УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ СОЛЕВЫХ РАСПЛАВОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области химической технологии и металлургии и может быть реализована на химико-металлургических предприятиях для гранулирования различных отработанных солевых расплавов металлургических производств, например хлоридных отходов титано-магниевого производства: отработанного электролита магниевых электролизеров, расплавов и возгонов титановых хлораторов, шламов карналлитовых хлораторов и т.д.
Известны (Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов. М: Химия, 1975, с.117-132) различные устройства для гранулирования и кристаллизации расплавов металлургических производств. Описанные в литературе устройства и установки предназначены, как правило, для кристаллизации и гранулирования различных металлургических шлаков, расплавов, не растворимых в воде и не могут быть использованы для гранулирования солевых расплавов на основе хлоридных щелочных, щелочноземельных и др. металлов.
Этим же недостатком обладают и другие известные устройства для гранулирования различных расплавов (см. например патент РФ №2086297; патент РФ №2213428 и др.)
Известно устройство для гранулирования отработанных солевых расплавов (Свалов Г.Н. Исследования в области переработки отработанного электролита магниевого производства на удобрение. Автореферат, дис. к.т.н. Ленинград: ВАМИ, 1970, с.29). Устройство включает в себя вращающийся барабан (скорость вращения 15-20 об/мин), погруженный в ванну с отработанным электролитом электролизеров магниевого производства.
Ванна с расплавом (температура перегрева составляет 30-50°С) имеет соединение через циркуляционный насос с миксером исходного расплава, предназначенным для подачи расплава на поверхность барабана кристаллизатора. Закристаллизованный на поверхности барабана расплав срезается "ножом" с образованием пластинок толщиной менее 1 мм и в поперечнике до 100 мм; температура пластинок 400-500°С. Для охлаждения и передачи продукта на упаковку в установке предусмотрена пневмотранспортная линия, охлаждаемая водой. В процессе транспортировки происходит измельчение пластинок, в результате чего товарный продукт, предлагаемый для последующей утилизации потребителями представляет собой полидисперсный материал, около 20% которого имеет размер 1-3 мм и 80% менее 1 мм.
Недостатком известного устройства является неудовлетворительное качество получаемого продукта в связи с его полидисперсностью. Другим недостатком известного устройства является ее конструктивная особенность, связанная с наличием в составе установки циркуляционных насосов для перекачки жидкого материала (расплав с температурой 600-720°С) из ванны в миксер. Кроме того, известное устройство предусматривает необходимость поддержания вполне определенной температуры расплава - как в миксере, так и в ванне. В противном случае происходит либо затвердевание расплава в ванне и миксере, либо образование настылей на поверхности расплава, либо работа барабана - кристаллизатора "вхолостую" - без кристаллизации расплава.
Из известных аналогов наиболее близкие по технической сущности (совокупности существенных признаков) и достигаемому при этом техническому результату является известное устройство для гранулирования отработанных солевых расплавов (Исследование кристаллизации хлоридных расплавов //Отчет по НИР: БФ ВНИИПИТ. Тема №10-77-106/ПТ. № Гос. регистрации 77040865; инв. №Б 635465 от 13.01.1978. Березники, 1977, с.56-59) - принято за прототип.
Устройство по прототипу включает в себя два барабана, вращение которых обеспечивается двигателем, соединенным с барабанами через редукторы. Охлаждение внутренней поверхности каждого из барабанов осуществляется водой, подаваемой через трубу проходящей по оси барабанов, удаление нагретой воды из нижней зоны барабанов осуществляется посредством выводной трубы. Сверху барабана смонтирован зумпф для обеспечения подачи расплава на поверхность водоохлаждаемых барабанов. Под барабанами установлен противень для приемки и сбора гранулята. В результате кристаллизации хлоридных расплавов: отработанного электролита магниевых электролизеров, отработанных расплавов титановых хлораторов, шламов карналлитовых хлораторов, шламов рафинирования магния, в данной установке образуется гранулят в виде ленты, толщиной 0,6-1,2 мм и шириной равной длине ванны (длине барабана или ширине зумпфа). После охлаждения на воздухе лента гранулята легко ломается на пластины различного размера.
Недостатком известного устройства является неудовлетворительная производительность, что связано с неудовлетворительным теплосъемом с поверхности барабана.
Предлагаемое техническое решение - полезная модель - "Устройство для гранулирования отработанных солевых расплавов" направлена на решение задачи, заключающейся в повышении производительности работы установки.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в увеличении удельной нагрузки по целевому продукту.
Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой установкой для гранулирования отработанных расплавов, включающее водоохлаждаемый барабан, соединенный с электродвигателем через редуктор, узла подачи и распределения исходного расплава на поверхность барабана,
водоподводящую трубу, сливную трубу, сборник целевого гранулированного продукта. Новым в устройстве является то, что водоподводящая труба имеет соединение на расстоянии, равном 40-60% от ширины барабана, с вертикально установленным распределителем воды, орошающим внутреннюю поверхность барабана, выполненным в форме трапецеидальной щелевой полой пирамиды, образованной из пластин сходящихся к основанию под углом 1-10° друг к другу и образующих щель, площадь сечения которой составляет 80-90% от площади сечения водоподводящей трубы, ширина основания трапеции равна 80-95% ширины барабана, одна из пластин образует соединение с водонаправляющей поверхностью, диаметр которой составляет 0,60-0,95 от внутреннего диаметра барабана, длина окружности сегмента составляет 30-60% от общей длины окружности барабана.
Вышеперечисленные особенности конструкции "Устройства" по предлагаемой полезной модели обеспечивают, как показали результаты испытаний, решение поставленной задачи и достижение технического результата, заключающегося в увеличении удельной нагрузки по целевому продукту.
Анализ совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели (наличие новых элементов, взаимного расположения узлов, форма их выполнения) и достигаемого результата показывает, что между ними существует причинно-следственная связь, выражающаяся в экспериментально установленном факте: при включении в состав установки предлагаемых конструктивных элементов, форма их выполнения, взаимное расположение, соотношение размеров отдельных составных частей установки обеспечивает достижение вышеуказанного технического результата; при этом важным в заявленной "Установке" является одновременное наличие всех вышеперечисленных отличительных и известных признаков - отсутствие хотя бы одного из них препятствует достижению вышеуказанного результата.
Проверка соответствия заявляемой полезной модели требованиям новизны и изобретательского уровня в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемая конструкция в книжной, журнальной и патентной литературе не описана, а достигаемый при этом технический результат явным образом не следует и не вытекает.
На рисунке показана предлагаемая полезная модель - "Устройство для гранулирования отработанных солевых расплавов включающее: барабанный гранулятор (1), соединенный через редуктор (2) с электродвигателем (3), узел подачи и распределения исходного расплава по поверхности барабана (4), водоподводящую трубу (5) и сливную трубу для вывода воды из нижней части барабана (6), сборник целевого продукта, расположенный под барабаном (7), распределитель воды (8), орошающий внутреннюю поверхность барабана, водонаправляющая поверхность (9).
Реализация полезной модели
Предлагаемое техническое решение - полезная модель "Устройство для гранулирования отработанных солевых расплавов" работает следующим образом. Исходный отработанный солевой расплав, например хлоридные отходы магниевого производства (отработанный расплав процесса электролиза магния из карналлита, шламы карналлитовых хлораторов и т.д.) сливают при включенном электродвигателе через узел подачи и распределения расплава (4) на поверхность барабанного гранулятора (1), одновременно по водоподводящей трубе (5) под напором через распределитель воды (8) закачивают воду для охлаждения внутренней поверхности барабана. Охлаждающая вода проходит под напором через водоподводящую трубу (5) и распределитель (8), выполненный в форме трапецеидальной полой пирамиды, через щель распределителя попадает на водонаправляющую поверхность (9), непосредственно примыкающую к внутренней поверхности барабана и охлаждает ее. Нагретая вода стекает по внутренней поверхности барабана и через сливную трубу из нижней зоны барабана, охлаждается и затем вновь используется для охлаждения. Отработанный солевой расплав, охлаждаясь на внешней поверхности барабана, кристаллизуется и в форме чешуек неправильной формы собирается в сборник целевого продукта (7), затаривается и отгружается потребителям.