Аппарат для проведения массообменных процессов

 

i

О ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (И) 603398

{61) Дополнительное к авт. сеид-ву

Щ Заивлеыо 19.04.76 {21) 2349381/23-26 е присоединением заявки №{23) Приоритет(43) Опубликовано 25.04.786толлетеиь ЭВ 15 (45) Дата опубликования описаиии05.0 .76 (53) М. Кл.

В 01 Э 3/30

В 01 о 1/00

Государстеенной коинтет

Соната Мнннстроа СССР оо делам нзооретеннй и открытий

{53) УДК 66.015.23..05 (088.8) (72) Авторы изобретении

Г. А. Аксельруд и Б. Н. Яремчук

Львовский ордена Ленина политехнический институт и Калутпский филиал Всесоюзного научноисследовательского и проектного института галургии (71) Заявители (54) АППАГлт ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ NACCOOBMEHHbfX ПРОЦИССОВ

Изобретение относится к технике массообменных процессов между твердой и жидкой фазами и может быть применено в горнорудной, химической, энергетической, пищевой и смежных с ними отраслях промышленности.

Для проведения массообменных процессов б в поле центробежных сил известен аппарат, состоятций из перфорированного ротора и различных устройств для подачи и вывода реагентов, в котором интенсификация процесса идет за счет увеличения скорости фильтрации жидкого реагента под действием центробежной силы через слой твердой фазы (1). Недостатком такого аппарата является то, что при ведении процесса массообмена в фильтрующем слое в процессе участвует не вся поверхность твердых частиц, так как частицы в мес- 1в тах контакта друг с другом не отмываются жидким реагентом.

Известен также центробежный аппарат, в котором создано внтание твердых частиц под действием жидкости (2). Он представляет собой герметический неподвижный кожух с расположеьным внутри врашающимся решетчатым барабаном (ротором), который установлен в подшипниковых узлах на полых цапфах.

Решетчатый барабан выполнен полой цилиндрической емкостью, к днищам которой кре- 25

2 пятся полые цапфы, а цилиндрическая обечайка представляет собой сито. Ввод и вывод суспензии осуществляется через полые цапфы решетчатого барабана, а растворяющая жидкость подается во внутреннюю полость герметического кожуха через специальный штуцер.

Данный аппарат имеет ряд недостатков, которые значительно влияют на эффективность ведения массообменного процесса в центробежном режиме. Например, жидкость для создания питания твердых частиц подается через отверстия обечайки вращающегося барабана, поэтому в местах входа жидкости в отверстия решетчатого барабана возникают большие местные сопротивления, преодоление которых требует больших затрат энергии для создания необходимого давления жидкости иа входе в аппарат.

Жидкость в таком аппарате подается на большем сечении, чем выводится, поэтому скорость жидкости увеличивается от периферии к центру вращения барабана, достигая максимального значения на выходе из барабана (в полых цапфах), что приводит не к витаиию твердых частиц, а к случаю фильтрации жидкости через слой твердых частиц, если скорость жидкости мала, либо к выносу твердои фазы

603398 иэ аппарата, если скорость жидкости обеспечивает равновесие частиц на периферии барабана под действием центробежных и гидродинамических сил, Для создания режима витания частиц даже при незначительной центробежной силе необходим большой расход растворяющей жидкости, которая. должна выводиться через полую цапфу аппарата. Для уменьшения выноса твердой фазы из аппарата скорость движения жидкости через цапфу должна быть малой, а значит размеры цапфы — большими. Увеличение размеров цапфы усложняет подшипниковые и особенно сальниковые узлы, так как из-за больших местных потерь на сите барабана давление в кожухе аппарата велико и может достигать значения десятков атмосфер.,,Целью изобретения является разработка конструкции аппарата для проведения массообменных процессов в поле центробежных сил, которая обеспечивала бы эффективный процесс массообмена и устойчивый режим витания твердых частиц при значениях расхода жидкого реагента на входе в аппарат не больше величины, необходимой для осуществления только массообмена.

Это достигается тем, что аппарат для про. ведения процесса массообмек 1 содержит несколько сужающихся к периферии рабочих камер, жестко связанных с ротором и сообщающихся с-внутренней полостью последнего непосредственно широкими торцами, узкие торцы сообщаются с ротором посредством циркуляционных трубопроводов; между местами соединения рабочих камер и циркуляционных трубопроводов с ротором в его полой части установлен винтовой насос для создания циркуляционного потока жидкости внутри самого аппарата, а также для ввода и вывода продуктов; необходимый режим массообменного процесса подбирается путем изменения числа оборотов как ротора, так и винтового насоса.

Ведение процесса массообмена в отдельных камерах имеет то преимущество, что вращательное движение частиц относительно осН ротора создается не потоком вращающейся жидкости, а непосредственно стенками расши.ряющихся камер, при этом угловые скорости .,движения камеры и частиц равны. Расширение камеры от периферии к центру вращения при . подаче жидкого реагента в ее узкую часть со скоростью, достаточной для уравновешивания частиц, обесйечивает получение, больших скоростей потока жидкого реагента на большем радиусе вращения, т.е. при больших значениях центробежной силы, и наоборот. Это способствует устойчивому режиму витания твердых частиц по всей длине рабочих камер. Скорость потока жидкого реагента иа выходе из рабочих камер в этом случае минимальная, т, е. воэможность выноса твердой фазы из рабочих камер в полость ротора значительно уменьшается, что увеличивает эффективность массообмена.

Циркуляция в пределах аппарата потока жидкости, необходимого для создания режима витания твердых частиц в рабочих камерах аппарата, осуществляемая винтовым насосом, совмещенным с ротором, способствует уменьшению расхода продуктов через полые валы, т. е. количество жидкости, поступающей в аппарат, можно уменьшить до величины, необходимой для проведения только процесса массообмена, На чертеже изображен предложенный аппарат.

Он содержит ротор 1, на котором крепятся сужающиеся к периферии камеры 2 и циркуляционные трубопроводы 3. В качестве формы рабочей камеры в данном аппарате выбран усеченный конус. Ротор аппарата установлен в подшипниковых узлах 4 и приводится во вращательное движение шкивом 5. Для создания öèðкуляции жидкого реагента служит винтовой насос 6, который вращается в подшипниках 7 с помощью шкива 8. Герметичность вывода вала насоса 6 из ротора l обеспечивается сальниковым узлом 9. Ввод и вывод продуктов в аппарат производится через сальниковые узлы 10 и 11 и полые валы винтового насоса и ротора аппарата. Циркуляционный поток жидкого реагента создается путем захвата его винтовым насосом в зоне 12 всасывания и передвижения в зону 13 нагнетания, где он разделяется на два потока. Для регулирования расходов реагентов через аппарат служит кран 14.

Работает аппарат следующим образом.

Смесь реагентов с содержанием жидкой фазы, необходимой только для процесса массообмена, из трубопровода через сальниковый

М узел 10 и полый вал насоса 6 засасывается в ротор аппарата 1, где твердая фаза под действием центробежной силы разделяется, и в полость конической рабочей камеры 2. Режим витания твердой фазы в рабочих камерах 2 осушествляется путем подачи жидкого реагента по циркуляционным трубопроводам 3 в узкую часть конических камер. Под действием потока жидкого реагента частицы витают по всему объему рабочей камеры до тех пор, пока их диаметр не станет равен диаметру, 45 для которого значение гидродинамической силы в самой широкой части рабочей камеры больше значения центробежной силы. В этом случае частицы выносятся потоком жидкости в зону 12 всасывания циркуляционного насоса 6, откуда последним подаются в камеру 13 нагнетания и через полый вал ротора 1 выводятся из аппарата. Расход жидкого реагента через рабочие камеры, необходимый для обеспечения режима витания твердых частии, обеспечивается изменением числа оборотов вала циркуляционного насоса 6 до соответствующего значения. Необходимая величина центробежной силы и соответственно необходимый гидродинамический режим устанавливают путем изменения количества оборотов ротора àïnàрата. Расход реагентов регулируют краном l4 на выходе иэ аппарата.

603398

Составитель А. Сондор

Техред О. Луговая Корректор Н. Туиниа

Тираж 964 Подинсное Редактор F.. Скляревская

Заказ !957!8

1111!!!11!И Государственного комитета Сонета Министров .< .С! ио делам изобретений н открьинй

11:1ПЗ5, Москва, Ж-З5, Рауьиска наб. л. 4,5

Филиал (lllll «!1атент», г. Ужгород, ул. !!рог кгнан, 4

Возможно выполнение аппарата, которое обеспечивает проведение процесса массообмена при температуре выше температур окружающей среды. Для этого на циркуляционных трубопроводах устанавливаются электрические подогреватели. Температура ведения процесса поддерживается в заданных пределах путем регулирования напряжения на подогревателях.

Возможно применение аппарата для проведения массообменных процессов в центробежном поле между двумя несмешивающимися s@ жидкостями с разными плотностями. При этом более тяжелая жидкость будет вести себя аналогично твердой фазе.

Предложенная конструкция аппарата для проведения массообменных процессов в поле центробежных сил имеет следующие преимущества: в результате применения раздельных рабочих камер обеспечивается полное соответствие угловых скоростей ротора аппарата угловым скоростям твердых частиц, что значительно уменьшает расход энергии, выполне- З, ние рабочих камер в виде конусов и установка их таким образом, что узкая часть рабочей камеры находится дальше от центра вращения, чем широкая, обеспечивает устойчивый режим витания твердых частиц по всей длине рабочей камеры. 35

Благодаря созданию рециркуляции жидкого реагента в самом аппарате значительно уменьшаются размеры полых валов, что дает возможность упростить подшипниковые и особенна сальниковые узлы, увеличить производительность аппарата, уменьшить затраты энергии за счет уменьшения потерь ее в сальниковых узлах. Объединение ротора массообменного аппарата с винтовым насосом в один узел позваляет использовать один и тот же насос для создания режима ожижения твердой фазы и питания. аппарата; применение отдельных циркуляционных трубопроводов для каждой рабочей камеры дает возможность значительно уменьшить местные сопротивления при подаче жидкого реагента в рабочие камеры. а значит уменьшить эиергозатраты.

Проверка конструкции аппарата и ее рабг тоспособности проведена в лабораторных ус. ловиях для избирательного растворения галита из галито-лангбейнитового остатка. Производительность опытного образца 30 кг/час по твердой фазе.

Формула изобретения

Аппарат для проведения массообменных процессов в пале центробежных сил и в режиме псевдоожижения твердых частиц жидкостью, содержащий ротор и устройства для ввода и вывода продуктов, отличающийся тем, что, с цельго увеличения эффективности процесса массообмеиа и создания устойчивого режима псевдоожпжения, аппарат снабжен установ.иенными на роторе, сужающимся к периферии камерамп, жестко связанными с ним широким торцом со стороны ввода суспенэии, при этом узкие торцы камер снабжены циркуляционными трубопроводами, сообгцакпцимися с ротором, и снабжен винтовым насосом, установленным в полой части ротора между камерами и трубопроводами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

l Патент Франции № 2203672, В 01,1 l j00.

2. Касаткин A. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. «Химия», !

971, с. 590.