Массообменный аппарат

 

МАССОО БМЕННЫЙ АППАРАТ для систем твердое тело-жидкость - rast содержащий секционированный по длине корпус, газораспределительное устройство с штуцерами, вертикальные и продольные перегородки с переточными окнами и сетками в них, патрубки для ввода и вы ( 7 1 . . Г ( / v f вода фаз, отличающийся тем, что, с целью стабилизации наполнения аппарата твердой фазой и уменьшения обратного перемешивания , аппарат снабжен камерами с эрлифтными трубками, сообщаюш,имися через сетки с соседними секциями и через штуцера, верхний конец которых расположен внутри эрлифтных трубок, с газораспределительным устройством, лотками с наклонными днищами, распределителями и уловителями жидкости, соединенными с верхними концами эрлифтных труб, при этом лотки, уловители и распределители установлены на расстоянии один от другого. « « f Р0 (/) 01 ОО оо 4 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (58 В 01 D. 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3386127/23-26 (22) 29.01.82 (46) 15.11.83. Бюл. № 42 (72) В. И. Полтавцев (53) 66.061.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 827098, кл. В 01 D11/02,,04.01.70. (54) (57) МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ для систем твердое тело- жидкость — газ, содержащий секционированный по длине корпус, газораспределительное устройство с штуцерами, вертикальные и продольные перегородки с переточными окнами и сетками в них, натрубили для ввода и вы„.SU„„1053848 вода фаз, отличающийся тем, что, с целью стабилизации наполнения аппарата твердой фазой и уменьшения обратного перемешивания, аппарат снабжен камерами с эрлифтными трубками, сообщающимися через сетки с соседними секциями и через штуцера, верхний конец которых расположен внутри эрлифтных трубок, с газораспределительным устройством, лотками с наклонными днищами, распределителями и уловителями жидкости, соединенными с верхними концами эрлифтных труб, при этом лотки, уловители и распределители установлены на расстоянии одйн от другого.

1053848

Изобретение относится к аппаратам для контактирования в трехфазных системах твердое тело — жидкость — газ (Т:Ж: Г) и может быть использовано для проведения различных химических процессов, например для регенерации и промывки ионита, вышелачивания, жидкостной адсорбции и т. д

Известен аппарат для контактирования в системе Т:Ж:Г, содержащий корпус с газовводом и продольной горизонтальной перегородкой, проходящими через вер- !О тикальные секционирующие перегородки, в которых выполнены поворотные планки, шарнирно закрепленные в переточных окнах. Корпус аппарата выполнен в виде параллелепипеда, в котором продольная горизонтальная перегородка создает циркуляционный контур. Кроме того, аппарат снабжен штуцерами ввода и вывода фаз (1).

Работа аппарата заключается в создании циркуляционного потока суспензии 20 в каждой секции газом низкого давления, причем такой поток попадает на наклонные планки и часть потока гранул направляется в следующую секцию, откуда противотоком к нему подается жидкостью. Длительные испытания модели аппарата в лабораторных условиях показывают, что аппарат реагирует в очень узком диапазоне на изменения подачи твердого материала.

Поскольку интенсивность движения циркуляционного контура зависит от скорос- gp ти подачи газа, постольку при постоянной скорости наклонные планки будут направлять на выход постоянный поток твердого материала независимо от его подачи в аппарат. Наихудшая ситуация складывается при уменьшении подачи материала в an- 35 парат: наполнение секций падает, среднее время пребывания материала уменьшается и наступает постепенный срыв режима процесса, требующий дополнительной регулировки подачи газа, что является недос- 4О татком данного аппарата.

С другой стороны окна в вертикальных секционирующих перегородках позволяют соприкасаться циркуляционным потокам в соседних секциях. А так как потоки создаются газовыми пузырями и отделение газа от 45 суспензии проходит в непосредственной близости от окон, то присутствующие в потоках вихри и пульсации переталкивают жидкость в обратном направлении, т. е. создают обратное перемешивание в жидкости, что является еще одним недостатком о аппарата, приводящим к понижению движущей силы процесса.

Цель изобретения — стабилизация наполнения аппарата твердой фазой и уменьшение обратного перемещения.

Поставленная цель достигается тем, что массообменный аппарат, содержащий секционированный по длине корпус, газораспределительное устройство с штуцерами, вертикальные и продольные перегородки с переточными окнами и сетками в них, патрубка для ввода и вывода фаз снабжен камерами с эрлифтными трубками, сообщающимися через сетки с соседними секциями и через штуцера, верхний конец которых расположен внутри эрлифтных трубок, с газораспределительным устройством, лотками с наклонными днищами, распределителями и уловителями жидкости, соединенными с верхними концами эрлифтных труб, при этом лотки, уловители и распределители установлены на расстоянии один от другого.

На фиг. 1 показан аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — изометрическое изображение узла смыва суспензии.

Массообменный аппарат содержит корпус 1 с дренажем 2 для слива отработанной жидкости, в котором выполнен патрубок 3, перемещающийся по штуцеру 4, а также газовводы 5, проходящие по всему аппарату сквозь вертикальные секционирующие перегородки 6. Для принудительной подачи жидкости на смыв твердых гранулированных частиц в аппарате выполнен газораспределитель 7 с штуцерами 8, проходящими через расположенные на перегородках 6 камеры 9, оснащенные эрлифтными трубами 10, в нижних концах которых расположены сопла штуцеров 8.

Перегородки 6 имеют сетку 11, со стороны которой движется жидкость в камеры 9, отверстие !2 и сетку 13, расположенные ниже лотков 14, наклонные днища 15 которых выполнены своими концами на двух соседних перегородках 6, а подлоточное пространство ограничено бортами 16. В перегородках выполнены окна 17, а в лот. ках расположены скаты 18, на которых установлены распределители жидкости 19 и уловители жидкости 20. Для вывода твердой фазы выполнен лоток 21 с более крутым наклоном днища.

Концы наклонных боковых поверхностей ската 18 образуют с верхними кромками лотков 14 зазоры 22, а пространство под днищем 15 лотков ограничено бортами 16. В сгибах распределителей жидкости 19 выполнены прорези 23 для подачи жидкости на наклонные поверхности ската 18, а в уловителях жидкости 20 выполнены отверстия 24, через которые жидкость сливается в распределители 19.

В каждой секции аппарата расположены перегородки 25 которые образуют с боковыми стенками корпуса 1 эрлифтные каналы 26. Нижние концы перегородок 25 загнуты, чтобы предотвратить проскок газа во внутреннее пространство между перегородками 25.

1053848

При работе аппарата в каждой секции подается газ. (Г показано волнистыми стрелками) из газовводов 5, который, поднимаясь в виде пузырей в каналах 26, создает в них восходящий поток суспензии, опускающийся за перегородку (стрелки 27) и вновь попадающий в канал снизу под наклонную кромку той же перегородки, как показано парными 28 (непрерывной — твердая фа,за, прерывистой — жидкость) стрелками.

За счет циркуляции в секциях практичес-1О ки нет мертвых зон, циркуляция создает хорошие условия массообмена, несмотря на то, что степень наполнения секции твердым материалом выше, чем в прототипе.

Одновременно с циркуляцией восходя- щий поток суспензии 29 несет еще две функции: создает выброс гранулированного материала на наклонные стенки ската 18 и захватывает с собой в циркуляцию суспензию 29 из подлоточного пространства.

В аппарате удалось создать кипение 20 густой суспензии, в которой жидкость занимает лишь межгранульное пространство слоя и частицы материала, попавшие сверх слоя, находятся в полусухом состоянии, причем соотношение Т:Ж в секции равно (1,9-2,1):1, а в неподвижном слое отноше ние T:Æ равно лишь (1,5-1,9):1.

Уровень жидкости поддерживается в аппарате на уровне или ниже кромки лотка 14, поэтому восходящий поток выбрасывает избыток гранулированного полуо- ЗО сушенного материала на наклонные стенки ската 18, а нисходящий захватывает суспензию 29 из-под лотка. Полуосушенная масса со ската смывается поступающей из прорезей 23 жидкостью в зазор 22 и далее образовавшаяся суспензия по наклонному 5 днищу 15 стекает в следующую секцию.

Одна секция аппарата работает следующим образом.

Свежая жидкость (Ж) поступает в ле- 4о вую секцию, перемешивается газом с твердым материалом и после контакта фильтруется через сетку 11, разделяясь на два потока. Один поток проходит через отверстие 12, вновь фильтруется через сетку 13 и перемешивается с материалом следую- 4S щей секции. На фиг. 1 видно, что камеры

9 расположены ниже сеток 11 и 13. Поэтому при очистке сеток, которая проходит посточно под действием вибрации газовых пузырей, частицы ионита, проникшие сквозь ячейки, оседают в камеры 9 и оттуда по эрлифтным трубам 10 возвращаются обратно в секции. Таким образом в аппарате решен вопрос регенерации сетбчных дренажей. Из последней (правой) секции поток жидкости выводится через шту- цер 4, фильтруясь сквозь дренаж 2. Уровень жидкости регулируется подвижным патрубком 3.

Другой поток попадает в камеры 9 и далее по эрлифтным трубам 10 газом из штуцеров 8 подается в уловители 20, где струя жидкости разлетается в обе стороны по нему и стекает через отверстия 24 в распределители 19, а газ отделяется через зазоры между уловителем и кромками бортов распределителя 19. Пройдя через прорези 23, жидкость смывает гранулированную массу с наклонных стенок ската, попадает в лоток 14 и через окно 17 возвращается в ту же секцию, откуда поступила на смыв. Таким образом жидкость в каждой секции циркулирует., принудительно смывая гранулированный материал из секции в секцию. На фиг, 3 в изометрии показано взаимодействие циркулирующей по эрлифтным трубам 10 жидкости, которая попадает в уловитель 20 и через отвер-. стия 24 сливается в распределитель 19, попадая через прорези 23 на слой осушенной твердой фазы, она смывает ее по скату

18 в лотки 14. Принудительная подача жидкости на циркуляцию с помощью газа интенсифицирует ее движение и соответственно интенсифицирует взаимодействие жидкости с гранулами, особенно в лотках и подлоточном пространстве.

Свежий гранулированный материал (Т) поступает в правую секцию, перемеши,вается и контактирует с жидкостью в ее объеме; в секции с поступлением материала образуется избыток твердой фазы и восходящим потоком суспензии его выбрасывает на скат, далее жидкость смывает ма-, териал в .следующую секцию, где также появляется его избыток и т. д. Из последнего лотка 21 материал сползает под собственным весом и выводится из аппарата.

Если подача материала в аппарат уменьшается, то избыток в секциях исчезает и кипящий слой лишь перемешивает содержи1:„ мое секции, наполнение которой в этом случае остается постоянным, а уровень слоя соответствует кромке лотка 14. Если подача материала увеличивается, то автоматически увеличивается его выброс на скат, причем колебания объема секции соответствуют нескольким процентам.

Из описания работы аппарата видно, что циркуляционные потоки в соседних секция не соприкасаются друг с другом, а пульсации жидкости при переходе через отверстия 12 демпфируются ее слоем между сетками 11 и 13, т, е. в конструкции данного аппарата устраненр явление обратного тока жидкости.

Данный аппарат в двух экземплярах запущен в опытную работу на ТЭЦ; один как регенератор катионита КУ-2-8 раствором поваренной соли, другой как промыватель (экстрактор) этого катионита после регенерации. Объем аппаратов по 2 мз, про1 изводительность по катиониту 200-300 л/ч, 1053848

3 высота слоя 500 мм, суммарный расход газа на перемешивание суспензии и циркуляцию воды по 470-480 мз/ч на каждый аппарат. Суммарное число секций в обоих аппаратах 37. Катионит поступает íà регенерацию из колонны.

Расход воды на промывку до 400 л/ч.

Далее эта вода идет на растворение соли и используется как регенерационный расraop в регенераторе. Малое количество воды на промывку и регенерацию является след- 10 ствием организации процессов массообмена в густых суспензиях. Достаточно указать, что в цехе водоподготовки ТЭЦ расход воды при промывке и регенерации фильтров с неподвижным слоем ионита достигает 18-20% от модности цеха по воде, р:скоп. воды в предлагаемом аппарате становится во много десятков раз меньше. Из приведенных данных видно, что дан. ный аппарат дает такое качество регене рации и отмывки ионита, которое позволя ет получить на ионообменной непрерывнодействующей коллонне вышеуказанные результаты.

Возможный масштаб примен6ния аппарата весьма широк: не менее десяти отраслей промышленности используют ионообмен и нуждаются в увеличении производительности существующих и проектируемых аппаратов и установок. Один из путей для этого — перевод существующих фильтров с неподвижным слоем на непрерывный режим работы добавлением к ним данного аппарата.

1053848

Редактор Л. Авраменко

Заказ 8965/5

Составитель Я. Миронов

Техред И. Верес Корректор О. Тнгор

Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, % — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал. ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4