СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОМЫВКИ И КЛАССИФИКАЦИИ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B03B5/00 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для промывки и классификации полидисперсных твердых материалов.

Известен способ противоточной промывки твердого материала по пат.США N 3309177 НКИ 287-87, 1967, заключающийся в вымывании маточного щелока из плотного движущегося вниз слоя материала промывной жидкостью, двигающейся снизу. Недостаток способа в неравномерном распределении промывной жидкости по сечению слоя, связанном с каналообразованием и наличием застойных зон в слое дисперсных частиц.

Способ непрерывной отмывки твердой фазы от маточного щелока по пат.ФРГ N 1294344 НКИ 12с, 1/00, 1968, заключающийся в противоточном прохождении промывной жидкости через оседающий и плотный слой дисперсного материала. Способ характеризуется невысокой удельной производительностью в связи с низкой концентрацией твердой фазы в оседающем слое частиц.

Наиболее близким по техническому решению является способ классификации полидисперсного материала, содержащего легкую и тяжелую фракции, включающий непрерывную подачу материала в восходящий поток жидкости, выделение легкой и тяжелой фракций за счет разности скоростей стесненного осаждения частиц разного размера и плотности (см.В.Н. Шохин, А.Г. Лопатин "Гравитационные методы обогащения", М. "Недра", 1993, с.73).

Все вышеприведенные способы промывки характеризуются определенной величиной выноса частиц легкой фракции, входящих в твердую фазу. Однако неизменность структуры слоя в процессе промывки не позволяет разделять легкую фракцию частиц и основную массу твердой фазы, составляющую слой.

Целью изобретения является повышение интенсивности промывки дисперсного материала, содержащего легкую фракцию, с одновременным обеспечением разделения легких и тяжелых частиц.

Цель достигается путем наложения на жидкость, идущую через слой снизу, пульсаций за счет изменения скорости ее подачи в слой, при этом изменение скорости жидкости осуществляется циклически, таким образом, что каждый цикл состоит из двух периодов, различающихся по длительности и скорости подачи жидкости. Первый период длится в течение времени, достаточного для полного псевдоожижения слоя при скорости подачи жидкой фазы, превышающей скорость начала псевдоожижения тяжелой фракции, длительность второго периода в 2 2,5 раза превышает время, необходимое для образования плотного слоя при скорости, составляющей 0,4 0,5 скорости начала псевдоожижения тяжелой фракции.

Способ позволяет периодически изменять структуру слоя, устраняя каналообразование и застойные зоны в слое, улучшать условия контактирования фаз, снижать продольное перемешивание фаз и повышать эффективность промывки. Разделению фаз и фракций дисперсного материала способствуют инерционные силы, возникающие при периодическом изменении направления движения частиц.

При скорости уноса легкой фракции, составляющей не более, чем 0,9 от скорости подачи жидкой фазы во второй период цикла, частицы легкой фракции практически не попадают в слой оседающих частиц и выносятся из надслойного пространства; захваченные оседающими частицами легкие частицы вымываются из слоя в первый период цикла, когда происходит интенсивное разрушение плотного слоя.

Параметры второго периода цикла обусловлены скоростью оседания частиц и скоростью образования устойчивых каналов и застойных зон в слое осевших частиц при заданной скорости подачи жидкой фазы в слой в этот период.

Пример исполнения N 1.

В колонный аппарат диаметром 0,3 м. высотой 5 м. имеющий в нижней части узел разгрузки твердой фазы, а в верхней части загрузочную трубу и сливной штуцер, сверху непрерывно подавалась суспензия твердых частиц в маточном растворе с Ж: Т 0,7 и расходом т.ф. 50 кг/час, а снизу вода с расходом 20 л/час. Твердая фаза содержала 10% легких частиц, включающих целевой компонент, со средним размером 30 мкм и плотностью 2,0 г/см³, и 90% тяжелых частиц со средним размером 100 мкм и плотностью 3,5 г/см³. Маточный раствор с плотностью 1,2 г/см³ содержал целевой компонент в количестве С_o 100 г/л.

Промывная жидкость, содержащая целевой компонент и легкие частицы, сливалась из аппарата через сливной штуцер, расположенный в верхней части аппарата. Аппарат непрерывно работал в таком режиме в течение 8 часов. В процессе работы определялись следующие параметры:
η степень промывки материала ,
где С_к концентрация целевого компонента в жидкой фазе на разгрузке аппарата,
Y содержание легкой фракции на разгрузке аппарата (Y,).

Полученные результаты приведены на фиг.1,2.

Пример исполнения N 2.

В аппарат по примеру исполнения N 1 вода подавалась с пульсационно-изменяющейся скоростью. Расход воды во всех вариантах составлял 20 л/час. Скорость начала псевдоожижения тяжелой фракции W_пст 0,012 см/с. Параметры 12 пульсационных режимов даны в табл.1.

В табл. 1: UII, τ_II расходная скорость раствора во второй период цикла, длительность второго периода цикла; Т время образования плотного слоя во второй период цикла; Тц длительность цикла.

В каждом из вышеприведенных режимов аппарат работал в течение 5 часов. В процессе работы также определялись η и Y.

На фиг.1 приведена зависимость степени отмывки твердой фазы (h) от длительности второго периода цикла (t_II) и скорости раствора в этот период (U_II). На фиг.2 дана зависимость концентрации легких частиц (Y) в разгружаемом отвале от длительности второго периода цикла (τ_II) и скорости раствора в этот период (U_II):
кривая I соответствует скорости раствора во второй период цикла U_II 0,3W_пст;
кривая 2: U_II 0,4W_пст;
кривая 3: U_II 0,5W_пст;
кривая 4: U_II 0,6W_пст.

Из фиг.1,2 видна тенденция зависимости η(U_II,t_II) и Y(U_II,τ_II). Оптимальное значение τ_II составляет (2 2,5)Т при U_II (0,4 0,5)W_пст. Эти параметры промывки обеспечивают степень промывки материала η 0,71 0,73, что в 1,15 1,18 раза выше степени промывки, достигаемой по прототипу, и снижают концентрацию легких частиц в отвале в 3 6 раз по сравнению с прототипом.

Использование: химическая технология и м.б. использовано для промывки и классификации полидисперсных твердых материалов. Сущность изобретения: способ включает непрерывную подачу материала в восходящий поток жидкости, выделение легкой и тяжелой фракций. Скорость восходящего потока изменяют циклически. Каждый цикл состоит из двух периодов, различающихся по длительности и скорости подачи промывной жидкости. Первый период длится в течение времени, достаточного для псевдоожижения слоя частиц при скорости подачи жидкости, превышающей скорость начала псевдоожижения тяжелой фракции. Длительность второго периода в 1,5 - 2,5 раза превышает время, необходимое для образования плотного слоя, при скорости подачи жидкости, составляющей 0,4 - 0,5 от скорости начала псевдоожижения тяжелой фракции. Скорость уноса легкой фракции составляет не более, чем 0,9 от скорости подачи промывной жидкости во второй период цикла. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ непрерывной промывки и классификации полидисперсного материала, содержащего легкую и тяжелую фракции, включающий непрерывную подачу материала в восходящий поток жидкости, выделение легкой и тяжелой фракций, отличающийся тем, что скорость восходящего потока изменяют циклически так, что каждый цикл состоит из двух периодов, различающихся по длительности и скорости подачи промывной жидкости, при этом первый период длится в течение времени, достаточного для псевдоожижения слоя частиц, при скорости подачи жидкости, превышающей скорость начала псевдоожижения тяжелой фракции, длительность второго периода в 1,5 2,5 раза превышает время, необходимое для образования плотного слоя, при скорости подачи жидкости, составляющей 0,4 0,5 скорости начала псевдоожижения тяжелой фракции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость уноса легкой фракции составляет не более чем 0,9 скорости подачи промывной жидкости во второй период цикла.