Установка для массообмена
1. УСТАНОВКА ДЛЯ МАССООБМЕНА в системе твердое тело - жидкость, содержащая соединенные последовательно смеситель с дозатором твердого материала, кожухотрубчатый массообменник с размещенным в корпусе пучком пористых труб, насосы противоточной подачи суспензии в корпус и жидкости в трубы, декантатор, рециркуляционные и технологические трубопроводы, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения материалоемкости установки за счет устранения перепадов давления и интенсификации процесса, за счет увеличения движущей силы процесса,она снабжена откачивающим насоом на трубопроводе отвода жидкости из труб массообменника, трубный пучок разделен на параллельные секции с патрубками подвода и отвода жидкости, снабженными клапанами и блоком управления, обеспечивающим их попеременное перекрестное открытие и закрытие.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью увеличения концентрации экстракта и степени извлечения, декантатор соединен рециркуляционным трубопроводом с нижней частью масообменника. Изобретение относится к технике осуществления процессов массообмена в системе твердое тело-жидкость и может быть использовано в химической, нефтехимической, микробиологической, гидрометаллургической и пищевой отраслях промышленности, а также в водоподготовке и очистке сточных вод для проведения процессов экстрагирования, выщелачивания, адсорбции, ионного обмена и других гетерогенных процессов взаимодействия дисперсного материала с жидкостью. Целью изобретения является уменьшение материалоемкости установки и интенсификации процесса, а также увеличение концентрации экстракта и степени извлечения. На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки для массообмена; на фиг. 2 поперечное сечение кожухотрубчатого массообменника. Установка включает смеситель 1, дозатор 2 твердого дисперсного материала, кожухотрубчатый массообменник 3, декантатор 4 (например, фильтр, центрифуга, отстойник), насос 5 подачи суспензии дисперсного материала в корпус массообменника, насос 6 подачи жидкости в трубный пучок массообменника, насос 7 откачки жидкости из трубного пучка. Трубный пучок разделен на установленные в корпусе 8 параллельные секции 9 пористых труб 10. Каждая секция имеет выходящие из корпуса 8 наружу самостоятельные патрубки 11 и 12 соответственно подвода и отвода жидкости, на которых установлены клапаны 13 и 14 с приводами 15 и 16. Установка снабжена также блоком управления 17 приводами 15 и 16 клапанов 13 и 14. Секции 9 пористых труб соединены с насосом 6 подачи жидкости через общий входной коллектор 18 и с насосом 7 откачки жидкости через выходной коллектор 19. Трубы 10 выполняют из пористого металла, пористой металлокерамики, пластмассы, или другого пористого материала, пропускающего жидкость и задерживающего частицы обрабатываемого дисперсного материала. В частности, секции 9 сварные из пористых хромоникелевых и титановых коррозионностойких сплавов. На верхней крышке массообменника установлен цилиндрический стакан 20 для подачи суспензии. Установка снабжена также трубопроводом 21 рециркуляции легкой фракции суспензии из массообменника в смеситель и трубопроводом 22 рециркуляции жидкой фазы из декантатора в массообменник. В качестве исполнительных механизмов 15 и 16 предпочтительно использование гидро- или пневмопривода. Причем для всех клапанов входа может быть установлен один общий привод так же, как и для всех клапанов отвода жидкости. Входные клапаны нечетных параллельных секций устанавливаются в одинаковом, например как показано на фиг. 2, закрытом положении, а входные клапаны четных секций все в открытом положении. Выходные клапаны секций устанавливаются в противофазе входным. В нечетных секциях в открытом положении, а в четных секциях закрытом положении. Установка работает следующим образом. По варианту экстрагирования в системе твердое тело жидкость. Дисперсный твердый материал, содержащий извлекаемые компоненты, дозатором 2 подается в смеситель 1, где перемешивается с частью свежего экстрагента, поступающего по трубопроводу 23, легкой фракцией пульпы, поступающей по рециркуляционному трубопроводу 21 и массообменника 3, и жидкой фазой, поступающей по рециркуляционному трубопроводу 24 из декантатора 4, подогревается и насосом 5 подается в верхнюю часть массообменника 3 по трубопроводу 25 и стакану 20. В массообменнике 3 пульпа опускается по межтрубному пространству. С низа массообменника 3 пульпа забирается насосом 26 по трубопроводу 27 подается в декантатор 4, откуда экстрагированная твердая фаза по линии 28 направляется на дальнейшую переработку (например, сушку). Противотоком к пульпе дисперсного материала в трубный пучок 9 насосом 6 по коллектору 18 подается свежий экстрагент, который поднимается по пористым трубам 10 и по коллектору 19 и трубопроводу 29 откачивается насосом 7. С помощью блока управления 17 и исполнительных механизмов 15 и 16 (например, гидроцилиндров) штанги 30 и 31 привода клапанов 13 и 14 устанавливаются одновременно в положение (например, показанное на фиг. 2), когда клапаны подачи потока экстрагента в четные секции 32 и 33 открыты, а клапаны откачки жидкости из них закрыты и, соответственно, клапаны подачи потока экстрагента в нечетные секции 34 и 35 закрыты, а клапаны откачки жидкости из них открыты. При этом под действием напора насоса 6 порций экстрагента через пористые стенки труб четных секций 32 и 33 проходит в межтрубное пространство массообменника, где движется пульпа экстрагируемого твердого дисперсного материала. В результате контактирования экстрагента с твердым материалом происходит извлечение растворимых компонентов из частиц материала в жидкую фазу пульпы. Обогащенный извлекаемыми компонентами экстрагент под действием вакуума, создаваемого откачивающим насосом 7, всасывается через пористые стенки нечетных секций 34 и 35 из межтрубного пространства в трубное. В следующий момент блок управления 17 переставляет все клапаны на входе и выходе секций массообменника в противоположное состояние, т.е. закрытые ранее клапаны открываются, а клапаны, бывшие ранее открытыми, закрываются. При этом под действием напора насоса 6 порция экстрагента теперь уже из пористых труб нечетных секций 33 и 35 проходит в межтрубное пространство, контактирует там с частицами твердого материала пульпы и обогащенная экстрагируемыми компонентами откачивается через пористые стенки четных секций 32 и 33 из межтрубного пространства в трубное. За время противоточного движения потоков между пульпой твердого дисперсного материала и жидким экстрагентом осуществляется много таких знакопеременных обменов порциями жидкой фазы и таким образом создается противоточный массобмен между ними, в результате которого отводимый из межтрубного пространства массобменника 3 снизу по трубопроводу 27 поток пульпы является обедненным извлекаемым экстрагентом компонентами, а поток жидкого экстрагента, отводимый по трубопроводу 29 из трубного пространства сверху, является обогащенным извлеченными из твердой фазы компонентами. При дальнейшей непрерывной работе установки для повышения концентрации экстрагента и увеличения степени извлечения трубопроводы 23 и 24 перекрывают, трубопровод 22 открывают, рециркулируя таким образом обедненную компонентами жидкую фазу из декантатора 4 в нижнюю часть межтрубного пространства массобменника 3. В смеситель 1 поступает на смешение с твердым дисперсным материалом только рециркулируемая сверху массообменника по трубопроводу 21 легкая фракция пульпы. В верхней части межтрубного пространства массообменника поддерживаются высокие концентрации твердой фазы и извлекаемых компонентов в пульпе, а внизу массообменника их низкие концентрации, что способствует высокой концентрации компонентов в отводимом сверху экстракте и низкой остаточной концентрации компонентов в отводимой снизу по линии 28 твердой фазе обработанного дисперсного материала. Откачивающий насос, установленный на трубопроводе отвода жидкости из труб массообменника, разделенный на параллельные секции трубный пучок с патрубками входа и выхода, оснащенными клапанами, и блок их попеременного перекрестного переключения обеспечивают защиту корпуса массообменника от создаваемых для интенсификации массообмена перепадов давления, так как ни повышенные, ни пониженные давления в корпусе не создаются. Необходимые для массообмена перепады давления создаются теперь между четными и нечетными параллельными секциями трубного пучка, т. е. и перепады давления воспринимают только трубы. Корпус массообменника может быть изготовлен с меньшей толщиной стенки и может быть негерметичным. Металлоемкость установки при этом снижается. Как при закачке жидкости в одни параллельные секции пористых труб, так и при откачке ее из других секций, направление движения потоков в трубах и в корпусе не меняется на обратное, нет возвратно-поступательных перемещений сред вдоль аппарата, нет продольного перемешивания их, противоток не нарушается, средний перепад концентраций между средами в корпусе и трубах сохраняется высоким и массообмен интенсивным. В каждом сечении аппарата имеет место поперечный обмен порциями жидкой фазы между противоточно движущимися по межтрубному пространству потоком суспензии и трубному пространству потоком жидкости. Весь перепад давлений, создаваемый и напорным насосом 6, и откачивающим насосом 7, используется полезно на поддержание этого поперечного обмена, т. е. полностью на массообмен потоков. Это также способствует более интенсивному массообмену в предлагаемой установке. То, что декантатор соединен рециркуляционным трубопроводом жидкой фазы с массообменником, а не со смесителем, позволяет увеличить концентрацию получаемого экстракта. При полной рециркуляции всей жидкой фазы из декантатора 4 по трубопроводу 22 в нижнюю часть массообменника движение твердой фазы по межтрубному пространству сверху вниз происходит не за счет общего гидротранспорта, которого в этом случае нет, а за счет разности плотностей твердой фазы и жидкости и турбулентной диффузии частиц из области их высокой концентрации в суспензии вверху аппарата в область их низких концентраций внизу. Время пребывания твердой фазы в межтрубном пространстве массообменника при этом увеличивается и это способствует увеличению степени извлечения компонента.
Формула изобретения
1. УСТАНОВКА ДЛЯ МАССООБМЕНА в системе твердое тело жидкость, содержащая соединенные последовательно смеситель с дозатором твердого материала, кожухотрубчатый массообменник с размещенным в корпусе пучком пористых труб, насосы противоточной подачи суспензии в корпус и жидкости в трубы, декантатор, рециркуляционные и технологические трубопроводы, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения материалоемкости установки за счет устранения перепадов давления и интенсификации процесса, за счет увеличения движущей силы процесса,она снабжена откачивающим насоом на трубопроводе отвода жидкости из труб массообменника, трубный пучок разделен на параллельные секции с патрубками подвода и отвода жидкости, снабженными клапанами и блоком управления, обеспечивающим их попеременное перекрестное открытие и закрытие. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью увеличения концентрации экстракта и степени извлечения, декантатор соединен рециркуляционным трубопроводом с нижней частью масообменника.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
