Массообменный аппарат

Изобретение относится к массообменным аппаратам для проведения процессов экстракции в системе "твердое тело-жидкость" и может использоваться в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Массообменный аппарат содержит центральную вертикальную цилиндрическую пустотелую колонну, которая является загрузочным патрубком для твердой фазы и снабжена отверстием, расположенным на уровне днища. На наружной поверхности колонны закреплен спиральный рабочий орган с радиально расположенными перегородками, имеющими козырек, по всей его длине. В конце верхнего витка рабочего органа установлен разгрузочный лоток, а на верхнем витке рабочего органа расположен разделитель потока с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Аппарат содержит штуцеры для подвода экстрагента и отвода экстракта, установленные с выходом на предпоследний виток рабочего органа и в нижней части аппарата соответственно. Спиральный рабочий орган аппарата выполнен сплошным с радиально расположенными перегородками по всей длине его поверхности, высота которых не превышает вертикальную составляющую амплитуды колебаний вибратора. Изобретение позволяет увеличить значение коэффициента массоотдачи. 3 ил.

 

Изобретение относится к массообменным аппаратам для проведения процессов экстракции в системе "твердое тело - жидкость" и может использоваться в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат вертикального типа, содержащий подвешенную на пружинах вертикальную колонну с укрепленным на ней спиральным лотком. Колонна нижней частью опущена в ванну, куда подаются жидкая и твердая фазы. Вибрационное движение колонны обеспечивает транспортировку суспензии вверх по спиральному лотку и удаление ее с верхней части лотка [1].

Недостатком данной конструкции является то, что при расположении приемного лотка у днища ванны с жидкостью затруднена загрузка твердой фазы при близких значениях плотностей экстрагента и твердых частиц, например при экстрагировании из растительного сырья.

Также известен массообменный аппарат вертикального типа, выбранный в качестве прототипа, состоящий из центральной вертикальной пустотелой колонны с укрепленным на ее наружной поверхности спиральным рабочим органом, все витки которого, кроме нижнего, имеют перфорацию. Колонна является загрузочным патрубком для твердой фазы. В стенке колонны имеются три отверстия: нижнее на уровне днища для подачи материала, верхнее и среднее для рециркуляции материала на уровне рассекателей. Аппарат имеет лоток, установленный в конце верхнего витка, для выгрузки шрота, штуцер в нижней части аппарата для отвода экстракта при противоточном режиме работы аппарата или подвода экстрагента при противоточном режиме. Аппарат посредством упругих элементов присоединен днищем к станине и приводится в движение виброприводом [2].

Недостатком данной конструкции массообменного аппарата является то, что при проведении процесса в противотоке значение коэффициента массоотдачи имеет низкое значение.

Техническим результатом изобретения является увеличение значения коэффициента массоотдачи за счет изменения конструкции спирального рабочего органа.

Технический результат достигается тем, что конструкция массообменного аппарата имеет спиральный рабочий орган, состоящий из сплошных витков, закрепленных на наружной поверхности центральной колонны. По всей длине поверхности спирального рабочего органа радиально расположены перегородки, высота которых не превышает вертикальную составляющую амплитуды колебаний вибратора.

На фиг.1 показан экстрактор, общий вид; на фиг.2 - его разрез, вид сверху; на фиг.3 - перегородка, вид сбоку (увеличено).

Разработанный массообменный аппарат состоит из центральной, вертикальной, цилиндрической, пустотелой колонны 1, отверстия 2 для подачи исходного материала, штуцера для подвода экстрагента 3, установленного с выходом на предпоследний виток рабочего органа 4, штуцера для отвода экстракта 5, расположенного в нижней части аппарата, спирального рабочего органа 4 с радиально расположенными перегородками 6, имеющими козырек 7, разгрузочного лотка 8 в конце верхнего витка рабочего органа, разделителя потока 9, на верхнем витке рабочего органа, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси.

Аппарат работает следующим образом. При включении вибратора (на фиг.1 не показан) аппарат совершает сложное колебательное движение в двух плоскостях: поступательное в вертикальной плоскости и вращательное в горизонтальной плоскости. Посредством этих колебаний сырье, дозируемое в центральную колонну 1 сверху, поступает через отверстие 2 на рабочий орган 4 и движется по нему снизу вверх. Навстречу ему через штуцер 3, противотоком поступает экстрагент. При взаимодействии исходного сырья и экстрагента происходит процесс экстракции, который протекает по всей высоте аппарата. При движении экстрагента вниз происходит его частичное задержание и накопление у перегородок 6, установленных на рабочем органе 4. Со стороны движения твердой фазы они имеют пологий наклон, что облегчает преодоление материалом этих перегородок. Со стороны движения экстрагента перегородки имеют козырек 7 в верхней части, направленный в сторону, обратную движению экстрагента. В результате такой конструкции образуется своего рода микрофонтан экстрагента, также способствующий преодолению твердыми частицами препятствий в виде пластинок. При этом в каждой из образовавшихся ванночек 10 между двумя перегородками наблюдается прямоточное движение взаимодействующих фаз, создающее условия идеального смешения и приводящее к гораздо большему извлечению вещества при меньшем расходе экстрагента и высоких значениях коэффициента массоотдачи, чем в противоточном процессе при свойственных противотоку параметрах массообмена. Это объясняется тем, что частицы сырья, движущиеся противоточно относительно экстрагента, при попадании на один из таких участков первоначально смываются экстрагентом, т.е. происходит совместное движение сырья и экстрагента. В дальнейшем в результате накопления частиц твердой фазы у перегородки и вытеснения ими экстрагента сырье вновь начинает движение вверх по рабочему органу 4, т.е. противотоком по отношению к экстрагенту.

Противоточная схема движения твердых частиц и экстрагента представляет самые большие возможности для максимального перехода вещества из одной фазы в другую при достаточно высоких значениях кинетических коэффициентов (диффузии и массоотдачи).

Таким образом, происходит увеличение значения коэффициента массоотдачи в результате изменения конструкции спирального рабочего органа.

Литература

1. Аксельруд Г.А., Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. - М., 1977, с.217-219.

2. Патент №2186606, МКИ B 01 D 11/02, опубл. 10.08.2002. Бюл. №22.

Массообменный аппарат, содержащий центральную вертикальную цилиндрическую пустотелую колонну, являющуюся загрузочным патрубком для твердой фазы и снабженную отверстием, расположенным на уровне днища, с закрепленным на ее наружной поверхности спиральным рабочим органом с радиально расположенными перегородками, имеющими козырек, по всей его длине, разгрузочный лоток в конце верхнего витка рабочего органа, разделитель потока на верхнем витке рабочего органа с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, штуцеров для подвода экстрагента и отвода экстракта, установленных с выходом на предпоследний виток рабочего органа и в нижней части аппарата соответственно, отличающийся тем, что спиральный рабочий орган аппарата выполнен сплошным с радиально расположенными перегородками по всей длине его поверхности, высота которых не превышает вертикальную составляющую амплитуды колебаний вибратора.