АВТОКЛАВ Российский патент 1997 года по МПК B01J19/00 B01D29/75 B01J3/04 C22B3/02 

Изобретение относится к аппаратуре для проведения физико-химических процессов и фильтрования и может быть использовано для переработки веществ в виде суспензий или пульп при высоких параметрах давления и температуры, например, в химических производствах, гидрометаллургии цветных и редких металлов и др.

Известен аппарат для проведения физико-химических процессов под давлением, содержащий корпус с подогревателем, устройство для перемешивания и выгрузки перерабатываемой пульпы, расположенное внутри корпуса, и фильтрующее устройство, выполненное в виде пакета фильтровальных элементов (колец), размещенного в днище корпуса, для отвода через него жидкой фазы пульпы [1]
В условиях высоких параметров давления и температуры и переработки плотных суспензий данный аппарат не обеспечивает надежного ведения процесса из-за проблем, связанных с фильтрацией. Одна из основных проблем это осаждение и уплотнение осадка на фильтре, препятствующего фильтрации, и необходимость вскрытия аппарата для удаления такого осадка, что связано с большим объемом непроизводительной работы. Кроме того, в указанных выше условиях необходимы меры по обеспечению герметичности фильтрующего устройства относительно корпуса аппарата и его прочности, от которых зависит надежность работы фильтрующего устройства и аппарата в целом, что связано с усложнением конструкции аппарата и дополнительными затратами.

Известен реактор для проведения физико-химических процессов и фильтрования, содержащий корпус с рубашкой, перемешивающее устройствос приводом и фильтр, включающий размещенные в нижней части корпуса реактора фильтровальную перегородку и приемник фильтрата с поршнем, снабженным пневмоцилиндром. При работе реактора в режиме проведения физико-химических процессов поршень, находясь в верхнем положении в приемнике фильтрата, перемещается к фильтровальной перегородке, после проведения реакции и выпадения твердой фазы поршень отводится в нижнее положение, реактор работает в режиме фильтрации. Для удаления осадка с фильтровальной перегородки необходимо отсоединить приемник фильтрата и снять фильтровальную перегородку [2]
Одним из основных недостатков известного аппарата является необходимость вскрытия реактора для выгрузки осадка, для чего необходимо вывести реактор из технологического режима, открыть его после выгрузки осадка снова выводить на рабочие параметры (по температуре и давлению), что связано с непроизводительными затратами, значительно снижает технико-экономические показатели аппарата. Кроме того, некоторые продукты, полученные в процессе переработки, для сохранения их физико-химических свойств требуют сохранения температуры и давления в процессе фильтрации и вывода из аппарата без промежуточных операций. В данном реакторе такие условия не обеспечиваются, что приводит к потере конечного продукта.

Предлагается конструктивное исполнение автоклава вышеуказанного назначения, позволяющее решить задачу стабильной фильтрации и отбора жидкого продукта из автоклава при рабочих параметрах давления и температуры нагрузки твердого осадка (продукта) без остановки и вскрытия автоклава, что дает возможность максимально использовать все преимущества автоклавных технологий, обеспечитьсохранение и наиболее полный отбор основного жидкого продукта, исключить различные непроизводительные затраты, характерные для вышеописанных известных аппаратов.

Задача решается путем выполнения фильтра в виде сосуда из тонкопористого материала, закрепленного, например, на корпусе автоклава внутри его рабочего пространства с образованием полости между фильтром с одной стороны и стенками и днищем корпуса автоклава с другой стороны, при этом патрубки загрузки продукта на переработку и выгрузки твердого продукта из автоклава сообщены с полостью фильтра, патрубок выгрузки жидкого продукта сообщен с полостью, образуемой фильтром и стенкой корпуса автоклава.

Предлагаемое исполнение фильтра и его компоновка в аппарате включают значительную площадь фильтрации, исключают образование плотного осадка на фильтре, препятствующего выгрузке жидкого продукта, позволяют выводить жидкий продукт из автоклава при рабочих параметрах и осуществлять последующую выгрузку твердого продукта из полости фильтра, не выводя аппарат из технологического режима.

Отсутствие в известных источниках информации сведений об аппаратах, реакторах и автоклавах, решающих указанную выше задачу и имеющих аналогичную совокупность конструктивных признаков, позволяет характеризовать заявляемое техническое решение, как отвечающее критериям изобретения.

На чертеже представлен предлагаемый автоклав, предназначенный, в частности, для проведения процессов выщелачивания металлов из руд или минеральных концентратов в гидрометаллургических производствах.

Автоклав представляет собой вертикальный сосуд, состоящий из корпуса высокого давления 1 и объемной крышки 2, на которой установлены привод (не показан) перемешивающего устройства и торцевое уплотнение 3 вала перемешивающего устройства, выполненного например, в виде лопастной мешалки 4. Крышка 2 уплотнена по фланцу металлической прокладкой 5 и соединена герметично с корпусом 1 шпилечным крепежом 6. На крышке предусмотрены патрубки 7 для загрузки пульпы в автоклав, штуцер 8 для подачи и сброса газа под давлением, штуцер 9 для установки термопары. Корпус аппарата снабжен установленными снаружи трубчатыми электронагревателями 10 и теплоизоляционным кожухом 11. Внутри корпуса в рабочем пространстве автоклаве подвешен фильтр 12, выполненный в виде стакана из тонкопористого химически стойкого и механически стойкого и механически прочного материала (например, термостойкого стекла, керамики, спеченного порошкового металла и др.), закрепленного на корпусе и образующего со стенками и днищем корпуса полость 13. В днище фильтра имеется патрубок 14, который герметично проходят через днище корпуса автоклава и снабжен запорным клапаном 15. В днище корпуса имеется патрубок 16, сообщенный с полостью 13, который закрывается герметично запорным клапаном 17.

Автоклав работает следующим образом.

Через патрубок 7 в автоклав загружают пульпу (суспензию), которая попадает в полость фильтра 12, при этом уровень загрузки поддерживают ниже плоскости разъема автоклава по уплотнительной прокладке 5. При заполнении фильтра пульпой жидкая фаза проходит через стенку фильтра, заполняя все рабочее пространство автоклава, включая полость 13 между фильтром и стенкой корпуса. При перемешивании пульпы мешалкой 4 при рабочих параметрах давления и температуры происходят диффузионный массообмен веществ и химическая реакция, при этом продукты реакции переносятся в объемную часть раствора. После остановки мешалки и отстаивания пульпы раствор сливают из автоклава через патрубок 16. Далее через патрубок 7 в полость фильтра заливают промывную жидкость, включают мешалку, взбалтывают осадок и выгружают его на полости фильтра и автоклава в виде суспензии через патрубок 14.

Поскольку выгрузку жидкого и твердого продукта из автоклава осуществляют при рабочих параметрах, после закрытия выгрузочных патрубков запорными клапанами автоклав готов для переработки новой порции пульпы минерального концентрата.

Предлагаемое исполнение фильтра и компановка узлов аппарата в целом создают благоприятные условия для работы фильтра, фильтр имеет большую площадь фильтрации, не испытывает высокого перепада давлений, не подвержен воздействию нагрузки от уплотненного осадка, не требует герметизации и других конструктивных усложнений, обеспечивающих защиту от нагрузок.

В результате автоклав обеспечивает надежный и стабильный процесс фильтрации и отбора жидкого продукта, а также выгрузку твердого продукта (осадка) при сохранении рабочих технологических параметров автоклава, что, в свою очередь, значительно повышает производительность автоклава и качество получаемого продукта. Предлагаемого конструктивное решение автоклава позволяет максимально использовать преимущества автоклавных технологий, в частности, в гидрометаллургических производствах.

Изобретение решает задачу стабильной фильтрации и отбора жидкого продукта, а также выгрузки твердого продукта из автоклава без его остановки. Автоклав включает корпус с рубашкой обогрева, снабженный технологическими патрубками, фильтр, выполненный в виде сосуда из тонкопористого материала, закрепленный внутри рабочего пространства автоклава с образованием полости между фильтром и корпусом; перемешивающее устройство, размещенное в полости фильтра; при этом патрубок загрузки продукта (пульпы) на обработку и патрубок выгрузки твердого продукта из автоклава сообщены с полостью фильтра, а патрубок выгрузки жидкого продукта сообщен с полостью, образуемой фильтром и стенками корпуса автоклава. 1 ил.

Автоклав, содержащий корпус с крышкой, снабженный нагревателем и технологическими патрубками для вывода жидких и твердых компонентов и газа, перемешивающее устройство, установленное внутри корпуса, закрепленное на крышке и соединенное с приводом, и фильтр, размещенный внутри корпуса, отличающееся тем, что фильтр выполнен в виде сосуда из тонкопористого материала, закреплен на крышке с образованием полости между его стенками и стенками и днищем корпуса, перемешивающее устройство размещено внутри полости фильтра, патрубки загрузки жидкого компонента и выгрузки твердого компонента соединены с полостью фильтра, а патрубок выгрузки жидкого компонента соединен с полостью, образуемой стенками фильтра и корпуса.