Способ проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы и установка для его осуществления

 

1. Способ проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, заключающийся в смешении дозируемого реагента с исходной средой, выдержке реагирующей смеси и разделении продуктов реакции с отделением твердой фазы, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь продукта, повыщения его качества и интенсификации процесса за счет предотвращения выноса образующейся дисперсной твердой фазы из реакционного пространства , после выдержки реагирующей смеси осуществляют ее рециркуляцию и контакт с исходной средой в противотоке через полупроницаемую перегородку при создании на ней чередующихся знакопеременных перепадов давления, при этом реагент дозируют в поток реагирующей смеси после ее контакта с исходной средой. 2. Установка для проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, содержащая последовательно установленные дозатор реагента, смеситель, реактор с мещалкой, декантатор и трубопроводы подачи и отвода исходного раствора, отличающаяся тем, что, с целью снижения потерь продукта, повышения его качества и интенсификации процесса, она снабжена кожухотрубчатым массообменником с пористыми трубами и пульсатором, соединенным с трубным и межтрубным пространствами , при этом входной патрубок межтрубного пространства массообменника соединен с выходами реактора и декантатора, выходной патрубок - с входом смесителя, а трубное пространство массообменника - с трубопроводами противоточной подачи и отвода исходного раствора. (Л 00 со со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1337133 А 1 (g1) 4 В Ol J 19/00 с

Л

«

« «,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3471203/23-26 (22) 10.06.82 (46) 15.09.87. Бюл. № 34 (71) Научно-исследовательский институт

Научно-производственного объединения

«Дагагровинпром» (72) P. 3. Алиев (53) 66.023 (088.8) (56) Справочник химика, т. 5, М вЂ” Л., 1968, с. 162 — 226.

Перри Дж. Справочник инженера-химика., т.2, Л., 1969, с. 122. (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ С ОБРАЗОВАНИЕМ

ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, заключающийся в смешении дозируемого реагента с исходной средой, выдержке реагирующей смеси и разделении продуктов реакции с отделением твердой фазы, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь продукта, повышения его качества и интенсификации процесса за счет предотвращения выноса образующейся дисперсной твердой фазы из реакционного пространства, после выдержки реагирующей смеси осуществляют ее рециркуляцию и контакт с исходной средой в противотоке через полупроницаемую перегородку при создании на ней чередующихся знакопеременных перепадов давления, при этом реагент дозируют в поток реагирующей смеси после ее контакта с исходной средой.

2. Установка для проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, содержащая последовательно установленные дозатор реагента, смеситель, реактор с мешалкой, декантатор и трубопроводы подачи и отвода исходного раствора, отличающаяся тем, что, с целью снижения потерь продукта, повышения его качества и интенсификации процесса, она снабжена кожухотрубчатым массообменником с пористыми трубами и пульсатором, соединенным с трубным и межтрубным пространствами, при этом входной патрубок межтрубного пространства массообменника соединен с выходами реактора и декантатора, выходной патрубок — с входом смесителя, а трубное пространство массообменника с трубопроводами противоточной подачи и отвода исходного раствора.

1337133

Изобретение относится к технике и технологии химических процессов в растворах с образованием твердой дисперсной фазы и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической, гидрометаллургической и других отрастях промышленности для химического осаждения компонентов из растворов и пульп.

Известен способ проведения химической реакции в растворе с образованием твердой дисперсной фазы путем смешения реагента с раствором, выдержки реагирующей смеси и разделения продуктов реакции с отделением твердой фазы.

Недостатки данного способа заключаются в плохом качестве получаемого продукта и низкой производительности установки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, осуществляемый в установке для проведения химической реакции в растворе с образованием твердой дисперсной фазы, включающей дозатор реагента, реактор с мешалкой и декантатор.

Однако в известном способе содержащиеся в исходном растворе частицы постороннего материала попадают в образующийся в результате реакции химического осаждения осадок, загрязняя его. При этом вся обрабатываемая жидкость должна проходить дозатор реагента, реактор и декантатор.

Концентрация образующейся дисперсной фазы в реакторе является низкой, размер ее частиц малый, требования к декантатору высокие — он должен пропускать весь обрабатываемый раствор, при этом покидающая его жидкость не должна содержать частиц образующейся твердой фазы. Удельная производительность оборудования установки низкая.

Цель изобретения — снижение потерь продукта, повышение его качества и интенсификация процесса за счет предотвращения выноса образующейся дисперсной твердой фазы из реакционного пространства.

Поставленная цель достигается тем, что в способе проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, заключающемся в смешении дозируемого реагента с исходной средой, выдержке реагирующей смеси и разделения продуктов реакции с отделением твердой фазы, после выдержки реагирующей смеси осуществляют ее рециркуляцию и контакт с исходной средой в противотоке через полупроницаемую прегородку при создании на ней чередующихся знакопеременных перепадов давления, при этом реагент дозируют в поток реагирующей смеси после ее контакта с исходной средой, а установка для проведения химической реакции с образованием твердой дисперсной фазы, содержащая последовательно установленные дозатор реагента, смеситель, реактор с мешалкой, декантатор и трубопроводы подачи и отвода исходного раствора, снабжена кожухотрубчатым массообменником с пористыми трубами и пульсатором, соединенным с трубным и межтрубным пространствами, при этом входной патрубок межтрубного пространства массообменника соединен с вы1 ходами реактора и декантатора, выходной парубок — с входом смесителя, а трубное пространство массообменника — с трубопроводами противоточной подачи и отвода исходного раствора.

На чертеже схематически изображена

15 установка для проведения реакции с образованием твердой дисперсной фазы.

Установка содержит реактор 1 или каскад реакторов с мешалкой и термостатирующей рубашкой, дозатор реагента 2, декан20 татор 3 (гидроциклон, фильтр сепаратор, центрифуга, отстойник), смеситель 4, циркуляционный насос 5, кожухотрубчатый массообменник 6. Межтрубное пространство массообменника 6 соединено входным

7 и выходным 8 патрубками и трубопроводами с контуром рециркуляции реагирующей смеси, включающим реактор 1, насос

5, декантатор 3 и смеситель 4. Трубное пространство массообменника 6 соединено с насосом 9 подачи исходного раствора и линией О отвода обработанного раствора.

Трубы 11 кожухотрубчатого м ассообменника 6 выполнены из пористого проницаемого для сплошной фазы и непроницаемого для дисперсных фаз материала, например, металла, пластмассы, керамики, меЗ5 таллокерамики, или армированного пористого материала. Установка снабжена пульсатором 12, обеспечивающим поочередное создание пульсирук>щих перепадов давления между трубным и межтрубным пространствами массообменника.

Установка работает следующим образом.

Пример 1 (по варианту химического осаждения компонента из раствора).

При первом пуске установки реактор 1

45 заполняется исходным раствором. Одновременно задают в него реагент-осадитель в количестве, достаточном для осаждения всего содержащегося в нем целевого компонента.

Суспензия образовавшейся в результа50 те химической реакции твердой дисперсной фазы в маточном растворе насосом 5 через байпасную линию 13 декантатора 3 подается в межтрубное пространство массообменника 6. Противотоком в трубное пространство массообменника 6 насосом 9 подается исходный раствор. Включается в работу пульсатор 12. Под действием создаваемых пульсатором 12 знакопеременных перепадов

1337!ЗЗ l0 з давЛения между трубным и межтрубным пространствами м ассообменника по всей длине пористых труб 11 происходит пульсирующий поперечный обмен порциями сплошной фазы жидкости. Компоненты маточного раствора переносятся из трубного пространства обратными пульсациями в суспензию межтрубного пространства.

В результате осуществляемого таким образом в массообменнике 6 процесса непрерывного противоточного массообмена между суспензией осадка и исходным раствором по трубопроводу 8, из последнего отводится суспензия, обогащенная компонентами исходного раствора. По линии 10 отводится обработанная жидкость, обедненная целевым компонентом и обогащенная компонентами маточного раствора, но несодержащая частицы образовавшегося осадка, так как они не проходят через стенки пористых внутренних труб 11 массообменника 6.

Суспензия осадка, обогащенная компонентами исходного раствора, l1o патрубку

8 подается в смеситель 4, в который дозируется из источника 14 дозатором 2 реагент-осадитель. Количество подаваемого реагента-осадителя регулируется системой, включающей датчик 15 концентрации, установленный на реакторе 1, регулятор 16 и исполнительный механизм 17 дозатора реагента 2.

В смесителе 4, а затем в реакторе 1 протекает химическая реакция взаимодействия поданного реагента-осадителя с целевым компонентом, выносимым из массообменника 6 с суспензией осадка. Образуется дополнительное количество осадка. Концентрация дисперсной твердой фазы в реакторе возрастает. В дальнейшем, в процессе непрерывной работы установки суспензии осадка рециркулируются в контуре. Постоянно выносится в реактор из массообменника целевой компонент, который, взаимодействуя с дозируем ым реагентом, увеличивает концентрацию твердой фазы в контуре. По достижении объемного соотношения Т;Ж =0,2 — 1,0 включается в работу декантатор 3, в котором отделяется и отводится по линии 18 часть образующейся в процессе дисперсной твердой фазы. В дальнейшем концентрация последней в рециркуляционном контуре сохраняется постоянной. В декантаторе-гидроциклоне отделяются наиболее крупные частицы. Более мелкие частицы дисперсной твердой фазы рециркулируют через массообменник 6 в реактор 1 и сохраняются в контуре до достижения ими определенного среднего размера частиц, достаточного для отделения их в декантаторе.

Даже при низких концентрациях целевого компонента в обрабатываемом исходном

55 растворе, в циркуляционном контуре, включающем массообменник, смеситель, реактор и декантатор, можно накопить и поддерживать в непрерывном режиме высокую концентрацию дисперсной твердой фазы продукта реакции. Вновь образующийся в непрерывном процессе избыток ее легко удаляется из высококонцентрированной суспензии в простейшем декантаторе-гидроциклоне или вакуум-фильтре. Причем для выделения одного и того же количества осадка из высококонцентрированной суспензии требуется декантатор с объемной пропускной способностью в п раз меньшей. чем по известной схеме, где n — относительное увеличение концентрации дисперсной твердой фазы в рециркуляционном контуре предлагаемой установки по сравнению с известной прямоточной схемой. Число и может достигать 10 и более.

Лример 2. (по варианту химического осаждения компонента из пульпы).

При первом пуске установки реактор заполняется чистой жидкой фазой обрабатываемой пульпы. Одновременно в него задают реагент-осадитель в количестве, достаточном для осаждения всего содержащегося в жидкости целевого компонента. Суспензия образовавшегося осадка в маточном растворе насосом 5 через байпасную линию

13 декантатора 3 подается в межтрубное пространство массообмен ника 6. Противотоком в трубное пространство массообменника насосом 9 подается исходная пульпа, содержащая в растворенном виде целевой компонент и частицы постороннего твердого материала. Включается в работу пульсатор 12. Под действием создаваемых им знакопеременных перепадов давления протекает процесс непрерывного противоточного массообмена между суспензией образовавшегося в результате реакции осадка и потоком исходной пульпы.

В результате по патрубку 8 из массообменника отводится суспензия осадка, обогащенная растворимыми компонентами исходной пульпы. По линии 10 отводится обработанная пульпа, обедненная целевым компонентом и обогащенная компонентами маточного раствора. B суспензию осадка не попадают частицы твердого материала пульпы. В обрабатываемую пульпу не попадают частицы образовавшегося в результате реакции осадка, так как и те и другие частицы не проходят через стенки пористых внутренних труб массообменника. Далее процесс осуществляется аналогично примеру 1.

В таблице приводятся сравнительные показатели проведения реакции химического осаждения СаСО, из водного раствора

СаС! кальцинированной содой NaCO, по известному и предлагаемому способам.

Известный способ

Предлагаемый способ

Единица измере— ния м /ч

10 кг/м

0,9

0,9 кг/ч

201

201 кг/м

201

201 м /час

Показатели процесса

Производительность по исходному раствору

Концентрация СаС1 в исходном растворе

Степень превращения

Сас

Производительность по образующейся твердой фазе СаСОз

Концентрация СаСО> в суспензии,поступающей на декантацию

Необходимая произво— дительность декантатора для отделения полученного в реак-ции осадка СаСОз

Таким образом, в предлагаемых способе и установке образующаяся в результате химической реакции дисперсная твердая фаза не выносится из реакционного пространства вместе с обработанным раствором, а концентрируется в нем. Это способствует увеличению поверхности контакта фаз в единице объема реакционного пространства и увеличению скорости реакции и производительности оборудования. Из образующегося высококонцентрированного потока осадка в более простом и контактном оборудовании непрерывно выделяются наиболее кру.пные частицы в виде целевого продукта реакции. При обработке пульпы образующийся осадок дисперсной твердой фазы не загрязняется частицами постороннего твердого материала, содержащегося в пульпе. Обработанная пульпа не содержит частиц образовавшегося в результате реакции осадка.

1337133

Составитель Э. Скачкова

Редактор И. Касарда Техред И. Верее Корректор A. Зимокосов

Заказ 4073/9 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4;5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4