некоторые возможные формы гофрированной конструкции.

На фиг. 3A-3D схематически показаны некоторые возможные формы гофрированной конструкции, показанной в направлении от стенки бака (стрелка на фиг. 1A).

На фиг. 4A-4F представлены модели ВГД (вычислительной газовой динамики), демонстрирующие увеличение скоростей потока в смесителе в соответствии с настоящим изобретением, представленные в продольных сечениях бака.

На фиг. 5A-5F представлены модели ВГД, демонстрирующие увеличение скоростей потока в смесителе в соответствии с настоящим изобретением, представленные в поперечных сечениях над днищем бака.

На фиг. 6 представлено увеличение эффективного перемешиваемого объема в смесителе в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1A представлено воплощение смесителя в соответствии с изобретением в аксонометрии. На фиг. 1A, как и на последующих чертежах, детали конструкции опущены для ясности. Смеситель в соответствии с изобретением включает бак 1, имеющий днище 2 и стенку 3. Днище 2 имеет круглую форму, а бак 1 является правильным круглым цилиндром. Смеситель дополнительно включает средство 4 перемешивания, которое содержит выполненный с возможностью вращения вал 5 и крыльчатку 6. На фиг. 1A крыльчатка 6 представляет собой крыльчатку, создающую нисходящий поток, с эффектом подводного крыла. Размеры бака 1 и средства 4 перемешивания могут быть изменены в соответствии с конкретной областью применения, в которой предполагают использовать смеситель. На днище 2 бака 1 расположена гофрированная конструкция 7. Гофрированная конструкция 7 содержит четыре гребня 8 и соответствующее количество углублений 9, расположенных так, что угол между двумя соседними гребнями 8 и соответствующими углублениями 9 является одинаковым для всех гребней 8 и соответствующих углублений 9. Все гребни 8 проходят от боковой стенки 3 к центру днища 2. Они наклонены так, что вершина 11 гребня 8 у стенки 3 находится на высоте, которая составляет 1/3 радиуса днища 2. Наклон имеет по

- 5 032019 стоянный угол по всей длине гребня 8, т.е. вершина 11 гребня 8 образует прямую линию. В центре днища 2, где встречаются гребни 8, их высота равна нулю. Поперечное сечение гребня 8 имеет треугольный профиль. Дно 10 углубления является горизонтальным по всей длине, и длина равна радиусу днища 2 бака. Соседние гребни 8 встречаются на дне 10 углубления, так что дно 10 углубления является узким по всей длине. В данном воплощении гофрированная конструкция 7 выполнена так, что она лежит непосредственно поверх плоского днища 2 бака 1. Таким образом, дно 10 углубления и днище 2 бака находятся, по существу, на одном уровне.

Когда частицы перемешивают в жидкости в смесителе, представленном на фиг. 1A, вращающийся вал 5 поворачивает крыльчатку 6, которая создает поток жидкости, который направлен, по существу, к днищу 2 бака 1. Не ограничивая изобретение какой-либо конкретной теорией, следует отметить, что гофрированная конструкция 7 позволяет направлять поток жидкости и увеличивать скорости потока жидкости вблизи днища 2, улучшая суспендирование частиц в жидкости. Гофрированная конструкция 7 также позволяет повысить скорости восходящего потока вдоль стенки 3 бака, увеличивая часть объема жидкости, имеющую достаточно высокую скорость для поддерживания частиц во взвешенном состоянии. На фиг. 1A отсутствуют перегородки 12, но в большинстве областей применения их используют. Они помимо возможных других их функций также способствуют направлению потока жидкости вверх вдоль стенки 3 бака 1.

На фиг. 1B представлен бак 1, показанный на фиг. 1A, в продольном сечении вдоль стрелки, показанной на фиг. 1A. Детали конструкции, расположенные так, что их невозможно увидеть под данным углом, показаны пунктирной линией. На фиг. 1B изображены три гребня 8 (обозначенные 8a, 8b и 8с). Два гребня, 8a и 8b, обращенные друг к другу, показаны вдоль вершины 11 гребней 8a и 8b. Гребень 8с, который расположен под прямым углом относительно двух других гребней 8a, 8b, видим в середине бака

1. Два углубления 9, видимые на фиг. 1B, расположены за двумя гребнями 8a, 8b. Днище 2 бака 1 показано на одном уровне с дном 10 углублений 9. Пунктирными линиями показано, как соседние гребни 8a, 8с и 8b, 8с встречаются на дне 10 углублений 9. Кроме того показано, как высота всех гребней 8a, 8b, 8с уменьшается от стенки 3 в направлении центра бака 1, так что вершины 11 гребней 8a, 8b, 8с встречаются в центре днища 2 бака 1. Средство 4 перемешивания расположено в центре бака 1. Выполненный с возможностью вращения вал 5 проходит от вершины бака 1 вниз, и крыльчатка 6 установлена на высоте, равной 1/2 радиуса бака 1 над центром днища 2 бака 1.

На фиг. 1C показано воплощение смесителя в соответствии с изобретением в аксонометрии. Оно подобно воплощению, представленному на фиг. 1A и 1B, но включает три гребня 8 и соответствующее количество углублений 9. Гребни 8 и соответствующие углубления 9 расположены радиально симметрично, т.е. они расположены под углом 120° между соседними гребнями 8 и соответствующими углублениями 9.

Кроме того, воплощение на фиг. 1C включает перегородки 12, установленные над каждым гребнем 8. Перегородки 12 имеют известную конструкцию, и выбор их характеристик находится в пределах компетенции специалиста в данной области техники. На фиг. 1C показано, как перегородки 12 присоединены к стенке 3 бака 1 над вершиной 11 каждого гребня 8. Не ограничивая изобретение какой-либо конкретной теорией, следует отметить, что размещение перегородок 12 способствует направлению потока жидкости.

На фиг. 1D изображена гофрированная конструкция 7 в соответствии с настоящим изобретением. Она включает шесть гребней 8 и соответствующее количество углублений 9, проходящих радиально относительно центра днища 2. Все гребни 8 наклонены вниз от стенки 3 бака 1 и встречаются в центре днища 2. Гофрированная конструкция 7, например с 6, 8, 9 или 12 гребнями 8 и соответствующим количеством углублений 9, может быть предпочтительной, если она предназначена для использования в баке 1 с большим диаметром днища 2. Может быть проще соорудить такую гофрированную конструкцию 7, когда отдельные элементы остаются более мелкими. На фиг. 1D также изображена часть днища 2 бака 1. Однако днище 2 показано на фиг. 1D только для обеспечения ориентации. Гофрированная конструкция 7 в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена отдельно от днища 2 бака 1. Гофрированная конструкция 7 в соответствии с настоящим изобретением может быть приспособлена к существующим смесителям, или она может быть встроена в бак уже при изготовлении бака. Существует ряд способов изготовления днища 2 бака 1 с гофрированной конструкцией 7 в соответствии с настоящим изобретением, и специалист в данной области техники способен выбрать соответствующий способ на основе данного описания изобретения.

Во всех воплощениях на фиг. 1A-1D гребни 8 имеют прямой наклонный радиальный профиль, т.е. вершина 11 гребня 8 представляет собой прямую линию, спускающуюся от края стенки 3 гребня 8 в направлении центра днища 2. На фиг. 1A-1D поперечное сечение гребня 8 является треугольным, т.е. также и стороны гребня 8 являются прямыми. Однако это не обязательно, и все воплощения могут также быть реализованы в других формах.

На фиг. 2A-2F показаны некоторые возможные формы гофрированной конструкции 7 в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 2A-2F представлено продольное сечение днища бака 1 с гофрированной конструкцией 7. Гофрированная конструкция 7 включает четыре гребня 8 и соответствующее

- 6 032019 количество углублений 9. Однако различные формы, представленные на фиг. 2A-2F, могут быть реализованы в гофрированной конструкции 7 с любым количеством гребней 8 и соответствующим количеством углублений 9. На фиг. 2A-2F более длинные пунктирные линии используют для изображения формы гребней 8 с обеих сторон гофрированной конструкции 7, а более короткие пунктирные линии - для изображения формы гребня 8 в центре гофрированной конструкции 7 (т.е. самого дальнего от смотрящего).

На фиг. 2А вершина 11 гребня 8 имеет вогнутую форму, если смотреть сбоку. Стороны гребня 8 не являются прямыми, а также имеют немного вогнутый профиль.

На фиг. 2В вершина 11 гребня 8 имеет острый изгиб, т.е. изменение наклона. Гребень 8 наклонен в направлении днища 2 более резко вблизи стенки 3. Со стороны изгиба, который находится ближе к центру днища 2 бака 1, гребень 8 имеет более плавный наклон. Общую форму гребня 8 можно рассматривать как приближающуюся к вогнутой форме. Изгиб также присутствует на сторонах гребня 8, но часть гребня 8, которая расположена у стенки 3, равномерно повторяет контур стенки.

На фиг. 2С вершина 11 гребня 8 имеет выпуклую форму, если смотреть сбоку. Стороны гребня 8 имеют вогнутый профиль.

На фиг. 2D вершина 11 гребня 8 имеет острый изгиб, т.е. изменение наклона. Гребень 8 наклонен в направлении днища 2 с меньшим наклоном на своем конце у стенки 3. Со стороны изгиба, который находится ближе к центру днища 2 бака 1, гребень 8 имеет более плавный наклон. Общую форму гребня 8 можно рассматривать как приближающуюся к выпуклой форме. Изгиб также присутствует на сторонах гребня 8, но часть гребня 8, которая расположена у стенки 3, равномерно повторяет контур стенки.

На фиг. 2Е форма гребней 8 подобна форме на фиг. 2С, но гребни 8 не проходят по всему расстоянию от стенки 3 до центра днища 2. В данном воплощении они проходят приблизительно на 85% от радиуса днища 2. Высота гребней 8 у стенки 3 такая же, как на фиг. 2А-2D, т.е. 1/3 радиуса днища 2.

На фиг. 2F вершина 11 гребня 8 образует прямую линию от стенки 3 до центра днища 2. В данном воплощении стороны гребней 8 имеют острый изгиб.

Обобщая сказанное, следует отметить, что гребни 8 и соответствующие углубления 9 могут иметь различную форму при условии, что достигают достаточной эффективности отведения жидкости. Это зависит от конкретной области применения, в которой применяют гофрированную конструкцию 7 в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3A-3D показаны схематические изображения профилей поперечного сечения гребней 8 в гофрированной конструкции 7 в соответствии с настоящим изобретением. Гребни 8 и соответствующие углубления 9 показаны с внешней стороны стенки 3 бака 1 в направлении стрелки на фиг. 1A. Фиг. 3A3D не являются видами в перспективе, и на них показаны два соседних гребня 8, как находящиеся на плоскости.

На фиг. 3A поперечное сечение гребней 8 представляет собой треугольник, и дно 10 углубления 9 является чрезвычайно узким, поскольку соседние гребни 8 встречаются на дне 10 углубления 9. Вершина 11 гребня 8 является острой. На фиг. 3A также показано днище 2 бака 1, и оно находится на одном уровне с дном 10 углубления 9. Оно не показано на фиг. 3B-3D.

На фиг. ЗВ гребни и соответствующие углубления 9 имеют изогнутый профиль поперечного сечения. Вершина 11 гребня 8, как и дно 10 углубления 9, не являются острыми, как на фиг. 3A.

На фиг. 3C два гребня 8 имеют различную форму. Такой вид, хотя и возможен для функционирования гофрированной конструкции 7, редко встречается на практике. Основной целью Фиг. 3C является показать два дополнительных варианта формы гребней 8 в соответствии с настоящим изобретением. Вопервых, как на фиг. 3A, гребень 8 слева имеет профиль поперечного сечения в виде треугольника. Гребень 8 справа имеет профиль поперечного сечения с изгибом (см. фиг. 2F, на которой изгиб расположен в другом направлении). Во-вторых, на фиг. 3C дно 10 углубления 9 является широким и плоским, поскольку существует пространство между двумя соседними гребнями 8.

На фиг. 3D показаны еще два воплощения гребней 8 в соответствии с настоящим изобретением. Стороны гребня 8 могут быть вогнутыми, как у гребня 8 слева, или они могут иметь выпуклый профиль, как в гребне 8 справа. Гребень 8 справа имеет скругленную вершину 11.

Вышеописанные формы не исчерпывают всех возможных форм, в которых может быть реализована гофрированная конструкция 7 в соответствии с настоящим изобретением. Они представлены только для обеспечения примеров возможных вариантов, и могут быть предусмотрены другие формы.

На фиг. 4A-4F представлена модель ВГД, демонстрирующая повышение скоростей потока в смесителе в соответствии с настоящим изобретением, показанном в продольном сечении бака. На фиг. 4A, 4С и 4Е скорости потока показаны оттенками серого, причем более светлый цвет означает более высокую скорость потока. Масштабная полоска приведена в нижней части чертежа. На масштабной полоске отрицательные значения показывают скорости потока в направлении к днищу, а положительные значения - в направлении к поверхности перемешиваемой жидкости. На фиг. 4A, 4D и 4F скорости потока представлены стрелками, причем более длинная стрелка означает более высокую скорость потока. Масштабная полоска приведена в нижней части чертежа. Для всех чертежей параметры перемешивания, такие как скорость крыльчатки, ее параметры и характеристики суспензии были одинаковыми. Крыльчатка и выполненный с возможностью вращения вал видны в центре каждой из фиг. 4A-4F. На фиг. 4F два гребня в

- 7 032019 соответствии с настоящим изобретением схематически представлены на днище бака.

На фиг. 4A и 4В показана скорость потока в плоскодонном баке, на фиг. 4С и 4D - в баке с выпуклым днищем, а на фиг. 4Е и 4F - в баке в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 4A-4F видно, что объем зоны более высоких скоростей потока немного больше в баке с выпуклым днищем, чем в плоскодонном баке. Однако объем зоны более высоких скоростей потока дополнительно возрастает в баке с гофрированной конструкцией в соответствии с настоящим изобретением, особенно в верхней половине бака в области стенок бака.

На фиг. 5A-5F представлена модель ВГД, демонстрирующая повышение скоростей потока в смесителе в соответствии с настоящим изобретением, представленном в поперечном сечении на 85 мм выше днища бака. На чертежах представлен бак диаметром 8500 мм и высотой заполнения раствором 8500 мм. Диаметр крыльчатки составляет 3458 мм, а скорость вращения составляет 32 об/мин. На фиг. 5A, 5С и 5Е скорости потока показаны оттенками серого, причем более светлый цвет означает более высокую скорость потока. Масштабная полоска приведена в нижней части чертежа. На фиг. 5В, 5D и 5F скорости потока показаны контурами, очерчивающими зоны одинаковой скорости. Для всех чертежей параметры перемешивания, такие как скорость крыльчатки и ее параметры, и характеристики суспензии были одинаковыми.

На фиг. 5A и 5В показана скорость потока в плоскодонном баке, на фиг. 5С и 5D - в баке с выпуклым днищем и на фиг. 4Е и 4F - в баке в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 5A-5F видно, что скорости потока на уровне 85 мм выше днища бака различные для различных конфигураций днища бака. Скорости потока являются наиболее низкими в баке с плоским днищем, и они до некоторой степени возрастают в баке с выпуклым днищем. Однако при использовании гофрированной конструкции в соответствии с настоящим изобретением можно достичь отчетливого положительного отличия от двух других: зоны со скоростью потока выше приблизительно 1 м/с не формируются в отдельности, но при данной конфигурации большая часть днища покрыта зоной со скоростями потока 1 м/с и выше.

На фиг .6 показано увеличение эффективного объема, когда гофрированную конструкцию в соответствии с настоящим изобретением используют на днище смесителя. Под эффективным объемом в данном документе подразумевают объем, в котором твердые вещества находятся во взвешенном состоянии, по отношению ко всему объему, занимаемому жидкостью (т.е. объему суспензии).

Эксперимент осуществляли на лабораторном оборудовании с использованием крыльчатки ОКТОП 3200 диаметром 154 мм, создающей нисходящий поток, с эффектом подводного крыла. Бак (i) имел плоское дно, бак (ii) имел выпуклое дно, а бак (iii) был оборудован гофрированной конструкцией в соответствии с настоящим изобретением. Все баки имели диаметр 362 мм, и в них было залито 37,3 л воды. Таким образом, высота заполнения жидкостью была различной, при этом наибольшая высота была в баке (iii), а наименьшая в баке (i) с плоским днищем. Перемешиваемый раствор содержал 400 г/л кварцевого песка в качестве твердого компонента. Диаметр частиц твердого вещества составлял 125-185 мкм, что соответствует типичным частицам в области гидрометаллургии. Размеры бака, крыльчатки и скорости вращения крыльчатки и конфигурации перегородки сохраняли постоянными.

Как можно видеть из фиг. 6, в баке (i) частицы находятся во взвешенном состоянии только в части объема жидкости, при этом эффективный объем составляет приблизительно 70% от общего объема суспензии. Эффективный объем остается приблизительно таким же в баке (ii) с выпуклым дном. Однако при условиях перемешивания в эксперименте в баке (iii) эффективный объем повышался до 94% от объема суспензии. Напротив, при таких же условиях наблюдали, что скорость крыльчатки, при которой все частицы находятся в движении и ни одна из них не остается на днище бака более чем на очень короткий промежуток времени (так называемая непосредственная скорость суспендирования, Инс), значительно ниже для бака (iii) (285 об/мин), чем для двух других (330 об/мин для бака (i) и 390 для бака (ii)).

Таким образом, смеситель в соответствии с настоящим изобретением позволяет обеспечить более эффективное перемешивание, чем в решениях известного уровня техники.

Специалисту в данной области техники очевидно, что с развитием технологии основная идея изобретения может быть реализована различными путями. Таким образом, изобретение и его воплощения не ограничены примерами, описанными выше, но они могут изменяться в пределах объема защиты, определенного формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Смеситель для перемешивания частиц в жидкости, включающий бак (1), имеющий днище (2) и, по существу, вертикальную боковую стенку (3), средство (4) перемешивания, включающее выполненный с возможностью вращения вал (5), расположенный вертикально и по центру бака (1), и крыльчатку (6), расположенную на расстоянии над днищем (2) на конце выполненного с возможностью вращения вала (5), и крыльчатка (6) представляет собой крыльчатку, создающую нисходящий осевой поток или крыльчатку, создающую смешанный поток, отличающийся тем, что днище (2) оборудовано гофрированной конструкцией (7), включающей последовательно чередующиеся гребни (8) и углубления (9), которые проходят радиально относительно

- 8 032019 центра днища (2), при этом углубления (9) концентрируют и направляют мощность перемешивания вблизи днища (2), чтобы направлять поток жидкости и увеличивать скорость потока вблизи днища (2), высота по меньшей мере одного из гребней (8) уменьшается от боковой стенки (3) в направлении к центру днища (2) бака (1), и самая высокая точка гребня (8) находится на высоте 0,1-1 от радиуса днища (2), предпочтительно 0,35 от радиуса днища (2), и дно (10) по меньшей мере одного углубления (9) является горизонтальным по всей его длине.
2. Смеситель по п.1, в котором гофрированная конструкция (7) включает по меньшей мере два гребня (8) и соответствующее количество углублений (9), предпочтительно по меньшей мере четыре гребня (8) и соответствующее количество углублений (9).
3. Смеситель по п.1 или 2, в котором длина каждого гребня (8) и углубления (9) составляет по меньшей мере 2/3 радиуса днища (2).
4. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором гребни (8) и углубления (9) проходят от боковой стенки (3) в направлении к центру днища (2).
5. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере один гребень (8) и по меньшей мере одно углубление (9) проходят по всему расстоянию между центром днища (2) и боковой стенкой (3).
6. Смеситель по пп.1-5, в котором дно (10) по меньшей мере одного углубления (9) расположено под углом к горизонтали в направлении углубления (9).
7. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором высота гребня (8) составляет 0,1-1 от радиуса днища (2), предпочтительно 0,35 от радиуса днища (2).
8. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором высота гребня (8) уменьшается так, что гребень (8) имеет радиальный профиль в виде прямой линии, выпуклой или вогнутой кривой или линии с одним или более изгибами.
9. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором поперечное сечение каждого гребня (8), если смотреть от боковой стенки (3) в направлении к центру бака (1), представляет собой треугольник, треугольник по меньшей мере с одной вогнутой стороной, треугольник по меньшей мере с одной выпуклой стороной, треугольник со скругленной вершиной, полукруг, дугу или их сочетание.
10. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором гофрированная конструкция (7) является неотъемлемой частью днища (2), отдельной деталью на днище (2) или образует днище (2).
11. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором крыльчатка (6) представляет собой крыльчатку с эффектом подводного крыла, пропеллерную мешалку или турбинное колесо с наклонными лопастями.
12. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, в котором бак (1) представляет собой цилиндр или прямоугольную призму.
13. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, выполненный из металла, такого как сталь или титан, пластмассы, армированной волокном, таким как стекловолокно, или их сочетания.
14. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, предназначенный для применения в гидрометаллургическом процессе.
15. Смеситель по любому из предшествующих пунктов, представляющий собой бак для кондиционирования при флотации, питательный бак фильтра или бак для выщелачивания золота цианидами.