Массообменный двухколонный аппарат

 

Использование: в пищевой, фармацевтической, химической отраслях промышленности и в производствах строительных материалов для переработки растительного сырья, гранулированного и полидисперсного материалов. Сущность: массообменный двухколонный аппарат включает V-образный корпус прямоугольного сечения с днищем в виде дуги спирали, полые колонны корпуса с загрузочным и выгрузочным устройствами твердой фазы, патрубки подачи и слива жидкой фазы и пульсатора. Аппарат имеет в колонне с выгрузочным устройством клиновой рассекатель потока, делящий полость на два канала с эквивалентными сечениями, сумма которых не менее площади сечения колонны на уровне вершины клина рассекателя, и ворошитель с поплавковым приводом от возвратно-поступательного движения потока, сообщаемого пульсатором. Кроме того, рассекатель имеет угол при вершине клина меньше угла естественного откоса влажной твердой фазы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов экстракции и химосорбции в системах твердое тело жидкость и может быть использовано для переработки растительного сырья, гранулированного и полидисперсного материалов в пищевой, фармацевтической, химической отраслях промышленности и в производствах строительных материалов.

Известен экстратор непрерывного действия, предназначенный для переработки систем твердое тело жидкость, состоящей из загрузочного, транспортирующего, выгрузочного шнековых устройств, корпуса, патрубков подачи и слива жидкой фазы, бункера загрузки и патрубка выгрузки твердого компонента. Процесс выщелачивания в экстракторе осуществляется в режиме противотока. Аппарат компактен, несложный конструктивно, прост в эксплуатации, однако использование шнеков для осуществления основного технологического процесса ведет к истиранию твердой фазы, в результате чего уменьшается порозность слоя твердой фазы к выходу ее из аппарата, возрастает гидравлическое сопротивление слоя частиц и снижается производительность экстрактора, одновременно снижается градиент концентрации у поверхности твердой частицы и ухудшается массообмен и эффективность процесса экстрагирования.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности массобменного двухколонного аппарата путем снижения гидравлического сопротивления и разрушения уплотненного слоя транспортируемой массы.

На фиг. 1 представлен продольный разрез массообменного двухколонного аппарата; на фиг. 2 разрез по А-А; на фиг. 3 разрез по В-В.

Массообменный двухколонный аппарат состоит из U-образного корпуса 1 прямоугольного сечения, имеющего днище, изогнутое по дуге спирали. Корпус состоит из полых колонн 2, 3, снабженных загрузочным 4 и выгрузочным 5 устройствами твердой фазы, например шнекового типа, патрубков 6, 7 подачи и слива жидкости, соответственно.

Колонны корпуса снабжены крышками 8 и 9 с патрубками 10 и 11 для подключения пульсатора с источником постоянного перепада давления.

Колонна 3 снабжена клиновым рассекателем 12, установленным под выгрузочным устройством 5 твердой фазы. Рассекатель имеет угол при вершине клина меньше, чем угол естественного откоса влажной твердой фазы.

Верхняя часть колонны 3 с выгрузочным устройством делится клиновым рассекателем на два канала 13 и 14 эквивалентных сечений. Сумма площадей этих сечений не менее площади сечения колонны 3 на уровне вершины клина рассекателя 12.

Соосно с выгрузочным устройством 5 размещен ворошитель 15 твердой фазы, выполненный в виде крестовины с черпаками 16. На крестовине имеется храповый механизм 17, связанный с поплавковым устройством 18, являющимся приводом вращательного движения ворошителя.

Массообменный двухколонный аппарат работает следующим образом.

Поступающие в аппарат твердая и жидкая фазы через загрузочное устройство 4 и патрубок 6, соответственно, движутся противотоком друг к другу. На общее противоточное движение фаз в колоннах 2, 3, накладываются знакопеременные импульсы давления газа, подаваемые поочередно пульсатором с источником постоянного перепада давления через патрубки 10 и 11, расположенные на крышках 8 и 9 колонн корпуса. При этом под действием пульсирующего давления газа твердая фаза в колоннах 2 и 3 уплотняется, а движущаяся противотоком ей жидкость фильтруется сквозь слой разбухшей твердой фазы. Дифундирующие из глубины твердых частиц экстрагируемые компоненты вещества удаляются из пограничного слоя и поверхности твердой частицы потоком жидкого экстрагента и удаляются из аппарата через патрубок 7.

Накладываемое на двухфазный поток пульсирующее движение способствует постоянному обновлению поверхности контакта твердой и жидкой фаз и росту градиента концентраций в области пограничного слоя, что интенсифицирует массопередачу и повышает эффективность процесса экстрагирования.

В процессе экстрагирования твердая фаза последовательно проходит колонну 2, U-образный участок, выполненный по дуге спирали, и колонну 3.

Поскольку конструкция аппарата обеспечивает равенство масс в колоннах 2 и 3 благодаря изменению сечения аппарата по длине в зависимости от плотности обрабатываемой массы, исключается провал твердой фазы и застойные зоны. Это способствует росту эффективности процесса экстракции.

Перемещаясь под действием пульсаций давления сжатого газа, обрабатываемая твердая фаза поступает к выгрузочному устройству. При этом, установленный под выгрузочным устройством клиновый рассекатель потока делит весь поток массы на два канала эквивалентных сечений, которые в сумме не менее сечения колонны 3 на уровне острия клина рассекателя, что способствует снижению гидравлического сопротивления движению потока в несколько раз по сравнению с вариантом аналога, а исполнение рассекателя с углом клина меньшим, чем угол естественного откоса влажной массы, сводит уплотнение массы к минимуму.

Возможное уплотнение твердой массы по кромке острия рассекателя устраняется тут же при работе ворошителя.

Вследствие сообщения всей массе возвратно-поступательного движения с помощью пульсатора, подключенного к патрубкам 6, 7, масса раскачивает поплавковое устройство 18, которое посредством храпового механизма 17 толкает крестовину с черпаками 16, являющимися узлом ворошителя 15, сообщая ему вращение относительно выгрузочного устройства. При подъеме обрабатываемой массы в такт пульсации черпаки приобретают движение, разрушают образовавшееся уплотнение в зоне кромки острия клинового рассекателя, забирают часть твердой фазы и забрасывают ее в разгрузочное устройство 6, которое выводит отработанную твердую фазу из массообменного аппарата.

Жидкая фаза, фильтруясь сквозь массу твердых частиц, по закону сообщающихся сосудов выводится через штуцер 7 в колонне 2.

Таким образом, создаются условия работы массообменного аппарата при любых возможных частотах и амплитудах пульсации, позволяющих повысить производительность и эффективность аппарата.

Использование массообменного двухколонного аппарата позволит повысить производительность производств по переработке, например растительного сырья в спиртованные морсы с 2,5 3 раза, а эффективность процесса экстракции этих же производств на (30 40%), что позволит в 2 раза сократить занимаемые оборудованием производственные площади.

Формула изобретения

1. Массообменный двухколонный аппарат, содержащий корпус прямоугольного сечения с U-образным днищем, патрубки подачи и слива жидкости, загрузочное и выгрузочное устройства твердой фазы и пульсатор, отличающийся тем, что колонна с выгрузочным устройством снабжена клиновым рассекателем, делящим полость колонны на два канала с эквивалентными сечениями, сумма которых не менее площади сечения колонны на уровне вершины клина рассекателя, и ворошителем с поплавковым приводом от возвратно-поступательного движения потока, сообщаемого пульсатором.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что рассекатель имеет угол при вершине клина меньше угла естественного откоса влажной твердой фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3