МНОГОФАЗНЫЙ КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК B01F13/02 B01F11/00 

Изобретение относится к конструкциям контактных аппаратов, применяемых для проведения процессов в многофазных системах, и может быть использовано в химической, микробиологической и других отраслях промышленности для растворения порошков и проведения химических реакций в системах жидкость твердые частицы и жидкость газтвердые частицы.

Известны контактные аппараты, выполненные в виде вертикальных цилиндрических колонн с вибрирующими перфорированными дисками различных конструкций [1] Однако они не эффективны для проведения процессов растворения порошков в жидкостях, поскольку несмотря на интенсивное перемешивание происходит осаждение твердых частиц на дне колонны и забивка трубопроводов.

Известен также многофазный реактор, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса, внутри которого размещены газораспределитель и циркуляционные (газ-лифтные) трубы, разделенные поперечными перегородками [2] В этом аппарате возможно проведение процессов растворения или химических реакций во взвешенном слое твердых частиц (что увеличивает скорость процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз). Однако проведение указанных процессов в таком аппарате связано с большими расходами газа, что вызывает унос значительных количеств растворителя в виде пара с выходящим газовым потоком.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является конструкция многофазного контактного аппарата, состоящая из вертикальной цилиндрической колонны, соединенной с кожухотрубчатым теплооб- менником. В корпусе колонны над трубной решеткой теплообменника размещены горизонтальная направляющая перегородка и газлифтные трубы. Аппарат снабжен выносной циркуляционной трубой, выходящей из сужающегося днища, верхний конец которой входит в пространство между направляющей перегородкой и верхней трубной решеткой теплообменника. В нижней части циркуляционной трубы установлен газораспределитель [3]
При подаче газа через газораспределитель в выносную трубу возникает циркуляция многофазной смеси через теплооб- менник и трубу, обеспечивающая контактирование жидкой и твердой фаз, которые затем вместе с газом поступают в цилиндрическую колонну с газлифтными трубами и выводятся в виде суспензии из верхней части аппарата.

Недостатками известного аппарата при проведении в нем процессов растворения порошкообразных материалов (или реакций, сопровождающихся растворением твердой фазы) являются унос твердой фазы с раствором, недостаточно высокая ско-рость растворения, флотация частиц. Перемешивание фаз в колонне с помощью газлифтных труб не обеспечивает высокой скорости взаимодействия твердых частиц с жидкостью и приводит к выносу их из аппарата. Этому способствует также флотация частиц. Частицы пузырьками газа выносятся на поверхность жидкости, не успев раствориться.

Отмеченные явления снижают эффективность известного аппарата. Технический эффект, достигаемый изобретением, интенсификация технологических процессов. Для этого предлагается многофазный контактный аппарат, содержащий вертикальную цилиндрическую колонну, выносную циркуляционную трубу с газораспределителем, выходящую из днища колонны, патрубки для ввода жидкой и твердой фаз и патрубок для вывода раствора из аппарата, в котором, в колонне подвижно размещена штанга с горизонтальными перфорированными дисками, верхний из которых установлен под патрубком для ввода твердой фазы, последний заглублен внутрь колонны, при этом верхний конец циркуляционной трубы расположен непосредственно над верхним диском, патрубок вывода раствора размещен выше циркуляционной трубы и нижнего среза патрубка для ввода твердой фазы. Патрубок для ввода жидкой фазы размещен в средней части колонны.

Подвижное размещение перфорированных дисков в колонне между выходным и входным сечением выносной циркуляционной трубы обеспечивает образование пульсирующего взвешенного слоя твердых частиц в жидкости, характеризующегося высокой скоростью межфазного взаимодействия. Расположение нижнего среза патрубка ввода твердой фазы над верхним диском ниже патрубка вывода раствора, находящегося выше входного сечения циркуляционной трубы, препятствует уносу твердых частиц с выходящим из аппарата готовым раствором и позволяет проводить процесс в интенсивном режиме. Этому же способствует размещение входного сечения циркуляционной трубы непосредственно над верхним (первым) диском.

Указанное взаимное расположение входных и выходных патрубков и перфорированных дисков исключает флотацию частиц твердой фазы в аппарате.

Размещение патрубков ввода жидкой фазы на колонне ниже верхнего и выше нижнего дисков обеспечивает стабильность состава выходящего из аппарата раствора.

На чертеже схематически изображен один из возможных вариантов исполнения предлагаемого аппарата.

Аппарат состоит из цилиндрической вертикальной колонны 1, снабженной выносной циркуляционной трубой 2. В колонне подвижно размещен шток 3 с перфорированными дисками 4. Верхний диск 5 расположен ниже нижнего среза патрубка для ввода твердой фазы 6. Нижний диск 7 установлен выше выходного сечения 8 трубы 2. Верхний конец 9 трубы 2 находится непосредственно над верхним диском 5. Патрубок вывода раствора 10 расположен выше циркуляционной трубы 2 и нижнего среза патрубка для ввода твердой фазы 6. Газораспределитель 11 смонтирован в трубе 2. На боковой поверхности колонны 1 ниже верхнего 5 и выше нижнего 7 дисков расположен патрубок для ввода жидкой фазы 12.

Аппарат работает следующим образом.

После заполнения аппарата жидкостью с помощью кривошипно-шатунного механизма штоку 3 с дисками 4 сообщается возвратно-поступательное движение. Через газораспределитель 11 подается газ в циркуляционную трубу 2, через патрубок для ввода твердой фазы 6 подается порошок на верхний диск 5, а через патрубок 12 жидкая фаза вводится в промежуточное сечение колонны 1 между верхним 5 и нижним 7 дисками.

В аппарате за счет эффекта газ-лифта происходит циркуляция суспензии: из-под нижнего диска 7 жидкость с твердыми частицами через сечение 8 трубы 2 поступает в трубу 2, поднимается по ней, через сечение 9 возвращается на верхний диск 5 и опускается по колонне 1, проходя через все диски 4. При этом в трубе 2 выше газораспределителя 11 движется (поднимается) трехфазный поток жидкость-твердые частицы-газ, а в колонне 1 от верхнего диска 5 к нижнему диску 7 движется (опускается) двухфазный поток жидкость-твердые частицы. На участке колонны 1 между сечением 9 трубы 2 и патрубком вывода раствора 10 движется (поднимается) двухфазный поток жидкость-газ. Готовый раствор непрерывно выводится из патрубка 10. Газ благодаря большому свободному сечению легко отделяется от зеркала жидкости (на уровне патрубка вывода раствора 10) и через патрубок на крышке аппарата выбрасывается в атмосферу или подается на очистку от паров растворителя.

Повышение эффективности аппарата достигается интенсификацией процесса растворения за счет увеличения поверхности контакта фаз (путем проведения процесса в режиме пульсирующего взвешенного слоя) и снижения диффузионного торможения локальной турбулизацией потока подвижными перфорированными дисками. Такое проведение процесса обеспечивается соответствующим расположением конструктивных элементов аппарата.

По сравнению с известными аппаратами, применяемыми для растворения порошков, в предлагаемом аппарате скорость процесса увеличивается в несколько раз. При растворении сорбозы в ацетоне в действующих производствах аскорбиновой кислоты процесс протекает в течение 4-8 ч в каскаде реакторов с мешалками, в то время как в предлагаемом аппарате в течение 30-40 мин.

Использование: в химической, микробиологической и других отраслях промышленности для непрерывного растворения порошков и проведения реакционных процессов в системах жидкость - твердые частицы и жидкость - газ - твердые частицы. Сущность изобретения: аппарат содержит вертикальную цилиндрическую колонну, снабженную выносной циркуляционной трубой. В трубе выше слоя осадка, выпадающего в аппарате при прекращении подачи газа, смонтирован газораспределитель. В колонне подвижно размещен шток с перфорированными горизонтальными дисками. Верхний диск установлен под патрубком для ввода твердой фазы. Верхний конец циркуляционной трубы находится непосредственно над верхним диском. Патрубок вывода раствора расположен выше циркуляционной трубы и нижнего среза патрубка для ввода твердой фазы. На колонне в средней ее части размещен патрубок для ввода жидкости. В аппарате по сравнению с известными повышается скорость технологических процессов за счет проведения их в режиме пульсирующего взвешенного слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. МНОГОФАЗНЫЙ КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ, содержащий вертикальную цилиндрическую колонну, выносную циркуляционную трубу с газораспределителем, выходящую из днища колонны, патрубки для ввода жидкой и твердой фаз и патрубок для вывода раствора из аппарата, отличающийся тем, что патрубок для ввода твердой фазы заглублен внутрь колонны, колонна снабжена установленной с возможностью возвратно-поступательного движения штангой с горизонтальными перфорированными дисками, верхний из которых размещен под патрубком для ввода твердой фазы, при этом верхний конец циркуляционной трубы размещен непосредственно над верхним диском, патрубок вывода раствора размещен выше циркуляционной трубы и нижнего среза патрубка для ввода твердой фазы. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубок для ввода жидкой фазы размещен в средней части колонны.