Колонный массообменный аппарат

 

Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов колонного типа и может найти применение в гидрометаллургии , химической технологии и других отраслях промышленности при осуществлении протйвоточных процессов в системе жидкость - твердое тело. Сущность изобретения: колонный массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между которыми послойно расположены шаровые элементы, заключенные в неподвижные перфорированные шары-сетки. Шаровые элементы в смежных слоях выполнены из материалов с различной объемной массой, при этом слои шаровых злементов последовательно чередуются по высоте аппарата. 1 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 01 J 19/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCC P) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840551/26 (22) 19.06.90 (46) 23.12.92. Бюл, hh 47 (71) Добровольное общество молодежного жилого комплекса "Сабурово" и Московский авиационный технологический институт им.

К.Э.Циолковского, (72) А.А.Буланов, Л.А.Руденко, А.П.Буланов и А.Л.Руденко (56) Патент Сц.Щ hL 3350075, кл. 8 01 0

47/16, 1962.

Авторское свидетельство СССР . М 725688, кл, В 01 0 53/20. 1980. (54) КОЛОННЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов колонноИзобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов колонного типа и может найти применение в гидрометаллургии, химической технологии и других отраслях промышленности при осуществлении противоточных процессов в системе жидкость — твердое тело.

Цель изобретения — увеличение эффективности массообмена за счет создания ячеек в режиме идеального вытеснения и снижения продольного перемешивания фаз, На фиг.1 изображен общий вид колонного массообменного аппарата; на фиг.2 и 3 — перфорированные шары-сетки из смежных слоев аппара га, соответственно, с шаровыми элементами из материалов легче и тяжелее раствора., . Ы, 1782642А1

ro типа и может найти применение в гидрометаллургии, химической технологии и других отраслях промышленности при осуществлении протйвоточных процессов в системе жидкость — твердое тело. Сущность изобретения: колонный массообменный аппарат содержит. цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между которыми послойно расположены шаровые элементы, заключенные в неподвижные перфооированные шары-сетки, Шаровые элементы в смежных слоях выполнены иэ материалов с различной объемной массой, при этом слои шаровых элементов последовательно чередуются по высоте аппарата. 1 ил., 3 табл, Колонный массообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, опорно-распределительной 2 и ограничительной

3 решеток, неподвижных перфорированных шаров-сеток 4, Внутри послойно расположенных шаров-сеток помещены шаровые элементы 5 и 6, выполненные из материалов с различной плотностью (легче и тяжелее раствора. в котором они находятся). Причем слои шаровых элементов с различной обьемной массой чередуются по высоте аппарата.

Аппарат работает следующим образом (на примере осуществления процесса промывки твердых веществ жидкостью).

Дисперсная система (суспензия или пульпа) подается в верхнюю часть корпуса 1 аппарата, снизу противотоком поступает

1782642 промывная жидкость. Взаимодействие фаз происходит в зоне. образованной нижней опорно-распределительной 2 и верхней ограничительной 3 решетками и заполненной тем или иным способом неподвижными перфорированными шарами-сетками 4 с подвижными шаровыми элементами 5 и 6.

Вследствие различных величин объемных масс шаров 5 и 6, последние располагаются в нижней и верхней частях неподвижных шаров-сеток 4. Причем, слой шаров-сеток с шаровыми элементами 5, выполненными из материала, объемная масса которого меньше плотности раствора, последовательно чередуются со слоем шаров-сеток с элементами 6 из"материала, объемная масса которого больше плотности раствора в колонном аппарате. Твердые частицы осаждаются, многократно контактируя с восхо5

20 дящим потоком промывной жидкости, сгущаются в нижней конической камере и удаляются из аппарата, Раствор с отмываемым компонентом выводится через наружный переливной карман в верхней части

I колонны.

Последовательное чередование шаровых элементов с различной объемной массой создает предпосылки для разделения аппарата по высоте на секции (ячейки). При

30 этом, структура потоков в аппарате становится близкой к режиму полного (идеального) . вытеснения, Два смежных слоя перфорированных шаров-сеТох с тяжелыми шаровыми элементами, расположенными в нижней части шаров-сеток, и с легкими шаровыми элементами, занимающими в перфорированных шарах-сетках верхнюю их часть, напоминают по своим конструктивным особенностям и выполняемым техноло35

40 гическим функциям горизонтальную секционирующую перегородку с малым проходным сечением. Это позволяет равномерно распределять потоки взаимодействующих фаз и значительно снижать уменьшения рециркуляции жидкости или обрабатываемых твердых веществ вдоль оси аппарата.

Большое значение для эффективного

50 осуществления противоточного массообменного процесса в двухфазной гетероген ной системе имеет величина объемной массы подвижных шаровых элементов, заключенных в неподвижные перфорированные шары-сетки. Чем легче шар (полый или

55 сплошной), тем сильнее он будет примыкать к верхней поверхности шара-сетки и наоборот. Для более эффективного распределения потоков взаимодействующих фаз целесообразнс выполнять шаровые элеменпродольное перемешивание вследствие 45 ты из материала, объемная масса которого находится в пределах от 280 до 540 кг/м (полые пластмассовые шары, из вспененных пластмасс, резиновые и т.д.), т.к. в этом случае они будут сохранять небольшую подвижность при наложении пульсационного воздействия, при дискретной выгрузке осадка или периодической подаче промывной жидкости. Сохранение относительной подвижности шаровых элементов необхо- . димо для исключения отложения на их поверхности твердых веществ и возможности прилипания к внутренней поверхности перфорированных шаров-сеток, что приводит к каналообразованию. При более низкой.обьемной массе легких шаровых элементов они практически теряют свою подвижность. Более высокая объемная масса (свыше 540 кг/мз) создает предпосылки для перемещения шаровых элементов во всем объеме перфорированных шаров-сеток, что приводит к значительному увеличению продольного перемешивания фаз и снижению эффективности отмывки.

Выполнение шаровых элементов в смежном слое из более тяжелого материала с объемной массой на 30-180 кг/м больше плотности раствора (перфорированные или полые сферические элементы из алюминия, титана, фторопласта и т.д.) позволит находиться им в нижней части пространства, образованного шаровой сеткой. И, таким образом, при определенном расположении шаров-сеток, тяжелыми шаровыми элементами вышерасположенного слоя будут перекрываться свободные пространства (каналы) нижерасположенного слоя шаровых элементов, выполненных из материала с более низкой объемной массой. На уровне колонного аппарата, условно проведенном через центры шаровых элементов смежных слоев, достигается наиболее равномерное распределение потоков взаимодействующих фаз вследствие ступенчатого (резкого) уменьшения гидравлического сопротивления секционирующего устройства.

Причем, при более низкой объемной массе тяжелых шаровых элементов, последние за счет восходящего потока промывной жидкости могут перемещаться в верхнюю часть пространства, ограниченного шаровой сеткой, что приводит к разобщению легких и тяжелых шаровых элементов и, в итоге. к увеличению продольного перемешивания фаз, При более высокой объемной массе шаровых элементов(на 180 кг/м превышающей плотность раствора в колонном аппарате) возникает опасность отложения на их поверхности гидратных или иных осадков и возможность прилипания к внут1782642 ренней.поверхности шаров-сеток, что при- возвратно-поступательные колебательные водит к нарушению однородности двойного движения (частота пульсаций — 0.5 с, ампслоя из легких и тяжелых шаровых элемен- литуда — 15 мм). тов, увеличению продольного перемешива- Результаты исследований представления и снижению эффективности 5 ны в таблице 1(концентрация HNOqe жидмассообменного процесса, кой исходной суспензии — 12,9 г/дм ), Иэ вышеизложенного следует, что наи- . Как видно из результатов эксперименболее целесообразным для достижения по- тов, в предлагаемом аппарате эффективставленной цели является выполнение ность отмывткй азотной кислоты от твердой шаровых элементов в смежных слоях из ма- 10 фазы увеличивается на 7,4-7,8, конценттериалов с различной объемной массой и рация НИОз в промытом осадке снижается чередование слоев по высоте аппарата. в 4,7-5,4 раза.

Выполняя перфорированные шары-сет- Пример 2. Процесс отмывки азотной ки различного диаметра, можно изменять кислоты от твердой фазы осуществлялся в расстояние между двойными слоями иэ лег- 15 колонном аппарате диаметром 0,4 м. Перких и тяжелых шаровых элементов. Для форированные шары-сетки. одного из слоев обеспечения определенной эффективности последовательно снабжались шаровыми массообменныхпроцессовнарядусиспопь- алементамисобъвемноуймассой(150,220, зованием подвижных и. неподвижных эле-:::290, 320, 460, 550, 580 и 860 кг/м . В смежментов в качестве контактных устройств 20 ных слоях шаровые элементы имели объемвозможно варьирование формы плетения ную массу 1080 icrl м . Методика и сеток, материала проволоки. ее диаметра и конструктивные размеры колонного àïïaт.д. рата. аналогичны условиям примера 1. РеТаким образом, перечисленные конст- зультаты опытов предСтавлены в табл. 2 руктивные особенности аппарата позволя- 25 (средняя плотность раСтвоура () в аппарате— ют увеличить эффективность массообмена 1010 кг/м ): за счет снижения продольного перемешива- Наибольшая эффективность отмывки ния фаз, достигается.при оснаущейии аппарата шароПример 1. В колонном аппарате выми злемяейтамйхв.смесжйых слоъях с объемдиаметром 0,4 м и высотой 4 м производи- 30 ной массой на 460-720 кг/м меньшей лась отмывка азотной кислоты от твердой плотности раствора. фазы технологической суспензии водой. В: - - Пример 3. Процесс осуществляют в первой серии опытов колонный массооб- том же аппарате при тех же условиях, что и менный аппарат снабжался перфорирован- в примере 1. В.смежйых с легкими шаровыными шарами-сетками (квадратные ячейки 35 ми элементами (с объемной массой 300 — размер в свету 5 мм) диаметром 65 мм с кг/мз) слоях установлены шаровые элеменшаровымиэлементамидиаметром30ммиз ты с объемной массой 1020> 1040, 1100, вспененного полипропилена с объемной 1190; 1220, 1300 и 1390 кг/м, Результаты массой 300 кг/м . Во второй серии опытов экспериментов показаны в табл.3 (средняя — аналогичными перфорированными шара- 40 плотность раствора в аппарате — 1010 ми-сетками с шаровыми элементами с объ- кг/м ). емной массой в одном слое 300 кг/м и в Как видно из результатов эксперименсмежном слое -1080 кгlм (полые фтороп-- тов, наибольшая эффективность отмывки з ластовые шары), которые йоследовательно достигается при снабжении аппарата в чередуются по высоте аппарата; ." 45 смежных слоях тяжелыми шаровыми элеМетодика экспериментов заключалась ментами с объемной массой на 30-180 кгlм в следующем. Технологическая суспензия больше плотности раствора; Оснащение коподавалась в верхнюю часть колонного an- лонны шаровыми элементами с меньшей парата. снизу поступала промывная жид- объемной массой способствует образовакость — вода. Дисперсная фаза (твердые 50 нию свободных каналов в пространстве частицы),многократно контактируясвосхо- между легкими шарами, заключенными в дящим потоком воды, промывалась в раба- перфорированные шары-сетки нижележачей зоне аппарата, снабженной щихслоеви, какследствие. увеличение проперфорированными шарами-сетками с ша- дального перемешивания фаз, Выполнение ровыми элементами, сгущалась и выводи- 55. тяжелых шаровых элементов в смежных лась из процесса из нижней конической слоях из материала с объемной массой бокамеры, Раствор азотной кислоты удалялся лее, чем на 180 кг/м превышающей плотчерезнаружный переливнои карман вверх- ность раствора в аппарате. приводит к ней части аппарата. Столбу суспензии à an- неравномерному распределению потоков парате сообщались низкочастотные

1782642

Таблица 2

Таблица 3 по сечению аппарата и снижению эффективности отмывки.

Предложенный аппарат характеризуется относительно высокой технико-экономической эффективностью.

Ф о р мул а и зоб рете н ия

Колонный массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между кото. рыми послойно расположены шаровые элементы, заключенные в неподвижные перфорированные.шары-сетки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения эффектив5 ности массообмена за счет создания ячеек в режиме идеального вытеснения и снижения продольного перемешивания, шаровые элементы в смежных слоях выполнены из материалов с различной объемной массой, 10 при этом слои шаровых элементов последо-. вательно чередуются по высоте аппарата.

Таблица 1

1782642

Суспензия

Фиг. Т .оставитель А.буланов

Техред М.Моргентал

Редактор 3.Хорина

Корректор 3.Салко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 4473 Тираж Подписное

ВНИИПИ 1осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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