МАССООБМЕННЫЙ ДВУХКОЛОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК B01D11/02 B01D11/04 

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов экстракции и хемосорбции в системах твердое тело жидкость и может быть использовано для переработки растительного сырья, волокнистого, гранулированного и полидисперсного материалов в пищевой, фармацевтической, химической отраслях промышленности и в производствах строительных материалов.

Близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является двухколонный противоточный аппарат, состоящий из корпуса прямоугольного сечения с U-образным днищем, патрубками подачи и слива жидкой фазы, с загрузочным и выгрузочным устройством твердой фазы в виде движущихся роликовых цепей. К последним на некотором расстоянии прикреплены прямоугольные рамки, обтянутые сеткой, на которых располагается обрабатываемый твердый материал. Цепи приводятся в движение барабаном от привода.

Недостатки известного противоточного аппарата наличие подвижного транспортирующего органа, металлоемкость, а также невысокая эффективность процесса массопередачи, связанная с возникновением застойных зон между стенкой корпуса аппарата и его транспортирующим органом. Кроме того, изменение физико-химических свойств твердой фазы, происходящее при выщелачивании и набухание ее, в случае равенства сечений первой и второй колонн аппарата может привести к провалу твердой фазы между сетками транспортирующего и выгрузочного устройств и нарушению структуры потока ухудшающего процесс экстракции.

Цель изобретения повышение эффективности процесса экстракции в системе твердое тело жидкость, протекающего в двухколонном аппарате, путем исключения застойных зон и провала твердой фазы.

Как известно, экстрагирование из твердой фазы сопровождается уменьшением плотности самой твердой фазы. При противоточной экстракции плотности твердой фазы на входе и выходе из аппарата существенно отличаются, при этом движущая сила массообмена убывает по мере приближения экстрагента (жидкая фаза) к точке выхода из аппарата из-за насыщения экстрагента извлекаемым компонентом. В двухколонном аппарате по этой причине величина движущей силы массообмена будет наибольшей во второй колонне. Там же плотность твердый фазы будет наименьшая, и во избежание передавливания (провала) твердой фазы из первой колонны во вторую необходимо, чтобы массы твердой фазы в них были равны или по крайней мере близки по величине при этом должно соблюдаться равенство масс в слоях сечения соседних колонн, расположенных на одной высоте, т.е.

ρ_1il_1iΔH_ib= ρ_2il_2iΔH_i˙ b, где ρ_1i плотность твердой фазы в i-том сечении первой колонны;
ρ_2i плотность твердой фазы в i-том сечении второй колонны;
l_1i ширина сечения первой колонны, при котором исключается провал твердой фазы;
Δ Н_i толщина слоя твердой фазы в i-том сечении;
b длина корпуса аппарата, величина постоянная, рассчитанная на основе его производительности;
l= l_1i + l_2i постоянная, рассчитанная на основе производительности аппарата.

Преобразуем вышеприведенное выражение:
ρ_1il_1iΔH_i˙b=ρ_2i(l-l_1i)ΔH_i˙b
ρ_1il_1i=ρ_2i(l l_1i)
ρ_1il_1i=ρ_2il-ρ_2il_1i, откуда l_1i= ρ_2il/(ρ_2i+ρ_1i) l_2i=l l_1i
Таким образом, площадь сечения первой колонны на любом уровне всегда меньше площади сечения второй колонны на том же уровне при условии равенства масс твердой фазы, что исключает провал твердой фазы и нарушение гидродинамики. Из вышеизложенного следует, что U-образная часть двухколонного аппарата должна иметь тоже переменное сечение и профиль днища канала в разрезе фронтальной плоскостью определяется дугой спирали.

Поставленная цель достигается тем, что в известном двухколонном аппарате, имеющем корпус прямоугольного сечения с U-образным днищем, патрубки подачи и слива жидкой фазы, загрузочное и выгрузочное устройства для твердой фазы и привод, колонны корпуса выполнены полыми, а днище корпуса в виде поверхности, сечение которой во фронтальной плоскости аппарата образует дугу спирали, а ширина сечения одной из колонн определяется из выражения:
l_1i (ρ_2il)/(ρ_2i+ρ_1i)
Колонны снабжены крышками и патрубками для подключения пульсатора с источником постоянного перепада давления.

На фиг. 1 представлен массообменный двухколонный аппарат; на фиг.2 вариант соединения колонн массообменного двухколонного аппарата.

Массообменный двухколонный аппарат состоит из полых колонн 1 и 2, объединенных корпусом 3 прямоугольного сечения с U-образным днищем в виде поверхности, сечение которой во фронтальной плоскости аппарата образует дугу спирали, патрубков 4 и 5 подачи и слива жидкости, загрузочного 6 и выгрузочного 7 устройств для твердой фазы, установленных в колоннах с глухими крышками 8 и 9, и патрубками 10 и 11 для подключения пульсатора с источником постоянного перепада давления с приводом.

Массообменный двухколонный аппарат работает следующим образом.

Поступающие твердая и жидкая фазы через загрузочное устройство 6 и штуцер 4, соответственно, движутся противотоком друг другу. На общее пpотивоточное движение фаз накладываются знакопеременные импульсы давления газа, подаваемые через патрубки 10 и 11, расположенные на крышках 8 и 9, от пульсатора с источником постоянного перепада давления в колонны 1, 2 корпуса 3 аппарата. Под действием пульсирующего давления газа твердая фаза уплотняется и занимает до 80% объема рабочей зоны в колоннах, а жидкость фильтруется через этот слой, извлекая растворимые компоненты, и затем удаляется из аппарата через штуцер 5.

В процессе экстрагирования твердая фаза перемещается вдоль оси аппарата, последовательно проходя колонну 1, U-образный выполненный по дуге спирали участок, соединяющий колонну 1 с колонной 2, и колонну 2, обедняясь извлекаемым компонентом, который переходит в экстрагент, укрепляя его. Плотность твердой фазы в высококонцентрированной суспензии уменьшается. Hо так как площадь сечения колонн 1 и 2 и связывающего их спирального участка в направлении движения твердой фазы возрастает, массы твердой фазы в колонне 1 и колонне 2 остаются равными. Это исключает явление провала и тем самым устраняет образование застойных зон, способствует росту эффективности процесса экстракции. Отработанная твердая фаза поднимается за счет пульсаций вверх по колонне 2, захватывается шнеком и выгружается из аппарата.

Использование предлагаемого массообменного двухколонного аппарата позволит повысить эффективность процессов экстракции из гранулированного твердого материала и волокнистых полидисперсных структур более чем в 1,5 раза.

Использование: для проведения процессов экстракции и хемосорбции в системе твердое тело-жидкость, например для переработки растительного сырья, волокнистого, гранулированного и полидисперсного материала в пищевой, фармацевтической отраслях промышленности, а также в производстве строительных материалов. Сущность изобретения: в двухколонном аппарате, имеющем корпус прямоугольного сечения с U-образным днищем, патрубки подачи и слива жидкой фазы и привод, корпус колонны выполнен полым, а днище корпуса в виде поверхности, сечение которой во фронтальной плоскости аппарата образует дугу спирали. Колонны снабжены крышками и патрубками для подключения пульсатора с источником постоянного перепада. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. МАССООБМЕННЫЙ ДВУХКОЛОННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус прямоугольного сечения с U-образным днищем, патрубками подачи и слива жидкости, загрузочное и выгрузочное устройства твердой фазы и привод, отличающийся тем, что корпуса колонны выполнены полыми, а днище в виде поверхности, сечение которой во фронтальной плоскости аппарата образует дугу спирали, а ширина l_1i сечения одной из колонн определяется из выражения

где l ширина обеих колонн;
ρ_1i плотность твердой фазы в i-м сечении первой колонны;
ρ_2i плотность твердой фазы в i-м сечении второй колонны. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что колонны снабжены крышками и патрубками для подключения пульсатора с источником постоянного перепада.