Способ управления многоступенчатым противоточным процессом контактирования жидкости и твердого зернистого материала Советский патент 1985 года по МПК B01J47/14 G05D27/00 

Изобретение относится к способам управления массообменкыми процессами преимущественно к управлению непрерывными противоточными процессами для систем с твердыю и жидкими фаэами, и может найти применение в гидрометаллургической,химической и ,. других отраслях промьшшенности.

Известен способ управления противоточным процессом контактирования жидкого и твердого материалов путем регулирования концентрации сорбента в зависимости от концентрации извлекаемого компонента в жадкой фазе пулпы и содержания компонентов в сорбенте воздействием на вывод сорбента из аппаратов Q1 ,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ управления противоточным процессом контактирования жидкости и твердого материала в ко.нтактных ступенях путем чередования пропускания жидкости в прямом и обратном направлениях и регулирования потоков фаз в зависимости от времени контактирования, давления в рабочем объеме, состава и количества пропущенной жидкости, ,.. регулирования загрузки и выгрузки твердого материала по временной программе 1ши от уровня в разгрузочной емкости 2j ,

Однако при работе, например, в последовательном ряде ступеней, в которых твердый зернистый материал занимает только Часть объема, не обеспечивается равномерность распределения его по ступеням, и,соответственно, стабильность перемещения его через аппарат, что в свою очередь ухудшает эффективность массообменного процесса.

Цель изобретения - повьшение эффективности процесса за счет равномерности распределения и стабилизации перемещения твердого зернисто го материала по ступеням.

Поставленная цельдостигается тем что согласно способу управления многоступенчатым противоточным процес-сом контактирования жидкости и твер дого зернистого материала в контактных ступенях путём чередования пропускания жидкости в прямом и обратном направлениях и регулирования потоков фаз в зависимости от мени контактирования 5 давления в

рабочем объеме, состава и количества пропущенной жидкости, регулирования загрузки и выгрузки твердого зернистого материала по временной программе или по уровню в разгру зочной емкости, дополнительно определяют соотношение объемов порций твердого зернистого материала на входе и выходе ступеней в зависимости от которого корректируют время пропускания жидкости в обратном направлении,

Кроме .того, время пропускания жидкости в обратном направлении опрделяют из соотношения

L

гп

где ГГ| - равно 1,2 -.1,8; 1 ЗаГ КУ аН -Р гь обратного потока.

жидкости; L - физическая высота одной

ступени;

WOCT скорость осаждения гранулированного материала в жидкости; .

К -.коэффициент гидравлического сопротивления линии вы- вода твердого материала; Н - разность уровней мелэду точками вывода гранулированного материала и жидкости; - ускорение силы тяжести, Одним из важнейших условий, которое должно соблюдаться для достижения высокой эффективности процесса, является максимальная равномерность движения взаимодействующих фаз. Если равномерность дви кения жидкости по сечению потока обеспечивают за счет повьшеыия ее скорости i-ши путем использования различных типов распределителей потока, то равномерность переГЗещения твердого зернистого материала на нижележащую ступень достигают за счет задания определенной скорости обратного потока жидкости. Только вполне определенные велиг1ины скорости и времени, вычисляемзле нз предлагаемого соотношения позволяют обеспечить передвижение твердого зернистого материала на вполне определенную последующую нижележащую ступень, что обеспечива ет равномерную обработку его и оптимальное время пребывания в процессе. Если скорость потока существенн превышает рекомендуемую, то твердый материал может вообще, например вследствие мгновенного перекрытия нижележащей перфорированной решетки, не пройти в нижележащую ступень. Может возникнуть и другой случай,когда часть твердого зернистого материала проскочит сразу две три или несколько ступеней, что ухудшает равномерность отработки твердой фазы. Лишь вполне определенная скорость обратного потока позволяет обеспечить вполне определенное расширение твердого зернистого материала и переток его на нижележащую ступень, С тцественное влияние на переток твердого зернистого материала оказывает время прохождения обратного потока жидкости, так как в случае недостатка его твердый зернистый материал из вышележащей -ступени не успеет полностью перейти в нижележа щую, а при избыточном времени перемещения и рекомендуемой скорости может пройти сразу несколько ступеней, что является нежелательным. Поэтому время прохождения обратного потока жидкости должно быть величиной лимитируемой и определяться из соотношения т„ 1 - в1Woб ocНа фиг,1 показана схема реализа ции способа; на фиг,2 - временная диаграмма, Способ осуществляется следующим образом. Контактирование жидкости и твердого зернистого материала происходит в вертикальном аппарате 1, разделенном перфорированными перегородками 2 на ступени, внутрь которых Помещена насадка 3 с плотностью, меньшей плотности жидкости. Аппарат снабжен бункером 4 д загрузки твердого зернистого матери ла, патрубком 5 вьтода жидкости и трубопроводами 6-9 подачи твердого материала, ввода лидкости,вывода твердого зернистого материала. Кроме того, в аппарате имеется устройство, например,телескопического типа, позволяющее регулировать разность уровней Н между точками вывода из процесса жидкой и твердой фаз. Система управления процессом контактирования имеет блок регулирования 10,- на вход к которому подключены расходомер 11 жидкости, исполнительный механизм 12 клапана 13 подачи твердого материала, датчик 14 уровня твердого зернистого материала в бункере, исполнительньй меха низм 15 клапана 16 подачи жидкости, исполнительный механизм 17 клапана 18 выгрузки твердого зернистого материала и датчика 19 уровня, расположенного в разгрузочной емкости 20, В период фильтр-цикла жидкая фаза движется снизу вверх через гидравлически прижатые к дренам из инертной насадки 3 слои тв.ердого зернистого материала и выводится из колонны через патрубок 5, При этом клапан 16 открыт, клапаны 13 и 18 закрыты, ТГигнал датчика расходомера 1 1 поступает в блок регулирования 10, который воздействует на величину дозы твердого зернистого материала в бункере, В свою очередь блок регу- лирования 10 по сигналу датчика уровня 14 управляет подачей твердого зернистого материала из бунке- ра,воздействуя на исполнительный механизм 12 клапана 13.Каждая камера снабжена манометрами 21 контроля количестна твердого зернистого материала по камерам,сигналы которых вводятся в блок регулирования 10, Длительность фильтр-цикла задается в блок регулирования 10 в зависи мости от физико-химических свойств контактирующих фаз-. По окончании . фильтр-цикла блок .регулирования 10 подает команду исполнительным механизмам 15 и 17 на переключение клапана 15 в положение Закрыт, а клапанов 13 И; 18 - Открыт, Создается обратный поток жидкости,перемещаниций твердый зернистый материал из бункера 4 в верхнюю ступень, а из каждой вышележащей ступени в соседнюю ни жележащую, из нижней - на выход из аппарата по трубопроводу 8 через клапан 18, Скорость обратного потока жидкости определяется гидравлической характеристикой инертной насадки: ее регулируют величшюй гидростатического напора Н, устанавливаемой устройством 9. Время прохояодения обратного потока жидкости определяют в зависимое ти от физической высоты ступени, ско рости осалдцения твердого зернистого материала и скорости обратного потока жидкости из вьшеприведенного соотношеиия и вводят в блок регулирова ния 10,который дополнительно корректирует его по показаниям датчиков 14 и 19 уровня. После отработки времени прохождеиия обратного потока жидкости блок регулирования дает команду исполнительным механизмам 15 и 17 на обратное переключение клапанов в положение фильтр-цикла/клапан 16 открыт, клапаны 13 и 18 закрыты), В блок регулирования 10 дополнительно вводятся две кратковременные задержки: первая задержка в начале цикла-перемещения.на закрытие подачи жидкости для промывки трубопровода 8 и клапана 18; вторая задержка в конце цикла перемещения на открытие подачи жидкости для расслоения твердого зернистого материала и инертной насадки и прижатия последней к верхним перфорированным перегородкам в каждой секции с образованием дренаж непроницаемого для твердого зернист го материала. Длительность временных задержек определяется гидравлическим расчето Коэффициент 1,2-1,8 определяет полноту перемещений всей порции тв.е дого материала из каждой контактной камеры (ступени) в соседнюю низлежа щую камеру (ступень) . Коэффициент/гп зависит от степени разнородности твердого материала по гидравлической крупности (скорости осаждения частиц твердого материала в жидкости)/следующим образом: (JoC.vnax .7; 1,0-2,0 2,0-3,0 3,0-4, WOE,tnin hi 1,2-1,4 , 1,4-1,6 1,6-1, Блок 10 реализует программное уп равление процессом,используя апгоритм, временная диаграмма которого показана на фиг,2.Момент OQ начало очередного периода работы системы управления.Открывается клапан 16 (клапаны 13 и 18 закрыты на предьщущем цикле). В момент .j открываются клапаны 13 и 18 и через отрезок времени задержки закрываемся клапан 16, На отрезке времени - , длительностью oQg происходит перегрузкД; ионита. Эта величина задается в алгоритме управления в виде константы, так же как/Сф . Длительность /it т i задержки с/ связана с .f-Qg пропорцио нальной. зависимостью. где С| - коэффициент, зависящий от параметра Н и гидродинамических характеристик аппарата, его величина устанавливается опытным путем при настройке системы, В момент л закрываются клапаны 13 и 18 и через отрезок времени tftg открывается Клапан 16 YMOлмент о) При этом завершается полный цикл программы управления,Длительность рштервала задержки связана с пар аметром ogg коэффициентом пропорциональности С„ . : SA, оь Значение С п зависит от гидродинамических свойств инертного материала, .твердого зернистого материала и физико-химических свойств жи,цкой фазы, Длительность времени прохождения жидкой фазы настраивается исходя из условий необходимого извлечения ценного компонента из жидкости, которое предварительно рассчитывает-ся на основании кинетики процесса сорбции и окончательно подбирается в процессе эксплуатации. Длительность Т определяется по . формуле Т-«ср.о,,.,5. Т (1+СиС2)/2об Коэффициент С из1-)еняется в диапазоне 0,2-0,4, а коэффициент С„ в диапазоне 0,3-0,6, Общая длительность цикла программы управления составляет 1 1,,}1 Т - ср ,V 5 Г рБ Внедрение предлагаемого способа управления на крупнотоннажных производствах по сорбционному извлечению денных компонентов из Ьедных растворов приведет к повышению степени извлечения на 3% за счет более строгого поддержания технологического режима и большой надежности регулирования.

Фи2.1

1.СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫМ ПРОТИВОТОЧНЫМ ПРОЦЕССОМ КОНТАКТИРОВАНИЯ ЙСВДКОСТИ И ТВЕРДОГО ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА в контактных ступенях путем чередования пропуска-. ния жидкости в прямом и обратном направлениях и регулирования потоков фаз в зависимости от времени контактирования, давления в рабочем объеме, состава и количества пропущенной жидкости, регулирования загрузки и выгрузки твердого зернистого материала по временной программе или по уровню в разгрузочной емкости, отличающийсй тем, что, с целью повьшения эффективности процесса за счет равномер кости распределения твердого зернис того материала и стабилизации пере- :мещения его по ступеням, дополнительно определяют соотношение объемов порций твердого зернистого материала на входе и выходе ступеней,в зависимости от которого корректируют время пропускания жидкости в обратном направлении, 2. Способ по п,1, отличающийся тем, что время пропускания жидкости в обратном направлении определяют из соотношения ОБ «06 0 где Т - время пропускания обратОБ ного потока жидкости; (Л - физическая высота одной ступени; /Wog- скорость осаждения грану-, лированного материала в жидкости; tiiJog-k-JStfir- скорость обратного потока жидкости; К - коэффициент гидравлическоСАЭ го сопротивления линии вывода гранулированного мате ;о ел . риала; Н - разность уровней между точками вывода жидкости и гранулированного материала; - ускорение силы .тяжести, ; т равно 1,2-Г,Й;