Цементаторы кипящего слоя
Процесс и аппарат для цементации металлов в кипящем слое частиц металла-цементатора предложены и внедрены впервые в мире в 1959 г. на комбинате "Североникель". Схема аппарата приведена на рис. 36.
Высота кипящего слоя частиц никелевого порошка достигает в нем 5 м Максимальная скорость раствора наблюдается в нижней части аппарата и достигает 0,08 - 0,10 м/с. Раствор в аппарат подается снизу и выводится в верхней отстойной части. Расширение в верхней части аппарата делается для снижения скорости восходящего потока (в 25 - 30 раз) и уноса частиц с раствором.
На рис. 37 приведена схема цепи аппаратов кипящего слоя с противоточным движением твердой и жидкой фаз. Противоток осуществляется с помощью перепускных устройств, через которые твердая фаза под действием динамического напора непрерывно транспортируется из одного цементатора в другой.
В 1964 г. на заводе "Кеннекотт" был внедрен реактор кипящего слоя, малоотличающийся от аппарата конструкции "Североникеля" (рис. 38). Процесс цементации в этом аппарате осуществляется полунепрерывно. Раствор через аппарат пропускают до тех пор пока не израсходуется весь металл-цементатор (железный порошок), который загружается в аппарат единовременно. Признаком конца операции цементации является падение давления водорода в верхней части аппарата. Автоматический регулятор прекращает подавать в аппарат раствор, и цементный осадок из него выгружается, После этой операции в аппарат загружают железный порошок и процесс начинается вновь. Содержание меди в отходящем растворе составляет 0,002 - 0,008 кг/м при содержании его во входящем растворе 0,4-4,0 кг/м3. Производительность аппаратов кипящего слоя лимитируется скоростью уноса из них частиц твердой фазы потоком раствора.
Гидродинамические и кинетические закономерности процессов цементации некоторых металлов цинком в реакторах кипящего слоя. При этом показано, что производительность процесса двустадийной очистки цинковых растворов от примесей в аппаратах кипящего слоя в 5-6 раз выше производительности процесса в аппаратах с механическими перемешивающими устройствами. Гидродинамические закономерности кипящего слоя металлических частиц в потоке жидкости исследованы. Была получена следующая связь между критериями Рейнольдса (в пределах от 2 до 75) и Архимеда.
Одним из эффективных путей интенсификации процессов цементации в кипящем слое является создание в реакционной зоне развитой турбулентности.