一種自攪拌管式溶出反應器的制造方法
【專利摘要】一種自攪拌管式溶出反應器，包括反應器筒體、進口通道、出口通道、渦輪裝置、攪拌軸和框式柔性攪拌器；反應器筒體由筒壁和兩個端板構成；框式柔性攪拌器位于進口通道和出口通道之間，由軸套、框式攪拌槳葉和柔性刮板組成；框式攪拌槳葉固定在軸套上，框式攪拌槳葉的外端固定有柔性刮板，并且柔性刮板與筒壁接觸；軸套套在攪拌軸上，攪拌軸的兩端裝配在反應器筒體的兩個端板上，攪拌軸上還固定有渦輪裝置；進口通道和出口通道設在筒壁的兩側，其中渦輪裝置與進口通道相對。本發(fā)明的自攪拌管式溶出反應器的適用于固-液、氣-液-固等多相流體系，依靠多相流介質的壓力能對機械做功，驅動攪拌軸旋轉，無需外加能量即可起到攪拌作用，節(jié)約能源。
【專利說明】一種自攪拌管式溶出反應器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕法冶金溶出反應器，特別涉及一種自攪拌管式溶出反應器。
【背景技術】
[0002]礦物溶出是冶金和化工過程中最普遍和最基本的單元過程，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，低品位復雜礦的利用變得越來越重要，為了提高低品位復雜礦中有價金屬的有效溶出，加壓溶出日益受到工業(yè)界和學術界的關注。溶出反應器是加壓溶出過程的核心設備，由于加壓溶出的過程條件苛刻，如多為高壓下強酸、強堿環(huán)境，且涉及液/固或氣/液/固的多相反應體系，同時，設備結疤是濕法冶金反應器普遍存在的難題，因此，如何強化溶出反應器的傳熱傳質、減少結疤及降低能耗是加壓溶出反應器的發(fā)展方向。
[0003]目前已有的管式反應器主要分兩大類，一是冶金、石化工業(yè)常見的傳統(tǒng)管式反應器，這類管式反應器結構相對簡單，多為單管或套管型式，可滿足基本化工反應的需求，應用普遍，但是為保證反應器內(nèi)多相流介質的高度湍流通常需要提供較大的動力源，能耗大。第二類是在傳統(tǒng)管式反應器基礎上的改進，如張廷安等提出的“內(nèi)環(huán)流疊管式溶出反應器”(申請?zhí)枮?00510047338.3的專利申請)中提出一種帶攪拌裝置的內(nèi)環(huán)流疊管式攪拌溶出反應器，主要用于鋁土礦等礦物溶出過程，該反應器主要通過電機驅動，帶動攪拌軸及軸上槳葉轉動，形成介質的湍流流動；缺點是:電機驅動攪拌軸，耗費能大，且反應器端部密封困難，特別是在高壓溶出過程，容易泄漏。譚定忠等提出了“無動力管道攪拌器”(申請?zhí)枮?01110327208.0的專利申請)，該反應器包括驅動段筒體和混合段筒體，同時葉片通過葉片輪盤安裝在筒體里，不需動力驅動元件實現(xiàn)動態(tài)混合；其缺點是流體介質在筒體兩端軸向進出，從流體力學角度講不利于驅動葉輪的轉動以及多相流介質的混合，同時，筒體內(nèi)構件較多，當介質體系含固相時，會造成構件磨損和堵塞，該攪拌器僅用于液體介質的混合(見譚定忠專利原文“將兩種以上液體攪拌混合均勻”)，因此不適用于固-液或氣-液-固等體系。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種自攪拌管式溶出反應器，通過多相流流體以切向方式流入溶出反應器，以及在攪拌軸上增加驅動渦輪，通過流體驅動攪拌器，進而帶動框式柔性攪拌器旋轉在促進介質混合的同時可抑制結疤。
[0005]本發(fā)明的自攪拌管式溶出反應器包括反應器筒體、進口通道、出口通道、渦輪裝置、攪拌軸和框式柔性攪拌器；所述的反應器筒體由筒壁和兩個端板構成；所述的框式柔性攪拌器位于進口通道和出口通道之間，由軸套、框式攪拌槳葉和柔性刮板組成；框式攪拌槳葉固定在軸套上，框式攪拌槳葉的外端固定有柔性刮板，并且柔性刮板與筒壁接觸；軸套套在攪拌軸上，攪拌軸的兩端裝配在反應器筒體的兩個端板上，攪拌軸上還固定有渦輪裝置；進口通道和出口通道設在筒壁的兩側，其中渦輪裝置與進口通道相對。
[0006]上述裝置中，渦輪裝置由兩個輪盤與其間的驅動渦輪組成，渦輪裝置套在攪拌軸上。
[0007]上述裝置中，輪盤與筒壁之間的距離為筒壁直徑的1/5~1/8。
[0008]上述裝置中，進口通道的軸線與反應器筒體的軸線垂直，并且進口通道的軸線與反應器筒體的軸線之間的距離為反應器筒體直徑的3/4-3/5。
[0009]上述裝置中，進口通道的直徑為反應器筒體直徑的1/12~1/8。
[0010]上述裝置中，框式柔性攪拌器上設有2~4個框式攪拌槳葉，每個框式攪拌槳葉上分別固定一個柔性刮板。[0011]上述裝置中，柔性刮板的材質選用硅橡膠、橡膠或鋼絲刷；柔性刮板的寬度為筒壁直徑的1/15~1/10。
[0012]上述裝置中，反應器筒體的直徑在10(Tl000mm。
[0013]上述裝置中，框式攪拌槳葉與柔性刮板之間用螺栓或鉚釘連接固定。
[0014]本發(fā)明的自攪拌管式溶出反應器的工作過程為:多相流介質通過進口通道沿管切線方向進入自攪拌管式溶出反應器，帶動驅動渦輪旋轉，進而帶動攪拌軸和框式柔性攪拌器隨之旋轉，多相流介質在此作用下湍流流動，直至從出口通道流出；在此過程中，起驅動作用的驅動渦輪為后彎葉圓盤驅動渦輪，安裝在正對進口通道位置；框式柔性攪拌器的柔性刮板持續(xù)刮擦管壁，抑制結疤生成；框式柔性攪拌器可以增加多相流在流動過程中的湍流程度，可強化固-液、氣-液-固、液-液等多相反應過程、相間傳質和傳熱過程；且在整個攪拌過程依靠多相流介質原有的壓力能，不需外加能量。
[0015]本發(fā)明的自攪拌管式溶出反應器的適用于固-液、氣-液-固等多相流體系，依靠多相流介質的壓力能對機械做功，驅動攪拌軸旋轉，無需外加能量即可起到攪拌作用，節(jié)約能源；借助攪拌裝置增加多相流動介質在流動過程中的湍流程度，強化傳質傳熱和溶出反應過程；多相流介質呈切線方向進入自攪拌管式溶出反應器內(nèi)，利于驅動渦輪的驅動；自攪拌管式溶出反應器內(nèi)的攪拌軸可實現(xiàn)靜密封，適用于高溫高壓反應過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1的自攪拌管式溶出反應器結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例1的渦輪裝置的側視剖面結構示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例1的框式柔性攪拌器結構示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例1的進口通道與筒壁的側視剖面結構示意圖；
圖中1、前端板，2、進口通道，3、渦輪裝置，3-1、驅動渦輪，3-2、輪盤，4、筒壁，5、框式柔性攪拌器，5-1、柔性刮板，5-2、框式攪拌槳葉，5-3、軸套，6、攪拌軸，7、軸瓦，8、后端板，9、出口通道。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明實施例中攪拌軸的兩端分別與一個軸瓦裝配在一起，兩個軸瓦分別固定在兩個端板上。
[0018]本發(fā)明實施例中攪拌槳葉與柔性刮板之間用螺栓或鉚釘連接固定，以便于拆卸。
[0019]本發(fā)明實施例中的驅動渦輪為后彎葉圓盤驅動渦輪。
[0020]本發(fā)明實施例中采用的鋼絲刷是由多個鋼絲固定在一起構成，多個鋼絲的一端選用不銹鋼片固定在一起，另一端與筒壁連接，不銹鋼片端固定在框式攪拌槳葉上。
[0021]實施例1
自攪拌管式溶出反應器結構如圖1所示，包括反應器筒體、進口通道2、出口通道9、渦輪裝置3、攪拌軸6和框式柔性攪拌器5 ；
反應器筒體由筒壁4、前端板I和后端板8構成；
框式柔性攪拌器5位于進口通道2和出口通道9之間，結構如圖3所示，由軸套5-3、框式攪拌槳葉5-2和柔性刮板5-1組成；多個框式攪拌槳葉5-2固定在軸套5-3上，框式攪拌槳葉5-2的外端固定有柔性刮板5-1，并且柔性刮板5-1與筒壁4接觸；
軸套5-3套在攪拌軸6上，攪拌軸6的兩端通過兩個軸瓦7分別裝配在反應器筒體的前端板I和后端板8上，攪拌軸6上還固定有渦輪裝置3 ；
進口通道2和出口通道9設在筒壁4的兩側，其中渦輪裝置3與進口通道2相對；
渦輪裝置3側視剖面結構如圖2所示，由兩個輪盤3-2與其間的驅動渦輪3-1組成，渦輪裝置3套在攪拌軸6上；
輪盤3-2的邊緣與筒壁4之間的距離為筒壁4直徑的1/5 ；
進口通道2的軸線與反應器筒體的軸線垂直，結構如圖4所示，并且進口通道2的軸線與反應器筒體的軸線之間的距離為反應器筒體直徑的3/4 ；
進口通道2的直徑為反應器筒體直徑的1/8 ；
框式柔性攪拌器5上設有2個框式攪拌槳葉5-2，每個框式攪拌槳葉5-2分別固定一個柔性刮板5-1 ；
柔性刮板5-1的材質為橡膠；柔性刮板5-1的寬度為筒壁4的直徑的1/15 ；
各框式攪拌槳葉5-2在軸套5-3上均勻分布，同一排上相鄰兩個框式攪拌槳葉5-2之間的距離為筒壁4直徑的0.5倍；
反應器筒體的筒壁4直徑在900mm ；
框式攪拌槳葉5-2與柔性刮板5-1之間用螺栓連接固定；
自攪拌管式溶出反應器的工作過程為:多相流介質通過進口通道沿管切線方向進入自攪拌管式溶出反應器，帶動驅動渦輪旋轉，進而帶動攪拌軸和框式柔性攪拌器隨之旋轉，多相流介質在此作用下湍流流動，直至從出口通道流出；在此過程中，起驅動作用的驅動渦輪為四葉后彎葉圓盤驅動渦輪，安裝在正對進口通道位置；框式柔性攪拌器的柔性刮板將全部框式攪拌槳葉串聯(lián)，在攪拌作用下，柔性刮板持續(xù)刮擦管壁，抑制結疤生成；
以氧化鋁廠赤泥為原料，使用該自攪拌管式溶出反應器進行鈣化反應，設定液固比=5:1的固-液反應體系，鈣硅比=3.5:1，反應溫度150°C，壓力3Mp，反應時間30min，鈣化反應效率達到95% ;與同等條件下傳統(tǒng)管式溶出反應器相比反應效率提高5%，與傳統(tǒng)高壓釜反應器相比反應效率提高10%，且因為無攪拌能量輸入，節(jié)約電能。
[0022]實施例2
自攪拌管式溶出反應器結構同實施例1，不同點在于:
輪盤的邊緣與筒壁之間的距離為筒壁直徑的1/6 ；
進口通道的軸線與反應器筒體的軸線之間的距離為反應器筒體直徑的3/5 ；
進口通道的直徑為反應器筒體直徑的1/10 ；
框式柔性攪拌器上設有3個框式攪拌槳葉； 柔性刮板的材質為鋼絲刷；柔性刮板的寬度為筒壁的直徑的1/12 ；
同一排上相鄰兩個框式攪拌槳葉之間的距離為筒壁直徑的2倍；
反應器筒體的筒壁直徑在IOOOmm ；
框式攪拌槳葉與柔性刮板之間用鉚釘連接固定；
工作過程同實施例1，不同點在于:
以實施例1中的反應產(chǎn)物即鈣化渣為原料，使用該自攪拌管式溶出反應器進行碳化反應過程，設定液固比=10:1，反應溫度120°C，壓力1.2 Mp,向反應器中通入CO2，反應時間2h，單次碳化反應率30%，同樣反應條件下與傳統(tǒng)高壓釜反應器相比反應效率提高5%，與傳統(tǒng)管式溶出反應器相比反應效率提高15%，且因為無攪拌能量輸入，節(jié)約電能。
[0023]實施例3
自攪拌管式溶出反應器結構同實施例1，不同點在于:
輪盤的邊緣與筒壁之間的距離為筒壁直徑的1/8 ；
進口通道的軸線與反應器筒體的軸線之間的距離為反應器筒體直徑的7/10 ；
進口通道的直徑為反應器筒體直徑的1/12 ；
框式柔性攪拌器上設有4個框式攪拌槳葉；
柔性刮板的材質為硅橡膠；柔性刮板的寬度為筒壁的直徑的1/10 ；
同一排上相鄰兩個框式攪拌槳葉之間的距離為筒壁直徑的I倍；
反應器筒體的筒壁4直徑在IOOmm ；
框式攪拌槳葉與柔性刮板之間用鉚釘連接固定；
工作過程同實施例1，不同點在于:
以實施例1中的反應產(chǎn)物即鈣化渣為原料，使用該自攪拌管式溶出反應器進行碳化反應過程，液固比10: 1，反應溫度120°C，壓力1.2 Mp，向反應器中通入CO2,反應時間2h，單次碳化反應率30%，同樣反應條件下與傳統(tǒng)高壓釜反應器相比反應效率提高8%，與傳統(tǒng)管式溶出反應器相比反應效率提高20%，且因為無攪拌能量輸入，節(jié)約電能。
[0024]實施例4
自攪拌管式溶出反應器結構同實施例1 ;
以某一水硬鋁石型鋁土礦為原料，使用該自攪拌管式溶出反應器進行溶出反應，考察反應器壁結疤情況；經(jīng)連續(xù)運行3個月，管壁未見結疤生成；采用傳統(tǒng)高壓釜式反應器(壓煮器)，同樣反應條件下，連續(xù)運行2?3個月，結疤厚度即達5?7mm。
【權利要求】
1.一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于包括反應器筒體、進口通道、出口通道、渦輪裝置、攪拌軸和框式柔性攪拌器；所述的反應器筒體由筒壁和兩個端板構成；所述的框式柔性攪拌器位于進口通道和出口通道之間，由軸套、框式攪拌槳葉和柔性刮板組成；框式攪拌槳葉固定在軸套上，框式攪拌槳葉的外端固定有柔性刮板，并且柔性刮板與筒壁接觸；軸套套在攪拌軸上，攪拌軸的兩端裝配在反應器筒體的兩個端板上，攪拌軸上還固定有渦輪裝置；進口通道和出口通道設在筒壁的兩側，其中渦輪裝置與進口通道相對。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的渦輪裝置由兩個輪盤與其間的驅動渦輪組成，渦輪裝置套在攪拌軸上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的輪盤與筒壁之間的距離為筒壁直徑的1/5~1/8。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的進口通道的軸線與反應器筒體的軸線垂直，并且進口通道的軸線與反應器筒體的軸線之間的距離為反應器筒體直徑的3/4-3/5。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的框式柔性攪拌器上設有2~4個框式攪拌槳葉，每個框式攪拌槳葉上分別固定一個柔性刮板。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的柔性刮板的材質選用硅橡膠、橡膠或鋼絲刷；柔性刮板的寬度為筒壁直徑的1/15~1/10。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的框式攪拌槳葉與柔性刮板之間用螺栓或鉚釘連接固定。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種自攪拌管式溶出反應器，其特征在于所述的進口通道的直徑為反應器筒體直徑的1/12~1/8。
【文檔編號】B01F7/02GK103495374SQ201310421791
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權日:2013年9月17日
【發(fā)明者】張廷安, 趙秋月, 張子木, 劉燕, 豆志河, 呂國志, 呂超, 蔣孝麗, 赫冀成 申請人:東北大學