專利名稱：凈化工藝溶液的反應器和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用來凈化工藝溶液(process solution)的獨立權利要求I和11中限定的設備和方法。
背景技術：
通常，攪拌反應器是圓柱形的并且它們具有標準直徑。典型地，它們設置有流阻，所述流阻連接到反應器的壁并且其目的是消除中心湍流，該中心湍流被認為是有害的并且從表面吸收氣體。固體-溶液工藝通常需要混合，在該混合中出現強的湍流和充分的循環(huán)。一個重要工藝是例如通過置換的鎘的移除。鎘是鋅的電解過程中的有害物質的一種。到攪拌反應器中的供給主要通過從上方將固體物質和溶液供給到反應空間中而進行。通常，在連續(xù)的反應器中，希望固體物質和溶液近似以反應空間的漿體密度逸出。因 此，不希望最重的或最粗的粒子留在反應器中。在那種情況中，自然，漿體流的出口可以優(yōu)選地安裝在反應器壁上以主要作為溢流而發(fā)生。在根據美國專利3，954，452的方法中，溶液從流化部分通過圓錐形延伸部升起到澄清部分中，從那里，在澄清部分的壁上存在溶液的排出出口。公開的工藝包括鎘溶液和鋅粉末的置換。在這種置換反應中，形成鎘粉末，該鎘粉末由于其多孔性而是較輕的，并且同時也較細。一個目的是防止作為反應產物形成的固體粒子與溶液一起離開反應器。在這種情況中，困難還在于鉤狀粒子彼此粘附，例如，結塊。逐漸地，結塊增大使得流化床中的運動變弱并且最后完全停止。因此，防止粒子的結塊的絮凝溶液被供給到流化空間中。由于該防止實際上不是相當完美，因此粉碎該結塊的混合構件放置在下部中，并且對應地，接收沖擊力且防止湍流的相當小的流阻被放置在壁上。該溶液盡可能直接地沿最短的路線流向排出單元，由此使得流場為減小的彎曲圓錐的形式。這再次意味著攜帶可能粒子的溶液流的速度增加并且該粒子沒有機會從該流分離。上述設備的一個問題是防止固體物質的離開的床材料應當是相當粗的。然而，隨著反應進行，床中的固體物質的顆粒尺寸減小，由此與溶液一起漂流的固體物質的量增加。當前反應器面臨的缺點是，在每一個反應器中，該流穿透過流化床一次。這顯著影響溶液的凈化和循環(huán)階段的數量。此外，當前流化床反應器沒有調節(jié)，但它們的性質根據工藝流的供給和粒子尺寸被確定。自然，當這些量根據工藝的狀態(tài)而變化時，這引起問題。此夕卜，反應器是批量式的，并且它不容易考慮容量引起的靈活性。在當前流化床反應器系統(tǒng)中，壓力損失由積聚在排出單元的頂部上的液體床控制。由于勢能應當包含每一個反應器的流化床引起的壓力損失，因此通過一系列反應器的溶液的傳遞需要大的液體床。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是消除上面描述的現有技術中出現的缺點。根據本發(fā)明，通過流化床用來從工藝溶液凈化固體物質的新穎的、更有效的方法和設備因此被提供。通過本發(fā)明，固體物質的分離通過在流化床中循環(huán)溶液而被提高，并且工藝改變所需的靈活性通過控制要在流化床中循環(huán)的溶液的量被增加。本發(fā)明涉及一種用來在流化床中從工藝溶液凈化固體物質的反應器，其中該反應器包括供給和移除工藝溶液的裝置，該反應器由至少三部分形成，該三部分的最下部分是用來形成流化床的基本上圓柱形的反應部分；圓錐形向上變寬的平靜部分連接到反應部分的上部，并且圓柱形澄清部分連接到平靜部分的上部，其直徑與平靜部分的上部相同，其中混合構件放置在反應器中以使工藝溶液的至少一部分循環(huán)回到流化床并且控制流化床中的循環(huán)溶液的量。通過根據本發(fā)明的方案，通過在流化床中循環(huán)溶液獲得較好的凈化結果提高固體物質的移除。當工藝條件改變時，根據本發(fā)明的方案可以響應該變化而不引起工藝的中斷。 根據本發(fā)明的實施例，混合構件放置在反應器的中心以在反應器中的溶液中產生軸向流。因此，在反應器中達到最有利的流動條件。根據本發(fā)明，混合構件包括管元件，所述管元件的下部在流化床下方延伸。因此，流可以被引導以流過流化床。根據本發(fā)明的應用，混合構件是軸隧推進器(tunnel propeller)。根據本發(fā)明的例子,反應器的反應部分的下部具有圓化的形狀。在那種情況下，從混合構件的管元件被供給到該下部中的流可以最優(yōu)選地并且均勻地被引到流化床。根據本發(fā)明的實施例，工藝溶液的供給管放置在混合構件上方，由此，要被凈化的溶液可以通過混合構件被直接引導到管元件。根據本發(fā)明，反應器的上部包括溢流箱，該溢流箱用來從反應器移除澄清的溶液。根據本發(fā)明，反應器包括用來將固體物質傳遞出流化床的諸如泵裝置的裝置。根據本發(fā)明的實施例，在流化床中循環(huán)的溶液的量大于被供給到反應器中的溶液的量，加強被供給的溶液的凈化。根據該例子，從要被凈化的溶液移除的固體物質是鎘。本發(fā)明還涉及在反應器中的流化床中從工藝溶液凈化固體物質的方法，所述工藝溶液被供給到所述反應器中以在基本上圓柱形的反應部分中形成流化床，所述反應部分是所述反應器中的最下部分，流從所述床進一步移動到向上圓錐形地變寬到反應部分的上部中的平靜部分，并且進一步到連接到平靜部分的上部的圓柱形澄清部分，所述澄清部分的直徑與所述平靜部分的上部相同，其中，被供給到所述反應器中的所述溶液的至少一部分不止一次地被循環(huán)到所述流化床，并且循環(huán)溶液的量通過放置在所述反應器中的混合構件在所述流化床中被控制。根據本發(fā)明的實施例，混合構件在反應器中的工藝溶液中產生軸向流，在流化床下方延伸該流。根據本發(fā)明，穿透流化床的溶液的至少一部分回到連接到混合構件的管元件，溶液從那里循環(huán)回到流化床。根據本發(fā)明的實施例，以希望的間隔從所述流化床移除固體物質而不停止工藝并清空所述反應器。在所述流化床中流動的溶液的量由所述混合構件的旋轉速度調節(jié)。在那種情況中，當被供給的溶液的量增加時，混合構件的旋轉速度減小，而當被供給的溶液的量減小時，混合構件的旋轉速度增加。根據本發(fā)明，在流化床中流化粒子所需的能量由混合構件產生。根據本發(fā)明，可以調節(jié)流化床的操作，由此工藝流和粒子尺寸的任何變化不引起該工藝的問題。容量變化引起的改變可以優(yōu)選地在不必停止該工藝的情況下被實現。流化床的密度和溢流的固體物質含量可以總是針對反應器被特別地優(yōu)化以分別適合工藝狀態(tài)。新反應器模型的尺寸設計可以制成寬的供給范圍，并且實際上該系統(tǒng)的容量可以由反應器的數量控制。在根據本發(fā)明的模型中，使溶液循環(huán)的混合構件產生流化所
需的能量。本發(fā)明的重要特征在所附權利要求中被公開。



參考附圖詳細描述根據本發(fā)明的設備，其中圖Ia示出根據本發(fā)明的反應器的豎直截面；圖Ib示出如沿方向A觀察的根據本發(fā)明的反應器。
具體實施例方式圖Ia示出根據本發(fā)明的反應器1，液體工藝溶液2和固體物質被在其中處理，使得粉末固體物質與該液體形成流化床3，并且同時與被供給到反應器中的要被凈化的工藝溶液2反應。在流化床3中，流使得與該溶液反應的固體物質流化。根據該例子，所討論的置換反應是從帶有鋅的溶液移除鎘，其中水溶液、即要被置換的物質的帶有鎘的溶液流過鋅粉末的床?，F在，反應進行，根據該反應，鋅溶解在該溶液中并且從該溶液移除鎘。在反應器的下部，即圓柱形反應部分4中，形成流化床3。從該下部，圓錐形向上變寬的平靜(calming)部分5以及另一個圓柱形澄清部分6升起，以便將基本上沒有要被進一步移除的固體物質的溶液9向上提升到反應器的上部10中的溢流箱11并且被進一步處理。通常，我們所討論的凈化該溶液，是從該溶液移除諸如鎘的化學成分。在下一個工藝階段，還可以從要被移除的溶液16進一步移除鎘。反應器的反應部分4的下部7具有圓化的形狀，這促進溶液8流回到流化床3。根據本發(fā)明，流化床的流化所需的能量由放置在反應器中的單獨的旋轉混合構件12產生?；旌蠘嫾?即推進器，優(yōu)選地軸隧推進器)放置在反應器中的流體水平下方并且它由葉片保護以防止空氣被吸收到推進器中。自然，混合構件12連接到例如反應器I的上部結構并且它由反應器外部的控制單元13控制。混合構件可以根據供給流或溢流的固體物質含量被自動控制。在反應器中，推進器在沿推進器上方的供給管15被供給的工藝溶液2中產生軸向流，使得溶液不止一次循環(huán)通過流化床3。在流化床3中的循環(huán)進一步提高固體物質的分離。被供給到反應器中的溶液2移動到混合構件的管元件14 (諸如，循環(huán)管)，并且從那里移動到流化床下方，從那里它進一步流過床3，由此要被凈化的化學成分與該床的固體物質反應。當從反應部分向上移動到反應器中的平靜部分時，反應器的橫截面積增力口，并且當流動速度降低時，浮在該床中的粒子與溶液分離。此后，溶液的一部分作為溢流離開，并且一部分通過軸隧推進器回到管元件以進一步流過流化床。流化床的性能由泵送混合構件的旋轉速度控制，并且符合通過調節(jié)其而發(fā)生的容量變化。如果被供給到反應器中的溶液的量增加，則泵送混合構件的旋轉速度對應地減速；因此，流化床維持穩(wěn)定。對應地，當要被供給的量減小時，該程序被顛倒。根據本發(fā)明，用于凈化的固體物質通過管道和泵裝置18在流化床上游被移除，該管道和泵裝置相對于流動的溶液是分離的。固體物質17的移除由諸如氣動抽吸泵(airlift pump)的合適的泵實現，進入反應器的上部10中并且從那里被進一步處理。
例子通過下面的例子說明本發(fā)明。根據該例子，用來移除鎘的目前熟知的反應器與根據本發(fā)明的反應器相比。表I示出上述兩種情況中的測量結果。440m3/h的要被凈化的工藝溶液被供給到反應器中，其中使固體物質粒子浮在流化床中的流速度是O. 039m/s。根據該例子，通過使用根據本發(fā)明的反應器，流化床的直徑可以增加到3600毫米，當前反應器的直徑維持在2000毫米。要被凈化的溶液在放置在反應器中的推進器的旋轉動力的作用下進行軸向流動，由此，在流動的作用下，該溶液以I. 2m/s的速度被推入推進器的管元件(SP，循環(huán)管)中。推進器的管元件的 直徑(通過該直徑實現流化床的有利的穩(wěn)定性)在根據本發(fā)明的方案中是550毫米。常規(guī)流化中所需的流量總是根據要被供給的溶液的量被確定，但根據應用本發(fā)明的例子，流量可以增加到差不多1023立方米每小時。根據本發(fā)明，通過由單獨的軸隧推進器調節(jié)流化床中的循環(huán)流的量，該溶液可以根據變化的情況被循環(huán)。流化所需的循環(huán)流的量由軸隧推進器的旋轉速度控制。根據該例子，循環(huán)流的控制范圍是1000-1500m3/h，由此被供給到反應器中的溶液的流量可以在0-900m3/h的范圍內被調節(jié)。根據本發(fā)明，該反應器可以因此符合工藝情況的改變。根據該例子，反應器中的流化床的體積可以增加到15m3。此外，為了流化該流量，與通常使用一系列許多反應器的情況相比，在根據本發(fā)明的方案中僅僅需要一個反應器。表I
權利要求
1.一種用來在流化床(3)中從工藝溶液(2)凈化固體物質的反應器(1)，其中所述反應器包括供給和移除所述工藝溶液的裝置，所述反應器由至少三個部分形成，所述至少三個部分的最下部分是用來形成所述流化床(3)的基本上圓柱形的反應部分(4);圓錐形向上變寬的平靜部分(5)連接到所述反應部分的上部，并且圓柱形澄清部分(6)連接到所述平靜部分的上部，圓柱形澄清部分的直徑與所述平靜部分的上部相同，其特征在于，混合構件(12)放置在所述反應器中以使所述工藝溶液的至少一部分(2，8，9)循環(huán)回到所述流化床(3)并且控制所述流化床(3)中的循環(huán)溶液的量。
2.根據權利要求I的反應器，其特征在于，所述混合構件(12)放置在所述反應器的中間以在所述反應器(I)中的溶液(2)中產生軸向流。
3.根據權利要求I或2的反應器，其特征在于，所述混合構件包括管元件(14)，所述管元件的下部(19)在所述流化床下方延伸。
4.根據權利要求1，2或3的反應器，其特征在于，所述混合構件(12)是軸隧推進器。
5.根據權利要求I的反應器，其特征在于，所述反應器的反應部分(4)的下部(7)具有圓化的形狀。
6.根據權利要求I的反應器，其特征在于，工藝溶液(2)的供給管(15)放置在所述混合構件(12)上方。
7.根據權利要求I的反應器，其特征在于，所述反應器的上部(10)包括溢流箱(11)，所述溢流箱用來從所述反應器(I)移除澄清的溶液(16)。
8.根據權利要求I的反應器，其特征在于，所述反應器包括用來將固體物質移出所述流化床(3)的、諸如泵裝置(18)的裝置。
9.根據權利要求I的反應器，其特征在于，在所述流化床(3)中循環(huán)的溶液的量大于被供給到所述反應器中的溶液的量。
10.根據權利要求I的反應器，其特征在于，從要被凈化的溶液移除的固體物質是鎘。
11.一種在反應器(I)中的流化床中從工藝溶液(2 )凈化固體物質的方法，工藝溶液被供給到所述反應器中以在基本上圓柱形的反應部分(4)中形成所述流化床(3)，所述反應部分是所述反應器中的最下部分，流從所述流化床進一步移動到從所述反應部分的上部向上圓錐形地擴張的平靜部分(5)，并且進一步移動到連接到所述平靜部分的上部的圓柱形澄清部分(6)，所述澄清部分的直徑與所述平靜部分的上部相同，其特征在于，被供給到所述反應器(I)中的工藝溶液(2 )的至少一部分不止一次地被循環(huán)到所述流化床(3 )，并且循環(huán)溶液的量通過放置在所述反應器中的混合構件(12)在所述流化床中被控制。
12.根據權利要求11的方法，其特征在于，所述混合構件在所述反應器中的工藝溶液(2)中產生軸向流，在所述流化床(3)下方延伸所述軸向流。
13.根據權利要求11的方法，其特征在于，穿透所述流化床的溶液的至少一部分回到連接到所述混合構件(12)的管元件(14)，所述管元件使溶液循環(huán)回到所述流化床(3)。
14.根據前述權利要求的任一權利要求的方法，其特征在于，以希望的間隔從所述流化床移除固體物質而不停止工藝并清空所述反應器(I)。
15.根據前述權利要求的任一權利要求的方法，其特征在于，在所述流化床中流動的溶液的量由所述混合構件(12)的旋轉速度調節(jié)。
16.根據權利要求15的方法，其特征在于，當被供給的溶液(2)的量增加時，所述混合構件的旋轉速度減小。
17.根據權利要求15的方法，其特征在于，當被供給的溶液(2)的量減小時，所述混合構件的旋轉速度增加。
18.根據前述權利要求的任一權利要求的方法，其特征在于，所述流化床中的粒子的流化所需的能量由所述混合構件(12)產生。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和一種反應器，該方法和反應器用來在反應器中的流化床中從工藝溶液(2)凈化固體物質，所述工藝溶液被供給到所述反應器中以在基本上圓柱形的反應部分(3)中形成流化床(4)，所述反應部分是所述反應器中的最下部分，流從所述床進一步移動到從所述反應部分的上部向上圓錐形地擴張的平靜部分(5)，并且進一步到連接到平靜部分的上部的圓柱形澄清部分(6)，所述澄清部分的直徑與所述平靜部分的上部相同，其中，被供給到所述反應器(1)中的所述溶液(2)的至少一部分不止一次地被循環(huán)到所述流化床(3)，并且循環(huán)溶液的量通過放置在所述反應器中的混合構件(12)在所述流化床中被控制。
文檔編號C22B17/00GK102781566SQ201180012217
公開日2012年11月14日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權日2010年3月18日
發(fā)明者J·瓦爾諾, M·勞娜拉 申請人:奧圖泰有限公司