АППАРАТ ДЛЯ АЭРИРОВАНИЯ
AERATOR

Изобретение относится к способам аэрирования жидкости и может быть использовано в гидрометаллургической, химической, целлюлозно-бумажной и других отраслях техники, в частности, для осаждения марганца аммиаком с использованием кислорода воздуха в качестве окислителя, а также для аэрационной очистки сточных вод.
Известно самовсасывающее перемешивающее устройство (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Польша, 1971. Пер. с польск. Под ред. Щупляка И.А. Л.: Химия, 1975, с.328-337), имеющее в своей конструкции лопастную мешалку, всасывающую трубу, направляющий аппарат, в котором газ подводится к мешалке по всасывающей трубе, где встречает на своем пути жидкость, поступающую от направляющего аппарата; при этом газ разбивается на мелкие пузыри в результате вращательного движения мешалки.
Также известны способы интенсификации перемешивания пульпы с аэрацией (Панин В.В. и др. Интенсификация бактериального выщелачивания пирита из золотосодержащих концентратов вибрационным перемешиванием // Цветные металлы. 2004, №2, с.55-58), в которых применяются аппараты с вибрационным перемешиванием - виброаппараты, где процесс протекает с вибрационным и пневматическим перемешиванием.
Известно изобретение (патент РФ №2132726, кл. B01J 8/10 от 1999.07.10), выбранное в качестве прототипа, состоящее из корпуса, перемешивающего устройства, патрубков подачи газового реагента и отвода отходящих газов, патрубков подачи исходного раствора и отвода образовавшейся суспензии, нагревательного устройства.
Недостатками прототипа является то, что за счет помещенного внутрь реактора змеевика осуществляется нагрев раствора, а нагрев газового реагента, который обладает худшей теплопроводностью по сравнению с жидкостью, отсутствует, что приводит к нестабильному распределению температуры по объему аппарата.
Технический результат заключается в стабилизации теплового режима процесса взаимодействия между газом и жидкостью, создание эффективного в технико-экономическом отношении массообмена в системе жидкость-газ-твердое и повышение экономичности процесса, а также в повышении степени использования газового реагента, подаваемого в раствор.
Технический результат достигается тем, что аппарат для аэрирования, состоящий из корпуса, перемешивающего устройства с валом, патрубков подачи газового реагента и отвода отходящих газов, патрубков подачи исходного раствора и отвода образовавшейся суспензии, нагревательного устройства, в котором, согласно изобретению, на внешней поверхности корпуса размещена спиралевидная трубка, закрытая полукольцом, а вал перемешивающего устройства расположен в патрубке подачи газового реагента соосно.
Предварительный нагрев газового реагента, подаваемого в аппарат, имеющий патрубки для подачи газового реагента и раствора, позволяет эффективнее использовать газовый реагент.
На чертеже представлен аппарат для аэрирования, в котором: 1 - корпус аппарата для аэрирования; 2 - перемешивающее устройство; 3 - патрубок для подачи газового реагента; 4 - патрубок для отвода отходящих газов; 5 - патрубок для подачи исходного раствора; 6 - патрубок для отвода образовавшейся суспензии; 7 - нагревательное устройство; 8 - вал перемешивающего устройства; 9 - спиралевидный стержень: 10 - полукольцо; 11 - диффузор; 12 - патрубок для подачи теплоносителя; 13 - патрубок для отвода отработанного теплоносителя; 14 - внутреннее пространство теплообменного устройства; 15 - внешнее пространство теплообменного устройства.
Аппарат для аэрирования состоит из корпуса 1, перемешивающего устройства 2, патрубка для подачи газового реагента 3, патрубка для отвода отходящих газов 4, патрубка для подачи исходного раствора 5, патрубка для отвода образовавшейся суспензии 6, нагревательного устройства 7; при этом вал перемешивающего устройства 8 расположен в патрубке подачи газового реагента 3 соосно и расстояние между лопастями перемешивающего устройства 2 и выходным отверстием патрубка подачи газового реагента равно 10-15 мм, а по ходу движения газового реагента, поступающего в аппарат, газовый реагент проходит через металлический спиралевидный стержень 9, охватывающий всю боковую поверхность аппарата и закрытый металлическим полукольцом 10, прикрепленным к корпусу аппарата 1.
Патрубок для подачи газового реагента 3 в нижней части снабжен диффузором 11, обеспечивающим циркуляцию суспензии и раствора по всему объему аппарата.
Теплообменное устройство 7 представляет собой теплообменник, непосредственно размещенный на боковой стенке корпуса 1 аппарата по всей его поверхности в виде спиралевидного металлического стержня 9, а на расстоянии 5-10 мм от стенки металлического стержня расположено металлическое полукольцо 10. Таким образом, спиралевидный металлический стержень и полукольцо образуют внутреннее 14 и внешнее 15 теплообменные пространства. По внутреннему пространству 14 теплообменного устройства проходит газовый реагент, который по мере прохождения нагревается до температуры исходного раствора, поступающего в аппарат. По внешнему пространству 15 теплообменного устройства протекает теплоноситель (например, пар или перегретая вода), который служит для предварительного нагрева газового реагента, поступающего в аппарат, и для восполнения тепловых потерь от поверхности аппарата во внешнюю среду. Таким образом, осуществляется теплообмен между газовым реагентом и теплоносителем через металлическую стенку и происходит предварительный нагрев газового реагента, поступающего в аппарат. Длина теплообменного устройства выполнена таким образом, что за время прохождения воздуха он нагревается до температуры, равной температуре раствора, поступающего в аппарат.
Устройство работает следующим образом.
Газовый реагент поступает в нижнюю часть теплообменного устройства 7, где движется по внутреннему пространству 14 теплообменного устройства и нагревается до температуры, равной температуре исходного раствора, поступающего в аппарат, за счет тепла, получаемого от теплоносителя (например, пар или перегретая вода) поступающего в аппарат через патрубок для подачи теплоносителя 12, двигающегося противоточно по внешнему пространству 15 теплообменного устройства. Отработанный теплоноситель отводится из аппарата через патрубок для отвода отработанного теплоносителя 13.
Далее газовый реагент, нагретый до температуры исходного раствора, поступает в рабочее пространство аппарата для аэрирования.
Таким образом, предварительно нагретый до температуры суспензии газовый реагент поступает в аппарат, туда же по патрубку 5 поступает исходный раствор. Далее по патрубку для газового реагента 3 он направляется непосредственно к лопастям перемешивающего устройства 2, где происходит диспергирование газового реагента в растворе с образованием пузырьков газа. При этом суспензия непрерывно циркулирует по всему объему аэратора за счет вихревых движений, создаваемых перемешивающим устройством 2 и диффузором 11. После этого отработанные газы выводятся из аппарата через патрубок для отвода отходящих газов 4, а суспензия, после нахождения в аппарате в течение заданного времени, отводится через патрубок для отвода суспензии 6.
Такое решение тепловой работы аппарата для аэрирования позволяет достичь более высоких степеней превращения процессов, протекающих в аппарате.
Изложенное подтверждается следующими примерами.
2+
Пример 1 (согласно прототипу). В раствор сульфата марганца (концентрация Мn равна 35-36 г/л) непрерывно подается воздух, без предварительного нагрева, и раствор аммиака. Содержание свободного аммиака в растворе равно 0,15 моль/л. В результате опыта (осаждения при рН=8,2) образуется суспензия солей марганца в сернокислом растворе. Содержание марганца в просушенной твердой фазе суспензии равно 46,5%.
Пример 2 (согласно изобретению). В раствор сульфата марганца (концентрация
2+
Мn равна 35-36 г/л) непрерывно подается подогретый до температуры исходного раствора воздух и раствор аммиака. Содержание свободного аммиака в растворе равно 0,15 моль/л. В результате опыта (осаждения при рН=8,2) образуется суспензия солей марганца в сернокислом растворе. Содержание марганца в просушенной твердой фазе суспензии равно 61%.