Способ проведения тепломассообменных и гидродинамических процессов

 

Изобретение относится к способам проведения тепломассообменных процессов и позволяет повысить эффективность протекания процессов в гетерогенных системах за счет проведения их в условиях противоточного контактирования дисперсии, в виде слоя плотной суспензии и дисперсионной среды. Способ заключается в том, что контакт осуществляют непрерывно в условиях плотного слоя дисперсной фазы с объемной концентрацией 75-85%, перемещающегося в течение полупериода пульсации со скоростью, превышающей скорость псевдоожижения с направлением движения дисперсионной среды в этом полупериоде. 1 ил.

Изобретение относится к способу высокоинтенсивного проведения тепломассообменных и гидродинамических процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой фазы и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ проведения тепломассообменных процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой фазы в прямоточном или противоточном технологическом аппарате с наложением на потоки фаз синусоидальной пульсации [1, с. 162] Недостатком такого способа является невысокая эффективность процесса тепломассообмена, обусловленная значительным продольным перемешиванием в обеих фазах, снижающим движущую силу процесса и невысокой концентрации твердой дисперсии в жидкой фазе соответственно низкой удельной межфазной поверхностью.

Известен также способ проведения тепломассообменных и гидродинамических процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой фазы в технологическом аппарате с наложением на потоки фаз несинусоидальных пульсаций и осаждением твердой дисперсии на неподвижных контактных устройствах в каждом периоде пульсации [2] Недостатками этого способа является низкая разделительная способность и производительность процесса. Указанные недостатки обусловлены неэффективным использованием объема аппарата, связанного с наличием свободного объема между неподвижными контактными устройствами.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ взаимодействия жидкости и твердой дисперсии, заключающийся в чередовании процесса фильтрации жидкости через неподвижный слой твердой фазы с прокачкой через этот же слой регенерирующего раствора, при этом направление движения регенерирующего раствора противоположно направлению движения исходного раствора, а пульсационное движение накладывается на технологические потоки лишь для транспортирования сорбента [1, с. 173] Недостатком способа являются невысокие технико-экономические показатели, обусловленные периодичностью проведения процесса сорбции.

Цель изобретения повышение эффективности способа проведения процессов в гетерогенной системе за счет наложения на нее пульсаций и формирования из твердой дисперсии плотного слоя с организованной структурой, с объемной концентрацией 75-85% Предлагаемый способ был реализован на лабораторной установке, схема которой представлена на чертеже. Установка состоит из U-образного аппарата 1, связанного через пульсопровод 2 с золотниковым пульсатором 3. Аппарат 1 снабжен штуцерами ввода 4 и 5 и вывода 6 и 7 соответственно жидкости и твердой дисперсии.

Верхняя часть левого колена аппарата 1 является пульсационной камерой 8. Конструкция золотникового пульсатора 3 позволяет формировать несинусоидальные с различными полупериодами импульсы давления, которые по пульсопроводу 2 передаются в пульсационную камеру 8.

Установка работает следующим образом. Пульсатор 3 генерирует импульсы давления, которые по пульсопроводу 2 передаются в пульсационную камеру 8 аппарата 1. Через штуцер 5 подается твердая дисперсия, расход которой согласуется с амплитудой и частотой пульсации.

Поступая в аппарат, твердая дисперсия интенсивно перемешивается на входе в него. Поступая затем в зону менее интенсивных пульсаций твердая дисперсия переходит в режим поршневого пульсационного перемешивания без нарушения сформированной структуры. В течение второго полупериода пульсации жидкость фильтруется через затормаживающийся в этом полупериоде слой твердой дисперсии.

На пульсацию жидкости в аппарате накладывается ее технологическое движение, которое или совпадает с направлением перемещения твердой фазы в аппарате (прямоточное движение) или направлено навстречу этому движению (противоточное движение). В описываемой установке (на чертеже изображен) вариант противоточного движения жидкости и твердой фазы.

Эффективность экстрагирования оценивалась по времени пребывания твердой дисперсии (растительное сырье) в аппарате до достижения установленной регламентом степени извлечения целевых компонентов. В опытах достигалось сокращение времени пребывания твердой дисперсии на 15-30% с уменьшением на 20% расхода экстрагента. Заданная регламентом степень извлечения достигалась в аппаратах по рабочему объему в 4-5 раз меньше по сравнению с периодически действующими перколяторами (емкостные аппараты с мешалками и без мешалок) и в 2-2,5 раза меньших по объему по сравнению с аппаратами с механическим транспортированием твердой дисперсии. В ходе экспериментов установлено, что оптимальным с точки зрения разделительной способности и производительности взаимодействия является режим, при котором объемная концентрация твердой дисперсии в аппарате составляет от 75 до 85% при коэффициенте псевдоожижения K≥1,0. При концентрациях 70% формирование структуры не наблюдается, резко падает эффективность процесса, так как в образующейся суспензии возрастает продольное перемешивание и ухудшаются условия массоотдачи вследствие снижения скорости относительного перемещения частиц твердой дисперсии.

Формула изобретения

Способ проведения тепломассообменных и гидродинамических процессов в системах твердая фаза жидкость, включающий контакт фаз в условиях пульсирующего несинусоидального течения дисперсной фазы в технологическом аппарате, отличающийся тем, что контакт фаз осуществляют непрерывно в условиях плотного слоя дисперсной фазы с объемной концентрацией 75 85% перемещающегося в течение полупериода пульсации со скоростью, превышающей скорость псевдоожижения, с направлением движения дисперсионной среды в этом полупериоде.

РИСУНКИ

Рисунок 1