Аппарат для ионообменных процессов

 

Использование: сорбция, выщелачивание, растворение путем ионнообмена в системах жидкость - твердое тело. Сущность изобретения: аппарат для ионообменных процессов содержит корпус с подводящими и отводящими патрубками, внутри которого на оси установлены контактные устройства, выполненные в виде перфорированных секторных элементов, имеющих вид наклонного геликоида, образующая которого пересекает его ось под острым углом с равномерно увеличивающимся в поперечном сечении радиусом по спирали Архимеда, с высотой, равной шагу линейчатой винтовой поверхности в его максимальном сечении. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к аппаратному оформлению процессов, протекающих в системах жидкость твердое тело, такие как сорбция, выщелачивание, растворение и может найти применение в химической, гидрометаллургической и смежной с ними отраслях промышленности.

Известен аппарат для ионообменных процессов, предусматривающий использование перфорированных секторных элементов, установленных с возможностью перемещения относительно друг друга за счет уменьшения продольного перемешивания фаз [1] Недостатком такого аппарата является уменьшение поверхности контактного устройства из-за возможности перемещения перфорированных секторных элементов относительно друг друга.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является аппарат для ионообменных процессов [2] включающий корпус с патрубками ввода и вывода фаз, внутри которого на оси установлены контактные устройства, выполнение в виде перфорированных секторных элементов, расположенных по спирали, причем радиус профиля перфорированных секторных элементов в поперечном сечении аппарата увеличиваются неравномерно.

Недостатком известного аппарата является наличие перфорированных секторных элементов, расположенных по спирали, что не обеспечивает оптимального контакта взаимодействующих фаз и приводит к образованию застойных зон как между контактными устройствами и стенкой корпуса, так и между контактными элементами.

Задачей технического решения является интенсификация процессов массообмена за счет лучшего контакта взаимодействующих фаз и устранения застойных зон.

технический результат, который может быть достигнут, заключается в увеличении скорости массопереноса к межфазной границе, уменьшении толщины диффузного слоя.

Этот технический результат достигается тем, что в известном аппарате для ионообменных процессов, включающем корпус с патрубками ввода и вывода фаз, внутри которого на оси установлены контактные устройства, выполненные в виде перфорированных секторных элементов, расположенных по спирали, последние выполнены в виде наклонного (косого) геликоида, образующая которого пересекает ось геликоида под острым углом с равномерно увеличивающимся в поперечном сечении радиусом по спирали Архимеда с высотой, равной шагу линейной винтовой поверхности в его максимальном сечении, причем перфорированные секторные элементы установлены на оси чередующимися с правым и левым ходом со смещением на 180^o.

Такая конструкция позволяет значительно повысить производительность аппарата.

На фиг. 1 показан общий вид аппарата; на фиг. 2 и 3 ортогональные проекции наклонного (косого) геликоида правого хода; на фиг. 4 и 5 левого хода.

Аппарат для ионообменных процессов содержит корпус 1 с патрубками ввода жидкости 2 и вывода фаз 3, внутри которого на оси установлены контактные устройства 5 и 6 с равномерно увеличивающимся радиусом в нормальном сечении (фиг. 3 и 5) спираль Архимеда и с шагом h, равным высоте контактного элемента в его максимальных сечениях (фиг. 2 и 4, патрубок 7 для вывода ионита).

Аппарат ионообменных процессов работает следующим образом. По контактным элементам 5 и 6, сверху вниз под действием силы тяжести передвигается адсорбент-ионит, а навстречу ему через патрубок 2 поднимается жидкость. При соприкосновении с контактным элементом 5 правого хода жидкость, изменив свое направление по касательной к спирали Архимеда, приобретает вращательное движение и движется далее с некоторой угловой скоростью ω Вместе с тем, благодаря центробежному эффекту, жидкость приобретает также радиальную скорость, охватывая практически всю площадь аппарата в поперечном сечении контактного элемента. Направленная от центра к периферии жидкость в значительной степени способствует устранению застойных зон между стенкой корпуса и контактными элементами 5 и 6. Затем при соприкосновении с контактным элементом 6 левого хода жидкость меняем свое направление на противоположное в поперечном сечении, что снижает скорость передвижения ее в осевом направлении, между контактными элементами 5 и 6. Дальнейшая работа аппарата видна из чертежа фиг. 1. По мере истощения ионит выводится через патрубок 7.

Выбор количества контактных элементов, диаметра и шага определяется конструктивными размерами аппарата и его производительностью.

Направленная по спирали Архимеда жидкая фаза позволяет осуществить оборот раствора для более полного извлечения адсорбируемых ионов из раствора.

Использование данного устройства по сравнению с прототипом обеспечивает максимально возможный массообмен, что увеличивает скорость массопереноса к межфазной границе, скорость ионного обмена в процессах сорбции, элюирования, выщелачивания, растворения, образования и разрушения эмульсий и в других процессах массопереноса, повышает производительность аппарата.

Формула изобретения

1. Аппарат для ионообменных процессов, включающий корпус с патрубками ввода и вывода фаз, внутри которого на оси установлены контактные устройства, выполненные в виде перфорированных секторных элементов, расположенных по спирали, отличающийся тем, что перфорированные секторные элементы выполнены в виде наклонного (косого) геликоида, образующая которого пересекает ось геликоида под острым углом с равномерно увеличивающимся в поперечном сечении радиусом по спирали Архимеда, с высотой, равной шагу линейчатой винтовой поверхности в его максимальном сечении.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что перфорированные секторные элементы установлены на оси чередующимися с правым и левым ходом со смещением на 180^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5