Устройство для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц

 

Использование: в аппаратах для проведения процессов массообмена, например для пропитки, промывки, экстрагирования и выщелачивания, в химической, химико-фармацевтической, пищевой, лесохимической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в устройстве для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, содержащем нагнетатель, трубу контактирования фаз, узлы загрузки исходных компонентов и выгрузки готовых продуктов, труба контактирования фаз выполнена в виде последовательно соединенных элементов типа трубы Вентури, причем угол раскрытия конфузорной части элементов типа трубы Вентури лежит в пределах от 10 до 40^o, а диффузорной - в пределах от 4 до 20^o, узел загрузки представляет собой эжектор с подводом твердой и жидкой фаз в область низкого давления, а узел выгрузки - камеру с подвижной фильтрующей перегородкой. Данная конструкция способствует повышению эффективности, позволяет упростить управление его и снизить удельные энергозатраты. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, например, пропитки, промывки, экстрагирования и выщелачивания, и может быть использовано в химической, химико-фармацевтической, пищевой, лесохимической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для массообмена между жидкостью и твердым телом, содержащее корпус в виде трубы с чередующимися элементами сужений и расширений, в котором элементы сужений выполнены в виде двух труб, наклонно соединенных с элементами расширений. При пропускании суспензии с определенной скоростью внутри элементов сужений, общее сечение которых меньше сечения элементов расширений, создаются условия кавитирования жидкости, а в местах соединения труб происходит столкновение "встречных струй". Известному устройству присущи следующие недостатки: необходимость создания кавитации сужает диапазоны возможных давлений, скоростей и температур жидкости, что серьезно усложняет управление процессом; многократные столкновения струй, расширения и сужения приводят к значительному увеличению гидравлического сопротивления устройства, что снижает его эффективность и вызывает рост удельных энергозатрат.

Технический результат предлагаемого изобретения повышение эффективности устройства, упрощение управления им и снижение удельных энергозатрат.

Нужный результат достигается тем, что в устройстве для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, содержащем нагнетатель, трубу контактирования фаз, узлы загрузки исходных компонентов и выгрузки готовых продуктов, труба контактирования фаз выполнена в виде последовательно соединенных элементов типа трубы Вентури, узел загрузки представляет собой эжектор с подводом твердой и жидкой фаз в область низкого давления, а узел выгрузки камеру с подвижной фильтрующей перегородкой, причем угол раскрытия конфузорной части элементов типа трубы Вентури лежит в пределах от 10 до 40^o, а диффузорной в пределах от 4 до 20^o.

На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит нагнетатель 1, например центробежный насос для перекачивания пульпы, трубу 2 контактирования фаз, выполненную в виде последовательно соединенных элементов 3 типа трубы Вентури, состоящих из конфузорной части 4 и диффузорной части 5, и снабженных рубашкой 6 для подвода теплоносителя. Угол раскрытия конфузорной части 4 элементов 3 лежит в пределах α_к = 10 - 40°, а диффузорной части 5 в пределах α_д = 4 - 20°. Узел загрузки представляет собой эжектор 7 с подсоединенным к его зоне сужения (область низкого давления) питателем 8 с твердыми частицами, подлежащими обработке; к той же зоне эжектора 7 подключен патрубок 9 для подачи свежей жидкой среды. Узел выгрузки представляет собой расширяющуюся камеру 10 с размещенной под ней подвижной фильтрующей перегородкой 11 (например, в виде мелкой металлической сетки, обтянутой мелкопористой тканью), приводимой в движение барабаном 12, соединенным с приводом (на чертеже не показан). Под фильтрующей перегородкой установлен сборник 13 отработанной жидкости, а у ее края нож 14 для среза осадка. Сборник 13 соединен с узлом загрузки 7 коллектором 15, к которому подключен патрубок 16 для полного (при остановке устройства) или частичного слива отработанной жидкости. Патрубки 9 и 16 снабжены вентилями 17 и 18 соответственно.

Устройство работает следующим образом. После предварительного заполнения системы жидкостью включают нагнетатель 1. В потоке жидкости, проходящем через зону сужения эжектора 7, давление снижается, и происходит подсос твердых частиц из питателя 8 и свежей жидкости через патрубок 9. При расширении гетерогенного потока 13 диффузоре эжектора 7 и диффузорных частях 5 элементов 3 давление увеличивается, и поры капиллярно-пористых твердых частиц насыщаются жидкостью; при сужении потока в конфузорных частях 4 элементов 3 давление падает, при этом жидкость и частично газ "выбрасываются" из пор частиц. При прохождении гетерогенного потока через каждый элемент 3 трубы 2 процесс насыщения жидкостью с последующим ее "выбрасыванием" периодически повторяется, и пропитка частиц протекает чрезвычайно интенсивно. При этом за счет улучшения конвективного переноса и периодической подачи в поры обедненного раствора жидкости многократно ускоряется процесс экстрагирования находящихся в порах частиц твердых или растворенных извлекаемых компонентов. В результате этого значительно повышается эффективность устройства. Использование элементов 3 с углами раскрытия конфузорной части 4 в пределах 10 40^o и диффузорной части 5 в пределах 4 20^o обеспечивает безотрывное течение потока, что приводит к снижению гидравлического сопротивления системы и, следовательно, к снижению удельных энергозатрат.

Использование в качестве узла загрузки эжектора 7 позволяет добиться мгновенного насыщения пор частиц жидкостью за счет их вакуумирования в зоне сужения эжектора, и способствует повышению эффективности устройства.

При необходимости подогрева (охлаждения) гетерогенного потока в рубашки 6 на элементах 3 подводят теплоноситель. Использование развитой поверхности теплопередачи позволяет обеспечить большие тепловые потоки при низком температурном напоре, в результате снижаются тепловые потери, и, соответственно, уменьшаются удельные энергозатраты.

Прошедшая многократные импульсные воздействия в трубе 2 контактирования фаз, гетерогенная смесь подается на фильтрующую перегородку 11 и образует на ней осадок, срезаемый ножом 14, поступающий затем на дальнейшую переработку. Отделенная жидкость, проникая через фильтрующую перегородку 11, попадает в сборник 13 и далее в коллектор 15, откуда может частично удаляться через патрубок 16, частично возвращаться в цикл.

Время пребывания твердой фазы в устройстве может изменяться путем варьирования количества элементов 3, составляющих трубу 2 контактирования фаз, и регулированием подачи нагнетателя 1; соотношение потоков свежей и отработанной жидкости степенью открытия вентилей 17 и 18; толщина осадка на фильтрующей перегородке 11 скоростью вращения барабана 12. Все это позволяет упростить управление устройством и добиться оптимальных режимов его работы.

Пример конкретного выполнения. В установке для пропитки молотых зерен кофе 70% раствором этилового спирта используется центробежный насос производительностью 120 м³/ч с напором 25 м. Элементы 3 имеют следующие размеры: α_к = 30°; α_д = 8°; малый диаметр 50 мм; большой диаметр 150 мм. Общая длина трубы 2 30 м, количество элементов 3 в ней 33 шт. Минимальное давление в потоке не более 0,5·10⁵ Па (абс.) вакуум, размах колебаний давления 1,6·10⁵ Па. Необходимое время пребывания твердой фазы в трубе 2 контактирования фаз составляет 15 с; при этом допустимое объемное содержание молотого кофе в потоке до 60% глубина проникновения жидкости в поры частиц не менее 70% Аналогичный эффект в известном устройстве (прототипе) достигается более, чем за 5 мин, при гидравлическом сопротивлении системы, превышающем 7·10⁵ Па, что свидетельствует о многократном повышении эффективности и снижении удельных энергозатрат в предлагаемом устройстве.

Формула изобретения

1. Устройство для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц, содержащее нагнетатель, трубу контактирования фаз, узлы загрузки исходных компонентов и выгрузки готовых продуктов, отличающееся тем, что труба контактирования фаз выполнена в виде последовательно соединенных элементов типа трубы Вентури, причем угол раскрытия конфузорной части элементов типа трубы Вентури лежит в пределах от 10 до 40°, а диффузорной в пределах от 4 до 20^o.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел загрузки представляет собой эжектор с подводом твердой и жидкой фаз в область низкого давления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел выгрузки представляет собой камеру с подвижной фильтрующей перегородкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1