PL162595B1 - Aparat pulsacyjny do prowadzenia procesów ciaglych w ukladach organiczne cialo stale-ciecz PL - Google Patents

Abstract

Aparat pulsacyjny do prowadzenia procesów ciaglych w ukladach organiczne cialo stale - ciecz, znamienny tym, ze stanowi go cylindryczny korpus o ksztalcie zblizonym do litery U, którego jedno ramie (1), do którego doprowadza sie cialo stale (2) jest zaopatrzone w górnej czesci w króciec (3) odply- wu cieczy, a nadto jest wyposazony w regulator (4) poziomu ciala stalego (2) w postaci krótkiego slima- ka, natomiast drugie ramie (5) aparatu, do którego doprowadza sie ciecz, jest zaopatrzone w górnej cze- sci w mre (6) do doprowadzania cieczy do wnetrza aparatu oraz zsyp (8) fazy stalej (2) w pos t a ci kanalu, pochylonego w dól do osi ramienia (5) pod katem nie przekraczajacym 45°, a takze w slimakowy wygar- niak (7) umieszczony w górnej czesci tego ramienia (5), nadto oba ramiona (1 i 5) korpusu aparatu sa polaczone poprzeczna rura (9), wewnatrz której jest umieszczony tlok pulsatora (10) polaczony z tloczy- skiem (11) wyprowadzonym na zewnatrz korpusu przez dlawice (12) w pokrywie (13), prócz tego w dnie korpusu jest usytuowany króciec spustowy (14) do calkowitego opróznienia aparatu z ciala stalego i cieczy. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest aparat pulsacyjny do prowadzenia procesów ciągłych w układach organiczne ciało stałe - ciecz, zwłaszcza w układach rozdrobnione ciało stałe o niskiej twardości - ciecz, na przykład materiał roślinny - ciecz.

Aparat jest przeznaczony do pracy ciągłej, zwłaszcza w warunkach przeciwprądowego przepływu faz, do prowadzenia procesów ługowania, ekstrakcji, rozpuszczania, płukania oraz reakcji chemicznych z udziałem cząstek stałych tworzące złoże ziarniste.

Znane aparaty pulsacyjne o działaniu ciągłym występują na ogół w postaci długich poziomych lub pochyłych cylindrów i koryt oraz pionowych kolumn, wyposażonych wewnątrz w urządzenia 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 duże 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. Romankova, M.J. Kuroćkiny, pt. Ekstragirovanie iz tverdych materiaiov , Izdatelstvo Chimia, Leningrad 1983, 185, G.A. Molcanova, pt. Rastvorenie tverdych vuescestv, Izdatelstvo Chimia, Moskva, 1977 r., s. 176, a także J.G. Brennana, J.R. Butteresa, N.D. 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 zwi ększenie sprawności aparatu w wyniku wzrostu stopnia wykorzystania istniejącej powierzchni międzyfazowej oraz zwiększenie szybkości zjawisk transportu pędu, ciała i masy. Aparaty te mają kształt kolumn lub zbiorników cylindrycznych, których wnętrze jest najczęściej zabudowane

162 595 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 sprawność 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, Izdatelstvo Chimia, Moskva 1983 r., s. 87 iw 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, 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 do procesów ciągłych w układach organiczne ciało stałe - ciecz, według wynalazku stanowi cylindryczny korpus o kształcie zbliżonym do litery U, którego jedno ramię, dd któreeo doprowaazz się ciało saałe, jest zaopatrzone w górnej cczści w króciee odpływu cieczy, a nadto jest wyposażone w regulator poziomu ciała stałego w postaci krótkiego ślimaka. Drugie ramię aparatu, do którego doprowadza się ciecz, jest zaopatrzone w górnej części w rrrr ddpΓrp^dozająi ciect (Je ^ntrrat aparttu , t nadot w wy^gr^ói^a; ślimaaowy faaz stałej cora zzsp faaz sitraj w postaci anał^ , k^egot śt worzze z Dosą Γoa^ameOm a^mit kąt nie przekraczający 45°. Nadto oba ramiona aparatu są połączone poprzeczną rurą, wewnątrz której jjEit umaąnirioπy ttło pulsatora połcczozt t tłoczyskiem prowadzonym^ ta yowórtΓZ korpusu przez dławicę w pokrywie. W Onąn korpusu jest usytuowany toócini spustowy do całkowitego opróżniania aparatu z ciała stałego i cieczy.

162 595

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. Wysokość warstwy cząstek ciała stałego w ramieniu zasilanym tą fazą jest utrzymywana za pomocą regulatora ślimakowego na poziomie dolnej krawędzi wstęgi ślimaka, a wysokość warstwy cząstek w ramieniu zasilanym cieczą jest ustalona wysokością usytuowania zsypu fazy stałej, przy czym wysokość czynna warstwy cząstek w tym ramieniu jest nieznacznie niższa i sięga do poziomu fazy ciekłej. Poziom cieczy w ramieniu zasilanym cieczą utrzymuje się samoczynnie poniżej dolnej krawędzi zsypu fazy stałej. Poziom ten jest wyższy od uwarunkowanego wysokością odpływu przelewowego poziomu cieczy w ramieniu zasilanym ciałem stałym o wartość odpowiadającą oporowi przepływu fazy ciekłej w przestrzeniach międzyziarnowych złoża cząstek wzdłuż aparatu. W czasie pracy aparatu, oscylujący tłok pulsatora wywołuje drgania fazy ciekłej i stałej stwarzając bardzo korzystne warunki kontaktu faz, a jednocześnie czyni możliwym samorzutny przepływ cząstek ciała stałego wzdłuZ aparatu.

Aparat pulsacyjny według wynalazku jest urządzeniem wysoko sprawnym i wydajnym. W zależności od rodzaju procesu, sprawność, a zarazem i wydajność aparatu jest wvższa o 26 - 360% od sprawności analogicznych urządzeń, bez stosowania pulsacji i jest nie niZsza od sprawności aparatu pulsacyjnego według polskiego opisu patentowego nr 114 658. Konstrukcja aparatu według wynalazku zapewnia w procesie technologicznym wysoki stopień wykorzystania powierzchni międzyfazowej ciała 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 materiało- i 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 zabezpieczone 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 rurze poprzecznej, łączącej ramiona korpusu aparatu umożliwia użyteczne wykorzystanie ruchu tłoka w obie strony oraz zapewnia względnie małe wahania ciśnienia w aparacie, korzystne z punktu widzenia wytrzymałości mechanicznej korpusu. Łatwy dostęp od góry do wnętrza ramion korpusu stwarza dogodne warunki zasilania aparatu fazami stałą i ciekłą. Zasilanie aparatu od góry, przy jednoczesnym odprowadzeniu 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. W skład aparatu wchodzą tylko trzy części ruchome, drgający tłok pulsatora oraz obracające się regulator ślimakowy poziomu ciała stałego i wygarniak ślimakowy ciała stałego, spełniający jednocześnie rolę separatora faz. Elementy ślimakowe są łatwo dostępne w ogólnej konstrukcji aparatu i w razie, potrzeby regeneracji zużytych części mogą być szybko naprawione. 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.

162 595

Aparat według wynalazku jest przeznaczony do pracy ciągłej, szczególnie w warunkach przeciwprądowego przepływu faz stałej i ciekłej, może także pracować w warunkach współprądowego kontaktu faz, jak również jako urządzenie o działaniu okresowym. Ze względu na bezpośredni kontakt tłoka pulsatora z cząstkami fazy stałej, aparat może być stosowany w procesach, w których faza stała wykazuje niską twardość. Warunki te spełniają cząstki rozdrobnionych tkanek roślinnych , tworzyw sztucznych i niektórych substancji organicznych. Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono aparat pulsacyjny w przekroju podłużnym.

Aparat według wynalazku stanowi 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 oraz regulator 4 w postaci krótkiego ślimaka do ustalania poziomu ciała stałego 2. Drugie ramię 5 aparatu, do którego jest doprowadzana ciecz, jest zaopatrzone w górnej części w rurę 6 do doprowadzania cieczy oraz w wygarniak ślimakowy 7 fazy stałej 2, a także zsyp 8 fazy stałej 2 w postaci kanału o przekroju prostokątnym, pochylonego do ramienia 5 pod kątem 45*. Oba ramiona 1 i 5 aparatu są połączone poprzeczną rurą 9, wewnątrz której jest umieszczony tłok 10 połączony z tłoczyskiem 11 wyprowadzonym na zewnątrz ramienia 1 korpusu aparatu przez dławicę 12 w pokrywie 13. W dnie korpusu aparatu jest usytuowany króciec spustowy 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 2 tworzącego ruchome złoże nasypowe, włącza się tłok pulsatora 10, 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 wprowadzane w drgania pulsacyjne. Na skutek różnej amplitudy drgań cząstek ciała stałego 2 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 2 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 wygarniaka ślimakowego 7, który przesuwa cząstki fazy stałej 2 w górę do zsypu 8. Podczas pracy wygarniaka ślimakowego 7 następuje odsączenie fazy ciekłej od cząstek fazy stałej 2. Faza stała 2, oddzielona od cieczy, wysypuje się kanałem zsypu 8 na zewnątrz ramienia 5 korpusu aparatu. Faza ciekła jest doprowadzana rurą 6 do ramienia 5 korpusu aparatu pod wygarniak 7. Rura dopływowa 6 jest przymocowana do ścianki korpusu wewnątrz górnej części ramienia 5 i spełnia jednocześnie rolę przegrody oporowej, zapobiegającej obracaniu się wygarnianych cząstek fazy stałej 2 wraz z wygarniakiem ślimakowym 7. Dalszy przepływ 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 u górnej części ramienia 1 korpusu, skąd odpływem przelewowym 3 jest odprowadzana na zewnątrz 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 utrzymywany samoczynnie na wysokości nieznacznie większej od poziomu cieczy w ramieniu 1. Poziom cieczy w ramieniu 1 korpusu aparatu jest ustalony wysokością położenia przelewu odpływowego 3. Różnica poziomów cieczy w obu ramionach 1 i 5 wynika z oporów przepływu cieczy w porach międzyziarnowych fazy stałej 2 wzdłuż aparatu. Wysokość warstwy rozdrobnionego ciała stałego 2 w zasilanym tą fazą ramieniu 1 korpusu jest regulowana regulatorem 4 poziomu ciała stałego 2. Wolno obracający się ślimak tego regulatora 4 oddziaływuje z określoną siłą na wars6

162 595 twę cząstek ciała stałego uniemożliwiając podnoszenie się jej poziomu powyZej dolnej krawędzi wstęgi ślimaka 4. Wysokość warstwy fazy stałej 2 w drugim ramieniu 5 korpusu aparatu jest ustalona wysokością położenia zsypu 8, do którego cząstki ciała stałego 2 są przesuwane za pomocą wygarniaka ślimakowego 7.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Aparat pulsacyjny do prowadzenia procesów ciągłych w układach organiczne ciało stałe ciecz, znamienny tym, że stanowi go cylindryczny korpus o kształcie zbliżonym do litery U, którego jedno ramię (1), do którego doprowadza się ciało stałe (2) jest zaopatrzone w górnej części w króciec (3) odpływu cieczy, a nadto jest wyposażone w regulator (4) poziomu ciała stałego (2) w postaci krótkiego ślimaka, natomiast drugie ramię (5) aparatu, do którego doprowadza się ciecz, jest zaopatrzone w górnej części w rurę (6) do doprowadzania cieczy do wnętrza aparatu oraz zsyp (8) fazy stałej (2) w postaci kanału, pochylonego w dół do osi ramienia (5) pod kątem nie przekraczającym 45*, a także w ślmakowy wygarniak (7) umieszczony w górnej części tego ramienia (5), nadto oba ramiona (1 i 5) korpusu aparatu są połączone poprzeczną rurą (9), wewnątrz której jest umieszczony tłok pulsatora (10) połączony z tłoczyskiem (11) wyprowadzonym na zewnątrz korpusu przez dławicę (12) w pokrywie (13), prócz tego w dnie korpusu jest usytuowany króciec spustowy (14) do całkowitego opróżnienia aparatu z ciała stałego i cieczy.