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湿法冶金反应器是指实现湿法冶金浸出、净化、金属或金属化合物提取过程的设备或容器。湿法冶金包括液-固,气-液、气-固-液、液-液等多相反应过程。反应一般在恒温条件下进行,根据反应过程豁要,操作温度从常温到高温(约573K),相应的反应器压力可达8.6MPa,因此,用于湿法冶金反应过程的设备型式多样,分类方法也有多种,例如可以按操作方式、体系相态、作业温度等分类,但主要还是以设备类型进行分类。同类设备用于不同的反应过程,其内部结构也可能不一样。

操作条件

  主要包括反应器工作温度、压力和给料速度等。温度是影响化学反应过程的主要因素,由工艺要求确定。反应器的温度由换热器通过载热体供给(或带走)热量进行控制。换热方式分间接换热和直接换热。间接换热瓶物料与载热体通过间壁进行热交换。直接换热指物料与载热体直接接触进行热交换。压力的变化可改变化学反应的热力学和动力学条件,并且与温度有对应关系。根据工艺要求反应器可在常压、加。压(如加压氢还原)或负压(如蒸发结晶)条件下操作。给料速度决定物料在反应器内的浓度、反应时间和生产率。对于湿法冶金流程。各反应器间的物流平衡,是保证整体流程顺行的必要条件。

操作方式

  根据湿法冶金过程需要和反应器特性,反应器可选择进行间歇式、连续式或半连续式操作。间歇操作是一次将反应原料按配比加入反应器,等反应达到要求后,将物料一次卸出。料物间不存在返混,反应率高。需要间断装卸料,辅助操作时间长。连续操作时原料加入与产物流出都是连续进行,对多个反应器组成的联合设备,原料与产物的流向有并流、逆流和错流等方式。连续反应器的产品质量稳定,产量大。反应器内不同程度地存在返混,对要求达到高反应率的过程不利。半连续(或半间歇)式反应器操作方式介于连续式与间歇式操作之间,常把固相一次加入反应器,而液相连续流经固相,达到反应要求后将固相一次卸出。

类型

  (1)槽式反应器:矩形结构,参加反应的固相置于槽内,液相自流通过固相,无需外加搅拌动力,常常能同时实现液固分离,适用于多孔及砂质矿物的漫出和盆换反应过程。

  (2)釜式反应器:又称搅拌槽反应器,为圆筒形结构,高径比较小,有搅拌桨搅拌、气体搅拌、气体搅拌桨联合搅拌和喷射泵搅拌等多种搅拌形式,适应性广,易于组织生产,连续操作时釜内各处的成分、温度均匀,操作简便,用于高温高压过程时,设备投资较大。

  (3)管式反应器:由长径比大的空管与压力泵构成,物料间的返混少(即不同时间进入反应器物料间的混合),达到高反应率所需容积小,比传热面大;当管较长时,管内压力降较大,一旦内壁结垢清理较困难。

  (4)塔式反应器:高径比较大的直立圆柱体结构,其内部结构与用途有关,主要有空塔型、填料型和机械搅拌装置型三种,特别适用于溶剂萃取和离子交换过程。

  (5)流态化反应器:呈圈柱形或圆锥形结构,液相(或液、气相)从反应器下部向上运动产生的力,使固体顺粒处于悬浮状态或慢速下沉,在相对运动过程中进行反应,其内部结构简单,适用于强腐蚀性、高固液比的释出过程和需要使固相高度分散的置换过程,其操作条件较难控制。

  (6)球磨机型反应器:电机驱动的钢制筒体,内有衬板和研磨球,垫板和研磨球的材质根据研磨物料的酸铁性,选取不同材料,物料在研磨球的撞击、研磨下,达到有价元素溶出目的。适用于矿粒表面固膜层扩散为反应控制环节的浸出过程。

  (7)电解钳式反应器。


选型与设计

  对于具体的湿法冶金过程,要从技术先进、经济合理及操作安全可书等诸方面综合考虑反应器的选型。湿法冶金过程绝大多数是多相反应过程,相间接触状态主要取决于反应器。因此,反应器工作性能的优劣将影响原材料消耗、能耗、产品质量和产量等各项生产指标。运用冶金反应工程学的理论与方法,将有助于对反应器进行选型和设计,制定操作工艺条件。

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