СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОТИВОТОЧНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ, ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОДВИЖНОМ ПЛОТНОМ СЛОЕ ДИСПЕРСИИ Российский патент 1996 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к способам интенсивного проведения теплообменных и гидромеханических процессов в системах твердая дисперсия жидкая дисперсионная среда и может быть использовано в технологических процессах химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен непрерывный способ обработки бокситов в производстве глинозема, в котором исходная смесь в виде разбавленной суспензии подается поршневым насосом в автоклав. Для эвакуации твердой дисперсии, ее псевдоожижают непрерывной подачей в автоклав острого пара (1). Недостатком способа является прямоточное движение дисперсии и дисперсионной среды, снижающее движущую силу процесса. Большие затраты острого пара на перемешивание, низкие отношения объемов твердой дисперсии и дисперсионной среды в рабочей зоне автоклава.

Известен периодический способ проведения процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой дисперсионной среды, в котором чередуются процессы фильтрации технологического потока дисперсионной среды с пульсационным движением потока регенерирующего раствора через слой твердой дисперсии (2), при таких режимах, которые обеспечивают его псевдоожижение. Недостатком способа являются невысокие технико-экономические показатели и ограниченные возможности его использования, обусловленные периодичностью наложения пульсаций, только в период регенерации твердой дисперсии и ее транспортирования по прямоточной схеме.

Целью изобретения является повышение эффективности способа проведения тепломассообменных и гидромеханических процессов между твердой дисперсией в виде плотного слоя и дисперсионной жидкой средой за счет использования однонаправленных импульсов, формирования более однородной структуры слоя дисперсии и снижения в нем обратного движения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем контактирование дисперсионной жидкой среды и плотного слоя твердой дисперсии по противоточной схеме с наложением на технологические потоки дисперсионной среды однонаправленных импульсов скорости, твердая дисперсия подается в колонный аппарат в виде стандартного потока низкоконцентрированной (до 10%) гомогенизированной суспензии в циркулирующей выводимой из колонного аппарата дисперсионной среде. При этом обеспечивается режим движения твердой дисперсии к пульсирующему поршневому режиму и более полное использование рабочего объема аппарата. Однонаправленные пульсации дисперсионной среды со скоростью обеспечивающей псевдоожижение с коэффициентом K_w W_о/W_пс (W_o и W_nc соответственно скорости дисперсионной среды: рабочая и начальная псевдоожиженного слоя, близким к единице, позволяют исключить обратное движение дисперсии в месте ее ввода в колонный аппарат. А в остальной части рабочей зоны аппарата свести обратное движение дисперсии к минимуму, определяемым скоростью фильтрации дисперсионной среды через плотный слой дисперсии. Такой характер контактирования потоков фаз позволяет обеспечить формирование однородной по сечению и устойчивой структуры плотного слоя, повысить движущую силу и в целом интенсивность протекания процессов переноса массы, тепла.

Формирование более однородной и устойчивой структуры плотного слоя способствует также подача в зону контакта твердой дисперсии стационарным потоком в виде гомогенизированной низкоконцентрированной суспензии. Такая подача твердой дисперсии в зону контактирования фаз позволяет более рационально использовать объем аппарата за счет выноса из него зоны перемешивания и проводить гомогенизацию суспензии независимо от используемых для проведения процесса режимов пульсации. Все это позволяет повысить эффективность установки за счет более рационального использования объема основного аппарата, снижения энергозатрат на проведение процесса. На чертеже приведена установка для проведения способа.

Установка состоит из колонного аппарата 1, смесителя 2 для приготовления разбавленной суспензии, емкости 3 для сбора выходящей из аппарата дисперсионной среды (экстрагента), насосов 4 и 5 для подачи соответственно разбавленной суспензии и циркулирующей дисперсионной среды, гидравлического пульсатора 6.

Аппарат 1 снабжен штуцерами ввода 7, 8 соответственно дисперсионной среды (экстрагента) и разбавленной суспензии, штуцерами вывода 9, 10 соответственно твердой дисперсии и дисперсионной среды, насыщенной извлекаемым компонентом (экстрактом). Смеситель 2 имеет люк 11 для загрузки твердой дисперсии, штуцер 12 для приема экстракта, штуцера 13, 14 для отвода разбавленной суспензии и приема байпасного потока, штуцер 15 для отвода экстракта в емкость 3. Емкость 3 имеет штуцера 16 для приема и 17 для отвода экстракта, штуцера 18, 19 для отвода потока экстракта в пульсационный тракт и его байпасирования.

Установка оснащена системой вентилей 24 для ее регулирования и настройки. Установка работает следующим образом. Генерируемый пульсатором 6 однонаправленный импульс по пульсационному тракту 20 подается через штуцер 8 в аппарат 1. При перекрытии пульсатором пульсационного тракта насос 5 работает на байпасный штуцер 19, при этом происходит восстановление уровня экстракта в емкости 3 за счет его поступления из аппарата 1 через гидрозатвор 21, емкости 2 и переточный тракт 22. В емкость 2 поступает твердая дисперсия, которая перемешивается с поступающим в нее через штуцер 12 потоком экстракта и в виде разбавленной суспензии подается непрерывно насосом 4 по трубопроводу 23 через штуцер 8 в аппарат 1. Интенсивность перемешивания и расход суспензии задается вентилями 24-1 и 24-2. Режим пульсации задается пульсатором 6 и регулируется вентилями 24-3, 24-4.

В нижней кольцевой зоне аппарата, работающей в режиме отстойника, происходит отделение твердой дисперсии от экстрагента. Экстрагент выводится через штуцер 10, а твердая дисперсия импульсами подается в цилиндрическую часть рабочей зоны аппарата и в виде плотного слоя эвакуируется из аппарата через люк 9. В процессе движения плотного слоя твердой дисперсии вверх выше уровня штуцера 7 происходит освобождение ее от экстрагента в режиме свободного стока. Дисперсионная среда подается непрерывно через штуцер 7 фильтруясь через периодически псевдоожижаемый слой твердой дисперсии противотоком поступает в нижнюю часть аппарата и через кольцевую зону отводится из аппарата. Уровень дисперсионной среды в аппарате 1 устанавливается вентилем 24-5, а в смесителе 2 и емкости 3 вентилем 24-6.

Эффективность экстрагирования оценивалась по количеству извлеченных целевых компонентов, отнесенных к единице объема рабочей зоны аппарата. Количество извлеченных компонентов определялось по сухому остатку. При переходе от несинусоидальной пульсации к однонаправленным импульсам визуально наблюдается более однородная структура дисперсии в рабочей зоне модели с концентрацией до 85% к минимуму сводится разрыв слоя, на 15-20% сокращается зона формирования слоя. Исследования на нескольких видах сырья водного экстрагирования показали, что использование однонаправленных импульсов повышает эффективность единицы объема аппарата на 12-16% Максимальная эффективность достигалась при продолжительности импульсов τ₁=0,7-2,0 с. При τ₁>2,0 с наблюдается падение эффективности аппарата. Периодичность импульсов τ₂ в пределах от 6 с и выше заметного влияния на эффективность аппарата не оказывает. Наблюдаемый рост эффективности единицы объема аппарата связан со снижением в нем перемешивания дисперсии.

Изобретение позволяет повысить интенсивность протекания процессов в гетерогенных средах за счет проведения их непрерывным способом в условиях противоточного контактирования дисперсии в виде слоя высококонцентрированной суспензии до 85% и дисперсионной среды. Текучесть слоя высококонцентрированной суспензии независимо от направления действия силы тяжести, обеспечивается периодическим псевдоожижением однонаправленными импульсами обратного потока дисперсионной среды со скоростью, близкой к скорости псевдоожижения. Повышение интенсивности процесса и более эффективного использования рабочего объема колонного аппарата обеспечивается также подачей твердой дисперсии в виде разбавленной (до 10%) суспензии в выводимой из колонного аппарата и циркулирующей дисперсионной среде. Воздействие на высококонцентрированный слой суспензии однонаправленными импульсами и подаче в аппарат гомогенизированной в дисперсионной среде дисперсии повышает эффективность единицы объема аппарата на 12 - 15% при заполнении дисперсией рабочего объема аппарата до 85%. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОТИВОТОЧНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ, ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОДВИЖНОМ ПЛОТНОМ СЛОЕ ДИСПЕРСИИ при низкочастотной пульсации в колонном аппарате, отличающийся тем, что дисперсию переводят в псевдоожиженное состояние в течение одного полупериода пульсационного цикла однонаправленным импульсом дисперсной среды по направлению, совпадающему с ее технологической скоростью, а в течение другого полупериода осуществляют отвод пульсационного объема и технологического потока дисперсионной среды через канал стока из колонного аппарата. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсию подают в зону контакта стационарным потоком в виде разбавленной гомогенизированной суспензии в циркулирующем выводимом из колонного аппарата потоке дисперсионной среды с концентрацией в 10 15 раз ниже концентрации дисперсии в плотном слое.