Аппарат для ионообменных процессов

 

Изобретение относится к аппаратному оформлению процесса в гетерогенной системе жидкость - твердое тело, например сорбция, выщелачивание, растворение. Результат изобретения - интенсификация процесса массообмена за счет лучшего контакта взаимодействующих фаз и устранения застойных зон. Аппарат ионообменных процессов 1 содержит корпус с патрубками ввода и вывода фаз 2, 3. Внутри аппарата на оси 4 установлены контактные устройства 5, 6. Контактные элементы выполнены в виде линейчатой винтовой поверхности прямого геликоида с постоянным в поперечном сечении радиусом. Высота равна половине шага линейчатой винтовой поверхности. Контактные элементы установлены на оси чередующимися с правым и левым ходом со смещением на 90^o. Между контактными элементами установлены перфорированные диски 7, 8, на поверхностях которых в радиальном направлении от центра к периферии расположены плоские спирали. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к аппаратному оформлению процессов, протекающих в системах жидкость - твердое тело, таких 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 (а.с. СССР 827108).

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 (патент РФ 2105607, БИ 6, 1998), включающий корпус с патрубками ввода и вывода фаз, внутри которого на оси установлены контактные устройства, выполненные в виде перфорированных секторных элементов, расположенных по спирали 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.

Недостатком известного аппарата является наличие перфорированных секторных элементов, расположенных по спирали, с высотой, равной шагу линейчатой винтовой поверхности в его максимальном сечении, 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 диффузионного слоя.

Этот технический результат, который может быть достигнут, заключается в том, 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 прямого геликоида, образующая которого пересекает ось геликоида под прямым углом с постоянным в поперечном сечении радиусом, с высотой, равной половине шага линейчатой винтовой поверхности, причем перфорированные секторные элементы установлены на оси чередующимися с правым и левым ходом со смещением на 90^o, а в пространство между контактными устройствами установлены перфорированные диски со спиралями правого и левого хода.

Такая конструкция позволяет значительно повысить производительность аппарата.

На фиг.1 показан общий вид аппарата, на фиг.2, 3 показаны ортогональные проекции прямого геликоида правого хода, а на фиг.4, 5 - левого хода. На фиг. 6 изображен перфорированный диск со спиралью правого хода, а на фиг.7 - 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 постоянным радиусом в нормальном сечении, с высотой, равной половине шага линейчатой винтовой поверхности, патрубок 9 для вывода ионита.

Аппарат для ионообменных процессов работает следующим образом.

По контактным устройствам 5 и б сверху вниз под действием силы тяжести передвигается адсорбент-ионит, а навстречу ему через патрубок 2 поднимается жидкость. При соприкосновении с контактным элементом 5 левого хода жидкость, изменив свое направление, движется в радиальном направлении благодаря центробежному эффекту, 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 контактным элементом 5. Далее при соприкосновении с перфорированным диском со спиралью правого хода 7 жидкость, изменив свое направление по касательной к спирали, приобретает вращательное движение и движется далее с некоторой угловой скоростью о, охватывая площадь аппарата в поперечном сечении. Затем при соприкосновении с контактным элементом 6 левого хода жидкость меняет свое направление на противоположное в поперечном сечении, что снижает скорость передвижения ее в осевом направлении. Дальнейшая работа аппарата видна из чертежа фиг.1. По мере истощения ионит выводится через патрубок 9.

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

При определении эффективности аппарата расчет показывает, что высота секторного элемента равна двум радиусам Н_сэ=2r при h=Н_сэ, где h - шаг пространственной спирали.

Определяем шаг пространственной спирали (см. фиг. 8, 9) h = 2πrtgδ, где δ - угол наклона Н_сэ=(2S tgδ)/r, где S - площадь поверхности прямого геликоида.

Отсюда высота секторного элемента прямо пропорциональна площади поверхности линейчатой винтовой поверхности прямого геликоида и тангенсу угла наклона tgδ и обратно пропорциональна радиусу r.

Известно, что с увеличением площади поверхности линейчатой винтовой поверхности эффективность процесса массообмена повышается.

Использование данного устройства по сравнению с прототипом обеспечивает максимально возможный массообмен к межфазной границе, скорость ионного обмена в процессах сорбции, выщелачивания, растворения и других процессах массопереноса и позволяет повысить 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 прямого геликоида, образующая которого пересекает ось геликоида под прямым углом с постоянным в поперечном сечении радиусом, с высотой, равной половине шага линейчатой винтовой поверхности.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что перфорированные секторные элементы установлены на оси чередующимися с правым и левым ходом со смещением на 90^o.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в пространство между контактными устройствами установлены перфорированные диски со спиралями правого и левого хода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9