ПУЛЬСАТОР Российский патент 1998 года по МПК B01D11/00 

Изобретение относится к устройствам для создания пульсирующего движения фаз в аппаратах химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, интенсифицирующих массообменные процессы.

Известен пульсатор [1] имеющий цилиндрический корпус, патрубки пульсации, подачи и стравливания, ротор, выполненный в виде полого цилиндра, снабженного перегородкой, на цилиндрической поверхности ротора выполнены прорези, на внутренней поверхности ротора пазы, пересекающие прорези каждой камеры ротора, причем пазы размещены диаметрально противоположно. Такая конструкция позволяет генерировать только знакопеременные равновеликие пульсации давления, изменяющиеся по синусоидальному закону, которые не могут интенсифицировать массопередачу процесса экстракции в высококонцентрированных дисперсных системах, поскольку при высокой концентрации твердой фазы гидравлическое сопротивление слоя твердой фазы настолько велико, что относительное движение твердой и жидкой фаз становится невозможным.

Близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пульсатор [2] состоящий из цилиндрического корпуса с патрубками подачи и стравливания, ротора в виде полого цилиндра с прорезями на боковой поверхности, расположенного коаксиально корпусу, разделенного на камеры перегородкой с каналом внутри.

Недостатком этой конструкции является то, что в пульсационном патрубке не могут быть генерированы изменяющиеся по закону импульсной функции колебания давления, которые способствуют формированию сложного прямоточного движения твердой и жидкой фаз с последующей фильтрацией жидкой фазы. Отсутствие возможности сочетания этих форм относительного движения фаз снижает эффективность массопередачи в высококонцентрированных полидисперсных системах.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности массопередачи в высококонцентрированных полидисперсных системах путем генерирования в них периодически возникающих колебаний давления, изменяющихся по закону импульсной функции.

На фиг.1 изображен пульсатор, продольный разрез, на фиг.2 разрез A-A на фиг. 1, на фиг.3 разрез B-B на фиг.1, на фиг.4 график зависимости изменения давления в пульсационном патрубке от угла поворота α ротора.

Пульсатор содержит цилиндрический корпус 1 с патрубком пульсации 2, патрубком подачи давления 3, патрубком стравливания 4, имеющих сечение в виде щелей, длинная сторона которых параллельна образующей корпуса, крышки 5 и 6. Оси симметрии патрубков 2,3,4 размещены в одной плоскости.

Внутри корпуса размещен ротор 16, разделенный перегородкой 7, которая установлена перпендикулярно образующей ротора 16. В перегородке выполнен канал 8, связывающий патрубок 2 пульсации посредством отверстий 9 и 10, камер 11, 12 через прорези 13 и 14 на внутренних поверхностях камер с патрубком 3 подачи давления и патрубком 4 стравливания соответственно.

Прорезь 13 имеет длину a радиан, а прорезь 14 длину 2π-α радиан, причем отношение Ротор 16 закреплен на валу 15.

Пульсатор работает следующим образом. При вращении вала 15 и ротора 16 патрубок подачи 3 давления соединяется с нагнетательным патрубком источника постоянного перепада давления. Посредством прорези 13 камеры 11 энергия давления через отверстие 9 в стеках канала 8 перегородки 7 поступает в патрубок 2 пульсации, связанный с рабочим объемом технологического U-образного аппарата, заполненного высококонцентрированной полидисперсной массой.

Время нарастания импульса энергии давления от нуля до максимального значения определяется угловой длиной щели патрубка 3. Чем меньше эта угловая длина, тем ближе закон нарастания давления к импульсной функции.

При полном совмещении щели патрубка 3 импульс давления достигает своего максимального значения и становится равным величине давления в напорном патрубке источника постоянного перепада давления и сохраняется таким при перемещении ротора 16 на a радиан.

В технологическом аппарате при этом под действием импульса энергии столб полидисперсной массы, представляющий собой высококонцентрированную суспензию, приобретает подвижность за счет разрушения плотного слоя и перемещается на величину объема, заполненного газом или жидкостью, поступающими от источника постоянного перепада давления. При этом твердая и жидкая фазы суспензии движутся прямотоком.

При дальнейшем вращении ротора происходит совмещение прорези 14 с патрубком 4, а камера 11 отключается от патрубка 3. Патрубок 2 соединяется посредством канала 8 через отверстие 10, камеру 12 с патрубком 4 стравливания, давление в пульсационном патрубке 2 падает от максимального значения до нуля так же быстро, как и нарастает в начале работы пульсатора, поскольку угловая длина щели патрубка 4 значительно меньше 2π-α радиан.

После стравливания давления в технологическом U-образном аппарате снимается усилие со столба полидисперсной массы и движение плотно упакованной твердой фазы прекращается, так как разности столбов масс в U-образном аппарате не достаточно, чтобы их привести в подвижное состояние. В исходное состояние возвращается только жидкая фаза за счет фильтрации сквозь слой твердой фазы. Это происходит в течение времени перемещения ротора 16 на угловое расстояние 2π-α радиан. Так как процесс фильтрации протекает значительно медленнее, чем принудительное прямоточное движение твердой и жидкой фаз, то для обеспечения эффективности массообмена и непрерывности работы аппарата необходимо, чтобы между перемещением ротора на a радиан и 2π-α радиан существовало соотношение величина которого зависит от фильтрационных свойств полидисперсной системы.

При дальнейшем вращении ротора 16 цикл повторяется и импульсный характер подачи энергии обеспечивает в аппарате, в целом, непрерывное движение твердой и жидкой фаз относительно друг друга, повышающее эффективность массообменного процесса.

Использование: в химической, нефтехимической, и других отраслях промышленности для интенсификации массообменных процессов. Задача: повышение эффективности массопередачи в высококонцентрированных полидисперсных системах путем генерирования в них периодически возникающих колебаний давления, изменяющихся по закону импульсной фракции. Сущность: пульсатор включает цилиндрический корпус с патрубками пульсации, подачи и стравливания, ротор в виде полого цилиндра с прорезями на боковой поверхности, расположенный коаксиально корпусу, разделенный на камеры перегородкой с каналом внутри, причем перегородка установлена перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности ротора, в противоположных стенках канала выполнены отверстия, а прорези на внутренних поверхностях камер ротора имеют угловую длину α и 2π-α радиан, причем . Оси симметрии патрубков пульсации, подачи и стравливания размещены в одной плоскости, а сечения патрубков имеют форму щелей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пульсатор, включающий цилиндрический корпус с патрубками пульсации, подачи и стравливания, ротор в виде полого цилиндра с прорезями на боковой поверхности, расположенный коаксиально корпусу, разделенный на камеры перегородкой с каналом внутри, отличающийся тем, что перегородка установлена перпендикулярно образующей цилиндрической поверхности ротора, в противоположных стенках канала выполнены отверстия, а прорези на внутренних поверхностях камер ротора имеют угловую длину α и 2π-α рад, причем
2. Пульсатор по п.1, отличающийся тем, что оси симметрии патрубков пульсации подачи и стравливания размещены в одной плоскости, а сечения патрубков имеют форму щелей.