ЛИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к средствам химической переработки твердых горючих ископаемых и может быть использована при получении гуматов щелочных металлов.
Известна линия для получения гуматов, содержащая соединенные с источником электрического тока симметричные неподвижные графитовые электроды, расположенные в трубчатом проточном электролизере и реактор снабженный перемешивающим устройством и нагревателем, сообщенный через дозатор с источником перекиси водорода, средством для перетирания твердых включений, подсоединенным через насос-дозатор к нижней части вертикального проточного электролизера, в верхней части которого расположен сливной патрубок (сообщенный с реактором (RU №2319683, МПК C05F 11/02, С07С 63/33, 2004).
Недостатком этого решения является конструктивная сложность, необходимость использования дополнительных реагентов и энергоемкость реализуемого процесса довольно низкое извлечение гуминовых кислот.
Известна также линия для получения гуматов щелочных металлов, включающая реактор, связанный через дозаторы с измельчителем гуматсодержащего сырья, источником гидроксида щелочного металла и источником воды, при этом выход реактора сообщен со средством разливки раствора (см. RU №2347370, МПК А23К 1/16, А23К 1/175, 2007).
Недостатком этого решения является отсутствие возможности производства гуматов из угля, как по условиям измельчения гуматсодержащего сырья, так и по условию полноты его использования.
Технический результат заключается в обеспечении возможности производства гуматов из угля, как по условиям измельчения гуматсодержащего сырья, так и по условию полноты его использования (обеспечена возможность утилизации твердого остатка угольной массы, после экстракции из нее гуматов. Снижается энергоемкость процесса, который реализуется при температурах порядка 50-70°С, кроме того, исходная крупность используемых фракций угля достаточно велика - менее 3 мм, что позволяет существенно снизить энергоемкость процесса измельчения, особенно, если использовать в качестве исходного сырья угольную мелочь и пыль.
Поставленная задача решается тем, что линия для получения гуматов щелочных металлов, включающая реактор, связанный через дозаторы с измельчителем гуматсодержащего сырья, источником гидроксида щелочного металла и источником воды, при этом выход реактора сообщен со средством разливки раствора, отличается тем, что измельчитель выполнен с возможностью измельчения угля до фракций менее 3 мм, для чего его выход сообщен с дозатором, через решето, надрешетный выход которого сообщен с измельчителем, при этом реактор снабжен механической мешалкой и средствами подогрева реакционной массы до 50-70°С, при этом сливной патрубок реактора связан с фильтром, фильтратный выход которого сообщен со средством разливки раствора, а песковый выход фильтра через накопитель, выполненный с возможностью обезвоживания твердой компоненты, сообщен со средствами его фасовки. Кроме того, средство подогрева реакционной массы до 50-70°С, выполнено в виде водозаполняемого кожуха, охватывающего боковые стенки и дно реактора, в полости которого размещен электронагреватель.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема линии.
На чертеже показаны реактор 1, дозаторы 2, 3 и 4 соответственно, гуматсодержащего сырья, гидроксида щелочного металла и воды, измельчитель 5 гуматсодержащего сырья, источник гидроксида щелочного металла 6, источник воды 7, фильтр 8, его фильтратный 9 и песковый 10 выходы, средство разливки 11 раствора, средства фасовки 12 твердой компоненты, решето 13, его надрешетный 14 и подрешетный 15 выходы, сливной патрубок 16 реактора 1, накопитель 17, водозаполняемый кожух 18, электронагреватель 19, механическая мешалка 20.
Реактор 1, связан через дозатор 2 с подрешетным 15 выходом решета 13, которое сообщено с выходом измельчителя 5, кроме того, через дозатор 3 реактор 1, связан с источником гидроксида щелочного металла 6, а также через дозатор 4 реактор 1, связан с источником воды 7. При этом, сливной патрубок 16 реактора 1 связан с фильтром 8, фильтратный выход 9 которого сообщен со средством разливки 11 раствора, а его песковый выход 10, через накопитель 17, выполненный с возможностью обезвоживания твердой компоненты, сообщен со средствами его фасовки 12.
Реактор 1, источник 6 и дозатор 3 гидроксида щелочного металла, рабочий орган мешалки 20 и фильтр 8, взаимодействующие с агрессивной средой, выполнены из соответствующих материалов, стойких к щелочной среде. Они имеют известную конструкцию, при этом их рабочие характеристики подобраны в соответствии с режимными параметрами реализуемых процессов. Узлы линии скомпонованы вертикально, что максимально обеспечивает перемещение обрабатываемых материалов между ними самотеком. С учетом цикличности процесса, целесообразно, в составе линии использовать не менее 2 реакторов 1.
В качестве измельчителя 5 гуматсодержащего сырья использована мельница известной конструкции, рабочие характеристики которой обеспечивают измельчение угля до фракций не более 3 мм. В качестве решета 13 использовано вибрационное решето (виброгрохот) известной конструкции с просеивающими отверстиями диаметром 3 мм. В зависимости от производительности линии, задачу возврата надрешетной фракции с решета 13 в измельчитель 5 решают либо ее временным накоплением в специальной емкости (на чертежах не показана), откуда персонал вручную перегружает этот материал в измельчитель (если производительность линии невелика), либо используют элеватор, например, шнековый (на чертежах не показан), если производительность линии велика).
В качестве механической мешалки 20 используют лопастную мешалку известной конструкции, снабженную электродвигателем, рабочие характеристики которой подобраны в соответствии с режимными параметрами линии. В качестве средства разливки 11 раствора и средства фасовки 12 твердой компоненты (не прореагировавшей массы угля) использованы известные конструкции, рабочие характеристики подобраны в соответствии с проектной производительностью линии.
Конструкция средства подогрева реакционной массы до 50-70°С, выполненного в виде водозаполняемого кожуха 18 (охватывающего боковые стенки и дно реактора 1), в полости которого размещен электронагреватель 19, обеспечивает достаточно тонкое регулирование тепловых параметров процесса экстракции гуматов (т.е. нагрев содержимого реактора идет в режиме, типа «водяной бани», Точное соблюдение режима подогрева важно, поскольку снижение температуры ниже заданного диапазона ведет к замедлению процесса реакции, а его превышение приводит к тому, что частицы образующихся гуматов слипаются между собой, скатываются и образуют гранулы размерами от 0.5 до 10 мм, причем при увеличении температуры выше 80°С начинается выделение каменноугольной смолы и частицы гуматов слипаются в более крупные агрегаты размером до 100-150 мм.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Угольную мелочь с крупностью до 20 мм, загружают в измельчитель 5, где осуществляют ее измельчение до фракции -3 мм, которая самотеком поступает на решето 13, где осуществляется ее разделение на фракции -3 и +3 мм. Фракция -3 мм далее самотеком поступает в дозатор 2, откуда самотеком, дозировано загружается в реактор 1. Фракция +3 мм описанным выше образом возвращается в измельчитель 5, для повторного измельчения. Одновременно, в реактор 1 загружают самотеком через дозатор 3 гидроксид щелочного металла (NaOH или КОН), а через дозатор 4 воду, для разбавления щелочи до рабочей концентрации.
В основе процесса лежит простая реакция нейтрализации кислоты основанием:
2
R-COOH+NaOH=-COONa+HO+56 кДж
Молекула гуминовой кислоты состоит из регулярно повторяющихся фрагментов, структура которых установлена относительно недавно. Молекулярная масса одного фрагмента 6363 у.е. и каждый фрагмент содержит 26 групп - СООН и, следовательно, при нейтрализации образует 26 молей воды с выделением 1456 кДж тепла. Для испарения 26 молей воды требуется всего 1176 кДж тепловой энергии. Таким образом, при рациональном ведении процесса количество тепла, выделяющегося при реакции, более чем достаточно для испарения образующейся при реакции влаги.
Поскольку реакция взаимодействия угольной массы и щелочи является экзотермической, целесообразно вводить щелочь порционно, при постоянном контроле над температурой реакционной смеси с таким расчетом, чтобы разогрев смеси в результате экзотермической реакции не превысил 70°С, а массовое соотношение щелочных агентов к углю оставалось в пределах 0,125-0,150:1. Использование такого приема позволяет уменьшить и потребление электроэнергии на обеспечение работы электронагревателя 19. Время завершения процесса (порядка 300-800 минут, зависит от трудноизвлекаемости гуматов из данного вида угля) определяется визуально, когда из горловины смесителя в смотровом окне вместо паров влаги появится гуматная пыль.
Далее через сливной патрубок 16 реактора 1 самотеком подают продукт реакции на фильтр 8, обеспечивающий его разделение на фильтрат (жидкую часть) и песок (не растворившиеся твердые фракции остатки угля). Фильтрат через фильтратный выход 9 фильтра 5 поступает на вход средства разливки 11 раствора, которое известным образом обеспечивает расфасовку и укупорку продукции в соответствующие емкости. Песок сбрасывается в накопитель 17, например, снабженный центрифугой или тонкой решеткой на дне - на чертежах не показаны, что обеспечивает обезвоживание твердой массы, которую затем передают на средство фасовки 12 твердой (обезвоженной) компоненты известным образом обеспечивает его расфасовку.