Аппарат для обработки твердого зернистого материала жидкостью

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТВЕРДОГО ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА ЖИДКОСТЬЮ(73) Патентообладатели Плющ Борис Васильевич, Плисовский Василий Степанович ,Беднюк Олег Николаевич(57) Аппарат для обработки твердого зернистого материала жидкостью, содержащий герметичную цилиндрическую емкость для обработки материала, установленную вертикально, расположенный в верхней части емкости диспергатор промывочной жидкости, патрубок ввода кислоты, первый патрубок ввода промывочной жидкости,соединенный с диспергатором, патрубок отвода газов, патрубок вывода кислоты, расположенный в нижней части емкости, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отверстие или патрубок ввода зернистого материала и патрубок вывода зернистого 387 материала, расположенные соответственно в верхнем и нижнем основаниях емкости, патрубок слива промывочной жидкости, второй патрубок ввода промывочной жидкости, непроницаемую перегородку, установленную с возможностью образования щелевого зазора с нижним основанием емкости, и по меньшей мере два щелевых фильтра, причем в перегородке выполнены отверстия, в каждом из которых установлен щелевой фильтр, патрубок вывода кислоты, второй патрубок ввода промывочной жидкости, патрубок ввода кислоты установлены в щелевом зазоре, патрубок слива промывочной жидкости расположен не ниже уровня заполнения емкости кварцевым сырьем, а диспергатор имеет вид сосуда с отверстиями или каналами, оси которых пересекают боковую поверхность емкости для обработки материала выше уровня расположения патрубка для слива промывочной жидкости. Полезная модель относится к аппаратам для осуществления химических процессов, а конкретно к аппаратам для обработки твердых зернистых материалов кислотами и может быть использована в процессах травления, очистки, обогащения, например, в технологии химического обогащения кварцевого сырья. Известен аппарат для контактирования твердого зернистого материала с жидкостью, содержащий цилиндрическую емкость, установленную вертикально, патрубок для отвода газов, патрубки ввода и вывода кислоты, патрубки ввода и вывода зернистого материала 1. Известный аппарат не обеспечивает разделение полезного продукта (зернистого материала) и побочных продуктов (например, загрязнений), возникающих в результате кислотной обработки, что ограничивает его функциональные возможности. Выходящая из известного аппарата концентрированная пульпа состоит из зернистого материала и кислоты, в силу чего в производственные помещения выделяются ядовитые пары и газы, - это ухудшает условия труда обслуживающего персонала и технику безопасности. Известен аппарат для контактирования твердого зернистого материала с жидкостью, содержащий цилиндрическую емкость, установленную вертикально, патрубок для отвода газов, патрубки ввода и вывода кислоты, патрубки ввода и вывода кварцевого сырья, патрубок подачи промывочного раствора 2. В известном аппарате патрубок подачи промывочного раствора обеспечивает лишь промывку аппарата после кислотной обработки зернистого материала, но не самого материала, что ограничивает функциональные возможности аппарата и качество продукта, поскольку выходящая из аппарата пульпа содержит как полезный продукт, так и побочные. Пульпа состоит из зернистого материала и кислоты в силу чего в производственные помещения выделяются ядовитые пары и газы, последние длительное время проникают в помещения также через вход подачи дисперсного материала в аппарат - это ухудшает условия труда обслуживающего персонала и технику безопасности. Наиболее близким к заявляемому является аппарат для обработки зернистого материала жидкостью, содержащий герметичную цилиндрическую емкость для обработки материала, установленную вертикально,расположенный в верхней части емкости диспергатор промывочной жидкости, патрубок ввода кислоты, первый патрубок ввода промывочной жидкости, соединенный с диспергатором, патрубок отвода газов, патрубок вывода кислоты, расположенный в нижней части емкости 3. В известном аппарате кислотная обработка материала и его промывка осуществляются в изолированной емкости, причем в процессе обработки и кислота, и промывочная жидкость, и ядовитые газы удаляются из емкости и скапливаются в изолированном корпусе, что улучшает условия труда и технику безопасности. В случае, если полезный продукт - зернистый материал, получаемый кислотной очисткой или обогащением,производительность аппарата и качество продукта после обработки оказываются недостаточными. Так, контейнер для обрабатывания материала, уплотнение материала в контейнере затрудняют проникновение жидкостей (кислоты, промывочной жидкости) в материал, ограничивают смачиваемость материала, взаимодействие его с жидкостями, вызывают неоднородную обработку материала, ухудшают вымывание примесей из него и способствуют их сохранению в материале. В известном аппарате промывка осуществляется диспергатором с целью обмывания контейнера, полости емкости для обработки и материала от остатков кислоты, однако этот процесс малопроизводителен для материалов, образующих устойчивые пленки продуктов взаимодействия материала и кислоты, например, возникающие при обогащении кварцевого сырья, так как промывка осуществляется по методу просачивания через уплотненный материал. Снижение проницаемости контейнера при обработке, особенно для зернистого материала с размерами частиц менее миллиметра,вследствие засорения пор дисперсным материалом также ограничивает производительность, качество кислотной обработки, надежность работы аппарата. Засорение пор не устраняется обмыванием контейнера обмывочной жидкостью. Это требует дополнительных затрат труда на его очистку и восстановление прони 2 387 цаемости. Контейнер также требует проведения погрузочно-разгрузочных работ, что увеличивает трудоемкость работ и ограничивает производительность аппарата. Предлагаемая полезная модель решает задачу создания аппарата для обработки твердого зернистого материала кислотой и для его последующей промывки, в частности задачу обогащения кварцевого сырья. Основной технический результат полезной модели заключается в повышении производительности аппарата и качества зернистого материала после обработки при сохранении высокого уровня безопасности и хороших условий труда персонала. Дополнительный к основному технический результат заключается в повышении надежности работы аппарата и снижении трудоемкости работ по обработке материала жидкостью. Достижение основного и дополнительного технических результатов обеспечивается тем, что аппарат для обработки твердого зернистого материала жидкостью, содержащий герметичную цилиндрическую емкость для обработки материала, установленную вертикально, расположенный в верхней части емкости диспергатор промывочной жидкости, патрубок ввода кислоты, первый патрубок ввода промывочной жидкости, соединенный с диспергатором, патрубок отвода газов, патрубок вывода кислоты, расположенный в нижней части емкости, дополнительно имеет отверстие или патрубок ввода зернистого материала и патрубок вывода зернистого материала, расположенные соответственно в верхнем и нижнем основаниях емкости, патрубок слива промывочной жидкости, второй патрубок ввода промывочной жидкости, непроницаемую перегородку,установленную с возможностью образования щелевого зазора с нижним основанием емкости, и по меньшей мере два щелевых фильтра, причем в перегородке выполнены отверстия, в каждом из которых установлен щелевой фильтр, патрубок вывода кислоты, второй патрубок ввода промывочной жидкости, патрубок ввода кислоты установлены в щелевом зазоре, патрубок слива промывочной жидкости расположен не ниже уровня заполнения емкости кварцевым сырьем, а диспергатор имеет вид сосуда с отверстиями или каналами, оси которых пересекают боковую поверхность емкости для обработки материала выше уровня расположения патрубка для слива промывочной жидкости. Согласно полезной модели емкость для обработки зернистого материала выполнена цилиндрической формы,установлена вертикально и является герметичной. Такая форма емкости и ее установка способствуют ускоренному удалению зернистого материала из аппарата. Герметичность емкости предполагает, что на ее входных-выходных патрубках имеются герметично закрывающиеся вентили, заглушки или иные запорные устройства, обеспечивающие ввод-вывод материала, кислоты, промывочной жидкости в необходимом количестве, в заданной последовательности и заданное время при соблюдении максимально возможной изоляции внутренней полости емкости от производственных помещений. При этом названные патрубки в первую очередь обеспечивают требуемые для работы аппарата функции, т.е. его работоспособность, а последовательность их открытия-закрытия-достигаемый полезной моделью основной и дополнительный технические результаты. Так, введение патрубка ввода (или отверстия ввода) и патрубка вывода зернистого материала, расположенных в верхнем и нижнем основаниях, обеспечивает возможность формирования в емкости пульпы кислота-исходный материал, а также удаление обработанного жидкостями материала в виде пульпы промывочная жидкость-обработанный материал, что повышает однородность кислотной обработки,эффективность взаимодействия материала с кислотой ускоряет ввод-вывод материала после обработки жидкостями. Введение второго патрубка подачи промывочного раствора и патрубка слива промывочной жидкости, их расположение, а также выполнение диспергатора в виде сосуда с отверстиями или каналами, оси которых пересекают боковую поверхность емкости для обработки материала выше уровня расположения патрубка для слива промывочной жидкости, обеспечивают эффективную промывку зернистого материала в емкости после кислотной обработки (быстрое и полное удаление вторичных продуктов и загрязнений), причем указанное расположение второго патрубка обеспечивает также регенерацию фильтров в период промывки. Введение непроницаемой перегородки, установленной с возможностью образования щелевого зазора с нижним основанием емкости, и по меньшей мере двух щелевых фильтров, установленных на ней в отверстиях, обеспечивает выделение твердых дисперсных частиц материала из пульпы и удаление кислоты через патрубок вывода кислоты. Выполнение фильтра в виде секции из двух и более щелевых фильтров согласно вышеизложенному повышает надежность и долговечность работы аппарата в силу более высокой стойкости фильтра к абразивному и коррозионному воздействию. Кроме того, такая конструкция инициирует образование турбулентности при промывке, что ускоряет последнюю, а также сохраняет высокую проницаемость фильтра в процессе его работы. Минимальное число фильтров, способных обеспечивать равномерную и ускоренную промывку - два. Однако увеличение числа фильтров затрудняет удаление зернистого материала после промывки, оптимальное число фильтров определяется экспериментально. Засыпка дисперсного материала в кислоту обеспечивает образование пульпы, что ускоряет процесс кислотной обработки и делает однородным, качественным конечный продукт. Кислотная обработка и промывка в одной и той же герметичной емкости, централизованное удаление из нее ядовитых паров и газов, предотвращают попадание последних в производственные помещения и минимизируют их поступление в него до безопасного уровня. 3 387 На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый аппарат, вид сбоку в разрезе., на фиг. 2 изображено сечение аппарата по А-А. Предлагаемый аппарат для химического обогащения кварцевого сырья содержит герметичную цилиндрическую емкость 1 для обработки материала, установленную вертикально и выполненную в виде корпуса 2 цилиндрической формы с верхним 3 и нижним 4 основаниями, диспергатор промывочной жидкости 5, выполненный в виде сосуда с кольцеобразной полостью 6 и каналов 7 и расположенный в верней части емкости 1, щелевые фильтры 8, установленные на непроницаемой перегородке 9 в отверстиях 10, выполненных в ней, патрубок ввода кислоты 11, патрубок вывода кислоты 12, патрубок ввода зернистого материала 13 и патрубок вывода зернистого материала 14, расположенные соответственно в верхнем 3 и нижнем 4 основаниях емкости 1, первый патрубок ввода промывочной жидкости 15 и второй патрубок ввода промывочной жидкости 16, патрубок слива промывочной жидкости 17, патрубок отвода (вывода) газов 18, причем первый патрубок ввода промывочной жидкости 15 соединен с внутренней полостью 6 диспергатора 5, непроницаемая перегородка расположена у нижнего основания 4 и образует с ним щелевой зазор 19, патрубок ввода кислоты 11, патрубок вывода кислоты 12, второй патрубок ввода промывочной жидкости 16 установлены в щелевом зазоре 19, патрубок слива промывочной жидкости 17 расположен не ниже уровня заполнения емкости кварцевым сырьем, патрубок отвода газов 18 расположен выше заполнения емкости кислотой, например,у верхнего основания 4, диспергатор 5 имеет форму диска, каналы 7 выполнены по периметру нижнего основания диска таким образом, что их оси пересекают боковую поверхность емкости (корпус 2) выше патрубка 17. Для обеспечения герметичности и работы аппарата на входах патрубков 11, 15, 16, на выходах патрубков 12, 17, 18 установлены вентили, на входе патрубка 13, выходе патрубка 14 - заглушки, шланговые затворы или иные подобные устройства для герметичного запирания-открытия патрубков (указанные устройства носят названия одноименных патрубков, например, вентиль на выходе патрубка ввода кислоты, заглушка патрубка ввода материала и т.п., все подобные устройства изображены на чертежах, но позициями на чертежах не обозначены). Заполнение аппарата зернистым материалом осуществляется с помощью загрузочного бункера 20 ипитателя 21. В верхней части аппарата выполнен вентиляционный короб 22. Короб 22 и патрубок отвода газов 18, централизованно соединены с устройством по очистке воздуха от вредных газов. Подача кислоты в аппарат осуществляется самотеком из герметичной емкости, сбор кислоты после вывода из аппарата также осуществляется в герметичную емкость (устройства, обеспечивающие работу аппарата не приводятся и на чертежах не показаны). Аппарат работает следующим образом. В исходном состоянии все патрубки аппарата герметично закрыты. Вначале производят кислотную обработку зернистого материала. Для этого при открытом выходе газов(патрубок отвода газов 18 открывают) заполняют емкость кислотой до требуемого уровня через патрубок ввода кислоты 11 (патрубок 11 открывают, а потом перекрывают), а затем открывают заглушку и вводят в емкость 1 через патрубок ввода материала 13 порцию зернистого материала. В результате засыпки образуется пульпа кислота-зернистый материал, обеспечивающая высокую смачиваемость и эффективное взаимодействие материала и кислоты. Производят герметизацию емкости 1 (патрубки 13 и 18 перекрывают) и при ее герметичном состоянии осуществляют кислотную обработку материала выдержкой его в кислоте. Далее при открытом выходе газов и кислоты (патрубки 18 и 12 открывают) осуществляют выделение зернистого материала из смеси фильтрами 8 и удаляют остаток кислоты через щелевой зазор 19 и патрубок вывода кислоты 12 из емкости 1 по трубопроводу в герметичную емкость для сбора кислоты (после чего патрубок 12 перекрывают). Затем при открытом выходе паров из емкости 1 производят промывку зернистого материала. Промывочную жидкость под давлением подают через второй патрубок ее ввода 16 в зазор 19, а затем через фильтры 8 в зернистый материал, заполняют его и полость емкости жидкостью до уровня патрубка слива 17 и удаляют жидкость через патрубок слива 17 (для этого патрубки 16 и 17 поочередно открывают). При подаче через фильтры 8 промывочной жидкости происходит ее турбулизация в нижней части емкости, что способствует ускорению вымывания загрязнений, продуктов травления и остатков кислоты из зернистого материала,обеспечивает его разуплотнение и разжижение до уровня близкого к пульпе. При этом загрязнения, остатки кислоты и другие примеси поднимаются вверх и удаляются через патрубок слива 17. При подаче промывочной жидкости происходит регенерация фильтров 8, а вредные газы и пары кислоты вытесняются жидкостью и удаляются через патрубок отвода газов 18. Однако при обработке ряда материалов, например при обогащении кварцевого сырья, при промывке на зеркале промывочного раствора образуется устойчивая пленка примесей и загрязнений, остатки которой не удаляются через патрубок 17. Поэтому в процессе промывки через патрубок 15 подают в диспергатор 5 промывочную жидкость. Благодаря расположению каналов 7 таким образом, что их оси пересекают боковую поверхность емкости выше уровня расположения патрубка 17, диспергатор 5 формирует потоки промывочной жидкости падающие на указанную боковую поверхность и стекающие по ней. Это разрушает сцепление пленки с поверхностью емкости, и она легко удаляется через патрубок 17. 4 387 По окончании промывки подачу и слив промывочной жидкости прекращают (перекрывают патрубки 15, 16,17) и открывают патрубки 13 и 14. Обработанный зернистый материал в виде пульпы материал - промывочная жидкость под действием собственного веса удаляется из емкости 1 аппарата. Остатки материала смывают из аппарата кратковременной подачей промывочной жидкости через патрубок 15 на диспергатор 5. Процесс обработки жидкостями завершен. Обработанный в аппарате зернистый материал направляют, например, на нутч-фильтр, а затем - на сушку. Выполнение аппарата может отличаться от предложенного. Так, на выходе патрубка 18 может быть установлен предохранительный клапан. Верхнее основание 3 может быть выполнено в виде крышки. Все патрубки аппарата могут быть заменены штуцерами. Патрубок ввода материала 13 может быть эквивалентно заменен на отверстие, выполненное в крышке 3. Легко видеть, что в предлагаемом аппарате производится автоматическая регенерация фильтров, обеспечивается автоматическая загрузка-выгрузка материала, а также высокая степень безопасности и хорошие условия труда персонала. Так, пары кислот и другие вредные газы в процессе промывки ускоренно удаляются из материала и емкости. В емкости остаются только следы паров кислот, для удаления которых достаточно вытяжной вентиляции. Расположение патрубков 11, 12 в зазоре 19 обеспечивает возможность использования других технологических приемов кислотной обработки путем удаления или добавления требуемого количества кислоты в емкость 1 с целью выбора оптимальных режимов обработки в зависимости от задач обработки материала и вида сырья. Образование пульпы кислота-материал при вышеуказанной технологической схеме промывки обеспечивают высокое качество обработки материала жидкостями. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.