МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D53/06 

Изобретение относится к аппаратам для проведения теплообменных процессов в системе твердое тело- парогазовая смесь и может быть использовано для интенсификации процессов адсорбции и хемосорбции в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен аппарат, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса, фильтровального цилиндра, размещенного по гребням транспортирующего шнек винта, расположенного коаксиально корпусу.

Эта конструкция не может быть использована для осуществления процессов массопередачи в системе твердое тело-пар (газ), так как пористость внутреннего фильтровального цилиндра приводит к сепарации пара (газа) из зоны контакта с твердым телом в межвитковом пространстве на первом же шаге шнек-винта и исключению из работы 90% реакционной зоны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является аппарат, состоящий из вертикального корпуса, загрузочного и выгрузочного устройств, патрубков, двухзаходного шнекового винта, закрепленного на полом валу и привода. Однако, этот аппарат не может быть использован для проведения процессов в системе твердое тело-пар (газ) из-за отсутствия устройств равномерно распределяющих пар (газ) по сечению аппарата, результатом чего может быть снижение движущей силы массопередачи, а наличие в конструкции двухзаходного винтового шнека, имеющего различный диаметр и ход винтов приводит к полному перемешиванию твердой фазы в объеме аппарата, что делает его периодически действующим и малопроизводительным и неэффективным.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности массопередачи процессов адсорбции протекающих в аппаратах с непрерывно движущейся твердой фазой и парогазовой смеси в режиме противотока.

На фиг.1 изображен массообменный аппарат, его продольный разрез, на фиг. 2 поперечный разрез по A-A.

Аппарат содержит цилиндрический корпус 1, загрузочное устройство 2, размещенное на крышке 3. На корпусе 1, в верхней его части, расположен коллектор 4 с перфорированной внутренней стенкой для прохода парогазовой смеси, обогащенной легколетучим компонентом, к патрубку 5. Внутри корпуса размещен двухзаходный шнек-винт 6, винтовые поверхности которого имеют различные углы наклона образующей к оси шнека. Верхняя поверхность 7 имеет угол α больше угла естественного откоса твердой фазы, нижняя поверхность 8 имеет угол γ = 90^°. Угол подъема верхней и нижней винтовых поверхностей β = α
На гребнях витков закреплена спиральная полоса 9, превращающая межвитковый объем в спиральный канал 10. Верхняя винтовая поверхность 7 перфорирована отверстиями 11 малого диаметра в средней ее части. Загрузочные 12 и выгрузочные 13 витки шнека выполнены без перфорации. Нижняя винтовая поверхность 8 выполнена с отверстиями 14 большего диаметра, чем отверстие 11. Спиральный канал 10 секционирован радиальными перегородками 15. Вал шнека винта полый и имеет отверстия 16 в стенках для подвода парогазовой смеси в каждую секцию спирального канала 10.

В нижней части вала установлено байонетное уплотнение 17, предотвращающее утечку парогазовой смеси, подаваемой через патрубок 18 в полый вал шнек-винта 6.

Массобменный аппарат работает следующим образом.

Твердая фаза в виде гранул, измельченного растительного сырья или пульпы загружается устройством 2, расположенным на крышке 3, в верхнюю часть корпуса 1. Поступающая масса попадает на витки 12 загрузочной части шнек-винта 6, и транспортируется ими при вращении винта в рабочую зону двухзаходной части шнека. По мере вращения шнек-винта и благодаря тому, что угол b больше угла естественного откоса твердой фазы, частицы перемещаются по верхней поверхности 7, перфорированной отверстиями малого диаметра 11, величина которых соизмерима с размерами гранул твердой фазы.

При вращении шнека и постоянной загрузке устройством 2 весь объем корпуса 1 аппарата, за исключением объема спирального канала 10, образованного верхней винтовой поверхностью 7, нижней винтовой поверхностью 8 и спиральной полосой 9, закрепленной на гребнях витков двухфазного шнек-винта, заполняется твердой фазой. Одновременно с заполнением массообменного аппарата через патрубок 18 и байонетное уплотнение 17 подается парогазовая смесь в полый вал шнек-винта 6, которая через отверстия 16 в стенках поступает в спиральный канал 10 в секции между радиальными перегородками 15. Горячая парогазовая смесь проходит сквозь слой твердой фазы через отверстия 11 верхней винтовой поверхности 7 двухзаходного шнек-винта 6. При движении твердой фазы на верхней винтовой поверхности 7 происходит постоянное ее перемешивание не только за счет разности скоростей слоев твердой фазы, но и парогазовой смесью, проходящей через отверстия 11. Взаимодействие фаз приближается к режиму идеального смешения, в то время как для аппарата в целом это взаимодействие близко к режиму идеального вытеснения. Парогазовая смесь в секциях полого канала 10 с радиальными перегородками 15 равномерно распределяется по площади поперечного сечения аппарата, сводится к минимуму "проскок" парогазовой смеси без взаимодействия с твердой фазой и увеличивается время взаимодействия фаз.

В результате достигается более равномерная и полная обработка твердой фазы от сечения к сечению в аппарате и очень высокая интенсивность массообмена процесса адсорбции.

В целях исключения каналообразования у стенок аппарата "проскок" парогазовой смеси блокируется слоем твердой фазы, который образуется благодаря тому, что угол a наклона образующей винтовой поверхности 7 к оси винта 6, так же как угол b больше угла естественного откоса твердой фазы.

Постепенно от сечения к сечению, обогащаемый легколетучими компонентами пар поднимается к последнему витку двухзаходного шнек-винта. Спиральный канал 10 на уровне коллектора 4 верхней части корпуса 1 аппарата открыт и парогазовая смесь, проходя через перфорированную внутреннюю стенку коллектора 4, при вращении винта 6 через патрубок 5 выводится из массообменного аппарата.

Мелкие частицы, появившиеся в результате истирания твердой фазы при движении не забивают спиральный канал 10, а выводятся на ниже расположенный виток шнека 6 через отверстия 14 нижней винтовой поверхности 8 двухзаходного винта.

Обедненная легколетучим компонентом твердая фаза транспортируется шнеком в нижнюю часть корпуса и выгружается витками 13 из аппарата.

Применение: в технике адсорбции и хемосорбции в пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в шнековом массообменном аппарате в верхней части корпуса на уровне последнего витка шнека расположен коллектор, винтовые поверхности имеют отверстия различного диаметра в средней части винта, а угол наклона образующей верхней винтовой поверхности к оси винта и угол подъема верхней и нижней винтовых поверхностей больше угла естественного откоса твердой фазы, по гребням витков закреплена спиральная полоса, образующая в межвинтовом объеме замкнутый спиральный канал, в котором установлены радиальные перегородки, а в стенках вала выполнены отверстия, размещенные между радиальными перегородками. 2 ил.

Массообменный аппарат, состоящий из вертикального корпуса, загрузочного и выгрузочного устройств, патрубков, двухзаходного шнекового винта, закрепленного на полом валу, привода, отличающийся тем, что корпус в верхней части имеет коллектор, расположенный на уровне последнего винта шнека, винтовые поверхности перфорированы отверстиями различного диаметра в средней части винта, а угол наклона образующей верхней винтовой поверхности к оси винта и угол подъема верхней и нижней винтовых поверхностей больше угла естественного откоса твердой фазы, по гребням витков закреплена спиральная полоса, превращающая межвинтовой объем в замкнутый спиральный канал, в котором установлены радиальные перегородки, а в стенах вала выполнены отверстия, размещенные между радиальными перегородками.