Аппарат-растворитель с перемешивающим устройством
SOLVENT APPARATUS WITH A STIRRING DEVICE

Аппарат-растворитель с перемешивающим устройством. Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов химического взаимодействия твердой и жидкой фаз и может быть использовано для выщелачивания, растворения в металлургии, химической и других отраслях промышленности, в частности, при работе с радиоактивными материалами.
Известен аппарат для перемешивания фаз (патент РФ №2535043, опубл. 10.12.2014). Аппарат для перемешивания фаз включает вертикальный неподвижный корпус с рубашкой для теплоносителя, разделенный на секции полками с отверстиями, центральный вал, соединенный с приводом возвратно-вращательного движения, размещенные в каждой секции лопастные радиальные мешалки, при этом радиальные лопасти мешалок жестко соединены с корпусом. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процессов перемешивания при выщелачивании и растворении полидисперсных твердых материалов в жидкой фазе.
Недостаток аппарата заключается в том, что лопасти мешалок жестко соединены с корпусом, что приводит в рабочем режиме аппарата к возникновению большого крутящего момента, который, в свою очередь, может привести к прокручиванию магнитной муфты и выходу последней из строя.
Наиболее близким является «Реактор-выщелачиватель непрерывного действия» (а.с. №822876, опубл..23.04.1981), содержащий вертикальный цилиндро-конический корпус со следующими штуцерами:
- подводящим для твердого материала и растворителя, расположенный в верхней части реактора,
- отводящим для слива осветленного раствора,
- отводящим для слива выщелоченного продукта, расположенного в нижней конической части корпуса.
В верхней части корпуса установлен цилиндрический экран, телескопически соединенный со стаканом, к которому прикреплены воздухопроводы. В верхнюю часть реакционной камеры подают пульпу и соляную кислоту, перемешивание компонентов осуществляют с помощью сжатого воздуха, подаваемого снизу вверх через воздухопроводы.
Недостатками реактора является то, что перемешивание сжатым воздухом растворов, содержащих твердую фазу, является неэффективным, ввиду высокой вероятности оседания твердых частиц высокой плотности на дне аппарата. Как следствие, такой вид перемешивания может привести к снижению полноты растворения твердых материалов.
Задача, решаемая изобретением, состоит в реализации полного растворения твердой фазы с высокой плотностью.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса растворения за счет пассивного начального перемешивания продукта, начиная с верхних слоев к нижним, и последующего эффективного перемешивания всего объема раствора.
Для достижения указанного результата предложен аппарат-растворитель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с технологическими патрубками для подвода и отвода растворителя, продуктов растворения, ввода воздуха или инертного газа, стакан, причем аппарат снабжен перемешивающим устройством, выполненным с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения и расположенным в нижней части аппарата, состоящей из прижимного цилиндрического поддона с коаксиально установленным в нем полым сменным стаканом, причем, нижняя часть корпуса выполнена разъемной с возможностью вертикального перемещения и с возможностью замены стакана, а в верхней части снаружи корпуса установлен нагреватель
Аппарат-растворитель снабжен патрубками для датчиков КИП.
На фиг. 1 приведен общий вид устройства, где 1 - корпус, 2 - сменный стакан, 3 - поддон прижимной, 4 -перемешивающее устройство, 5 - мешалка, 6 - узел стыковки, 7 - крышка, 8 -привод мешалки, 9 - патрубок опорожнения, 10 - кольцевой упор, 11 - вал мешалки, 12 - магнитная муфта, 13 - нагреватель, 14 - патрубок для датчиков КИП.
На фиг. 2 приведен вид сверху крышки аппарата, где изображены технологические патрубки:
14-16 - для датчиков КИП, 17, 18 - для подвода исходных технологических растворов, 19 - для ввода воздуха или инертного газа для продувки, 20 - для выхода паро-газовой фазы, 9 - для опорожнения, 21 - для отвода раствора с уровня декантации, 22 - для отбора пробы раствора.
В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим аппарат-растворитель, который содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 7, через которую выведены технологические патрубки для подвода и отвода технологических растворов - растворителя и продуктов растворения, воздуха или инертного газа, и установки датчиков контрольно-измерительной аппаратуры. Снаружи цилиндрического корпуса 1 установлен нагреватель 13.
На крышке 7 корпуса 1 установлено перемешивающее устройство 4, включающее привод вращения 8 мешалки 5, герметичную магнитную муфту 12, вал 11, подвижно соединенный с мешалкой 5. Данное подвижное соединение позволяет мешалке 5 ограниченно перемещаться вдоль оси вала 11 и при этом вращаться синхронно с ним. На фиг. 1 показано нижнее положение перемешивающего устройства 4, а пунктиром - верхнее.
Мешалка 5 перемешивающего устройства 4, расположена в нижней разъемной части аппарата, выполненной из прижимного поддона 3 с коаксиально установленным в нем сменным стаканом 2. Нижняя разъемная часть выполнена с возможностью вертикального перемещения с помощью механизма поджатая (не показан).
На крышке аппарата (фиг. 2) располагаются технологические патрубки для подвода и отвода растворителя, продуктов растворения, ввода воздуха или инертного газа, а также для монтажа средств КИПа. Для подвода исходных технологических растворов предназначены патрубки 17, 18, ввод газовой фазы производят через патрубок 19, отвод образующейся паро-газовой фазы - через патрубок 20. Образовавшийся в результате растворения порошков раствор выводят через патрубок 21, полное опорожнение аппарата производят через патрубок 9. Датчики КИПа для контроля за процессом растворения монтируют в патрубках 14-16. Для отбора проб раствора предусмотрен патрубок 22.
Работа аппарата-растворителя.
В исходном состоянии аппарат-растворитель опорожнен. Поддон прижимной 3 (фиг. 1) отсоединен от корпуса 1 (от узла стыковки 6, фиг. 1) и выведен в нижнее положение. В него устанавливается сменный стакан 2 (фиг. 1), наполненный продуктом, подлежащим растворению, например, радиоактивные порошки, которые могут образоваться на различных стадиях переработки отработавшего ядерного топлива.
При помощи механизма поджатая (на фиг. 1 не показан) поддон прижимной 3 (фиг. 1) со сменным стаканом 2 (фиг. 1) поднимаются и пристыковываются к узлу стыковки 6 (фиг. 1), закрепленному на нижней части корпуса 1 (фиг. 1), и удерживаются в этом положении с определенным усилием поджатая в течение всего процесса растворения. Узел стыковки обеспечивает герметичность соединения корпуса 1 (фиг. 1) и стакана 2 (фиг. 1). При подъеме сменного стакана 2 (фиг. 1) лопасти мешалки 5 (фиг. 1) перемешивающего устройства 4 (фиг. 1) упираются в поверхность продукта и, благодаря подвижному соединению с валом 11 (фиг. 1) мешалки 5 (фиг. 1), вместе со стаканом 2 (фиг. 1) поднимаются вверх, при этом лопасти мешалки остаются на поверхности продукта. Далее проверяют герметичность присоединения стакана 2 (фиг. 1) путем создания в корпусе 1 (фиг. 1) аппарата избыточного давления воздуха или инертного газа, подаваемого через технологический патрубок 19 (фиг. 2). В течение контрольного времени падения давления происходить не должно.
В аппарат растворения подается растворитель через патрубок 17 или 18 (фиг. 2), например, раствор азотной кислоты. Нагреватель 13 (фиг. 1) включают по окончании загрузки реагентов в аппарат-растворитель. Для продувки аппарата на его крышке предусмотрены патрубки ввода воздуха или инертного газа через патрубок 19 (фиг. 2), отвод паро-газовой фазы осуществляется через патрубок 20 (фиг. 2).
Вращение мешалки 5 (фиг. 1) против часовой стрелки на небольшой скорости реализуется за счет включением привода вращения 8 (фиг. 1), при этом лопасти мешалки скользят по поверхности продукта, постепенно переводя верхний слой во взвешенное состояние, и под собственным весом, опускаясь вниз. При включении привода 8 (фиг. 1) крутящий момент через магнитную муфту 12 (фиг. 1) и вал 11 (фиг. 1) передается мешалке 5 (фиг. 1), вращая ее против часовой стрелки на небольшой скорости. При этом лопасти мешалки скользят по поверхности продукта, постепенно переводя верхний слой сначала в пульпообразное, а затем во взвешенное состояние и, под собственным весом мешалка постепенно опускается вниз до упора. Тем самым осуществляется, так называемое, пассивное перемешивание. По истечении заданного времени, определяемого опытным путем, когда мешалка 5 (фиг. 1) опускается до нижнего положения, скорость вращения мешалки увеличивается, а также несколько раз производится реверс ее вращения, вследствие чего возникает турбулентный вихревой поток, вымывающий остатки продукта со дна и из углов стакана 2 (фиг. 1). Скорости вращения подбирают в зависимости от свойств твердой фазы, подлежащей растворению.
Образующийся в результате растворения порошков раствор выводят из аппарата через патрубок 21 (фиг. 2), полное опорожнение производят через патрубок опорожнения 9 (фиг. 2), достигающего дна аппарата.
Механизмом поджатая поддон прижимной 3 (фиг. 1) со сменным стаканом 2 (фиг. 1) опускаются в нижнее положение, где производится замена сменного стакана для нового этапа растворения.
Таким образом, конструкция аппарата-растворителя является герметичной, что является обязательным условием при работе с радиоактивными веществами, обеспечивает высокую степень растворения, благодаря использованию эффективного перемешивания начиная с верхних слоев к нижним, и последующего эффективного перемешивания всего объема раствора, а также подогрева среды. Конструкция аппарата позволяет проводить его обслуживание в дистанционном режиме, например, в условиях радиационно-защитного бокса.