Аппарат для проведения технологических процессов в двухфазной системе "жидкость-твердое"

АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ "ЖИДКОСТЬ-ТВЕРДОЕ" Изобретение направлено на повышение эффективности и надежности проведения технологического процесса в двухфазной системе "жидкость-твердое" высокой плотности. Аппарат представляет собой емкость для проведения процесса в виде барабана, выполненного с возможностью вращения относительно продольной оси, а внутри барабана по всей его длине смонтировано винтовое устройство, ребра которого одной стороной герметично укреплены на внутренней поверхности барабана и имеют высоту, равную 0,1-0,49 от его внутреннего диаметра,образуя второй стороной ребер в осевой зоне барабана единое сквозное пространство вокруг продольной оси барабана, при этом шаг ребер винтового устройства составляет 0,1-1,0 высоты ребер. Зайнуллин Лик Анварович, Карелин Владислав Георгиевич, Артов Дмитрий Анатольевич, Епишин Артем Юрьевич (RU) Щербинина В.А. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ТЕПЛОТЕХНИКИ" ОАО Изобретение относится к аппаратам для проведения технологических процессов в двухфазной системе "жидкость-твердое" высокой плотности и может быть использовано для выщелачивания различных веществ из тяжелых твердых материалов, обработки пульпы, растворения веществ в жидкости в черной и цветной металлургии, химической, редкоземельной, горнорудной отраслях, а также в промышленности радиоактивных веществ. Известен аппарат для проведения технологических процессов в гетерогенной системе, представляющий собой стационарный бак, оснащенный мешалкой различных конструкций, в который помещают твердый материал и раствор (Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. - М., ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2005, стр. 143) [1]. Процесс перемешивания пульпы, проводимый в известном аппарате,требует повышенного расхода электроэнергии для вращения мешалки с тем, чтобы обеспечить перемешивание пульпы во всем объеме аппарата. Мешалки для таких процессов подвержены повышенному износу. Кроме того, процесс перемешивания пульпы в известном аппарате приводит к оседанию на днище аппарата твердых тяжелых частиц большой плотности и других частиц, которое трудно предотвратить. В источнике [1] на стр. 146 описан также аппарат с пневматическим перемешиванием пульпы, так называемый пачук. Аппарат представляет собой стационарный цилиндрический бак, внутри которого расположен циркулятор (эрлифт). Снизу под давлением в циркулятор подается сжатый воздух, который создает восходящий поток пульпо-воздушной смеси. Смесь, попадая в пачук в виде низходящего потока пульпы, возвращается к входу в циркулятор. Для организации циркуляции в известном аппарате требуется сжатый воздух, что существенно увеличивает эксплуатационные расходы. Аппарату присуща неравномерность обработки твердого материала, особенно на полидисперсных твердых частицах. Оседание твердых частиц в нижней части аппарата приводит к частым нарушениям циркуляции и простоям на прочистку аппарата. Из источника [1] на стр. 152 известен также аппарат пульсационного типа, представляющий собой стационарную колонну, в объеме которой расположены по высоте устройства в виде полок. Колонна соединена с воздушным генератором импульсов, которые передаются пульпе, находящейся в аппарате. Возможны различные варианты движения твердой и жидкой фаз в пульсационной колонне: прямоточное, противоточное и смешанное. Известный аппарат характеризуется неравномерностью обработки частиц различной крупности. В нем трудно обрабатывать твердые частицы с повышенной плотностью и организовать равномерное движение твердой фазы по поперечному сечению аппарата. Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности и надежности проведения технологического процесса в двухфазной системе "жидкость-твердое" высокой плотности. Для решения поставленной задачи аппарат содержит емкость для проведения процесса, которая представляет собой барабан, выполненный с возможностью вращения относительно продольной оси, а внутри барабана по всей его длине смонтировано винтовое устройство, ребра которого одной стороной герметично укреплены на внутренней поверхности барабана и имеют высоту, равную 0,1-0,49 от его внутреннего диаметра, образуя второй стороной ребер в осевой зоне барабана единое сквозное пространство вокруг продольной оси барабана, при этом шаг ребер винтового устройства составляет 0,1-1,0 высоты ребер. Между соседними ребрами винтового устройства размещены дополнительные лопасти в виде полок. Цилиндрический барабан выполнен с возможностью расположения его продольной оси с наклоном в сторону направления перемещения пульпы вдоль барабана или в сторону, противоположную направлению перемещения пульпы вдоль барабана или горизонтально. Сущность заявляемого аппарата заключается в следующем. Расположенное внутри корпуса винтовое устройство образует вокруг продольной оси барабана единое сквозное пространство. Между двумя соседними ребрами винтового устройства образуется объемная камера. В крайнюю такую камеру со стороны загрузки загружают жидкую и твердую фазы. За счет вращения барабана пульпа, состоящая из твердой и жидкой фаз, перемещается вдоль барабана и перемешивается в каждой камере между соседними ребрами винтового устройства. Из крайней со стороны загрузки камеры производят выгрузку пульпы. Благодаря герметичному присоединению ребер винтового устройства к внутренней поверхности ребер корпуса барабана переливания пульпы из одной камеры в соседнюю не происходит. При высоте ребер винтового устройства более 0,49 от внутреннего диаметра барабана возможно переливание жидкой фазы из одной камеры в соседнюю, что недопустимо. При высоте ребер винтового устройства менее 0,10 от внутреннего диаметра барабана уменьшается масса пульпы, находящейся в межреберной камере, что уменьшает производительность аппарата. При шаге более 1,0 от высоты ребер ухудшается распределение твердой фазы по длине межреберной камеры, что приводит к неравномерности обработки твердых частиц. При шаге менее 0,1 от высоты ребер увеличивается число ребер и общая длина винтового устройства, что увеличивает стоимость аппарата. Дополнительные лопасти в виде полок размещены между двумя соседними ребрами винтового устройства для улучшения перемешивания твердой фазы. Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого аппарата; на фиг. 2 - поперечное сечение аппарата; на фиг. 3 - барабан, продольная ось которого расположена горизонтально; на фиг. 4 - барабан, продольная ось которого расположена с наклоном в сторону,противоположную направлению перемещения пульпы вдоль барабана; на фиг. 5 - барабан, продольная ось которого расположена с наклоном в сторону направления перемещения пульпы вдоль барабана. Аппарат представляет собой цилиндрический барабан, имеющий привод для вращения барабана относительно его продольной оси. Внутри корпуса 1 барабана расположено винтовое устройство 2. Одна сторона ребер винтового устройства герметично укреплена на внутренней поверхности корпуса 1 барабана. А другая сторона ребер винтового устройства 2 образует в осевой зоне корпуса 1 барабана единое сквозное пространство 3 вокруг продольной оси 4 барабана. Корпус 1 барабана имеет возможность вращаться вокруг продольной оси 4 барабана. Для улучшения перемешивания пульпы между соседними ребрами винтового устройства укреплены дополнительные лопасти в виде полок 5. Для реализации возможности расположения продольной оси барабана с наклоном в сторону направления перемещения пульпы вдоль барабана или в сторону, противоположную направлению перемещения пульпы вдоль барабана или горизонтально, заявляемый аппарат оснащен опорами 6. Между двумя соседними ребрами винтового устройства 2 образуется объемная камера. В крайнюю такую камеру со стороны загрузки загружают жидкую и твердую фазы. За счет вращения барабана пульпа, состоящая из твердой и жидкой фаз, перемещается вдоль барабана и перемешивается в каждой камере между соседними ребрами винтового устройства. Из крайней со стороны загрузки камеры производят выгрузку пульпы. Благодаря герметичному присоединению ребер винтового устройства 2 к внутренней поверхности ребер корпуса 1 барабана не происходит переливания пульпы из одной камеры в соседнюю. В качестве примера приведен вариант выщелачивания фосфора водным раствором серной кислоты из предварительно обожженного железорудного концентрата, в котором содержится повышенное содержание фосфора 0,8%. Обожженный концентрат непрерывно загружается в вышеописанный вращающийся аппарат совместно с водным раствором серной кислоты концентрацией около 5 об.% в массовом соотношении 1:1 твердой и жидкой фаз. За счет вращения аппарата пульпа продвигается вдоль аппарата и выгружается из него. По ходу процесса фосфор соединяется с серной кислотой и, образуя фосфорную кислоту, переходит в раствор. После такой сернокислотной обработки содержание фосфора в железорудном концентрате уменьшается до 0,1%. При этом в заявляемом аппарате за счет его вращения отсутствуют какие-либо залегания материала и неравномерности перемешивания. Таким образом, заявляемый аппарат позволяет повысить эффективность и надежность проведения технологического процесса в двухфазной системе "жидкость-твердое" высокой плотности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат для проведения технологических процессов в двухфазной системе "жидкость-твердое",содержащий емкость для проведения процесса, отличающийся тем, что емкость представляет собой барабан, выполненный с возможностью вращения относительно продольной оси, а внутри барабана по всей его длине смонтировано винтовое устройство, ребра которого одной стороной герметично укреплены на внутренней поверхности барабана и имеют высоту, равную 0,1-0,49 от его внутреннего диаметра, образуя второй стороной ребер в осевой зоне барабана единое сквозное пространство вокруг продольной оси барабана, при этом шаг ребер винтового устройства составляет 0,1-1,0 высоты ребер. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что между соседними ребрами винтового устройства размещены дополнительные лопасти в виде полок. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический барабан выполнен с возможностью расположения его продольной оси с наклоном в сторону направления перемещения пульпы вдоль барабана или в сторону, противоположную направлению перемещения пульпы вдоль барабана или горизонтально.