RU1782642C

RU1782642C - Колонный массообменный аппарат

Info

Publication number: RU1782642C
Application number: SU904840551A
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Буланов; Леонид Антонович Руденко; Алексей Петрович Буланов; Антон Леонидович Руденко
Original assignee: Добровольное Общество Молодежного Жилого Комплекса "Сабурово"; Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского
Priority date: 1990-06-19
Filing date: 1990-06-19
Publication date: 1992-12-23

Abstract

Изобретение относитс к области конструкций массообменных аппаратов колонного типа и может найти применение в гидрометаллургии , химической технологии и других отрасл х промышленности при осуществлении протйвоточных процессов в системе жидкость - твердое тело. Сущность изобретени : колонный массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между которыми послойно расположены шаровые элементы, заключенные в неподвижные перфорированные шары-сетки. Шаровые элементы в смежных сло х выполнены из материалов с различной объемной массой, при этом слои шаровых зле- ментов последовательно чередуютс по высоте аппарата. 1 ил., 3 табл.

Description

Изобретение относитс к области конструкций массообменных аппаратов колонного типа и может найти применение в гидрометаллургии, химической технологии и других отрасл х промышленности при осуществлении протйвоточных процессов в системе жидкость - твердое тело.

Цель изобретени - увеличение эффективности массообмена за счет создани чеек в режиме идеального вытеснени и снижени продольного перемешивани фаз.

На фиг,1 изображен общий вид колонного массообменного аппарата; на фиг.2 и 3 - перфорированные шары-сетки из смежных слоев аппарата, соответственно, с шаровыми элементами из материалов легче и т желее раствора.

Колонный массообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, опорно-распределительной 2 и ограничительной 3 решеток, неподвижных перфорированных шаров-сеток 4. Внутри послойно расположенных шаров-сеток помещены шаровые элементы 5 и 6, выполненные из материалов с различной плотностью (легче и т желее раствора, в котором они наход тс ). Причем слои шаровых элементов с различной объемной массой чередуютс по высоте аппарата .

Аппарат работает следующим образом (на примере осуществлени процесса промывки твердых веществ жидкостью).

Дисперсна система (суспензи или пульпа) подаетс в верхнюю часть корпуса 1 аппарата, снизу противотоком поступает

XI

промывна жидкость. Взаимодействие фаз происходит в зоне, образованной нижней опорно-распределительной 2 и верхней ограничительной 3 решетками и заполненной тем или иным способом неподвижными перфорированными шарами-сетками 4 с подвижными шаровыми элементами 5 и 6. Вследствие различных величин объемных масс шаров 5 и 6, последние располагаютс в нижней и верхней част х неподвижных шаров-сеток 4. Причем, слой шаров-сеток с шаровыми элементами 5, выполненными из материала, объемна масса которого меньше плотности раствора, последовательно чередуютс со слоем шаров-сеток с элементами 6 из материала, объемна масса которого больше плотности раствора в колонном аппарате. Твердые частицы осаждаютс , многократно контактиру с восход щим потоком промывной жидкости, сгущаютс в нижней конической камере и удал ютс из аппарата. Раствор с отмываемым компонентом выводитс через наружный переливной карман в верхней части колонны.

Последовательное чередование шаровых элементов с различной объемной массой создает предпосылки дл разделени аппарата по высоте на секции ( чейки). При этом, структура потоков в аппарате становитс близкой к режиму полного (идеального ) вытеснени . Два смежных сло перфорированных шаров-сеток с т желыми шаровыми элементами, расположенными в нижней части шаров-сеток, и с легкими шаровыми элементами, занимающими в перфорированных шарах-сетках верхнюю их часть, напоминают по своим конструктивным особенност м и выполн емым технологическим функци м горизонтальную секционирующую перегородку с малым проходным сечением. Это позвол ет равномерно распредел ть потоки взаимодейству- ющих фаз и значительно снижать продольное перемешивание вследствие уменьшени рециркул ции жидкости или обрабатываемых твердых веществ вдоль оси аппарата.

Большое значение дл эффективного осуществлени противоточного массооб- менного процесса в двухфазной гетерогенной системе имеет величина объемной массы подвижных шаровых элементов, заключенных в неподвижные перфорированные шары-сетки. Чем легче шар (полый или сплошной), тем сильнее он будет примыкать к верхней поверхности шара-сетки и наоборот . Дл более эффективного распределени потоков взаимодействующих фаз целесообразнс выполн ть шаровые элементы из материала, объемна масса которого находитс в пределах от 280 до 540 кг/м3 (полые пластмассовые шары, из вспененных пластмасс, резиновые и т.д.), т.к. в этом

случае они будут сохран ть небольшую подвижность при наложении пульсационного воздействи , при дискретной выгрузке осадка или периодической подаче промывной жидкости. Сохранение относительной

0 подвижности шаровых элементов необходимо дл исключени отложени на их поверхности твердых веществ и возможности прилипани к внутренней поверхности перфорированных шаров-сеток, что приводит к

5 каналообразованию. При более низкой объемной массе легких шаровых элементов они практически тер ют свою подвижность. Более высока объемна масса (свыше 540 кг/м3) создает предпосылки дл перемеще0 ни шаровых элементов во всем объеме перфорированных шаров-сеток, что приводит к значительному увеличению продольного перемешивани фаз и снижению эффективности отмывки.

5 Выполнение шаровых элементов в смежном слое из более т желого материала с объемной массой на 30-180 кг/м3 больше плотности раствора (перфорированные или полые сферические элементы из алюмини ,

0 титана, фторопласта и т.д.) позволит находитьс им в нижней части пространства, образованного шаровой сеткой. И, таким образом, при определенном расположении шаров-сеток, т желыми шаровыми элёмен5 тами вышерасположенного сло будут пере- крыватьс свободные пространства (каналы) нижерасположенного сло шаровых элементов, выполненных из материала с более низкой объемной массой. На уровне

0 колонного аппарата, условно проведенном через центры шаровых элементов смежных слоев, достигаетс наиболее равномерное распределение потоков взаимодействующих фаз вследствие ступенчатого (резкого)

5 уменьшени гидравлического сопротивлени секционирующего устройства.

Причем, при более низкой объемной массе т желых шаровых элементов, последние за счет восход щего потока промывной

0 жидкости могут перемещатьс в верхнюю часть пространства, ограниченного шаровой сеткой, что приводит к разобщению легких и т желых шаровых элементов и, в Итоге, к увеличению продольного переме5 шивани фаз. При более высокой объемной массе шаровых элементов (на 180 кг/м3 превышающей плотность раствора в колонном аппарате) возникает опасность отложени на их поверхности гидратных или иных осадков и возможность прилипани к внутренней поверхности шаров-сеток, что приводит к нарушению однородности двойного сло из легких и т желых шаровых элементов , увеличению продольного перемешивани и снижению эффективности массообменного процесса.

Из вышеизложенного следует, что наиболее целесообразным дл достижени поставленной цели вл етс выполнение шаровых элементов в смежных сло х из ма- териалов с различной объемной массой и чередование слоев по высоте аппарата.

Выполн перфорированные шары-сетки различного диаметра, можно измен ть рассто ние между двойными сло ми из лег- ких и т желых шаровых элементов. Дл обеспечени определенной эффективности массообменных процессов нар ду с использованием подвижных и неподвижных элементов в качестве контактных устройств возможно варьирование формы плетени сеток, материала проволоки, ее диаметра и т.д.

Таким образом, перечисленные конструктивные особенности аппарата позвол - ют увеличить эффективность массообмена за счет снижени продольного перемешивани фаз,

Пример1.В колонном аппарате диаметром 0,4 м и высотой 4 м производи- лась отмывка азотной кислоты от твердой фазы технологической суспензии водой. В первой серии опытов колонный массооб- менный аппарат снабжалс перфорированными шарами-сетками (квадратные чейки

-размер в свету 5 мм) диаметром 65 мм с шаровыми элементами диаметром 30 мм из вспененного полипропилена с объемной массой 300 кг/м3. Во второй серии опытов

-аналогичными перфорированными шара- ми-сетками с шаровыми элементами с объемной массой в одном слое 300 кг/м3 и в смежном слое -1080 кг/м3 (полые фторопластовые шары), которые последовательно чередуютс по высоте аппарата.

Методика экспериментов заключалась в следующем. Технологическа суспензи подавалась в верхнюю часть колонного аппарата , снизу поступала промывна жидкость - вода. Дисперсна фаза (твердые частицы), многократно контактиру с восход щим потоком воды, промывалась в рабочей зоне аппарата, снабженной перфорированными шарами-сетками с шаровыми элементами, сгущалась и выводи- лась из процесса из нижней конической камеры. Раствор азотной кислоты удал лс через наружный переливнои карман в верхней части аппарата. Столбу суспензии в ап- парате сообщались низкочастотные

возвратно-поступательные колебательные движени (частота пульсаций - 0,5 , амплитуда - 15 мм).

Результаты исследований представлены в таблице 1 (концентраци HNOa в жидкой исходной суспензии - 12,9 г/дмг).

Как видно из результатов экспериментов , в предлагаемом аппарате эффективность отмывки азотной кислоты от твердой фазы увеличиваетс на 7.4-7,8%, концентраци НМОз в промытом осадке снижаетс в 4,7-5,4 раза.

П р и м е р 2. Процесс отмывки азотной кислоты от твердой фазы осуществл лс в колонном аппарате диаметром 0,4 м. Перфорированные шары-сетки одного из слоев последовательно снабжались шаровыми элементами с объемной массой () 150, 220, 290, 320, 460, 550, 580 и 860 кг/м. В смежных сло х шаровые элементы имели объемную массу 1080 кг/м3. Методика и конструктивные размеры колонного аппарата аналогичны услови м примера 1. Результаты опытов представлены в та%бл 2 (средн плотность раствора () в аппарате - 1010 кг/м3}:

Наибольша эффективность отмывки достигаетс при оснащении аппарата шаровыми элементами в смежных сло х с объемной массой на 460-720 кг/м3 меньшей плотности раствора.

ПримерЗ. Пдоцесс осуществл ют в том же аппарате при тех же услови х, что и в примере 1. В смежных с легкими шаровыми элементами (с объемной массой 300 кг/м3) сло х установлены шаровые элементы с объемной массой 1020, 1040, 1100, 1190, 1220, 1300 и 1390 кг/м . Результаты экспериментов показаны в табл.3 (средн плотность раствора в аппарате - 1010 кг/м3).

Как видно из результатов экспериментов , наибольша эффективность отмывки достигаетс при снабжении аппарата в смежных сло х т желыми шаровыми элементами с объемной массой на 30-180 кг/м3 больше плотности раствора. Оснащение колонны шаровыми элементами с меньшей объемной массой способствует образованию свободных каналов в пространстве между легкими шарами, заключенными в перфорированные шары-сетки нижележащих слоев и, как следствие, увеличение продольного перемешивани фаз. Выполнение т желых шаровых элементов в смежных сло х из материала с объемной массой более , чем на 180 кг/м превышающей плотность раствора в аппарате, приводит к неравномерному распределению потоков

по сечению аппарата и снижению эффективности отмывки.

Предложенный аппарат характеризуетс относительно высокой технико-экономической эффективностью.

Claims

Формула изобретени Колонный массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между кото

рыми послойно расположены шаровые элементы , заключенные в неподвижные перфорированные шары-сетки, отличающий- с тем, что, с целью увеличени эффективности массообмена за счет создани чеек в режиме идеального вытеснени и снижени продольного перемешивани , шаровые элементы в смежных сло х выполнены из материалов с различной объемной массой, при этом слои шаровых элементов последовательно чередуютс по высоте аппарата.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Суспензи

Промывна жидкость

Твердый материал

Фиг.Z ч

Фиг.З