Аппарат для отделения кристаллов от раствора

 

И И Е

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 686739

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зая влено 06.06.75 (21) 2141795/23-26 с присоединением заявки лк.— (23) Приоритет (51)М. Кл.

В 01 0 9/00

Гкударстаеанвй квапет

СССР в делаю кзебретвннй а атлаитнй

Опубликовано 25.09 79 Бюллетень 1те 35 (53) УД f(66.065.

52 (088.8) Дата опубликования описания 25.09.79 (72) Автор изобретения

А. С. Чепцов (7I) Заявитель (54) АППАРАТ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ

ОТ РАСТВОРА

Изобретение относится к аппарату для отделения кристаллов от раствора, который может быть применен для отделения кристаллов газовых гидратов и льда от рассола в установках опреснения соленых вод (газогидратных, зымо5 раживающих), а также для концентрирования например, соков, шеа.

Известен аппарат для отделения кристаллов от рассола (раствора), включающий сепарацнонную промывную колонну непрерывного действия

10 нагнетательного типа с трубопроводом подвода суспенэни, размещены иа одной иэ ее торцовых частей, решетками, карманами и трубопроводами для отвод» рассола; причем аппарат снабжен также скрепером для удаления из колонны от15 мьпых от рассола кристаллов и желобом для их транспортировки в плавитель, а также тарелкой, устанавливаемой за скрепером, с тем, чтобы в пусковой период можнобйлозаполннть аппарат кристаллами, а также предупредить возможное выталкивание, слоя кристаллов (пористого слоя) из аппарата в период эксплуатации tl), Известный аппарат имеет недостаточно высокую производительность из.за большого сопротивления движению пористого слоя иэ кристал лов, создаваемых скрепером, и сравнительно Bblсокую стоимость процесса, поскольку аппарат имеет большое количество вспомогательного оборудования, как-то трубопровод подачи промывной воды, систему распределения промывной воды, приспособление для контроля и регулирования ее температуры, скрепер; кроме того, необходимо проведение мероприятий по герметизации их во избежании потерь агентов (взрывоопасных углеводородов нли дорогостоящих фреонов) . В из;вестном аппарате необходимо расходовать энергию на приведение в действие скрепера Наличие тарелки способствует тому, что скорость удаления пористого слоя из аппарата определяется скоростью вращения скрепера, однако это усложняет его конструкцию., Цель изобретения — создание аппарата, обеспечивающего увеличение производительности и уменьшение энергозатрат.

Это достигается тем, что известный аппарат для отделения кристаллов от раствора (рассола), включаю1ций колонну с решетками, карманами и трубопроводами подачи суспензия и отвода раст686739 вора, снабжен приемником, перегородкой, расположенной в приемнике, ситом, отделяющим колонну от приемника, трубопроводами отвода воды и жидкого агента, а также кольцом, расположенным в нижней части колонны, и кольцевой форсункой, расположенной между ситом и кольцом, На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый аппарат; на фиг. 2 — то же, вариант прием1тика. 10

Аппарат представляет собой колонну 1, снаб. женную трубопроводом 2 для подачи суснензии, решетками 3, карманами 4 и трубопроводом 5 для отвода рассола (раствора), который имеет регулятор 6 расхода. Вне области решетки 3 со ts стороны, противоположной трубопроводу 2 для подачи суспензии, установлены сито 7, кольцевая форсунка 8, соединенная трубопроводом 9 подачи паров агента с регулятором 10 расхода, и кольцо 11. Колонна 1 снабжена приемником 20

12 с трубопроводом 13 отвода пресной воды с регулятором 14 расхода и трубопроводом 15 отвода жидкого агента с регулятором 16 расхода. Для обеспечивания более полного разделения пресной воды и жидкого агента в приемнике имеется перегородка 17.

Таким образом, сито 7 разделяет колоьп у на две части: первая часть включает зону А формированич пористого слоя из кристаллов, зону Ь. пористого ..Лоя,поры которого заполнены пас- 30 солом (раствором), зону В отмывки кристаллов пресной водой и зону Г плавления кристаллов и конденсации паров агента, а вторая часть— зону Д разделения жидкого агента и пресной воды, зону Е пресной воды и зону Ж жидкого 35 агента.

Аппарат запускается следующим образом.

В предварительно вакуумированный аппарат по трубопроводу 2 подается суспензия кристаллов в рассол; Пои этом кристаллы накапливают- 40 ся на сите 7, а рассол дренирует в приемник и при необходимости в период заполнения аппарата кристаллами рассол может сбрасываться по трубопроводу 13 отвода пресной воды. Слой кристаллов на сите увеличивается и заполняет колонну пока граница 3 пористого слоя и суспензии не расположится we решеток, ближе к торцу, к которому присоединен трубопровод 2 для подачи суслензии. С этого момента осуществляется подача сжатых паров агента через трубопровод 9 и форсунку 8 в зону Г плавления кристаллов и конденсации паров агента, а также непрерывный отвод рассола из кармана 4 и воды по трубопроводу 13. Когда слой жидкого агента достигает необходимого уровня И, автоматически включается система отвода жидкого агента из аппарата. Для нормальной работы аппарата необходимо, чтобы граница 3 пористого слоя и суспенэии не достигла торца колонны, с которого подается суспензия, скорость плавления слоя кристаллов должна соответствовать скорости наращивания его со стороны подвода суспензии, должно соблюдаться следующее соотношение давлений в пппарате Р1 ) Ра ) Рз, где

Р, — давление на границе 3; P, — давление в кармане 4; Рз — давление в зоне Г плавления.

Нежелательно, чтобы уровень жидкого агента

I достигал перегородки 17. Расходы потоков должны плавно регулироваться во избежание разрыва пористого слоя из кристаллов; при этом должны поддерживаться следующие соотношения расходов с= Gp+ пв где G > — весовой расход суспенэии, поступающей в аппарат, т.е. весовой расход насыщенного агентом рассола с суспендированными в нам кристаллами;

G — весовой расход рассола, насыщенного агентом, который отводится из аппарата; б„в — весовой расход пресной воды, насыщенной агентом, которая отводится из аппарата.

Из материального баланса потоков аппарата сле; дует также, что необходимо цоддерживать соотношение 6на = Gмса .

При этом постоянство расхода паров агента 6„ может регулироваться по уровню границы 3 пористого слоя H суспензии, а постоянство расхода отводимого из аппарата жидкого агента G q— по уровню И жидкого агента, Указанные соотношения справедливы, если пренебречь отличием концентраций агента в суспензия, рассоле и пресной воде. Учитывая то обстоятельство, что агент в аппарате находится в избытке (присутствует го жидкая фаза), отличие концентраций будет незначительным. Если указанные соотношеív= будут выдержаны, то давления в аппарате .Pi, Р и Ра будут постоянными, что обеспечит постоянную температуру конденсации паров агента в зоне Г и постоянство перепадов (P> — Рг), (Pa — P ) и т.д., т.е. работа аппарата будет устойчивой.

Предлагаемый аппарат при устойчивом (послеспусковом) режиме работает следующим образом.

Суспензия подводится по трубопроводу 2 в верхнюю часть колонны, в которой происходит формирование пористого слоя из кристаллов (зона A). Рассол удаляется из аппарата через решетки 3 и карманы 4 по трубопроводу 5, а кристаллы эоны Б пористого слоя движутся далее в зону В. В зоне В через поры сЛоя кристаллов противотоком движется пресная вода, вытесняя рассол из пор и отмывая кристаллы от рассола. Граница между рассолом и пресной вод и в пористом слое (между зонами Б и В) 686739 показана на фнг. 1 пунктирной линией К В области сита 7, предпочтительно в зону Г аппарата, с помощью трубопровода 9 и форсунки 8 подается сжатый пар гидрообраэователя (агента), который при контакте с кристаллами конденсируется (контактное плавление кристаллов), а теплота, выделяемая при конденсации паров агента, расходуется на плавление кристаллов.

Для интенсификации процессов конденсации паров агента и плавления кристаллов форсунка 8 обеспечивает перемещение смеси воды — кристаллы — агент в зоне Г. Объем зоны Г ограничен с одной стороны ситом 7, а с другой стороны — . пористым слоем иэ кристаллов и кольцом 11, внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра колонны. Кольцо 11 обеспечивает четкую границу между зонами.В и Г, препятствуя полному заполнению зоны Г слоем, а также расширению зоны Г путем сокращения зоны В, Часть пресной воды, полученной в результате плавления кристаллов, движется в направлении, противоположном движению кристаллов пористого слоя, вытесняя рассол из промежутков между кристаллами в зоне В,отмывает их от рассо25 ла, смешивается с рассолом, поступает в карман

4 и сбрасывается по трубопроводу 5. Граница К между зонами Б и В показана на фиг. 1. Жидкий агент (с удельным весом больше 1, например фреон — 12) и вода поступают под сито 7, зо где происходит их разделение эа счет различия в удельном весе. Зона Е пресной воды отделена от зоны Д разделения жидкого агента перегородкой 17, Жидкий агент образует самый нижнтй слой в аппарате и сбрасывается по трубопроводу 15. Давление Р на границе пористого слоя

35 иэ кристаллов и смеси рассола с кристаллами должно быть больше давления P> (в кармане 4) для обеспечения фильтрации рассола через решетки 3 в карман 4 и сгущения суспензии в зоне Б, т.е. Р1 >Рэ. С другой стороны, для преодоления различных сопротивлений при его движении, должно,соблюдаться условна Р1> Рз, где Рз — давление в зоне Г. Для обеспечения промывки кристаллов частью получаемой прес-.

45 ной воды должно также соблюдаться условие

Ра> Рз. Однако Рз и Р должны быть близки во избежание больших потерь пресной воды на отмывку кристаллов. Таким образом, в аппарате соблюдается следующее соотношение давлений

Р >Р >Р.вв,ду M OH s» »»о r ( сравнению с размерами всей колонны) ей можно пренебречь, и тогда давление конденсации паров в зоне Г определяется нз соотношения

Рконд = Р + Ь р 7р + Нх. 7r, 55 где Р, — давление на границе:3 зоны;

hp — высота столба рассола над границей 3 зоны до торца колонны с трубопроводом подачи суспензии;

Н вЂ” высота пористого слоя иэ кристаллов;

7ри 7 — соответственно удельный вес рассола и средний удельный вес пористого.слоя, состоящего из кристаллов, между коropbIMII поры заполнены рассолом (в зоне Б) и пресной водой в зоне В.

Учитывая, что удельные веса пресной воды, рассола, кристаллов льда и газогидратов близки к 1,0, а пористость слоя иэ кристаллов высока (е = 0,5),, эту формулу можно беэ значительной ошибки упростить

Рконд. = PI + Нн ф где 7 = удельный вес пресной воды.

При использовании в качестве гидратообразователя вещества с удельным весом меньше

1,0, например пропана, аппарат также будет работать в вертикальном положении, однако при этом должен быть повернут вокрут вертикальной оси на 180 по отношению к положению, покаэашшму на фиг. 1 и 2. В положении аппаpara, показанном на фиг. 1 и 2, форсунка 8 может располагаться под ситом 7. Хотя в этом случае работоспособность аппарат не потеряет, увеличится гидравлическое сопротивление потоку паров агента, что вызовет дополнительные энергозатраты на его подачу в аппарат, а это нежелательно. Аппарат для отделения кристалчов от рассола может быть не только цилиндри. ческим, но и в виде призмы, имеющей поперечное сечение, например, в виде квадрата, многоугольника.

Формула изобретения

1. Аппарат для отделения кристаллов от раствора, включающий хблониу с решетками, карманами и трубопроводами подачи суспензни и отводараствора, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения производительности и уменьшения энергозатрат, он снабжен пркемннкок, перегородкой, расположенной в приемнике, ситом, отделяющим колонну от приемника, трубопроводами отвода воды и жидкого агента, а также кольцом, расположенным в нижней части колонны, и кольцевой форсункой, расположенной между ситом и кольпом.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде цилиндра, диаметр которого равен диаметру колонны.

3. Аппарат по и. 1, отличающийся тем, что перегородкаеыполнена в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено внутрь приемника.

4. Аппарат по и. 1, отличающийся тем, что кольцо выполнено в виде усечекного конуса, меньшее основание которого обращено к форсунке, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. патент СИА Р 3587859, кл. 210 — 66, 28.06.71 (прототип).