Ионообменный аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01J47/10 

(5) ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к ионообменным аппаратам, предназначенным для сорбционного извлечения ценных . компонентов-из растворов, и может найти применение в гидрометаллургии цветных металлов, например при извлечении молибдена яз бедных растворов кучного и подземного выщелачивания, а также в системах водоподготовки для умягчения и обессоливания промышленных вод.

Известен аппарат для проведения процессов массобмена, ;одержащий корпус, помещенный в нем фильтрующий барабан, патрубок для подачи внутрь барабана пульпы, патрубок для, вывода фильтрата и спираль для транспортирования ионитаР j.

Недостатками этого устройстба являются сложность конструкции и низкая производительность, обусловленная низкой степенью извлечения ценных компонентов из растворов,

вследствие однократного контакта сорбента с.раствором.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ионообменный аппарат, содержащий корпус, установленный по оси корпуса вращающийся барабан с фильтрующим элементом на боковой поверхности, размещенный внутри барабана ионит, промывное устройство, среДства для подачи и вывода ионита и раствора, патрубок для вывода фильтрата.;

Корпус аппарата разделен перегородками, имеЮ1цими в верхней части вырез в форме сегмента, к которому присоединен лоток. .Камеры фильтрую щего барабана выполнены с одной стороны перегородками в форме колец, а с другой.стороны к кольцам присоединены конусные поверхности, с помощью которых осуществляется тран.спортирование сорбенту из камеры в камеру, многократный контакт сорбен та и раствора в противоточном режиме. Этот аппарат обеспечивает многократный контакт сорбента и раствора в противоточном режиме LZjОднако производительность его недостаточно высокая, так как время нахождения ионита в фильтрующем барабане складывается из времени, необходимого для транспортирования ионита из камеры в камеру, и времени пребывания ионита в каждой камере . Кроме того, аппарат обладает сложной конструкцией. Целью изобретения является повышение производительности путем снижения времени пребывания иони1;а в аппарате и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в ионообменном аппарате, содержащем корпус, установленный по оси корпуса вращающийся барабан с фильтрующим элементом, расположенньт на его боковой поверхности, размещенный внутри барабана ионйт, средства для подачи и вывода ионита и расТвора и патрубок для отвода фильтрата, фильтрующий элемент выполнен в виде ряда съемных плоских перфорированных кассет, внутри кбторых размещен зернистый фильтруюи й материал, патрубок для отвода фильтрата снабжен гидрозатвором и установлен с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения, средство для вывода ионита выполнено в виде прикрепленных к кассетам наклонных к оси барабана желобов, лопаток, установлен ных между кассетами под желобами и коаксиально установленной в барабане пирамиды, большее основание которой обращено к свободным концам желобов. Кроме того, пирамида снабжена установленными по ее граням вертикальными пластинами и шиберами, расположенными под гранями пирамиды Средство для подачи раствора выполнено в виде двух перфорированных труб, одна из которых расположена в корпусе над барабаном, а другая установлена внутри барабана по его оси.. На фиг.1 педставлен ионообменный аппарат, продольный разрез;на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.З 4 фильтрующий элемент; на фиг. - установка шибера на грани пирамиды. Ионообменный аппарат состоит из корпуса 1, фильтрующего барабана 2, устройства для ввода ионита и раствора, выполненного в виде перфорированной трубы 3 и трубы со щелью. На корпусе аппарата предусмотрена точка 5 с патрубком 6 для вывода насыщенного ионита. Корпус аппарата снабжен гидрозатвором 7 включаинцим патрубок 8, имеющий возможность пе ремещаться с помощью ходового винта 9, гайки 10 и штурвала 11. Боковая поверхность барабана выполнена из съемных фильтрующих элементов 12, Внутри барабана закреплены желоба 13, лопатки 14 и пирамида 15. Каждая грань пирами ы снабжена шибером 16, а вдоль ребер закреплены ограничительные планки 17. Фильтрующий элемент 12 состоит из каркаса 18, вертикальных перегородок 19 и перфорированных поверхностей 20. Полости фильтрующего элемента заполнены фильтрующей насадкой 21. Ионообменный аппарат работает следующим образом. Ирнит и большая часть продукционного раствора (примерно 80% ) подается через неподвижную перфорированную трубу 3. Площадь сечения отверстий трубы 3 в 2-3 раза больше сечения трубы. Под действием сил гравитации ионит перемещается в нижнюю часть фильтрующего барабана, образуя на его внутренней поверхности слой 20-30 мм, через который фильтруется продукционный раствор, таким образом, осуществляется ионный обмен. Над барабаном установлена труба k имеющая в нижней части щель, через которую раствор подается на наружную поверхность барабана 2. При этом осуществляется промывка и дополнительный контакт продукционного раствора с частью ионита, удержанного фильтрующей насадкой. Отфильтрованный через фильтрующий элемент 12 бедный {маточный раствор выводится из корпуса 1 аппарата, через гидрозатвор 7 регулируемый по высоте патрубком 8. Верхний уровень заполнения фильтрующего барабана раствором определяется конструкцией аппарата из условия отсутствия перелива и равен 1/3 диаметра барабана( DS, при этом в зоне фильтрации находится 1/3 боковой поверхности барабана.

Нижний уровень раствора в барабане определяется высотой слоя ионита на внутренней поверхности барабана, минимальное значение которого 1/20 J) б, фильтрующая поверхность при этом составляет 1/6 часть боковой поверхности. Таким образбм, при увеличении уровня раствора в аппарате увеличивается площадь фильтрации и, следовательноj возрастает производительность аппарата. Фильтрующий элемент 12 заполнен фильтрующей «асадкой 21. В качестве фильтрующей насадки применяЭкспериментами установлено, что в слое крошки задерживается от 5 до 15 общей массы ионообменной смолы подаваемой на фильтрацию. С увеличением слоя крошки проскок уменьшается и при высоте слоя крошки в 25 мм отсутствует. На основании этого толщина слоя должна быть не менее 25 мм. При вращении барабана 2 фильтрующий элемент 12 занимает ряд положений, в т.ч. и вертикальное, при этом фильтрующая насадка 21 занимает нижнее положение, образуя в верхней части пространство, не заполненное крошкой, и в этом месте возможен проскок ионита в корпус 1 аппарата.

Экспериментально .установлено соотношение геометрического размера b ячейки от толщины слоя Ь фильтрующей насадки 21, которое составляет 10:12.

ются гранулы полиэтилена, полистирола , полипропилена диаметром 23 миллиметра. Экспериментально установлена высота (толщина) фильтрующего слоя. В верхней части колонны сорбции установлена кассета, внутренний объем которой заполнен полиэтиленовой крошкой. Высота слоя крошки варьируется в пределах от 5 мм до 25 мм. На фильтрующую поверхность кассеты подается пульгта смола + раствор с Т:Ж 1:20 при давлении 0,1 кгс/см . Улавливание частиц, не задержанных крошкой, осуществляется на контроль-ной сетке. Данные испытаний приведеяы в таблице.

Проконтактировавший с раствором ионит перемещается внутри барабана в зону выгрузки с помощью желобов 13, закрепленных на внутренней поверхности барабана и имеющих наклон к оси вращения от 15 до 45°. Вращением барабана 2 ионит желобами 13 поднимается и на выходе желобов из раствора последний увлекает зерна ионита по наклонной поверхности желобов 13 и перемещает его к центру лопаток k. Угол наклона желобов 13 определяется из условий быстрого перемещения ионита в зону нагрузки. Минимальный угол, при котором возможно перемещение ионита, .составляет . Увеличение угла более 30 нецелесообразно, так как в этом случае необходимо увеличи- вать количество лопаток, между лопатками Появляется перепад, что вызывает повышенный износ ионита. Желоба 13 крепятся.на плоскости фильтрующих элементов 12, а лопатки 1 - к ребрам. При вращении барабана 2 лопатками 14 ионит поднимается и в верхней точке раствором подаваемым через трубу 4, смывается на наклонную поверхность пирами ды 15, затем выводится в точку 5 корпуса I аппарата. Для предотвращения стекания ионита по боковой поверхности пирамиды 15 и улучшени выводаионита из барабана, вдоль ребер крепятся ограничительные пла ки 17, которые с гранями пирамиды образуют незамкнутую поверхность типа лотка. Регулирование производительности аппарата, по иониту осу ществляется с помощьл шиберов 16, установленных на каждой грани пйра МИДЫ 15. Отверстие, перекрываемое шиберо составляет 40-50 от общей площади грани. При постепенном открывании шиберов 16 достигается регулирование производительности по иониту от 100 до 50%. При открытом шибере 16 часть ионита не выводится из барабана 2. Экспериментально установлено, ч минимальный угол наклона желоби, при котором возможно беспрепятстве ное перемещение ионита составляет 15 .. Увеличение угла наклона желобов способствует более быстрому перемещению ионита. Вместе с тем увеличение угла больше 30 вызывает неоправданное увеличение числа желобов, между ними появляется период, что вызывает повышенный расход ионита в процессе сорбции. Предлагаемая конструкция аппарата позволяет увеличить производительность, по сравнению с базовым объектом, в 1,3-1,5 раза за счет уменьшения времени пребывания ионита в аппарате, упростить конструкцию путем исключения перегородок и снизить энергоемкость. 78 Формула изоберетения 1.Ионообменный аппарат, содержащий корпус, установленный по оси корпуса вращающийся барабан с фильтрующим элементом, расположенным на его боковой поверхности, размещенный внутри барабана ионит, средства для подачи и вывода ионита и раствора и патрубок для отвода фильтрата, отличающийс я тем, что, с целью повышения производительности путем снижения времени пребывания ионита в апппарате и упрощения конструкции, фильтрующий элемент выполнен в виде ряда съемных плоских перфорированных кассет, внутри которых размещен зернистый фильтрующий материал, патрубок для отвода фияьтрата снабжен гидрозатвором и установлен с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения, средство для вывода ионита выполнено в виде прикрепленных к кассетам наклонных к оси барабана желобов, лопаток, установленных между кассетами под желобами и коаксиально установленной в барабане пирамиды, большее основание которой обращено к свободным концам желобов. 2.Аппарат по п. 1, о т ли чающийся тем, что пирамида снабжена установленными по ее граням вертикальными пластинами и шиберами , расположенными под гранями пирамиды. 3.Аппарат по п. Т, от л и чающийся тем, что средство для подачи раствора выполнено в виде двух перфорированных труб, одна из которых расположена в корпусе над барабаном, а другая установлена внутри барабана по его оси. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2345197, кл. В 01 D 33/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 582822, кл. В 01 J 47/10, 1975.

f7