Способ управления многоступенчатым противоточным процессом контактирования жидкости и твердого зернистого материала

 

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;

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) .

Тоь

7 10ь ос

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3635295/23-26 (22) 19.08.83 (46) 15,02,85.. Бюл,Р 6 (72) Ю.В.Иванов, Э.Г.Гусаков, Ю.В.Нестеров, Д.А.Ястребов, Г.Н,Данилов, Г.П,Дорогавцев, B.Ë.Êóçíåöoâ,Â.À.Òîëêà÷åâ, Г.Ф.Маланичев и Г,И.Воробьев (53) 66.012-52 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

В 791419, кл.В 01 J 47/14,1979, 2. Патент Великобритании

9 1219487, кл.В 1D,1968, (54)(57) 1.СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГО. СТУПЕНЧАТЫМ ПРОТИВОТОЧНЫМ ПРОЦЕССОМ.

КОНТАКТИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ 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 разгрузоч ной емкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет равномерности распределения твердого зернистого материала и стабилизации пере- .мещения его по ступеням, дополнительно определяют соотношение объемов

4(50 В 01 J 47/14 ° G 05 D 27/00 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, о т л и ч а юшийся тем, что время пропускания жидкости в обратном направлении определяют из соотношения где Т - время пропускания обратos ного потока жидкости;

- физическая высота одной ступени;

,. до - скорость осаждения грану . лированного материала в жидко сти 1

\ р = 19р - скорость обратного потока жидкости

К - козффициент гидравлического сопротивления линии вывода гранулированного мате риала;

Н вЂ” разность уровней между точками вывода жидкости и гранулированного мате"риала; — ускорение силы тяжести, m равно 1,2-1 8 °

1139501 2 рабочем объеме, состава и количест-ва пропущенной жидкости, регулирования загрузки и выгрузки твердого . зернистого материала по временной программе или по уровню в разгрузочной емкости, дополнительно определяют соотношение объемов порций твердого зернистого материала на входе и выходе ступеней в зависи10 мости от которого корректируют время пронускания жидкости в об" ратном направлении, Кроме .того, время пропускания ь- жидкости в обратном направлении опре15 деляют из соотношения

L об об. ос

Изобретение относится к способам управления массообменными процессами преимущественно к управлению непрерывными противоточными процессами для систем с твердыми и жидкими фазами, и может найти применение в гидрометаллургической,химической и,. других отраслях промышленности, Известен способ управления противоточным процессом контактирования жидкого и твердого материалов путем регулирования концентрации сорбента в зависимости от концентрации извлекаемого компонента в жидкой фазе пул пы и содержания компонентов в сорбенте воздействием на вывод сорбента па аппаратов ) .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ управ- 20 ления противоточным процессом контактирования жидкости и твердого материала в контактных ступенях путем чередования пропускания жидкосTI в прямом и обратном направлениях 25 и регулирования потоков фаэ в зависимости от времени контактирования, давления в рабочем объеме, состава и количества пропущенной жидкости, регулирования загрузки и выгрузки ЗО твердого материала по временной программе или от уровня в разгрузочной

Г -1 емкости

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,соотI:"åòñYâåíío, стабильность перемещения его через аппарат, что в свою очередь ухудшает эффективность массообменного процесса.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса за счет равномерности распределения и стабилизации перемещения твердого зернисто го материала по ступеням, Поставленная цель достигается тем., что согласно способу управления МНо о гоступенчатым противоточным процессом контактирования жидкости и твердого зернистого материала в контактных ступенях путем чередования Ilpo- пускания жидкости в прямом и обратном направлениях и регулирования потоков фаз в заьисимости от вре-; 1 мены контактирования, давления в где ٠— равно 1, 2 — 1, 8," (В г-111/р Д-скорость обратного потока. жидкости — физическая высота одной ступени; скорость осаждения гранулированного материала в жидкости;. — коэффициент гидравлического сопротивления линии вы- . вода твердого материала; — разность уровней между точками вывода гранулированного материала и жидкости; — ускорение силы тяжести.

Одним иэ важнейших условий, которое должно соблюдаться для достижения высокой эффективности процесса, является максимальная равномерность движения взаимодействующих фаз, Если равномерность двюкения жидкости по сечению потока обеспечивают за счет повышения ее скорости или путем использования различных типов распределителей потока, то равномер ность перемещения твердого зернистого материала на нижележащую ступень достигают за счет задания определенной скорости обратного потока жидкости. Только вполне определенные величины скорости и времени, вычисля. емые из 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 процес1139501 4

45 я

-50

55 се, Если скорость потока существенно превышает рекомендуемую, то твердый материал может вообще, каприФ мер вследствие мгновенного перекрытия нижележащей перфорированной ре» шетки, 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.

Существенное 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 нижележашую, а при избыточном времени перемещения и рекомендуемой скорости может пройти сразу несколько ступеней, что является нежелательным.

Поэтому время прохождения обратного потока жидкости должно быть величи- ной лимитируемой и .определяться из соотношения

L oe ос

На фиг.l показана схема реализации 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 инертная насадка 3 с плотностью, меньшей плотности жидкости, Аппарат снабжен бункером 4 щт загрузки твердого зернистого материа ла, патрубком 5 вывода жидкости H трубопроводами 6-9 подачи твердого материала, ввода жидкости, вывода твердого зернистого материала. Кроме того, в аппарате имеется устройство, например, телескопического .типа, позволяющее регулировать разность уровней Н между точками выво10

35 да 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, исполнительный 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 твердого зернистого материала и выводится из колонны через патрубок 5 ° При этом клапан 16 открыт, клапаны 13 и 18 закрыты.

Сигнал датчика расходомера 11 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 коли- чества твердого зернистого материала по камерам, сигналы которых вводятся в блок регулирования 1О, Длительность фильтр-цикла задается в блок регулирования 10 в зависимости от физико-химических свойств контактирующих фаз. По окончании фильтр-цикла блок .регулирования 10 под,":;е". команду исполнительным механизмам 15 17 на переключение клапана 16 в положение "Закрыт", а клапанов 13 и. 18 — "Открыт". Создается обратный поток жидкости, перемещающий твердый зернистый материал иэ 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 величиной гидростатического напора Н, устанавливаемой устройством 9, 11395

Время прохождения обратного потока жидкости определяют в зависимости от физической высоты ступени, скорости осаждения твердого зернистого материала и скорости обратного пото- 5 ка жидкости из вышеприведенного соотношения и вводят в блок регулирования 10, êîòîðûé дополнительно корректирует его по показаниям датчиков 14 и 19 уровня.

После отработки времени прохождения обратного потока жидкости блок регулирования дает команду исполни.тельным механизмам 15 и 17 на обратное переключение клапанов в положеииа фильтр-цикла(клацал 16 открыт, клапаны 13 и 18 закрыты}, В блок регулирования 10 дополнительно вводятся две кратковременные задержки: первая задержка в начале 20 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 дренажа, непроницаемого для твердого зернисто 0

r0 материала, Длительность временных задержек определяется гидравлическим расчетом.

Коэффициент 1,2 -1,8 определяет полноту перемещений всей порции твердого материала из каждой контактной камеры (ступени) в соседнюю низлежащую камеру ступень) .

Коэффициент,rn зависит от степени разнородности твердого материала по гидравлической крупности {скорости осаждения частиц твердого материала

Ю в жидкости!)следующим образом;

I 0"2,0 2,0-3,0 3,0-4,0

0 ос. ï

1п 1ь2 lь4 1ь4 1 ° 6 1»6 1ь8 4

Блок 10 реализует программное уп- . равление процессом, используя алгоритм, временная диаграмма которого

Л

ПОКазаНа На фИГ.2аМОМЕНт 4О - НаЧало очередного периода работы сис- 50 темы управления. Открывается клапан 16 (клапаны 13 и 18 закрыты на предыдущем цикле).

В момент ь 1 открываются клапаны 13 и 18 и через отрезок времени 5s

fl I задержки с закрывается клапан 16.

О1 6

На отрезке времени (< 2, < ) длительностью 4 происходит перегрузк ионита, Эта величина задается в алгоритме управления в виде констани ты, так же как 4,„ . Длительность и! Р задержки 4 1 связана с 40 пропорцио нальной. зависимостью, l С .Л ,, и С, 4 где С вЂ” коэффициент, зависящий от параметра Н и гидродинамических характеристик аппарата, его величина устанавливается опытным путем при настройке системы, В момент л4 закрываются клапаны )3 и 18 и через отрезок времепц ни 4 открывается клапан 16 {Момент 44), При этом завершается полР ный цикл программы управления.Длии ц тельность интервала задержки 4 связана с параметром 4д-,, коэффициентом пропорциональности С

=C

2 4оЬ

Значение С зависит от гидродинамических свойств инертного материала, .твердого зернистого материала и физико-химических свойств жидкой фазы, Длительность времени прохождения жидкой фазы настраивается исходя из условий необходимого извлечения ценного компонента иэ жидкости, которое предварительно рассчитывает-. ся на основании кинетики процесса сорбции и окончательно подбирается в процессе эксплуатации.

Длительность Т определяется по . формуле

П П п1 Лк

Т =- 4 р 40 ь4ц

ИЛИ

T 7 (1 0, C2) 405

Коэффициент С изменяется в диапазоне 0,2-0,4, а коэффициент С в диапазоне 0,3-0,6.

Общая длительность цикла программы управления составляет

Т = (4, +,{1ь5-2р0) п4О

Внедрение предлагаемого способа управления на крупнотоннажных производствах по сорбционному извлечению ценных компонентов из бедных растворов приведет к повышению степени извлечения на 3 за счет более строгого поддержания технологического режима и большой надежности регулирования.

1139501

X X (K

Составитель,Г,Бахтюкова

Редактор Т.Парфенова Техред А.Бабинец . Корректор С,Шекмар

Заказ 168/7 Тираж 541 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4