Przedmiotem wynalazku jest aparat kolumnowy pul¬ sacyjny o dzialaniu ciaglym co przeciwpradowego kon¬ taktu faz cieklej i stalej, przeznaczony do prowadzenia procesów, w których jedna faze stanowi ciecz a druga rozdrobnione, latwo sedymentujace cialo stale. Aparat moze byc stosowany do procesów lugowania, adsorpcji, rozpuszczania, wymiany jonów oraz reakcji chemicz¬ nych.Procesy zachodzace w ukladach ciecz — cialo stale prowadzone sa dotychczas w aparatach o dzialaniu periodycznym lub ciaglym. Do aparatów periodycznych naleza róznej konstrukcji mieszalniki oraz zbiorniki i kolumny z nieruchoma warstwa fazy stalej. Aparaty o dzialaniu ciaglym posiadaja konstrukcjepoziomych beb¬ nów obrotowych lubpionowych kolumn,wyposazonych wewnatrz w rózne urzadzenia mechaniczne umozliwia¬ jace przemieszczanie w sposób ciagly rozdrobnionej fazy stalej wzdluz aparatu. Znane aparaty opisane sa w ksiaz¬ kach: G.A.Aksielruda, W.M.Lyspaóskiego, pt. „Ekstra- girowanie. Sstiema twitrriojetiekzydkost*\ Izdatielstwo Xhimia~ Leningrad 1974, s. 188, G.A.Aksielruda, A.D.Molczanowa pt. Jtastworienie twierdych wie- szcziestwM, Izdatielstwo .Chimia", Moskwa 1977,s. 176.J.G.Brennana, J.R.Buttersa, N.D.CoweHa, A.E.V.Lftly, pt. „Food Engineering Operations, Applied Science", Pubhshers LTD. London 1976, s. 175 orazwczasopismie ..Chemical Engineering* 72 (6), 157 (1965).Aparaty o dzialaniu periodycznym, charakteryzujace ae stosunkowo prosta konstrukcja sa mato efektywne w dzialaniu. Niekorzystny rozkfad stezenia skbdrików w aparatach tego typu przyczynia siedozmniejszenia sred¬ niej sily napedowej procesu, w wyniku czego jest osia¬ gana niska sprawnosc aparatu a proces wymagadlugiego czasu kontaktu faz. Znaczna czesc czasu jest w omawia¬ nym przypadku niewykorzystana produkcyjnie ze wzg¬ ledu na rozladunek i zaladunek aparatu. Niedogodnosci w obsludze stanowia dodatkowa ich wade.Aparaty o dzialaniu ciaglym, saczególaic pracujace w przeciwpradowym ruchu faz sa znacznie bardziej sprawne i wydajne. Do ichglównychwad nalezy zaliczyc: niepelne wykorzystanie objetosci aparatu do kontaktu faz, stosunkowo szybkie zuzywanie sie czesciruchomych wewnetrznych urzadzen, powodujacych ruch fazystalej, znaczna awaryjnosc tych urzadzen, trudny dostep w celu ich naprawy a takze duze zuzycie energii, zwh- szcza elektrycznej, do napedu ruchomych czesci lub calych aparatów.Zastosowanie dodatkowych impulsówjak np. pulsacji mechanicznej, pozwala na znaczna intensyfikacjeproce¬ sów przebiegajacych w ukladach cialo stale — ciecz.Aparat kolumnowy z wykorzystaniem pulsacji zostal opisany w czasopismie „Industrial and Engineering Che- rastry" 54 (II), 24(1962).Glówna czesc aparatu stanowi pionowa rura. wew¬ natrz której znajduja sie perforowane pólki zprzesypami fazy cieklej. Na kazdej pólce umieszczona jest warstwa stalowych kulek, spelniajaca role filtra rozdrobnionej3 114451 4 fazy stalej. W dolnej czesci aparat polaczonyjest zpulsa- torem fazy cieklej.Aparat pracuje w przeciwpradzie tzn. cialo stale przysypuje sie z pólki na pólke z góiy w dól aparatu, natomiast ciecz przeplywa z dolu do góry. Pul¬ sujaca ciecz wprawia w ruch pulsacyjny ziarna fazy stalej co jest niezbedne dla zapewnienia prawidlowego ruchu ciala stalego na pólkach i wzdluz aparatu. Wadami tego aparatu sa: niepelne wykorzystanie jego objetosci do kontaktu faz, co znacznie zwieksza wysokosc calego urzadzenia, niezgodnosc kierunku przeplywu fazycieklej z pradem naturalnym, co stwarzasprzyjajace warunki do spotegowania niekorzystnego zjawiska mieszania wzdlu¬ znego tej fazy w wyniku czego zostaje zmniejszona sprawnosc aparatu, mozliwosc zapychania przesypów fazy stalej z pólki na pólke i niedogodnosci z ich oczyszczaniem.Aparat kolumnowy pulsacyjny do przeciwpradowego kontaktu faz cieklej i stalej, wedlug wynalazku stanowi cylindryczny zbiornik opionowej osi symetrii, zamkniety od gógywypukla lub plaska dennica, zas od dolu stozko¬ wym dnem, którego najnizsza odlaczna czesc,przymoco¬ wana do korpusu za pomoca kolnierzy posiada ksztalt odcinka kuli. Wewnatrz aparatu, pomiedzy kolnierzami dzielonego dna zbiornika, umieszczona jest ruchoma membrana, polaczona sztywnym lacznikiem z walem korbowym pulsatora. Lacznik wyprowadzony jest na zewnatrz zbiornika poprzez dlawnice lub oslone zapew¬ niajaca szczelnosc komory gazowej, zawartej miedzy membrana a dolna czescia dna aparatu. Do przestrzeni tej dolaczony jest przewód doprowadzajacy powietrze lub gaz obojetny w celu skompensowania parcia hydro¬ statycznego slupa cieczy na membrane. Pulsator za pomoca membrany wprawia w ruch drgajacy fazeciekla i stala, dzieki czemu umozliwia przemieszczanie sie fazy stalej w aparacie w wybianym kierunku.W cylindrycznej czesci zbiornika nieco powyzej pola¬ czenia z dnem stozkowym, znajduje sie ruszt nosny fazy stalej, wykonany z plaskowników usytuowanych równo¬ legle obok siebie lubzblachy perforowanej zamocowanej na wspornikach. Na ruszcie znajduje sie filtr owysokosci okolo 30 mm, zlozony z metalowych lub ceramicznych zieren izometrycznych w ksztalcie kulek, szescianów czy walców, przy czym gestosc materialu ziaren filtru winna byc znacznie wieksza od gestosci fazy stalej stosowanejw prowadzonym procesie technologicznym. Warstwa zia¬ ren spelnia role ruchomego filtra dla fazy stalej i zapo¬ biega przedostawaniu siejej do przestrzenipod rusztema jednoczesnie przeciwdziala zatykaniu szczelin i otworów rusztu.Zbiornik wyposazony jest w przewody doprowadza¬ jace i odprowadzajace fazy ciekla i stala z zachowaniem przeplywu przeciwpradowego. Punkty doprowadzenia i odprowadzenia fazy cieklej znajduja sie: jeden w dnie stozkowym aparatu tuz nad membrana, drugi w górnej cylindrycznej czesci zbiornika na poziomie zwierciadla cieczy. Doprowadzenie fazy cieklej do aparatu moze nastapic od góry lub dolu, tak aby zachowanabylazgod¬ nosc przeplywu tej fazy z pradem naturalnym. Fazastala moze byc doprowadzana i odprowadzana z aparatu, w zaleznosci od procesu technologicznegoi kierunku ruchu fazy cieklej, u góry lub na dole zbiornika. O miejscu doprowadzenia fazy stalej do aparatu decyduje zasada zachowania przeciwpradu w stosunku do fazy cieklej oraz zgodnosc kierunku ruchu fazy stalej w aparacie z kierunkiem zmniejszania sie gestosci lub wymiarów zia¬ ren tej fazy w trakcie procesu technologicznego.Faza stala wprowadzana jest do aparatu pionowym przewodem zasilajacym o srednicy co najmniej kilkuna¬ stokrotnie wiekszej od rozmiaru ziarna, przenikajacym swobodnie do wnetrza aparatu poprzez króciec usytuo¬ wany na skraju dennicy zbiornika. Górna czesc prze¬ wodu zasilajacego jest nalozona wspólsrodkowo na koncowy odcinek przewodu doprowadzajacego faze stala, dzieki czemu istnieje mozliwosc przesuwania rury zasilajacej w kierunku pionowym wzdluz jej osi, a tym samym regulacji wysokosci polozenia dolnej krawedzi tego przewodu wzgledem poziomu rusztu. Przestrzenie miedzy przewodem zasilajacym i króccem oraz przewo¬ dem zasilajacym i koncowym odcinkiem przewodu dop¬ rowadzajacego faze stala sa uszczelnione za pomoca dlawnic.Odprowadzenie fazy stalej z aparatu odbywa sie prze¬ wodem o srednicy kilkunastokrotnie wiekszej od roz¬ miaru ziarna, usytuowanym wewnatrz aparatu przy przeciwleglej sciance w stosunku do przewodu zasilaja¬ cego. Przewód odprowadzajacy faze stala jest zlozony z dwóch czesci polaczonych rozlacznie nad rusztem, przy czym górna czesc tego przewodu posiada na wysokosci przesypu ziaren fazy stalej otwory, natomiastdolna czesc przewodu przenikajac przez ruszt i stozkowedno wypro¬ wadzanajest na zewnatrzaparatu, gdziejest zaopatrzona w zawór zasuwowy do regulacji natezenia odplywu fazy stalej. Górna czesc przewodu wyprowadzona jest na zewnatrz aparatu przez otwór krócca dennicy i zakon¬ czona kolnierzem zamykajacym. Odcinek wewnetrzny w dolnej czesci polaczony jest z koncówka przewodu odp¬ rowadzajacego, wystajacego ponad ruszt nosny. Rozla¬ czne polaczenie obu odcinków przewodu odprowadzaja¬ cego, na wysokosci rusztu wewnatrz aparatu,jak równiez wyprowadzenie koncówki odcinka wewnetrznego prze¬ wodu poprzez króciec w dennicyjest uszczelnione. Kons¬ trukcja przewodu odprowadzajacego faze stalazapewnia w tym przypadku szczelnosc i sztywnosc ukladu, ajedno¬ czesnie umozliwia w razie potrzeby opróznienie calego aparatu z fazy stalej przez uniesienie odcinka wewnetrz¬ nego rury odprowadzajacej. W przypadku ruchu fazy stalej w aparacie w kierunku z góry na dól, górna kra¬ wedz przewodu odprowadzajacego winna sie znajdowac w odleglosci 30-90 mm nad poziomem rusztu.W dennicy zbiornika aparatu znajduje sie ponadto króciec z zaworem do odpowietrzania lub doprowadza¬ nia gazu obojetnego do komory gazowej, znajdujacej sie w aparacie ponad zwierciadlem cieczy.Aparat wedlug wynalazku moze byc zaopatrzony w plaszczgrzejny lub chlodzacy oraz warstweizolacji ciepl¬ nej, co pozwala na prowadzenie procesów w odpowied¬ nich temperaturach.Wczasie eksploatacji, zbiornik aparatu, wedlugwyna¬ lazku wypelnionyjest faza ciekla od poziomu membrany do wysokosci kilkadziesiat milimetrów ponizej polacze-s 11465S b nia dennicy z czescia cylindryczna. Warstwa fazy stalej zajmuje w aparacie przestrzen miedzy górna powierzch¬ nia ziaren filtru ruchomego, a przekrojem na wysokosci otworów przesypowych w przewodzie odprowadzaja¬ cym.Wlasciwa praca aparatu kolumnowego pulsacyjnego zachodzi przy dzialajacym pulsatorze membranowym, który wywolujac równolegle do osi aparatu drgania fazy cieklej i stalej stwarza bardzo korzystne warunki kon¬ taktu faz. Aparat przeznaczony jest szczególnie do pracy ciaglej w warunkach przeciwpradowego ruchu faz cieklej i stalej, moze takze pracowac w warunkach wspólprado- wego kontaktu faz, jak równiezjako urzadzenie o dziala¬ niu periodycznym. W szczególnych przypadkach, aparat moze pracowac bez pulsacji, jednakze osiagana wówczas sprawnosc zachodzacego procesu jest stosunkowo niska.Wykorzystanie czesci fazy cieklej jako nosnika fazy stalej znacznie ulatwia ruch tej fazy w przewodach ruro¬ wych. W7 tym ceki czesc fazy cieklej, odplywajacej z apa¬ ratu moze byc podawana w sposób ciagly do przewodu rurowego fazy stalej. Analogicznie, czesc fazy cieklej swiezo odplywajacej do aparatu a odbieranej wraz z faza stala, moze byc parozdzieleniu faz zawracana ponownie do przewodu zasilajacego aparat faza ciekla. Wytwo¬ rzone obiegi kolowe czesci fazy cieklej, odplywajacej i doplywajacej do aparatu, zapobiegaja zapychaniu prze¬ wodów faza stala ajednoczesnie przyczyniaja siedo uzy¬ skania dodatkowych, korzystnych efektów z punktu widzenia sprawnosci i zachodzacego procesu, jakosci uzyskiwanych produktów oraz wydajnosci aparatu.Aparat kolumnowy pulsacyjny, wedlug wynalazku, jest urzadzeniem wysokosprawnym i wydajnym. W zale¬ znosci od rodzaju procesu sprawnosc a zarazem i wydaj¬ nosc aparatu jest wyzsza od kilkunastu do kilkuset % od sprawnosci analogicznych urzadzen bez stosowania pul¬ sacji. Konstrukcja aparatu zapewnia w procesie techno¬ logicznym wysoki stopien wykorzystania powierzchni miedzyfazowej ciecz — cialo stale, duza burzliwosc oplywu ziaren fazy stalej przez ciecz nawet przy niewiel¬ kich natezeniach przeplywu fazy cieklej, a takze dobre wykorzystanie objetosci aparatu. Aparat jest urzadze¬ niem o prostej konstrukcji, latwym w wykonaniu oraz stosunkowo malo materialochlonnym. Dzieki wysokiej szczelnosci oraz mozliwosci pracy w atmosferze gazu obojetnego zapewnia on bezpieczne dla zycia i zdrowia warunki pracy ludziom nadzorujacym przebieg procesu.Prosta obsluga urzadzenia, latwosc wlaczeniaaparatudo systemu automatycznego sterowania procesem,duza ela¬ stycznosc pracy aparatu w warunkach zmniejszajacego sie obciazenia, jednolita jakosc uzyskiwanych produk¬ tów stanowia dalsze istotne zalety wynalazku. Aparat kolumnowy pulsacyjny posiada tylko jedna ruchoma czesc w postaci membrany i jest urzadzeniem malo energochlonnym.Dzieki zastosowaniu komory gazowej pod membrana, istnieje mozliwosc kompensacji cisnieniem gazu parcia hydrostatycznego slupa cieczy, co powoduje znaczne powazne zmniejszenie mocy silnika napedzajacego pul- sator. Pulsacyjny ruch faz w aparacie w duzym stopniu silniejsza opory wnikania cieplaw warstwie przysciennej po stronie kontaktujacych sie faz cieklej i stalej, co warunkuje dobre wykorzystanie czynnika grzejnego lub chlodzacego, doprowadzanych do plaszcza aparatu.Zastosowanie aparatu wedlug wynalazku umozliwia obnizenie ogólnych kosztów prowadzenia procesów o 15 do 30% w stosunku do nakladówniezbednychdo prowa¬ dzenia tych procesów w aparatach tradycyjnych.Przedmiot wynalazku zostanie blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym przedsta¬ wiono aparat pulsacyjny w przekroju podluznym.Aparat wedlug wynalazku stanowicylindrycznyzbior¬ nik 1 opionowej osi symetrii, zamkniety odgórydennica 2, zas od dolu stozkowym dnem 3, którego najnizsza, odlaczona czesc 4, posiada ksztalt odcinka kuli i jest przymocowana do dna 3 za pomoca kolnierzy 5. Wew¬ natrz stozkowego dna 3 miedzy kolnierzami 5 znajduje sie ruchoma membrana 6, polaczona sztywnym laczni¬ kiem 7 z walem korbowympulsatora 8. Lacznik 7wypro¬ wadzony jest na zewnatrz aparatu poprzez oslone 9, uszczelniajaca komore gazowa 18, zawarta miedzy mem¬ brana 6 a odlaczona czescia dna 4. Komora 10 posiada króciec 11 z zaworem do doprowadzenia powietrza lub gazu obojetnego. W" stozkowym dnie 3, powyzej mem¬ brany t, znajduje sie króciec 12 z zaworem do odprowa¬ dzania fazy cieklej z aparatu. W dolnej cylindrycznej czesci zbiornika 1jest umieszczony ruszt nosny fazystalej 13 o szerokosci szczelin 3mm i wolnym przekroju 409[, wykonany z plaskowników. Na ruszcie 13 znajduje sie ruchomy filtr 14 o wysokosci 30 mm usypany z metalo¬ wych ziaren izometrycznych w ksztalcie walców o wymiarach 4mm. Zbiornik 1jest wyposazony w przewód rurowy 15 do odprowadzania fazy stalej z aparatu. Prze¬ wód 15 jest zlozony z dwóch czesci polaczonych rozla¬ cznie nad rusztem 13, przy czym górna czesc tego przewodu 15 posiada na wysokosci przesypu ziaren fazy stalej dwa prostokatne otwory i jest wyprowadzona na zewnatrz aparatu przez otwór krócca 16usytuowanegow dennicy 2. Dolna czesc przewodu 15 po przejsciu przez ruszt 13 jest zagieta po luku i po wyprowadzeniu na zewnatrz przez scianke stozkowego dna 3 jest zakon¬ czona króccem 17oraz zaworem zasuwowym 18 do regu¬ lacji odplywu fazy stalej. Rozlacznepolaczenie przewodu 15 umozliwia jego przesuwanie w kierunku do góry w celu zabezpieczenia mozliwosci calkowitego opróznienia zbiornika 1 z fazy stalej przez dolny% zagiety odcinek prze¬ wodu odprowadzajacego 15. Dennica 2 wyposazona jest dodatkowo w króciec 19 z zaworem do odpowietrzania lub odprowadzania gazu obojetnego do komorygazowej 2t, znajdujacej sie nad zwierciadlem cieczy wewnatrz zbiornika 1 oraz w króciec 21, któregootworem wprowa¬ dzonyjest do wnetrza zbiornika 1 przewód rurowy 22 do zasilania faza stala. Górna czesc tego zasilajacego prze¬ wodu 22jest nalozona wspólsrodkowonakoncowyodci¬ nek rurowegoprzewodu 23dodoprowadzania fazy stalej co zapewnia mozliwosc przesuwania przewodu zasilaja¬ cego 22 w celu regulacji odleglosci miedzy dolna krawe¬ dzia zasilajacego przewodu 22 i rusztem 13, a tymsamym zapewnia regulacje natezenia zasilaniaaparatu fazastala.7 114658 K Cylindryczna czesc zbiornika 1 aparatu jest wyposazona w górnej czesci w króciec 24 z zaworem do doprowadza¬ nia fazy cieklej oraz jest otoczona z zewnatrz plaszczeni grzejnym 25, zaopatrzonym w odpowiednie krócce wlo¬ towy i wylotowy. Nadto caly aparat jest osloniety war¬ stwa izolacji cieplnej 26. Przewody doprowadzajacy 22 i odprowadzajacy 15sa uszczelnione w miejscach przecho¬ dzenia przez krócce 21 i 16 zbiornika 1.W aparacie wedlug wynalazku gestosc fazy cieklej wzrasta znacznie w czasie zachodzacego procesu. Kieru- nek przeplywu fazy cieklej odbywa sie z góry w dól aparatu i jest zgodny z kierunkiem pradu naturalnego.Faza stala przeplywa w przeciwpradzie do cieczy, czyli od dolu do góry.Dzialanie urzadzenia zostanie omówione na przykla¬ dzie pracy aparatu kolumnowego, wedlug wynalazku, przy wlaczonym pulsatorze 8, który wprawia w ruch pulsacyjny za pomoca lacznika 7 i membrany 6 faze ciekla zawartaw zbiorniku 1. Podczas intensywnej pulsa- cji fazy cieklej, warstwa ziaren fazy stalej, znajdujaca sie w zbiorniku 1, podlega równiez pulsacji. Na skutek róz¬ nej amplitudy drgan fazy stalej i cieklej oraz opóznienia drgan fazy stalej w stosunku do cieczy, wytworzone zos¬ taja w aparacie bardzo korzystne warunki kontaktu mie- dzyfazowego. Aparat zasilany jest faza ciekla i stala w sposób ciagly. Ziarna fazy stalej doprowadzane sa prze¬ wodem zasilajacym 22 dodolnego przekroju zbiornika 1, skad podczas pracy aparatu przemieszczajasie wgóredo poziomu przesypu, ustalonego wysokoscia polozenia prostokatnych otworów przesypowych w przewodzie odprowadzajacym 15. Faza stala odprowadzana jest z aparatu z pewna iloscia cieczy poprzez króciec wylotowy 17 przewodu odprowadzajacego 15 oraz zawór 1S. Faza ciekla doplywa do aparatuwprzekroju górnym, króccem 24a odplywa króccem 12 wdolnej czesci aparatu,ponizej rusztu nosnego 13. Wypadkowy ruch faz cieklej i stalej w aparacie jest przeciwpradowy.Zastrzezenia patentowe 1. Aparat kolumnowy pulsacyjny do przeciwprado- wego kontaktu fazy cieklej i stalej, w postaci cylindry¬ cznego zbiornika, zamknietego od góry dennica, natomiast od dolu stozkowym dnem, zakonczonymkuli¬ stym wierzcholkiem, mame—y tym, ze w stozkowym dnie (3) w plaszczyznie prostopadlej do osi zbiornika (1) jest umieszczona ruchoma membrana (6), polaczona z pulsatorem (8), tworzaca z kulistym dnem (4) komore gazowa (lt) zaopatrzona w króciec(11)do doprowadze¬ nia gazu, natomiast w cylindrycznej, dolnej czesci zbior¬ nika (1) jest usytuowany ruszt nosny (13), na którym znajduje sie filtr (14), w postaci warstwy ziarenizometry- cznych, nadto zbiornik (1) jest wyposazony w przewód (22) zasilajacy aparat w faze stala, wprowadzony do zbiornika (1) pr»z króciec (21), usytuowany w dennicy (2) oraz w przewód (15) do odprowadzania fazy stalej z aparatu, wprowadzony do zbiornika (1) przez króciec (16),usytuowany takzewdennicy(2),zaswyprowadzony z aparatu przez ruszt nosny (13) i stozkowe dno (3), zaopa¬ trzone w króciec (17), nadto stozkowe dno (3) wyposa¬ zone jest dodatkowo w króciec (12) do odprowadzania fazy cieklej, zas dennica (2) wyposazonajest dodatkowo w króciec (19) do doprowadzania i odprowadzania gazu do przestrzeni gazowej w górnej czesci zbiornika (1) usy¬ tuowanej nad zwierciadlem cieczy, nadto górna czesc zbiornika (1) jest zaopatrzona w króciec (24) z zaworem do doprowadzania fazy cieklej. 2. Aparat wedlug zastrz. 1, mtamwmy tym, ze górna czesc przewodu zasilajacego (22) jest nalozona wspóls- rodkowo na koncowy odcinek przewodu doprowadzaja¬ cego (23), umozliwiajacego zmiane odstepu dolnej krawedzi zasilajacego przewodu (22) od rusztu (13). 3. Aparat wedlugzastrz. 1, zaamiefiay tyai, ze przewód (15) do doprowadzania fazy stalej jest zlozony z dwóch czesci polaczonych rozlacznie nad rusztem (13), przy czym górna czesc przewodu (15) posiada na wysokosci przesypu ziaren fazy stalej prostokatne otwory, nato¬ miast dolna czesc tego przewodu (15) po przejsciu przez ruszt (13)jest zagieta po luku i zakonczona króccem (17) oraz zaworem zasuwowym (18) do regulacji odplywu fazy stalej. 4. Aparat wedlug zastrz. 1, zmamieiiay tymi, ze scianki zbiornika (1) otoczone sa z zewnatrz plaszczem wyposa¬ zonym w krócce do doprowadzania i odprowadzania czynnika grzejnego lub chlodzacego. 5. Aparat wedlug zastrz. 1, zaamieaay tyui, ze scianki zbiornika (1) otoczone sa z zewnatrz warstwa izolacji cieplnej (26).114658 vm PL