МАССООБМЕННЫЙ ДВУХКОЛОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D11/02 

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

Известен экстратор непрерывного действия, предназначенный для переработки систем твердое тело жидкость, состоящей из загрузочного, транспортирующего, выгрузочного шнековых устройств, корпуса, патрубков подачи и слива жидкой фазы, бункера загрузки и патрубка выгрузки твердого компонента. Процесс выщелачивания в экстракторе осуществляется в режиме противотока. Аппарат компактен, несложный конструктивно, прост в эксплуатации, однако использование шнеков для осуществления основного технологического процесса ведет к истиранию твердой фазы, в результате чего уменьшается порозность слоя твердой фазы к выходу ее из аппарата, возрастает гидравлическое сопротивление слоя частиц и снижается производительность экстрактора, одновременно снижается градиент концентрации у поверхности твердой частицы и ухудшается массообмен и эффективность процесса экстрагирования.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности массобменного двухколонного аппарата путем снижения гидравлического сопротивления и разрушения уплотненного слоя транспортируемой массы.

На фиг. 1 представлен продольный разрез массообменного двухколонного аппарата; на фиг. 2 разрез по А-А; на фиг. 3 разрез по В-В.

Массообменный двухколонный аппарат состоит из U-образного корпуса 1 прямоугольного сечения, имеющего днище, изогнутое по дуге спирали. Корпус состоит из полых колонн 2, 3, снабженных загрузочным 4 и выгрузочным 5 устройствами твердой фазы, например шнекового типа, патрубков 6, 7 подачи и слива жидкости, соответственно.

Колонны корпуса снабжены крышками 8 и 9 с патрубками 10 и 11 для подключения пульсатора с источником постоянного перепада давления.

Колонна 3 снабжена клиновым рассекателем 12, установленным под выгрузочным устройством 5 твердой фазы. Рассекатель имеет угол при вершине клина меньше, чем угол естественного откоса влажной твердой фазы.

Верхняя часть колонны 3 с выгрузочным устройством делится клиновым рассекателем на два канала 13 и 14 эквивалентных сечений. Сумма площадей этих сечений не менее площади сечения колонны 3 на уровне вершины клина рассекателя 12.

Соосно с выгрузочным устройством 5 размещен ворошитель 15 твердой фазы, выполненный в виде крестовины с черпаками 16. На крестовине имеется храповый механизм 17, связанный с поплавковым устройством 18, являющимся приводом вращательного движения ворошителя.

Массообменный двухколонный аппарат работает следующим образом.

Поступающие в аппарат твердая и жидкая фазы через загрузочное устройство 4 и патрубок 6, соответственно, движутся противотоком друг к другу. На общее противоточное движение фаз в колоннах 2, 3, накладываются знакопеременные импульсы давления газа, подаваемые поочередно пульсатором с источником постоянного перепада давления через патрубки 10 и 11, расположенные на крышках 8 и 9 колонн корпуса. При этом под действием пульсирующего давления газа твердая фаза в колоннах 2 и 3 уплотняется, а движущаяся противотоком ей жидкость фильтруется сквозь слой разбухшей твердой фазы. Дифундирующие из глубины твердых частиц экстрагируемые компоненты вещества удаляются из пограничного слоя и поверхности твердой частицы потоком жидкого экстрагента и удаляются из аппарата через патрубок 7.

Накладываемое на двухфазный поток пульсирующее движение способствует постоянному обновлению поверхности контакта твердой и жидкой фаз и росту градиента концентраций в области пограничного слоя, что интенсифицирует массопередачу и повышает эффективность процесса экстрагирования.

В процессе экстрагирования твердая фаза последовательно проходит колонну 2, U-образный участок, выполненный по дуге спирали, и колонну 3.

Поскольку конструкция аппарата обеспечивает равенство масс в колоннах 2 и 3 благодаря изменению сечения аппарата по длине в зависимости от плотности обрабатываемой массы, исключается провал твердой фазы и застойные зоны. Это способствует росту эффективности процесса экстракции.

Перемещаясь под действием пульсаций давления сжатого газа, обрабатываемая твердая фаза поступает к выгрузочному устройству. При этом, установленный под выгрузочным устройством клиновый рассекатель потока делит весь поток массы на два канала эквивалентных сечений, которые в сумме не менее сечения колонны 3 на уровне острия клина рассекателя, что способствует снижению гидравлического сопротивления движению потока в несколько раз по сравнению с вариантом аналога, а исполнение рассекателя с углом клина меньшим, чем угол естественного откоса влажной массы, сводит уплотнение массы к минимуму.

Возможное уплотнение твердой массы по кромке острия рассекателя устраняется тут же при работе ворошителя.

Вследствие сообщения всей массе возвратно-поступательного движения с помощью пульсатора, подключенного к патрубкам 6, 7, масса раскачивает поплавковое устройство 18, которое посредством храпового механизма 17 толкает крестовину с черпаками 16, являющимися узлом ворошителя 15, сообщая ему вращение относительно выгрузочного устройства. При подъеме обрабатываемой массы в такт пульсации черпаки приобретают движение, разрушают образовавшееся уплотнение в зоне кромки острия клинового рассекателя, забирают часть твердой фазы и забрасывают ее в разгрузочное устройство 6, которое выводит отработанную твердую фазу из массообменного аппарата.

Жидкая фаза, фильтруясь сквозь массу твердых частиц, по закону сообщающихся сосудов выводится через штуцер 7 в колонне 2.

Таким образом, создаются условия работы массообменного аппарата при любых возможных частотах и амплитудах пульсации, позволяющих повысить производительность и эффективность аппарата.

Использование массообменного двухколонного аппарата позволит повысить производительность производств по переработке, например растительного сырья в спиртованные морсы с 2,5 3 раза, а эффективность процесса экстракции этих же производств на (30 40%), что позволит в 2 раза сократить занимаемые оборудованием производственные площади.

Использование: в пищевой, фармацевтической, химической отраслях промышленности и в производствах строительных материалов для переработки растительного сырья, гранулированного и полидисперсного материалов. Сущность: массообменный двухколонный аппарат включает V-образный корпус прямоугольного сечения с днищем в виде дуги спирали, полые колонны корпуса с загрузочным и выгрузочным устройствами твердой фазы, патрубки подачи и слива жидкой фазы и пульсатора. Аппарат имеет в колонне с выгрузочным устройством клиновой рассекатель потока, делящий полость на два канала с эквивалентными сечениями, сумма которых не менее площади сечения колонны на уровне вершины клина рассекателя, и ворошитель с поплавковым приводом от возвратно-поступательного движения потока, сообщаемого пульсатором. Кроме того, рассекатель имеет угол при вершине клина меньше угла естественного откоса влажной твердой фазы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Массообменный двухколонный аппарат, содержащий корпус прямоугольного сечения с U-образным днищем, патрубки подачи и слива жидкости, загрузочное и выгрузочное устройства твердой фазы и пульсатор, отличающийся тем, что колонна с выгрузочным устройством снабжена клиновым рассекателем, делящим полость колонны на два канала с эквивалентными сечениями, сумма которых не менее площади сечения колонны на уровне вершины клина рассекателя, и ворошителем с поплавковым приводом от возвратно-поступательного движения потока, сообщаемого пульсатором. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что рассекатель имеет угол при вершине клина меньше угла естественного откоса влажной твердой фазы.