АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ Российский патент 1995 года по МПК B01J47/02 

Изобретение относится к аппаратам для противоточного контактирования твердой зернистой фазы с жидкой фазой и может быть использовано в гидрометаллургии благородных металлов для сорбционного извлечения ценных компонентов из неосветленных растворов.

Известен аппарат для ионообменных процессов, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, промежуточное днище, патрубки для ввода и вывода жидкости, загрузочную воронку для подачи ионита, патрубок для вывода ионита, распределительные решетки, переточные трубы для перетока ионита, в котором для обеспечения стабильной работы перетоков и повышения пропускной способности по иониту переточные трубы в верхней части снабжены набором воронок, а в нижней гибким рукавом [1]
В известном аппарате жидкость подается в корпус через патрубок под нижнюю распределительную решетку и выводится через кольцевой сборник с патрубком, расположенный в верхней части корпуса.

Ионит подается через загрузочную воронку, перемещается вниз из секции в секцию через переточные трубы до камеры-накопителя и выводится из нее через патрубок в коническом днище корпуса.

Известный аппарат невозможно использовать при сорбции благородных металлов из неосветленных цианистых растворов с повышенной кальцинирующей способностью, так как возможно заиливание сорбента и кальцинацией поверхности распределительных решеток, и переточных труб, приводящей к снижению их пропускной способности до полного прекращения протока раствора.

Известен также аппарат для контактирования твердой и жидкой фаз, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с конической нижней частью, загрузочную трубу, верхний кольцевой переливной порог с патрубком отвода раствора, патрубки для подачи раствора, разгрузочный эрлифт и цилиндрическую обечайку, установленную коаксиально корпусу, в котором для ликвидации застойных зон и отделения от ионита осадков, образующихся в процессе ионного обмена, аппарат снабжен встроенным в коническое днище отделителем осадков, размещенной коаксиально отделителю дополнительной обечайкой и установленным над ней с возможностью вертикального перемещения усеченным конусом [2]
В известном аппарате ионит подается в корпус через загрузочную трубу, вступает в контакт с жидкой фазой и перемещается в зону основного контакта между стенкой корпуса и цилиндрической обечайкой, откуда через разгрузочную щель между усеченным конусом и кольцевым коническим буртиком поступает в отделитель, где подвергается отмывке от осадков. Из зоны отмывки ионит периодически выгружается эрлифтом. При этом его уровень в отделителе падает и через разгрузочную щель повторяется перегрузка ионита из зоны контакта в зону отмывки.

Основной и промывочный растворы подаются в аппарат соответственно в зону контакта и промывки через тангенциальные патрубки. При этом промывочный раствор отделяет ионит от осадков и выносит их в верхнюю часть цилиндрической обечайки, где перемешивается с основным раствором. Жидкая фаза с осадками выводится из аппарата через переливной порог и сливной патрубок.

Конструкция известного аппарата предотвращает заиливание сорбента, образование застойных зон, а также загипсование его внутренней поверхности в зоне промывки, но аппарат отличается сложностью конструкции и трудоемкостью изготовления, кроме того, сохраняется опасность загипсования (кальцинации) переточных и перфорированных отверстий на внутренних элементах корпуса до полного прекращения протока растворов через них.

Технической задачей, разрешаемой предлагаемым аппаратом, является простота его изготовления, исключение застойных зон.

Конструкция аппарата за счет постепенного гашения скорости потока раствора и равномерного распределения его по сечению реакционной зоны исключает образование застойных зон, заиливание сорбента, устраняет опасность закупорки корпуса сорбентом при временном прекращении подачи раствора, а также снижает интенсивность загипсования внутренней поверхности проходных сечений аппарата при сорбции металлов из неосветленных растворов с повышенной кальцинирующей способностью вследствие менее развитой омываемой поверхности при той же вместимости аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате для контактирования твердой и жидкой фаз, включающем цилиндрический корпус с коническим днищем, загрузочную трубу, верхний кольцевой желоб с переливным порогом и патрубком слива раствора, патрубок ввода раствора и разгрузочный эрлифт, патрубок ввода раствора снабжен коническим распределителем, расположенным в коническом днище на расстоянии от нижнего основания и образующей боковой поверхности днища, равном радиусу его выпускного отверстия, причем диаметр выпускного отверстия конического распределителя составляет 1,5-2,0 диаметра патрубка ввода раствора, а последний 0,1-0,12 диаметра корпуса аппарата.

Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения изобретения угол наклона образующей боковой поверхности конического распределителя раствора 10-15^о, а угол наклона образующей боковой поверхности конического днища 15-25^о.

Конструкция предлагаемого аппарата обуславливает гидродинамический режим раствора, препятствующий заиливанию сорбента, а также снижает интенсивность зарастания проходных сечений переточных щелей, патрубков и корпуса аппарата в результате загипсования (кальцинирования) их поверхности в процессе сорбции ценных компонентов из неосветленных растворов с повышенной кальцинирующей способностью.

На фиг. 1 представлен аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 узел I на фиг. 1.

Аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническим днищем 2, выполненным в виде усеченного конуса с углом наклона образующей боковой поверхности α 15-25^о.
В верхней части корпуса расположен сборник раствора, выполненный в виде кольцевого желоба 3 с переливным порогом 4 и патрубком 5 слива раствора, и загрузочная труба 6 для загрузки сорбента. В центральной части корпуса установлен патрубок 7 ввода раствора и разгрузочный эрлифт 8.

Патрубок 7 ввода раствора установлен соосно корпусу и снабжен расположенным в коническом днище корпуса распределителем 9, выполненным в виде усеченного конуса с углом наклона образующей боковой поверхности β 10-15^о.

Сверху корпус 1 закрыт крышкой 10 с люком 11 для технического обслуживания. В крышке корпуса смонтирована направляющая труба 12 с поплавковым сигнализатором 13 уровня загрузки сорбента.

Работа аппарата осуществляется в режиме перколяции раствора через взвешенный слой гранулированного сорбента при периодической загрузке и выгрузке его.

Аппарат работает следующим образом.

Гранулированный сорбент по загрузочной трубе 6 загружается в корпус аппарата на 1/2 его общей вместимости. Исходный неосветленный технологический раствор подается в корпус по патрубку 7 через конический распределитель 9.

Поток раствора в коническом распределителе снижает скорость и, поступая в коническое днище, равномерно распределяется по сечению корпуса, а затем фильтруется снизу вверх через сорбент со скоростью, обеспечивающей образование в контактной зоне взвешенного слоя сорбента высотой на 30-40% больше высоты столба его в свободно осевшем состоянии. После контакта с сорбентом обработанный раствор выводится из корпуса аппарата через переливной порог 4 в кольцевой желоб 3, откуда по сливному патрубку 5 поступает на следующую ступень обработки.

Насыщенный сорбент периодически (по показателям процесса сорбции) откачивается из корпуса разгрузочным эрлифтом 8.

Загрузка и выгрузка сорбента из корпуса аппарата проводится периодически при непрерывной подаче исходного раствора. Для предотвращения выноса сорбента со сливом количество загружаемого сорбента контролируется сигнализатором уровня загрузки 13.

По результатам испытаний установлены соотношения диаметров патрубка ввода раствора d, выпускного отверстия конического распределителя раствора d_l и диаметра D аппарата.

Плавное гашение скорости потока раствора с 3000-5000 м/ч в патрубке ввода до 30-50 м/ч в реакционной зоне корпуса, а также равномерное распределение потока по сечению корпуса аппарата, исключающее образование застойных зон и заиливание сорбента, достигается при d 0,1-0,12D и d₁ 1,5-2,0d.

При соотношении d₁ < 1,5 d и d₁ > 2,0 d площадь сечения потока расширяется неравномерно. Возникает канальный эффект и поток раствора при фильтрации через слой взвешенного сорбента проходит соответственно либо вдоль патрубка, либо вдоль стенки корпуса. При этом возникают застойные зоны, в которых идет интенсивное заиливание сорбента и загипсование омываемой поверхности аппарата.

При соотношении d < 0,1 D увеличивается гидродинамическое сопротивление потоку раствора в патрубке, что способствует загипсованию его проходного сечения, а также закупорки его сорбентом при временном прекращении подачи раствора.

При соотношении d > 0,12D уменьшается сечение корпуса увеличивается вероятность заиливания сорбента и опасность загипсования проходного сечения корпуса, а также металлоемкость аппарата.

Установлено, что размещение конического распределителя раствора в корпусе на расстоянии от нижнего основания и образующей боковой поверхности конического днища, равном радиусу его выпускного отверстия, снижает интенсивность загипсования проходного сечения кольцевого зазора между коническим распределителем и коническим днищем.

Кроме того, установлено, что в интервале угла наклона образующей боковой поверхности конического распределителя 10-15^о, исключается закупорка корпуса аппарата сорбентом при прекращении подачи раствора и обеспечивается его размывка при повторной подаче раствора и обеспечивается его размывка при повторной подаче раствора после временной остановки процесса. Причем при угле наклона образующей конического распределителя больше 15^о имеют место завихрения (турбулизация) восходящего потока раствора в корпусе аппарата, что способствует образованию застойных зон и, как следствие, заиливанию сорбента и загипсованию омываемой раствором поверхности аппарата.

В свою очередь при угле наклона образующей боковой поверхности конического днища меньше 15^о и больше 25^о застойные зоны образуются соответственно в нижних и верхних углах конического днища, что в обоих случаях приводит к заиливанию сорбента и загипсованию омываемой поверхности аппарата.

Кроме того, предлагаемые соотношения диаметров патрубка ввода раствора (d), выпускного отверстия конического распределителя (d₁) и корпуса аппарата (D) способствуют снижению интенсивности загипсования проходного сечения аппарата, так как при этих соотношениях аппарат имеет менее развитую омываемую поверхность.

Таким образом, предлагаемая конструкция аппарата позволяет проводить противоточную фильтрацию неосветленных технологических растворов через взвешенный слой сорбента при гидродинамическом режиме, исключающем заиливание сорбента и закупорку аппарата сорбентом при временном прекращении подачи раствора.

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии благородных металлов для сорбционного извлечения ценных компонентов из неосветленных растворов. Сущность изобретения: в аппарате для контактирования твердой и жидкой фаз, включающем цилиндрический корпус с коническим днищем, загрузочную трубу, верхний кольцевой желоб с переливным порогом, технологические патрубки слива и ввода раствора и разгрузочный эрлифт, патрубок ввода раствора снабжен коническим распределителем, расположенным в коническом днище на расстоянии от нижнего основания и образующей боковой поверхности днища, равном радиусу его выпускного отверстия, при этом диаметр выпускного отверстия конического распределителя составляет 1,5 - 2,0 диаметра патрубка ввода раствора, а последний 0,1 - 0,12 диаметра корпуса аппарата. Кроме того, угол наклона образующей боковой поверхности конического распределителя и конического днища составляет 10 - 15° и 15 - 25° соответственно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ, включающий цилиндрический корпус с коническим днищем, загрузочную трубу, верхний кольцевой желоб с переливным порогом и патрубком слива раствора, патрубок ввода раствора и разгрузочный эрлифт, отличающийся тем, что патрубок ввода раствора снабжен коническим распределителем, расположенным в коническом днище на расстоянии от нижнего основания и образующей боковой поверхности днища, равном радиусу его выпускного отверстия, при этом диаметр выпускного отверстия конического распределителя составляет 1,5 2,0 диаметра патрубка ввода раствора, а последний 0,1 0,12 диаметра корпуса аппарата. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что угол наклона образующей боковой поверхности конического распределителя раствора составляет 10 15^o, а угол наклона образующей боковой поверхности конического днища 15 25^o.