EA 025543B1 20170130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025543b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Перемешивающее устройство (10) для смешивания двух растворов при экстракции растворителем, используемой в гидрометаллургическом извлечении металлов, в смесительной камере экстракционной ячейки или смесителе (25), отличающееся тем, что перемешивающее устройство (10) состоит по меньшей мере из трех спиральных прутков (11, 12, 13), расположенных вокруг и вдоль вала (14), при этом спиральные прутки связаны с валом с помощью горизонтальных опорных колец (15, 16, 17), прикрепленных к спиральным пруткам, и горизонтальных изогнутых опорных спиц (18).

2. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что шаговый угол спиральных прутков (11, 12, 13) составляет 10-30° относительно горизонтали.

3. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральные прутки (11, 12, 13) проходят вокруг вала на 1,2-3 оборота.

4. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что поперечное сечение спиральных прутков (11, 12, 13), опорных колец (15, 16, 17) и опорных спиц (18), по существу, является круглым.

5. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что между внешней поверхностью опорных колец (15, 16, 17) и внутренней поверхностью спиральных прутков (11, 12, 13) обеспечено неподвижное соединение.

6. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что количество опорных колец (15, 16, 17) составляет от 3 до 6, так что нижний конец спиральных прутков (11, 12, 13) закреплен на нижнем опорном кольце (15) и верхний конец спиральных прутков (11, 12, 13) закреплен на верхнем опорном кольце (16).

7. Перемешивающее устройство по п.6, отличающееся тем, что количество опорных колец (17) в центральной секции перемешивающего устройства (10) составляет от 1 до 4.

8. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра перемешивающего устройства (10) к диаметру смесительной камеры (25) составляет примерно 0,7-0,77.

9. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр спиральных прутков (11, 12, 13) составляет 0,03-0,07 от диаметра перемешивающего устройства (10).

10. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение высоты перемешивающего устройства (10) к его диаметру составляет примерно 1,2-4.

11. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные спицы (18) прикреплены непосредственно к валу (14) или с помощью опорного элемента (19) вала.

12. Перемешивающее устройство по п.11, отличающееся тем, что опорный элемент (19) вала состоит из цилиндрической секции (20), к которой прикреплены опорные спицы (18), и нижнего конуса (21), соединенного с нижней частью цилиндрической секции, и верхнего конуса (22), соединенного с верхней ее частью.

13. Перемешивающее устройство по п.11, отличающееся тем, что опорные спицы (18) прикреплены первым концом (23) к валу (14) или его опорному элементу (19) под углом 30-60° и вторым концом (24) к опорному кольцу (15, 16, 17) под углом 15-30°.

14. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что направление изгиба опорных спиц (18) верхнего опорного кольца (16) противоположно направлению вращения перемешивающего устройства.

15. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что направление изгиба, по меньшей мере, опорных спиц (18) нижнего опорного кольца (15) соответствует направлению вращения перемешивающего устройства.

16. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что направление изгиба опорных спиц (18) опорного кольца (17) центральной секции перемешивающего устройства (10) соответствует направлению вращения перемешивающего устройства.

17. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные элементы между спиральными прутками (11, 12, 13) и валом (14) состоят из опорных колец (15, 16, 17) и опорных спиц (18) так, что количество опорных колец составляет от 3 до 6, включая нижнее опорное кольцо (15), верхнее опорное кольцо (16) и по меньшей мере одно опорное кольцо (17) центральной секции.

18. Способ смешивания двух растворов при экстракции растворителем, используемой в гидрометаллургическом извлечении металлов, в смесительной камере (25) экстракционной ячейки, где органический экстракционный раствор и водный раствор смешивают с помощью перемешивающего устройства (10) по пп.1-17.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что отношение высоты смесительной камеры к ее диаметру составляет 1,2-4.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что скорость потока вертикальной циркуляции составляет половину от скорости потока в перемешивающем устройстве.

21. Способ по п.18, отличающийся тем, что при образовании дисперсии, в которой органический экстракционный раствор является непрерывной фазой, опорное кольцо (17) центральной секции перемешивающего устройства устанавливают выше центральной секции по высоте перемешивающего устройства.

22. Способ по п.18, отличающийся тем, что при образовании дисперсии, в которой водный раствор является непрерывной фазой и отношение органического раствора к водному раствору (О/А) больше 1 и вплоть до 3, опорное кольцо (17) центральной секции перемешивающего устройства устанавливают ниже центральной секции по высоте перемешивающего устройства.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что отношение высоты смесительной камеры к ее диаметру составляет 1,2-4.

Евразийское
патентное
ведомство
025543
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201390307
(22) Дата подачи заявки 2011.09.15
(51) Int. Cl.
B01F 7/00 (2006.01) B01F 7/24 (2006.01) B01D 11/04 (2006.01) C22B 3/26 (2006.01) C22B 3/02 (2006.01)
(54)
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВЗАИМНОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ДВУХ РАСТВОРОВ ПРИ ЭКСТРАКЦИИ РАСТВОРИТЕЛЕМ
(31) 20100317
(32) 2010.09.16
(33) FI
(43) 2013.09.30
(86) PCT/FI2011/050794
(87) WO 2012/035207 2012.03.22
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОТОТЕК ОЮЙ (FI)
(72) Изобретатель:
Лилья Лауно, Хультхольм Стиг-Эрик, Экман Эро, Нюман Брор (FI)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(56)
US-A-5185081 US-A-4472063 EP-A1-0542713
(57) Изобретение относится к перемешивающему устройству и способу, с помощью которого два раствора, которые являются нерастворимыми или слабо растворимыми друг в друге, смешивают с получением дисперсии. Устройство состоит по меньшей мере из трех спиральных прутков, проходящих вверх вокруг вала и закрепленных на нем так, что опорные элементы между валом и спиральными прутками установлены, по существу, в горизонтальном положении. Устройство и способ особенно подходят для смешивания растворов при экстракции растворителем, используемой в гидрометаллургическом извлечении металлов, с образованием дисперсии.
Область техники
Изобретение относится к устройству и способу, обеспечивающему смешивание с получением дисперсии двух растворов, которые являются взаимно нерастворимыми или слабо растворимыми. Перемешивающее устройство состоит по меньшей мере из трех спиральных прутков, вращающихся вокруг вала и прикрепленных к нему так, что опорные элементы между валом и спиральными прутками установлены, по существу, в горизонтальном положении. Устройство и способ особенно подходят для смешивания растворов при экстракции растворителем в гидрометаллургическом извлечении металлов с образованием дисперсии.
Уровень техники
В процессе экстракции растворителем, используемом при гидрометаллургическом извлечении металлов, два взаимно нерастворимых или слабо растворимых раствора сперва смешивают друг с другом на стадии смешивания с образованием дисперсии. Затем эту дисперсию направляют в секцию осаждения, где дисперсия обычно протекает в горизонтальном направлении, и целью этой стадии является повторное разделение дисперсии на два чистых слоя, один из которых расположен поверх другого. На стадии фактической экстракции водный раствор содержит один или несколько ценных металлов и примеси, и необходимо достичь переноса массы в течение стадии экстракции, другими словами переместить один или более из требуемых ценных металлов в органический экстракционный раствор, оставляя примеси в водном растворе. На стадии отпарки органический экстракционный раствор приводят в контакт с другим водным раствором для получения обратного переноса массы, то есть перемещения одного или более ценных металлов из органического экстракционного раствора в водный раствор, который впоследствии обычно направляют на извлечение металла электролитическим способом.
Чтобы смешать водный раствор и органический экстракционный раствор в секции смешивания экстракционной ячейки часто используют радиальную турбину. Другим типом мешалки для смесительной камеры экстракционной ячейки, известным из предшествующего уровня техники, является мешалка, состоящая из трубчатых змеевиков и кронштейнов для них, которые описаны, например, в US 5185081. Эта мешалка состоит из двух проходящих вверх трубчатых змеевиков и кронштейнов, обеспечивающих присоединение змеевиков к валу мешалки. Трубчатые змеевики проходят вокруг вала примерно на два оборота. На основе приложенных в данной публикации чертежей можно заключить, что шаговый угол змеевиков составляет примерно 10°. Прямые опорные стержни составляют существенную часть мешалки. Нижние опорные стержни расположены горизонтально, центральные стержни наклонены вверх по направлению к валу под углом примерно 30°, и самые верхние стержни наклонены вниз по направлению к валу под углом 30°. Мешалка также может состоять из двух пар спиральных трубок, расположенных рядом друг с другом.
Вертикальное вращение получают в растворе с помощью указанной мешалки и опорных стержней, в особенности верхних опорных стержней, вызывающих радиальное перемешивание раствора. Мешалка также содержит в своей верхней секции реверсор потока, размещенный вокруг вала, что обеспечивает направление отклоняемого раствора вниз в центральной части смесительной камеры. Также обычно диаметр мешалки составляет 0,5-0,75 от диаметра смесительной камеры, и ее высота обычно составляет 0,60,9 от эффективной высоты смесительной камеры. Мешалка представляет собой мешалку закачивающего типа. Таким образом, образуют восходящий поток на периферии смесительной камеры, который направляют вниз в верхней части камеры с помощью мешалки по направлению к нижней части смесительной камеры. Используя и поддерживая вертикальную циркуляцию, выравнивают интенсивность перемешивания в смесительной камере. Опорные стрежни мешалки обуславливают распределение капель по размерам, особенно в верхней секции смесительной камеры, что не является наиболее благоприятным для образования дисперсии в экстракционном растворе, хотя даже это значительно лучше, чем результат, полученный с помощью турбинной или лопастной мешалки.
Существенную часть спиральной мешалки, известной из предшествующего уровня техники, составляют опорные стержни, с помощью которых достигают радиального перемешивания раствора. Помимо вертикальной циркуляции возникающее радиальное и сильно турбулентное перемешивание требует собственной энергии, так что число мощности мешалки не является идеальным. Целью этого изобретения является обеспечение устройства и способа смешивания с образованием дисперсии двух жидкостей, которые слабо растворяются друг в друге, при экстракции растворителем, связанной с гидрометаллургическим извлечением металлов, и обеспечение возможности усиления с помощью указанного устройства и способа потока вертикальной циркуляции в смесительной камере по сравнению с мешалкой предшествующего уровня техники.
Изобретение относится к перемешивающему устройству, используемому в гидрометаллургическом извлечении металлов, для смешивания двух растворов при экстракции растворителем в смесительной камере или в смесителе экстракционной ячейки. Перемешивающее устройство состоит по меньшей мере из трех спиральных прутков, прикрепленных к нижней секции вала и проходящих вверх от нижней секции, при этом спиральные прутки прикреплены к валу с помощью расположенных горизонтально опорных колец и горизонтальных изогнутых опорных спиц.
Согласно одному воплощению устройства шаговый угол спиральных стрежней составляет 10-30°
относительно горизонтали. Спиральные прутки проходят вокруг вала приблизительно на 1,2-3 оборота. Поперечное сечение спиральных прутков, опорных колец и опорных спиц в основном является круглым.
Согласно одному воплощению устройства, обеспечено неподвижное соединение внешней поверхности опорных колец и внутренней поверхности спиральных прутков.
Согласно одному воплощению устройства опорные спицы прикреплены одной стороной к валу, а другой стороной к опорному кольцу. Количество опорных колец составляет от 3 до 6, так что нижний конец спиральных прутков прикреплен к нижнему опорному кольцу, а верхний конец спиральных прутков прикреплен к верхнему опорному кольцу. Количество опорных колец составляет от 1 до 4 в средней секции перемешивающего устройства, и их расположение по высоте может изменяться.
Согласно одному воплощению устройства отношение диаметра перемешивающего устройства к диаметру смесительной камеры составляет от 0,7 до 0,77. Отношение высоты перемешивающего устройства к его диаметру предпочтительно составляет примерно от 1,2 до 4.
Согласно одному воплощению устройства диаметр спиральных прутков составляет от 0,03 до 0,07 от диаметра перемешивающего устройства.
Согласно одному воплощению устройства опорные спицы прикреплены к валу непосредственно или с помощью опорного элемента вала. Опорный элемент вала выполнен из цилиндрической секции, к которой прикреплены опорные спицы, нижнего конуса, прикрепленного к нижней части цилиндрической части, и верхнего конуса, прикрепленного к верхней части. Один конец каждой опорной спицы прикреплен к валу или к его опорному элементу под углом 30-60°, а другой конец прикреплен к опорному кольцу под углом 15-30°.
Согласно одному воплощению устройства направление изгиба опорных спиц верхнего опорного кольца противоположно направлению вращения перемешивающего устройства.
Согласно одному воплощению устройства направление изгиба, по меньшей мере, опорных спиц нижнего опорного кольца соответствует направлению вращения перемешивающего устройства.
Согласно одному воплощению устройства направление изгиба опорных спиц опорных колец в центральной секции перемешивающего устройства соответствует направлению вращения перемешивающего устройства.
Изобретение также относится к способу смешивания двух растворов при экстракции растворителем, используемому в гидрометаллургическом извлечении металлов, в смесительной камере экстракционной ячейки, в котором органический экстракционный раствор и водный раствор смешивают с помощью перемешивающего устройства, состоящего по меньшей мере из трех спиральных прутков, размещенных вокруг вала и прикрепленных к нему. Перемешивающее устройство обеспечивает вертикальную циркуляцию, при которой восходящий вертикальный поток образуется по периферии смесительной камеры, а нисходящий поток образуется в пространстве, расположенном внутри диаметра перемешивающего устройства, и где радиальные потоки сводят к минимуму путем горизонтального расположения всех опорных элементов между спиральными прутками и валом.
Согласно одному воплощению способа растворы перемешивают в смесительной камере, где отношение высоты смесительной камеры к ее диаметру составляет от 1,2 до 4.
Согласно одному воплощению способа расход вертикальной циркуляции составляет примерно половину от расхода в перемешивающем устройстве, то есть примерно 0,7-1,7 м/с.
Согласно одному воплощению способа опорные элементы между спиральными прутками и валом состоят из опорных колец и опорных спиц, при этом количество опорных колец составляет от 3 до 6, включая нижнее опорное кольцо, верхнее опорное кольцо и по меньшей мере одно опорное кольцо в центральной секции, расположение которого может изменяться по высоте.
Согласно одному воплощению способа образуют дисперсию, в которой органический экстракционный раствор является непрерывной фазой, при этом опорное кольцо в центральной секции перемешивающего устройства расположено выше относительно расположения центральной секции перемешивающего устройства по высоте.
Согласно другому воплощению способа образуют дисперсию, в которой водный раствор является непрерывной фазой, когда отношение О/А превышает 1, при этом опорное кольцо центральной секции перемешивающего устройства расположено ниже относительно расположения центральной секции перемешивающего устройства по высоте.
Перечень чертежей
На фиг. 1А представлен вид сбоку мешалки согласно предшествующему уровню техники;
на фиг. 1В - трехмерное изображение мешалки по предшествующему уровню техники;
на фиг. 2А - вид сбоку мешалки по изобретению;
на фиг. 2В - вид сверху мешалки согласно фиг. 2А;
на фиг. 2С - трехмерное изображение мешалки согласно фиг. 2А;
на фиг. 2D - мешалка согласно фиг. 2А, расположенная в смесительной камере экстракции растворителем;
на фиг. 3 - вид сбоку другого воплощения изобретения; на фиг. 4 - вид сбоку третьего воплощения изобретения;
на фиг. 5А - вид сбоку четвертого воплощения изобретения;
на фиг. 5В - трехмерное изображение мешалки согласно фиг. 5А;
на фиг. 6 - вид сбоку пятого воплощения изобретения;
на фиг. 7 - график зависимости передаваемой валом мощности от скорости вращения мешалки согласно предшествующему уровню техники;
на фиг. 8 - график зависимости передаваемой валом мощности от скорости вращения мешалки по изобретению;
на фиг. 9 - график зависимости передаваемой валом мощности от скорости вращения другой мешалки по изобретению.
Подробное описание изобретения
Смешивание с получением дисперсии двух растворов при экстракции, происходящей в смесительной камере или смесителе для экстракции растворителем, в связи с гидрометаллургическим извлечением металлов, является одним из наиболее важных факторов для эффективной экстракции. Одной серьезной проблемой при смешивании является слишком эффективное перемешивание, которое приводит к растворам, образующим капли, с получением эмульсий, где размер капель настолько мал, что не удается отделить растворы друг от друга в секции отстаивания после экстракции или в отстойнике, или эта операция занимает нецелесообразно большой период времени.
В соответствии с этим изобретением были разработаны устройство и способ, используемые в смесительной камере при экстракции растворителем, которые основаны только на вертикальной циркуляции растворов и направлены на минимизацию радиальных траекторий перемещения растворов в центральной секции мешалки. Таким образом, получают очень однородную и низкую по всему смесителю интенсивность перемешивания, так как больше не происходит локализованных завихрений. Перемешивающее устройство и способ позволяют регулировать распределение капель дисперсии по размерам в диапазоне, наиболее предпочтительном как для переноса массы, так и для разделения раствора. Однородное перемешивание также уменьшает образование сгустков. Так как перемешивание является очень однородным, без образования локальных завихрений, перемешивающее устройство можно использовать в качестве мешалки смесительной камеры даже для больших по размеру экстракционных ячеек. Технически преимущественным является увеличение высоты смесительной камеры по отношению к ее диаметру, и мешалку по изобретению можно согласовать с этими размерами. Это также имеет практическое значение для образования дисперсии с однородными размерами, при этом можно использовать низкую скорость вращения мешалки, т.е. скорость, составляющую максимально 4 м/с, достигая весьма высокого расхода вертикальной циркуляции, который составляет примерно половину от скорости вращения мешалки, другими словами, составляет 0,7-1,7 м/с.
Преимущество однородного перемешивания состоит в том, что его можно выполнять при более низкой мощности перемешивания, чем в предшествующем уровне техники, где некоторую часть мощности мешалки используют для радиального перемешивания. Следовательно, число мощности предложенной мешалки ниже, чем число мощности мешалки предшествующего уровня техники. Другое заслуживающее внимания преимущество предложенной мешалки состоит в том, что она способствует образованию подходящей дисперсии двух растворов при экстракции растворителем также в такой разновидности смесительной камеры, чья форма явно отличается от формы предшествующего уровня техники. В техническом решении согласно предшествующему уровню техники высота смесительной камеры является более или менее такой же, как и ее диаметр, однако в перемешивающем устройстве по изобретению возможно достичь хорошей дисперсии также в смесительной камере, в которой отношение высоты к диаметру составляет примерно 1,2-4 и, соответственно, аналогичным является отношение высоты мешалки к ее диаметру.
Чем ниже поверхностное натяжение системы жидкость-жидкость, тем ниже степень турбулентности, при которой диспергируются растворы. Если отпарку проводят в щелочном диапазоне, используемая интенсивность перемешивания должна быть очень низкой, чтобы избежать образования стойкой эмульсии. Загрязнение растворов при экстракции растворителем обладает таким эффектом, что при смешивании размер капель дисперсии при интенсивности перемешивания, соответствующей предшествующему уровню техники, легко становится слишком малым для отделения растворов.
Как известно, мощность, передаваемую валом мешалки, вычисляют согласно следующей формуле:
Рвала = Ф Np р Nm D5,
где Рвала - передаваемая валом мощность, Вт;
цц - поправочный коэффициент числа мощности (безразмерная величина), отмечающий, например, изменение положения смесителя;
Np - число мощности (характерное для мешалки) (безразмерная величина)$
р - плотность смешиваемой среды, кг/м3;
N - скорость вращения мешалки, 1/с;
m - показатель степени перемешивания (безразмерная величина); D - диаметр мешалки, м.
Также известно, что течение можно разделить на турбулентное и ламинарное течения и остающуюся между ними переходную область, и что число мощности мешалки зависит от числа Рейнольдса в ламинарной и переходной областях. Число мощности в зоне турбулентности не зависит от числа Рейнольд-са. Число мощности Np характерно для каждого типа мешалки. При ламинарном течении жидкость двигается без завихрений и однородно, а в турбулентном течении жидкость образует завихрения и движется по случайной траектории. Также известно, что показатель степени перемешивания в турбулентном потоке равен 3.
В смесительной камере при экстракции растворителем перемешивание не обязательно должно происходить в турбулентном режиме, напротив, его также можно осуществлять в режиме, близком к турбулентному течению, в переходной области. В выполненных испытаниях было обнаружено, например, что показатель степени перемешивания мешалки предшествующего уровня техники составляет примерно 2,96. Показатель степени перемешивания, измеренный для перемешивающего устройства по изобретению, составляет примерно 2,88, то есть он явно ниже показателя, измеренного для мешалки предшествующего уровня техники, однако путем модификации мешалки по изобретению можно достичь настолько небольшой величины, как 2,50.
Перемешивающее устройство по изобретению более подробно описано на приложенных чертежах. На фиг. 1 представлен вид сбоку перемешивающего устройства 1 согласно предшествующему уровню техники, и 1B является его трехмерным изображением. Мешалку по изобретению сравнивают с этой мешалкой выше и в последующих примерах. Мешалка 1 содержит две восходящие спиральные трубки 3 и 4, расположенные вокруг вала 2, причем эти трубки присоединены к валу с помощью нижних кронштейнов 5, центральных кронштейнов 6 и верхних кронштейнов 7. Нижние кронштейны расположены ради-ально, а центральные и верхние кронштейны находятся под углом к горизонтали, как описано выше. Как также указано выше, спиральные трубки вызывают восходящий поток от боковых стенок смесительной камеры и нисходящий поток на внутреннюю сторону спиральных трубок. Также было обнаружено, что кронштейны мешалки вызывают почти горизонтальные потоки, которые оказываются вредными при смешивании двух отдельных растворов при экстракции растворителем.
На фиг. 2А показан вид сбоку одной мешалки по изобретению. На фиг. 2В представлен вид сверху той же мешалки, на фиг. 2С представлена та же мешалка в трехмерном изображении, и на фиг. 2D представлена та же мешалка, расположенная в смесительной камере экстракционной ячейки. Мешалка 10 состоит по меньшей мере из трех спиральных прутков 11, 12, 13, которые расположены вокруг вала 14 и проходят вверх от нижней части вала. Для того чтобы поток был насколько возможно равномерным, поперечное сечение спирального прутка предпочтительно является круглым. Хотя в данном тексте речь идет о спиральном прутке, этот термин также означает спиральную трубку. Спиральные прутки соединяют с валом посредством опорных элементов, которые состоят из опорных колец и опорных спиц. Нижние концы спиральных прутков надежно прикреплены в нижней секции мешалки к нижнему опорному кольцу 15, расположенному горизонтально, а верхние концы прутков соответственно прикреплены к верхнему опорному кольцу 16. Помимо этого, центральная секция мешалки также снабжена по меньшей мере одним опорным кольцом 17 центральной секции. Количество опорных колец составляет по меньшей мере три, однако оно зависит от конструкции мешалки, которая может содержать от 3 до 6 опорных колец. В свою очередь, опорные кольца соединены с валом с помощью горизонтальных изогнутых спиц 18. Опорные кольца, подобно опорным спицам, выполнены из круглых прутков, или трубок, то есть их сечение, по существу, является круглым. Диаметр опорного кольца имеет ту же величину, что и диаметр спирального прутка, а диаметр опорной спицы составляет 0,6-1 от диаметра спирального прутка. В месте соединения опорных колец и спиральных прутков обеспечено прочное соединение между внешней поверхностью опорного кольца и внутренней поверхностью спирального прутка, например, с помощью сварки.
Минимальное количество спиральных прутков в мешалке составляет три, однако это количество предпочтительно составляет от 3 до 5 в зависимости от размера мешалки, и прутки расположены симметрично, поднимаясь вокруг вала. Шаговый угол прутков составляет от 10 до 30° к горизонтали. На фиг. 2 шаговый угол составляет 14,3°. В случае, показанном на фиг. 2А и 2С, прутки проходят вокруг вала на полтора оборота, однако количество оборотов выбирают согласно требованиям, и оно может составлять, например, от 1,2 до 3.
Изогнутые спицы 18 опорных колец расположены горизонтально, подобно опорным кольцам, и спицы могут быть прикреплены непосредственно к валу 14, или точка крепления может быть снабжена опорным элементом 19 вала, который состоит из цилиндрической секции 20, к которой прикреплены опорные спицы, и прикрепленных к ней верхнего конуса 21 и нижнего конуса 22. Конические секции точки крепления уменьшают сопротивление потоку точки крепления, так что вертикальный поток, вызываемый мешалкой, остается мощным. Соединения опорных спиц, а также соединения как с валом, так и с опорным элементом, являются прочными соединениями, выполненными, например, путем сварки или некоторым другим эквивалентным образом. Количество опорных спиц 18 на чертеже составляет 5, однако оно может изменяться по мере необходимости, например от 3 до 6. Спицы изогнуты и соединены на первом конце 23 либо с валом, либо с цилиндрической секцией 20 опорного элемента вала под углом 30
60° и на втором конце 24 с опорным элементом под углом 15-30°. Кривизна опорных спиц также может изменяться, если это требуется. Направление изгиба опорных спиц выбирают так, чтобы поддерживать вертикальную циркуляцию потока. Соответственно, направление изгиба спиц верхнего опорного кольца 16 противоположно направлению вращения мешалки, а направление, по меньшей мере, спиц нижнего опорного кольца совпадает с направлением вращения мешалки. Обычно направление изгиба спиц, не являющихся спицами верхнего опорного кольца, также совпадет с направлением вращения мешалки. Благодаря направлению изгиба спиц поток в нижней секции мешалки является ламинарным, а спицы верхнего опорного кольца вызывают турбулентность.
Мешалка по изобретению характеризуется тем, что количество спиральных прутков составляет по меньшей мере три, они размещены симметрично вокруг вала, вследствие чего взаимное смешивание экстракционных растворов происходит насколько возможно равномерно. Другой существенный фактор состоит в том, что все опорные элементы спиральных прутков являются горизонтальными и опорные спицы выполнены изогнутыми, так что минимизируются радиальные потоки, возникающие в смесительной камере. Степень турбулентности при смешивании экстракционных растворов, другими словами, интенсивность, можно регулировать, например, путем изменения количества спиральных прутков и/или путем изменения шагового угла, путем изменения отношения высоты мешалки к его диаметру или путем изменения кривизны опорных спиц.
На фиг. 2D мешалка 10, изображенная на фиг. 2А, расположена в смесительной камере или смесителе 25. Смесительная камера снабжена перегородками 26 и крышкой 27. Отношение диаметра мешалки к диаметру смесительной камеры предпочтительно составляет от 0,7 до 0,77. В свою очередь, диаметр спиральных прутков мешалки составляет примерно 0,03-0,07 от диаметра мешалки. Направление вращения мешалки является таким, что происходит перекачивание вверх. Отношение высоты смесительной камеры к ее диаметру можно изменять. На фиг. 2D оно составляет 1,2, однако оно может достигать примерно 4, вследствие чего увеличивается шаговый угол спиральных прутков и/или количество оборотов вокруг вала.
Мешалка по изобретению расположена вблизи дна смесительной камеры так, что донный зазор составляет примерно 0,07-0,11 от диаметра мешалки. Термин "поверхностный зазор" означает расстояние между крышкой смесителя и смесительной камеры (или поверхностью жидкости) и верхней секцией мешалки. Поверхностный зазор предпочтительно в два раза больше соответствующего донного зазора, так что отношение высоты мешалки к диаметру смесительной камеры имеет такую же величину, что и отношение диаметра мешалки к диаметру смесительной камеры, или больше этой величины не более чем на 20%.
На фиг. 3 и 4 представлены два варианта мешалки по изобретению, которые показывают, что расположение опорного кольца или опорных колец 17 центральной секции можно изменять по высоте в соответствии с ситуацией, при которой происходит экстракция. Таким образом, эти варианты можно использовать тогда, когда особенно важно обеспечивать определенный тип дисперсии и ее непрерывной фазы, например, на стадии пуска способа экстракции. В конструкции, показанной на фиг. 3, верхнее и нижнее опорные кольца мешалки 10 расположены таким же образом, как и на фиг. 2А, однако центральное опорное кольцо 17 с его спицами установлено по высоте намного выше центральной секции смесителя. Эта конструкция способствует образованию формы дисперсии, в которой органический раствор является непрерывным, а водный раствор находится в виде капель в органическом растворе. Конструкция, показанная на фиг. 3, является преимущественной, например, в ситуации, когда был образован сгусток, который необходимо вытеснить из экстракционного раствора с помощью капель воды. В конструкции согласно фиг. 4 центральное опорное кольцо 17 с его спицами установлено по высоте намного ниже центральной секции смесителя. Эта конструкция способствует образованию формы дисперсии, в которой водный раствор является непрерывным, а органический раствор находится в виде капель в водном растворе. Конструкцию согласно фиг. 4 можно использовать, например, в ситуации, когда преимущественным является поддержание водного раствора непрерывным, даже в том случае, когда отношение органического раствора к водному раствору (О/А) составляет более 1 и вплоть до 3.
На фиг. 5А и 5В представлен один вариант мешалки, который особенно подходит для смесительной камеры, где высота смесительной камеры значительно больше ее диаметра, например в 1,6-2,2 раза. В случае примера, показанного на чертежах, шаговый угол спиральных прутков составляет примерно 22°, что намного больше, чем для мешалки согласно фиг. 2. Спиральные прутки проходят вокруг вала 14 на полтора оборота, как и на фиг. 2.
На фиг. 6 представлен еще один альтернативный вариант мешалки, где отношение высоты мешалки к ее диаметру может составлять примерно до 4, и даже это не является абсолютным верхним пределом. В этом случае отношение высоты смесительной камеры к ее диаметру также составляет такую же величину, как и соответствующее отношение для мешалки. Технически ограничивающим фактором в основном является длина вала 14. Спиральные прутки мешалки проходят вокруг вала три оборота и их шаговый угол составляет примерно 22°. Количество опорных колец возрастает, так что помимо нижнего опорного кольца 15 и верхнего опорного кольца 16 конструкция содержит три опорных кольца 17, расположенных в центральной секции мешалки.
Перемешивающее устройство и способ по изобретению дополнительно описаны с помощью приведенных ниже примеров.
Примеры
Пример 1.
Мешалку согласно предшествующему уровню техники, представленную на фиг. 1 (фиг. 1, сокращенно SPIROK), сравнивали с мешалкой по изобретению (фиг. 2, сокращенно VSSF), используя в качестве вспомогательного средства вращающийся стенд. При испытании отслеживали, как изменялось потребление энергии и вертикальная сила мешалок при увеличении количества оборотов мешалки. Известно, что
F = Nf р N2 D4,
где F - вертикальная сила, создаваемая на дне смесительной камеры, Н;
Nf - гидравлическая осевая сила (характеристика мешалки) (безразмерная величина); р - плотность перемешиваемой среды, кг/м3; N - скорость вращения мешалки, 1/с; D - диаметр мешалки, м.
Гидравлическая осевая сила Nf описывает вертикальную силу, создаваемую мешалкой на дне смесительной камеры. При измерениях было обнаружено, что гидравлическая осевая сила мешалки VSSF была в два раза больше, чем у мешалки SPIROK. Это показывает, что интенсивность перемешивания мешалки VSSF задает вертикальную циркуляцию, и количество радиального потока меньше, чем у мешалки SPIROK. Испытания проводили в резервуаре диаметром 245 мм, который был оборудован крышкой заподлицо, что предотвращало смешивание воздуха с растворами. Смеситель был оборудован четырьмя вертикальными перегородками. Диаметр мешалки составлял 172 мм, а высота составляла 210 мм.
Результаты измерений для мешалки SPIROK, касающиеся передаваемой валом мощности, представлены на фиг. 7 в виде графика зависимости передаваемой валом мощности от скорости вращения. Рассчитанное из результатов число мощности Np составляло 0,74, когда показатель степени перемешивания составлял 2,96, что близко к величине показателя полностью развитой турбулентности, равной 3. Вертикальная сила, создаваемая мешалкой в смесительном резервуаре, также была измерена при вращении вращающегося стенда. Полученное отрицательное число мощности вала -0,12 указывает на вертикальную циркуляцию, которую вызывает данная мешалка.
Соответствующие измерения передаваемой валом мощности и вертикальной силы были выполнены с мешалкой VSSF. На фиг. 8, где представлен график зависимости передаваемой валом мощности от скорости вращения, показано, что на этой стадии число мощности Np было низким и составляло 0,42-0,49, что указывает на то, что мешалка по изобретению создает больше вертикальной циркуляции и меньше радиальных завихрений, чем мешалка SPIROK. Это было подтверждено путем измерения показателя степени перемешивания, который составляет 2,88 и, таким образом, находится вполне внутри переходного диапазона. Подобным образом, число мощности вала, которое составляет -0,24, показывает, что энергия перемешивания направлена точно на вертикальную циркуляцию. Таким образом, контакт фаз раствора при перемешивании в смесительной камере во время экстракции растворителем и образование дисперсии можно выполнять при низкой интенсивности перемешивания, при этом получают однородное перемешивание по всей смесительной камере.
Пример 2.
Смесительные испытания согласно примеру 1 выполняли с мешалкой VSSF по изобретению, имеющей высоту 322 мм и диаметр 172 мм. Высота резервуара составляла 390 мм, а диаметр составлял 245 мм. Мешалка снова состояла из трех спиральных прутков, которые проходят вокруг вала на полтора оборота. На фиг. 9, где представлен график зависимости передаваемой валом мощности от скорости вращения, показано, что показатель степени перемешивания возрос до значения 2,90, а число мощности Np только до значения 0,64-0,68, что является низким по отношению к шаговому углу спиральных прутков. Потребление энергии фактически только уменьшалось при учете увеличения объема смесительной камеры. Мешалка, в которой увеличено отношение высоты к диаметру, еще больше усиливает вертикальную циркуляцию.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Перемешивающее устройство (10) для смешивания двух растворов при экстракции растворителем, используемой в гидрометаллургическом извлечении металлов, в смесительной камере экстракционной ячейки или смесителе (25), отличающееся тем, что перемешивающее устройство (10) состоит по меньшей мере из трех спиральных прутков (11, 12, 13), расположенных вокруг и вдоль вала (14), при этом спиральные прутки связаны с валом с помощью горизонтальных опорных колец (15, 16, 17), прикрепленных к спиральным пруткам, и горизонтальных изогнутых опорных спиц (18).
2. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что шаговый угол спиральных прутков (11, 12, 13) составляет 10-30° относительно горизонтали.
3. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральные прутки (11, 12, 13) про
ходят вокруг вала на 1,2-3 оборота.
4. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что поперечное сечение спиральных прутков (11, 12, 13), опорных колец (15, 16, 17) и опорных спиц (18), по существу, является круглым.
5. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что между внешней поверхностью опорных колец (15, 16, 17) и внутренней поверхностью спиральных прутков (11, 12, 13) обеспечено неподвижное соединение.
6. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что количество опорных колец (15, 16, 17) составляет от 3 до 6, так что нижний конец спиральных прутков (11, 12, 13) закреплен на нижнем опорном кольце (15) и верхний конец спиральных прутков (11, 12, 13) закреплен на верхнем опорном кольце (16).
7. Перемешивающее устройство по п.6, отличающееся тем, что количество опорных колец (17) в центральной секции перемешивающего устройства (10) составляет от 1 до 4.
8. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра перемешивающего устройства (10) к диаметру смесительной камеры (25) составляет примерно 0,7-0,77.
9. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр спиральных прутков (11, 12, 13) составляет 0,03-0,07 от диаметра перемешивающего устройства (10).
10. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение высоты перемешивающего устройства (10) к его диаметру составляет примерно 1,2-4.
11. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные спицы (18) прикреплены непосредственно к валу (14) или с помощью опорного элемента (19) вала.
12. Перемешивающее устройство по п.11, отличающееся тем, что опорный элемент (19) вала состоит из цилиндрической секции (20), к которой прикреплены опорные спицы (18), и нижнего конуса (21), соединенного с нижней частью цилиндрической секции, и верхнего конуса (22), соединенного с верхней ее частью.
13. Перемешивающее устройство по п.11, отличающееся тем, что опорные спицы (18) прикреплены первым концом (23) к валу (14) или его опорному элементу (19) под углом 30-60° и вторым концом (24) к опорному кольцу (15, 16, 17) под углом 15-30°.
14. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что направление изгиба опорных спиц (18) верхнего опорного кольца (16) противоположно направлению вращения перемешивающего устройства.
15. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что направление изгиба, по меньшей мере, опорных спиц (18) нижнего опорного кольца (15) соответствует направлению вращения перемешивающего устройства.
16. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что направление изгиба опорных спиц (18) опорного кольца (17) центральной секции перемешивающего устройства (10) соответствует направлению вращения перемешивающего устройства.
17. Перемешивающее устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные элементы между спиральными прутками (11, 12, 13) и валом (14) состоят из опорных колец (15, 16, 17) и опорных спиц (18) так, что количество опорных колец составляет от 3 до 6, включая нижнее опорное кольцо (15), верхнее опорное кольцо (16) и по меньшей мере одно опорное кольцо (17) центральной секции.
18. Способ смешивания двух растворов при экстракции растворителем, используемой в гидрометаллургическом извлечении металлов, в смесительной камере (25) экстракционной ячейки, где органический экстракционный раствор и водный раствор смешивают с помощью перемешивающего устройства (10) по пп.1-17.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что отношение высоты смесительной камеры к ее диаметру составляет 1,2-4.
20. Способ по п.18, отличающийся тем, что скорость потока вертикальной циркуляции составляет половину от скорости потока в перемешивающем устройстве.
21. Способ по п.18, отличающийся тем, что при образовании дисперсии, в которой органический экстракционный раствор является непрерывной фазой, опорное кольцо (17) центральной секции перемешивающего устройства устанавливают выше центральной секции по высоте перемешивающего устройства.
22. Способ по п.18, отличающийся тем, что при образовании дисперсии, в которой водный раствор является непрерывной фазой и отношение органического раствора к водному раствору (О/А) больше 1 и вплоть до 3, опорное кольцо (17) центральной секции перемешивающего устройства устанавливают ниже центральной секции по высоте перемешивающего устройства.
10.
10.
10.
10.
10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025543
- 1 -
025543
- 1 -
025543
- 1 -
025543
- 1 -
025543
- 1 -
025543
- 4 -
025543
025543
- 10 -