СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД С АБРАЗИВНЫМИ ЧАСТИЦАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO MIX CHEMICAL AGGRESSIVE MEDIA WITH ABRASIVE PARTICLES AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области металлургии, горнорудной и химической промышленности и может быть использовано для интенсивного перемешивания кислотной среды, содержащей концентрат, при ее выщелачивании в автоклаве.
Известны способы механического перемешивания химически агрессивных сред с поглощением газов, реализованные в устройствах всасывающего типа с закрытой турбинной мешалкой, погруженной на глубину 0,5-1 м, с дополнительным винтом на длинном валу, погруженным в нижнюю часть автоклава. Известны также способы и устройства для их реализации, построенные на принципе барботажного и газлифтного перемешивания с помощью сжатого газа или воздуха. Для получения более высоких скоростей перемешивания используется газлифтный способ, позволяющий обеспечивать скорости 1-2 м/с (Л.С. Брагинский, В.И. Бегачев, В.М. Барабаш «Перемешивание в жидких средах», Л. «ХИМИЧ», 1984 г.).
При работе известных аппаратов в кислотной среде с хлор-ионами при повышенной температуре под высоким давлением материал, из которого изготовлены эти аппараты, подвержен межкристаллитной коррозии, абразивному износу и кавитационному разрушению. Срок службы наиболее стойкого к межкристаллитной коррозии материала - 06Х28НМДТ, из которого изготавливают устройство с турбинной мешалкой, составляет от 3 до 6 месяцев.
В известных решениях газлифтного перемешивания используются автоклавы вертикального расположения, а газлифтные трубы устанавливаются практически погруженными в рабочую среду, что препятствует дальнейшему увеличению скоростей потоков, соответственно интенсивности перемешивания, от которой в основном зависит кинетика процесса выщелачивания в автоклаве. Сегодня во многих производствах
используются автоклавы горизонтального расположения с многоприводными секционированными перемешивающими аппаратами, срок службы которых весьма ограничен, как указано выше.
Задачей настоящего изобретения является повышение срока службы перемешивающих устройств для производств, снабженных горизонтальными автоклавами с механическими перемешивающими устройствами, а также удешевление изготовления перемешивающих устройств без переделки самих автоклавов.
Для решения поставленной задачи предложен способ перемешивания химически агрессивных сред с абразивными частицами, включающий ввод воздуха в нижнюю часть автоклава с созданием циркуляции перемешиваемой среды и вывод избытка воздуха, при этом ввод воздуха осуществляют в нижнюю часть установленной в автоклаве подъемной трубы, помещенной в колонну, по которой поднимают пульпу на высоту, в 1,5- 2 раза превышающую заглубление подъемной трубы в перемешиваемую среду, поток трехфазной смеси направляют на отражатель, выполненный из материала, абразиво- и химически стойкого к перемешиваемой среде, после чего по колонне пульпу сливают обратно в автоклав и по наклонным полкам направляют на поверхности теплообменников.
Для осуществления заявленного способа предложено устройство, содержащее подъемную трубу, установленную в автоклаве, трубу подвода воздуха и патрубок отвода отработанного воздуха, подъемная труба помещена в колонну, установленную в автоклаве, и выполнена высотой, в 1,5-2 раза превышающей высоту автоклава, при этом труба подвода воздуха подведена к подъемной трубе на расстояние от нижнего конца трубы, составляющее от 1 до 2 диаметров трубы, вверху, напротив устья подъемной трубы колонна снабжена отражателем, выполненным из материала, абразиво- и химически стойкого к перемешиваемой среде, при этом в автоклаве установлены наклонные полки, направляющие поток падающей пульпы на поверхности теплообменников.
Наклонные полки, направляющие поток падающей пульпы на поверхности теплообменников, выполнены из каменного литья.
Подъемная труба изнутри футерована вкладышами из каменного литья.
Подъемная труба снаружи футерована вкладышами из каменного литья.
В кольцевом пространстве между колонной и подъемной трубой смонтированы перфорированные пластины, установленные ярусами по высоте установленной в автоклаве колонны.
Перфорированные пластины, установленные ярусами по высоте установленной в автоклаве колонны, выполнены из каменного литья.
Сущность заявленной группы изобретений заключается в следующем. Ввод воздуха в нижнюю часть установленной в автоклаве подъемной трубы осуществляют для того, чтобы поднять пульпу по ней на высоту, в 1,5-2 раза превышающую глубину погружения подъемной трубы в перемешиваемую жидкую среду. Это позволяет резко увеличить скорость движения потока в трубе вплоть до 15-20 м/с, повышая, тем самым, интенсивность перемешивания. Для этого подъемная труба помещена в колонну и выполнена высотой, в 1,5-2 раза превышающей глубину погружения подъемной трубы в перемешиваемую среду. Скорости газовой фазы в зависимости от выбранных параметров устройства могут достигать 50 м/с и более, что значительно интенсифицирует прохождение реакции. Направление трехфазного потока на отражатель приводит также к интенсификации процесса перемешивания пульпы с газовой фазой, а благодаря твердости материала, из которого выполнен отражатель, достигается дополнительное измельчение твердой фазы, что приводит к ускорению химических процессов.
Поток пульпы и воздуха после соударения с отражателем направляется вниз по колонне обратно в автоклав, где газовая фаза отделяется от пульпы и отводится через патрубок отвода отработавшего воздуха и газов, а пульпа направляется на поверхности теплообменников, что улучшает процесс теплообмена. За счет интенсивного контакта газовой фазы с пульпой в
подъемной трубе обеспечивается улучшение растворения кислорода воздуха, подаваемого в подъемную трубу, что положительно влияет на химико-технологический процесс в автоклаве в целом. Минимальная высота подъемной трубы, в 1,5- раза превышающая глубину ее погружения в перемешиваемую среду, позволяет увеличить срок службы устройства и достаточную интенсификацию перемешивания. А высота подъемной трубы, в 2 раза превышающая глубину ее погружения в перемешиваемую среду, обеспечивает высокую эффективность перемешивания, но снижает КПД устройства и срок службы этой трубы.
Подвод воздуха к нижней части подъемной трубы на расстоянии от 1 до 2 диаметров этой трубы позволяет обеспечить при оптимальном сроке службы необходимый гидрозатвор для исключения выбивания газовой фазы обратно через всас трубы, так как устройство для реализации способа работает наиболее экономично в режиме пульсаций. При значениях этой величины менее 1 воздух может выбиваться вниз от пульсаций, что может привести к снижению срока службы устройства, а при значениях, больших двух диаметров, увеличивается сопротивление всаса, что потребует увеличения расхода воздуха и соответственно приведет к увеличению износа из-за высоких скоростей.
Снабжение автоклава наклонными полками обеспечивает улучшение тепломассообмена благодаря омыванию теплообменников циркулирующей перемешиваемой средой, то есть улучшает подогрев перемешиваемой среды.
Футеровка подъемной трубы вкладышами из каменного литья направлена на увеличение межремонтного срока службы устройства. Каменное литье является наиболее абразиво- и химически стойким материалом при сравнительно низкой стоимости. Перфорированные пластины, установленные ярусами по высоте колонны, смонтированные в пространстве между колонной и подъемной трубой, направлены на дополнительное перемешивание падающего потока пульпы при сохранении срока службы на высоком уровне. При подъеме пульпы на высоту, в 1,5 раза превышающую заглубление подъемной трубы в перемешиваемую среду, достигается КПД устройства более 50% и достаточно высокая интенсивность перемешивания, чего не достигается при более низких значениях, а также сохраняется большой срок службы.
3
В то же время, при подъеме пульпы на высоту, превышающую заглубление подъемной трубы в среду до 2-х раз и выше, интенсивность перемешивания увеличивается, а КПД устройства начинает падать, т.е. эффект достигается за счет больших энергозатрат, а абразивный износ, зависящий от скорости потока в кубе (V), начинает отрицательно сказываться на сроке службы оборудования.
Новый технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в целенаправленном увеличении срока службы оборудования при повышенной интенсивности перемешивания в условиях химически агрессивной и высокоабразивной среды.
На чертеже изображено устройство для осуществления заявленного способа. Устройство содержит автоклав 1, патрубок отвода отработанного воздуха 2, подъемную трубу 3, помещенную в колонну 4, трубу подвода воздуха 5, отражатель 6 потока пульпы, перфорированные пластины 7, наклонные полки 8, теплообменники 9. Подъемная труба 3 выполнена высотой Н, в 1,5-2 раза превышающей глубину погружения подъемной трубы в перемешиваемую среду или высоту h автоклава 1.
Труба подвода воздуха 5 соединена с подъемной трубой 3 на расстоянии от ее нижнего конца, составляющем от 1 до 2 диаметров трубы 3. Устройство устанавливают во фланцевое отверстие автоклава 1. Трубу 5 подсоединяют к системе и, после заполнения автоклава средой, открывается клапан подачи воздуха и устанавливается его соответствующий расход. При этом отработанный воздух (газы) должен выбрасываться через регулирующий давление клапан и патрубок 2 в систему отвода воздуха (не показана).
Способ осуществляют следующим образом. В горизонтально расположенный автоклав 1 заливают кислотную пульпу и создают давление 1,5 МПа. Включают нагрев среды с помощью теплообменников 9, через трубу 5 подают воздух или технический кислород в нижнюю часть подъемной трубы 3, по которой пульпа в виде трехфазной смеси поднимается на высоту Н, в 1,5÷2 раза превышающую заглубление подъемной трубы в среду в автоклаве 1. Пульпа с высокой скорость ударяется об отражатель 6 и по перфорированным пластинам 7, расположенным в колонне 4, стекает в автоклав 1 на наклонные полки 8, направляющие поток на теплообменники 9. Отработавшие газы отводят по трубе 2. После обработки пульпы при температуре 110-150°C, в течение заданного промежутка времени, в аппаратах периодического давления среду охлаждают и опорожняют аппарат тем или иным способом.
Предлагаемый способ перемешивания благодаря отсутствию движущихся механизмов обеспечивает увеличение срока службы оборудования. Кроме того, отсутствие движущихся элементов позволяет использовать в качестве конструкционных материалов относительно хрупкие, но агрессивно стойкие материалы, имеющие простые формы (трубы, пластины и т.д.). Срок службы камнелитых изделий может доходить до 5 лет и более.
Заявленное изобретение позволит заменить механические перемешивающие устройства с коротким сроком службы на простые по конструкции устройства без вращающихся частей с высокой интенсивностью перемешивания, без замены самих автоклавов.