АППАРАТ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ФАЗ
DEVICE FOR PHASES MIXING

Изобретение относится к химическим аппаратам непрерывного действия для проведения процессов химического взаимодействия твердой и жидкой фаз и может быть использовано для экстракции, выщелачивания, растворения в цветной металлургии, химической и пищевой промышленности.
Известен аппарат для растворения твердых полидисперсных веществ (Авторское свидетельство СССР №1514394, 1989), включающий вертикальный неподвижный корпус с рубашкой для теплоносителя, разделенный на секции полками с отверстиями, конусные стойки, размещенные между отверстиями. Основным недостатком данного аппарата является трудность его использования для приготовления растворов из полидисперсных твердых материалов в непрерывных производствах. Это обусловлено тем, что конструктивное исполнение полок не предусматривает перемещение уменьшающихся в размерах, в процессе переработки, частиц твердых материалов с верхних полок на нижние.
Наиболее близким по конструктивному исполнению к предполагаемому изобретению, является аппарат для перемешивания фаз (Авторское свидетельство СССР №1169719, 1985), прототип, включающий 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. К основным недостаткам данного аппарата, применительно к проведению процессов выщелачивания и растворения, можно отнести низкую его эффективность при переработке полидисперсных твердых материалов. Это обусловлено тем, что конструктивное исполнение полок предусматривает перемещение всех частиц твердых материалов с верхних полок на нижние независимо от их размеров, что значительно уменьшает поверхность контакта фаз и может привести к зарастанию отверстий в полках.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности процессов перемешивания при выщелачивании и растворении полидисперсных твердых материалов в жидкой фазе.
Решение указанной задачи достигается тем, что отверстия в полках выполнены в виде правильных шестигранников, в углах которых с верхней стороны установлены конусные стойки, причем диаметр вписанной окружности шестигранных отверстий каждой нижерасположенной полки в 1,2…1,5 раза меньше диаметра вписанной окружности шестигранных отверстий вышерасположенной полки, высота конусных стоек на каждой полке не менее диаметра вписанной окружности ее шестигранных отверстий, а радиальные лопасти мешалок жестко соединены с корпусом.
На фиг.1 изображен продольный разрез аппарата для перемешивания фаз; на фиг.2 - вариант исполнения полки с правильными шестигранными отверстиями и конусными стойками в углах шестигранных отверстий.
Аппарат для перемешивания фаз имеет вертикальный неподвижный корпус, выполненный из цилиндрических обечаек 1 с рубашками для теплоносителя 2, разделенный на секции полками 3-6 с правильными шестигранными отверстиями 7, центральный вал 8, соединенный с приводом возвратно-вращательного движения 9. Привод возвратно-вращательного движения 9 состоит из привода вращательного движения 10, жестко связанного с горизонтальной осью 11, на которую насажены два сменных ведущих конических зубчатых колеса 12 и 13. В зубчатых колесах 12, 13 сделаны вырезы в форме сегментов с неодинаковым числом срезанных зубьев, при этом одно из них направлено зубьями вверх, а вырезом вниз, а другое наоборот - вырезом вверх, а зубьями вниз. Оба колеса поочередно связаны зацеплением с ведомым зубчатым коническим колесом 14, насаженным на центральный вал 8. В каждой секции установлены лопастные радиальные мешалки 15-18. На верхних сторонах полок 3-5 в углах шестигранных отверстий установлены конусные стойки 19-21. Диаметр вписанной окружности шестигранных отверстий каждой нижерасположенной полки 1,2…1,5 раза меньше диаметра вписанной окружности шестигранных отверстий вышерасположенной полки. Высота конусных стоек 19-21 на каждой полке не менее диаметра вписанной окружности ее шестигранных отверстий 7. Радиальные лопасти мешалок 15-18, которых должно быть не меньше трех, жестко соединены с соответствующими цилиндрическими обечайками 1 корпуса аппарата.
Штуцер 22 предназначен для загрузки в корпус твердых материалов, штуцеры 23, 24 - для ввода и вывода жидкой фазы, штуцеры 25, 26 - ввода и вывода теплоносителя.
Аппарат для перемешивания фаз работает следующим образом.
При включении привода вращательного движения 10 ось 11 с зубчатыми колесами 12 и 13 вращается в одном направлении, при этом каждое из колес поочередно вступает в зацепление с ведомым зубчатым колесом 14, вращая его то в одну, то в другую сторону, с неодинаковыми углами поворота, обеспечивая одновременно крутильные колебания и шаговое вращение вала 8 в одну сторону. При непрерывной подаче исходного полидисперсного твердого материала через штуцер 22 им заполняется пространство между полкой 3 и радиальными лопастями мешалки 15. Крупные частицы твердого материала остаются на вершинах конусных стоек, более мелкие проваливаются через отверстия полки 3 и попадают на вершины конусных стоек нижерасположенных полок 4, 5 или 6. Жидкая (и/или газообразная) фаза непрерывно вводится в корпус аппарата через штуцер 23, постепенно растворяет частицы твердого материала, которые уменьшаются в размерах, проваливаются на нижерасположенные полки, где происходит их полное растворение. Готовый продукт выводится из корпуса аппарата через штуцер 24. Температура смеси в корпусе аппарата регулируется с помощью теплоносителя, поступающего в рубашки 2.
Частота колебаний вала 8, углы его поворота и шаг перемещения относительно радиальных лопастей мешалок задаются исходя из физико-химических свойств перерабатываемых материалов и кинетики процесса.
Указанные преимущества предлагаемого аппарата для перемешивания фаз, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью его конструктивных элементов.
Выполнение отверстий в полках в виде правильных шестигранников, в углах которых с верхней стороны установлены конусные стойки заданных размеров, обеспечивает максимально возможную поверхность контакта фаз для всех частиц перерабатываемого твердого материала на всех полках корпуса аппарата.
Неподвижные относительно корпуса аппарата радиальные лопасти мешалок позволяют равномерно распределять частицы близких фракций твердого материала по вращающимся вокруг вертикальной оси полкам и перемещать вниз с полки на полку частицы меньших размеров.