Устройство для резонансных колебаний жидкофазных систем Советский патент 1993 года по МПК B01F11/04 

(Л

С

В вертикальной емкости с реакционной и пульсационной зонами, упругими элементами, размещенными равномерно по высоте емкости, штуцерами ввода и вывода исходных компонентов и готовых продуктов, генератором пульсаций, соединенным с ее верхней частью, установлены отделяющая пуль- сационную зону от реакционной упругая перегородка и запорный клапан под ней. В результате работы устройства обеспечивается устойчивый резонансный режим колебаний жидкостного столба. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов в систе-v мах жидкость-жидкость и жидкость- твердое и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, микробиологической и других промыш- ленностях для экстракции, перемешивания, выщелачивания и растворения.

Известно устройство для резонансных колебаний жидкофазных систем 1, имеющее вертикальную емкость с размещенными .в ее полости реакционной зоной и состоящей из нижней жидкостной и верхней газовой пульсационной зоной и резонатора в виде двух эксцентрично расположенных тороидальных упругих элементов, размещенных вверху и внизу реакционной зоны, генератора пульсаций, подсоединенного к нижней жидкостной пульсационной зоне. Одна ко работа такого устройства сопровож- дается захватом газа в реакционную зону из верхней сообщающейся с ней газовой пульсационной зоны, что при- ;водит к срыву с резонансного режима и неустойчивой работе устройства. ; Эксцентричное расположение двух тороидальных элементов в верхней и нижней частях реакционной зоны хотя и способствует возникновению циркуляции жидкости в ней, что приводит к повышению эффективности устройства, однако такая их компоновка не позволяет рассредоточить колеблющуюся массу, что ведет к повышенным динамическим нагрузкам на фундамент и создает , ограничения по амплитудам резонансных колебаний.

Известно устройство для резонансных колебаний жидкофазных систем 2,

00

СА) 01 -N XJ

содержащее вертикальную емкость с размещенными в ее полости реакционной и пульсационной зонами, генератора Пульсаций и резонатора в виде заполненных газом пробирок, образующих насадку в реакционной; зоне. Конструкция упругих элементов в виде газовых полостей, образующихся в пробирках насадочного слоя, не обеспечивает устойчивого резонансного режима, поскольку возможен выброс газа из них, опасность которого возрастает в условиях резонансного режима по мере увеличения амплитуды колебаний. Помимо этого, насадочный слой имеет достаточно большое сопротивление, что сни- жает амплитуду резонансных колебаний и эффективность работы устройства.

Известно также устройство для резонансных колебаний жидкофазных систем Д , содержащее вертикальную емкость с размещенными в ее полости реакционной и пульсационной зонами и резонатором в виде упругого элемента в нижней части реакционной зоны. В : процессе работы этого устройства из пульсационной зоны, функции которой выполняет свободный газовый слой над жидкофазной смесью, в последнюю происходит активный захват газа в виде пузырей которые опускаются вниз и дрейфуют около резонатора. С. увеличением амплитуды колебаний захват газа, возрастает. Это приводит к изменению собственной частоты колебаний системы за-счёт снижения в газожидкостной смеси скорости звука на 1-2 порядка и, как следствие, к срыву его работы с резонансного режима, и по этой причине невозможности его работы на больших амплитудах колебаний. Размещение резонатора в нижней части приводит к повышенным нагрузкам на фундамент, воспринимающим все ее перепады в колеблющейся массе, что еще в большей степени снижает надежность работы устройства и не позволяет обеспечивать его эффективную работу.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и его эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в вертикальной емкости с реакционной и пульсационной зонами, резонатором, /штуцерами для ввода и вывода исходных компонентов и готовых, продуктов, генератором пульсаций, соединенным с ее верхней Чсэстыо, у с

5

0

5

0

5

0

тановлены отделяющая пульсационную зону от реакционной упругая перегородка и запорный клапан под ней, а резонатор выполнен в виде равномерно размещенных по высоте упругих элемён-: тов. ; . .. . . : - ... :

При размещении в вертикальной емкости упругой перегородки, отделяющей пульсационную зону от реакционной, исключается захват газа в последнюю из пульсационной зоны, а так-: же и из ее верхней зоны путем отвода- таза с помощью запорного клапана, установленного, под упругой перегородкой. Благодаря возможности .полного заполнения полости .реакционной . жидкофазной смесью и исключения захвата газа из пульсационной зоны создаются условия для работы устройства в устойчивом резонансном режиме и без ограничения величины амплитуды колебаний жидкофазной смеси, что обеспечивает повышение надежности работы устройства и его эффективности..

При распределении упругих элементов с равномерным шагом t по высоте реакционной зоны в процессе работы устройства в плоскостях их размеще- . ния образуются пучности скорости звуковой в олны в жидкости, в результате чего колеблющаяся массЈ жидкости в реакционной зоне разбивается на области между соседними упругими ментами, причем колебания в каждых . двух соседних зонах происходят в лро- тивофазе Для полного уравновешива- i ния колеблющихся масс число таких областей должно быть четным.

Шаг размещения упругих элементов по высоте задается соотношением

Н

где п - число упругих элементов (п - 2, 4, 6, ,..);;: Н - высота реакционной зоны, м-, а объем газа в резонаторах определяется как v : - :;

. 16-fTp Н f2 : -.: ;.-..-. ,- .. ::.;;

где РО - давление в аппарате, Па; П - диаметр аппарата, м; плотность жидкости, кг/м3; f - частота колебаний, .Гц. В результате при одной и той же . амплитуде колебаний динамическая нагрузка на фундамент обратно пропОрциональна количеству упругих элемен- тов. Благодаря этому повышается надежность работы устройства, что дела- ет его легкодоступным в эксплуатации | и исключает необходимость в его размещении на мощных фундаментах, снижает негативные явления от вибрации на человека и окружающую среду.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, используемого в качестве экстрактора.

Устройство содержит вертикальную емкость 1. с упругой перегородкой 2, отделяющей пульсационную зону 3 от реакционной , запорного клапана 5, размещенного под упругой перегородкой 2, упругих элементов 6, равномерно размещенных по высоте реакционной зоны k с шагом t, штуцеров 7-Ю для ввода и вывода жйдкофазной смеси, генератор колебаний 11.

Устройство работает следующим образом. Реакционную зону А вертикальной емкости 1 заполняют жйдкофазной тяжелой смесью при открытом запорном клапане5, через который сбрасывается вытесняемый ею воздух. После полного заполнения реакционной камеры тяжелой фазой ее подача прекращается и запорный клапан 5 зёкрывается. Затем включают генератор колебаний, устанавливают необходимую частоту зонансных колебаний жидкостного стол10

щаяся масса; жидНофазной сред отачйтвает я;, чҐо сни ку на фуйлакЦ т;/ д;::. :: :- ;:: ;

Пример конкретного вы При растворении в ли в вертикальной ёмкост О,4 ми высотой 7,0 м эф лебательное воздействие 0,035 м/с в резонансно стигается при частоте f амплитуде вынужденных ко костного столба А 0,65 .делении реакционной каме 15 ционной с помощью упруго перегородки, установленн 6,5 м, и размещении 6 уп тов, например, в виде за зом торов объемом Vr 1 и воздействии генераторо через верхнюю газовую по ционной зоны (камеры), п устойчивый резонансный р даря чему возрастает коэ сопереноса в полтора раз

20

25

30

.нагрузка на фундамент и онные потери в семь раз.

I : -. Таким образом, предла ние позволяет обеспечить резонансный режим, повыси ность работы устройства тивность, снизить нагруз мент более, чем в-полтора

40

ба и подают легкую и тяжелую фазы через патрубки 7 и 8 и отводят их че- Ф о р м у л а и з о б р рез патрубки 9 и 10. На фиг.2 изображены варианты выполнения упругих элементой . Предпочтительным является упругий элемент по фиг.2г, так как в этом случае создается дополнительная осевая крутка жидкости в реакционной зоне. ; --;. ; -- .. . .. . :;

При отсутствии захвата газа в реакционную зону собственная частота колебаний жидкостного столба сохраня- ется постоянной и резонансный режим. колебаний имеет устойчивый характер, . что позволяет использовать широкий диапазон амплитуд колебаний, благодаря чему возрастает эффективность и надежность устройства. При равномерном распределении упругих элементов по высоте реакционной зоны колеблю50

. Устройство для резонан ний жидкофазных систем, с вертикальную емкость с ре и пульсационной зонами, у ментом, штуцерами для. вво исходных компонентов и го дуктов, генератором пульс диненным с ее верхней час л и ч а ю щ е е с ;я. тем лью повышения над ежнбстй оно снабжено упругой пере отделяющей пульсационную акционной, запорным клапа новленным под перегородко нительными упругими элеме этом все упругие элементы размещены по высоте реакц

0

щаяся масса; жидНофазной смеси рас- сред отачйтвает я;, чҐо снижает нагрузку на фуйлакЦ т;/ д;::. :: :- ;:: ; ; -:; . : .;

Пример конкретного выполнения. При растворении в вор поваренной.соли в вертикальной ёмкости диаметром О,4 ми высотой 7,0 м эффективное колебательное воздействие с Т X A-f 0,035 м/с в резонансном режиме достигается при частоте f - 50 Гц и амплитуде вынужденных колебаний жидкостного столба А 0,65 мм. При от- .делении реакционной камеры от пульса- 5 ционной с помощью упругой (резиновой) перегородки, установленной на высоте 6,5 м, и размещении 6 упругих элементов, например, в виде заполненных газом торов объемом Vr 1,27-Ю м3. и воздействии генератором пульсаций через верхнюю газовую полость пульса- ционной зоны (камеры), поддерживается устойчивый резонансный режим, благодаря чему возрастает коэффициент мае- , сопереноса в полтора раза-,, снижаются

0

5

0

.нагрузка на фундамент и эксплуатационные потери в семь раз.

I : -. -. . - Таким образом, предлагаемое решение позволяет обеспечить устойчивый резонансный режим, повысить надежность работы устройства и его эффективность, снизить нагрузку на фундамент более, чем в-полтора раза.

е т е н и я

Ф о р м у л а и з о б р

. Устройство для резонансных колебаний жидкофазных систем, содержащее „ вертикальную емкость с реакционной ч и пульсационной зонами, упругим элементом, штуцерами для. ввода и вывода исходных компонентов и готовых продуктов, генератором пульсаций, соединенным с ее верхней частью, о т - л и ч а ю щ е е с ;я. тем, что, с целью повышения над ежнбстй в работе; оно снабжено упругой перегородкой, отделяющей пульсационную зону от реакционной, запорным клапаном, уста.- новленным под перегородкой, и дополнительными упругими элементами, при - этом все упругие элементы равномерно размещены по высоте реакционной зоны.