И АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Область техники

Изобретения относятся к средствам для проведения массообмен- ных сорбционных процессов разделения компонентов водных растворов неорганических веществ, а именно к способу проведения массообменных сорбционных процессов и аппарату для его осуществления, а также к включающей такой аппарат промышленной установке для разделения компонентов водных растворов неорганических веществ.

Предшествующий уровень техники

Массообменная переработка водных растворов, содержащих ион- ные компоненты, с целью разделения содержащихся в них веществ, кон- центрирования растворов по отдельным компонентам или группе компо- нентов, выделения отдельных компонентов или очистки растворов от от- дельных компонентов или группы компонентов является одним из наибо- лее распространенных, базовых процессов в современных химических производствах и технологиях.

Известно большое количество стандартных способов проведения массообменных сорбционных процессов разделения компонентов водных растворов неорганических веществ с использованием разнообразных сор- бентов, в том числе, ионообменных материалов (см., например: М. М. Се- нявин. Ионный обмен в технологии и анализе неорганических веществ. Москва, изд. "Химия", 1980, 272 с. [1]). Эти способы включают периоди- ческое пропускание перерабатываемого раствора через слой гранулиро- ванного ионообменного материала в колонне, например, слой ионита, предварительно переведенного в какую-либо ионную форму. В результате происходящего при этом ионообменного процесса, а также из-за различ- ной селективности ионита к разным компонентам имеет место перерас- пределение последних между твердой и жидкой фазами, то есть перераба- тываемый раствор очищается от одних компонентов и обогащается дру- гими компонентами. Указанные способы имеют следующие основные ог- раничения: требуется применение химических реагентов для осуществле- ния регенерации ионитов и повторного их использования в циклах сорб- ции-десорбции. В связи с этим стандартные ионообменные процессы обычно применяют лишь для переработки разбавленных растворов. Пере- работка концентрированных растворов, для которых характерны так на- зываемые "короткие" сорбционные циклы, становится невыгодной из-за большого расхода реагентов для регенерации на единицу объема перера- батываемого раствора. Кроме того, при переработке растворов в режиме коротких циклов за счет разности в плотностях жидкостей в системе, а именно, раствора, подаваемого в ионообменную колонну, и раствора, на- ходящегося в пространстве между гранулами в слое ионита, то есть в про- странстве, соответствующем порозности слоя, имеют место эффекты про- дольного перемешивания. Это приводит к существенному снижению эф- фективности переработки и появлению больших объемов сточных вод в виде смешанных растворов. В особенности это касается так называемых прямоточных систем ионного обмена, в которых пропускание перераба- тываемых и регенерационных растворов через массообменные колонны осуществляется в одном и том же направлении сверху вниз. Расход реагентов и объемы образующихся сточных вод сокраща- ются при использовании так называемых противоточных схем, в которых регенерационные растворы с повышенной плотностью пропускаются че- рез колонны в направлении снизу вверх. Однако и в этом случае эффекты продольного перемешивания трудно устранимы из-за образования "кана- лов течения" в слоях сорбционных материалов, что связано с эффектами сжатия гранул ионообменных материалов в концентрированных растворах электролитов [1].

Известны также безреагентные способы проведения массообмен- ных сорбционных процессов разделения компонентов водных растворов неорганических веществ с применением ионитов с терморегулируемой се- лективностью (B.A.Bolto, D.E.Weiss. In Ion Exchange and Solvent Extraction ( Eds. J.A.Marinsky and Y.Marcus). Marsel Dekker, New York, 1977. P. 221 [2]; патент Российской Федерации N°2034651 , опубл. 10.05.95 [3]). В этих способах для осуществления регенерации ионитов в циклических процес- сах используются горячая вода или сам перерабатываемый раствор или получаемые промежуточные растворы при температурах, отличающихся от температур проведения процессов сорбции. Указанные способы также предназначены для переработки разбавленных растворов. Предельные степени обогащения или очистки растворов, достигаемые при их исполь- зовании, помимо прочих факторов, также ограничены наличием свободно- го пространства между гранулами в слое сорбента. Другими ограничения- ми этих способов являются небольшой возможный ассортимент приме- няемых термоселективных ионитов, а также повышенные энергетические затраты, связанные с необходимостью нагрева и (или) охлаждения раство- ров и ионообменных материалов. Кроме того, известен способ проведения массообменных сорбци- онных процессов разделения компонентов концентрированных водных растворов неорганических веществ, в частности, концентрированных смешанных растворов солей и кислот с общим анионом, а именно способ отделения кислот от солей с применением анионитов, названный методом "удерживания кислот" ("acid retardation") (M.J.Hatch, J.A.Dillon. Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 1963, V.2, No. 2, P.253 [4]). В указанном способе нет ионного обмена. Разделение катионов проводится не на катионите, а на анионите, взятом в форме одноименного с электролитами аниона. Например, выделение серной кислоты из смеси сульфатных солей проводится при пропускании смешанного раствора че- рез анионит в сульфатной форме, в случаях переработки смеси нитратов используется анионит в нитратной форме, а в случаях переработки хлори- дов - в хлоридной форме. Способ состоит в том, что в концентрированных смешанных растворах с суммарной концентрацией компонентов от 3 до 20 г-экв/л активность воды незначительна и существенно меньше степень диссоциации солей и, особенно, кислот. В растворах формируются сильно связанные ионные пары и молекулы, способные к необменной сорбции на анионите. При пропускании смешанных концентрированных растворов через слой ионита в колонне происходит разделение компонентов: вначале из колонны выходят соли многовалентных катионов, затем с небольшим запаздыванием - соли одновалентных катионов, наконец, со значительным запаздыванием, сравнимым по объему пропущенного раствора с объемом слоя ионита, начинает выходить раствор кислоты. После достижения рав- новесия, то есть насыщения ионита, составы растворов на входе в колонну и выходе из нее становятся одинаковыми. Разделение проводят следую- щим образом: пропускают раствор через колонну до появления раствора кислоты, десорбцию последней вместе с небольшими примесями сорбиро- ванных солей проводят водой, используемой в качестве элюента, после чего колонна становится готовой к разделению следующей порции пере- рабатываемого раствора электролита.

Указанному выше способу [4] практически аналогичен способ, ко- торый предусматривает пропускание смеси растворов электролитов через ионит или другие сорбционные материалы при использовании в качестве элюента воды или одного из компонентов разделяемой смеси (патент Рос- сийской Федерации N°2056899, опубл. 27.03.1996 [5]). В этом способе, помимо отделения кислот от солей, достигаются небольшие эффекты раз- деления солей друг от друга. Основные ограничения способов [4] и [5] состоят в том, что при использовании стандартных ионообменных аппаратов и прямоточного режима пропускания растворов через слои сорбционных материалов обра- зуются, в основном, смешанные растворы за счет эффектов продольного перемешивания менее плотных и более плотных растворов в объеме по- розности. При использовании противоточного режима, когда концентри- рованный раствор электролита пропускают через колонну снизу вверх, а воду - сверху вниз, и при использовании большинства известных ионооб- менных смол (катионитов и анионитов) также имеет место образование относительно больших объемов смешанных растворов за счет меньшей селективности сорбции электролитов на ионитах по сравнению с сорбцией воды, а также за счет эффекта образования каналов течения в слое грану- лированного сорбционного материала из-за сжатия гранул ионообменных материалов. В указанных способах [4, 5] химическими реагентами, те- ряющимися из-за образования смешанных растворов или наносящими вред окружающей среде, являются не растворы для регенерации, а сами перерабатываемые растворы. В настоящее время во многих областях хи- мической промышленности, гидрометаллургии, черной и цветной метал- лургии, в гальваническом производстве и других областях, где использу- ются процессы растворения и выщелачивания, образуются требующие пе- реработки дорогостоящие либо наносящие большой вред окружающей среде концентрированные растворы. В особенности это касается разделе- ния концентрированных растворов кислот и солей.

Известен другой способ проведения массообменных сорбционных процессов разделения компонентов концентрированных водных растворов неорганических веществ (Р.Х. Хамизов, Б.Ф.Мясоедов, Б.А.Руденко, Н.А. Тихонов. Доклады Академии Наук, 1997, Т. 356, N°2, с. 216-218 [6]; D.N.Muraviev, R.Kh.Khamizov, N.A.Tikhonov, V.V.Kirshin. Langmuir, 1997, V.13, No. 26, p.p. 7186-7192 [7]). Этот способ позволяет снижать расходы химических реагентов до минимальных количеств, эквивалентных коли- чествам получаемых продуктов, а также предотвращать образование трудно утилизируемых смешанных растворов. В указанном способе ис- пользуется явление изотермического перенасыщения растворов в ионооб- менных процессах и стабилизации перенасыщенных растворов в слое ио- нита. Ионообменный материал, используемый в качестве сорбента, пред- варительно переводят в определенную ионную форму, например, в форму иона металла, а затем обрабатывают концентрированным раствором веще- ства, содержащего анион, образующий с указанным ионом металла соеди- нение, менее растворимое, чем вещество для обработки. Например, для получения карбоната магния магниевую форму катионита обрабатывают концентрированным раствором карбоната натрия или аммония, а для по- лучения сульфата калия калиевую форму катионита обрабатывают кон- центрированным раствором сульфата натрия или аммония. В результате ионообменного процесса в слое ионита образуется и на некоторое время стабилизируется перенасыщенный раствор целевого соединения. При вы- ходе перенасыщенного раствора из колонны имеет место спонтанная кри- сталлизация чистого целевого продукта, который отделяют от раствора. Последний доукрепляют регенерирующим веществом и направляют на очередной цикл обработки ионита в нужной ионной форме. В указанном способе, независимо от эффектов продольного перемешивания, нет потерь реагентов или образования смешанных сточных вод, требующих дополни- тельной переработки. Однако недостатки способа [6, 7] состоят в том, что стабилизация перенасыщенных растворов в слое ионита имеет временный характер, и для многих компонентов время стабилизации незначительно. Это, с одной стороны, ограничивает ассортимент используемых ионооб- менных систем, а с другой стороны - создает риск цементации колонн, то есть осадкообразования в пространстве между гранулами сорбента, в объ- еме порозности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ про- ведения массообменного сорбционного процесса разделения компонентов концентрированных водных растворов неорганических веществ по патен- ту США N°4,673,507 (опубл 16.06.1987) [8]. В соответствии с этим спосо- бом переработку водных растворов осуществляют с использованием слоев гранулированных сорбционных материалов с уменьшенным объемом дос- тупного для перерабатываемого раствора пространства между гранулами сорбента. Переработку растворов по указанному способу ведут при их пропускании через короткий сильно сжатый слой мелкодисперсного гра- нулированного сорбционного материала. Сжатие слоя достигают разными методами. Например, при работе с разбавленными растворами в аппарат загружают гранулированный ионообменный материал в среде сильно кон- центрированного электролита так, чтобы в средах рабочих растворов име- ло место набухание сорбентов. Другим методом является загрузка в от- крытый аппарат (без крышки) избыточного количества сорбционного ма- териала, из которого под давлением крышки специальной конструкции принудительно формируют сильно сжатый слой. В связи с высоким дав- лением, необходимым для прокачивания перерабатываемого раствора че- рез такой аппарат, в способе по патенту [8], как правило, используют ко- роткий сорбционный слой. Для уменьшения протяженности фронтов ион- ного обмена или молекулярной сорбции, что необходимо при использова- нии коротких слоев, используют мелкодисперсный сорбент с хорошими кинетическими характеристиками.

Наличие отмеченных требований говорит о том, что имеются оп- ределенные ограничения при осуществлении способа по патенту [8]. Не- достатки этого способа состоят также в необходимости использования вы- соких давлений. Кроме того, к недостаткам относится недолговечность сорбентов при их использовании в циклах сорбции-регенерации. Наконец, в указанном способе не достигается повышения стабильности перенасы- щенных растворов в слое сорбента по сравнению со стандартными мето- дами, что ограничивает ассортимент перерабатываемых растворов.

Известны устройства для проведения массообменных сорбцион- ных процессов, в которых принимаются различные меры для повышения их эффективности.

Так, устройство по авторскому свидетельству СССР N° 1 183146 (опубл. 07.10.1985) [9] содержит вертикальный цилиндрический корпус с днищем и крышкой, предназначенный для заполнения сорбентом и имеющий размещенные в днище и крышке соответственно входной и вы- ходной патрубки, а также особым образом выполненную распределитель- ную систему, соединенную со входным патрубком. Эта система содержит пакет уложенных друг на друга полотен с тоннельными ячейками, кромки которых на каждом последующем полотне смещены относительно пре- дыдущего полотна в горизонтальной плоскости в одном и том же направ- лении. Благодаря этому обеспечиваются спиральное закручивание обраба- тываемого раствора и более равномерное и интенсивное взаимодействие его с сорбентом. Однако при описанном выполнении распределительной системы она создает повышенное сопротивление потоку перерабатывае- мого раствора, и его нужно подавать под увеличенным давлением.

Устройство по авторскому свидетельству СССР JVTel 533750 (опубл. 07.01.1990) [10] имеет вертикальный корпус с крышкой, днищем и пат- рубками для ввода и вывода раствора, а также коаксиально размещенную в корпусе цилиндрическую микропористую дренажную систему с уста- новленным в ней поршнем. Пространство между дренажной системой и стенками корпуса предназначено для заполнения сорбентом. Поршень при работе устройства совершает возвратно-поступательное движение, благо- даря которому интенсифицируются как всасывание очищенного раствора через дренажную систему, так и очистка ее поверхности от налипшего сорбента. Недостатком этого устройства является необходимость в меха- ническом приводе.

К предлагаемому аппарату для проведения массообменных сорб- ционных процессов, предназначенному для осуществления предлагаемого способа, наиболее близок аппарат, известный из патента США N°4,673,507 [8], предназначенный для осуществления описанного в этом патенте спо- соба.

Данный аппарат имеет цилиндрический корпус с днищем, крыш- кой, стенкой, верхним и нижним патрубками, введенными, соответствен- но, в крышку и днище. В корпусе размещены верхняя и нижняя дренажно- распределительные системы, гидравлически связанные, соответственно, с верхним и нижним патрубками. Пространство между этими системами предназначено для заполнения гранулированным сорбционным материа- лом. Последний образует сильно сжатый слой. В аппарате предусматрива- ется использование мелкодисперсного сорбента с хорошими кинетиче- скими характеристиками.

Этому аппарату присущи недостатки, коррелированные с отме- ченными выше недостатками способа по патенту [8], для осуществления которого данный аппарат предназначен. Они заключаются, в частности, в необходимости создания и использования высоких давлений при работе аппарата. С этим связана недолговечность сорбентов при их использова- нии в циклах сорбции-регенерации. Сильное сжатие сорбционного слоя обусловливает его высокое гидравлическое сопротивление, поэтому слой должен быть коротким. Вследствие этого невысока достигаемая стабиль- ность перенасыщенных растворов в слое сорбента и ограничен ассорти- мент перерабатываемых растворов.

Известны промышленные установки для проведения массообмен- ных сорбционных процессов, в частности, по патенту Российской Федера- ции JV° 2034651 (опубл. 10.05.1995) [3] и по патенту США JV°4,673,507 (опубл. 16.06.1987) [8].

В установке по патенту [3] реализуется безреагентный способ про- ведения массообменных сорбционных процессов разделения компонентов водных растворов неорганических веществ. Эта установка содержит со- единенные между собой параллельно ионообменные колонны, теплооб- менник, несколько насосов, линию отбора целевого продукта и систему электронного управления, а также нагреватели-термостаты исходного рас- твора и концентрата, систему трубопроводов и ряд других частей. В данной установке из-за наличия свободного пространства между гранулами сорбента достигаемая степень обогащения невелика. Установка позволяет перерабатывать только разбавленные растворы, конструктивно сложна и требует при своей эксплуатации повышенных энергетических затрат из-за наличия нагревателей-термостатов.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка по патенту [8]. Эта установка содержит аппарат для проведения массообменных сорбционных процессов и средства для прокачивания через него жидко- стей. При этом указанный аппарат имеет цилиндрический корпус с дни- щем, крышкой, стенкой, верхним и нижним патрубками, введенными, со- ответственно, в крышку и днище. В корпусе размещены верхняя и нижняя дренажно-распределительные системы, гидравлически связанные, соот- ветственно, с верхним и нижним патрубками. Пространство между этими системами предназначено для размещения гранулированного сорбционно- го материала. Последний образует сильно сжатый слой. В аппарате преду - сматривается использование мелкодисперсного сорбента с хорошими ки- нетическими характеристиками.

В этой установке достигается уменьшение свободного пространст- ва между гранулами сорбента в массообменном сорбционном аппарате, что способствует повышению эффективности массообменных сорбцион- ных процессов разделения компонентов водных растворов. Однако ука- занное уменьшение свободного пространства достигается путем сильного сжатия сорбционного слоя, что увеличивает его гидравлическое сопротив- ление и обусловливает необходимость использования в составе установки средств, создающих повышенное давление для прокачивания жидкостей. Сильное сжатие слоя сорбента приводит также к недолговечности сорбен- та. Кроме того, сильно сжатый слой должен быть коротким, вследствие чего невысока достигаемая стабильность перенасыщенных растворов в слое сорбента и ограничен ассортимент перерабатываемых растворов. Раскрытие изобретений

Предлагаемое изобретение, относящееся к способу проведения массообменных сорбционных процессов, направлено на достижение тех- нического результата, заключающегося в повышении эффективности мас- сообменных сорбционных процессов разделения компонентов водных растворов неорганических веществ за счет повышения степени разделения при переработке концентрированных растворов, в том числе, сильнокис- лых концентрированных растворов, повышения долговечности использо- вания сорбционных материалов, а также обеспечения стабилизации пере- насыщенных растворов в сорбционном слое при отсутствии специальных требований к размерам гранул сорбента и к условиям проведения процес- са переработки водных растворов, включая поддержание высоких давле- ний и выбор определенных направлений потоков жидкостей. Ниже при раскрытии изобретения и рассмотрении примеров его использования бу- дут названы и другие виды достигаемого технического результата.

В предлагаемом способе проведения массообменных сорбционных процессов, как и в указанном выше наиболее близком к нему известном способе по патенту США N24,673,507 [8], перерабатываемый водный рас- твор пропускают через слой гранулированного сорбционного материала с уменьшенным объемом доступного для перерабатываемого водного рас- твора пространства между гранулами в этом слое.

Для достижения указанного технического результата в предлагае- мом способе, в отличие от наиболее близкого известного, уменьшение объема доступного для перерабатываемого водного раствора пространства между гранулами в слое гранулированного сорбционного материала обес- печивают путем пропускания перерабатываемого водного раствора через слой указанного материала, предварительно заполненный органическим жидким веществом или смесью таких веществ, не смешивающихся ни с водой, ни с перерабатываемым водным раствором и химически не взаи- модействующих ни с компонентами перерабатываемого водного раствора, ни с сорбционным материалом, не допуская при этом псевдоожижения гранулированного сорбционного материала в указанном слое.

Как установлено авторами, при заполнении сорбционного слоя ор- ганическим жидким веществом, не смешивающимся ни с водой, ни с пе- рерабатываемыми водными растворами, или смесью таких веществ, мож- но пропускать воду или водные растворы через слой гранулированного сорбционного материала в условиях, когда практически отсутствует сво- бодное пространство между гранулами, так как оно заполнено органиче- ской жидкостью. Органическая жидкость отталкивает воду и водные рас- творы, которые стремятся к контакту с гидрофильным сорбентом. Вслед- ствие этого пропускаемый через сорбционный слой перерабатываемый водный раствор внедряется на межфазной границе между органической жидкостью и поверхностью гранул сорбента, образуя тончайшую пленку, обволакивающую каждую гранулу сорбента и стекающую по точкам кон- такта между гранулами. В результате компоненты перерабатываемого раствора немедленно оказываются на выходе из сорбционного слоя.

При этом происходит многократное увеличение площади контакта перерабатываемого водного раствора с поверхностью сорбционного мате- риала, что и обусловливает повышение степени разделения, в том числе при переработке концентрированных растворов, без предъявления специ- альных требований к размерам гранул сорбента и без создания высоких давлений на сорбционный слой. Кроме того, повышается долговечность использования сорбционных материалов и обеспечивается стабилизация перенасыщенных растворов в сорбционном слое. Благодаря выбору орга- нических жидких веществ, удовлетворяющих указанным выше требовани- ям, в сочетании с отсутствием высокого давления, сжимающего сорбци- онный материал, обеспечиваются сохранение свойств используемого сорбционного материала и возможность его длительной эксплуатации в повторяющихся циклах сорбции - десорбции, предотвращаются загрязне- ние и потеря растворов, загрязнения и потери самих указанных органиче- ских веществ.

В частности, в качестве упомянутых веществ для заполнения слоя сорбционного материала могут быть использованы органические жидкие вещества с плотностью меньшей, чем плотность воды (или смесь таких веществ), например, жидкие соединения из ряда парафинов, ненасыщен- ные углеводороды, ароматические соединения, элементоорганические ве- щества, высшие спирты, кетоны, карбоновые кислоты, простые и сложные эфиры. В этом случае перерабатываемый водный раствор пропускают че- рез слой сорбционного материала в направлении сверху вниз. В качестве указанных веществ могут быть использованы также ор- ганические жидкие вещества с плотностью большей, чем плотность пере- рабатываемого водного раствора (или смесь таких веществ), например, жидкие соединения из ряда галогензамещенных парафинов, в том числе, перфторуглероды, галогензамещенные ненасыщенные углеводороды, га- логен- и нитрозамещенные ароматические соединения, элементоорганиче- ские вещества, циклосоединения из ряда высших спиртов, кетонов, карбо- новых кислот, простых и сложных эфиров. В этом случае перерабатывае- мый раствор пропускают через слой сорбционного материала в направле- нии снизу вверх. Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью пред- лагаемого аппарата для проведения массообменных сорбционных процес- сов. Предлагаемое изобретение, относящееся к аппарату для проведе- ния массообменных сорбционных процессов, направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении степени разделе- ния, в том числе при переработке концентрированных растворов, включая сильнокислые растворы, в повышении долговечности использования сорбционных материалов, а также в обеспечении стабилизации перенасы- щенных растворов в сорбционном слое. При этом отмеченное повышение эффективности массообменных сорбционных процессов, осуществляемых в данном устройстве, обеспечивается при отсутствии специальных требо- ваний к размерам гранул сорбента и к условиям проведения процесса пе- реработки водных растворов, в частности, к поддержанию высоких давле- ний. Ниже при раскрытии изобретения и рассмотрении примеров его ис- пользования будут названы и другие виды достигаемого технического ре- зультата. Предлагаемый аппарат для проведения массообменных сорбцион- ных процессов, как и наиболее близкий к нему известный аппарат по па- тенту США N°4,673,507 [8], содержит вертикальный цилиндрический кор- пус с крышкой, днищем и стенкой. В верхней и нижней частях корпуса установлены, соответственно, верхняя и нижняя дренажно- распределительные системы. В крышку и днище корпуса введены соот- ветственно, верхний и нижний патрубки, предназначенные для подачи в аппарат или отвода из него жидкостей и гидравлически связанные соот- ветственно с верхней и нижней дренажно-распределительными система- ми. Для достижения указанного выше технического результата в пред- лагаемом аппарате, в отличие от наиболее близкого известного аппарата, между нижней и верхней дренажно-распределительными системами раз- мещен слой гранулированного сорбционного материала, пространство между гранулами которого заполнено органическим жидким веществом или смесью таких веществ, не смешивающихся ни с водой, ни с перераба- тываемым водным раствором и химически не взаимодействующих ни с компонентами перерабатываемого водного раствора, ни с гранулирован- ным сорбционным материалом. Верхняя дренажно-распределительная система установлена и гидравлически связана с верхним патрубком с воз- можностью ее перемещения в вертикальном направлении, а между нею и крышкой корпуса имеется пространство, в котором размещено прижимное средство для воздействия в вертикальном направлении на эту систему и предотвращения псевдоожижения находящегося под ней слоя гранулиро- ванного сорбционного материала. Один из указанных двух патрубков яв- ляется входным патрубком указанного аппарата, предназначенным для подачи перерабатываемого раствора и воды, а другой - выходным патруб- ком указанного аппарата. При этом на нижнем патрубке установлен кран.

Использование в данном аппарате слоя гранулированного сорбци- онного материала, в котором свободное пространство между гранулами заполнено органическим жидким веществом, приводит к тому, что прак- тически отсутствует свободное пространство между гранулами. Органиче- екая жидкость отталкивает воду и водные растворы, которые стремятся к контакту с гидрофильным сорбентом. В результате пропускаемый через сорбционный слой перерабатываемый водный раствор, внедряющийся на межфазной границе между органической жидкостью и поверхностью гра- нул сорбента, образует тончайшую пленку, которая обволакивает каждую гранулу сорбента и протекает по точкам контакта между гранулами. Вследствие этого многократно возрастает площадь контакта перерабаты- ваемого водного раствора с поверхностью сорбционного материала. Это, в свою очередь, обусловливает повышение степени разделения при перера- ботке концентрированных растворов и позволяет исключить специальные требования к размерам гранул сорбента и необходимость использования высоких давлений. Давление, оказываемое прижимным средством на слой гранулированного сорбционного материала через верхнюю дренажно- распределительную систему, несоизмеримо мало по сравнению с давлени- ем в сжатом слое аппарата по патенту [8], поскольку в предлагаемом ап- парате оно создается лишь для того, чтобы не допустить псевдоожижения сорбционного материала в слое. Одновременно повышается долговеч- ность использования сорбционных материалов, а также обеспечивается стабилизация перенасыщенных растворов в сорбционном слое. Выбор ор- ганических жидких веществ в соответствии с приведенными выше требо- ваниями в сочетании с отсутствием высокого давления, сжимающего сорбционный материал, обеспечивает сохранение свойств этого материала и возможность его длительной эксплуатации, предотвращает загрязнение и потерю растворов, загрязнение и потерю самих указанных органических веществ. Наличие крана на нижнем патрубке предотвращает вытекание жидкости из аппарата, не подсоединенного к магистралям для подачи или отвода из него жидкостей.

В предлагаемом аппарате в одном из частных случаев его выпол- нения гидравлическая связь верхней дренажно-распределительной систе- мы с верхним патрубком может быть осуществлена с помощью гибкой трубки. В этом случае прижимное средство может быть выполнено в виде слоя упругого пористого материала, например, поролона, заполняющего пространство между крышкой корпуса и верхней дренажно- распределительной системой и окружающего указанную гибкую трубку. Прижимное средство может быть выполнено также в виде расположенно- го над верхней дренажно-распределительной системой диска с отверстием для указанной гибкой трубки и установленной между этим диском и крышкой корпуса витой пружины, окружающей указанную гибкую труб- ку.

В другом частном случае прижимное средство может быть выпол- нено в виде установленного в корпусе над верхней дренажно- распределительной системой поршня, через отверстие в центре которого герметично проходит указанная гибкая трубка, при этом крышка корпуса в ее верхней части снабжена патрубком для соединения с источником на- ходящихся под давлением газа или жидкости.

Каждая из указанных дренажно-распределительных систем может быть выполнена в виде горизонтальных радиально расходящихся дренаж- ных элементов для входа или выхода жидкости, соединенных с одним и тем же расположенным в центре данной системы вертикальным патруб- ком.

При этом каждый дренажный элемент может представлять собой трубку с отверстиями, не проницаемыми для гранулированного сорбцион- ного материала или закрытыми сеткой с ячейками, не проницаемыми для этого материала. Каждый дренажный элемент может представлять собой также цилиндр со стенками из пористого материала с порами, не прони- цаемыми для гранулированного сорбционного материала. Гидравлическая связь верхней дренажно-распределительной сис- темы с верхним патрубком может быть осуществлена также с помощью сильфона. В этом случае прижимное средство может быть выполнено в виде слоя упругого пористого материала, например, поролона, заполняю- щего пространство между крышкой корпуса и верхней дренажно- распределительной системой и окружающего указанный сильфон. При осуществлении гидравлической связи верхней дренажно- распределительной системы с верхним патрубком с помощью сильфона прижимное средство может быть выполнено также в виде расположенного над верхней дренажно-распределительной системой диска с отверстием для указанного сильфона и установленной между этим диском и крышкой корпуса витой пружины, окружающей указанный сильфон.

Разнообразие возможных конструкций различных частей аппарата и их сочетаний обеспечивает свободу выбора при разработке аппарата в зависимости от технологических особенностей условий производства и предстоящей эксплуатации.

В любом из указанных выше случаев выполнения предлагаемого аппарата указанные органическое жидкое вещество или смесь таких ве- ществ, которыми заполнено пространство между гранулами гранулиро- ванного сорбционного материала, могут иметь меньшую плотность, чем вода. При этом входным патрубком указанного аппарата для подачи пере- рабатываемого раствора и воды является верхний патрубок, а выходным патрубком является нижний патрубок.

Кроме того, в любом из указанных выше случаев выполнения ап- парата указанные органическое жидкое вещество или смесь таких ве- ществ, которыми заполнено пространство между гранулами гранулиро- ванного сорбционного материала, могут иметь более высокую плотность, чем перерабатываемый водный раствор. При этом входным патрубком указанного аппарата для подачи перерабатываемого водного раствора и воды является нижний патрубок, а выходным патрубком является верхний патрубок. Указанные две возможности расширяют выбор органических жид- ких веществ для заполнения пространства между гранулами сорбционного материала, позволяя осуществлять пропускание перерабатываемого вод- ного раствора через аппарат как сверху вниз, так и снизу вверх (соответст- венно, при первой и второй из описанных выше возможностей).

В любом из названных выше случаев выполнения аппарата и его частей между нижней дренажно-распределительной системой и днищем корпуса может находиться пространство, заполненное нейтральным гра- нулированным материалом, преимущественно гравием, с размером гра- нул, превышающим размер гранул гранулированного сорбционного мате- риала.

Такой слой предотвращает возможность перемешивания жидко- сти, находящейся в слое сорбционного материала, с жидкостью, попавшей в застойную зону под нижней дренажно-распределительной системой. Предлагаемый аппарат для проведения массообменных сорбцион- ных процессов входит как часть в состав предлагаемой промышленной ус- тановки для разделения компонентов водных растворов неорганических веществ.

Предлагаемое изобретение, относящееся к промышленной уста- новке для разделения компонентов водных растворов неорганических ве- ществ, направлено на достижение технического результата, который за- ключается в повышении степени разделения при переработке концентри- рованных растворов, в том числе, сильнокислых концентрированных рас- творов, в повышении долговечности использования сорбционных мате- риалов, а также в обеспечении стабилизации перенасыщенных растворов в сорбционном слое и в исключении необходимости использования средств для подачи жидкостей под повышенным давлением. Кроме того, отмечен- ное повышение эффективности массообменных сорбционных процессов, осуществляемых в предлагаемой установке, обеспечивается при отсутст- вии специальных требований к размерам гранул сорбента. Ниже при рас- крытии данного изобретения и рассмотрении примеров его использования будут названы и другие виды достигаемого технического результата.

Предлагаемая промышленная установка для разделения компонен- тов водных растворов неорганических веществ, как и наиболее близкая к ней известная по патенту США Ν24,673,507 [8], содержит аппарат для проведения массообменных сорбционных процессов и средство для пере- качивания жидкости. Аппарат для проведения массообменных сорбцион- ных процессов имеет вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, днищем и стенкой. В верхней и нижней частях корпуса установлены, со- ответственно, верхняя и нижняя дренажно-распределительные системы. В крышку и днище корпуса введены соответственно, верхний и нижний пат- рубки, предназначенные для подачи в данный аппарат или отвода из него жидкостей и гидравлически связанные соответственно с верхней и нижней дренажно-распределительными системами.

Для достижения указанного выше технического результата в пред- лагаемой промышленной установке, в отличие от наиболее близкой к ней известной установки, в аппарате для проведения массообменных сорбци- онных процессов между нижней и верхней дренажно- распределительными системами размещен слой гранулированного сорб- ционного материала, пространство между гранулами которого заполнено органическим жидким веществом или смесью таких веществ, не смеши- вающихся ни с водой, ни с перерабатываемым водным раствором и хими- чески не взаимодействующих ни с компонентами перерабатываемого вод- ного раствора, ни с гранулированным сорбционным материалом. Верхняя дренажно-распределительная система установлена и гидравлически связа- на с верхним патрубком с возможностью ее перемещения в вертикальном направлении, а между нею и крышкой корпуса имеется пространство, в котором размещено прижимное средство для воздействия в вертикальном направлении на эту систему и предотвращения псевдоожижения находя- щегося под ней слоя гранулированного сорбционного материала. Один из указанных двух патрубков является входным патрубком указанного аппа- рата и входным патрубком всей установки, предназначенным для подачи перерабатываемого водного раствора и воды, а другой - выходным пат- рубком указанного аппарата, причем на нижнем патрубке установлен кран.

Кроме того, указанная промышленная установка снабжена аппара- том для отделения органических жидких веществ от водных растворов, имеющим вход для разделяемой эмульсии, выход для подлежащего отде- лению органического жидкого вещества и выход для водного раствора, очищенного от органического жидкого вещества. Выход указанного аппа- рата для водного раствора, очищенного от органического жидкого веще- ства, является выходом всей промышленной установки, вход для разде- ляемой эмульсии соединен с выходным патрубком аппарата для проведе- ния массообменных сорбционных процессов, а выход для подлежащего отделению органического жидкого вещества соединен с аппаратом для проведения массообменных сорбционных процессов линией в виде труб- ки, конец которой введен в стенку корпуса данного аппарата возле дре- нажно-распределительной системы, гидравлически связанной со входным патрубком этого аппарата для перерабатываемого водного раствора и во- ды, со стороны слоя гранулированного сорбционного материала. При этом указанное средство для перекачивания жидкости представляет собой цир- куляционный насос с обратным клапаном, установленный в указанной ли- нии.

Использование в данной промышленной установке аппарата для проведения массообменных сорбционных процессов, в котором простран- ство между гранулами в слое гранулированного сорбционного материала заполнено органическим жидким веществом, приводит к тому, что прак- тически отсутствует свободное пространство между гранулами, так как оно заполнено органической жидкостью. Органическая жидкость отталки- вает воду и водные растворы, которые стремятся к контакту с гидрофиль- ным сорбентом. В результате пропускаемый через сорбционный слой пе- рерабатываемый водный раствор, внедряющийся на межфазной границе между органической жидкостью и поверхностью гранул сорбента, образу- ет тончайшую пленку, которая обволакивает каждую гранулу сорбента и протекает по точкам контакта между гранулами. Вследствие этого много- кратно возрастает площадь контакта перерабатываемого водного раствора с поверхностью сорбционного материала. Это, в свою очередь, обуслов- ливает повышение степени разделения при переработке концентрирован- ных растворов и позволяет исключить специальные требования к разме- рам гранул сорбента и необходимость использования высоких давлений. Одновременно при этом обеспечивается стабилизация перенасыщенных растворов в сорбционном слое. Выбор органических жидких веществ в соответствии с приведенными выше требованиями в сочетании с отсутст- вием высокого давления, сжимающего сорбционный материал, обеспечи- вает сохранение свойств этого материала и возможность его длительной эксплуатации, предотвращает загрязнение и потерю растворов, загрязне- ния и потерю самих указанных органических веществ. Давление, оказы- ваемое прижимным средством на слой гранулированного сорбционного материала в аппарате для проведения массообменных сорбционных про- цессов через верхнюю дренажно-распределительную систему, несоизме- римо мало по сравнению с давлением в сжатом слое по патенту [8], по- скольку в предлагаемой промышленной установке оно создается лишь для того, чтобы не допустить псевдоожижения сорбционного материала в слое.

Наличие в составе предлагаемой промышленной установки аппа- рата для отделения органических жидких веществ от водных растворов при описанном соединении его с аппаратом для проведения массообмен- ных сорбционных процессов обеспечивает не только предотвращение по- падания органического жидкого вещества на выход установки, но и пол- ный возврат этого вещества без потерь в аппарат для проведения массо- обменных сорбционных процессов. Возврат обеспечивается с помощью циркуляционного насоса с обратным клапаном, установленного в указан- ной линии, соединяющей два аппарата. В одном из частных случаев в предлагаемой промышленной уста- новке указанные органическое жидкое вещество или смесь таких веществ, которыми заполнено пространство между гранулами гранулированного сорбционного материала, могут иметь меньшую плотность, чем вода. В этом случае входным патрубком аппарата для проведения массообменных сорбционных процессов и входным патрубком всей промышленной уста- новки, предназначенным для подачи перерабатываемого водного раствора и воды, является верхний патрубок этого аппарата, а его выходным пат- рубком является нижний патрубок. Присутствие крана на этом патрубке не только предотвращает неконтролируемое вытекание жидкости из мас- сообменного сорбционного аппарата, но и позволяет вместе с другими кранами осуществлять переключения в рабочих режимах установки и в процессе заполнения аппаратов жидкостями при подготовке установки к работе. В данном частном случае входной патрубок этого аппарата (кото- рым является верхний патрубок) тоже снабжен краном, который вместе с другими кранами позволяет осуществлять переключения в рабочих режи- мах промышленной установки и в процессе заполнения аппаратов жидко- стями при подготовке установки к работе.

В другом частном случае указанные органическое жидкое вещест- во или смесь таких веществ, которыми заполнено пространство между гранулами гранулированного сорбционного материала, могут иметь более высокую плотность, чем перерабатываемый водный раствор. В этом слу- чае входным патрубком аппарата для проведения массообменных сорбци- онных процессов и входным патрубком всей промышленной установки, предназначенным для подачи перерабатываемого водного раствора и во- ды, является нижний патрубок этого аппарата, а его выходным патрубком является верхний патрубок. В данном частном случае кран, установлен- ный на нижнем патрубке, как и в предыдущем случае, предназначен для предотвращения неконтролируемого вытекания жидкости из массообмен- ного сорбционного аппарата. При этом выходной патрубок этого аппарата (которым в данном случае является верхний патрубок) тоже снабжен кра- ном, который вместе с другими кранами позволяет осуществлять пере- ключения в рабочих режимах промышленной установки и в процессе за- полнения аппаратов жидкостями при подготовке установки к работе.

Описанные две возможности выполнения предлагаемой промыш- ленной установки позволяют осуществлять выбор органического жидкого вещества с большей или меньшей плотностью, чем у перерабатываемого раствора, и подавать этот раствор и воду снизу вверх или сверху вниз.

Конец трубки, соединяющей выход аппарата для отделения орга- нических жидких веществ от водных растворов с аппаратом для проведе- ния массообменных сорбционных процессов, введенный в стенку корпуса этого аппарата, может быть закрыт дренажной сеткой, не проницаемой для гранулированного сорбционного материала. Это предотвращает засо- рение указанной трубки, которое может привести к нарушению работы установки.

В составе описанной выше предлагаемой промышленной установ- ки для разделения компонентов водных растворов неорганических ве- ществ в качестве ее части, которой является аппарат для отделения орга- нических жидкостей от водных растворов, могут быть использованы из- вестные средства соответствующего назначения (см., например, авторские свидетельства СССР Ν°476009 [1 1], опубл. 05.07.1975, и Х°865818 [12], опубл. 23.09.1981). Однако предпочтительно описанное ниже выполнение такого аппарата.

В соответствии с предпочтительным выполнением аппарат для от- деления органических жидких веществ от водных растворов в предлагае- мой промышленной установке может иметь корпус, выполненный в виде вертикального цилиндра с закрытыми торцами, который содержит две крайние камеры, примыкающие к торцам, и расположенную между ними среднюю камеру. Последняя отграничена от одной из крайних камер сет- кой, предназначенной для предотвращения турбулентности, а от другой - гидрофобным дренажным слоем, проницаемым для органического жидко- го вещества или смеси таких веществ, которыми заполнено пространство между гранулами гранулированного сорбционного материала в массооб- менном сорбционном аппарате, но не проницаемым для воды и перераба- тываемого водного раствора. В торец крайней камеры, отграниченной от средней камеры гидрофобным дренажным слоем, введен первый выход- ной патрубок, доходящий не более чем до середины этой камеры. В торец другой крайней камеры, отграниченной от средней камеры сеткой, введе- ны входной патрубок, который проходит через указанную камеру и сетку в среднюю камеру и доходит, по крайней мере, до ее середины, а также второй выходной патрубок, проходящий не более чем до середины ука- занной крайней камеры. Указанный входной патрубок является входом данного аппарата для разделяемой эмульсии, первый выходной патрубок является выходом для подлежащего отделению органического жидкого вещества, а второй выходной патрубок - выходом для водного раствора, очищенного от органического жидкого вещества. Такое выполнение аппарата для отделения органических жидких веществ от водных растворов в предлагаемой промышленной установке позволяет осуществить эффективное отделение непосредственно в ходе работы установки со скоростью, соответствующей скорости подачи в нее жидкостей, причем как сверху вниз, так и снизу вверх. В предлагаемой промышленной установке указанный гидрофоб- ный дренажный слой аппарата для отделения органических жидких ве- ществ от водных растворов может содержать диск с отверстиями, выпол- ненный из не смачиваемого водой материала, или слой гранул из не сма- чиваемого водой материала, предварительно обработанного органическим жидким веществом, идентичным тому, которым заполнено пространство между гранулами сорбционного материала в аппарате для проведения массообменных сорбционных процессов. Указанными не смачиваемыми водой материалами могут быть, например, фторопласт или углеродсодер- жащий сальниковый материал. Гидравлическая связь верхней дренажно-распределительной сис- темы аппарата для проведения массообменных сорбционных процессов предлагаемой промышленной установки с верхним патрубком корпуса этого аппарата может быть осуществлена с помощью гибкой трубки.

При этом прижимное средство указанного аппарата может быть выполнено в виде слоя упругого пористого материала, заполняющего про- странство между крышкой корпуса этого аппарата и верхней дренажно- распределительной системой и окружающего указанную гибкую трубку.

Между нижней дренажно-распределительной системой и днищем корпуса аппарата для проведения массообменных сорбционных процессов предлагаемой промышленной установки может находиться пространство, заполненное нейтральным гранулированным материалом, преимущест- венно гравием, с размером гранул, превышающим размер гранул гранули- рованного сорбционного материала.

Разнообразие возможных конструкций различных частей про- мышленной установки и их сочетаний обеспечивает свободу выбора при её разработке в зависимости от технологических особенностей условий производства и предстоящей эксплуатации.

В стенку корпуса аппарата для проведения массообменных сорб- ционных процессов возле дренажно-распределительных систем со сторо- ны слоя гранулированного сорбционного материала, в верхнюю часть крышки и нижнюю часть днища, а также в среднюю камеру аппарата для отделения органических жидких веществ от водных растворов и в торец крайней камеры этого аппарата, отграниченной от средней камеры гидро- фобным дренажным слоем, могут быть встроены дополнительные патруб- ки с кранами. С помощью этих кранов может быть реализован режим за- полнения аппаратов указанными органическим жидким веществом или смесью таких веществ. Предлагаемые изобретения иллюстрируются приводимыми ниже примерами 1 - 16.

Пример 1 относится к осуществлению сорбционного процесса пе- реработки модельного раствора кислотного выщелачивания нефелинового концентрата в соответствии с предлагаемым способом.

Примеры 2 и 3 относятся к переработке такого же раствора, как и в примере 1 , но без предусмотренного предлагаемым способом заполнения органическим жидким веществом пространства между гранулами сорбци- онного материала, соответственно при пропускании перерабатываемого раствора в направлении сверху вниз и снизу вверх.

Примеры 4 - 9 иллюстрируют использование различных органиче- ских жидких веществ при осуществлении сорбционного процесса перера- ботки такого же, как в предыдущих примерах, модельного раствора в со- ответствии с предлагаемым способом.

Пример 10 относится к сорбционному разделению кислоты и соле- вых компонентов при осуществлении процесса пробоподготовки в анали- тической химии в соответствии с предлагаемым способом.

Пример 1 1 относится к осуществлению ионообменного процесса щелочной десорбции йода из анионита в технологии извлечения йода из гидроминерального сырья в соответствии с предлагаемым способом.

Пример 12 относится к осуществлению такой же технологии, как и в примере 1 1 , но без предусмотренного предлагаемым способом заполне- ния органическим жидким веществом пространства между гранулами сорбционного материала.

Примеры 13 и 14 относятся соответственно к сорбции иона аммо- ния и десорбции иона калия из калийной формы катионита в ионообмен- ной технологии получения бесхлорных калийных удобрений с использо- ванием предлагаемого способа при разных концентрациях перерабаты- ваемого раствора.

Примеры 15 и 16 относятся к осуществлению сорбционного про- цесса переработки такого же, как в примере, модельного раствора кислот- ного выщелачивания нефелинового концентрата с помощью предлагае- мой промышленной установки, содержащей предлагаемый аппарат для проведения массообменных сорбционных процессов.

Краткое описание чертежей

Предлагаемые изобретения иллюстрируются также чертежами фиг. 1 - 24.

Фиг. 1 иллюстрирует предлагаемый способ и принцип действия предлагаемого аппарата для его осуществления.

На фиг. 2, относящейся к примеру 1, приведены кривые разделе- ния, то есть распределение концентраций компонентов во фракциях рас- творов, выходящих из сорбционного слоя, на стадиях сорбции и десорб- ции водой при осуществлении сорбционного процесса переработки мо- дельного раствора кислотного выщелачивания нефелинового концентрата в соответствии с предлагаемым способом.

На фиг. 3, относящейся к примеру 3, приведены выходные кривые разделения при осуществлении сорбционного процесса переработки тако- го же раствора, как и в примере 1 , но без предусмотренного предлагаемым способом заполнения органическим жидким веществом пространства ме- жду гранулами сорбционного материала..

На фиг. 4, относящейся к примеру 10, представлены выходные кривые сорбционного разделения кислоты и солевых компонентов при осуществлении процесса пробоподготовки в аналитической химии в соот- ветствии с предлагаемым способом. На фиг. 5, относящейся к примеру 1 1, приведена выходная кривая для суммарной концентрации йода во всех формах при осуществлении ионообменного процесса щелочной десорбции йода из анионита в техно- логии извлечения йода из гидроминерального сырья в соответствии с предлагаемым способом.

На фиг. 6, относящейся к примеру 12, приведена выходная кривая для суммарной концентрации йода во всех формах при осуществлении та- кой же технологии, как и в примере 1 1 , но без предусмотренного предла- гаемым способом заполнения органическим жидким веществом простран- ства между гранулами сорбционного материала.

На фиг. 7 и 8, относящихся к примерам 13 и 14 соответственно, приведены выходные кривые сорбции иона аммония и десорбции иона ка- лия из калийной формы катионита в ионообменной технологии получения бесхлорных калийных удобрений с использованием предлагаемого спосо- ба при разных концентрациях перерабатываемого раствора.

На фиг. 9 - 1 1 показаны некоторые из возможных модификаций предлагаемого аппарата для проведения массообменных сорбционных процессов, различающихся выполнением прижимного средства:

- на фиг. 9 - в виде слоя упругого материала;

- на фиг. 10 - в виде диска и витой пружины;

- на фиг. 1 1 - в виде гидравлического или воздушного поршня.

На фиг. 12 и фиг. 13 показана предлагаемая промышленная уста- новка для разделения компонентов водных растворов неорганических ве- ществ в случаях её исполнения, различающихся направлением подачи пе- рерабатываемого водного раствора и воды, содержащая предлагаемый ап- парат для проведения массообменных сорбционных процессов и аппарат для отделения органических жидких веществ от водных растворов. На фиг. 14 показано предпочтительное выполнение аппарата для отделения органических жидких веществ от водных растворов, предна- значенного для использования в предлагаемой промышленной установке.

На фиг. 15 и 16 - то же, что на фиг. 12 и 13, при использовании в предлагаемой промышленной установке аппарата для отделения органи- ческих жидких веществ от водных растворов, выполненного в соответст- вии с фиг. 14.

На фиг. 17 - 20 и фиг. 21 - 24, относящихся, соответственно к при- мерам 15 и 16, показано использование предлагаемой промышленной ус- тановки по фиг. 15 и фиг. 16 и управление ею на разных стадиях произ- водственного процесса.

Варианты осуществления изобретений

Предлагаемый способ проведения массообменных сорбционных процессов поясняет фиг. 1 , на которой показана схема образования систе- мы динамических пленок из перерабатываемой жидкости, проходящей че- рез сорбционный слой. Данный способ предусматривает пропускание пе- рерабатываемого водного раствора через слой гранулированного сорбци- онного материала, предварительно заполненный органическим жидким веществом или смесью таких веществ, не смешивающих ни с водой, ни с перерабатываемым водным раствором и химически не взаи- модействующих ни с компонентами перерабатываемого водного раствора, ни с сорбционным материалом, не допуская при этом псевдоожижения гранулированного сорбционного материала в указанном слое.

Как уже отмечалось при раскрытии сущности предлагаемого спо- соба, авторами был обнаружен эффект, заключающийся в том, что при пропускании перерабатываемого водного раствора через заполненный указанным образом слой сорбционного материала, когда практически от- сутствует свободное пространство между гранулами, органическая жид- кость отталкивает воду и водные растворы, которые стремятся к контакту с гидрофильным сорбентом. В результате пропускаемый через сорбцион- ный слой перерабатываемый водный раствор, как показано на фиг. 1, вне- дряется на межфазной границе между органической жидкостью 1 и по- верхностью гранул сорбента 2, образуя тончайшую пленку 3, обволаки- вающую каждую гранулу сорбента и стекающую по точкам контакта меж- ду гранулами. Экспериментально эффект проявляется в том, что компо- ненты пропускаемого сверху раствора немедленно оказываются на выходе из слоя. Упомянутый контакт между гранулами достигается при отсутст- вии псевдоожижения, для чего его достаточно создать в слое небольшое давление (порядка 0,1 бар).

Выбор органического жидкого вещества или смеси веществ в со- ответствии с указанными требованиями может быть произведен на осно- вании табличных данных о свойствах органических веществ, приведенных в справочниках по химии (см., например: Справочник химика. Под. ред. Б.П. Никольского, в 6 томах, т. 6, Химлитиздат, Ленинград, 1963 [13]).

В приведенных ниже примерах 1 - 14 используются лабораторные ионообменные колонки, выполняющие роль массообменных сорбционных аппаратов Удержание слоев гранулированных сорбционных материалов, заполненных жидкими органическими веществами или смесями таких ве- ществ, обеспечивают прижатием загрузок в колонках с помощью кусков поролона, вставляемых в верхнюю часть колонок. В примерах описыва- ются не только операции, соответствующие действиям предлагаемого способа, но и операции по подготовке экспериментов и другие операции, не относящиеся к предлагаемому способу как таковому. Пример 1

Используют предлагаемый способ для осуществления сорбцион- ного процесса переработки модельного раствора кислотного выщелачива- ния нефелинового концентрата, представляющего собой концентрирован- ный раствор смеси нитратов алюминия, натрия и азотной кислоты. При этом осуществляют перечисленные ниже операции.

А. Образец анионита АВ-17 в промышленно выпускаемой форме, набухший в дистиллированной воде, переносят в ионообменную колонку, обрабатывают пропусканием через колонку 300 мл 1М раствора соляной кислоты для очистки от загрязняющих примесей, отмывают дистиллиро- ванной водой до нейтральной реакции, переводят в ОН -форму пропуска- нием через колонку 600 мл 1М раствора NaOH и отмывают дистиллиро- ванной водой до нейтральной реакции. Здесь и далее полноту отмывки контролируют по универсальной индикаторной бумаге. Затем анионит пе- реводят в N0 ₃ -форму пропусканием через колонку 300 мл 1М раствора азотной кислоты и тщательно отмывают дистиллированной водой. Харак- теристики полученной загрузки анионита АВ-17- М) ₃ приведены в табли- це 1.

Таблица 1 Характеристики загрузки анионита АВ- 17

Б. Воду из свободного пространства (порозного пространства) ко- лонки вытесняют и слой анионита АВ-17 в полученной О _ъ -форме запол- няют пеларгоновой (нонановой) кислотой. Для этого пеларгоновую кисло- ту пропускают через колонку в направлении сверху вниз, до тех пор, пока вся вода (40 мл) не будет вытеснена из колонки.

В. Проводят опыт по разделению компонентов исходного модель- ного раствора кислотного выщелачивания нефелинового концентрата, со- держащего следующие вещества в соответствующих концентрациях: А1{ О _г ) _г - 2,6 моль/л (553,8 г/л); HN0 ₃ - 1,3 моль/л (81 ,9 г/л); NaN0 ₃ - 0,92 моль/л (78,2 г/л).

Для этой цели указанный раствор пропускают через анионит в на- правлении сверху вниз со скоростью 0,037 колоночных объемов в минуту до выравнивания концентраций #N0 ₃ на входе и выходе колонки. Всего пропускают 157 мл раствора. Затем подачу перерабатываемого раствора прекращают и промывают анионит дистиллированной водой. Подачу дис- тиллированной воды осуществляют с той же скоростью в направлении сверху вниз до отмывки загрузки анионита от азотной кислоты. Всего про- пускают 1 13 мл воды. Общий объем жидкостей, пропущенных через колонку в ходе осуществления операций по п. В, 270 мл. Ход процесса ви- ден по результатам эксперимента, приведенным на фиг. 2.

Г. Повторяют все операции, перечисленные в п. В, и получают снова выходные кривые, показанные на фиг. 2. Как видно из этой фигуры, азотная кислота (выходная кривая 4) задерживается на анионите при пропускании перерабатываемого раствора и затем полностью вытесняется обратно из колонки при пропускании во- ды. В то же время нитраты алюминия и натрия (кривые 5 и 6, соответст- венно) начинают выходить из колонки практически сразу в ходе пропус- кания перерабатываемого модельного раствора. Таким образом, в предла- гаемом процессе имеет место разделение солевых компонентов и кислоты. Первые 125 мл выходящих из колонки фракций растворов (до пунктирной прямой 7 на фиг. 2) объединяют и получают рабочий раствор со средним содержанием солевых компонентов, близким к их исходному содержанию (552 г/л по нитрату алюминия), а также со средним остаточным содержа- нием азотной кислоты не более 10% от исходного содержания ( С/С ₀ <0,1 ).

Рабочий раствор направляют на нейтрализацию и выделение гидроксида алюминия щелочной обработкой. Фракции от 125 мл до 165 мл (между прямыми 7 и 8) объединяют, и раствор общим объемом 40 мл с составом, аналогичным составу исходного модельного раствора, возвращают на пе- реработку. Кислотные фракции от 165 мл до 270 мл используют для раз- бавления концентрированной азотной кислоты и получения рабочего рас- твора кислоты, используемого для выщелачивания алюминия из нефели- нового концентрата.

Проведение сорбционного процесса переработки раствора кислот- ного выщелачивания нефелинового концентрата предлагаемым способом перед его щелочной обработкой с целью выделения гидроксида алюминия позволяет сократить расходы: кислоты - на 25%, щелочи - на 25% и воды - на 50%.

Пример 2 (сравнительный со способом, описанным в [4] и [5]). Проводят процесс как описано в примере 1 , за исключением опе- раций по п. Б, то есть перед осуществлением операций по п. В свободный объем в слое анионита заполнен дистиллированной водой, а не органиче- ским жидким веществом. Операции по п. В осуществляют, как и в приме- ре 1, при пропускании исходного модельного раствора в направлении сверху вниз. Во всех фракциях раствора, выходящего из колонки, не на- блюдается разделения солевых компонентов и кислоты, что связано с про- дольным перемешиванием компонентов из более плотного перерабаты- ваемого раствора по сравнению с водой.

Пример 3 (сравнительный со способом, описанным в [4] и [5]).

Проводят процесс как описано в примере 1 , за исключением всех операций по п. Б, то есть, перед осуществлением операций по п. В свобод- ный объем в слое анионита заполнен дистиллированной водой. Операции по п. В осуществляют так же, как и в примере 1 , за исключением того, что модельный раствор пропускают через колонку в направлении снизу вверх. До достижения исходной концентрации кислоты на выходе из колонки через нее пропускают 230 мл модельного раствора. Затем до полного вы- теснения кислоты из колонки еще пропускают 90 мл дистиллированной воды. Ход процесса виден по результатам эксперимента, приведенным на фиг. 3. Выходные кривые компонентов, как и на фиг. 2, обозначены номе- рами 4 (кислота), 5 (нитрат алюминия) и 6 (нитрат натрия). В начале процесса из колонки выходит вода (40 мл), солевые ком- поненты выходят, как показано на фиг. 3, начиная с точки, ограниченной пунктирной прямой 9. При этом разделение компонентов происходит ме- нее эффективно, чем в примере 1 : фронт выхода солевых компонентов и кислоты сильно размывается, что приводит к выходу разбавленных рас- творов; кислота начинает выходить практически в начале выхода солевых компонентов. При прочих равных условиях, продолжительность процесса больше, чем в примере 1 , почти на 20%.

После выхода воды следующие 125 мл выходящих из колонки фракций растворов (между прямыми 9 и 10 на фиг. 3) объединяют и полу- чают рабочий раствор со средним содержанием солевых компонентов, близким к половине их исходного содержания, а также с остаточным со- держанием азотной кислоты не более 10% от исходного содержания ( C/CQ ^0,1 ), который направляют на нейтрализацию и выделение гидро- ксида алюминия щелочной обработкой. Фракции от 165 мл до 250 мл (ме- жду прямыми 10 и 1 1) объединяют, и раствор общим объемом 85 мл с со- ставом, аналогичным составу исходного модельного раствора, возвраща- ют на переработку. Кислотные фракции от 250 мл до 330 мл используют для разбавления концентрированной азотной кислоты и получения рабо- чего раствора кислоты, используемого для выщелачивания алюминия из нефелинового концентрата.

Проведение сорбционного процесса переработки раствора кислот- ного выщелачивания нефелинового концентрата перед его щелочной об- работкой с целью выделения гидроксида алюминия в описанном примере позволяет сократить расходы: кислоты - на 12,5%, щелочи - на 12,5% и воды - на 30%.

Из сравнения с примером 1 видно, что при большей продолжи- тельности процесса при его проведении по известному ранее способу мас- са алюминия, получаемого в растворе для его дальнейшей переработки, почти в два раза меньше, кроме того, соотношение концентраций солевых компонентов и кислоты в этом растворе также в два раза меньше, чем при проведении процесса по предлагаемому способу. Примеры 4 - 9 (см. таблицу 2).

Проводят процессы в полном соответствии с описанием, данным в примере 1, за исключением того, что для заполнения слоя сорбционного материала используют различные органические жидкости и их смеси, пе- речисленные в таблице 2. Получают результаты, также приведенные в этой таблице. Таблица 2

Результаты переработки модельного раствора выщелачивания нефелино- вого концентрата с использованием различных органических жидкостей

Из таблицы 2 видно, что при использовании различных органиче- ских жидкостей достигаются практически одинаковые результаты.

Пример 10

С использованием предлагаемого способа проводят снижение ки- слотности сильнокислого раствора катионов металлов, полученного раз- ложением трудно анализируемого твердого образца (костной ткани) в ав- токлаве в ходе аналитической пробоподготовки и предназначенного для дальнейшего сорбционного концентрирования и аналитического опреде- ления. Состав полученного раствора нитратов в 5,89 М азотной кислоте: кальция - 1 ,47 моль/л, железа (II) - 1 - Ю ^"3 моль/л, марганца (II) - 4- 10 ^"4 моль/л, меди (II) - 1 - 10 ^-4 цинка (II) - 2- 10 ^"4 и кобальта (II) - 1 - Ю ^"4 моль/л.

Используют ионообменную колонку с загрузкой 25 мл анионита AM 102 в нитратной форме с параметрами слоя: площадь сечения: S = 1 ,0 см ² ; высота слоя: / =25 см.

Воду из свободного порозного пространства колонки вытесняют, и слой анионита AM 102 в полученной О _ъ - форме заполняют деканолом.

Для этого 8,5 мл деканола пропускают через колонку в направлении свер- ху вниз до тех пор, пока вся вода (8,5 мл) не будет вытеснена из колонки.

Через колонку пропускают 25 мл исходного раствора со скоростью 0,2 мл/мин в направлении сверху вниз, отбирая фракции по 3 мл.

На фиг. 4 показаны выходные кривые: 12 - для нитратов соответ- ствующих металлов на примере нитрата кобальта и 13 - для азотной ки- слоты. В области, ограниченной прямыми 14 и 15, концентрация металлов в выходящих фракциях практически не изменяется по сравнению с исход- ным раствором (С/Со ⁼ 1) _> а содержание кислоты становится незначитель- ным. Указанные фракции выходящего из колонки раствора объединяют и приводят в контакт с 50 мг селективного сорбента ДЭТАТА, в результате чего добиваются концентрирования микрокомпонентов в 240 раз. Содер- жание металлов в твердой фазе сорбентов определяют с использованием атомной абсорбции с графитовой печью или рентгеновской флуоресцен- ции. Пример 1 1

С использованием предлагаемого способа осуществляют десорб- цию йода и регенерацию анионита в рабочих циклах извлечения йода из йодсодержащих природных рассолов. А. Через колонку, содержащую 40 мл сильноосновного анионита

АВ-17 в С1-форме с параметрами слоя: площадь сечения: S = 1 ,6 см ² ; вы- сота слоя: / =25 см, пропускают 400 мл раствора, предварительно полу- ченного введением 500 мл 1 % раствора гипохлорита натрия в 400 мл при- родного рассола с исходной концентрацией йодида 40 мг/л и общей мине- рализацией 56 г/л. При этом йод извлекается из раствора, а анионит пере- ходит в 1 ₂ С1-форму (см.: В.И.Ксензенко, Д.М.Стасиневич. Химия и техно- логия йода, брома и их соединений, Москва, "Химия", 304 с. [14]). В ходе указанного процесса на весь слой анионита в колонке сорбируется 15,6 г йода. Б. После окончания процесса сорбции оставшийся в колонке рас- твор сливают через нижний выход до уровня верха слоя ионита. Раствор из свободного порозного пространства колонки вытесняют, и слой анио- нита заполняют деканолом. Для этого 13,5 мл деканола пропускают через колонку в направлении сверху вниз до тех пор, пока вся вода (13,5 мл) не будет вытеснена из колонки.

В. Через колонку пропускают 48 мл 4,4 М раствора щелочи (NaOH, 176 г/л ) со скоростью 0,2 мл/мин в направлении сверху вниз, от- бирая в пробирках фракции по 4 мл и анализируя в них содержание йода. Выходная кривая йода показана на фиг. 5 (кривая 16). Она имеет сложную форму: вначале падает от суммарной концентрации всех форм йода 470 г/л до минимальной концентрации 200 г/л, затем опять проходит через максимум, который соответствует концентрации 420 г/л. Такое поведение объясняется реакцией диспропорционирования, при которой в ходе де- сорбции йода щелочью образуется слабо удерживаемый на ионите йодат и сильно удерживаемый йодид натрия:

3R-J ₂ C1 + 6NaOH = 3R-C1 + NaJO ₃ + 5NaJ + 3H ₂ O Отрезок прямой 17 разделяет выходящий из колонки объем кон- центрата йода на две зоны, первая из которых обогащена йодатом натрия (на фоне йодида натрия), а следующая зона представлена, в основном, йо- дидом натрия.

Г. Вытесняют деканол из слоя ионита в делительную воронку про- пусканием исходного раствора через колонку в направлении снизу вверх, деканол отделяют и используют в следующих циклах десорбции йода. По- вторяют операции А, Б, В по извлечению йода.

Д. После каждого эксперимента пробирки с отобранными фрак- циями раствора оставляют на 2 часа, в течение которых происходит само- произвольное разрушение перенасыщенных растворов с выпадением и осаждением кристаллов и получением равновесных растворов, состав ко- торых показан на кривой 18.

Разница между кривыми 16 и 18 соответствует кристаллизации чистого йодата натрия. Суммарное количество вытесняемых из колонки компонентов в ходе десорбции составляет 14,8 г в расчете на йод. Это со- ответствует степени регенерации 95%. После регенерации анионит пере- ходит обратно в форму R-C1.

Е. Деканол вытесняют из колонки предварительным пропусканием через колонку рассола со скоростью 0,2 мл/мин в направлении снизу вверх, выходящую из колонки жидкость собирают в делительную ворон- ку, отделяют деканол, который используют в следующих операциях. По- вторяют все операции в соответствии с п.п. А-Е.

Пример 12 (сравнительный)

Проводят процесс, как описано в примере 1 1 , за исключением то- го, что не используют деканол или иное жидкое органическое вещество. Для этого повторяют последовательно друг за другом операции по п.п. А, В и Д, описанные в примере 1 1.

Выходная кривая йода показана на фиг. 6 (кривая 19). Выходящие из колонки фракции раствора соответствуют трем зонам, разделенным от- резками прямых 20 и 21. Сначала в первой зоне выходит исходный рассол из свободного пространства колонки, следующая зона, обогащенная йода- том, проходит через максимум, соответствующий суммарной концентра- ции йода 270 г/л, в следующей зоне, соответствующей йодиду натрия, максимум концентрации соответствует величине 180 г/л. Кривая 22 пока- зывает состав равновесных растворов после кристаллизации йодата на- трия из перенасыщенных растворов в отобранных фракциях. Разница ме- жду кривыми 19 и 22 соответствует количеству полученного в твердом виде йодата натрия, которое существенно меньше, чем в примере 1 1. Суммарное количество вытесняемых из колонки компонентов в ходе де- сорбции составляет 7,5 г в расчете на йод. Это соответствует степени ре- генерации 48%, из чего следует, что после первого цикла регенерации анионит переходит в форму R-JC1. Таким образом, процесс, описанный в данном примере, в два раза менее эффективен: в нем в каждом цикле ис- пользуется только половина емкости анионита по сравнению с предлагае- мым способом. Пример 13

С применением предлагаемого способа модифицируют процесс получения бесхлорного калийного удобрения (R.Khamizov, D.Muraviev, N.Tikhonov, A.Krachak, T.Zhiguleva, O.Fokina. Ind. Eng. Chem. Res., 1998, V37, No. 5, p. 1950-1955 [15]) с использованием явления изотермического перенасыщения растворов в ионном обмене [6, 7].

А. Образец катионита КУ-2х8 в промышленно выпускаемой фор- ме, набухший в дистиллированной воде, переносят в ионообменную ко- лонку, обрабатывают пропусканием через нее 450 мл 1М раствора соля- ной кислоты для предварительного перевода в Н-форму и для очистки от загрязняющих примесей, отмывают дистиллированной водой до ней- тральной реакции, переводят в К-форму пропусканием через колонку 450 мл 1М раствора КС1 и отмывают 300 мл дистиллированной воды. В ука- занных процессах скорости пропускания растворов выбирают равными 10 мл/мин.

Характеристики полученной загрузки катионита КУ-2 в калиевой форме приведены в таблице 3.

Таблица 3

Характеристики загрузки катионита КУ-2

Б. Воду из свободного (порозного) пространства колонки вытес- няют, и слой катионита КУ-2 в полученной К-форме заполняют декано- лом. Для этого деканол пропускают через колонку в направлении сверху вниз до тех пор, пока вся вода (30 мл) не будет вытеснена из колонки.

В. Через колонку в направлении сверху вниз со скоростью 3,6 мл/мин пропускают 90 мл раствора сульфата аммония с концентрацией 247,5 г/л (что соответствует эквивалентной концентрации 3,75 г-экв/л), собирая фракциями по 10 мл. Полученные растворы оставляют отстаи- ваться в течение времени осуществления следующей операции (п. Г). В течение этого времени происходит кристаллизация сульфата калия из пе- ренасыщенных растворов. Г. Через колонку в направлении сверху вниз со скоростью 3,6 мл/мин пропускают 90 мл раствора хлорида калия с концентрацией 188 г/л (что соответствует эквивалентной концентрации 2,5 г-экв/л). При этом ка- тионит переходит обратно в К-форму. Выходящий из колонки раствор хлорида аммония собирают в отдельную емкость. Д. Полученные после операций по п. В фракции суспензий кри- сталлов сульфата калия в равновесных растворах сульфата аммония и сульфата калия последовательно фильтруют через бумажный фильтр, кри- сталлы отделяют и сушат, фильтраты объединяют в один раствор, добав- ляют туда воду и твердый сульфат аммония так, чтобы получить 90 мл раствора с содержанием сульфата аммония 3,75 г-экв/л, который исполь- зуют в последующей операции.

Е. Повторяют операции по п. п. В - Д для проведения следующих циклов получения сульфата калия.

Собираемый раствор хлорида аммония, получаемый в соответст- вии с операцией по п. Г, можно перевести обычным ионообменным мето- дом с использованием сульфата натрия в легко утилизируемый хлорид на- трия, а получаемый при этом раствор сульфата аммония можно возвра- щать в процесс.

Начиная со второго цикла повторения операций по п. п. В - Д, по- лучаются повторяющиеся результаты. На фиг. 7 показаны выходные кри- вые компонентов, соответствующие третьему циклу осуществления опе- рации в соответствии с п. В. Кривая 23 соответствует суммарной концен- трации иона калия во фракциях перенасыщенных растворов, выходящих из колонки, кривая 24 соответствует концентрации иона аммония, а кри- вая 25 - концентрации ионов калия в равновесных растворах после кри- стал лизации сульфата калия.

В процессе нет перерасхода сульфата аммония, остаточный его раствор после каждого цикла десорбции калия доукрепляется количеством сульфата аммония, в точности равным эквивалентному количеству полу- ченного твердого сульфата калия, и используется в обороте. В каждом цикле описанного процесса, начиная со второго цикла, получается 2,5 г (28 мг-экв) кристаллического сульфата калия.

Пример 14

Проводят процесс, как описано в примере 13, за исключением то- го, что при осуществлении операции по п. В используют 65 мл раствора сульфата аммония с концентрацией 316,8 г/л (это соответствует эквива- лентной концентрации 4,8 г-экв/л).

На фиг. 8 показаны выходные кривые компонентов, соответст- вующие третьему циклу осуществления операции в соответствии с п. В. Кривая 26 соответствует суммарной концентрации иона калия во фракци- ях перенасыщенных растворов, выходящих из колонки, кривая 27 соот- ветствует концентрации иона аммония, а кривая 28 - концентрации ионов калия в равновесных растворах после кристаллизации сульфата калия.

В каждом цикле описанного процесса, начиная со второго цикла, получается 3,5 г (40 мг-экв) кристаллического сульфата калия. Предлагаемый способ в соответствии с описанными примерами 1 1 ,

13 и 14 позволяет осуществлять процессы с использованием явления изо- термического перенасыщения растворов в ионном обмене, обеспечивая в широком диапазоне концентрации химических реагентов устойчивую ста- билизацию перенасыщенных растворов в слое сорбционного материала. Это обеспечивает преимущество перед способами, описанными в работах [6, 7, 15], в которых процесс можно осуществлять в узких диапазонах кон- центраций химических реагентов в растворах.

На фиг. 9 схематически показан разрез предлагаемого массооб- менного сорбционного аппарата. Аппарат содержит вертикальный цилин- дрический корпус с крышкой 31, днищем 32 и стенкой 29. В верхней и нижней частях корпуса установлены, соответственно, верхняя 38 и ниж- няя 37 дренажно-распределительные системы. В крышку и днище корпуса введены соответственно, верхний 33 и нижний 34 патрубки, предназна- ченные для подачи в аппарат или отвода из него жидкостей и гидравличе- ски связанные соответственно с верхней и нижней дренажно- распределительными системами 38, 37. Между нижней и верхней дренаж- но-распределительными системами 37, 38 размещен слой 36 гранулиро- ванного сорбционного материала. Пространство между его гранулами за- полнено органическим жидким веществом или смесью таких веществ, не смешивающихся ни с водой, ни с перерабатываемым водным раствором и химически не взаимодействующих ни с компонентами перерабатываемого водного раствора, ни с гранулированным сорбционным материалом. Верхняя дренажно-распределительная система 38 установлена и гидрав- лически связана с верхним патрубком 33 с возможностью ее перемещения в вертикальном направлении. Между нею и крышкой корпуса имеется пространство, в котором размещено прижимное средство для воздействия в вертикальном направлении на эту систему.

В показанном на фиг. 9 случае выполнения указанная гидравличе- ская связь осуществлена с помощью гибкой трубки 39, а прижимным средством является слой 41 из одного или нескольких кусков жесткого поролона. Прижимное средство создает давление в слое сорбционного ма- териала порядка 0,1 бар, действие которого предотвращает псевдоожиже- ние сорбционного материала и обеспечивает наличие контакта между его гранулами.

Нижний патрубок 34 снабжен краном 51, благодаря которому мо- жет быть предотвращено вытекание жидкости из аппарата, когда он не подключён к магистралям для подачи или отвода из него жидкостей.

Гидравлическая связь между верхней дренажно- распределительной системой 38 и верхним патрубком 33 может быть осуществлена также с помощью сильфона 67 (данное выполнение показа- но на фиг. 1 1). Указанные органическое жидкое вещество или смесь таких ве- ществ, которыми заполнено пространство между гранулами гранулиро- ванного сорбционного материала, могут иметь плотность, меньшую, чем вода, или большую, чем перерабатываемый раствор. В первом случае вхо- дом аппарата является верхний патрубок 33, а выходом - нижний патрубок 34, а во в втором случае - наоборот, нижний патрубок 34 является входом, а верхний - выходом. Каждая из дренажно-распределительных систем 37, 38 может быть выполнена в виде горизонтальных радиально расходящихся дренажных элементов для входа или выхода жидкости, соединенных с одним и тем же центральным вертикальным патрубком (40, 62). При этом каждый дре- нажный элемент (на чертежах не показан) может представлять собой трубку с отверстиями, не проницаемыми для гранулированного сорбцион- ного материала или закрытыми сеткой с ячейками, не проницаемыми для этого материала. Каждый дренажный элемент может представлять собой также цилиндр со стенками из пористого материала с порами, не прони- цаемыми для гранулированного сорбционного материала.

В показанном на фиг. 9 случае выполнения аппарата пространство между нижней дренажно-распределительной системой 37 и днищем 32 корпуса заполнено нейтральным гранулированным материалом 54, на- пример гравием, с размером гранул, превышающим размер гранул грану- лированного сорбционного материала 36.

Данный аппарат может собираться из открытого с двух сторон ци- линдрического корпуса с фланцами 101 , 102, крышки 31 и днища 32 с фланцами 103, 104, при этом крышка 31 может быть снабжена люком 105, как показано на фиг. 9. В стенке 29 корпуса могут быть установлены до- полнительные люки (не показанные на чертеже) для загрузки и выгрузки гранулированного материала, а также смотровой люк.

На фиг. 10 и 1 1 схематически показаны разрезы верхней части ап- парата для проведения массообменных сорбционных процессов еще в двух случаях выполнения прижимного средства. На фиг. 10 это средство выполнено в виде витой пружины 63, окружающей гибкую трубку 39 и упирающейся одним концом в крышку 31 корпуса, а другим - в диск 61 , установленный над верхней дренажно-распределительной системой 38. На фиг. 1 1 прижимное средство представляет собой поршень 66, установлен- ный в корпусе. В этом случае свободное пространство над поршнем 66 должно быть соединено через дополнительный патрубок 65 с источником газа или жидкости, находящихся под регулируемым давлением. Гидрав- лическая связь верхней дренажно-распределительной системы 38 с верх- ним патрубком 33 в случае, показанном на фиг. 1 1, осуществлена через сильфон 67.

При использовании данного аппарата для проведения массообмен- ных сорбционных процессов подают перерабатываемый водный раствор на вход аппарата, например, в верхний патрубок 33 при плотности орга- нической жидкости, заполняющей пространство между гранулами сорбен- та, меньшей по сравнению с плотностью воды. Этот раствор, как показано на фиг. 1, внедряется на межфазной границе между органической жидко- стью 1 и поверхностью гранул сорбента 2, образуя тончайшую пленку 3. Пленка обволакивает каждую гранулу сорбента и стекает по точкам кон- такта между гранулами. На выходе аппарата, которым в данном случае является нижний патрубок 34 с установленным на нем краном 51 , сначала появляются компоненты пропускаемого сверху раствора, не задерживае- мые на сорбционном материале. Затем на вход аппарата подают воду и осуществляют отмывку сорбционного материала от задержанных на нем компонентов перерабатываемого раствора. На данном этапе на выход по- ступают эти компоненты, вытесняемые из аппарата.

Аналогичные процессы происходят при подаче перерабатываемого раствора и воды в направлении снизу вверх, т.е. через нижний патрубок 34 с краном 51. В этом случае выходом аппарата является верхний патрубок 33. Описанный выше предлагаемый аппарат для проведения массооб- менных сорбционных процессов может использоваться в предлагаемой промышленной установке для разделения компонентов водных растворов неорганических веществ, содержащей в качестве составных частей этот аппарат, а также аппарат для отделения органических жидких веществ от водных растворов.

Предлагаемая промышленная установка, показанная на фиг. 12 и фиг. 13, содержит аппарат 1 1 1 для проведения массообменных сорбцион- ных процессов, соединенный с аппаратом 1 12 для отделения органических жидких веществ от водных растворов линией в виде трубки 35 и трубкой 71 (фиг. 12) или трубкой 70 (фиг. 13). В указанной линии установлен цир- куляционный насос 53 с обратным клапаном. Фигуры 12 и 13 иллюстри- руют выполнение установки в общем случае, при использовании любого приемлемого по производительности и качеству функционирования аппа- рата 1 12 для отделения от водных растворов не смешивающихся с ними органических жидких веществ. В качестве такого аппарата могут быть ис- пользованы, например аппараты указанного назначения, выполненные на основе устройств, известных из авторских свидетельств СССР [1 1], [12] или патентов Российской Федерации .048644 (опубл. 20.1 1.1995) [16], JY22077363 (опубл. 20.04.1997) [17].

Ниже будет описано также более предпочтительное для использо- вания в предлагаемой промышленной установке выполнение аппарата 1 12 для отделения органических жидких веществ от водных растворов.

Показанные на фиг. 12 и фиг. 13 случаи выполнения предлагаемой установки различаются лишь тем, как осуществлено соединение аппара- тов 1 1 1 и 1 12. В обоих представленных на этих фигурах случаях массообменный сорбционный аппарат 1 1 1 содержит вертикальный цилиндрический кор- пус с крышкой 31, днищем 32 и стенкой 29. В верхней и нижней частях корпуса установлены, соответственно, верхняя 38 и нижняя 37 дренажно- распределительные системы. В крышку и днище корпуса введены соот- ветственно, верхний 33 и нижний 34 патрубки, предназначенные для по- дачи в аппарат или отвода из него жидкостей и гидравлически связанные соответственно с верхней и нижней дренажно-распределительными сис- темами 38, 37. Между нижней и верхней дренажно-распределительными системами 37, 38 размещен слой 36 гранулированного сорбционного ма- териала. Пространство между его гранулами заполнено органическим жидким веществом или смесью таких веществ, не смешивающихся ни с водой, ни с перерабатываемым водным раствором и химически не взаи- модействующих ни с компонентами перерабатываемого водного раствора, ни с гранулированным сорбционным материалом. Верхняя дренажно- распределительная система 38 установлена и гидравлически связана с верхним патрубком 33 с возможностью ее перемещения в вертикальном направлении. Между нею и крышкой 31 корпуса имеется пространство, в котором размещено прижимное средство для воздействия в вертикальном направлении на эту систему. Указанная гидравлическая связь осуществле- на с помощью гибкой трубки 39, а прижимным средством является слой 41 из одного или нескольких кусков жесткого поролона. Прижимное сред- ство создает давление в слое сорбционного материала порядка 0, 1 бар, действие которого предотвращает возможность псевдоожижения сорбци- онного материала и обеспечивает наличие контакта между его гранулами. Пространство между нижней дренажно-распределительной системой 37 и днищем 32 корпуса 29 аппарата 1 1 1 для проведения массообменных сорб- ционных процессов заполнено нейтральным гранулированным материа- лом 54 в виде гравия с размером гранул, превышающим размер гранул гранулированного сорбционного материала в слое 36. Аппарат 1 1 1 снаб- жен кранами 50, 51 установленными, соответственно, на верхнем 33 и нижнем 34 патрубках.

Аппарат 1 12 для отделения органических жидких веществ от вод- ных растворов имеет вход 1 13, первый 1 14 и второй 1 15 выходы. Первый выход 1 14 является выходом этого аппарата, предназначенным для под- лежащего отделению органического жидкого вещества, а второй выход 1 15 - выходом указанного аппарата, предназначенным для водного рас- твора, очищенного от органического жидкого вещества, и выходом всей предлагаемой промышленной установки.

Связь аппарата 1 1 1 с аппаратом 1 12 осуществлена с помощью трубки 71 (фиг. 12) или трубки 70 (фиг. 13) между выходным патрубком аппарата 1 1 1 и входом 1 13 аппарата 1 12, а также с помощью линии в виде трубки 35, один конец которой соединен с первым выходом 1 14 аппарата 1 12, а другой введен в стенку корпуса 29 аппарата 1 1 1 возле верхней дре- нажно-распределительной системы 38 (фиг. 12) или возле нижней дре- нажно-распределительной системы 37 (фиг. 13) таким образом, что этот конец непосредственно сообщается со слоем сорбционного материала 36. В указанной линии установлен циркуляционный насос 53 с обратным кла- паном. При этом для промышленной установки по фиг. 12 выходным пат- рубком аппарата 1 1 1 является патрубок 34 с установленным на нем кра- ном 51, а для установки по фиг. 13 - патрубок 33 с установленным на нем краном 50. Соответственно, входным патрубком аппарата 1 1 1 и входным патрубком всей установки по фиг. 12 является патрубок 33, а для установ- ки по фиг. 13 и используемого в ней аппарата 1 1 1 - патрубок 34.

Описанные различия конфигураций установок по фиг. 12 и фиг. 13 объясняются тем, что они соответствуют различным соотношениям плот- ности используемого в массообменном сорбционном аппарате органиче- ского жидкого вещества и плотности перерабатываемого раствора или во- ды. В установке по фиг. 12 плотность указанного вещества должна быть ниже плотности воды (и, следовательно, ниже плотности перерабатывае- мого раствора), а в установке по фиг. 13 плотность указанного вещества должна быть выше плотности перерабатываемого раствора (и, следова- тельно, выше плотности воды). Поэтому в установке по фиг. 12 перераба- тываемый раствор и вода подаются и проходят через аппарат 1 1 1 сверху вниз, а в установке по фиг. 13 - снизу вверх. Наличие аппарата 1 12 в установках по фиг. 12 и фиг. 13 позволяет очистить эмульсию, выходящую из аппарата 1 1 1 , от органического жид- кого вещества, заполняющего слой сорбционного материала в этом аппа- рате и могущего проникать на его выход, и обеспечивает получение на выходе 1 15 предлагаемой установки компонентов перерабатываемого водного раствора, свободных от указанного вещества. Одновременно обеспечивается возврат органического жидкого вещества в массообмен- ный сорбционный аппарат через первый выход 1 14 аппарата 1 12 и трубку 35 с циркуляционным насосом 53 с обратным клапаном, что позволяет со- хранить свойства слоя сорбционного материала, в котором пространство между гранулами должно быть заполнено указанным органическим жид- ким веществом. Циркуляционный насос 53 имеет весьма малую произво- дительность по сравнению с основными насосами, подающими перераба- тываемый раствор и воду в массообменный сорбционный аппарат.

Предпочтительное выполнение аппарата 1 12 для отделения орга- нических жидких веществ от водных растворов иллюстрируется фиг. 14.

Этот аппарат имеет корпус 30, выполненный в виде вертикального цилиндра с закрытыми торцами, который содержит две крайние камеры 45, 48, примыкающие к торцам, и расположенную между ними среднюю камеру 42. Последняя отграничена от одной из крайних камер сеткой 43, предназначенной для предотвращения турбулентности, а от другой - гид- рофобным дренажным слоем 44, проницаемым для органического жидко- го вещества, подлежащего отделению, но не проницаемым для воды и очищаемого водного раствора. В торец крайней камеры 45 (нижней по фиг. 14), отграниченной от средней камеры 42 сеткой 43, введены входной патрубок 46, который проходит через указанную крайнюю камеру 45 и сетку 43 в среднюю камеру 42 и доходит, по крайней мере, до ее середи- ны, и второй выходной патрубок 47, проходящий не более чем до середи- ны указанной крайней камеры 45. В торец другой крайней камеры 48 (верхней по фиг. 14), отграниченной от средней камеры 42 гидрофобным дренажным слоем 44, введен первый выходной патрубок 49, доходящий не более чем до середины этой камеры. Эквивалентным описанному ре- шением является ввод входного патрубка непосредственно в среднюю ка- меру 42 через боковую стенку корпуса 30.

Корпус 30 может быть выполнен в виде двух стаканов 81, 82, со- единенных фланцами 83, 84.

Гидрофобный дренажный слой 44 данного аппарата может пред- ставлять собой диск из не смачиваемого водой материала с отверстиями, как показано на фиг. 14, или слой гранул, выполненных из не смачиваемо- го водой материала, предварительно обработанного органическим жидким веществом, идентичным тому, которое подлежит отделению. Указанными не смачиваемыми водой материалами могут быть, например, фторопласт или углеродсодержащий сальниковый материал.

Входной патрубок 46 является входом данного аппарата для под- лежащей разделению эмульсии, первый выходной патрубок 49 - выходом для подлежащего отделению органического жидкого вещества, а второй выходной патрубок 47 - выходом для водного раствора, очищенного от жидкого органического вещества. Соединение аппарата для отделения органических жидких веществ от водных растворов с предлагаемым мас- сообменным сорбционным аппаратом в составе предлагаемой промыш- ленной установки показано на фиг. 15 и фиг. 16. Это соединение анало- гично показанному на фиг. 12 и 13 соединению с любым приемлемым ап- паратом 1 12, предназначенным для отделения органических жидких ве- ществ от водных растворов. Входу 1 13 аппарата 1 12 на фиг. 12, 13 соот- ветствует входной патрубок 46 аппарата 1 12 на фиг. 14 - 16, выходу 1 14 - выходной патрубок 49, выходу 1 15 - выходной патрубок 47, являющийся выходом всей промышленной установки на фигурах 15 и 16 (такое же со- ответствие имеет место на фигурах 17 - 24, которые будут описаны ниже в примерах 15 и 16). Аппарат 1 12 для отделения органических жидких веществ от вод- ных растворов, показанный на фиг. 14, имеет такую же ориентацию, как при использовании его в составе установки по фиг. 15. По различным причинам, например при высокой скорости пропускания перерабатывае- мого водного раствора через аппарат 1 1 1 , некоторое количество органиче- ской жидкости может быть вынесено из этого аппарата и по трубке 71 и далее через входной патрубок 46 может попасть в среднюю камеру 42 ап- парата 1 12. При отсутствии сетки 43, отделяющей среднюю камеру 42 от нижней (по фиг. 14, 15) камеры, из-за завихрений потока органическая жидкость, несмотря на то, что она имеет меньшую плотность, могла бы попасть во второй выходной патрубок 47 вместе с очищаемым водным раствором. Наличие сетки 43, предназначенной для предотвращения тур- булентности, исключает такую возможность. Поэтому органическая жид- кость из средней камеры 42 может только всплывать и проникать в верх- нюю (по фиг. 14, 15) камеру 48 через гидрофобный дренажный слой 44 и далее попадать обратно в аппарат 1 1 1. Гидрофобный дренажный слой 44 проницаем для органической жидкости, но не проницаем для воды и вод- ных растворов. Поэтому перерабатываемый раствор не может проникнуть в камеру 48, а выходит из аппарата 1 12 через его второй выходной патру- бок 47, предварительно опустившись через сетку 43 в нижнюю (по фиг. 14, 15) камеру 45. Изложенного достаточно для понимания работы аппа- рата 1 12 и при другой его ориентации, в составе промышленной установ- ки, показанной на фиг. 16. В приводимых ниже примерах 15 и 16 предлагаемые способ и промышленная установка используются для осуществления сорбционного процесса переработки раствора кислотного выщелачивания нефелинового концентрата, представляющего собой концентрированный раствор смеси нитратов алюминия, натрия и азотной кислоты, как в примере 1. Исполь- зуют установку, показанную на фиг. 1 и фиг. 16, в аппарате 1 1 1 которой для проведения массообменных сорбционных процессов объем слоя анио- нита в нитратной форме в максимально набухшем состоянии, то есть в среде чистой воды, составляет 1200 литров. Суммарная емкость аппарата 1 12 для отделения органических жидких веществ от водных растворов со- ставляет 250 литров.

Эксплуатация предлагаемой установки в примерах 15 и 16 иллю- стрируется, начиная с подготовительных операций, при осуществлении которых используются вспомогательные патрубки и краны, показанные на фигурах 17 - 24, относящихся к различным этапам подготовки и работы установки.

Кран 52 установлен на выходном патрубке 47. Краны 57 и 58 уста- новлены на патрубках 77 и 78, введенных соответственно в стенку сред- ней камеры 42 и в торец крайней камеры 48, отграниченной от средней камеры 45 гидрофобным дренажным слоем 44 аппарата 1 12. Патрубки 75, 76 с кранами 55, 56 (см. фиг. 17 - 20) введены, соответственно, в верхнюю часть крышки 31 и в стенку 29 корпуса непосредственно над нижней дре- нажно-распределительной системой 37 аппарата 1 1 1. Краны 55, 56 ис- пользуются только в установке по примеру 15. Патрубки 79, 80 с кранами 59, 60 (см. фиг. 21 - 24) введены, соответственно, в нижнюю часть днища 32 и в стенку корпуса 29 непосредственно под верхней дренажно- распределительной системой 38 аппарата 1 1 1 в ее крайнем нижнем воз- можном положении. Краны 59, 60 используются только в установке по примеру 16.

На фигурах 17 - 24 краны, находящиеся в открытом состоянии, показаны белым кружком, а краны, находящиеся в закрытом состоянии, - перечеркнутым кружком. Пример 15 (использование предлагаемой установки при подаче воды и перерабатываемого раствора сверху вниз).

А. Проводят первую подготовительную операцию по заполнению установки чистой деминерализованной водой с вытеснением воздуха из аппаратов 1 1 1 , 1 12 и соединяющих их трубопроводов 35 и 71. Для этого (см. фиг. 17) насос для воды подключают к патрубку 47, на котором уста- новлен кран 52, открывают кран 51 на патрубке 34 и кран 50 на патрубке 33. Краны 55 - 58 на патрубках 75 - 78 закрыты. Открывают кран 52 на патрубке 47, включают насос и подают в установку воду с расходом 1000 литров в час. При появлении воды из патрубка 33 с краном 50 (появление воды или органической жидкости на фиг. 17 и последующих фигурах показано белыми стрелками) насос выключают, кран 52 на патрубке 47 закрывают.

Б. Проводят вторую подготовительную операцию по заполнению установки необходимым количеством органической жидкости - пеларго- новой кислоты. Для этого (см. фиг. 18) закрывают ранее открытые краны 50 и 51, патрубок 78 с краном 58 подсоединяют к внешнему насосу для подачи органической жидкости, открывают краны 55 и 56 на патрубках 75 и 76. Затем, открыв кран 58 на патрубке 78, включают насос и начинают подавать органическую жидкость с расходом 1 ООО л/ч,

Вначале вытесняется вода из установки. При появлении органиче- ской жидкости после крана 55 на патрубке 75 закрывают этот кран. При появлении органической жидкости после крана 56 на патрубке 76 насос выключают, этот кран и кран 58 на патрубке 78 закрывают. Далее подсоединяют насос для подачи органической жидкости к патрубку 77 с краном 57 (см. фиг. 19), открывают этот кран, снова откры- вают кран 58 на патрубке 78 и включают насос.

Из патрубка 58 вначале выходит органическая жидкость, затем эмульсия воды и органической жидкости, затем опять органическая жид- кость. После этого выключают насос, закрывают кран 58 на патрубке 78 и кран 57 на патрубке 77 и отсоединяют насос.

Затем подсоединяют к патрубку 33 с краном 50 линию 90 для по- дачи перерабатываемого раствора и воды, открывают кран 51 на патрубке 34, кран 52 на патрубке 47 и кран 50 на патрубке 33. После этого краны находятся в состоянии, показанном на фиг. 20. Установка готова к прове- дению повторяющихся циклических процессов сорбции - десорбции. Все- го на заполнение установки уходит 575 литров пеларгоновой кислоты. Указанный объем остается в установке без потерь в ходе всей ее работы.

В ходе описанных подготовительных операций выходящие из пат- рубков чистые жидкости направляют в соответствующие исходные емко- сти или емкости для хранения, эмульсии собирают в отдельные емкости, разделяют после отстаивания на воду и органическую жидкость и также направляют разделенные жидкости в соответствующие емкости.

Перед началом промышленной эксплуатации установки после вы- хода её на рабочий режим настраивают производительность циркуляци- онного насоса 53 с обратным клапаном так, чтобы она была достаточна для возврата в массообменный сорбционный аппарат 1 1 1 органического жидкого вещества, попадающего на его выход. Возможно автоматическое управление циркуляционным насосом, при котором его включают при по- падании уровня органической жидкости в крайнюю камеру 45 аппарата 1 12, отграниченную от средней камеры сеткой 43, и выключают при попа- дании уровня органической жидкости в крайнюю камеру 48, отграничен- ную от средней камеры гидрофобным дренажным слоем 44. Для этого в аппарате 1 12 должны быть установлены соответствующие датчики.

В. Раствор кислотного выщелачивания нефелинового концентрата, содержащий следующие вещества в соответствующих концентрациях: Al(N0 ₃ ) ₃ - 2,6 моль/л (553,8 г/л); HN0 ₃ - 1,3 моль/л (81 ,9 г/л); NaN0 ₃ - 0,92 моль/л (78,2 г/л) подают в установку из исходной емкости для раствора с помощью насоса, подсоединенного к входной линии 90 при открытом кра- не 50 (фиг. 20).

Скорость подачи 1600 л/ч. Продолжительность всей операции - 1 час, после чего насос выключают и подачу раствора прекращают. Первую порцию выходящего из установки раствора, в котором остается мини- мальное количество азотной кислоты, а именно 1250 литров, подают на дальнейшую переработку для получения глинозема и минеральных удоб- рений. Следующую порцию объемом 350 литров возвращают в голову процесса на повторную переработку. Г. В установку подают чистую деминерализованную воду из ис- ходной емкости для воды с помощью насоса для подачи воды, подсоеди- ненного к входной линии 90 при открытом кране 50. Скорость подачи 1200 л/ч. Продолжительность всей операции - 1 час, после чего насос вы- ключают и подачу воды прекращают. Первую порцию выходящего из ус- тановки раствора, а именно 150 литров, возвращают в голову процесса на повторную переработку. Следующую порцию, 1050 литров, представ- ляющую собой раствор азотной кислоты, подают потребителю на приго- товление рабочего раствора для выщелачивания нефелинового концентра- та. Д. Повторяют все операции, перечисленные в п. п. В и Г.

Проведение сорбционного процесса переработки раствора кислот- ного выщелачивания нефелинового концентрата с использованием пред- лагаемых способа и установки с одним массообменным сорбционным ап- паратом указанного масштаба позволяет получать 15 м в сутки жидкого концентрата алюминия, практически не содержащего кислоты. По сравне- нию с прямой щелочной обработкой сокращаются расходы: кислоты - на 25%, щелочи - на 25% и воды - на 50%.

Пример 16 (использование предлагаемой установки при подаче воды и перерабатываемого раствора снизу вверх). А. Проводят первую подготовительную операцию по заполнению установки чистой деминерализованной водой с вытеснением воздуха из аппаратов 1 1 1, 1 12 и трубопроводов 35, 70, соединяющих эти аппараты. Для этого (см. фиг. 21) подсоединяют насос для подачи воды к патрубку 77 с краном 57, открывают краны 59 на патрубке 79 и 60 на патрубке 80 и подают воду в установку с расходом 1000 литров в час. После появления воды из патрубка 79 с краном 59 этот кран закрывают, после появления воды из патрубка 80 с краном 60 насос выключают и закрывают этот кран.

Затем (см. фиг. 22) закрывают кран 57 на патрубке 77, насос отсо- единяют и присоединяют через линию 90 к патрубку 34 с краном 51. От- крывают кран 50 на патрубке 33, кран 52 на патрубке 47 и кран 51 на пат- рубке 34. Включают насос для подачи воды. Воду подают в установку с расходом 1000 литров в час.

При появлении воды без пузырьков воздуха после крана 52 на вы- ходном патрубке 47 насос выключают и этот кран закрывают.

Б. Проводят вторую подготовительную операцию по заполнению устройства необходимым количеством органической жидкости - цикло- гексилового спирта с плотностью 1,47. Для этого (см. фиг. 23) закрывают ранее открытые кран 50 на патрубке 33 и кран 51 на патрубке 34. Патру- бок 77 с краном 57 подсоединяют к внешнему насосу для подачи органи- ческой жидкости, открывают краны 59 на патрубке 79 и 60 на патрубке 80, а также кран 58 на патрубке 78. Затем открывают кран 57 на патрубке 77 и начинают подавать органическую жидкость с расходом 1000 л/ч.

При появлении органической жидкости после крана 58 на патруб- ке 78 кран 58 закрывают, при появлении жидкости после крана 59 на пат- рубке 79 кран 59 закрывают, при появлении органической жидкости после крана 60 на патрубке 80 насос выключают, кран 60 закрывают. Кран 57 на патрубке 77 закрывают. Линию 90 для подачи перера- батываемого раствора и воды подсоединяют к патрубку 34 с краном 51, открывают кран 50 на патрубке 33, кран 52 на патрубке 47 и кран 51 на патрубке 34. После этого краны находятся в состоянии, показанном на фиг. 24.

Установка готова к работе для проведения повторяющихся цикли- ческих процессов сорбции - десорбции. Всего на заполнение установки уходит 575 литров циклогексилового спирта. Указанный объем остается в установке без потерь в ходе всей работы. Перед началом промышленной эксплуатации установки после вы- хода её на рабочий режим настраивают производительность циркуляци- онного насоса 53 с обратным клапаном аналогично описанному в примере 15.

В. Раствор кислотного выщелачивания нефелинового концентрата состава, указанного в примерах 1 и 15, подают в установку из исходной емкости для раствора с помощью насоса, подсоединенного к линии 90, подключенной к патрубку 34 с открытым краном 51. Скорость подачи 1500 л/ч. Продолжительность всей операции - 1 час, после чего насос вы- ключают и подачу раствора прекращают. Первую порцию выходящего из установки раствора, в котором остается минимальное количество азотной кислоты, а именно 1200 литров, подают на дальнейшую переработку для получения глинозема и минеральных удобрений. Следующую порцию объемом 300 литров возвращают в голову процесса на повторную перера- ботку. Г. В установку подают чистую деминерализованную воду из ис- ходной емкости для воды с помощью насоса для подачи воды, подклю- ченного к линии 90, соединенной с патрубком 34 открытым краном 51. Скорость подачи 1200 л/ч. Продолжительность всей операции - 1 час, по- сле чего насос выключают и подачу воды прекращают. Первую порцию выходящего из устройства раствора, а именно 150 литров, возвращают в голову процесса на повторную переработку. Следующую порцию, 1050 литров, представляющую собой раствор азотной кислоты, подают потре- бителю на приготовление рабочего раствора для выщелачивания нефели- нового концентрата.

Д. Повторяют все операции, перечисленные в п. п. В и Г. Проведение сорбционного процесса переработки раствора кислот- ного выщелачивания нефелинового концентрата с использованием пред- лагаемых способа и установки с одним массоообменным сорбционным аппаратом указанного масштаба позволяет получать 13,8 м в сутки жид- кого концентрата алюминия, практически не содержащего кислоты. По сравнению с прямой щелочной обработкой, сокращаются расходы: кисло- ты - на 25%, щелочи - на 25% и воды - на 50%.

Промышленная применимость

Таким образом, предлагаемые способ проведения массообменных сорбционных процессов, аппарат для его осуществления и содержащая этот аппарат промышленная установка позволяют обеспечить существен- ное повышение эффективности массообменных сорбционных процессов разделения компонентов водных растворов неорганических веществ за счет повышения степени разделения при переработке концентрированных, в том числе, сильнокислых растворов, за счет стабилизации перенасыщен- ных растворов в сорбционных слоях, а также за счет повышения долго- вечности использования сорбционных материалов, при отсутствии специ- альных требований к размерам гранул сорбента и к условиям проведения процесса переработки водных растворов, включая поддержание высоких давлений и выбор определенных направлений потоков жидкостей. Эти изобретения могут быть использованы в химической промышленности, гидрометаллургии, черной и цветной металлургии, в гальваническом про- изводстве, химическом анализе и других областях, где используются про- цессы растворения и выщелачивания с целью дальнейшей переработки полученных водных растворов.

Источники информации

1. М. М. Сенявин, Ионный обмен в технологии и анализе неорга- нических веществ, М, Химия, 1980, 272 с.

2. B.A.Bolto, D.E.Weiss. In Ion Exchange and Solvent Extraction (Eds. J.A.Marinsky and Y.Marcus). Marsel Dekker, New York, 1977. P. 221.

3. Патент Российской Федерации N°2034651 , опубл. 10.05.1995.

4. M.J. Hatch, J.A.Dillon. Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 1963, V.2, No. 2, P.253.

5. Патент Российской Федерации N°2056899, опубл. 27.03.1996.

6. Ρ.Χ. Хамизов, Б.Ф.Мясоедов, Б.А.Руденко, Н.А. Тихонов. Док- лады Академии Наук, 1997, Т. 356, Ν°2, с.216 - 218.

7. D.N.Muraviev, R.Kh.Khamizov, N.A.Tikhonov, V.V. irshin. Lang- muir, 1997, V.13, No.26, p.p. 7186-7192.

8. Патент США М>4,673,507, опубл. 16.06.1987.

9. Авторское свидетельство СССР jVsl 183146, опубл. 07.10.1985. 10. Авторское свидетельство СССР JNS 1533750, опубл.07.01.1990.

11. Авторское свидетельство СССР N°476009. опубл.05.07.1975.

12. Авторское свидетельство СССР JV°865818, опубл.23.09.1981.

13. Справочник химика, под. ред. Б. П. Никольского, в 6-ти томах, т.6, Химлитиздат, Ленинград, 1963.

14. В.И.Ксензенко, Д.М.Стасиневич. Химия и технология йода, брома и их соединений, Москва, "Химия", 304 с.

15. R.Khamizov, D.Muraviev, N.Tikhonov, A.Krachak, T.Zhiguleva, O.Fokina. Ind. Eng. Chem. Res., 1998, V37, No.5, p.1950-1955.

16. Патент Российской Федерации N°2048644, опубл.20.11.1995.

17. Патент Российской Федерации j\ ^* 22077363, опубл.20.04.1997.