RU1813531C - Пульсационный реактор - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени . Реактор заполн етс  растворителем и дисперсным материалом, в центральный патру;бок ввода воздух проходит через открытый торец колокола и барботирует через слой растворител . Затем включаетс  гидравлический пульсатор, возбуждающий переменное давление. Газовый рой выполн ет роль упругого элемента системы жидкость-газ, что .обеспечивает максимальную интенсивность массообмена в объеме аппаратаi i1 ил.

Description

Изобретение относитс  к конструк- , ции устройств дл  растворени  твердых дисперсных материалов и может быть использовано в химической и других от- ;; расл х промышленности.

Известен пульсационный реактор дл  растворени  дисперсных материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем и крышкой, коак- сиально установленную в корпусе цилиндрическую обечайку с усеченным конусом , закрепленным большим основанием на внутренней поверхности верхней части корпуса, опорную перфорированную решетку, закрывающую нижний торец обечайки, патрубки ввода и выво- ;да сжатого воздуха с диспергаторами, из которых последний снабжен пневмо- клапаном Т . Цилиндрическа  обечайка и конус раздел ют внутреннее пространство корпуса на две полости - центральную и кольцевую, сообщенные

между собой через зазор между днищем корпуса и торцом обечайки. При работе реактора происходит попеременное перетекание растворител  из одной полости в другую и смывание им дисперсного материала, загружаемого на перфорированную решетку. Однако скорость ;омывани  растворителем дисперсного .материала в известном устройстве невелика , что обуславливает низкую интенсивность процесса растворени .

Наиболее близким к предложенному по достигаемому эффекту  вл етс  пульсационынй реактор дл  растворе- - ни  дисперсных материалов 2J, содер-. жащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки ввода и вывода сжатого воздуха, ци-. линдрическую обечайку с усеченным конусом , верхний и нижний диспергаторы, опорный элемент, установленный в нижней части корпуса. Опорный элемент

00

со

СП

со

выполнен в виде конуса, установленного с зазором относительно днища корпуса и образующего кольцевой зазор с торцом цилиндрической обечайки, а патрубок ввода воздуха установлен по центру корпуса и нижний конец его в введен под конический опорный элемент . На патрубке вывода воздуха установлен пневмоклапан, соединенный через блок управлени  с чувствительным элементом - датчиком уровн , установленным в жидкостной части корпуса . Перед работой в реактор загружают дисперсный материал и заполн т ;его растворителем до определенного уровн . Заполнение производ т при открытом пневмоклапане, и растворитель заполн ет как центральную, так и кольцевую полости реактора, В процессе работы реактора производ тс  подача сжатого воздуха через центральный патрубок под конический опор ный элемент и периодическое открытие и закрытие пневмоклапана по сигналам датчика уровн , что вызывает поочередное заполнение растворителем и опорожнение кольцевой полости. При этом происходит поочередное перетека ние растворит-ел  из одной полости в другую через слой дисперсного материала , наход щийс  на поверхности ко нуса, и осуществл етс  процесс растворени  дисперсного материала. Кроме того, происходит диспергирование воздуха , проход щего через раствор, что

способствует перемешиванию раствора. I -- . . .. В данном реакторе интенсивность

процесса массообмена между дисперсным материалом и растворителем определ етс  в основном скоростью перете кани  растворител  между полост ми, котора  зависит от скорости заполнени  кольцевой полости воздухом (т.е. опорожнени ) и скорости последующего ее заполнени  раствором. Однако скорость опорожнени  кольцевой полости путем выдавливани  из нее раствора свободно подаваемым воздухом невелика ввиду малой движущей силы процесса и большого гидросопротивлени  кольцевого зазора между полост ми и сло  дисперсного материала. Также невысока скорость заполнени  кольцевой полости раствором под действием гидростатического давлени  столба жид- кости сообщенной с ней центральной полости реактора ввиду малой движуще силы процесса и большого гидросопро

0

Q g 5 Q

5

0

5

0

5

тивлени  зазора и сло  материала. Поэтому данна  конструкци  не может обеспечить высокую интенсивность процесса массообмена между дисперсным материалом и растворителем, следовательно высокую скорость растворени  дисперсного материала. Низка  интенсивность процесса массообмена при растворении не позвол ет сократить продолжительность рабочего процесса, ограничивает предельную концентрацию получаемого раствора, приводит к повышенным затратам энергии.

Целью предложенного технического решени   вл етс  повышение интенсивности процесса растворени  дисперсных материалов и снижение энергозатрат.

Цель достигаетс  за сч ет того, что пульсационный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, центральный патрубок ввода сжатого воздуха, опорный элемент, размещенный; у днища корпуса, и патрубок .вывода воздуха с пневмоклапаном, соединенным через блок управлени  с чувствительным элементом, установленным в жидкостной части корпуса, снабжен установленным в стенде корпуса внешним i патрубком, сообщающим жидкостную ; часть корпуса с гидравлическим пульсатором , опорный элемент выполнен в виде горизонтальной решетки, пере- - : крывающей сечение корпуса и закрепленной на его стенке, на нижнем кон- це патрубка подвода сжатого воздуха закреплен полый цилиндрический элемент в виде колокола, размещенный над опорны.м элементом, а чувствительный элемент выполнен в виде датчика, величины гидродинамического давлени . . Конструкци  предложенного пульса-; ционного реактора приведена на прилагаемом чертеже. Реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с днищем 2 и герметичной крышкой 3: центральным патрубком k ввода сжатого воздуха, патрубком 5 вывода воздуха с пневмоклапаном 6 и патрубком 7 дл  выгрузки готового продукта.

Над днищем 2 в корпусе 1 размещен опорный элемент, выполненный в виде горизонтально установленной плоской , решетки 8, перекрывающей сечение корпуса и закрепленной на его стенке. В нижней части корпуса 1 над решеткой 8 размещен полый цилиндрический эле-. мент 9, выполненный в виде колокола, обращенного своим открытым торцом в

5

сторону днища 2. Колокол 9 закреплен на нижнем конце центрального патрубка k ввода воздуха, при этом внутренн   полость колокола сообщена с внутренней полость) патрубка. В боковой стенке корпуса 1 на уровне размещени  колокола 9 выполнено отверстие, в котором установлен внешний патрубок 10, сообщающий жидкостную масть корпуса с гидравлическим пульсатором (на чертеже не показан). Установленный на патрубке 5 пневмоклапан 6 через блок управлени  11 соединен с датчиком величины гидродинамического давлени  12, установленным в жидкостной части корпуса.

Пульсационный реактор работает следующим-образом.

Вначале производ тс  заполнение реактора растворителем и загрузка дисперсного материала, при этом устанавливаетс  заданный уровень заполнени  pea ктора, соста вл  ющий 0,8-0,85 высоты корпуса 1. Загружаемый дисперсный материал проходит через решетку 8 :

и располагаетс  на днище 2, при наличии крупных кусков материала они задерживаютс  на решётке 8 - размеры  чеек решетки подбираютс  в зависимости от вида и Дисперсности раство- . р емого материала. Герметично закрываетс  крышка 3, пневмоклапан 6 на патрубке 5 выхода воздуха открыт. Затем включаетс  подача воздуха через центральный патрубок 4 с размещенным на его нижнем конце колоколом Э воздух выходит через открытый торец колокола , барботирует через слой растворител  и отводитс  из реактора через патрубок 5. При этом залитый в корпус растворитель и воздух, заполн ющий полость колокола 9, образуют нелинейную колебательную систему жйдкость-газ , где воздух  вл етс  упругим элементом, жидкость (растворитель ) - инерционным. Динамический контакт (взаимодействие) элементов данной колебательной системы осуществл етс  через открытый торец колокола . После включени  подачи воздуха включают (через 0,5-1 мин) гидравлический пульсатор, возбуждающий через патрубок 10 переменное (динамическое) авление в жидкости-растворителе. Периодические пульсации давлени  жидкости через открытый торец колокола 9 передаютс  газу, за счет чего возуждаютс  колебани  системы жидкость18

135316

газ и увеличиваетс  турбулизаци  объема жидкости. Собственна  частота колебаний образованной системы жидкость-газ согласно расчетно-экспери- ментальным данным выражаетс  зависимостью

0

0

-; Lsip-E 1 v-h-p

Гц,

где п - показатель адиабаты дл  газа; .. . ..... .,... . , давление над свободной по

верхностью жидкости, дин/см j площадь сечени  торца колокола , см2;

объем внутренней полости колокола ,

высота столба жидкости над открытым торцом колокола, см; плотность жидкости.

Р F V h Р

Предварительной настройкой или подстройкой пульсатора устанавливают его частоту равной собственной час- тоте колебаний образованной в реакторе системы жидкость - газ, за счёт чего возбуждаетс  резонансный режим колебаний системы - режим виброрезо- нанса, .-..,. ; ;: - -. - :;;-В этоМ режиме резко возрастает (и Л - 4,5 раза) гидродинамическое давление и увеличиваетс  турбулизаци  объема жид кости, в которой образуют- с  мощные турбулентные пульсирующие потоки. Увеличение гидродинамического давлени  6 реакторе фиксируетс  датчиком 12, по сигналу которого блок управлени  11 автоматически закрывает пневмоклапан 6 на патрубке 5 вывода воздуха, и внутренн   полость корпуса 1 герметизируетс . Одновременно перекрывают подачу воздуха в реактор через центральный патрубок 4, это также может быть сделано автоматически с помощью блока управлени  11

по сигналу датчика 12. В резонансном режиме турбулентные потоки жидкости захватывают из верхней части корпуса

свободный воздух, который в услови х резких пульсаций давлени  дисперги-. руетс  на множество пузырьков, насыщающих объем жидкости (растворител ). Жидкость мгновенно переходит в состо ние гидрозол , заполн ющего весь объем корпуса, а в нижней части корпуса (из днища) образуетс  плотное . локальное скопление интенсивно взаи- I недействующих между собой пузырьков

воздуха, обладающих очень высокой активностью - газовый рой.

Газовый рой, интенсивно взаимодейству  с жидкостью, выполн ет роль упругого элемента, системы жидкость- газ. При этом чувствительность.колебательной системы повышаетс , так как поверхность динамического взаимодейперсным материалом) участвует практически весь объем растворител , так как при работе реактора мелкодисперсные частицы материала равномерно (в виде взвеси) распределены в объеме растворител , а крупные частицы омываютс  турбулентными потоками растворител  с высокой кратностью циркул - ;

стви  ро  с жидкостью больше, чем на-JQ ции. Это обеспечивает максимальную

интенсивность массообмена между вза модействующими фазами во всем рабоч объеме аппарата. Таким образом, в предложенном

ход цегос  в колоколе воздуха, и интенсивность резонансных пульсаций системы возрастает. Кроме того, рой дополнительно турбулизирует жидкость в нижней части реактора и интенсивно воздействует на частицы дисперсного материала, отбрасыва  их с днища и сетки в верхнюю часть реактора.

Мощные турбулентные пульсирующие потоки насыщенного воздухом растворител  интенсивно воздействуют на дисперсный материал, наход щийс  в нижней части реактора: крупные частицы материала интенсивно омываютс  растворителем, а более мелкие частицы захватываютс  потоками растворител  и совершают в его объеме интенсивные хаотические движени . При это обеспечиваютс  очень высока  интенсвиность массообмена твердой и жидкой зо (сахара) в растворе 98-99% было

фаз и высока  интенсивность растворени  материала. :

Кроме того, в рабочем режиме виб- рор.езонанса в положительные полупериоды пульсаций давлени  жидкости ве- 35 личина пиковых значений его достигает 1,3-1,5 эти, а в отрицательные полупериоды давление падает ниже упругости насыщенных паров растворител . В результате этих пульсаций давлени  . 40 при разрешении в объеме растворител  образуетс  масса кавитационных пузырьков , которые, схлопыва сь, дополнительно турбулизируют рабочую смесь,

что способствует интенсификации процесса растворени .

В рабочем режиме резонанса частота пульсаций давлени  в предложенном реакторе лежит в пределах 30-60 Гц в зависимости от физических свойств растворител  и размеров аппарата, то есть в сотни раз превышает частоту пульсаций в прототипе. Это также обуславливает резкое повышение интенсивности массообменных процессов при растворении материала.

В предложенном реакторе отсутствуют застойные зоны,- и в процессе ра- стеорени  (т.е. взаимодействи  с дис45

50

тигнуто за 0 с работы, тогда как при. растворении известным методом эта концентраци  была получена через -, 4,5 мин работы.

Изобретение позвол ет также сни- . зить металлоемкость и упростить конструкцию аппарата по сравнению с hpd-v тотипом, где в процессе работы требуетс  непрерывна - подача воздуха в корпус при посто нных переключени х пневмоклапана на патрубке отвода воздуха . :

По окончании процесса растворени  выключают пульсатор, возбуждающий пёриодическиё пульсации давлени  в ра- створителе. При этом гидродинамичес- кое давление в реакторе исчезает, турбулизаци  объема растворител  прекращаетс  и Hdxoд щийc  в нем воздух выход т в верхнюю часть корпуса. тем открывают клапан 6 на дренажном патрубке 5 и производ т слив готово-, го раствора через патрубок 7.

Claims (1)

1. Пульсационный реактор дл  растворени  материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, центральный патрубок ввода сжатого возции . Это обеспечивает максимальную

интенсивность массообмена между взаимодействующими фазами во всем рабочем объеме аппарата. Таким образом, в предложенном

пульсационном реакторе обеспечиваетс  значительно больша , чем в прототипе,- интенсивность массообмена между раст- . ворителем и дисперсным материалом, что позвол ет значительно повысить

интенсивность процесса растворени . ; Это позвол ет увеличить предельную концентрацию растворенного продукта, сократить продолжительность рабочего процесса, уменьшить энергозатраты, ; Например , при растворении сахара-сырг . ца в воде изобретение позволило в . 6-7 раз увеличить скорость растворе-- ни : в предложенном реакторе относи-, тельное содержание сухого вещества

о (сахара) в растворе 98-99% было

5 0

5

0

тигнуто за 0 с работы, тогда как при. растворении известным методом эта концентраци  была получена через -, 4,5 мин работы.

Изобретение позвол ет также сни- . зить металлоемкость и упростить конструкцию аппарата по сравнению с hpd-v тотипом, где в процессе работы требуетс  непрерывна - подача воздуха в корпус при посто нных переключени х пневмоклапана на патрубке отвода воздуха . :

По окончании процесса растворени  выключают пульсатор, возбуждающий пё- риодическиё пульсации давлени  в ра- ; створителе. При этом гидродинамичес- кое давление в реакторе исчезает, турбулизаци  объема растворител  прекращаетс  и Hdxoд щийc  в нем воздух выход т в верхнюю часть корпуса. тем открывают клапан 6 на дренажном патрубке 5 и производ т слив готово-, го раствора через патрубок 7.

Формула изо бретен

и  

1. Пульсационный реактор дл  раст . ворени  материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, центральный патрубок ввода сжатого воздуха , опорный элемент, размещенный у днища корпуса, и патрубок отвода воздуха с пневмоклапаном, соединенным через блок управлени  с чувствительным элементом, установленным в жидкостной части корпуса, о т л и чающийс  тем, что, с целью повышени  интенсивности процесса растворени  дисперсных материалов и снижени  энергозатрат, он снабжен расположенным в стенке корпуса внеШ0

ним патрубком, сообщающим жидкостную часть корпуса с гидравлическим пульсатором , центральный патрубок снабжен полым цилиндрическим элементом в виде колокола, при этом опорный элемент v, выполнен в виде горизонтальной решетки , перекрывающей сечение корпуса и закрепленной на его стенке под полым цилиндрическим элементом, а чувствительный элемент - в виде датчика гидравлического давлени .