ПУЛЬСАЦИОННЫЙ РЕАКТОР ЯЩИЧНОГО ТИПА Российский патент 2002 года по МПК B01J8/00 

Изобретение относится к аппаратам химической, гидрометаллургической технологии, а именно к реакторам ящичного типа с пульсационным перемешиванием и предназначено для непрерывного химического осаждения веществ из растворов.

При получении веществ химическим осаждением к их осадкам предъявляются следующие требования: в первую очередь по плотности частиц, их крупности и структуре. Осадки после осаждения должны легко фильтроваться, промываться от примесей, прокаливаться, иметь низкое пыление при работе с ними.

Известен реактор для непрерывного химического осаждения веществ, содержащий трубчатый корпус с патрубками подачи растворов и выдачи полученных продуктов. В реакторе патрубок подвода исходного раствора расположен над патрубком подвода осадительного (авт. св. 1494915 В 01 D 9/02, 1989г.)
При подаче в реактор исходного раствора и осадительного они смешиваются за счет диффузии, при этом образующийся осадок, как наиболее тяжелый, опускается в донную часть реактора, откуда он выдается из реактора периодически, а маточный раствор непрерывно вверху.

К недостаткам этого реактора относятся отсутствие в нем мешалки, что приводит к осаждению и выводу из него как крупных, так и мелких частиц осадка, осаждение веществ без перемешивания не создает физико-химических условий постепенному образованию центров кристаллизации и их росту, в зоне осаждения создаются условия пересыщения одного химического соединения в другом, что приводит к массовому образованию центров и отсутствию условий их роста.

Осадки после осаждения получаются коллоидообразными, они плохо фильтруются и разделяются, что увеличивает время фильтрации, снижает производительность оборудования, увеличивает материальные и энергетические затраты.

Известен пульсационный реактор ящичного типа, содержащий патрубки подачи реагентов и выдачи полученных продуктов, разделенный перегородками с обеспечением верхнего перетока раствора на секции с установленными в них пульсационными перемешивающими устройствами с соплами (в книге под ред. Карпачевой С. М. Основы теории и расчета горизонтальных пульсационных аппаратов и пульсаторов. М.: Атомиздат, 1961, с. 13. рис. 2(в)).

Данный реактор по конструктивной схеме является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.

Этот реактор может обеспечить двухстадийное химическое осаждение веществ, однако двухстадийное осаждение также не обеспечивает образование центров кристаллизации и не исключает массового осаждения, что приводит к получению коллоидообразных осадков к снижению производительности оборудования на последующих процессах, к увеличению материальных и энергетических затрат.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - получение осадков с заданными свойствами, снижение материальных и энергетических затрат на последующих процессах работы с осадками полученных веществ.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в пульсационном реакторе ящичного типа, содержащем корпус с патрубками подачи реагентов и выдачи полученных продуктов, разделенный перегородками с обеспечением верхнего перетока растворов на секции с установленными в них пульсационными перемешивающими устройствами с соплами, каждая секция смешения снабжена дополнительной перегородкой, размещенной с обеспечением расположения сопел пульсационного перемешивающего устройства по обе ее стороны, и патрубком подачи реагента, установленным по направлению потока за дополнительной перегородкой. При этом одна из секций выполняет назначение осадительной камеры, дополнительная вертикальная перегородка выполнена съемной.

Реактор изображен на чертежах, где на фиг.1 - общий вид в разрезе, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Пульсационный реактор ящичного типа содержит корпус 1, патрубки подачи исходного раствора 2, выдачи продуктов реакции 3, выдачи осадка 4, сдувки 5. Корпус разделен перегородками 6 и 7 на секции смешения 8 и 9 и отстоя 10 с обеспечением верхнего перетока раствора. Каждая секция осаждения (смешения) содержит перемешивающее устройство 11 с соплами 12 и дополнительную вертикальную перегородку 13 с обеспечением размещения сопел по обе ее стороны. Патрубок 14 ввода осадителя установлен под уровень смеси и по направлению движения потока за дополнительной перегородкой.

Пульсационные перемешивающие устройства имеют патрубки 15 подачи импульсов давления. Дополнительная перегородка выполнена съемной с направляющим устройством 16 и установлена относительно днища корпуса с зазором. Для освобождения секций осаждения от растворов в их нижней части выполнены патрубки 17.

Работа реактора осуществляется следующим образом. Исходный раствор непрерывно подают в секцию осаждения 8 через патрубок 2 до дополнительной перегородки 13, а осадитель непрерывно вводят в каждую секцию под уровень смеси через патрубок 14 после дополнительной перегородки. В перемешивающее устройство 11 непрерывно подают импульсы давления через патрубки 15 с частотой 40-80 кол/мин, а сдувка из реактора осуществляется через патрубок 5. При работе перемешивающего устройства растворы, имеющие разные концентрации, по ходу потока усредняются в нем.

Первые порции усредненного раствора не имеют затравочных центров. По мере образования осадка его растворение уменьшается и затем образуются одиночные центры кристаллизации, количество которых затем быстро возрастает, что способствует в условиях повышения концентрации осадителя протеканию процесса кристаллизации и росту кристаллов. Процесс образования затравочных центров нарастает по ходу потока постепенно от секции к секции, при этом постепенно происходит перераспределение концентраций осадителя и осадка в смеси, что исключает массовое осаждение, пересыщение растворов друг в друге, образование затравочных центров и осадка за короткий промежуток времени.

Процесс корректировки концентрации проводится от начала до конца процесса осаждения в обеих секциях реактора, затем смесь раствора через перегородку 7 сливается в секцию 10, где осадок под собственным весом опускается вниз, а маточный раствор через патрубок 3 выдается из реактора самотеком. Осадок из нижней части через патрубок 4 выдается периодически.

Приведенная схема химического осаждения веществ из растворов в заявленном реакторе позволяет при подборе объемов секции и их формы (высоты, поперечного сечения, объема перемешивающего устройства) настраивать его на осаждение любых веществ без использования дополнительных устройств, веществ на создание затравки или веществ кристаллизации.

Реактор испытан в производственных условиях на технологической установке при осаждении аммиачных солей урана. Результаты, принятые за единицу, даны в таблице в сравнении с результатами осаждения таких же солей при двухстадийном процессе в двухсекционном реакторе при аналогичных параметрах и условиях.

Как видно из таблицы, заявленный реактор обеспечивает получение при химическом осаждении веществ из растворов осадков с заданными свойствами, что существенно повышает производительность оборудования на последующих технологических операциях, снижает материальные и энергетические затраты производства.

Пульсационный реактор относится к аппаратам химической технологии и предназначен для процесса химического осаждения веществ из растворов. Данный реактор содержит корпус с патрубками подачи реагентов и выдачи полученных продуктов, разделенный перегородками с обеспечением верхнего перетока растворов на секции с установленными в них пульсационными перемешивающими устройствами с соплами. Каждая секция смешения снабжена дополнительной вертикальной перегородкой, размещенной с обеспечением расположения сопел пульсационного перемешивающего устройства по обе ее стороны, и патрубком для ввода реагента, установленным по направлению движения потока за дополнительной перегородкой. Реактор может содержать отстойную камеру. Дополнительная вертикальная перегородка может быть выполнена съемной. Применение данного пульсационного реактора позволяет упростить процесс получения осадков веществ с заданными свойствами и снизить материальные и энергетические затраты. 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Пульсационный реактор ящичного типа для проведения химических процессов осаждения, содержащий корпус с патрубками подачи реагентов и выдачи полученных продуктов, разделенный перегородками с обеспечением верхнего перетока растворов на секции с установленными в них пульсационными перемешивающими устройствами с соплами, отличающийся тем, что каждая секция смешения снабжена дополнительной вертикальной перегородкой, размещенной с обеспечением расположения сопел пульсационного перемешивающего устройства по обе ее стороны, и патрубком для ввода реагента, установленным по направлению движения потока за дополнительной перегородкой. 2. Пульсационный реактор по п.1, отличающийся тем, что он содержит отстойную камеру. 3. Пульсационный реактор по п.1, отличающийся тем, что дополнительная вертикальная перегородка выполнена съемной.