Способ проведения сорбционного процесса и устройство для его осуществления

 

1. Способ проведения сорбционного процесса, включающий контактирование твердого полидисперсного сорбента с жидкой фазой в полунепрерывном режиме путем периодической загрузки и выгрузки сорбента в многосекционный аппарат колонного типа и непрерывной подачи жидкой фазы навстречу движущемуся из секции в секцию сорбенту с псевдоожижением слоя последнего по высоте каждой секции аппарата , отличающийся тем, что, с целью повьшения степени использования емкости полидисперсного сорбента , псевдоожижение полидисперсного сорбента ведут в режиме классификации его частиц от большего размера к меньшему по высоте слоя в пределах кратности его расширения от 1,2 до 1,7, которую определяют из соотношения , где К - кратность расширения слоя полидисперсного сорбента; Н и HQ- высота псевдоожнженного и g неподвижного слоев сорбента соответственно. 2.Устройство для проведения сорбционного процесса, представляющее собой многосекционный аппарат колонного типа, разделенный провальными тарелками регулируемого свободного сечения и содержащий насадку в виде СО вертикальных сетчатых перегородок, а ел также устройства загрузки и выгрузки сорбента и ввода и вывода,ждцкой со фазы, отличающееся тем, 00 00 что, с целью обеспечения псевдоожижения полидисперсного сорбента по высоте каждой секции аппарата в режиме «. класси4шкации его частиц в пределах кратности расширения его слоя от 1,2 до 1,7, насадка имеет вид призматически профилированных сеток. 3,Устройство по п. 2, о т л ичающееся тем, что отношение высоты сетчатой призматической насадки к наибольшей диагонали образующегося в ее сечении многоугольника составляет .

СООЭ СОВЕТСКИХ 5 . Ф

РЕСПУБЛИК

„ЯО„„ 095988

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfAO

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ к=н1но Ю

CO .Сл

CO

00 (21) 3575942/23-26 (22) 29.12 ° 82 (46) 07.06.84. Бюл. И - 21 (72) В.В. Илларионов, Н.A..Âàñèëüåâ, П.Г. Романков, О.В. Муратов, А.И. Овчинников и М.И. Поляков (71) Ленинградский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного

Знамени технологический институт им. Ленсовета (53) 661.183.12(088.8) (56) 1. Рябчиков Д.И., Цитович И.К.

Ионообменные смолы и их применение.

М., Изд-во АН СССР, 1962, с. 46-117.

2. Васильев И.А., Протодьяконов И.О

Овчинников А.И. Адсорбер полунепрерывного действия для сорбции йода из промышленных вод. ЖПХ, 1981, т. 54, Р 1, с. 189 (прототип).

3. Клименко А.Л., Медведев В.К., Осипов Ю.Ф.. Прибор для измерения порозности псевдоожиженного слоя.—

В сб. научных работ Калининского политехнического института: Химия и химическая технология. Калинин, 1974, с. 77. (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ СОРБЦИОННОГО

ПРОЦЕССА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ проведения сорбционного процесса, включающий контактирование твердого полидисперсного сорбента с жидкой фазой в полунепрерывном режиме путем периодической загрузки и выгрузки сорбента в многосекцион- .ный аппарат колонного типа и непрерывной подачи жидкой фазы навстречу движущемуся иэ секции в секцию сорбенту с псевдоожижением слоя послед- него по высоте каждой секции аппараg g B 01 J 47/00; В 01 J 8/26 та, отличающийся тем, что, с целью повышения степени использования емкости полидисперсного сорбента, псевдоожижение полидисперсного сорбента ведут в режиме классифи/ кации его частиц от большего размера к меньшему по высоте слоя в пределах кратности его расширения от 1,2 до

1,7, которую опредеЛяют из соотношения где K — кратность расширения слоя полидисперсного сорбеита;

Н и Н0- высота псевдоожиженного и неподвижного слоев сорбента соответственно.

2. Устройство для проведения сорбционного процесса, представляющее собой многосекционный аппарат колонного типа, разделенный провальными тарелками регулируемого свободного сечения и содержащий насадку в виде вертикальных сетчатых перегородок, а также устройства загрузки и выгрузки сорбента и ввода и вывода. жидкой фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения псевдоожижения поЛидисперсного сорбента по высоте каждой. секции аппарата в режиме . классификации его частиц в пределах кратности расширения его слоя от 1,2 до 1,7, насадка имеет вид призматически профилированных сеток.

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отношение высоты сетчатой призматической насадки к наибольшей диагонали образующегося в ее сечении многоугольника составляет 4-6.

1095988

Изобретение относится к сорбционной технологии, а именно к способам извлечения компонентов из природных и промышленных вод полидисперсным сорбентом, и может быть применено для очистки сточных вод промышленных предприятий и извлечения различных ценных компонентов из растворов.

Известен способ и аппарат для

10 извлечения ценных компонентов иэ растворов стационарным слоем твердого сорбента (1 .

Недостатками данного способа являются невозможность достижения высокой степени отработки сорбента по

15 целевому компоненту при очистке промышленных вод до предельно допустимых концентраций вследствие хаотичности распределения зерен сорбента различ20 ных размеров по объему слоя в аппарате, а также неполноты насыщения сор- бента целевым компонентом на. выходе жидкой фазы из аппарата вследствие формирования фронта концентраций в слое; необходимость подбора распределительных устройств,.предотвращающих унос сорбента иэ аппарата; ограниченность диапазона скоростей прохождения жидкости через сорбент

30 вследствие высокого сопротивления распределительных устройств и слоя твердой фазы; необходимость тщательной очистки пропускаемой через сорбент промышленной воды от механических примесей (до остаточного их содержания не более 1-5 г/м ); большие габариты используемых аппаратов.

Эти недостатки периодического способа осуществления сорбционного процесса не позволяют проводить с его помощью высокопроизводительный процесс извлечения компонентов из раствора.

Для интенсификации сорбционных процессов их осуществляют в непрерывном и полунепрерывном режимах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ проведения сорбционного процесса, включающий контактирование твердого полидисперсного сорбента с жидкой фазой в полунепрерывном режиме путем периодической загрузки и выгрузки сорбента

55 в многосекционный аппарат колонного типа и непрерывной подачи жидкой фазы навстречу движущемуся из секции в секцию сорбенту с. псендоожижением слоя последнего по высоте каждой сек ции аппарата (2 3.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для осуществления способа проведения сорбционного процесса, представляющее собой многосекционный аппарат колонного типа, разделенный провальными тарелками регулируемого свободного сечения и содержащий насадку в виде вертикальных сетчатых перегородок, устройство загрузки и выгрузки сорбента и ввода и вывода жидкой фазы (21.

По данному способу сорбционный процесс ведут в полунепрерывном режиме, осуществляя в устройстве, содержащем корпус, разделенный на секции горизонтальными провальными тарелками регулируемого свободного сечения, и системы подачи сорбента и промышленных вод. Внутри секций корпуса возможна установка насадки, выполненной в виде вертикальных перегородок.

В каждую секцию аппарата загружают твердый сорбент и осуществляют непрерывную подачу потока жидкой фазы (промышленной воды), обеспечивающую псевдоожижение слоев сорбента. При достижении на выходе из аппарата предельно допустимой концентрации (ПДК) целевого компонента в жидкости осуществляют последовательную перегрузку слоев сорбента по секциям аппарата путем увеличения размеров отверстий в провальных тарелках регулируемого свободного сечения. Затем сорбционный цикл повторяют. Отработанный твердый сорбент иэ нижней секции аппарата подают на регенерацию,.которую проводят в другом аппарате.

Однако при реализации данного способа в отсутствии насадки происходит интенсивное перемешивание частиц полидисперсного сорбента с размером зерен 0,25 — 1,6 мм по всему объему каждой секции аппарата, что, вследствие неодинаковых кинетических характеристик частиц сорбента различного размера, приводит к низкой степени использования его рабочей емкости, которая не превышает 0,70,75 от теоретически возможной.

Кроме того, известное устройство не обеспечивает классификацию частиц полидисперсного сорбента по высоте его слоя в каждой секции аппарата.

Это и предопределяет относительно

1095988 низкую степень использования рабочей ,! емкости сорбента.

Цель изобретения — повышение степени использования емкости полидисперсного сорбента и обеспечение псевдоожижения полидисперсного сорбента по высоте каждой секции аппарата в режиме классификации его частиц в пределах кратности расширения его слоя от 1,2 до 1,7. 10

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу проведения сорбционного процесса, включающему контактирование твердого полидисперсного сорбента с жидкой фазой в полунепрерывном режиме путем периодической загрузки и выгрузки сорбента в многосекционный аппарат колонного типа и непрерывной подачи жидкой фазы навстречу движущемуся из секции в сек- щ цию сорбенту с псевдоожижением слоя последнего по высоте каждой секции, псевдоожижение полидисперсного сорбен-. та- ведут в режиме классификации его частиц от большого размера к меньшему по высоте слоя в пределах кратности его расширения от 1,2 до 1,7, которую определяют из соотношения

Н/Но, 30 где К вЂ” кратность расширения слоя полидисперсного сорбента;

Н и Н вЂ” высота псевдоожиженного и неО подвижного слоев сорбента соответственно.

Кроме того, в устройстве для проведения сорбционного процесса, представляющем собой многосекционный аппарат колонного типа, разделенный провальными тарелками регулируемого свободного сечения и содержащий на-. садку в виде вертикальных сетчатых перегородок, а также устройства загрузки и выгрузки сорбента и ввода и вывода жидкой фазы, насадка имеет 45 вид призматически профилированных сеток.

При этом отношение высоты сетчатой призматической насадки к наибольшей диагонали образующегося в ее сечении 50 многоугольника составляет 4-6.

Способ осуществляют в аппарате колонного типа,.содержащем насадку, выполненную в виде вертикальных перегородок, расположенных в секциях 55 аппарата на протяжении всей высоты псевдоожиженного слоя. Перегородки для секционирования слоя выполняют из профилированных сеток, устанавливаемых в аппарате так, что они образуют правильные призматические ячейки по всему рабочему объему секции аппарата, причем высота перегородок превышает наибольшую диагональ образующегося в сечении ячейки правильного многоугольника в 4-6 раз.

На фиг.1 изображена секция предлагаемого устройства, общий вид; на фиг,2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — профилированная сетчатая перегородка.

Устройство содержит секции 1, ограниченные корпусом 2 и провальными тарелками 3 регулируемого свободного сечения. В секциях 1 установлены вертикальные профилированные сетчатые перегородки 4,.с отверстиями 5, образующие правильные призматические ячейки 6. При этом Н вЂ” высота перегородки, d — наибольшая диагональ правильного многоугольника, образующегося при горизонтальном сечении ячейки 6. Форма профиля сетчатых перегородок определяется формой аппарата. Так, для цилиндрических аппаратов целесообразно использовать трапецеидально-профилированные сетчатые перегородки, изображенные на фиг.3. При использовании аппаратов прямоугольного сечения целесообразно применять сетчатые перегородки прямоугольного профиля с тем же отношением Н/d. Высота Н перегородок определяется высотой рабочей зоны секции аппарата, которую имеет псевдоожиженный слой сорбента. Размер d обеспечивают таким, чтобы соотношение Н/d находилось в пределах 4-6.

Устройство работает следующим образом.

В секции 1 аппарата, разделенные на ячейки 6, загружают твердый полидисперсный сорбент и подают поток жидкой фазы с такой скоростью, чтобы псевдоожиженные слои сорбента в секциях аппарата имели кратность расширения от 1,2 до 1,7 (или порозность в пределах 0,5-0,65). Величину порозности псевдоожиженного слоя сорбента контролируют в процессе с помощью известных приборов — порозностомеров C3). Кратность расширения слоя сорбента (К) определяют визуально путем контроля уровня псевдоожиженного и неподвижного слоев сорбента через специальные смотровые окна, 1095938 устанавливаемые в секциях аппарата.

При этом частицы полидисперсного сорбента распределяются в зависимости от их размера по высоте H ячеек

6 в секциях 1 аппарата. Отверстия 5 в сеТчатых перегородках 4 обеспечивают переток частиц сорбента из ячейки в ячейку в горизонтальном направлении и равномерность его распределения по сечению секции. Таким образом, 1О псевдоожижение осуществляется в режиме классификации частиц сорбента в зависимости от их размера от большего к меньшему по высоте рабочей зоны секции аппарата. При достиже- 15 нии на выходе из верхней секции ап:парата предельно допустимой концентрации (ПДК) целевого компонента в жидкой фазе осуществляют последовательное открытие и закрытие до первона- 20 чального состояния отверстий в провальных тарелках 3 снизу вверх по аппарату, не прерывая подачи потока жидкой фазы, вследствие чего происходит перегрузка сорбента сверху вниз по секциям аппарата. В верхнюю секцию аппарата загружают свежий (регенерированный) сорбент, а отработанный сорбент из нижней секции направляют на регенерацию. После чего цикл повто" i ряют.

Вышеприведенные условия проведения сорбционного процесса с псевдоожижением слоя сорбента по высоте секций аппарата и его устройство являют"g5 ся оптимальными для достижения поставленной цели — увеличения степени использования емкости полидисперсного сорбента.

Поскольку движущая сила процесса сорбции уменьшается по экспоненциальному закону с высотой слоя, то с точки зрения массообмена, а значит и степени использования емкости полидисперсного сорбента по целевому ком45 поненту, необходимо организовать псевдоожиженный слой, в котором будет осуществляться режим классификации частиц сорбента в эависячости от их размера по высоте рабочей зоны в каж"5О дой секции аппарата. Тогда частицы максимального размера будут находиться в нижней части слоя, т.е. там, где движущая сила процесса максимальна, а частицы минимального размера будут находиться в верхней части слоя,т.е. там, где движущая сила процесса минимальна. Такое распределение полидисперсного сорбента по высоте слоя является оптимальным, так как частицы минимального размера насыщаются быстрее, чем максимального, поэтому они должны находиться в той части слоя, где наименьшая движущая сила процесса, т.е. вверху секции, и наоборот, для частиц максимального размера насыщение проходит медленнее, поэтому они должны находиться в той части слоя, где движущая сила процесса наиболее велика. Специально проведенные эксперименты показали, что режим классификации частиц полидисперсного сорбента (с величиной фактора неоднородности 1m Ä /dm,„») по размерам во взвешенном слое обеспечивается в диапазоне кратности расширения слоя от 1,2 до 1,7 (порозностей слоя от 0,5 до 0 65) при условии использования насадки, выполненной в виде призматически профилированных сеток с отношением высоты к наибольшей диагонали образующегося в ее сечении многоугольника 4-6. В этих условиях достигается наибольшая сте,нень отработки полидисперсного сорбента по целевому компоненту.

Если проводить процесс при порозности слоя больше 0,65, то степень отработки сорбента снижается вследствие усиления перемешивания твердой фазы в слое. При осуществлении процесса во взвешенном слое с порозностью меньше 0,5, также наблюдается снижение степени отработки, что обусловлено уменьшением интенсивности процесса за счет. снижения скорости протекания жидкой фазы через слой сорбента. Кроме того, при таких низких значениях порозности слоя, а значит и низких значениях скорости ожижающего агента, частицы сорбента больших размеров не ожижаются, что приводит к снижению производительности процесса.

Увеличение соотношения Н 8 > 6 не приводит к увеличению степени отработки сорбента, но увеличивает материалоемкость конструкции и гидравлическое сопротивление насадки.

При уменьшении соотношения Н ci(4, уменьшается степень отработки сорбента вследствие усиления перемешинания твердой фазы в слое.

Преимуществом трапецеидальной или прямоугольной формы профиля сетчатых перегородок является простота изго7 10959 товления и равномерность распределения образующихся из них ячеек по объему секции аппарата цилиндрическо" го или прямоугольного сечения соответственно, 5

Пример 1. Проводят очистку раствора, имитирующего по составу промышленную воду, от ионов цинка (Zn + ) полидисперсным промышленным катионитом КУ-2 в натриевой форме. 10

Концентрация ионов цинка в воде 140160 мг/л, фН- раствора 4-6. Очистку ведут до ПДК цинка в воде, равной

1 мг/л. Процесс осуществляют на экспериментальном полупромьппленном трех- 15 секционном адсорбере полунепрерывного действия с тарелками регулируемого свободного сечения при порозности псевдоожиженных слоев в секциях аппарата = 0,5, что соответствует 20 рабочей высоте слоев Н д= 0,27 м и рабочей скорости подачи очищаемой воды, равной (1,4-0,2) 10 м/с.

В установившемся режиме работы àïïàрата, при котором все переменные про-25 цесса повторяются из цикла в цикл, определяют степень отработки катионита по цинку, которая составляет величину 0,85-0,87.

Пример 2. Процесс, аналогич- 30 ный примеру 1, проводят при порозности псевдоожиженных слоев К 0,65, что соответствует рабочей высоте слоев Н „= 0,38 м и рабочей скорости . подачи жидкой фазы, равной (4,8-0,3)» 3

»10 » м/с. Степень отработки катиони та КУ-2 по цинку в установившемся режиме составляет 0,83-0,86.

Пример 3. Проводят очистку того же исходного раствора до ПДК 40 от цинка (в виде анионов ZnClj) при рН 1-2 на полидисперсном промышленном анионите АВ-17 .в хлоридной форме.

Процесс осуществляют при порозности

88 8

Ф псевдоожиженных слоев =. 0,6, что соответствует высоте слоев Н „ = 0,33 м и рабочей скорости подачи жидкой фазы, равной (2,2 t 0,2) ° 10 м/с. Степень отработки анионита АВ-17 по цинку в, установившемся режиме составляет

0,84-0,86.

Для сравнения в этом же аппарате аналогичным образом проводят процесс очистки раствора по способу-прототипу при порозности псевдоожиженных слоев, равной 0,7, без использования профилированных сетчатых перегородок. Высота слоев сорбента в секциях аппарата 0,44 м, а рабочая скорость подачи раствора (6,7+0 3) 10 м/с. Степень использования рабочей емкости сорбента — 0,7-0,75.

Таким образом, реализация предложенного способа позволяет увеличить степень отработки полидисперсного сорбента по целевому компоненту и степень использования его обменной емкости по сравнению со способом-про" тотипом на 13-16Х что равносильно эквивалентному сокращению количества используемого сорбента для очистки промышленных вод по ПДК различных примесей, а значит и уменьшению расхода реагентов на его регенерацию.

Технико-экономическая эффективность от использования данного сНосо ба и аппарата для его осуществления применительно к промышленной очистке растворов от цинка, по сравнению с базовым объектом — процессом сорбционного извлечения цинка из сульфатнохлоридного никелевого электролита полидисперсным анионитом на комбинате "Южуралникель", заключается в уменьшении расхода сорбента и реагентов на его регенерацию, что обеспечит экономический эффект около 120 тыс. руб. на одну установку в год.

1095988 фиг.

Составитель P. Пензин

Редактор M. Бандура Техред Ж.Кастелевич Корректор Л Ференц

Заказ Зб76/4.Тираж 533 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,