Установка для массообмена в системе твердое тело - жидкость
Установка для массообмена в системе твердое тело - жидкость, включающая смеситель, кожухотрубный контактный аппарат с пористыми трубами, соединенный с пульсатором, и декантатор, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации массообмена за счет турбулизации потоков, трубы контактного аппарата выполнены с регулярно распределенными по длине сплошными участками с расположенными на них винтовыми завихрителями потока.
Изобретение относится к технике и технологии сорбционных процессов и может быть использовано в химической, нефтяной, пищевой, гидрометаллургической, микробиологической, водоподготовке и других отраслях промышленности для извлечения компонентов из жидкостей и пульп мелкодисперсными твердыми сорбентами и ионитами. Известна установка для сорбции в системе твердое тело жидкость, содержащая дозатор сорбента, смеситель и декантатор (отстойник, фильтр, центробежный разделитель и др.). В известной установке декантатор работает в режиме полного отделения дисперсного сорбента от обработанной жидкости, так как она не должна содержать частицы сорбента. Необходимые для этого декантаторы в этом случае являются громоздкими и малопроизводительными, особенно при использовании мелкодисперсных кинетически более эффективных сорбентов. В известном способе сорбции является низкой интенсивность процесса, так как в смесителе осуществляется одна ступень контакта жидкости с сорбентом, то средняя разность концентраций компонента в жидкости и частицах сорбента является низкой, а относительная скорость сорбент-жидкость мала. Содержащиеся в обрабатываемой жидкости частицы постороннего твердого материала перемещаются с частицами сорбента, декантируются вместе с сорбентом, загрязняя его, а разделение частиц пульпы и сорбента является сложным и не всегда возможным. Известна установка для массообмена в системе твердое тело жидкость, включающая смеситель, кожухотрубный контактный аппарат с пористыми трубами, пульсатор и декантатор. В контактном аппарате этой установки возможно образование застойных зон, в результате чего интенсивность масообмена снижается. Целью изобретения является интенсификация масообмена за счет турбулизации потоков. Эта цель достигается тем, что установка для массообмена в системе твердое тело-жидкость, включающая смеситель, кожухотрубный контактный аппарат с пористыми трубами, соединенный с пульсатором, и декантатор, согласно изобретению, трубы контактного аппарата выполнены с регулярно распределенными по длине сплошными участками с расположенными на них винтовыми завихрителями потока. На фиг. 1 схематически изображена установка для массообмена (сорбции) в системе твердое тело жидкость; на фиг. 2 схема контактного аппарата; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2. Установка содержит смеситель 1 с дозатором сорбента -2, декантатор 3, кожухотрубный контактный аппарат 4 с пульсатором 5 и насосы подачи суспензии сорбента 6 и исходной обрабатываемой жидкости 7. Кожухотрубный аппарат состоит из нескольких соединенных последовательно массообменных элементов, например типа труба в трубе. Массообменный элемент включает наружную трубу 8 и внутреннюю трубу 9, проходящую через сальниковое уплотнение 10 на крышках-фланцах 11 наружных труб. Внутренняя труба 9 включает пористые трубчатые участки 12, соединенные между собой непористыми трубчатыми участками 13 с расположенными на них винтовыми завихрителями потока 14. По концам внутренние трубы снабжены резьбовыми фланцами 15 и прижимными уплотняющими гайками 16. Пористые трубчатые участки изготовлены из пористого металла или металлокерамики, непроницаемого для частиц дисперсных фаз и проницаемого для сплошной фазы обрабатываемой жидкости. Установка работает следующим образом. П р и м е р 1. По варианту сорбционного извлечения компонента из раствора. При первом пуске установки смеситель 1 загружается исходным раствором по линии 17 и мелкодисперсным сорбентом, дозатором 2 до получения суспензии с объемным соотношением твердой и жидкой фазы 0,2-1. Содержащийся в растворе компонент при этом сорбируется частицами сорбента и суспензия очищенной жидкости с сорбентом насосом 6 подается по линии 18 в межтрубное пространство аппарата 4. Противотоком в трубное пространство насосом 7 подается по линии 19 исходный очищенный раствор и включается в работу пульсатор 5. Под действием создаваемых пульсатором 5 знакопеременных перепадов давления между трубным и межтрубным пространствами аппарата 4 происходит пульсирующий поперечный обмен порциями сплошной фазы жидкости. Растворенный компонент переносится из потока обрабатываемого раствора в трубном пространстве через стенки пористых участков 12 внутренних труб 9 в суспензию в межтрубном пространстве. А из межтрубного пространства очищенный раствор переносится в трубное обратными пульсациями. В результате осуществляемого таким образом процесса непрерывного противоточного массообмена между суспензией сорбента и исходным раствором по линии 20 из аппарата отводится суспензия обогащения поглощаемым компонентом, а по линии 21 отводится очищенный от компонента обработанный раствор, не содержащий частицы мелкодисперсного сорбента. Извлеченный из обрабатываемого раствора компонент сорбируется на частицах сорбента как во время прохождения суспензии по межтрубному пространству, так и во время пребывания суспензии в линии 22, декантаторе 3, а затем и в смесителе 1, куда она возвращается по линии 23. В декантаторе 3 отделяется от потока отработанной суспензии часть сорбента и отводится по линии 24 на регенерацию, а дозатором 2 подается в смеситель 1 такое же количество свежего сорбента. Для достижения высокой эффективности процесса массообмена поддерживают средние скорости движения потоков в трубном и межтрубном пространствах аппарата и период пульсаций, отвечающие условию 
T где l шаг расположения пористых участков на трубах, м; Wтр средняя скорость движения потока в трубном пространстве, м/c; Wмтр средняя скорость движения потока в межтрубном пространстве, м/c; T период пульсации давления, создаваемых пульсатором, с. Причем средние скорости движения потоков в пространствах аппарата поддерживают в пределах 0,25-1,0 м/c, а период 0,5-4,0 с. Наиболее оптимальным процесс в 1 варианте происходит при поддержании средних скоростей движения потоков Wтр Wмтр W 0,5 1,0 м/c И при параметре 0,25 м работают при периоде пульсаций T 
0,5-1,0 c т.е. частоте пульсаций 1-2 с-1. За время, равное первой половине периода пульсации 0,5 Т обрабатываемая жидкость проходит через пористый участок и по межтрубному пространству со средней скоростью Wмтр расстояние l от точки траектории, образующей вокруг каждого участка непористой поверхности циркуляционной элементарной ячейки Б до точки В. При этом компонент из раствора в условиях турбулентного режима, создаваемого завихрителями 13, поглощается частицами сорбента и за вторую половину периода пульсации обрабатываемая жидкость, обедненная компонентом, просачивается в точке В в обратном направлении и проходит по внутренней трубе со средней скоростью Wтр расстояние l до точки Б. Равенство Wмтр Wтр W и периода пульсаций Т 2
является таким образом, условием эффективного функционирования всех циркуляционных элементарных ячеек и аппарата в целом. Каждая циркуляционная элементарная ячейка выполняет роль ступени контакта фаз и таким образом в предлагаемой установке при наличии только одного смесителя 1 и декантатора 3 благодаря аппарату 4 осуществляется многоступенчатый непрерывный процесс-процесс противоточного массообмена, характеризующийся большей разностью концентраций, большей относительной скоростью сорбент жидкость и интенсивностью массообмена. П р и м е р 2. По варианту сорбционного извлечения компонента из пульпы. При первом пуске смеситель 1 заполняется по линии 17 чистой жидкой фазой обрабатываемой пульпы и единовременно подают в него дозатор 2 мелкозернистый сорбент в количестве достаточном для достижения объемного соотношения твердой и жидкой фазы 0,2-1,0. Суспензия сорбента перемешивается и выдерживается в смесителе. Содержащийся в жидкой фазе компонент при этом сорбируется частицами сорбента и суспензия очищенной жидкости с сорбентом насосом 6 подается по линии 18 в межтрубное пространство аппарата 4. Противотоком в трубное пространство насосом 7 подается по линии 19 исходная обрабатываемая пульпа, содержащая сорбируемый компонент, и включается в работу пульсатор 5. Под действием создаваемых пульсатором 5 знакопеременных перепадов давления между трубным и межтрубным пространствами происходит пульсирующий поперечный обмен порциями сплошной фазы жидкости. Растворенный компонент переносится из потока обрабатываемой пульпы в трубном пространстве через стенки пористых участков 12 внутренних труб 9 в суспензию сорбента в межтрубном пространстве. А из межтрубного пространства очищенный раствор переносится в трубное обратными пульсациями. В результате осуществляемого таким образом процесса непрерывного противоточного массообмена между суспензией сорбента и исходной обрабатываемой пульпой по линии 20 из аппарата отводится суспензия сорбента, обогащенная поглощаемым компонентом, а по линии 21 отводится очищенная от компонента обработанная пульпа, не содержащая частицы мелкодисперсного сорбента и сохранившая все количество исходного дисперсного твердого материала. Извлеченный из обрабатываемой пульпы компонент сорбируется на частицах мелкодисперсного сорбента как во время прохождения суспензии сорбента по межтрубному пространству в условиях турбулизации течения винтовыми завихрителями 13, так и во время пребывания суспензии в линии 22, декантаторе 3 а затем и смесителе 1. В декантаторе 3 отделяется от потока отработанной суспензии часть сорбента и отводится по линии 24, а дозатором 2 подается в смеситель 1 непрерывно такое же количество свежего сорбента. Поддерживает в межтрубном пространствах средние скорости движения потоков Wтр Wмтр W 0,25-1,00 м/c. И при параметре l 0,50 м работают при периоде пульсаций T 
1,0-4,0 c т.е. частоте пульсаций 0,25-1,00 с-1. Содержащиеся в обрабатываемой пульпе частицы постороннего твердого материала в процессе противоточного массообмена не просачиваются через стенки пористых внутренних труб, оставаясь в потоке пульпы трубного пространства, и дисперсные частицы сорбента не проходят через стенки внутренних пористых труб, оставаясь в потоке суспензии сорбента межтрубного пространства. Таким образом, не происходит смешение дисперсных частиц сорбента и пульпы и исключается операция их разделения. Благодаря турбулизации потоков винтовыми завихрителями достигается высокая интенсивность массообмена.
Формула изобретения
Установка для массообмена в системе твердое тело жидкость, включающая смеситель, кожухотрубный контактный аппарат с пористыми трубами, соединенный с пульсатором, и декантатор, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации массообмена за счет турбулизации потоков, трубы контактного аппарата выполнены с регулярно распределенными по длине сплошными участками с расположенными на них винтовыми завихрителями потока.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
