Аппарат для противоточного контактирования жидкости с твердым зернистым материалом

 

Изобретение касается аппаратурного оформления процесса контактирования жидкости с твердым зернистым материалом и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях народного хозяйства . Основная особенность аппарата, содержащего замкнутую приводную цепь с контактными устройствами, заключается в том, что контактные устройства выполнены в виде перфорированных прямоугольных коробов, основания которых шарнирно соединены между собой в замкнутую цепь и имеют проемы для зуба приводного колеса и направляющие для съемной верхней части короба, при этом каждое контактное устрой ство по периметру снабжено уплотнителем и установлено с зазоров 0,25-0 40 высоты короба относительно соседнего контактного устройства Л ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 01 D 15/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4843248/26 (22) 27.06.90 (46) 30,08.92. Бюл. М 32 (71) Краснодарский политехнический институт (72) lO.H.Êîñòþ÷åíêî и Е.Н.Константинов (56) Гельперин Н. Основные процессы и аппараты химической технологии. M.: Химия, 1981, с.812.

/ (54) АППАРАТ ДЛЯ ПРОТИВОТОЧНОГО

КОНТАКТИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ C ТВЕРДЪ|М ЗЕРНИСТЪ|М МАТЕРИАЛОМ (57) Изобретение касается аппаратурного оформления процесса контактирования жидкости с твердым зернистым материалом

Изобретение относится к аппаратурнотехнологическому оформлению процессов, а точнее к массообменным аппаратам непрерывного действия для проведения процессов, протекающих между твердой и жидкой фазами, и может быть использовано в пищевой и химической отраслях промышленности, например, в масложировой промышленности для фракционирования липидов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аппарат; содержащий вертикальный U-образный корпус прямоугольного сечения, снабженный дренажными устройствами с патрубками для ввода и вывода жидкой фазы, и замкнутую цепь контактных устройств, расположенную в корпусе и представляющую собой две роликовые цепи, на которых закреплены контактные устройства, выпол50 1757701 Al и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях народного хозяйства. Основная особенность аппарата, содержащего замкнутую приводную цепь с контактными устройствами, заключается в том, что контактные устрдйства выполнены в виде перфорированных прямоугольных коробов, основания которых шарнирно соединены между собой в замкнутую цепь и имеют проемы для зуба приводного колеса и направляющие для съемной верхней части короба, при этом каждое контактное устройство по периметру снабжено уплотнителел1 и установлено с зазора%0,25-0,40 высоты короба относительно соседнего контактного устройства. 4 ил. ненные в виде прямоугольных рамок, обтянутых сеткой, при этом роликовые цепи приводят в движение зубчатым колесом от привода, снабженного электродвигателем.

Аппарат работает следующим образом, Обрабатываемый твердый зернистый материал располагают йа рамках и две роликовые цепи, на которых закреплены контактные устройства, при своем вращении продвигают твердый зернистый материал по корпусу аппарата с определенной скоростью. Жидкость подают в аппарат через патрубок дренажа ввода жидкой фазы, Зател1, прошедшую в противотоке через слой твердого зернистого материала, секционированный контактными устройствами, жидкую фазуотделяютоттвердой фазы и выводят из аппарата через выводное дренажное устройство, 1757701

Эффективность работы предлагаемого ру снабжено уплотнителем и установлено с аппарата выше по сравнению с известными зазором 0,25-0,40 высоты короба относиустройствами за счет более равномерного тельно соседнего контактного устройства, расположения твердого зернистого матери- На фиг. 1 изображен аппарат для протиала и наличия секционирования, Однако и в 5 воточного контактирования жидкости с этом аппарате имеет место непосредствен- твердым зернистым материалом, общий ный контакттвердогозернистогоматериала вид; на фиг. 2 — узел I на фиг. 1; на фиг. 3— ижидкостисостенкамикорпуса,что приво- вид по стрелке А на фиг, 2; на фиг, 4— дит к снижению эффективности работы an- контактное устройство с уплотнителем. парата " -вследствие нарушения 10 Аппарат для противоточного контактиравйоцержости расположения твердого ма- . рования жидкости с твердым зернистым материала в нижней части аппарата и неиз- териалом содержит замкнутую цепь бежности потерь твердой фазы от трения, контактных устройств 1, приводное зубчапротекания жидкости вдоль стенок корпуса тое колесо 2, вертикальный U-образный кори забивания дренажных устройств, Извест- 15 пус прямоугольного сечения 3, снабженный

Но, что частицы жидкости, соприкасающие- патрубками ввода 4, вывода 5 и слива жидся с поверхностью ограничивающей стенки, кой фазы 6, загрузочно-выгрузочное устрой"прилипают" к ней на столько, что скорость ство 7. узел регенерации твердого их равна нулю; по мере удаления от стенки зернистого материала 8, расположенный в скорость нарастает (явленйе носит назва- 20 верхней части корпуса 3, сливную воронку 9 ние пристенного эффекта). Это приводит к . с патрубком 10 для отвода промывочной образованию параболического фронта по- жидкости. Контактное устройство 1 выполтока жидкой фазы, в результате чего также нено в виде прямоугольного перфорированзначительно снижается эффективность ра- ного короба с расположенным по периметру боты аппарата. Отсутствие гарантирован- 25 уплотнителем 11 и состоит из двух элеменного зазора между объемами твердой фазы тов — основания 12 и съемной верхней части в пределах соседних контактных устройств 13, причем съемная часть выполнена в виде приводит к тому, что не происходит вырав- перфорированного прямоугольного короба, нивания профилей скоростей и концентра- пять граней которого жестко соединены по ций, Кроме того, сложный привод двух 30 ребрам, и имеет полозья 14, посредством роликовых цепей и способ крепления на них которых крепится на основании 12. Основаконтактных устройств не исключают воз- ния представляют собой прямоугольные можности перекоса рамок и заклинивания, перфорированные пластины с направляючто приводит кснижениюнадежности аппа- щими 15 для полозьев съемной части 13 и рата при его эксплуатации. 35 проемом 16 для зуба приводного колеса 2, Целью изобретения является повыше- соединенные между собой в замкнутую ние надежности и эффективности работы цепь шарнирами 17, аппарата за счет равномерного расположе- При использовании аппарата для фракния твердого зернистого материала по все- ционирования веществ загрузку твердого му объему аппарата и выравнивания 40 зернистогоматериалаосуществляюттолько профилей скоростей и концентраций в пре- один раз, в дальнейшем по ходу работы апделах каждого контактного устройства. парата сорбент рециркулирует и его регенеПоставленная цель достигается за счет рируют в узле регенерации 8. того, что в аппарате для противоточного Непосредственно перед пуском аппаконтактирования жидкости с твердым зер- 45 рата в работу осуществляют загрузку коннистым материалом, содержащем замкну- тактных устройств 1 твердым зернистым тую цепь контактных устройств, материалом. С этой целью на фронтальной приводимую в движение зубчатым колесом стороне аппарата в корпусе 3 вырезано оки расположенную в вертикальном U-образ- но (на чертеже не показано) по профилю ном корпусе прямоугольного сечения, снаб- 50 съемной части 13 контактного устройства. женном патрубками для ввода и вывода Замкнутуюцепьоснований12сзакрепленжидкой фазы, контактные устройства вы - ными на них съемными частями 13 приводят полнены в виде перфорированных прямо- в движение зубчатым колесом 2 от привода, угольных коробов, основания которых снабженного электродвигателем, так, что шарнирно соединены между собой в замк- 55 через определенные интервалы времени про- . нутую цепь и представляют собой перфори- тив окна в корпусе оказываются последоварованные пластины с проемами для зуба тельно все контактные устройства. приводного колеса и с направляющими для Зацепление с зубьями приводного колеса съемной верхней части короба, при этом осуществлено посредством проемов 16 за каждое контактное устройство по перимет- каждое основание, являющееся частью кон1757701

20

30

35 2 аЬ.н = N

50

55 тактного устройства 1, Такое зацепление зубьев приводного колеса непосредственно эа контактные устройства позволяет отка-. заться от паразитных транспортирующих элементов. Когда очередное контактное устройство останавливается против окна под действием толкателя съемная часть 13 короба по направляющим 15 выдвигается из корпуса 3 аппарата. Таким образом, загрузка и выгрузка контактных устройств осуществляется вне корпуса аппарата, В качестве загрузочно-выгрузочного устройства 7 могут быть использованы известные устройства для загрузки твердых сыпучих веществ, Аппарат работает следующим образом.

После заполнения всех коробов замкнутую цепь контактных устройств переводят на непрерывный режим движения и проводят процесс взаимодействия жидкости с твердым зернистым материалом. Для этого через патрубок ввода 4 в аппарат непрерывно подают жидкую фазу, которая направляется вниз под действием собственного веса.

Расположение твердого зернистого материала в плотно закрытых со всех шести сторон перфорированных коробах, изолирующих его от соприкосновения со стенками корпуса, гарантирует равномерное расположение твердого зернистого материала so всем объеме аппарата, а следовательно, улучшение контакта обеих фаз и ликвидацию потерь твердой фазы, Кроме того, такое размещение твердого зернистого материала позволило отказаться от дренажей в местах ввода и вывода жидкой фазы, что приводит к облегчению обслуживания àïïàрата. Поступившая в аппарат, жидкая фаза на участке корпуса ниже патрубка ввода, встречаясь с контактным устройством, проходит через отверстия перфорации верхней грани и поступает в объем контактного устройства, где взаимодействует с твердым зернистым материалом, равномерно омы- вая его зерна.

Каждое контактное устройство герметизировано со стенками корпуса уплотнителем 11. Наличие уплотнителей улучшает секционирование аппарата, что способствует улучшению использования объема, герметичность со стенками корпуса на всем пути движения контактных устройств ликви/ дирует байпасный поток, возникающий изза протекания жидкости вдоль стенок корпуса, минуя контактные устройства.

Объем контактного устройства жидкость Iloкидает через отверстия перфорации нижней грани. Боковые грани контактных устройств уменьшают разность скоростей смежных слоев жидкости и тем самым снижают влияние пристенных эффектов, Положительное влияние на формирование фронта потока жидкой фазы оказывают также верхние и нижние перфорированные грани, разбивая поток жидкости на множество струек. В зазоре между контактными устройствами, составляющем 0,25-0,40 высоты короба, происходит формирование нового фронта жидкой фазы с выравниванием профилей скоростей и концентраций, и жидкая фаза поступает в объем следующего контактного устройства. Затем жидкость, прошедшую в противотоке последовательно через все контактные устройства, выводят из аппарата через выводйой патрубок 5. Твердый зернистый материал поступает в верхнюю часть корпуса в узел регенерации 8. где его орошают промывочной жидкостью, которую затем отводят через патрубок 10 сливной воронки 9. После этого отрегенерированный твердый зернистый материал вновь направляют в рабочую зону аппарата, Перечисленные отличительные признаки обеспечивают четкую организацию противоточного движенйя фаз и эффективный массообмен между ними, а следовательно, и повышение надежности и эффективности работы аппарата.

Величина минимального зазора между контактными устройствами, необходимого для выравнивания профилей скоростей и концентраций, т.е. формирования нового фронта потока жидкой фазы, была определена из условия равейСтва"пЛощадей: площадь поперечного сечения "зазора должна быть равна суммарной. площади отверстий нижней грани где а — определяющий размер грани;

Ь- величина зазора между контактными устройствами;

N — число отверстий перфорации грани;

d — диаметр отверстий перфорации, Величина минимального зазора Ьмин составляет 0,25 высоты контактного устройства. При величине зазора меньше Ьмин снижается эффективность работы аппарата.

Для определения максимальной величины зазора был проведен эксперимент. По результатам проведенных исследований была построена зависимость эффективности работы аппарата (в виде числа теоретических ступеней) от величины зазора. Число действительных ступеней с ростом зазора снижается во всем диапазоне изменения Ь, зависимость носит линейный характер, а числа теоретических ступеней, определяе1757701 мое методом "от тарелки к тарелке", снижается за пределами зазора Ь = 0,4 величины контактного устройства. Это объясняется тем, что вследствие улучшения контакта между фазами в пределах каждого контактного устройства за счет равномерного расположения твердого зернистого материала и оптимальной величины зазора 0,25-0,40 высоты короба, достаточной для формирования профилей скоростей и концентраций, происходит снижение высоты слоя твердого зернистого материала, эквивалентного высоте теоретической тарелки.

Пример 1. Рафинированное хлопковое масло разделяли в аппарате высотой

2000 мм и квадратным сечением корпуса, внутренний размер сечения 50х50 MM. ТВердый зернистый материал — Силикагель "Силасорб 600" зернением 1,0-1,5 мм— расположен в перфорированных контактных устройствах, имеющих форму прямоугольного короба со сторонами 49х49х30 мм и диаметром отверстий перфорации 0,8 мм.

Разделение проводили в присутствии элюента (гексан, хлороформ, 2-пропанол—

70:22:8). Зазор между контактными устройствами составил 0,25 высоты короба. Исходную смесь подавали в аппарат через патрубок для ввода жидкой фазы. Плохо сорбирующуюся фракцию пальмитиновой кислоты отбирали через патрубок для вывода жидкой фазы, а хорошо сорбирующуюся фракцию линолевой кислоты отбирали через патрубок сливной воронки в зоне отмывки твердого зернистого материала, где его орошают элюентом того же состава.

В результате разделения, после концентрирования полученных продуктов, путем отгонки элюента получили фракцию линолевой кислоты с 82,7 относительным содержанием ли ноле вой кислоты к пальмитиновой и фракцию пальмитиновой кислоты с 90,5 относительйым содержанием пальмитиновой кислоты к линолевой.

Пример 2. Взято то же масло и те же условия разделения. Зазор составил 0,33 высоты контактного устройства.

В результате разделения и концентрирования продуктов получена фракция линолевой кислоты с 85,4 относительным содержанием линолевой кислоты к пальмиитиновой и фракция пальмитиновой кислоты С 91,3 относительным содержанием пальмитиновой кислоты к линолевой.

Пример 3, Взято то же масло и те же условия разделения. Зазор составил 0,40 высоты контактного устройства, В результате разделения и концентрирования продуктов получена фракция линолевой кислоты с

82,0 относительным содержанием линолевой кислоты к пальмитиновой и фракция

5 пальмитиновой кислоты с 89,7 Д относительным содержанием пальмитиновой кислоты к линолевой.

П р им е р 4. Взято то же масло и теже условия разделения. Зазор составил 0,45

10 высоты контактного устройства. В результате разделения и концентрирования продуктов получена фракция линолевой кислоты с

73,2 относительным содержанием линолевой кислоты к пальмитиновой и фракция

15 пальмитиновой кислоты с 85,5ь относительным содержанием пальмитиновой кислоты к линолевой.

Преимущество предлагаемого аппарата для противоточного контактирования жид20 кости с твердым зернистым материалом заключается в том, что эффективность его работы, в диапазоне величины зазора 0,250,40 высоты контактного устройства, составляет 20 теоретических ступеней, тогда как в

25 настоящее время в промышленности для контактирования жидкости с твердым зернистым материалом используются аппараты, эффективность работы которых 7 — 10 теоретических ступеней.

30 Формула изобретения

Аппарат для противоточного контактирования жидкости с твердым зернистым материалом, содержащий замкнутую цепь с

35 контактными устройствами, приводимую в движение зубчатым колесом и расположенную в вертикальном U-образном корпусе прямоугольного сечения, снабженном патрубками для ввода и вывода жидкой фазы, 40 отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы аппарата за счет равномерного расположения твердого зернистого материала по всему объему аппарата и выравнивания

45 профилей скоростей и концентраций в пределах каждого контактного устройства, контактные устройства выполнены в виде перфорированных прямоугольных коробов, основания которых шарнирно соединены

50 между собой в замкнутую цепь и имеют проемы для зуба приводного колеса и направляющие для съемной верхней части короба, при этом каждое контактное устройство по периметру снабжено уплотнителем и уста55 новлено с зазором 0,25-0,40 высоты короба относительно соседнего контактного устройства.

1757701

1757701

«7

И фиа2

Всд А

1757701

Фиг.4

Составитель lO.Êoñòþ÷åíêî

Техред М.Моргентал Корректор A.Äoëèíè÷

Редактор 3.Ходакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2954 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5