SU1337133A1 - Способ проведени химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы и установка дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ проведени  химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, заключающийс  в смешении дозируемого реагента с исходной средой, выдержке реагирующей смеси и разделении продуктов реакции с отделением твердой фазы, отличающийс  тем, что, с целью снижени  потерь продукта, повыщени  его качества и интенсификации процесса за счет предотвращени  выноса образующейс  дисперсной твердой фазы из реакционного пространства , после выдержки реагирующей смеси осуществл ют ее рециркул цию и контакт с исходной средой в противотоке через полупроницаемую перегородку при создании на ней чередующихс  знакопеременных перепадов давлени , при этом реагент дозируют в поток реагирующей смеси после ее контакта с исходной средой. 2. Установка дл  проведени  химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, содержаща  последовательно установленные дозатор реагента, смеситель, реактор с мещалкой, декантатор и трубопроводы подачи и отвода исходного раствора, отличающа с  тем, что, с целью снижени  потерь продукта, повышени  его качества и интенсификации процесса, она снабжена кожухотрубчатым массообменником с пористыми трубами и пульсатором, соединенным с трубным и межтрубным пространствами , при этом входной патрубок межтрубного пространства массообменника соединен с выходами реактора и декантатора, выходной патрубок - с входом смесител , а трубное пространство массообменника - с трубопроводами противоточной подачи и отвода исходного раствора. (Л 00 со со со

Description

Изобретение относитс  к технике и технологии химических- процессов в растворах с образованием твердой дисперсной фазы и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической, гидрометаллургической и других отраст х промышленности дл  химического осаждени  компонентов из растворов и пульп.

Известен способ проведени  химической реакции в растворе с образованием твердой дисперсной фазы путем смешени  реагента с раствором, выдержки реагирующей смеси и разделени  продуктов реакции с отделением твердой фазы.

Недостатки данного способа заключаютс  в плохом качестве получаемого продукта и низкой производительности установки .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ, осуществл емый в установке дл  проведени  химической реакции в растворе с образованием твердой дисперсной фазы, включающей дозатор реагента, реактор с мещалкой и декантатор.

Однако в известном способе содержащиес  в исходном растворе частицы постороннего материала попадают в образующийс  в результате реакции химического осаждени  осадок, загр зн   его. Нри этом вс  обрабатываема  жидкость должна проходить дозатор реагента, реактор и декантатор .

Концентраци  образующейс  дисперсной фазы в реакторе  вл етс  низкой, размер ее частиц малый, требовани  к декан- татору высокие - он должен пропускать весь обрабатываемый раствор, при этом покидающа  его жидкость не должна содержать частиц образующейс  твердой фазы. Удельна  производительность оборудовани  установки низка .

Цель изобретени  - снижение потерь продукта, повышение его качества и интенсификаци  процесса за счет предотвращени  выноса образующейс  дисперсной твердой фазы из реакционного пространства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе проведени  химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, заключающемс  в смешении дозируемого реагента с исходной средой, выдержке реагирующей смеси и разделени  продуктов реакции с отделением твердой фазы, после выдержки реагирующей смеси осуществл ют ее рециркул цию и контакт с исходной средой в противотоке через полупроницаемую прегородку при создании на ней чере- знакопеременных перепадов давлени , при этом реагент дозируют в поток реагирующей смеси после ее контакта с исходной средой, а установка дл  проведени  химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, содержаща  последовательно установленные дозатор реагента , смеситель, реактор с мещалкой, декантатор и трубопроводы подачи и отвода исходного раствора, снабжена кожухотруб- чатым массообменником с пористыми трубами и пульсатором, соединенным с трубным и межтрубным пространствами, при этом входной патрубок межтрубного пространства массообменника соединен с выQ ходами реактора и декантатора, выходной парубок - с входом смесител , а трубное пространство массообменника - с трубопроводами противоточной подачи и отвода исходного раствора.

На чертеже схематически изображена

5 установка дл  проведени  реакции с образованием твердой дисперсной фазы.

Установка содержит реактор 1 или каскад реакторов с мещалкой и термостатирую- щей рубашкой, дозатор реагента 2, деканQ татор 3 (гидроциклон, фильтр сепаратор, центрифуга, отстойник), смеситель 4, циркул ционный насос 5, кожухотрубчатый массообменник 6. Межтрубное пространство массообменника 6 соединено входным 7 и выходным 8 патрубками и трубопрово дами с контуром рециркул ции реагирующей смеси, включающим реактор 1, насос 5, декантатор 3 и смеситель 4. Трубное пространство массообменника 6 соединено с насосом 9 подачи исходного раствора и ли ,, нией 10 отвода обработанного раствора.

Трубы 11 кожухотрубчатого массообменника 6 выполнены из пористого проницаемого дл  сплошной фазы и непроницаемого дл  дисперсных фаз материала, например , металла, пластмассы, керамики, ме5 таллокерамики, или армированного пористого материала. Установка снабжена пульсатором 12, обеспечивающим поочередное создание пульсирующих перепадов давлени  между трубным и межтрубным пространствами массообменника.

0

Установка работает следующим образом .

Пример 1 (но варианту химического осаждени  компонента из раствора).

Нри первом пуске установки реактор 1 5 заполн етс  исходным раствором. Одновременно задают в него реагент-осадитель в количестве, достаточном дл  осаждени  всего содержащегос  в нем целевого компонента .

Суспензи  образовавшейс  в результа- 0 те химической реакции твердой дисперсной фазы в маточном растворе насосом 5 через байпасную линию 13 декантатора 3 подаетс  в межтрубное пространство массообменника 6. Противотоком в трубное пространство массообменника 6 насосом 9 подаетс  исходный раствор. Включаетс  в работу пульсатор 12. Под действием создаваемых пульсатором 12 знакопеременных перепадов

5

давлени  между трубным и межтрубным пространствами массообменника по всей длине пористых труб 11 происходит пульсирующий поперечный обмен порци ми сплошной фазы жидкости. Компоненты маточного раствора перенос тс  из трубного пространства обратными пульсаци ми в суспензию межтрубного пространства.

В результате осуществл емого таким

растворе, в циркул ционном контуре, включающем массообменник, смеситель, реактор и декантатор, можно накопить и поддерживать в непрерывном режи.ме высокую концентрацию дисперсной твердой фазы - продукта реакции. Вновь образующийс  в непрерывном процессе избыток ее легко удал етс  из высококонцентрированной суспензии в простейщем декантаторе-гидобразом в массообменнике 6 процесса непре- Q роциклоне или вакуум-фильтре. Причем

рывного противоточного массообмена между суспензией осадка и исходным раствором по трубопроводу 8, из последнего отводитс  суспензи , обогащенна  ко.мпо- нентами исходного раствора. По линии 10

дл  выделени  одного и того же количества осадка из высококонцентрированной суспензии требуетс  декантатор с объемной пропускной способностью в п раз меньшей, чем по известной схеме, где п - относиотводитс  обработанна  жидкость, обеднен- 15 тельное увеличение концентрации дисперсна  целевым компонентом и обогащенна  компонентами маточного раствора, но несодержаща  частицы образовавшегос  осадка , так как они не проход т через стенки пористых внутренних труб 11 массообмен- ..- ника 6.

Суспензи  осадка, обогащенна  компонентами исходного раствора, по патрубку 8 подаетс  в смеситель 4, в который дозируетс  из источника 14 дозаторо.м 2 реаной твердой фазы в рециркул ционном контуре предлагаемой установки по сравнению с известной пр моточной схемой. Число п может достигать 10 и более.

Пример 2. (по варианту химического осаждени  компонента из пульпы).

При первом пуске установки реактор 1 заполн етс  чистой жидкой фазой обрабатываемой пульпы. Одновременно в него задают реагент-осадитель в количестве, догент-осадитель . Количество подаваемого 25 статочном д,п  осаждени  всего содержащегос  в жидкости целевого компонента. Суспензи  образовавщегос  осадка в .маточном растворе насосо.м 5 через байпасную линию 13 декантатора 3 подаетс  в межтрубное ..... пространство массооб.менника 6. Противотоком в трубное пространство массообменника насосом 9 подаетс  исходна  пульпа, содержаща  в растворенном виде целевой компонент и частицы постороннего твердого материала. Включаетс  в работу пульреагента-осадител  регулируетс  системой, включающей датчик 15 концентрации, установленный на реакторе 1, регул тор 16 и исполнительный механизм 17 дозатора реагента 2.

В с.месителе 4, а затем в реакторе 1 протекает химическа  реакци  взаимодействи  поданного реагента-осадител  с целевым компонентом, выносимым из массообменника 6 с суспензией осадка. Образуетс 

дополнительное количество осадка. Кон- ,c сатор 12. Под действием создаваемых

центраци  дисперсной твердой фазы в реакторе возрастает. В дальнейще.м, в процессе непрерывной работы установки суспензии осадка рециркулируютс  в контуре. Посто нно выноситс  в реактор из .массообменника целевой компонент, который, взаимодейству  с дозируемым реагентом, увеличивает -концентрацию твердой фазы в контуре . По достижении объемного соотношени  Т:Ж 0,2-1,0 включаетс  в работу де40

знакопеременных перепадов давлени  протекает процесс непрерывного противоточного массообмена между суспензией образовавшегос  в результате реакции осадка и потоком исходной пульпы.

В результате по патрубку 8 из массообменника отводитс  суспензи  осадка, обогащенна  растворимыми компонентами исходной пульпы. По линии 10 отводитс  обработанна  пульпа, обедненна  целевым

кантатор 3, в которо.м отдел етс  и отво- . ко.мпоненто.м и обогащенна  компонентами

дитс  по линии 18 часть образующейс  в процессе дисперсной твердой фазы. В даль- нейщем концентраци  последней в рециркул ционном контуре сохран етс  посто нной . В декантаторе-гидроциклоне отдел маточного раствора. В суспензию осадка не попадают частицы твердого материа,та пульпы. В обрабатываемую пульпу не попадают частицы образовавшегос  в результате реакции осадка, так как и те и другие

ютс  наиболее крупиые частицы. Более мел- 50 частицы не проход т через стенки пористых

кие частицы дисперсной твердой фазы ре- циркулируют через массообменник 6 в реактор 1 и сохран ютс  в контуре до достижени  и.ми определенного среднего размера частиц, достаточного дл  отделени  их в декантаторе.

Даже при низких концентраци х целевого компонента в обрабатываемом исходном

55

внутренних труб массообменника. Далее процесс осуществл етс  аналогично приме- РУ 1.

В таблице привод тс  сравнительные показатели проведени  реакции химического осаждени  CaCOj из водного раствора CaCl кальцинированной содой по известному и предлагаемому способа.м.

растворе, в циркул ционном контуре, включающем массообменник, смеситель, реактор и декантатор, можно накопить и поддерживать в непрерывном режи.ме высокую концентрацию дисперсной твердой фазы - продукта реакции. Вновь образующийс  в непрерывном процессе избыток ее легко удал етс  из высококонцентрированной суспензии в простейщем декантаторе-гидроциклоне или вакуум-фильтре. Причем

дл  выделени  одного и того же количества осадка из высококонцентрированной суспензии требуетс  декантатор с объемной пропускной способностью в п раз меньшей, чем по известной схеме, где п - относиной твердой фазы в рециркул ционном контуре предлагаемой установки по сравнению с известной пр моточной схемой. Число п может достигать 10 и более.

Пример 2. (по варианту химического осаждени  компонента из пульпы).

При первом пуске установки реактор 1 заполн етс  чистой жидкой фазой обрабатываемой пульпы. Одновременно в него задают реагент-осадитель в количестве, достаточном д,п  осаждени  всего содержащегос  в жидкости целевого компонента. Суспензи  образовавщегос  осадка в .маточном растворе насосо.м 5 через байпасную линию 13 декантатора 3 подаетс  в межтрубное пространство массооб.менника 6. Противотоком в трубное пространство массообменника насосом 9 подаетс  исходна  пульпа, содержаща  в растворенном виде целевой компонент и частицы постороннего твердого материала. Включаетс  в работу пуль0

знакопеременных перепадов давлени  протекает процесс непрерывного противоточного массообмена между суспензией образовавшегос  в результате реакции осадка и потоком исходной пульпы.

В результате по патрубку 8 из массообменника отводитс  суспензи  осадка, обогащенна  растворимыми компонентами исходной пульпы. По линии 10 отводитс  обработанна  пульпа, обедненна  целевым

маточного раствора. В суспензию осадка не попадают частицы твердого материа,та пульпы. В обрабатываемую пульпу не попадают частицы образовавшегос  в результате реакции осадка, так как и те и другие

55

внутренних труб массообменника. Далее процесс осуществл етс  аналогично приме- РУ 1.

В таблице привод тс  сравнительные показатели проведени  реакции химического осаждени  CaCOj из водного раствора CaCl кальцинированной содой по известному и предлагаемому способа.м.

Производительность п исходному, раствору

Концентраци  CaClg исходном растворе

Степень превращени  CaCl2

Производительность п образующейс  твердой фазе СаСОз

Концентраци  СаСО суспензии,поступающей на декантацию

Необходима  производительность деканта- тора дл  отделени  полученного в реакции осадка CaCOj

Таким образом, в предлагаемых способе и установке образующа с  в результате химической реакции дисперсна  тверда  фаза не выноситс  из реакционного пространства вместе с обработанным раствором , а концентрируетс  в нем. Это способствует увеличению поверхности контакта фаз в единице объема реакционного пространства и увеличению скорости реакции и производительности оборудовани . Из образующегос  высококонцентрированного

10

10

25

25

0,9

0,9

201

201

201

201

10

потока осадка в более простом и контактном оборудовании непрерывно выдел ютс  наиболее крупные частицы в виде целевого продукта реакции. При обработке пульпы образующийс  осадок дисперсной твердой фазы не загр зн етс  частицами постороннего твердого материала, содержащегос  в пульпе. Обработанна  пульпа не содержит частиц образовавшегос  в результате реакции осадка.

t

Claims (2)

1. Способ проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, заключающийся в смешении дозируемого реагента с исходной средой, выдержке реагирующей смеси и разделении продуктов реакции с отделением твердой фазы, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь продукта, повышения его качества и интенсификации процесса за счет предотвращения выноса образующейся дисперс ной твердой фазы из реакционного пространства, после выдержки реагирующей смеси осуществляют ее рециркуляцию и контакт с исходной средой в противотоке через полупроницаемую перегородку при создании на ней чередующихся знакопеременных перепадов давления, при этом реагент дозируют в поток реагирующей смеси после ее контакта с исходной средой.

2. Установка для проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, содержащая последовательно установленные дозатор реагента, смеситель, реактор с мешалкой, декантатор и трубопроводы подачи и отвода исходного раствора, отличающаяся тем, что, с целью снижения потерь продукта, повышения его качества и интенсификация процесса, она снабжена кожухотрубчатым массообменником с пористыми трубами и пульсатором, соединенным с трубным и межтрубным пространствами, при этом входной патрубок межтрубного пространства массообменника соединен с выходами реактора и декантатора, выходной патрубок — с входом смесителя, а трубное пространство массообменника — с трубопроводами противоточной подачи и отвода исходного раствора.