Массообменный аппарат Советский патент 1987 года по МПК B01D3/32 B01D15/02 

Изобретение относится к конструкциям колонных аппаратов и предназначено для использования в химической промышленности, гидрометаллургии редких и цветных металлов при осуществлении противоточных массо- обменных процессов в системе жидкость - твердое тело, например, таких, как классификация пульп с одновременной промывкой песков, сорбция растворимых веществ ионообменными смолами и др.

Цель изобретения - упрощение получения ценных веществ путем одновременного осуществления процессов классификации пульпы, промывки песков, сорбции растворимых веществ, а также предотвращение выноса песков из коничес-кой части верхней отстойно камеры.

На чертеже изображен массообмен- ный колонньш аппарат, общий вид,

Массообменньй колонный аппарат содержит верхнюю отстойную камеру, состоящую из цилиндрической 1 и конической 2 частей, нижнюю 3 отстойную и пульсационную 4 камеры, реакцион- ную камеру 5, патрубки для подвода пульпы 6 и отвода песков 7, для подвода 8 и отвода 9 ионита (ионообмен- ндй смолы), для подвода промывной Жидкости 10 и отвода шламовой суспензии И. Цилиндрическая часть верхней отстойной камеры 1 и реакционная камера 5 снабжены контактными элементами 12, а коническая часть верхней камеры 2 - пакетом усеченных конусов 13 и конической трубой 14. Цилиндрическая часть верхней отстойной камеры снабжена также сетчатой конической обечайкой 15.

Массообменный аппарат работает следующим образом.

Пульпа, содержащая твердые части- цы и-ценный растворимый компонент, например молибден, через патрубок 6 подается тангенциально в коническую трубу 14 конической части верхней отстойной камеры 2. Снизу через пат- рубок 10 поступает промывная жидкост (вода, подкисленная вода и т.д.). Пески, многократно контактируя с промывной жидкостью в реакционной камере 5, сгущаются в нижней отстойной камере 3 и выводятся через пат,рубок 7. Жидкая фаза, содержащая ценный компонент и шламы с допустимым для дальнейщего технологического процесO

5

0

,

са - сорбции, количеством песков, проходит через пакет прямых усеченных конусов 13 и поступает через сетчатую обечайку 15 в цилиндрическую часть верхней отстойной камеры 1. Туда же через патрубок 8 подается ионит, который, многократно контактируя со шламовой суспензией, задерживается на сетчатой конической обечайке 15, имеющей размер ячее;к меньший, чем диаметр зерен ионита, и выводится на регенерацию через патрубок 9. Проконтактировавшая с ионитом суспензия выводится из аппарата через патрубок 11. Объему пульпы, заполняющей аппарат, через пульсационную камеру 4 сообщаются возвратно-поступательные колебательные движения с помощью золотниково-распределительного механизма. Для обеспечения эффективного массообмена песков с промывной-жидкостью и ионита со шламовой суспензией используются контактные элементы 1.2.

Таким образом, создается три разделительных зоны: реакционная камера, коническая часть верхней отстойной камеры и цилиндрическая часть верхней отстойной камеры. В первой зоне происходит диффузионный процесс выделения растворимого вещества из поровой влаги Песковых частиц в поток промывной жидкости, во второй - . механический процесс разделения твер- 5 дои фазы исходной пульпы на песковую и шламовую фракции, а в третьей - массообменный процесс сорбции растворимого вещества .

0

Выполнение аппарата таким образом, что отношение площадей сечения реакционной камеры и цилиндрической части верхней отстойной камеры равно 0,15-0,55, приводит к созданию взвешенного слоя осадка на протяжении всего вертикального потока. При отношении площадей сечения менее 0,15 происходит нарушение взвешенного слоя ионита ввиду уплотнения и образования каналов в цилиндри чес- кой части верхней отстойной камеры, что приводит к ухудшению эффективности массообмена. При отношении площадей более 0,55 также происходит нарушение взвешенного слоя ионита вследствие значительного его раздви- жения из-за повьшенной скорости восходящего потока суспензии. Кроме того, время контакта шламовой суспензии и ионита оказывается недостаточным для насыщения смолы раство римым веществом. Это приводит к потерям ценного компонента с выходящим из аппарата раствором.

Снабжение цилиндрической части верхней отстойной камеры сетчатой конической обечайкой и патрубком для отвода осадка препятствует по- паданию смолы в зону классификации и способствует автономному отводу смрлы из аппарата. Тем самым создается дополнительная зона массообмен ного сорбционного процесса. Преимущества такого приема, состоящие в проведении в одном аппарате двух массообменных и одного механического процессов заключаются в отсутствии в технологической цепочке насосов, аэролифтов, буферных емкостей, клапанов и другой запорной арматуры сокращении производственных площадей и расхода электроэнергии, создании с помощью одного пульсатора взвещенного слоя как для процесса классификации пульпы с одновременной промывкой песков, так и для процесса сорбции.

Немаловажное значение для проведения массообменных процессов в ап- парате имеет и коническая часть верхней отстойной камеры, в которой происходит классификация, т.е. разделение твердой фазы исходной пульпы на

Выщелоченная пульпа имеет следуйпесковую и шламовую фракции. И от то- характеристики: содержание молиб- го, насколько полно происходит разде- дена в жидкой фазе 4,3-4,5 г/л;плот- ление, зависит как качество нижнего продукта - песков, которые должны содержать минимальное количество мелких классов - шламов, так и качество 40 верхнего слива, который должен содержать минимальное допустимое для последующего процесса количество крупных классов - песков. Этому способствует установка в конической части 45 верхней отстойной камеры пакета усеченных конусов и конической трубы, с которой тангенциально связан патрубок для подвода пульпы. Эффективное использование конической трубы в ка- 50 ротаметр поступает вода. Расход во- честве циклонной камеры для обеспе- ды 4,9-5,1 л/мин. Пески, многократно чения дополнительной классификации .твердой фазы пульпы вследствие создания центробежного поля. Предложенная форма трубы обусловлена также .необходимостью создания повышенного сопротивления в нижней части конической трубы, что препятствует попаданию большого количества пшамов в реность 1420-1490 кг/м ; содержание песков класса +0,1 мм 39-42 %.

Методика эксперимента состоит в следующем.

Исходная выщелоченная пульпа с расходом 4,8-5,0 л/мин тангенциально подается в коническую трубу конической части верхней отстойной каме- :ры, в которой в основном происходит разделение твердой фазы пульпы на песковую (частицы размером более 0,1 мм) и шламовую (частицы размером менее 0,1 мм) фракции. Снизу через

контактируя с водой, сгущаются и выводятся из нижней отстойной камеры аппарата. Шпамовая суспензия, про- 55 ходя через пакет усеченных конусов, поступает в цилиндрическую часть верхней отстойной камеры, в которую сверху с расходом 0,9-1,0 л/мин подается ионит. Столбу пульпы в аппа

акционную камеру 5. Этой же цели служит пакет усеченных конусов 13.

Таким образом, снабжение цилиндрической части верхней отстойной камеры контактными элементами, сетчатой конической обечайкой, патрубком для отвода осадка и выполнение аппарата таким образом, что отношение площадей сечения реакционной камеры и цилиндрической части верхней отстойной камеры равно 0,15-0,55, а также установка в конической части верхней отстойной камеры пакета усеченных конусов и конической трубы, с которой тангенциально связан патрубок подвода исходной пульпы, обеспечивают возможность одновременного осуществления процессов классификации пульпы, промывки песков и сорбции растворимых ценных веществ в одном аппарате с получением отмывных песков, насьщ5енного ионита и слива, содержащего шламовые фракции.

Пример 1. В колонном аппарате, имеющем диаметр реакционной камеры 0,2 м и высоту 2,2 м, диаметр цилиндрической части верхней отстойной камеры 0,3 м и высоту 3,2 м (высота конической части верхней отстойной камеры 1,3 м), производят классификацию выщелоченной пульпы, промывку песков и сорбцию молибдена ионитом. .

Выщелоченная пульпа имеет следуйщ е характеристики: содержание молиб- дена в жидкой фазе 4,3-4,5 г/л;плот- ротаметр поступает вода. Расход во- ды 4,9-5,1 л/мин. Пески, многократно

характеристики: содержание молиб- дена в жидкой фазе 4,3-4,5 г/л;плот- ротаметр поступает вода. Расход во- ды 4,9-5,1 л/мин. Пески, многократно

ность 1420-1490 кг/м ; содержание песков класса +0,1 мм 39-42 %.

Методика эксперимента состоит в следующем.

Исходная выщелоченная пульпа с расходом 4,8-5,0 л/мин тангенциально подается в коническую трубу конической части верхней отстойной каме- :ры, в которой в основном происходит разделение твердой фазы пульпы на песковую (частицы размером более 0,1 мм) и шламовую (частицы размером менее 0,1 мм) фракции. Снизу через

характеристики: содержание молиб- дена в жидкой фазе 4,3-4,5 г/л;плот- ротаметр поступает вода. Расход во- ды 4,9-5,1 л/мин. Пески, многократно

контактируя с водой, сгущаются и выводятся из нижней отстойной камеры аппарата. Шпамовая суспензия, про- ходя через пакет усеченных конусов, поступает в цилиндрическую часть верхней отстойной камеры, в которую сверху с расходом 0,9-1,0 л/мин подается ионит. Столбу пульпы в аппаpare через пульсационную камеру со- общаются возвратно-поступательные колебательные движения. Скорость восходящего потока воды в реакционной камере 9,7 м/ч, скорость восхоКак видно из результатов экспериментов, достигается высокая эффективность массообменных процессов и классификации твердой фазы исходной вьщелоченной пульпы. Получаемые нижний и верхний продукты предлагаемого массообменного колонного аппарата содержат минимальное количество растворенного молибдена, верхний слив - минимальное количеств о песков.

Пример 2. В колонном аппарате, имеющем диаметр реакционной

дящего потока шламовой суспензии в цилиндрической части верхней отстойной, камеры 8,5 м/ч.

Результаты экспериментов представлены в табл.1.

Т а б л и ц а 1

25

камеры 0,2 м и диаметр цилиндрической части верхней отстойной камеры соответственно 0,22; 0,24; 0,27; 0,30; 0,40; 0,44; о,51; о,60; о,70м и. выполненном в соответствии с предлагаемой конструкцией, производят

классификацию выщелоченной пульпы, промывку песков и сорбцию молибдена ионитом (условия опыта № 1). В ре- зультате испытаний получают следующие технологические показатели

35 (табл.2)., ,

Таблица 2

7

Результаты проведенных испытаний показали, что для достижения поставленной цели.необходимо выполнение колонного аппарата, в котором площадь йоперечного.сечения реакционной камеры равна (0,15 - 0,55) площади поперечного сечения цилиндрической части верхней отстойной камеры. Если это отношение меньше, увеличиваются в три и более раз потери ценного компонента вледствие каналообразования в слое ионита,при отношении площадей более 0,55 также возрастают потери ценного компонента (молибдена) из-за нарушения взвешенного слоя (создается скорость восходящего потока, превьш1ающая, равная или чуть меньшая экспериментально установленной скорости осаждения ионита в шламовой суспензии, что приводит к сильному раздвижению взвешенного слоя и в ряде случаев к частичному выносу ионита) и недостаточного времени контакта анионоб- менной смолы с раствором.

Предлагаемый аппарат характеризуется значительной технико-экономической эффективностью и может служить для упрощения проведения мас- сообменных процессов. Проведение в .одном аппарате процессов классификации пульп и промывки песков, сорции ценного растворимого вещества ионитом упрощает технологическую схему получения ценного компонента так как из цепочки аппаратов исклю

79

8

чаются дополнительные насосы, аэролифты, буферные емкости, клапаны, вентили, контрольно-измерительные приборы и автоматы и т.д.

Формула изобретения

1.Массообменный аппарат непрерывного действия с противотоком фаз и взвешенным осадком, включающий верхнюю, нижнюю отстойные и пульса- ционную камеры, реакционную камеру с контактными элементами, патрубки для подвода и отвода фаз, отличающийся тем, что,.с целью упрощения получения ценных веществ путем одновременного осуществления процессов классификации пульпы,промывки песков и сорбции растворимых веществ, цилиндрическая часть верхней отстойной камеры снабжена контактными элементами, сетчатой конической обечайкой и патрубком для отвода осадка, при этом отношение площадей сечения реакционной камеры и цилиндрической части верхней отстойной камеры равно 0,15-0,55.

2.Массообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что, с целью предотвращения выноса песков из конической части верхней отстойной камеры, отстойная камера снабжена установленным в ней пакетом усеченных конусов и конической

трубой, с которой тангенциально связан патрубок подвода фаз.

Заказ 7596/6Тираж 656Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Массообменный колонный аппарат может быть использован для одновременного осуществления процессов классификации пульпы, промывки песков и сорбции растворимых ценных веществ. Цель изобретения - упрощение получения ценных веществ путем одновременного осуществления процессов классификации пульпы, промывки песков и сорбции растворимых ценных веществ, а также снижение выноса песков из конической части верхней отстойной камеры. Отличительная особенность аппарата состоит в том,что цилиндрическая часть верхней отстойной камеры снабжена контактными элементами, сетчатой конической обечайкой и патрубком для отвода ионита, при этом отношение площадей сечения реакционной камеры и цилиндрической части верхней отстойной камеры равно 0,15-0,55. Кроме этого, в конической части верхней отстойной камеры установлен пакет усеченных конусов и коническая труба, с которой тангенциально связан патрубок для подвода пульпы. Аппарат может найти применение в химической промьшшен- ности, гидрометаллургии редких и цветных металлов и других отраслях промьшшенности. 1 ил. с $ (Л С