PL162594B1 - o dzialaniu ciaglym PL - Google Patents

Abstract

Aparat pulsacyjny do kontaktowania rozdrob- nionego ciala stalego z ciecza o dzlalanlu ciaglym, zwla- szcza przeciwpradowym, znamienny tym , ze stanowi go cylindryczny korpus o ksztalcie zblizonym do litery U. którego Jedno ramie ( 1), do którego Jest doprowadza- ne cialo stale (2). Jest zaopatrzone w górnej czesci w króciec (3) do odprowadzania cieczy z aparatu, osloniety od wewnatrz siatka o srednicy otworów mniejszej niz srednica czastek ciala stalego (2), nadto w górnej czesci tego ramienia (1) jest umieszczony regulator (4) pozio- mu ciala stalego w postaci krótkiego slimaka obrotowe- g o, natomiast drugie ramie (5) korpusu, do którego d oprowadzana je s t ciecz, posiada w górnej czesci otwory przesypowe (6 j ciala stalego (2) otoczone z zewnatrz koncentrycznym zsypowym kolektorem (7) w ksztalcie cylindra, którego dno sciete j e s t pod katem zblizonym do kata 45°, nadto kolektor (7) Jest wyposazony w króciec (8) do odprowadzania ciala stalego (2), przy czym powyzej otworów przesypowych (6) Jest umiesz- czony tlok pulsatora (9) polaczony z urzadzeniem nape- dowym p u lsato ra, n atom iast nad i pod tlokiem pulsatora (9) sa umieszczone przewody do przeplywu cieczy, polaczone z regulatorem poziomu cieczy (10) usytuowanym na zewnatrz ramienia (5) korpusu, wy- posazonym w dwa zawory (12 i 13) jednokierunkowego przeplywu cieczy, nadto w dnie aparatu j est usytuowa- ny spustowy króciec (14) do calkowitego oprózniania aparatu z ciala stalego i cieczy. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest aparat pulsacyjny do kontaktowania rozdrobnionego ciała stałego z cieczą o działaniu ciągłym, zwłaszcza przeciwprądowym, przeznaczony do prowadzenia procesów ługowania, adsorpcji, rozpuszczania, wymiany jonów, reakcji chemicznych, płukania i klasyfikacji cząstek złóż ziarnistych,

Znane aparaty pulsacyjne o działaniu ciągłym występują na ogół w postaci długich poziomych lub pochyłych cylindrów i koryt oraz pionowych kolumn, wyposażonych wewnątrz w urządzenie mechaniczne umożliwiające przemieszczanie wzdłuż aparatu w sposób ciągły rozdrobnionej fazy stałej. Urządzeniami tymi są zwykle ślimaki obrotowe, mieszadła łapowe, łańcuchy przesuwające się wzdłuż aparatu, kosze, taśmy lub przegrody zamocowane wewnątrz aparatu i wykonujące ruch obrotowy z całym korpusem.

Głównymi wadami znanych aparatów o działaniu ciągłym, szczególnie pracujących w warunkach przeciwprądowego ruchu faz, są niepełne wykorzystanie objętości aparatu do kontaktu faz, szybkie zużywanie się części ruchomych wewnętrznych urządzeń transportujących fazę stałą, awaryjność tych urządzeń, trudny dostęp w celu ich naprawy, a także zużycie energii, zwłaszcza elektrycznej, do napędu ruchomych części lub całych aparatów,

Aparaty do kontaktowania faz stałej i ciekłej są opisane w następujących książkach: P.G. Romankcwa, M.J. Kuroćkiny, pt. Ekstragirowanie iz tverdych materiałów, Izdatelstwo Chimia, Leningrad 1903, 185, G.A. Akselruda, A.D. Molćanova, pt. Rastvorenie tverdych vieśćestv, Izdatelstwo Chimia, Moskwa, 1977 r., s. 176, a także J.G. Brennana, J.R. Butte resa, N.O. Cowella, A.E.V. Lilly, pt. Food Engineering Operations. Applied Science, Publisher Ltd. Londyn 1976 r., s. 175.

Znane są także aparaty, w których zastosowano mechaniczne drgania pulsacyjne fazy stałej i fazy ciekłej, jako czynnika intensyfikującego proces, zezwalające na zwiększenie sprawności aparatu w wyniku wzrostu stopnia wykorzystania istniejącej powierzchni między162 594 fazowej oraz zwiększenie szybkości zjawisk transportu pędu, ciała i masy. Aparaty te maję kształt kolumn lub zbiorników cylindrycznych, których wnętrze Jest najczęściej zabudowane przegrodami lub półkami perforowanymi, po których przesypuje się w dół ziarnista faza stała. Przepływ rozdrobnionej fazy stałej z dołu w górę aparatu jest stosowany tylko w takich przypadkach, gdy gęstość cząstek stałych jest mniejsza od gęstości fazy ciekłej lub gdy proces może być prowadzony przy współprądowym przepływie faz w warunkach częściowej fluidyzacji warstwy ziarnistej. Potrzeba zachowania zgodności kierunku przepływu faz z kierunkiem prądu naturalnego stwarza konieczność zasilania aparatu fazą stałą w dolnym przekroju, co jest operacją trudną technicznie i wymaga dodatkowych urządzeń oraz obiegów kołowych fazy ciekłej, używanej jako nośnika cząstek stałych. Drgania pulsacyjne faz w aparacie są wymuszane w sposób mechaniczny za pomocą tłoka oscylującego w fazie ciekłej lub w sposób pneumatyczny za pomocą sprężonego gazu okresowo wprowadzanego i wyprowadzanego ze zbiornika układu pulsatora. Pulsatory mechaniczne lub pneumatyczne są umieszczane na zewnątrz dolnej części aparatu, z którym łączą się przewodem rurowym. Pulsatory pneumatyczne są znacznie droższe w użytkowaniu od pulsatorów mechanicznych zarówno pod względem inwestycyjnym jak i eksploatacyjnym, a Jednocześnie są mniej skuteczne.

Wadami aparatów pulsacyjnych przesypowych, ze strumieniem fazy stałej opadającym z góry w dół po półkach lub przegrodach zabudowy wewnętrznej są: niepełne wykorzystanie objętości aparatu do kontaktu faz, co znacznie zwiększa wysokość całego urządzenia, niezgodność kierunku przepływu fazy ciekłej z prądem naturalnym, przyczyniająca się do spotęgowania niekorzystnego wpływu zjawiska dyspersji wzdłużnej w tej fazie w wyniku czego zostaje zmniejszona spraw ność aparatu, możliwość zapychania przesypów fazy stałej na przegrodach i półkach oraz niedogodności z ich oczyszczaniem.

Aparaty z wykorzystaniem pulsacji zostały opisane w książce S.M. Karpacevej, B.J. Rabcikova, pt. Pulsacjonnaja apparatura w chimićeskoj technologii, Izdatelstwo Chimia, Moskwa 1983 r., s. 87 i w czasopiśmie Industrial and Engineering Chemistry, 54 (11), 24, 1962 r.

Znany jest także, z polskiego opisu patentowego nr 114 658, aparat kolumnowy pulsacyjny do przeciwprądowego kontaktu faz ciekłej i stałej w postaci cylindrycznego zbiornika o pionowej osi symetrii, zamknięty od góry dennicą, a od dołu stożkowym dnem, którego najniższa część posiada kształt odcinka kuli. W stożkowym dnie jest umieszczona ruchoma membrana połączona z pulsatorem tworząca z kulistym dnem komorę gazową, zaś w cylindrycznej dolnej części zbiornika znajduje się ruszt nośny, na którym znajduje się filtr, w postaci warstwy ziaren izometrycznych. Aparat ten nie ma wad aparatów znanych, wyżej omówionych, jednakże posiada szereg niedogodności, mianowicie: obecność membrany narażonej na pęknięcie, masywny materiałochłonny ruszt, filtr ruchomy z ziaren materiału o dużej gęstości i istniejąca możliwość ubytku tego materiału na skutek jego odprowadzania z przepływającą fazą stałą, obecność we wnętrzu aparatu przewodów zasilającego i odprowadzającego fazę stałą utrudniających swobodny ruch pulsacyjny fazy stałej, a także względnie trudny w wykonaniu kształt dna w formie odcinka kuli.

Aparat pulsacyjny o działaniu ciągłym do kontaktowania rozdrobnionego ciała stałego z cieczą, według wynalazku, stanowi cylindryczny korpus o kształcie zbliżonym do litery U, którego jedno ramię, do którego doprowadzane jest ciało stałe, jest zaopatrzone w górnej części w króciec odpływu cieczy, osłonięty od wewnątrz siatką o średnicy otworów mniejszej niż średnica cząstek ciała stałego oraz w regulator poziomu ciała stałego w postaci krótkiego ślimaka. Drugie ramię aparatu, do którego doprowadzana jest ciecz, posiada w górnej części otwory przesypowe ciała stałego otoczone z zewnątrz koncentrycznym kolektorem zsypowym w kształcie cylindra, którego dno ścięte jest pod kątem zbliżonym do 45° wyposażony w króciec do odprowadzania ciała stałego. Nad kolektorem, wewnątrz aparatu jest umieszczony tłok

162 594 pulsatora, połączony z urządzeniem napędowym pulsatora. Nad i pod tłokiem pulsatora są umieszczone przewody do przepływu cieczy połączone z regulatorem poziomu cieczy, usytuowanym na zewnątrz aparatu, wyposażonym w dwa zawory jednokierunkowego przepływu cieczy, zapewniające przepływ tylko w kierunku od regulatora do przestrzeni aparatu pod tłokiem. Nadto w dnie aparatu jest usytuowany króciec spustowy do całkowitego opróżniania aparatu z ciała stałego.

Aparat według wynalazku jest wypełniony układem dwufazowym złożonym z rozdrobnionego ciała stałego i cieczy, przy czym faza stała tworzy ruchome złoże nasypowe cząstek, a układ ciało stałe - ciecz zawarty w aparacie podlega drganiom pulsacyjnym wywołanym ruchem drgającym tłoka pulsatora, przy czym kierunek drgań tłoka jest zgodny z osią aparatu, a poziom cieczy nad tłokiem jest regulowany regulatorem poziomu cieczy, natomiast wysokość warstwy cząstek ciała stałego jest regulowana za pomocą regulatora w postaci ślimaka obrotowego. Aparat według wynalazku może być zaopatrzony w płaszcz grzejny lub chłodzący oraz warstwę izolacji cieplnej, co zezwala na prowadzenie procesów w odpowiednich temperaturach. W czasie pracy aparatu, tłok pulsatora wywołuje równoległe do osi aparatu drgania fazy ciekłej i stałej stwarzając bardzo korzystne warunki kontaktu faz, a jednocześnie czyni możliwym samorzutny przepływ cząstek ciała stałego wzdłuż aparatu.

Aparat pulsacyjny według wynalazku jest urządzeniem wysoko sprawnym i wydajnym. W zależności od rodzaju procesu sprawność, a zarazem i wydajność aparatu jest wyższa o 30 - 380% od sprawności analogicznych urządzeń bez stosowania pulsacjl i 8% w stosunku do aparatu pulsacyjnego według polskiego opisu patentowego nr 114 658. Konstrukcja aparatu według wynalazku zapewnia w procesie technologicznym wysoki stopień wykorzystania powierzchni międzyfazowej ciało stałe - ciecz, dużą burzliwość opływu ziaren fazy stałej przez ciecz, nawet przy niewielkich natężeniach przepływu fazy ciekłej, a także dobre wykorzystanie objętości aparatu. Aparat charakteryzuje się prostą konstrukcją, jest łatwy w wykonaniu oraz mało materiałoi energochłonny. W stosunku do rozwiązania według polskiego opisu patentowego nr 114 658 zapewnia wyeliminowanie membrany, rusztu, filtra ruchomego i rur wewnętrznych zasilającej i odprowadzającej fazę stałą. Zezwala na zmniejszenie zużycia materiałów konstrukcyjnych do budowy aparatu. Likwiduje potrzebę stosowania sprężonego gazu w przestrzeni pod membraną, usuwa źródło potencjalnych przecieków w dolnej części, dzięki czemu zwiększa niezawodność działania urządzenia oraz zostają zabezpieczane lepsze warunki bezpieczeństwa i higieny pracy obsłudze aparatu. Zastosowanie korpusu w postaci litery U wydłuża w aparacie według wynalazku drogę przepływu faz przy tej samej wysokości aparatu, co w połączeniu z możliwością stosowania większych prędkości przepływu faz prowadzi do dużego ograniczenia niekorzystnego wpływu zjawiska dyspersji wzdłużnej na proces. Użycie sztywnego tłoka jako elementu drgającego zwiększa niezawodność pracy pulsatora. Z kolei umieszczenie tłoka pulsatora w górnej części jednego z ramion korpusu aparatu przyczynia się do zachowania zgodności kierunku drgań tłoka z kierunkiem drgań mediów w aparacie. Ten fakt ułatwia w znacznym stopniu wymuszanie drgań pulsacyjnych układu rozdrobnione ciało stałe - ciecz zawartego w aparacie, zmniejsza opory ruchu faz, eliminuje wpływ ciśnienia hydrostatycznego na pracę pulsatora, w efekcie czego zostaje obniżone zapotrzebowanie energii na realizowanie pulsacji. Zasilanie aparatu od góry, przy jednoczesnym odprowadzaniu cieczy i ciała stałego po procesie z górnych przekrojów ramion korpusu, zapewnia niezmienność warunków zapełnienia aparatu fazami, przyczynia się do wzrostu stabilności pracy aparatu i uzyskiwania w czasie procesu produktów jednolitych jakościowo. Prosta obsługa, łatwość włączenia aparatu do systemu automatycznego sterowania procesem i duża elastyczność pracy aparatu w warunkach zmieniającego się obciążenia stanowią dalsze istotne zalety wynalazku. Aparat ma tylko dwie części ruchome, drgający tłok pulsatora i obracający się ślimak regulatora poziomu ciała stałego.

162 594

Oba te elementy są łatwo dostępne w ogólnej konstrukcji aparatu i w razie potrzeby mogę być szybko wymienione. Pulsacyjny ruch faz w dużym stopniu zmniejsza opory wnikania ciepła w warstwie przyściennej po stronie kontaktujących się faz ciekłej i stałej, co warunkuje dobre wykorzystanie czynników grzejnego lub chłodzącego, doprowadzanych do płaszcza aparatu.

Aparat według wynalazku jest przeznaczony do pracy ciągłej, szczególnie w warunkach przeciwprądowego ruchu faz ciekłej i stałej, jednakże może także pracować w warunkach współprądowego kontaktu faz, jak również jako urządzenie o działaniu okresowym. Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono aparat pulsacyjny w przekroju podłużnym.

Aparat pulsacyjny według wynalazku stanowi cylindryczny korpus o kształcie zbliżonym do litery U, którego jedno ramię 1, do którego doprowadzane jest ciało stałe 2, jest zaopatrzone w górnej części w króciec 3 odpływu cieczy z aparatu, osłonięty od wewnątrz siatką o średnicy otworów mniejszej niz średnica cząstek ciała stałego 2. W górnej części tego ramienia 1 jest umieszczony regulator 4 poziomu ciała stałego 2, który ma postać krótkiego ślimaka obrotowego. Drugie ramię 5 korpusu, do którego doprowadzana jest ciecz, posiada w górnej części cztery otwory 6 przesypowe ciała stałego 2, otoczone z zewnątrz koncentrycznym zsypowym kolektorem 7 w kształcie cylindra, wyposażonym w króciec 8 do odprowadzania ciała stałego 2 na zewnątrz aparatu. Ono kolektora 7 ścięte jest pod kątem 45° do pionowych ścianek korpusu. W górnej części tego ramienia 5, powyżej zsypowych otworów 6, jest umieszczony tłok pulsatora 9, połączony z urządzeniem napędowym pulsatora, nie uwidocznionym na rysunku. Nadto w górnej części tego ramienia 5, nad i pod tłokiem pulsatora 9, są usytuowane przewody regulatora poziomu cieczy 10 znajdującego się na zewnątrz korpusu. Regulator poziomu cieczy 10 jest wyposażony w pojemnik 11 oraz dwa zawory 12 i 13 jednokierunkowego przepływu cieczy, które zapewniają przepływ cieczy tylko w kierunku od pojemnika 11 do przestrzeni ramienia 5 korpusu aparatu pod tłokiem pulsatora 9. Nadto w dnie korpusu aparatu jest usytuowany spustowy króciec 14 do całkowitego opróżniania aparatu z ciała stałego i cieczy.

Działanie aparatu jest następujące. Po wypełnieniu aparatu układem dwufazowym, złożonym z cieczy i rozdrobnionego ciała stałego, tworzącego ruchome złoże nasypowe, włącza się tłok pulsatora 9, który wprawia w ruch pulsacyjny fazę ciekłą zawartą w korpusie aparatu. Podczas intensywnej pulsacji fazy ciekłej, złoże ziaren ciała stałego 2 znajdujące się wewnątrz korpusu zostaje także wprowadzone w drgania pulsacyjne. Na skutek różnej amplitudy drgań cząstek ciała stałego i cieczy oraz opóźnienia drgań cząstek fazy stałej 2 w stosunku do cieczy zostają wytworzone w aparacie bardzo korzystne warunki kontaktu międzyfazowego. Po ustaleniu się wymaganych warunków pulsacji aparat jest zasilany ciałem stałym oraz cieczą w sposób ciągły. Rozdrobnione ciało stałe 2, podczas pracy aparatu, przemieszcza się samoczynnie najpierw w dół wzdłuż pierwszego ramienia 1, a następnie w górę wzdłuż drugiego ramienia 5 aparatu, do poziomu przesypowych otworów 6, osłoniętych kolektorem 7. Ziarna ciała stałego 2 przesypują się przez otwory 6, opadają na pochylone dno kolektora 7, a następnie zsuwają się po tym dnie do króćca 8 odprowadzającego ciało stałe 2 na zewnątrz aparatu. Faza ciekła jest doprowadzana do ramienia 5 korpusu pod tłokiem pulsatora 9 za pośrednictwem regulatora poziomu cieczy 10. Dalszy przebieg fazy ciekłej odbywa się w porach międzyziarnowych ruchomego złoża cząstek fazy stałej 2 wzdłuż cylindrycznego korpusu aparatu w przeciwprądzie do przemieszczającego się ciała stałego 2, do poziomu odpływowego w górnej części ramienia 1 korpusu, skąd króćcem 3 jest odprowadzana na zewnątrz aparatu. W czasie pracy tłoka pulsatora 9, niewielka część cieczy przepływa z przestrzeni pod tłokiem pulsatora 9 do przestrzeni nad tłokiem 9. Nadmiar cieczy gromadzącej się nad tłokiem pulsatora 9 jest w sposób ciągły odprowadzany do przestrzeni pod tłokiem 9 za pośrednictwem regulatora

162 594 poziomu cieczy 10. Obieg kołowy cieczy, obejmujący tłok pulsatora 9, warunkuje prawidłowość pracy tłoka w aparacie oraz ogranicza zuZywanie się powierzchni tłoka i ścianki aparatu. Wysokości górnych powierzchni faz w obu ramionach 1 i 5 korpusu aparatu są utrzymywane w czasie pracy aparatu na różnych lecz stałych poziomach. Poziom cieczy zasilającej ramię 5 jest regulowany automatycznie regulatorem poziomu cieczy 10, a poziom cieczy odpływającej jest ustalany wysokością położenia króćca 3 odpływu cieczy znajdującego się w górnej części ramienia 1. Wysokość warstwy rozdrobnionego ciała stałego 2, w zasilanym tą fazą ramieniu 1 korpusu, jest regulowana regulatorem 4 poziomu ciała stałego. Wolno obracający się ślimak tego regulatora 4 oddziaływuje z określoną siłą na warstwę cząstek ciała stałego uniemożliwiając podnoszenie się jej poziomu powyżej dolnej krawędzi wstęgi ślimaka. Wysokość warstwy fazy stałej 2 w drugim ramieniu 5 korpusu aparatu jest ustalona wysokością położenia przesypowych otworów 6 ciała stałego 2.

Zakład Wydawnictw UPRP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Aparat pulsacyjny do kontaktowania rozdrobnionego ciała stałego z cieczą o działaniu ciągłym zwłaszcza przeciwprądowym, znamienny tym, Ze stanowi go cylindryczny korpus o kształcie zbliżonym do litery U, którego jedno ramię (1), do którego jest doprowadzane ciało stałe (2), jest zaopatrzone w górnej części w króciec (3) do odprowadzania cieczy z aparatu, osłonięty od wewnątrz siatką o średnicy otworów mniejszej niż średnica cząstek ciała stałego (2), nadto w górnej części tego ramienia (1) Jest umieszczony regulator (4) poziomu ciała stałego w postaci krótkiego ślimaka obrotowego, natomiast drugie ramię (5) korpusu, do którego doprowadzana jest ciecz, posiada w górnej części otwory przesypowe (6) ciała stałego (2) otoczone z zewnątrz koncentrycznym zsypowym kolektorem (7) w kształcie cylindra, którego dno ścięte jest pod kątem zbliżonym do kąta 45’, nadto kolektor (7) jest wyposażony w króciec (8) do odprowadzania ciała stałego (2), przy czym powyżej otworów przesypowych (6) jest umieszczony tłok pulsatora (9) połączony z urządzeniem napędowym pulsatora, natomiast nad i pod tłokiem pulsatora (9) są umieszczone przewody do przepływu cieczy, połączone z regulatorem poziomu cieczy (10) usytuowanym na zewnątrz ramienia (5) korpusu, wyposażonym w dwa zawory (12 i 13) jednokierunkowego przepływu cieczy, nadto w dnie aparatu jest usytuowany spustowy króciec (14) do całkowitego opróżniania aparatu z ciała stałego i cieczy, ***