УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОТИВОТОЧНОГО КОНТАКТИРОВАНИЯ ЖИДКОЙ И ЗЕРНИСТОЙ ФАЗ Российский патент 2005 года по МПК B01D15/00 B01J47/02 

Изобретение относится к аппаратам для осуществления противоточного массобмена между жидкой и зернистой фазами и может быть использовано в химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат для противоточного контактирования твердой и жидкой фаз (а.с. СССР №701657, МКИ В 01 D 15/00, B 01 J 1/20).

Недостатками данного аппарата является сложность конструкции, большая металлоемкость, затрудненное обслуживание узлов в процессе эксплуатации, неполное использование общего объема аппарата в процессе массообмена жидкой и зернистой фаз из-за осушения слоя зернистой фазы в верхних зонах аппарата, которое к тому же затрудняет транспорт зернистой фазы внутри аппарата.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для противоточного контактирования жидкой и твердой зернистой фаз, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, в нижней части которого размещен дренажный узел с обтекателем, над которым установлена центральная труба с бункером для загрузки зернистой фазы, расположенным выше уровня зернистой фазы в кольцевой зоне корпуса, образованной корпусом и центральной трубой, а также патрубки ввода и вывода жидкой и зернистой фаз (а.с. СССР №273165, МКИ В 01 D 53/08).

Недостатками данного устройства являются низкие гидродинамические и массообменные показатели вследствие того, что данная конструкция не позволяет поддерживать уровень жидкой фазы в центральной трубе выше уровня жидкой и зернистой фаз в кольцевой зоне, что затрудняет продвижение зернистой фазы не только в аппарате, но и при ее выгрузке из него, не позволяет обеспечивать противоточное контактирование жидкой и зернистой фаз в центральной трубе. Кроме того, невозможно совмещать в одном аппарате несколько массобменных процессов.

Технический результат - улучшение гидродинамических характеристик устройства, более полное использование общего объема аппарата в противоточном контактировании, возможность совмещения в одном аппарате нескольких противоточных процессов.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для противоточного контактирования жидкой и зернистой фаз, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, в нижней части которого размещен дренажный узел с обтекателем потоков, центральную трубу, установленную в корпусе, которая в верхней части соединена с бункером для загрузки зернистой фазы, расположенным выше уровня отработанной зернистой фазы в кольцевой зоне аппарата, образованной его корпусом и центральной трубой, патрубки вывода жидкой и зернистой фаз. Верх цилиндрического корпуса аппарата герметично соединен с бункером центральной трубы, а в верхней части кольцевой зоны дополнительно установлен распределитель зернистой и жидкой фаз, выполненный в виде перевернутого усеченного конуса, герметично прикрепленного большим основанием к цилиндрическому корпусу и образующим кольцевой зазор с центральной трубой, который равен или больше диаметра патрубка вывода отработанной зернистой фазы, а с наружной стороны корпуса на уровне распределителя расположены патрубок непрерывного ввода в зону распределителя исходной жидкой фазы и патрубок периодического вывода отработанной зернистой фазы через запорное устройство, а в верхней части бункера выше уровня зернистой фазы дополнительно установлен патрубок с дренажным устройством для слива жидкой фазы, поступающей из центральной трубы и бункера и патрубок тангенциального ввода исходной зернистой фазы.

Новые конструкторские решения обеспечивают более надежное, равномерное и быстрое передвижение зернистой фазы в аппарате за счет поддержания уровня жидкой фазы в цилиндрической трубе с бункером выше уровня жидкой фазы в кольцевой зоне и зернистой фазы в бункере, что позволит существенно снизить потери на трение, а также более полно использовать общий объем аппарата путем вовлечения в противоточный массообмен объем зернистой фазы в центральной трубе с бункером.

Дополнительно установлена подвижная труба в верхней части бункера для ввода жидкой фазы в центральную трубу, что позволяет проводить в одном аппарате несколько противоточных процессов, например отмывка-сорбция-десорбция. Кроме того, выше распределителя установлена воздушная труба на внешней стороне корпуса, оснащенная запорным устройством, которое расположено выше уровня верха бункера. Она необходима для соединения герметичной кольцевой зоны с атмосферой в случае попадания в кольцевую зону газов.

Патрубок слива жидкой фазы из центральной трубы расположен на бункере выше уровня вывода отработанной зернистой фазы из кольцевого зазора распределителя на величину, определяемую гидродинамическим сопротивлением скорости движения жидкой и зернистой фаз в центральной трубе и кольцевой зоне аппарата.

На чертеже изображено данное устройство.

Оно состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с днищем 2, в нижней части которого расположен дренажный узел 3 с обтекателем потоков 4 и патрубком 5 вывода отработанной жидкой фазы, центральной трубы 6, переходящей в бункер 7, который герметично соединен с корпусом 1 и оснащен в верхней части патрубком с дренажом 8 для слива жидкой фазы, и патрубком 9 тангенциального ввода исходной зернистой фазы, распределителя 10 зернистой и жидкой фаз, приваренного в верхней части кольцевой зоны к цилиндрическому корпусу 1, с наружной стороны которого на уровне распределителя 10 приварены патрубок 11 ввода исходной жидкой фазы, патрубок 12 вывода отработанной зернистой фазы, оснащенный запорным устройством 13, а выше распределителя 10 установлена воздушная труба 14 с запорным устройством 15, которое расположено выше уровня верха бункера 7. Для ввода дополнительной жидкой фазы аппарат оснащен трубой 17, которая может перемещаться по высоте в центральной трубе 6.

Из описания конструкции устройства видно, что оно состоит из трех реакционных зон: загрузочно-отмывочной "А", расположенной в бункере 7, центральной "Б", находящейся в центральной трубе 6, и кольцевой "В", расположенной между цилиндрическим корпусом 1 и центральной трубой 6, и одной герметичной разгрузочной камеры "Г", расположенной над зоной "В" и ограниченной снизу распределителем 10 и сверху - днищем бункера 7.

Все реакционные зоны гидравлически соединены между собой.

Аппарат работает следующим образом.

В период фильтр-цикла запорные устройства 13 и 15 закрыты. Запорное устройство 15 на воздушной трубе 14 приоткрывается только в момент вытеснения газа из разгрузочной камеры "Г". Кольцевая "В" и центральная "Б" зоны полностью загружены плотным слоем зернистой фазы и загрузочно-отмывочная зона "А" - частично. Все зоны "А", "Б", "В" и разгрузочная камера "Г" полностью заполнены жидкой фазой.

Исходная жидкая фаза насосом-дозатором непрерывно через патрубок 11 нагнетается в разгрузочную камеру "Г", где она равномерно распределяется и перетекает через кольцевой зазор 16 распределителя 10 в кольцевую зону "В". Отработанная жидкая фаза, пройдя через плотный слой зернистой фазы в кольцевой зоне "В" сверху вниз, частично выводится из аппарата через дренажный узел 3 и патрубок 5 насосом-дозатором, а остальная часть направляется в центральную зону "Б". Сливная жидкая фаза, пройдя через плотные слои зернистой фазы в центральной "Б" и загрузочно-отмывочной "А" зонах снизу вверх, самотеком выводится из бункера 7 через патрубок с дренажом 8.

В случае проведения в одном аппарате нескольких противоточных процессов (отмывки, сорбции, десорбции) для обработки зернистой фазы в центральной зоне "Б" другой жидкой фазой почти весь поток отработанной жидкой фазы выводится из патрубка 5 насосом-дозатором. Дальнейшее противоточное контактирование зернистой фазы с жидкой фазой в центральной "Б" и загрузочно-отмывочной "А" зонах осуществляется путем нагнетания другой жидкой фазы насосом- дозатором по трубе 17 в центральную зону "Б" и вывода сливной жидкой фазы из аппарата через патрубок с дренажом 8.

В течение этого же цикла исходная зернистая фаза гидравлически транспортируется сливной жидкой фазой через тангенциально установленный патрубок 9 на бункере 7 в загрузочно-отмывочную зону "А". Под действием центробежных сил исходная зернистая фаза равномерно распределяется по сечению зоны "А", а излишек транспортной сливной жидкой фазы выводится через патрубок с дренажом 8. В этой же зоне исходная зернистая фаза сначала противоточно контактирует с жидкой фазой, поступающей из центральной зоны "Б" во взвешенно-осадительном режиме, а затем - в плотном слое.

После отработки очередной порции зернистой фазы в верхней части кольцевой зоны "В" производится открытие запорного устройства 13, установленного на патрубке 12. В этот момент под действием гидродинамических сил и кинетической энергии потока в распределителе 10 происходит равномерное и плавное перемещение плотного слоя зернистой фазы в загрузочно-отмывочной "А" и центральной "Б" зонах сверху вниз, а в кольцевой зоне "В" снизу вверх. Пройдя кольцевой зазор 16, отработанная зернистая фаза вместе с частью жидкой фазы выводится из разгрузочной камеры "Г" через патрубок 12 и запорное устройство 13 на операцию обезвоживания.

По окончании разгрузки отработанной зернистой фазы запорное устройство 13 закрывается, возобновляется фильтр-цикл.

Изобретение может быть использовано в химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, в нижней части которого размещен дренажный узел с обтекателем потоков, центральную трубу, которая в верхней части снабжена бункером для загрузки зернистой фазы. Верх цилиндрического корпуса соединен с бункером центральной трубы герметично, а в верхней части кольцевой зоны, образованной корпусом и центральной трубой, дополнительно установлен распределитель зернистой и жидкой фаз, выполненный в виде перевернутого усеченного конуса и образующий кольцевой зазор с центральной трубой. Патрубок вывода отработанной зернистой фазы оснащен запорным устройством, а в верхней части бункера выше уровня зернистой фазы дополнительно установлен патрубок с дренажом для слива жидкой фазы, поступающей из центральной трубы и бункера, и патрубок тангенциального ввода исходной зернистой фазы. Кольцевой зазор между распределителем и центральной трубой равен или больше диаметра патрубка вывода отработанной зернистой фазы. Изобретение обеспечивает улучшение гидродинамических характеристик устройства, более полное использование общего объема аппарата в противоточном контактировании, возможность совмещения в одном аппарате нескольких противоточных процессов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для противоточного контактирования жидкой и зернистой фаз, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, в нижней части которого размещен дренажный узел с обтекателем потоков, центральную трубу, установленную в корпусе, которая в верхней части снабжена бункером для загрузки зернистой фазы, расположенным выше уровня зернистой фазы в кольцевой зоне, образованной корпусом и центральной трубой, патрубки ввода и вывода жидкой и зернистой фаз, отличающееся тем, что верх цилиндрического корпуса соединен с бункером центральной трубы герметично, а в верхней части кольцевой зоны дополнительно установлен распределитель зернистой и жидкой фаз, выполненный в виде перевернутого усеченного конуса, герметично прикрепленного большим основанием к цилиндрическому корпусу и образующим кольцевой зазор с центральной трубой, а с наружной стороны корпуса на уровне распределителя расположены патрубки ввода исходной жидкой и вывода отработанной зернистой фаз, причем патрубок вывода отработанной зернистой фазы оснащен запорным устройством, а в верхней части бункера выше уровня зернистой фазы дополнительно установлен патрубок с дренажом для слива жидкой фазы, поступающей из центральной трубы и бункера, и патрубок тангенциального ввода исходной зернистой фазы.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой зазор между распределителем и центральной трубой равен или больше диаметра патрубка вывода отработанной зернистой фазы.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхней части бункера дополнительно установлена труба для ввода жидкой фазы с возможностью ее перемещения по высоте корпуса, причем низ этой трубы расположен в слое зернистой фазы центральной трубы.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выше распределителя потоков с внешней стороны корпуса установлена воздушная труба, которая оснащена запорным устройством, расположенным выше бункера.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок слива жидкой фазы из центральной трубы расположен на бункере выше уровня вывода отработанной зернистой фазы из кольцевого зазора распределителя на величину, определяемую гидродинамическим сопротивлением скорости движения жидкой и зернистой фаз в центральной трубе и кольцевой зоне корпуса.