Массообменный аппарат

 

Изобретение относится к массообменным аппаратам для процессов экстракции в системе "жидкость - твердое тело". Целью изобретения является расширение области применения массообменного аппарата за счет изменения способа загрузки при одновременной интенсификации процесса. Устройство содержит вибропривод, центральную вертикальную цилиндрическую пустотелую колонну с закрепленным на ее наружной поверхности спиральным рабочим органом, разгрузочный лоток в конце верхнего витка рабочего органа. На среднем по высоте аппарата и на верхнем витках рабочего органа установлены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси рассекатели, на нижнем витке установлен штуцер для подвода экстрагента (отвода экстракта), а центральная колонна, являющаяся загрузочным патрубком для твердой фазы, снабжена отверстиями, одно из которых расположено на уровне днища, а другие, оппозитно ему, - на уровне рассекателей. 2 ил.

Изобретение относится к массообменным аппаратам для процессов в системе "жидкость - твердое тело" и может использоваться в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности для экстракции вещества из твердых тел жидкостями.

Известен экстрактор, в котором шнек вращается периодически и с помощью гидроцилиндра совершает подъемно-опускные движения, а на корпусе установлены вибраторы [1].

Недостатком данного устройства является чрезмерное уплотнение твердой фазы в корпусе аппарата. Это ухудшает условия фильтрования экстрагента через слой частиц твердой фазы, кроме этого, уменьшается величина активной поверхности частиц, что, в целом, приводит к увеличению внешнего диффузионного сопротивления и уменьшению скорости процесса извлечения.

Наиболее близким по технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является аппарат вертикального типа со спиральным вибрирующим лотком [2] . Он содержит подвешенную на пружинных подвесках вертикальную колонну, которая совершает вибрационное движение под действием вибратора и на которой укреплен спиральный лоток. Колонна нижней частью опущена в ванну, куда подаются твердая и жидкая фазы. Вибрационное движение колонны обеспечивает транспортировку суспензии вверх по спиральному лотку и удаление ее с верхней части лотка.

Недостатком известной конструкции является то, что при расположении приемного лотка у днища ванны с жидкостью затруднена загрузка твердой фазы при близких значениях плотностей экстрагента и твердых частиц, например при экстрагировании из растительного сырья.

Целью изобретения является расширение области применения массообменного аппарата за счет изменения способа загрузки при одновременной интенсификации процесса.

Цель достигается тем, что загрузка экстрагируемого материала осуществляется через верхнюю часть центральной колонны и далее через окно в ней, расположенное на уровне днища. Кроме этого. центральная колонна снабжена отверстиями, расположенными оппозитно загрузочному окну; около отверстий имеются рассекатели, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на спиральном рабочем органе, причем последний выполнен перфорированным.

На фиг. 1 показан экстрактор, общий вид; на фиг.2 - экстрактор, вид сверху и его поперечное сечение.

На наружной поверхности центральной несущей колонны 1 укреплен рабочий орган 2 в виде спирального лотка, все витки которого, кроме нижнего, имеют перфорацию. В стенке колонны выполнены три отверстия: нижнее отверстие 4 на уровне днища 3, верхнее отверстие 5 на уровне рассекателя 7, установленного на верхнем витке рабочего органа 2, и отверстие 6 - на уровне рассекателя 8, установленного на среднем по высоте аппарата витке. Аппарат имеет лоток 10, установленный в конце верхнего витка для выгрузки шрота, штуцер 9 в нижней части аппарата для отвода экстракта при противоточном режиме работы аппарата или подвода экстрагента при прямоточном режиме. Аппарат посредством упругих элементов 11 присоединен днищем к станине и приводится в движение виброприводом 12.

Раздельная подача жидкой и твердой фаз в аппарат позволяет осуществлять загрузку при близких значениях плотностей экстрагента и твердых частиц.

Перфорация на спиральном рабочем органе 2 нужна для организации "внутренней" рециркуляции жидкой фазы и, в результате, увеличения скорости массообмена. Отверстия 5, 6 и установленные около них рассекатели 7, 8 позволяют осуществить рециркуляцию суспензии при работе аппарата в режиме прямотока фаз. Рассекатель 7, кроме того, используется в качестве заслонки, полностью перекрывающей либо окно 5 - при непрерывной работе аппарата, либо лоток 10 - при работе аппарата в периодическом режиме.

Аппарат работает следующим образом.

При включении вибропривода 12 центральная колонна 1 с рабочим органом 2 совершают сложное колебательное движение по винтовой линии. Экстрагируемый материал дозируется в центральную колонну сверху. Материал растекается по днищу 3 внутри центральной колонны и через отверстие 4 попадает на рабочий орган 2. Под действием направленной вибрации материал движется по желобу вверх виброкипящим слоем. Рассекатель 8 в случае противотока фаз перекрывает отверстие 6 в центральной колонне и весь поток материала двигается к верхней части аппарата. В случае прямотока фаз рассекатель 8 разделяет материал на два потока: часть материала продолжает двигаться к верхней части аппарата, другая направляется в отверстие 6 центральной колонны и смешивается со свежим материалом, образуя контур "внешнего" рецикла. С помощью рассекателя 8 можно регулировать количество материала, поступающего в контур "внешнего" рецикла, а также производительность аппарата по твердой фазе. Для организации периодического режима работы аппарата рассекатель 7 закрывает разгрузочный лоток 10 и весь поток материала направляется в нижнюю часть аппарата через отверстие 5. После достижения заданной концентрации целевого компонента в твердой фазе разгрузочный лоток 10 открывают, перекрывая при этом отверстие 5, и производят разгрузку аппарата.

Экстрагент подается в верхнюю часть аппарата на его верхний виток. Под действием гравитационных сил он движется противотоком через виброкипящий слой экстрагируемого материала, извлекает целевой компонент и удаляется из аппарата через штуцер 9. Одновременно часть экстрагента проникает через перфорацию рабочего органа и попадает на нижележащий виток, опережая основной поток. Таким образом создается "внутренний" рецикл.

Увеличивая частоту колебаний аппарата, а следовательно, и скорость движения твердой фазы по вибролотку, можно осуществлять взаимодействие фаз в прямотоке. В этом случае характер движения твердой фазы аналогичен описанному выше.

Экстрагент подается через штуцер 9 на нижний виток рабочего органа 2, увлекается движущимися частицами твердой фазы, извлекает целевой компонент и отводится из аппарата через лоток 10 вместе с твердой фазой (разделение фаз осуществляется вне аппарата).

Использование предлагаемого изобретения позволяет расширить область применения массообменного аппарата за счет осуществления загрузки материала через центральную колонну и интенсифицировать процесс за счет организации рециклов.

ЛИТЕРАТУРА 1. Авт. св. СССР 128962, кл. В 01 D 11/02, 1960.

2. Аксельруд Г. А. и Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. - М., 1977, с.217-219 (прототип).

Формула изобретения

Массообменный аппарат, содержащий вибропривод, центральную вертикальную цилиндрическую пустотелую колонну с закрепленным на ее наружной поверхности спиральным рабочим органом, разгрузочный лоток в конце верхнего витка рабочего органа, отличающийся тем, что спиральный рабочий орган выполнен перфорированным, на среднем по высоте аппарата и на верхнем витках рабочего органа установлены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси рассекатели, на нижнем витке установлен штуцер для подвода экстрагента (отвода экстракта), а центральная колонна, являющаяся загрузочным патрубком для твердой фазы, снабжена отверстиями, одно из которых расположено на уровне днища, а другие, оппозитно ему, на уровне рассекателей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2