专利名称：净化工艺溶液的反应器和方法
技术领域：
本发明涉及用来净化工艺溶液(process solution)的独立权利要求I和11中限定的设备和方法。
背景技术：
通常，搅拌反应器是圆柱形的并且它们具有标准直径。典型地，它们设置有流阻，所述流阻连接到反应器的壁并且其目的是消除中心湍流，该中心湍流被认为是有害的并且从表面吸收气体。固体-溶液工艺通常需要混合，在该混合中出现强的湍流和充分的循环。一个重要工艺是例如通过置换的镉的移除。镉是锌的电解过程中的有害物质的一种。到搅拌反应器中的供给主要通过从上方将固体物质和溶液供给到反应空间中而进行。通常，在连续的反应器中，希望固体物质和溶液近似以反应空间的浆体密度逸出。因 此，不希望最重的或最粗的粒子留在反应器中。在那种情况中，自然，浆体流的出口可以优选地安装在反应器壁上以主要作为溢流而发生。在根据美国专利3，954，452的方法中，溶液从流化部分通过圆锥形延伸部升起到澄清部分中，从那里，在澄清部分的壁上存在溶液的排出出口。公开的工艺包括镉溶液和锌粉末的置换。在这种置换反应中，形成镉粉末，该镉粉末由于其多孔性而是较轻的，并且同时也较细。一个目的是防止作为反应产物形成的固体粒子与溶液一起离开反应器。在这种情况中，困难还在于钩状粒子彼此粘附，例如，结块。逐渐地，结块增大使得流化床中的运动变弱并且最后完全停止。因此，防止粒子的结块的絮凝溶液被供给到流化空间中。由于该防止实际上不是相当完美，因此粉碎该结块的混合构件放置在下部中，并且对应地，接收冲击力且防止湍流的相当小的流阻被放置在壁上。该溶液尽可能直接地沿最短的路线流向排出单元，由此使得流场为减小的弯曲圆锥的形式。这再次意味着携带可能粒子的溶液流的速度增加并且该粒子没有机会从该流分离。上述设备的一个问题是防止固体物质的离开的床材料应当是相当粗的。然而，随着反应进行，床中的固体物质的颗粒尺寸减小，由此与溶液一起漂流的固体物质的量增加。当前反应器面临的缺点是，在每一个反应器中，该流穿透过流化床一次。这显著影响溶液的净化和循环阶段的数量。此外，当前流化床反应器没有调节，但它们的性质根据工艺流的供给和粒子尺寸被确定。自然，当这些量根据工艺的状态而变化时，这引起问题。此夕卜，反应器是批量式的，并且它不容易考虑容量引起的灵活性。在当前流化床反应器系统中，压力损失由积聚在排出单元的顶部上的液体床控制。由于势能应当包含每一个反应器的流化床引起的压力损失，因此通过一系列反应器的溶液的传递需要大的液体床。
发明内容
本发明的目的是消除上面描述的现有技术中出现的缺点。根据本发明，通过流化床用来从工艺溶液净化固体物质的新颖的、更有效的方法和设备因此被提供。通过本发明，固体物质的分离通过在流化床中循环溶液而被提高，并且工艺改变所需的灵活性通过控制要在流化床中循环的溶液的量被增加。本发明涉及一种用来在流化床中从工艺溶液净化固体物质的反应器，其中该反应器包括供给和移除工艺溶液的装置，该反应器由至少三部分形成，该三部分的最下部分是用来形成流化床的基本上圆柱形的反应部分；圆锥形向上变宽的平静部分连接到反应部分的上部，并且圆柱形澄清部分连接到平静部分的上部，其直径与平静部分的上部相同，其中混合构件放置在反应器中以使工艺溶液的至少一部分循环回到流化床并且控制流化床中的循环溶液的量。通过根据本发明的方案，通过在流化床中循环溶液获得较好的净化结果提高固体物质的移除。当工艺条件改变时，根据本发明的方案可以响应该变化而不引起工艺的中断。 根据本发明的实施例，混合构件放置在反应器的中心以在反应器中的溶液中产生轴向流。因此，在反应器中达到最有利的流动条件。根据本发明，混合构件包括管元件，所述管元件的下部在流化床下方延伸。因此，流可以被引导以流过流化床。根据本发明的应用，混合构件是轴隧推进器(tunnel propeller)。根据本发明的例子,反应器的反应部分的下部具有圆化的形状。在那种情况下，从混合构件的管元件被供给到该下部中的流可以最优选地并且均匀地被引到流化床。根据本发明的实施例，工艺溶液的供给管放置在混合构件上方，由此，要被净化的溶液可以通过混合构件被直接引导到管元件。根据本发明，反应器的上部包括溢流箱，该溢流箱用来从反应器移除澄清的溶液。根据本发明，反应器包括用来将固体物质传递出流化床的诸如泵装置的装置。根据本发明的实施例，在流化床中循环的溶液的量大于被供给到反应器中的溶液的量，加强被供给的溶液的净化。根据该例子，从要被净化的溶液移除的固体物质是镉。本发明还涉及在反应器中的流化床中从工艺溶液净化固体物质的方法，所述工艺溶液被供给到所述反应器中以在基本上圆柱形的反应部分中形成流化床，所述反应部分是所述反应器中的最下部分，流从所述床进一步移动到向上圆锥形地变宽到反应部分的上部中的平静部分，并且进一步到连接到平静部分的上部的圆柱形澄清部分，所述澄清部分的直径与所述平静部分的上部相同，其中，被供给到所述反应器中的所述溶液的至少一部分不止一次地被循环到所述流化床，并且循环溶液的量通过放置在所述反应器中的混合构件在所述流化床中被控制。根据本发明的实施例，混合构件在反应器中的工艺溶液中产生轴向流，在流化床下方延伸该流。根据本发明，穿透流化床的溶液的至少一部分回到连接到混合构件的管元件，溶液从那里循环回到流化床。根据本发明的实施例，以希望的间隔从所述流化床移除固体物质而不停止工艺并清空所述反应器。在所述流化床中流动的溶液的量由所述混合构件的旋转速度调节。在那种情况中，当被供给的溶液的量增加时，混合构件的旋转速度减小，而当被供给的溶液的量减小时，混合构件的旋转速度增加。根据本发明，在流化床中流化粒子所需的能量由混合构件产生。根据本发明，可以调节流化床的操作，由此工艺流和粒子尺寸的任何变化不引起该工艺的问题。容量变化引起的改变可以优选地在不必停止该工艺的情况下被实现。流化床的密度和溢流的固体物质含量可以总是针对反应器被特别地优化以分别适合工艺状态。新反应器模型的尺寸设计可以制成宽的供给范围，并且实际上该系统的容量可以由反应器的数量控制。在根据本发明的模型中，使溶液循环的混合构件产生流化所
需的能量。本发明的重要特征在所附权利要求中被公开。
参考附图详细描述根据本发明的设备，其中图Ia示出根据本发明的反应器的竖直截面；图Ib示出如沿方向A观察的根据本发明的反应器。
具体实施例方式图Ia示出根据本发明的反应器1，液体工艺溶液2和固体物质被在其中处理，使得粉末固体物质与该液体形成流化床3，并且同时与被供给到反应器中的要被净化的工艺溶液2反应。在流化床3中，流使得与该溶液反应的固体物质流化。根据该例子，所讨论的置换反应是从带有锌的溶液移除镉，其中水溶液、即要被置换的物质的带有镉的溶液流过锌粉末的床。现在，反应进行，根据该反应，锌溶解在该溶液中并且从该溶液移除镉。在反应器的下部，即圆柱形反应部分4中，形成流化床3。从该下部，圆锥形向上变宽的平静(calming)部分5以及另一个圆柱形澄清部分6升起，以便将基本上没有要被进一步移除的固体物质的溶液9向上提升到反应器的上部10中的溢流箱11并且被进一步处理。通常，我们所讨论的净化该溶液，是从该溶液移除诸如镉的化学成分。在下一个工艺阶段，还可以从要被移除的溶液16进一步移除镉。反应器的反应部分4的下部7具有圆化的形状，这促进溶液8流回到流化床3。根据本发明，流化床的流化所需的能量由放置在反应器中的单独的旋转混合构件12产生。混合构件(即推进器，优选地轴隧推进器)放置在反应器中的流体水平下方并且它由叶片保护以防止空气被吸收到推进器中。自然，混合构件12连接到例如反应器I的上部结构并且它由反应器外部的控制单元13控制。混合构件可以根据供给流或溢流的固体物质含量被自动控制。在反应器中，推进器在沿推进器上方的供给管15被供给的工艺溶液2中产生轴向流，使得溶液不止一次循环通过流化床3。在流化床3中的循环进一步提高固体物质的分离。被供给到反应器中的溶液2移动到混合构件的管元件14 (诸如，循环管)，并且从那里移动到流化床下方，从那里它进一步流过床3，由此要被净化的化学成分与该床的固体物质反应。当从反应部分向上移动到反应器中的平静部分时，反应器的横截面积增力口，并且当流动速度降低时，浮在该床中的粒子与溶液分离。此后，溶液的一部分作为溢流离开，并且一部分通过轴隧推进器回到管元件以进一步流过流化床。流化床的性能由泵送混合构件的旋转速度控制，并且符合通过调节其而发生的容量变化。如果被供给到反应器中的溶液的量增加，则泵送混合构件的旋转速度对应地减速；因此，流化床维持稳定。对应地，当要被供给的量减小时，该程序被颠倒。根据本发明，用于净化的固体物质通过管道和泵装置18在流化床上游被移除，该管道和泵装置相对于流动的溶液是分离的。固体物质17的移除由诸如气动抽吸泵(airlift pump)的合适的泵实现，进入反应器的上部10中并且从那里被进一步处理。
例子通过下面的例子说明本发明。根据该例子，用来移除镉的目前熟知的反应器与根据本发明的反应器相比。表I示出上述两种情况中的测量结果。440m3/h的要被净化的工艺溶液被供给到反应器中，其中使固体物质粒子浮在流化床中的流速度是O. 039m/s。根据该例子，通过使用根据本发明的反应器，流化床的直径可以增加到3600毫米，当前反应器的直径维持在2000毫米。要被净化的溶液在放置在反应器中的推进器的旋转动力的作用下进行轴向流动，由此，在流动的作用下，该溶液以I. 2m/s的速度被推入推进器的管元件(SP，循环管)中。推进器的管元件的 直径(通过该直径实现流化床的有利的稳定性)在根据本发明的方案中是550毫米。常规流化中所需的流量总是根据要被供给的溶液的量被确定，但根据应用本发明的例子，流量可以增加到差不多1023立方米每小时。根据本发明，通过由单独的轴隧推进器调节流化床中的循环流的量，该溶液可以根据变化的情况被循环。流化所需的循环流的量由轴隧推进器的旋转速度控制。根据该例子，循环流的控制范围是1000-1500m3/h，由此被供给到反应器中的溶液的流量可以在0-900m3/h的范围内被调节。根据本发明，该反应器可以因此符合工艺情况的改变。根据该例子，反应器中的流化床的体积可以增加到15m3。此外，为了流化该流量，与通常使用一系列许多反应器的情况相比，在根据本发明的方案中仅仅需要一个反应器。表I
权利要求
1.一种用来在流化床(3)中从工艺溶液(2)净化固体物质的反应器(1)，其中所述反应器包括供给和移除所述工艺溶液的装置，所述反应器由至少三个部分形成，所述至少三个部分的最下部分是用来形成所述流化床(3)的基本上圆柱形的反应部分(4);圆锥形向上变宽的平静部分(5)连接到所述反应部分的上部，并且圆柱形澄清部分(6)连接到所述平静部分的上部，圆柱形澄清部分的直径与所述平静部分的上部相同，其特征在于，混合构件(12)放置在所述反应器中以使所述工艺溶液的至少一部分(2，8，9)循环回到所述流化床(3)并且控制所述流化床(3)中的循环溶液的量。
2.根据权利要求I的反应器，其特征在于，所述混合构件(12)放置在所述反应器的中间以在所述反应器(I)中的溶液(2)中产生轴向流。
3.根据权利要求I或2的反应器，其特征在于，所述混合构件包括管元件(14)，所述管元件的下部(19)在所述流化床下方延伸。
4.根据权利要求1，2或3的反应器，其特征在于，所述混合构件(12)是轴隧推进器。
5.根据权利要求I的反应器，其特征在于，所述反应器的反应部分(4)的下部(7)具有圆化的形状。
6.根据权利要求I的反应器，其特征在于，工艺溶液(2)的供给管(15)放置在所述混合构件(12)上方。
7.根据权利要求I的反应器，其特征在于，所述反应器的上部(10)包括溢流箱(11)，所述溢流箱用来从所述反应器(I)移除澄清的溶液(16)。
8.根据权利要求I的反应器，其特征在于，所述反应器包括用来将固体物质移出所述流化床(3)的、诸如泵装置(18)的装置。
9.根据权利要求I的反应器，其特征在于，在所述流化床(3)中循环的溶液的量大于被供给到所述反应器中的溶液的量。
10.根据权利要求I的反应器，其特征在于，从要被净化的溶液移除的固体物质是镉。
11.一种在反应器(I)中的流化床中从工艺溶液(2 )净化固体物质的方法，工艺溶液被供给到所述反应器中以在基本上圆柱形的反应部分(4)中形成所述流化床(3)，所述反应部分是所述反应器中的最下部分，流从所述流化床进一步移动到从所述反应部分的上部向上圆锥形地扩张的平静部分(5)，并且进一步移动到连接到所述平静部分的上部的圆柱形澄清部分(6)，所述澄清部分的直径与所述平静部分的上部相同，其特征在于，被供给到所述反应器(I)中的工艺溶液(2 )的至少一部分不止一次地被循环到所述流化床(3 )，并且循环溶液的量通过放置在所述反应器中的混合构件(12)在所述流化床中被控制。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述混合构件在所述反应器中的工艺溶液(2)中产生轴向流，在所述流化床(3)下方延伸所述轴向流。
13.根据权利要求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连接到所述混合构件(12)的管元件(14)，所述管元件使溶液循环回到所述流化床(3)。
14.根据前述权利要求的任一权利要求的方法，其特征在于，以希望的间隔从所述流化床移除固体物质而不停止工艺并清空所述反应器(I)。
15.根据前述权利要求的任一权利要求的方法，其特征在于，在所述流化床中流动的溶液的量由所述混合构件(12)的旋转速度调节。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，当被供给的溶液(2)的量增加时，所述混合构件的旋转速度减小。
17.根据权利要求15的方法，其特征在于，当被供给的溶液(2)的量减小时，所述混合构件的旋转速度增加。
18.根据前述权利要求的任一权利要求的方法，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构件(12)产生。
全文摘要
本发明涉及一种方法和一种反应器，该方法和反应器用来在反应器中的流化床中从工艺溶液(2)净化固体物质，所述工艺溶液被供给到所述反应器中以在基本上圆柱形的反应部分(3)中形成流化床(4)，所述反应部分是所述反应器中的最下部分，流从所述床进一步移动到从所述反应部分的上部向上圆锥形地扩张的平静部分(5)，并且进一步到连接到平静部分的上部的圆柱形澄清部分(6)，所述澄清部分的直径与所述平静部分的上部相同，其中，被供给到所述反应器(1)中的所述溶液(2)的至少一部分不止一次地被循环到所述流化床(3)，并且循环溶液的量通过放置在所述反应器中的混合构件(12)在所述流化床中被控制。
文档编号C22B17/00GK102781566SQ201180012217
公开日2012年11月14日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月18日
发明者J·瓦尔诺, M·劳娜拉 申请人:奥图泰有限公司