RU2023465C1

RU2023465C1 - Nozzle for pulsating extracting columns

Info

Publication number: RU2023465C1
Application number: SU915017879A
Authority: RU
Inventors: В.М. Муллов; кина П.М. Кор; П.М. Корякина
Original assignee: Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветных металлов
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: nozzle has horizontal disks arranged one above another. The disks are made of alternative strips of sheet material arranged radially and rigidly secured to each other and positioned at an inclination to disk surface. The equal disks are arranged over concentric circles by their converging ends and over periphery of the disk at the same distance from each other by diverging ends. Slot openings are radially arranged between adjacent strips over the whole length. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к контактным устройствам для проведения массообменных процессов и может быть использовано в химической, металлургической, нефтеперерабатывающей и других смежных отраслях промышленности. The invention relates to contact devices for carrying out mass transfer processes and can be used in chemical, metallurgical, oil refining and other related industries.

Известна насадка для пульсационных и вибрационных массообменных аппаратов, включающая размещенные один над другим горизонтальные диски с отверстиями с отбортовкой в виде направляющих лопаток, расположенными вдоль радиальных линий. Known nozzle for pulsating and vibrational mass transfer apparatus, including horizontal disks placed one above the other with holes with flanging in the form of guide vanes located along radial lines.

При работе насадки сплошная и дисперсная фазы, проходя через отверстия диска, за счет наклонного расположения лопаток приобретают радиальное направление движения. В междисковом пространстве потоки фаз, направленные под углом 2 α (где α - угол отгиба лопаток) один к другому, встречаются, взаимодействуют и массообмениваются (1). During operation of the nozzle, the continuous and dispersed phases passing through the holes of the disk, due to the inclined arrangement of the blades, acquire a radial direction of movement. In the interdisk space, phase flows directed at an angle of 2 α (where α is the angle of the limb of the blades) to each other meet, interact and mass exchange (1).

К недостаткам насадки относится образование при движении потоков сплошной и дисперсной фаз застойных зон в междисковом пространстве и наличие продольного перемешивания фаз, что ухудшает гидродинамическую обстановку в аппарате и снижает эффективность процесса экстракции. The disadvantages of the nozzle include the formation of continuous and dispersed phases of stagnant zones in the interdisc space and the presence of longitudinal mixing of the phases, which worsens the hydrodynamic situation in the apparatus and reduces the efficiency of the extraction process.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является насадка для пульсационных экстракционных колонн, выполненная в виде пакета горизонтальных дисков с щелевыми отверстиями, расположенными радиально по концентрическим окружностям, каждое из которых снабжено двумя направляющими лопатками, расположенными с обеих сторон диска параллельно друг другу и наклонно поверхности диска (2). The closest in technical essence to the proposed one is a nozzle for pulsation extraction columns, made in the form of a package of horizontal disks with slotted holes located radially along concentric circles, each of which is equipped with two guide vanes located on both sides of the disk parallel to each other and inclined to the surface of the disk (2).

При работе колонны с известной насадкой жидкость, при подаче импульса проходя через отверстия диска, приобретает благодаря наклонно расположенным лопаткам в каждом междисковом пространстве пакета противоположное по направлению вращательное движение, в результате которого достигается равномерное винтообразное движение потоков фаз по сечению колонны. When the column is operated with a known nozzle, the liquid, when applying a pulse passing through the holes of the disk, acquires an opposite directional rotation motion due to the inclined blades in each interdisc space of the packet, as a result of which a uniform helical motion of phase flows along the column cross section is achieved.

При этом необходимое для экстракционных процессов дробление жидкостей происходит при ударе о направляющие лопатки. At the same time, the crushing of liquids necessary for extraction processes occurs upon impact with guide vanes.

К основным недостаткам известной насадки также относится высокое гидравлическое сопротивление ее конструкции. Это связано с тем, что 1/3 площади диска между отверстиями занимают сплошные горизонтальные участки, которые приводят к неполному использованию междискового пространства в процессе массообмена жидкой и газовой фазами и образованию застойных зон по всему объему аппарата. The main disadvantages of the known nozzles also include high hydraulic resistance of its design. This is due to the fact that 1/3 of the disk area between the holes is occupied by continuous horizontal sections, which lead to the incomplete use of the interdisk space during the mass transfer of liquid and gas phases and the formation of stagnant zones throughout the apparatus.

Кроме того конструкция известной насадки требует для ее изготовления прессовое оборудование и специальную оснастку, обеспечивающую штамповку отверстий заданных размеров с отбортовкой направляющих лопаток под углом к поверхности диска, что приводит к увеличению затрат на их изготовление. In addition, the design of the known nozzle requires for its manufacture press equipment and special equipment that provides stamping of holes of a given size with the flanging of the guide vanes at an angle to the surface of the disk, which leads to an increase in the cost of their manufacture.

К недостаткам конструкции известной насадки относится также то, что диски, отштампованные из листового материала, ограничивают ее использование в аппаратах большого диаметра, так как не обеспечивают достаточной жесткости насадки. The design disadvantages of the known nozzle also include the fact that discs stamped from sheet material limit its use in large-diameter apparatuses, since they do not provide sufficient rigidity of the nozzle.

Сущность изобретения заключается в том, что в насадке для пульсационных экстракционных колонн, включающей размещенные один над другим горизонтальные диски с щелевыми отверстиями, диски выполнены в виде чередующихся полос листового материала по крайней мере трех длин, расположенных радиально и жестко соединенных между собой наклонно к плоскости диска, равные из которых сходящимися концами размещены по концентрическим окружностям, а расходящимися по периметру диска на равном расстоянии друг от друга, причем щелевые отверстия радиально расположены между смежными полосами по всей их длине. The essence of the invention lies in the fact that in the nozzle for pulsation extraction columns, including horizontal disks with slotted holes placed one above the other, the disks are made in the form of alternating strips of sheet material of at least three lengths located radially and rigidly interconnected obliquely to the plane of the disk , equal of which converging ends are placed on concentric circles, and diverging along the perimeter of the disk at an equal distance from each other, and slotted holes radially located between adjacent strips along their entire length.

Это позволяет устранить на поверхности диска плоские горизонтальные участки между щелевыми отверстиями, увеличить площадь их живого сечения и, тем самым, а также за счет радиального расположения отверстий существенно снизить гидродинамическое сопротивление насадки, ликвидировать застойные зоны в междисковом пространстве, уменьшить поперечную неравномерность и продольное перемешивание фаз. This makes it possible to eliminate flat horizontal sections between the slotted holes on the surface of the disk, to increase the area of their live section, and thereby, due to the radial location of the holes, to significantly reduce the hydrodynamic resistance of the nozzle, eliminate stagnant zones in the interdisk space, and reduce transverse non-uniformity and longitudinal phase mixing .

Кроме того форма выполнения дисков насадки повышает жесткость насадки, упрощает его конструкцию и технологию изготовления, что обеспечивает возможность использования предлагаемой конструкции насадки в аппаратах большого и малого диаметров, а также изготовления насадок без применения дорогостоящих штампов и прессового оборудования, а лишь посредством сварки полос листового материала. In addition, the shape of the nozzle disks increases the rigidity of the nozzle, simplifies its design and manufacturing technology, which makes it possible to use the proposed nozzle design in large and small diameters, as well as to manufacture nozzles without the use of expensive dies and press equipment, but only by welding strips of sheet material .

Соответствие заявляемого изобретения требованию новизны обуславливается тем, что совокупность его существенных отличительных признаков не идентична существенным признакам прототипа. Заявляемое изобретение соответствует также требованию изобретательского уровня. Это обуславливается тем, что в известном уровне техники снабжение щелевых отверстий на дисках насадки отбортовкой в виде направляющих лопаток при расположении отверстий на поверхности диска по концентрическим окружностям неизбежно приводит из-за наличия горизонтальных участков между отверстиями к образованию застойных зон в междисковом пространстве и, как следствие, к ухудшению гидродинамической обстановки в аппарате, что снижает эффективность массообмена контактирующих фаз. The compliance of the claimed invention with the requirement of novelty is due to the fact that the combination of its essential distinguishing features is not identical to the essential features of the prototype. The claimed invention also meets the requirement of an inventive step. This is due to the fact that in the prior art, the provision of slotted holes on the nozzle disks with a flange in the form of guide vanes when the holes are located on the disk surface in concentric circles inevitably leads to the formation of stagnant zones in the interdisk space due to the presence of horizontal sections between the holes and, as a result , to the deterioration of the hydrodynamic situation in the apparatus, which reduces the efficiency of mass transfer of the contacting phases.

Предлагаемая конструкция насадки благодаря отличительным от прототипа существенным признакам ликвидирует сплошные горизонтальные участки между щелевыми отверстиями на поверхности диска и за счет этого позволяет увеличить площадь проходного сечения отверстий диска, что кроме уменьшения гидродинамического сопротивления насадки полностью устраняет застойные зоны в междисковом пространстве, обеспечивая его полное использование в процессе массообмена. The proposed design of the nozzle, due to the essential features that are distinctive from the prototype, eliminates continuous horizontal sections between the slotted holes on the surface of the disk and thereby allows to increase the area of the bore of the disk holes, which, in addition to reducing the hydrodynamic resistance of the nozzle, completely eliminates stagnant zones in the interdisk space, ensuring its full use in mass transfer process.

На фиг. 1 показана насадка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a nozzle, a longitudinal section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Насадка состоит из расположенных один над другим горизонтальных дисков 1, каждый из которых выполнен в виде радиально расположенных чередующихся полос 2, 3, 4 листового материала одинакового сечения, но разной длины. Количество длин (типоразмеров) полос листового материала определяется диаметром диска и составляет по крайней мере три длины. The nozzle consists of horizontal disks 1 located one above the other, each of which is made in the form of radially arranged alternating strips 2, 3, 4 of sheet material of the same cross section, but of different lengths. The number of lengths (sizes) of strips of sheet material is determined by the diameter of the disk and is at least three lengths.

Чередующиеся полосы 2, 3, 4 установлены под одним и тем же углом α к плоскости диска и сходящимися концами жестко соединены между собой. Угол наклона полос α может быть равен от 10 до 60^о. При этом полосы 2, 3, 4 равной длины сходящимися концами расположены по концентрическим окружностям 5, 6, 7 соответственно, а расходящимися по периметру диска на равном расстоянии друг от друга, образуя между плоскостями смежных полос по всей их длине радиальные щелевые отверстия 8.Alternating strips 2, 3, 4 are installed at the same angle α to the plane of the disk and converging ends are rigidly interconnected. The angle of inclination of the bands α can be equal to from 10 to 60 ^about . In this case, strips 2, 3, 4 of equal length with converging ends are located on concentric circles 5, 6, 7, respectively, and diverging along the perimeter of the disk at an equal distance from each other, forming radial slotted holes 8 between the planes of adjacent strips along their entire length.

Насадка работает в режиме взаимодействия фаз следующим образом. The nozzle operates in the phase interaction mode as follows.

При подаче знакопеременных импульсов сплошная или дисперсная фазы проходят противотоком через радиальные щелевые отверстия 8 дисков 1. При этом дисперсная фаза дробится на мелкие капли (пузыри), образуя необходимую поверхность контакта фаз. Выходя из щелевых отверстий 8 смежных дисков, сплошные потоки фаз приобретают благодаря ориентации образующих их полос 2, 3, 4 встречное направление движения и в междисковом пространстве турбулизируются, увеличивая поперечное перемешивание потоков. При этом благодаря тому, что потоки фаз взаимодействуют между собой по всей длине радиальных полос практически непрерывно на всем протяжении потоков от верхнего до нижнего диска насадки, обеспечивается участие в процессе экстракции максимального объема фаз. When applying alternating pulses, the continuous or dispersed phases pass countercurrently through the radial slotted openings of 8 disks 1. In this case, the dispersed phase is crushed into small droplets (bubbles), forming the necessary phase contact surface. Leaving 8 adjacent disks from the slit openings, continuous phase flows acquire, due to the orientation of the bands 2, 3, and 4 forming their opposite directions, in the interdisk space and become turbulized, increasing the transverse mixing of the flows. Moreover, due to the fact that the phase flows interact with each other along the entire length of the radial bands almost continuously throughout the flow from the upper to the lower disk of the nozzle, the maximum phase volume is involved in the extraction process.

Таким образом конструкция насадки, обеспечивая встречное движение фаз в междисковом пространстве, устраняет в нем застойные зоны, снижает поперечную неравномерность и продольное перемешивание фаз. Кроме того радиальное расположение щелевых отверстий дисков, увеличивая суммарную площадь отверстий диска, снижает гидродинамическое сопротивление насадки, ее металлоемкость, а также повышает жесткость насадки и упрощает технологию ее изготовления. Thus, the design of the nozzle, providing oncoming motion of the phases in the interdisk space, eliminates stagnant zones in it, reduces lateral unevenness and longitudinal mixing of the phases. In addition, the radial arrangement of slotted disk openings, increasing the total area of the disk openings, reduces the hydrodynamic resistance of the nozzle, its metal consumption, and also increases the rigidity of the nozzle and simplifies the technology of its manufacture.

Таким образом промышленное использование насадки повышает эффективность процесса экстракции, обеспечивает возможность изготовления без применения специального оборудования, при снижении затрат материала и энергии, расширяет область применения пульсационных аппаратов. Thus, the industrial use of the nozzle increases the efficiency of the extraction process, provides the possibility of manufacturing without the use of special equipment, while reducing material and energy costs, expands the scope of pulsation apparatuses.

Claims

NOZZLE FOR PULSATION EXTRACTION COLUMNS, including horizontal disks placed one above the other with slotted holes, characterized in that the disks are made in the form of alternating strips of sheet material of no more than three lengths, arranged radially and rigidly interconnected obliquely to the plane of the disk, equal of which converging the ends are placed on concentric circles, and the diverging ends are on the disk perimeter at an equal distance from each other, and slotted holes are radially spaced between cm zhnymi stripes along their entire length.