EA021635B1 - Аппарат для выделения кристаллических частиц из суспензии - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике получения дисперсных кристаллических веществ и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Наиболее целесообразным является его использование в тех отраслях, где необходимо осуществить выделение из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы заданного гранулометрического состава. Аппарат для получения кристаллических веществ содержит рабочую камеру, выполненную в виде лотка, снабженного технологическими патрубками и фильтрующим элементом, расположенным вдоль лотка, и вибратор направленного действия, соединенный с рабочей камерой. Конструкция фильтрующего элемента выполнена в виде пакета фильтрующих перегородок, расположенных с зазором одна под другой в порядке убывания размеров ячеек в свету и установленных с возможностью изменения угла наклона каждой из фильтрующих перегородок относительно горизонтали. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных и технологических возможностей аппарата, повышении качества получаемого продукта, снижении энергоемкости.

Description

Изобретение относится к технике получения дисперсных кристаллических веществ и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Наиболее целесообразным является его использование там, где необходимо осуществить выделение из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы заданного гранулометрического состава.

Известно устройство для получения кристаллических веществ, содержащее вибратор и рабочую камеру, снабженную рубашкой, технологическими патрубками и фильтрующим элементом (патент РФ № 2042373, Β01Ό 9/00, патент РФ № 2367495, Β01Ό 9/00).

Недостатком известного устройства является то, что при такой конструкции невозможно осуществить процесс выделения из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы заданного гранулометрического состава. Процесс разделения суспензии в таком аппарате проводится только в периодическом режиме. При этом фильтрующий элемент задерживает и крупную, и мелкую твердую фазу суспензии и образует слой осадка, высота которого в процессе работы постоянно увеличивается. Одновременно увеличивается и гидравлическое сопротивление прохождению жидкой фазы суспензии, а следовательно, снижается эффективность фильтрования. Заполняющая поровое пространство слоя осадка жидкая фаза удерживается в нем силами капиллярного сцепления и поверхностного натяжения. Вибрационное воздействие повышает эффективность фильтрования и способствует снижению остаточной влажности осадка. Однако добиться выделения из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы заданного гранулометрического состава в аппарате такой конструкции невозможно.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является аппарат для получения кристаллических веществ, содержащий рабочую камеру, выполненную в виде лотка, снабженного фильтрующим элементом, расположенным вдоль лотка, и вибратор направленного действия, связанный с рабочей камерой (Чистовалов С.М. Кинетика процесса непрерывного вибрационного разделения суспензий.//Химическое и нефтяное машиностроение, 1990, № 11, с. 1213, принято за прототип).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является то, что его конструкция рассчитана на проведение процесса непрерывного продуктового фильтрования, т.е. извлечения из суспензии всей твердой фазы. Конструкция фильтрующего элемента такого аппарата предусматривает установку фильтрующей перегородки, размер ячеек которой меньше размера самых мелких частиц твердой фазы суспензии, что не позволяет осуществить процесс выделения из суспензии твердой фазы требуемого гранулометрического состава. При работе аппарата суспензия непрерывно самотеком поступает на фильтрующий элемент, закрепленный в прямоугольном лотке. Лоток совершает направленные гармонические колебания, источником которых является вибропривод. В зоне подачи суспензии часть жидкой фазы проходит через фильтрующую перегородку и удаляется из аппарата по днищу лотка через патрубок. Твердая фаза задерживается перегородкой и образует полидисперсный слой осадка, который под действием направленных колебаний вибропривода непрерывно перемещается по перегородке к разгрузочному патрубку. Одновременно с вибротранспортированием осадка происходит его частичное обезвоживание. Однако степень обезвоживания, эффективность фильтрования при этом являются низкими, поскольку полидисперсность осадка способствует формированию плотной укладки частиц твердой фазы, уменьшению размеров элементарных пор, увеличению сил капиллярного сцепления, которые удерживают жидкую фазу в осадке и которые необходимо преодолеть для его обезвоживания под действием вибрации. В результате через разгрузочный патрубок аппарата удаляется влажный нефракционированный осадок, состоящий из полидисперсных частиц твердой фазы. Это вызывает необходимость в проведении дополнительных технологических процессов классификации по фракциям целевого продукта и его измельчения. В ряде случаев, особенно при переработке природных веществ, таких, например, как бентонит, процесс измельчения вызывает частичное разрушение внутренней структуры материала, в частности диосмектита, монтмориллонита, что значительно снижает качество конечного продукта. Измельчение неудаленных примесей в виде кварцевого песка делает конечный продукт непригодным к употреблению.

Задачей настоящего изобретения является повышение функциональных возможностей аппарата, а именно обеспечение возможности проведения процесса выделения из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы требуемого гранулометрического состава, повышение эффективности фильтрования, экономичности работы аппарата, улучшение качества получаемого продукта.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в заявляемом аппарате для получения кристаллических веществ, включающем рабочую камеру, выполненную в виде лотка, снабженного технологическими патрубками и фильтрующим элементом, расположенным вдоль лотка, вибратор направленного действия, соединенный с рабочей камерой, конструкция фильтрующего элемента выполнена в виде пакета фильтрующих перегородок, расположенных с зазором одна под другой в порядке убывания размеров ячеек в свету и установленных с возможностью изменения угла наклона каждой из фильтрующих перегородок относительно горизонтали.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении качества получаемого продукта путем прямого выделения из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы требуемого гранулометрического состава, оптимизации временных и технологических характеристик технологического процесса за счет исключения проведения процессов клас- 1 021635 сификации и измельчения конечного продукта, в повышении эффективности фильтрования.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков, перечисленных в формуле изобретения, и вышеизложенным техническим результатом заключается в следующем. Аппарат для получения кристаллических веществ, в котором конструкция фильтрующего элемента выполнена в виде пакета фильтрующих перегородок, расположенных с зазором одна под другой в порядке убывания размеров ячеек в свету и установленных с возможностью изменения угла наклона каждой из фильтрующих перегородок относительно горизонтали, позволяет в процессе работы непрерывно получать на каждой из фильтрующих перегородок осадок, состоящий только из частиц твердой фазы требуемого гранулометрического состава, размер которых превышает размер ячеек данной фильтрующей перегородки. При такой конструкции фильтрующего элемента происходит пофракционное разделение твердой фазы суспензии в зоне ее подачи. Задерживаемые каждой фильтрующей перегородкой частицы твердой фазы под действием вибрации непрерывно отводятся из зоны подачи суспензии, не образуя там осадка и не препятствуя свободному течению жидкой фазы вместе с более мелкими частицами твердой. Монодисперсный слой осадка, образующийся на выходе из зоны подачи суспензии на каждой фильтрующей перегородке, под действием направленных колебаний вибропривода транспортируется к разгрузочным патрубкам и удаляется из аппарата. Это позволяет исключить дальнейшее проведение процессов классификации и измельчения конечного продукта после его сушки.

Эффективность фильтрования определяется величиной остаточной влажности осадка на выходе из аппарата. Жидкая фаза удерживается в поровом пространстве осадка силами капиллярного сцепления, величина которых обратно пропорциональна дисперсности твердой фазы. Конструктивное решение фильтрующего элемента, позволяющее изменять угол наклона каждой из фильтрующих перегородок относительно горизонтали, дает возможность регулировать скорость вибротранспортирования и время пребывания осадка на каждой из фильтрующих перегородок, необходимое для максимального его обезвоживания, при одних и тех же вибрационных параметрах работы аппарата. Это позволяет уменьшить остаточную влажность осадка на выходе из аппарата, повысить эффективность процесса фильтрования, сократить энергопотребление на последующей стадии сушки целевого продукта требуемого гранулометрического состава.

В совокупности все вышеперечисленное обеспечивает достижение требуемого технического результата - повышение качества получаемого продукта путем прямого выделения из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы требуемого гранулометрического состава, оптимизация временных и технологических характеристик технологического процесса за счет исключения проведения процессов классификации и измельчения конечного продукта, повышение эффективности фильтрования.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию новизна по действующему законодательству.

На фиг. 1 показан аппарат для получения кристаллических веществ, состоящий из рабочей камеры 1, фильтрующего элемента 2, технологических патрубков: подачи суспензии 3, разгрузки влажного осадка 4, удаления фильтрата 5, вибратора 6.

На фиг. 2 показан фильтрующий элемент 2, выполненный в виде пакета фильтрующих перегородок 7, 8, 9 и 10, материалом для которых были использованы сетки микронных размеров с квадратными ячейкам с размером в свету 140, 71, 56 и 40 мкм соответственно (Производитель сеток микронных размеров - ОАО Солнечногорский завод металлических сеток Лепсе, ТУ 14-4-507-99). Фильтрующие перегородки 7, 8, 9 и 10 установлены с зазором А, с возможностью изменения угла наклона α каждой из фильтрующих перегородок пакета относительно горизонтали.

Работа аппарата показана на примере использования заявляемого изобретения в производстве сорбента диосмектита (аналога Смекты) из бентонитовой глины Кудринского месторождения. Основной стадией технологического процесса является выделение из суспензии бентонитовой глины, целевого продукта - диосмектита в виде твердой фазы дисперсностью от 40 до 56 мкм. В исходной бентонитовой глине содержится до 20% примесей в виде посторонних включений и кварцевого песка дисперсностью свыше 71 мкм.

Аппарат работает следующим образом. Суспензия через патрубок подачи 3 непрерывно поступает в вибрирующую рабочую камеру 1 на фильтрующий элемент 2. В зоне подачи суспензии на каждой из фильтрующих перегородок 7, 8, 9 и 10 фильтрующего элемента 2 задерживается твердая фаза, дисперсность которой превышает размер ячейки в свету. Под действием направленных колебаний твердая фаза непрерывно отводится из зоны подачи суспензии, не образуя там слоя осадка и не препятствуя прохождению суспензии с более мелкими частицами. Прошедшая через фильтрующий элемент 2 жидкая фаза суспензии удаляется из аппарата через патрубок 5. Монодисперсный слой осадка на каждой из фильт- 2 021635 рующих перегородок образуется на выходе из зоны подачи суспензии. Под действием направленных колебаний вибратора 6 осадок непрерывно движется к разгрузочным патрубкам 4, обезвоживается в процессе вибротранспортирования и удаляется из аппарата. С фильтрующих перегородок 7, 8, 9 осадок, не удовлетворяющий требованиям по составу и дисперсности, направляется в отходы, а с фильтрующей перегородки 10 целевой продукт - диосмектит в виде твердой фазы требуемого гранулометрического состава дисперсностью от 40 до 56 мкм - поступает на сушку готового продукта.

Влажность осадка на выходе из аппарата при установке горизонтально (угол α=0°) фильтрующих перегородок 7, 8, 9 и 10 фильтрующего элемента 2, частоте колебаний 17 Гц и амплитуде 3 мм составляла: с фильтрующей перегородки 7 дисперсностью свыше 140 мкм - 32%, с фильтрующей перегородки 8 дисперсностью свыше 71 мкм - 38%, с фильтрующей перегородки 9 дисперсностью свыше 56 мкм - 45%. Влажность целевого продукта дисперсностью от 40 до 56 мкм, извлекаемого с фильтрующей перегородки 10, составляла 58%. Необходимая по технологии последующая сушка пастообразного продукта такой влажности является крайне нетехнологичным и энергоемким процессом. В промышленных условиях он сопровождается образованием прочных агломератов, так называемых спеков, что приводит к остановке производства. Снижение остаточной влажности достигается путем изменения угла наклона α. При тех же параметрах вибрации и установке фильтрующей перегородки 8 с углом подъема α=1° влажность осадка на выходе составляла 30%, при установке фильтрующей перегородки 9 с углом подъема α=2° влажность осадка на выходе составляла 31%.

Влажность целевого продукта дисперсностью от 40 до 56 мкм, полученного при установке фильтрующей перегородки 10 с углом подъема α=3°, составляет 34%, вместо 58% при горизонтальной установке. Это обеспечивает получение в промышленных условиях целевого продукта в виде твердой фазы требуемого гранулометрического состава, а также проведение его последующей сушки без образования агломератов, в частности, энергосберегающим и экологически чистым кондуктивным способом в виброкипящем слое.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно в химической, фармацевтической и пищевой отрасли;

для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в нижеизложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления;

средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата - повышение качества получаемого продукта путем прямого выделения из суспензии целевого продукта в виде твердой фазы требуемого гранулометрического состава, оптимизация временных и технологических характеристик технологического процесса за счет исключения проведения процессов классификации и измельчение конечного продукта, повышение эффективности фильтрования и энергосбережение.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию промышленная применимость.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Аппарат для выделения кристаллических частиц из суспензии, содержащий рабочую камеру, выполненную в виде лотка, снабженного технологическими патрубками и фильтрующим элементом, расположенным вдоль лотка, и вибратор направленного действия, соединенный с рабочей камерой, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде пакета фильтрующих перегородок, расположенных с зазором одна под другой в порядке убывания размеров ячеек в свету и установленных с возможностью изменения угла наклона каждой из фильтрующих перегородок относительно горизонтали.