Шнековый реактор-смеситель Советский патент 1984 года по МПК B01J19/22 B01F7/08 

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к устройствам для смешивания реагентов ,и проведения химической реакции между плавиковым шпатом и сернЪй кислотой в производстве фтористого водорода.

Известен аппарат для смепшвания и введения в печь реагентов для получения фтористого водорода, имеющий цилиндрический кожух и транспортирующий шнек с приводным механизмом, сообщающим шнеку вращательное и возвратно-поступательное движение jj.

В известном аппарате происходит только смешивание реагентов и предварительная реакция, а основная реакция происходит в печи. Это приводит к удорожанию печи и быстрому выходу ее из строя.

Наиболее близким к предлагаемому является реактор-смеситель для производства фтористого водорода из плавикового шпата и серной кислоты, выполненный в виде, горизонтального цилиндрического корпуса, внутри которого установлен шнековый вал, имеющий вращательное и возвратно-поступательное движение, включающий зоны загрузки плавикового шпата, смешения и предварительной реакции, основной реакции и выгрузки продуктов, устройство для подачи кислоты в зону сме(Шения и предварительной реакции, устройство для отбора фтористого водорода, подпорное кольцо, расположенное между зоной загрузки и зоной смещения и предварительной реакции, причем шнековьй вал в зоне загрузки имеет сплошные витки, а в зонах смещения и реакции - прерывистые витки, с которыми взаимодействуют стержни, установленные неподвижно внутри корпуса 2 .

Недостатком известного реактора- смесителя является то, что цилиндрический корпус в зоне смешения и предварительной реакции имеет такой же диаметр, как и в зоне загрузки. Вместе с тем при подаче горячей серной кислоты происходит быстрая реакция с вьщелением фтористого водорода, который вспенивает смешиваемую массу.

Ограниченный объем зоны смешивания и предварительной реакции сдерживает развитие этого процесса, в результате чего большая часть плавикового шпата и серной кислоты поступает в зону основной реакции не npopeгировавшей. Это снижает выход фтористого водорода и приводит к увеличению длины зоны основной реакции. Одновременно с этим увеличивающееся давление в зоне смешения и предварительной реакции приводит к выходу фтористого водорода в зону загрузки через пробку плавикового шпата созданную благодаря наличию подпорного кольца.

Шнековый вал кроме вращательного имеет возвратно-поступательное движение, в результате чего при обратном ходе шнекового вала разрушается пробка плавикового шпата, созданная в области подпорного кольца.Это приводит к потерям фтористого водорода, выходящего через зону загрузки, а также к быстрому коррозионному разрушению соседнего с реактором оборудования, к вредному воздействию на обслуживакнций персонал.

Расположение устройства Для отбора фтористого водорода в известном реакторе-смесителе в самом начале зоны основной реакции приводит к потере тепла и уносу нейрореагировавших частиц плавикового шпата. Это отрицательно сказьшается на экономичности проводимого в реакторе-смесителе процесса.

Цель изобретения - увеличение выхода продуктов реакции и исключение потерь фтористого водорода через зону загрузки.

Указанная цел1 достигается тем, что шнековый реактор-смеситель для получения фтористого водорода из плавикового шпата и серной кислоты, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус, разделенный на зоны загрузки плавикового шпата, смешения и предварительной реакции, основной реакции и выгрузки продуктов, вал, установленный внутри корпуса по его оси с возможностью вращательного и возвратно-поступательного осевого перемещения, закреплённый на валу щнек со сплошными витками, расположенными в зоне загрузки, и прерывистыми витками, расположенными в зонах смешения и реакции, устройство для подачи кислоты в зо«у-смешения и предварительной реакции, устройство Для отбора фтористого водорода, подпорное кольцо, размещенное между зонами загрузки, смешения и предвари31тельной реакции, снабжен цилиндричес кой втулкой, установленной коаксиалы но снаружи вала в зоне загрузки с возможностью вращения относительно него, при этом сплошные витки шнека закреплены на втулке. Устройство для отбора фтористого водорода выполнено в виде кольцевой камеры, размещенной коаксиально снаружи зоны реакции и выгрузки продуктов. Благодаря расположению шнековых витков зоны загрузки на втулке, кото рая имеет возможность только вращательного движения, исключается механическое разрушение пробки плавикоВОГО шпата, образованной подпорным кольцом, обеспечивается более равномерная (непрерывная) подача плавикового шпата в реактор, что способствует оптимальному проведению реакции и увеличени о выхода продуктов реакции. Выполнение устройства для отбора фтористого водорода в йг1де кольцевой камеры, охватьшающей зону основной реакции и выгрузки продукта, обеспечивает обогревание зоны основной реакции горячими газами, йыходящими из вращающейся печи, которая установлена в технологической линии производства фтористого водорода после реактора-смесителя . Поскольку реакция между плавиковым шпатом и серной кислотой эндотер мическая, этонагревание способствует более полному реагированию компонентов и увеличению выхода продуктов реакции. На фиг. 1 изображен предлагаемьШ реа:ктор-смеситель в предельном разрыве, общий вид; на фиг. 2 - зойа загрузки плавикового шпата; на фиг. 3 - зона смешения и предварительной реакции, а также зона основной реакции и выгрузки продуктов. Шнековый реактор-смеситель содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого установлен шнековый вал 2. Корпус 1 включает в себя зону 3 загрузки плавикового шпата, зону 4 смеЬения и предварительной реакции, зону 5 основной реакции и выгрузки продуктов. . Шнековый вал 2 установлен в подшипниках 6 и 7 и имеет вращательное и возвратно-поступательное движение (фиг, 1 стрелки А и Б). 0 Шнековый вал 2 имеет сплошные витки 8 в зоне 3 и прерывистые витки 9 в зонах 4 и 5. Прерывистые витки 9 взаимодействуют со стержнями 10, установленными неподвижно на внутренней стенке цилиндрического корпуса 1 в зонах 4 и 5. В зоне 3 (фиг.2) Имеется патрубок 11 для подачи пла-. викового щпата. Сплошные шнековые витки 8 в зоне 3 загрузки плавикового шпата расположены на втулке 12, которая имеет возможность вращательного движения относительно шнекового вала 2 от привода 13, независимого от основного привода (не показан), сообщающего шнековому валу 2 сложное движение (вращательное и возвратно-поступательное). Для этого втулка 12 установлена на подшипниках 14 качения в корпусе привода 13, между втулкой 12 и валом 2 имеется зазор, который на конце втулки 12 уплотняется с помощью сальника 15. В конце зоны 3 .загрузки плавикового шпата установлено подпорное кольцо 16, которое служит для создания пробки 17 из плавикового шпата, предотвращающей, выход фтористого водорода из зоны смешения и реакции в зону загрузки. Подпорное кольцо 16 имеет коническую, сужающуюся по ходу плавикового шпата поверхность 18 и цилиндрическзто поверхность 19, диаметр которой меньше внутреннего диаметра цилиндрического корпуса в зоне загрузки. Цилиндрический корпус реакторасмесителя в зоне 4 смешения и предварительной реакции (фиг.З) имеет расширение по отношению к зоне 3 загрузки до диаметра площади поперечного сечейия цилиндрического корпуса 1 в зоне 4, в 2-2,3 раза большей площади поперечного сечения цилиндрического корпуса 1 в зоне 3. , В зоне 4 смешения и предварительной реакции расположено устройство для подачи кислоты (показано в виде штуцеров 20) и смотровое окно 21. В конце зоны 4 смешения и предварительной реакции имеется промежуточ-. ная опора для шнековрго вала 2. Промежуточная опора включает в себя втулку 22 из износостойкого материала и прерывистые лопасти 23, уста-; новленные на шнековом валу 2 равномерно по Окружности. Прерывистые витки 9 шнекового ва ла 2 могут быть установлены на съем ных втулках 24 для возможности их замены при ремонте. Неподвижные стержни 10 выполнены в виде лопаток и установлены в стен ке цилиндрического корпуса 1 с возможностью поворота относительно их продольных осей для регулирования зазора между поверхностями прерывис тых витков 9 и стержней 10. В зоне 5 основной реакции и выгрузки продуктов прерьшистые витки шнекового вала 2 и неподвижные стер ни 10 выполнены и установлены так же, как и в зоне 4 сме;шения и предварительной реакции. Отверстия 25 и 26 для выхода продуктов реакции расположены в конце зоны 5. Большая часть зоны 5 основной реакции и выгрузки продуктов расположена внутри вращающейся печи, предусмотренной в технологической линии оборудования для производства фтористого водорода (стенка печи условно обозначена штрйх-пунктирш 1ми линиями). I Устройство для отбора фтористого водорода выполнено в виде кольцевой камеры 27, которая охватывав- зону 5 основной реакции и выгрузки продуктов. Камера 27 ограничивается фланцем 28 и имеет патрубок 29 для отвода фтористого водорода. Реактор-смеситель работает следую щим образом. Через патрубок 11 в зону 3 загруз ки подается измельченный плавиковый пшат, который сплошными шнековыми витками 8 перемещается к подпорному кольцу 16. Проходя по конической поверхности 18 подпорного Кольца 16, плавиковый шпат уплотняется и образует пробку 17 в зоне цилиндрической поверхности 19 подпорного кольца 16. Пробка 17 из плавикового шпата предотвращает выход газов из зон 4 и 5 реакции в зону 3 загрузки. Изменение дозирования плавикового шпата производится изменением частоты вращения привода 13 и втулки 12, на которой установлены сплошные шнековые витки 8. При непрерывном вращении втулки 12 плавиковый шпат продавливается в зону 4 смешения и предварительной реакции, где он рассьгаается и орошается горячей серной кислотой, которая подается по штуцерам 20. При вращении и возвратно-поступательном движении шнекового вала 2 производится тщательное перемешивание плавикового шпата и серной кислоты и транспортирование смеси вдоль корпуса 1. В процессе согласованного вращательного и возвратно-поступательного движения шнекового вала 2 прерывистые витки 9 проходят мимо неподвижных стержней 10 благодаря наличию разрывов между отдельными частями ви-гков 9. Для обеспечения оптимальнрго зазора между витками 9 и стержнями 10 последние могут быть повернуты вокруг их продольных осей. Дозированием плавикового шпата и серной кислоты, а также установлением оптимального зазора между витками 9 и стержнями 10 добиваются наибольшей полноты химической реакции в зонах 4 и 5. Продукты реакции выходят через отверстия 25 и 26, при этом твердая фаза идет на,дальнейшую прокалку во вращающуюся печь, а фтористый водород проходит в камеру 27 и отводится через патрубок 29. Зона 5 основной реакции и выгрузки обогревается горячими газами, выходящими из вращающейся печи. Расположение сплошных шнековых витков в зоне загрузки на специальной втулке, имеющей возможность вращательного движения, независимого от сложного движения шнекового вала, позволяет исключить разрушение пробки из плавикового шпата в зоне подпорного кольца и тем самым исключить выход газообразного фтористого водорода через зону загрузки в атмосферу. Этому также способствует расширение цилиндрического корпуса в зонах смешения и реакции вследствие понижения давления в зоне предварительной реакции. Предлагаемый реактор-смеситель позволяет повысить полноту химической реакции, увеличить таким образом выход продуктов реакции, снизить расход серной кислоты, снизить влажность получаемого гипса. Кроме того, исключаются потери фтористого водорода за счет исключения выхода его через зону загрузки в атмосферу. Указанные технические преимущеста позволяют повысить производитель7ность вращающейся печи, установленной непосредственно за реакторомсмесителем и срок ее службы. 1082480 , 8 При использовании изобретения улучшатся условия труда обслуживающего персонала, уменьшится коррозия оборудования из углеродистой стали.

Ф1/г.2

1. ШНЕКОВЫЙ РЕАКТОР-СМЕСИ-. ТЕЛЬ для получения фтористого водо рода из плавикового шпата и серной кислоты, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус, разделенный на зоны загрузки плавикового шпата, смешения и предварительной реакции, основной реакции и выгрузки продуктов, вал, установленный внутри кор- тсуса по его оси с возможностью вращательного и возвратно-поступательного осевого перемещения, закрепленный на валу шнек со сплошными витками, расположенными в зоне загрузки. и прерывистыми витками, расположенными в зонах смешения и реакции, устройство для подачи кислоты в зону смешения и предварительной реакции, устройство длд отбора фтористого водорода, подпорное кольцо, размещенное между зонами загрузки, смешения и предварительной реакции, отличаю щи йен тем, что, с целью увеличения выхода продуктов реакции и исключения потерь фтористого водорода через зону загрузки, он снабжен цилиндрической втулкой, установленной коаксиально снаружи вала в зоне загрузки с возможностью i вращения относительно него, при этом сплошнью витки шнека закреплены (Л на втулке. 2. Реактор-смеситель по п. 1, отлич ающийся тем, что устройство для отбора фтористого водорода выполнено в виде кольцевой камеры, размещенной коаксиально снао эо ружи зоны редакции и выгрузки продуктов. N5 -1 X)