СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЯМИ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ЧАСТИЦ СУСПЕНЗИЙ И АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01D11/02 B01D12/00 

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, например пропитки, промывки, экстрагирования и выщелачивания, и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, пищевой, лесохимической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, который с целью создания пульсирующего движения пульпы и экстрагента снабжен пульсатором, соединенным с технологическими трубопроводами подачи пульпы и экстрагента. В этом аппарате переменное давление, создаваемое пульсатором, затрачивается большей частью на совместное колебание пульпы и экстрагента и лишь незначительно на обеспечение глубины и скорости проникновения жидкости в поры с извлекаемым веществом. Поэтому в нем не может быть достигнута достаточно высокая степень извлечения, и вводимая энергия используется неэффективно. Кроме того, конструкция аппарата не позволяет реализовать наиболее благоприятный с точки зрения снижения удельных (на единицу массы экстракта) энергозатрат резонансный режим колебаний жидкости.

Технический результат предлагаемого изобретения повышение эффективности устройства, увеличение глубины пропитки и степени извлечения целевых веществ, а также снижение удельных энергозатрат.

Нужный результат достигается тем, что в аппарате для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, содержащем один или более одинаковых корпусов, побудитель колебаний давления, технологические патрубки, в каждом корпусе симметрично размещены содержащие обрабатываемую суспензию одинаковые камеры с проницаемыми для жидкости днищами, соединенные друг с другом в нижней части, причем в верхней части камеры заглушены и по меньшей мере одна из них соединена с побудителем колебаний давления, при этом побудитель колебаний давления имеет двустороннее действие, а камеры выполнены с возможностью переключения, так что при работе одних камер в других производят операции загрузки-выгрузки.

Нужный результат достигается также тем, что способ эксплуатации аппарата заключается в создании в корпусах аппарата асимметричных колебаний давления, амплитуду переменной составляющей которого устанавливают равной или близкой величине постоянной составляющей, а частоту колебаний давления устанавливают равной или близкой частоте собственных колебаний суспензии в корпусах аппарата.

На чертежах представлены варианты реализации аппаратов для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц (фиг.1-3) и кинетические кривые пропитки капилляров при различных величинах давления в жидкости (фиг.4).

На фиг. 1 дана схема аппарата, содержащего один корпус 1, состоящий из двух симметрично расположенных одинаковых камер 2 с проницаемыми для жидкости днищами 3, на которых лежит обрабатываемая суспензия 4. Для удобства загрузки и выгрузки проницаемые днища 3 могут быть совмещены с контейнерами 5, вынимаемыми из аппарата вместе с суспензией 4. В нижней части камеры 2 соединены переточным каналом 6, под которым установлен сливной патрубок 7 с вентилем 8, а в верхней заглушены крышками 9 с воздушниками 10, снабженными вентилями 11. К одной из крышек подключен побудитель колебаний давления 12, например, в виде цилиндра с поршнем, соединенный с приводом возвратно-поступательного движения (на чертеже не показан) и снабженный патрубком 13 с вентилем 14.

На фиг.2а показана схема аппарата, содержащего два одинаковых корпуса 1, каждый из которых состоит из двух симметрично расположенных одинаковых камер 2, а варианты их поперечных сечений (разрез по А-А) изображены на фиг.2б,в, причем на фиг. 2б вариант с круглой формой корпусов 1 и полукруглой формой камер 2, а на фиг.2в с 8-образной формой корпусов 1 и круглой формой камер 2. Проницаемые днища 3 в камерах 2, на которых находится суспензия 4, могут быть совмещены с контейнерами 5. В нижней части камеры 2 в каждом из корпусов 1 соединены переточными каналами 6, под которыми установлены сливные патрубки 7 с вентилями 8, а в верхней заглушены крышками 9 с воздушниками 10, снабженными вентилями 11. К каждой из крышек подключен побудитель колебаний давления 12 двустороннего действия, например, в виде цилиндра с поршнем, соединенный с приводом возвратно-поступательного движения (на чертеже не показан) и снабженный патрубками 13 с вентилями 14.

На фиг. 3а изображен продольный разрез аппарата с возможностью переключения камер, а на фиг.3б разрез по А-А. Аппарат содержит один цилиндрический корпус 1, в котором размещены четыре симметрично расположенные одинаковые камеры 2 с сечением в виде четверти круга, герметизированные в верхней и нижней частях относительно друг друга и относительно атмосферы. Проницаемые днища 3 в камерах 2, на которых находится суспензия 4, являются элементами контейнеров 5. В нижней части камеры 2 соединены переточными каналами 6, под которыми установлены сливные патрубки 7 с вентилями 8, а в верхней заглушены полукруглой крышкой 9 с воздушником 10, снабженным вентилем 11. К крышке также подключен побудитель колебаний давления 12, например, в виде цилиндра с поршнем, соединенный с приводом возвратно-поступательного движения (на чертеже не показан) и снабженный патрубком 13 с вентилем 14. Камеры 2 имеют возможность переключения при вращении вертикального вала 15, установленного на подпятнике 16.

На фиг.4 представлены кинетические кривые пропитки капилляров при различных величинах постоянной р₁ и переменной р₂ составляющих давления в жидкости (а р₁ p₂ 2 ат; б p₁ p₂ 3 ат; в p₁ p₂ 4 ат; г p₁ p₂ 5 ат), где Φ относительная глубина проникновения жидкости в капилляр с целевым веществом (v l/l₀; l глубина проникновения; l₀ - длина капилляра), t продолжительность процесса колебаний давления в жидкости.

Аппараты работают следующим образом. После загрузки в камеры 2 корпусов 1 при открытых вентилях 11 и 14, через которые стравливается воздух, исходных компонентов капиллярно-пористых частиц и растворителя аппарат герметизируют, закрывая вентили 14, и нагнетая через вентили 11 сжатый газ (например, воздух), создают в нем начальное давление, являющееся постоянной составляющей р₁. Затем включают побудитель колебаний давления 12, генерирующий переменную составляющую р₂ давления. Под действием возникающего перепада давлений жидкость передавливается из одной камеры 2 в другую, проходя через проницаемые днища 3 и переточные каналы 6. Под действием периодически изменяющегося давления в жидкости происходит быстрое проникновение растворителя (жидкости) в капилляры с целевым веществом, его растворение в проникшем в капилляр объеме растворителя, а затем выбрасывание насыщенного растворителя в объем аппарата. В следующий период колебаний в капилляры проникает еще не насыщенная целевым веществом жидкость, в результате чего в каждом капилляре поддерживается высокий градиент концентраций между целевым веществом и растворителем, являющийся движущей силой процесса извлечения. Кроме того, достаточно быстрые колебания жидкости в капиллярах приводят к возникновению конвективного массопереноса в них, что также ведет к ускорению процесса, увеличению глубины и степени извлечения. Все это обуславливает повышение эффективности аппарата.

При установлении частоты колебаний давления, равной или близкой частоте собственных колебаний суспензии в корпусах аппарата, которая определяется жесткостью находящегося между уровнем жидкости и крышкой 9 газа, массой колеблющейся суспензии и гидравлическим сопротивлением системы, в аппарате возникают резонансные колебания жидкости, в результате чего увеличивается амплитуда колебаний давления и снижаются энергозатраты на поддержание колебаний, что характерно для резонанса. После окончания процесса вентили 11 и 8 открывают, экстракт сливают через патрубок 7, а отработанные твердые частицы выгружают через верхнюю часть аппарата.

Выполнение побудителя колебаний давления в виде системы двустороннего действия позволяет, с одной стороны, снизить неуравновешенные нагрузки, а с другой увеличить рабочий объем аппарата; выполнение камер с возможностью переключения, так что при работе одних камер в других производят операции загрузки-выгрузки (см.фиг.3), позволяет организовать как периодический, так и полунепрерывный (по жидкости) режим работы. Переключение камер производится путем вращения вертикального вала 15, установленного на подпятнике 16, при этом после поворота на 90^o камеры с неотработанными частицами подвергаются обработке жидкостью, из камеры с отработанными частицами сливают экстрагент и выгружают частицы, в опорожненную камеру загружают исходные компоненты. Жидкость может постоянно подаваться в камеру со свежими (неотработанными) капиллярно-пористыми частицами и одновременно отводиться из камеры с отработанными частицами.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет добиться вышеуказанного технического результата.

Использование: в аппаратах для проведения процессов обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, например пропитки, промывки, экстрагирования и выщелачивания, и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, пищевой, лесохимической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. В аппарате, содержащем один или более одинаковых корпусов, соединенных друг с другом в нижней части, побудитель колебаний давления, технологические патрубки, в каждом корпусе симметрично размещены содержащие обрабатываемую суспензию одинаковые камеры с проницаемыми для жидкости днищами, причем в верхней части камеры заглушены, и по меньшей мере одна из них соединена с побудителем колебаний давления, при этом побудитель колебаний давления имеет двустороннее действие, а камеры выполнены с возможностью переключения, так что при работе одних камер, в других производят операции загрузки-выгрузки. Способ обработки заключается в создании в корпусах аппарата асимметричных колебаний давления, амплитуду переменной составляющей которого устанавливают равной или близкой величине постоянной составляющей, а частоту колебаний давления - равной или близкой частоте собственных колебаний суспензии в аппарате. Изобретение позволяет повысить эффективность устройства, увеличить глубину пропитки и степень извлечения целевых веществ, а также снизить удельные энергозатраты. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 1. Способ обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц суспензий путем создания в корпусах аппарата колебаний давления, отличающийся тем, что создают асимметричные колебания, амплитуду переменной составляющей которых устанавливают равной или близкой величине постоянной составляющей, а частоту колебаний давления устанавливают равной или близкой частоте собственных колебаний суспензии в корпусах аппарата.2 2. Аппарат для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц суспензий, содержащий один или более одинаковых корпусов, соединенных друг с другом в нижней части, побудитель колебаний давления и технологические патрубки, отличающийся тем, что в каждом корпусе симметрично размещены содержащие обрабатываемую суспензию одинаковые заглушенные в верхней части камеры с проницаемыми для жидкости днищами и по меньшей мере одна из них соединена с побудителем колебаний давления.2 3. Аппарат по п. 2, отличающийся тем, что побудитель колебаний давления имеет двустороннее действие. 2 4. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что камеры выполнены с возможностью переключения так, что при работе одних камер в другие производят операции загрузки выгрузки.