Экстрактор для системы твердое тело-жидкость Советский патент 1983 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к экстрагированию в системе твердое тело - жидкость и может найти применение в области массообменных процессов. Преимущественно изобретение предназначено для извлечения исполнителей и порообразователей из зерненных полимерных материалов. Известен горизонтальный секционированный экстрактор с устройствами для перегрузки твердого материала из одной секции в другую, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с установленным вдоль его оси перемещивающим щнеком, на валу щнека установлены ковши, которые служат для перегрузки твердой фазы в последующую секцию 1, Недостатком известного аппарата является низкая эффективность вследствие значительного продольного перемешивания по жидкой фазе, так как при перегрузке твердых частиц из секции в секцию вместе с массой твердых частиц перемещается макрокапиллярная влага, находящаяся между твердыми частицами, что приводит к увеличению продольного перемешивания по жидкой фазе и выравниванию концентраций в секциях. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является противоточный непрерывный экстрактор, содержащий цилиндрический корпус, разделенный вертикальными перегородками на секции, и соосно установленный корпусу горизонтальный вал, на котором закреплены перемешивающие устройства в виде мещалки или крестовинообразного элемента и перегрузочные устройства в виде лопатки или ковща, транспортирующий щнек. Каждая секция аппарата имеет зону сметения твердой и жидкой фаз и дренажную зов которой расположено средство для отделения жидкой фазы от твердой. Выходное отверстие отделительного устройства имеет упругую крыщку с пружиной 2.. Недостатком известного экстрактора является низкая эффективность процесса вследствие наличия продольного перемешивания по жидкой фазе, так как при перегрузке твердых частиц (гранул) из секции в секцию вместе с массой твердых частиц перемещается микрокапиллярная влага, находящаяся в массе твердых частиц, что приводит к увеличению продольного перемешивания по жидкой фазе, выравниванию концентраций в секциях и снижению эффективности процесса. Целью изобретения является повышение эффективности процесса экстракции за счет снижения продольного перемешивания путем удаления микрокапиллярной влаги и увеличение движущей силы процесса, а также снижение габаритов аппарата. Указанная цель достигается тем, что экстрактор, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус, разделенный на секции вертикальными перегородками с перегрузочными окнами, соосно установленный корпусу горизонтальный вал, на котором закреплены перемешивающие устройства и перегрузочные перфорированные ковши, снабжен упругими элементами с прорезями на торцевой поверхности, установленными в каждой секции на валу, каждый из которых соединен с перегрузочным ковшом, и стержнями, укрепленными на поверхности вертикальных перегородок по дуге окружности, диаметр которой меньше-длины упругого элемента. Кроме того, стержни установлены в перегородках с возможностью вращения. Благодаря этому достигается преобразование кинетической энергии, аккумулируемой в упругом элементе во время его изгиба, в потенциальную энергию в момент удара упругого элемента о стержень. Потенциальная энергия, передаваемая массе твердых частиц, превышает силы адгезии, удерживающие макрокапиллярную влагу на поверхности гранул, в результате чего при встряхивании частиц происходит отделение микрокапиллярной влаги от твердых частиц, что в свою очередь снижает продольное перемешивание по жидкой фазе, увеличивает движущую силу процесса и в итоге приводит к увеличению эффективности процесса и снижению габаритов аппарата за счет уменьшения числа ступеней контакта фаз. На фиг. 1 изображена одна секция экстрактора, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схе.ма движения угпг.того элемента с ковшом. Экстрактор состоит из цилиндрического корпуса , разделенного на поспедовательно расположенные секции 2 с помощью вертикальных перегородок 3, в которых выполйены отверстия 4 для перелива жидкой фазы на секции в секцию и укреплен бункер 5 с наклонным лотком 6 для перегрузки твердых частиц из одной секции в другую. По оси корпуса проходит горизонтальный вал 7, на котором крепятся упругие элементы 8 с ковшами 9, В торцовых поверхностях упругих элементов выполнены торцовые прорези 10. Б корпусе аппарата для усиления эффекта встряхивания может быть установлена вспомогательная перегородка 11 параллельно вертикальной перегородке. В этом случае торцовые прорези в упругом элементе выполнены с двух сторон. В перегородках 3 и 11 крепятся стержни 12, которые в целях уменьшения их трения о упругие элементы имеют возможность вращения. Отверстия для крепления стержней в радиальном направлении выполнены на различном расстоянии относительно прорезей упругого элемента, что создает возможность изменять величину его деформации. Число изгибов элемента за один оборот вала можно регулировать как количеством стержней, установленных по дуге окружности, так и шагом установки. Концентрично с корпусом аппарата расположен дренажно-перегрузочный канал 13, отделенный от контактной зоны секции перегородкой 14. Ковш 9 и перегородка 14 выполнены перфорированными для обеспечения стока части макрокапиллярной влаги из массы твердых частиц обратно в контактную зону этой же секции. Аппарат в каждой секции имеет одну или несколько перемешивающих лопастей 15, равномерно расположенных по окружности. Экстрактор работает следующим образом. Твердый материал непрерывно подается через загрузочное отверстие в корпусе 1 Б первую секцию 2 аппарата и под собственным весом погружается в жидкую фазу. В нижней части секции под действием перемешивающих лопастей 15, которые приводятся во вращение с помощью вала 7, происходит интенсивный контакт фаз. Часть твердых частиц подхватывается снизу ковщом 9 и поступает в дренажно-перегрузочный канал 13, где постепенно поднимается выще уровня жидкости в секции. При этом происходит свободный сток части макрокапиллярной влаги из массы твердых частиц через периферию ковша и перегородку обратно в контактную зону секции экстрактора. При движении ковща вверх упругий элемент 8 упирается в стержень 12, в результате чего при дальнейшем вращении вала происходит поперечный изгиб элемента, который продолжается до момента входа стержня в прорезь 10. При этом упругий элемент резко выпрямляется и ударяется о последующий стержень, расположенный по ходу вращения вала. Далее цикл и выпрямления упругого элемента повторяется снова. Для усиления эффекта встряхивания стержни на дополнительной перегородке 11 располагаются по окружности, диаметр которой равен таковому диаметру на перегородке 3. Более полное удаление макрокапиллярной влаги достигается благодаря использованию кинетической и потенциальной энергий, возникающих при изгибе упругого элемента и его последующем ударе о стержень, превышающих силы адгезии, которые удерживают макрокапиллярную влагу на поверхности твердых частиц. В верхнем положении ковша твердые частицы выгружаются под собственным весом в бункер 5 и по наклонному лотку 6 поступают в следующую секцию по ходу движения твердой фазы. При дальнейшем вращении вала ковщ опускается вниз, захватывает очередную порцию твердых частиц из контактной зоны, после чего цикл дренажа жидкости, встряхивания и перегрузки частиц повторяется. В следующей секции экстрактора происходит повторная операция контактирования твердой и жидкой фаз, отделения жидкости от твердых частиц и перегрузки их в последующую секцию. Пройдя соответствующую обработку в последней секции проэкстраги; -анные и отделенные от жидкости твердые частицы выводятся из аппарата. Жидкий экстрагент подается в последнюю секцию аппарата, перетекает противотоком к твердому материалу из одной секции в другую через отверстия 4 в перегородках 3 и выводится из первой секции аппарата. Время пребывания твердых частиц в экстракторе и скорость их перемещения из сеции в секцию может регулироваться путем изменения чис.аа оборотов вала с перегрузочным ковщом. В таблице приведены сравнительные характеристики работы предлагаемого и известного экстракторов.

1. ЭКСТРАКТОР ДЛЯ СИСТЕМЫ ТВЕРДОЕ ТЕЛО - ЖИДКОСТЬ, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус, разделенный на секции вертикальными перегородками с перегрузочными окнами, соосно установленный с корпусом горизонтальный вал, на котором закреплены перемешивающие лопасти и перегрузочные перфорированные ковши, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности экстракции за счет снижения продольного перемешивания и удаления макрокапиллярной влаги, он снабжен упругими элементами с прорезями на торцовой поверхности, установленными в каждой секции на валу, каждый из которых соединен с перегрузочным ковшом, и стержнями, укрепленными на поверхности вертикальных перегородок по дуге окружности, диаметр которой меньше длины упругого элемента. 2. Экстрактор по п. I, отличающийся тем, что стержни в перегородках установлены с возможностью вращения. (Л у gj 6 3 / I С71 00 ел

Из таблицы видно, «то количество макрокапиллярной влаги, перегружаемой из секции в секцию вместе с твердой фазой, до использования предложения составляло 40

50 мае. % (от веса твердой фазы). В результате использования изобретения количество макрокапиллярной влаги в массе твердых частиц снизилось на 15-20%, что

привело к увеличению движущей силы процесса, снижению коэффициента продольного перемешивания от 4,27-10 до 2,7310 м2/с, сокращению длительности процесса на 10-12% и повышению в итоге производительности экстрактора.

Предлагаемый экстрактор является противоточным непрерывно действующим ап/

/3.

/2

.Z

паратом. Он позволяет интенсифицировать процесс массообмена за счет снижения продольного перемешивания и увеличения движущей силы процесса благодаря использованию эффекта встряхивания частиц, возникающего в момент перехода кинетической энергии изогнутого упругого элемента в потенциальную энергию при его резком выпрямлении и ударе о стержень.