RU2085247C1

RU2085247C1 - Two-column mass-transfer apparatus

Info

Publication number: RU2085247C1
Application number: RU95109483A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Ефремов; В.Н. Шекуров; А.С. Лазько; Л.А. Чеченев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "ЭТТА"
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95109483A

Abstract

FIELD: food-processing, pharmaceutic and chemical industries; manufacture of building materials for processing vegetable raw material, granulated materials and polydispersed materials. SUBSTANCE: two-column mass-transfer apparatus includes V-shaped housing of rectangular section with bottom made in form of arc of spiral, hollow columns with solid phase loading and unloading devices, liquid phase supply and drain branch pipes and pulser. Column of apparatus provided with unloading device wedge-type has flow divider which divides cavity into two passages with equivalent sections; sum of these sections is no less than area of section of column at level of apex of wedge of divider; apparatus is also provided with agitator with float drive operated by reciprocating motion of flow imparted by pulser. Besides that, angle of divider at wedge apex is lesser than angle of repose of moist solid phase. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов экстракции и химосорбции в системах твердое тело жидкость и может быть использовано для переработки растительного сырья, гранулированного и полидисперсного материалов в пищевой, фармацевтической, химической отраслях промышленности и в производствах строительных материалов. The invention relates to apparatus for carrying out extraction and chemisorption processes in solid-liquid systems and can be used for processing plant materials, granular and polydisperse materials in the food, pharmaceutical, chemical industries and in the production of building materials.

Известен экстратор непрерывного действия, предназначенный для переработки систем твердое тело жидкость, состоящей из загрузочного, транспортирующего, выгрузочного шнековых устройств, корпуса, патрубков подачи и слива жидкой фазы, бункера загрузки и патрубка выгрузки твердого компонента. Процесс выщелачивания в экстракторе осуществляется в режиме противотока. Аппарат компактен, несложный конструктивно, прост в эксплуатации, однако использование шнеков для осуществления основного технологического процесса ведет к истиранию твердой фазы, в результате чего уменьшается порозность слоя твердой фазы к выходу ее из аппарата, возрастает гидравлическое сопротивление слоя частиц и снижается производительность экстрактора, одновременно снижается градиент концентрации у поверхности твердой частицы и ухудшается массообмен и эффективность процесса экстрагирования. A continuous extractor is known for processing solid-liquid systems consisting of loading, conveying, unloading screw devices, a housing, liquid supply and discharge pipes, a loading hopper and a solid component discharge pipe. The leaching process in the extractor is carried out in countercurrent mode. The apparatus is compact, structurally simple, simple to operate, however, the use of screws to carry out the main technological process leads to abrasion of the solid phase, as a result of which the porosity of the layer of the solid phase to its exit from the apparatus decreases, the hydraulic resistance of the particle layer increases and the productivity of the extractor decreases, while the efficiency of the extractor decreases the concentration gradient at the surface of the solid particle and the mass transfer and the efficiency of the extraction process deteriorate.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности массобменного двухколонного аппарата путем снижения гидравлического сопротивления и разрушения уплотненного слоя транспортируемой массы. The objective of the invention is to increase the performance of the mass transfer two-column apparatus by reducing hydraulic resistance and destruction of the compacted layer of the transported mass.

На фиг. 1 представлен продольный разрез массообменного двухколонного аппарата; на фиг. 2 разрез по А-А; на фиг. 3 разрез по В-В. In FIG. 1 is a longitudinal section through a mass transfer two-column apparatus; in FIG. 2 section along AA; in FIG. 3 section along BB.

Массообменный двухколонный аппарат состоит из U-образного корпуса 1 прямоугольного сечения, имеющего днище, изогнутое по дуге спирали. Корпус состоит из полых колонн 2, 3, снабженных загрузочным 4 и выгрузочным 5 устройствами твердой фазы, например шнекового типа, патрубков 6, 7 подачи и слива жидкости, соответственно. The mass-transfer two-column apparatus consists of a U-shaped body 1 of rectangular cross-section, having a bottom curved in an arc of a spiral. The housing consists of hollow columns 2, 3, equipped with loading 4 and unloading 5 devices of a solid phase, for example a screw type, nozzles 6, 7 of the supply and discharge of liquid, respectively.

Колонны корпуса снабжены крышками 8 и 9 с патрубками 10 и 11 для подключения пульсатора с источником постоянного перепада давления. The casing columns are provided with covers 8 and 9 with nozzles 10 and 11 for connecting a pulsator with a source of constant differential pressure.

Колонна 3 снабжена клиновым рассекателем 12, установленным под выгрузочным устройством 5 твердой фазы. Рассекатель имеет угол при вершине клина меньше, чем угол естественного откоса влажной твердой фазы. The column 3 is equipped with a wedge divider 12, mounted under the discharge device 5 of the solid phase. The divider has an angle at the apex of the wedge less than the angle of repose of the wet solid phase.

Верхняя часть колонны 3 с выгрузочным устройством делится клиновым рассекателем на два канала 13 и 14 эквивалентных сечений. Сумма площадей этих сечений не менее площади сечения колонны 3 на уровне вершины клина рассекателя 12. The upper part of the column 3 with a discharge device is divided by a wedge divider into two channels 13 and 14 of equivalent sections. The sum of the areas of these sections is not less than the sectional area of the column 3 at the top of the wedge of the divider 12.

Соосно с выгрузочным устройством 5 размещен ворошитель 15 твердой фазы, выполненный в виде крестовины с черпаками 16. На крестовине имеется храповый механизм 17, связанный с поплавковым устройством 18, являющимся приводом вращательного движения ворошителя. A solid phase agitator 15 is placed coaxially with the unloading device 5 and is made in the form of a cross with scoops 16. A cross ratchet mechanism 17 connected to the float device 18, which drives the agitator, is located on the cross.

Массообменный двухколонный аппарат работает следующим образом. Mass transfer two-column apparatus operates as follows.

Поступающие в аппарат твердая и жидкая фазы через загрузочное устройство 4 и патрубок 6, соответственно, движутся противотоком друг к другу. На общее противоточное движение фаз в колоннах 2, 3, накладываются знакопеременные импульсы давления газа, подаваемые поочередно пульсатором с источником постоянного перепада давления через патрубки 10 и 11, расположенные на крышках 8 и 9 колонн корпуса. При этом под действием пульсирующего давления газа твердая фаза в колоннах 2 и 3 уплотняется, а движущаяся противотоком ей жидкость фильтруется сквозь слой разбухшей твердой фазы. Дифундирующие из глубины твердых частиц экстрагируемые компоненты вещества удаляются из пограничного слоя и поверхности твердой частицы потоком жидкого экстрагента и удаляются из аппарата через патрубок 7. The solid and liquid phases entering the apparatus through the loading device 4 and the pipe 6, respectively, move countercurrently to each other. Alternating gas pressure pulses are superimposed on the total countercurrent phase motion in columns 2, 3, which are supplied alternately by a pulsator with a source of constant differential pressure through nozzles 10 and 11 located on the caps 8 and 9 of the columns of the casing. Moreover, under the action of a pulsating gas pressure, the solid phase in columns 2 and 3 is compacted, and the fluid moving countercurrent to it is filtered through a layer of swollen solid phase. Extractable components of the substance that diffuse from the depth of the solid particles are removed from the boundary layer and the surface of the solid particle by the flow of liquid extractant and are removed from the apparatus through the pipe 7.

Накладываемое на двухфазный поток пульсирующее движение способствует постоянному обновлению поверхности контакта твердой и жидкой фаз и росту градиента концентраций в области пограничного слоя, что интенсифицирует массопередачу и повышает эффективность процесса экстрагирования. The pulsating motion superimposed on a two-phase flow promotes continuous updating of the contact surface of solid and liquid phases and an increase in the concentration gradient in the boundary layer region, which intensifies mass transfer and increases the efficiency of the extraction process.

В процессе экстрагирования твердая фаза последовательно проходит колонну 2, U-образный участок, выполненный по дуге спирали, и колонну 3. In the process of extraction, the solid phase sequentially passes through column 2, a U-shaped portion made along a spiral arc, and column 3.

Поскольку конструкция аппарата обеспечивает равенство масс в колоннах 2 и 3 благодаря изменению сечения аппарата по длине в зависимости от плотности обрабатываемой массы, исключается провал твердой фазы и застойные зоны. Это способствует росту эффективности процесса экстракции. Since the design of the apparatus ensures equal masses in columns 2 and 3 due to a change in the cross section of the apparatus along the length depending on the density of the treated mass, the failure of the solid phase and stagnant zones are eliminated. This contributes to an increase in the efficiency of the extraction process.

Перемещаясь под действием пульсаций давления сжатого газа, обрабатываемая твердая фаза поступает к выгрузочному устройству. При этом, установленный под выгрузочным устройством клиновый рассекатель потока делит весь поток массы на два канала эквивалентных сечений, которые в сумме не менее сечения колонны 3 на уровне острия клина рассекателя, что способствует снижению гидравлического сопротивления движению потока в несколько раз по сравнению с вариантом аналога, а исполнение рассекателя с углом клина меньшим, чем угол естественного откоса влажной массы, сводит уплотнение массы к минимуму. Moving under the action of pressure pulsations of the compressed gas, the processed solid phase enters the discharge device. At the same time, a wedge flow divider installed under the unloading device divides the entire mass flow into two channels of equivalent cross sections, which are not less than the cross section of column 3 at the level of the tip of the wedge divider, which helps to reduce hydraulic resistance to the flow movement by several times compared to the analogue variant, and the design of the divider with a wedge angle smaller than the angle of repose of the wet mass, minimizes the compaction of the mass to a minimum.

Возможное уплотнение твердой массы по кромке острия рассекателя устраняется тут же при работе ворошителя. Possible compaction of the solid mass along the edge of the tip of the divider is eliminated immediately during the operation of the agitator.

Вследствие сообщения всей массе возвратно-поступательного движения с помощью пульсатора, подключенного к патрубкам 6, 7, масса раскачивает поплавковое устройство 18, которое посредством храпового механизма 17 толкает крестовину с черпаками 16, являющимися узлом ворошителя 15, сообщая ему вращение относительно выгрузочного устройства. При подъеме обрабатываемой массы в такт пульсации черпаки приобретают движение, разрушают образовавшееся уплотнение в зоне кромки острия клинового рассекателя, забирают часть твердой фазы и забрасывают ее в разгрузочное устройство 6, которое выводит отработанную твердую фазу из массообменного аппарата. Due to the message to the entire mass of the reciprocating movement using a pulsator connected to the nozzles 6, 7, the mass swings the float device 18, which, through the ratchet mechanism 17, pushes the crosspiece with the scoops 16, which are the node of the agitator 15, telling it to rotate relative to the unloading device. When the treated mass rises to the pulsation beat, the scoops acquire movement, destroy the resulting seal in the region of the edge of the tip of the wedge divider, take part of the solid phase and throw it into the discharge device 6, which removes the spent solid phase from the mass transfer apparatus.

Жидкая фаза, фильтруясь сквозь массу твердых частиц, по закону сообщающихся сосудов выводится через штуцер 7 в колонне 2. The liquid phase, filtered through a mass of solid particles, according to the law of communicating vessels is discharged through the nozzle 7 in the column 2.

Таким образом, создаются условия работы массообменного аппарата при любых возможных частотах и амплитудах пульсации, позволяющих повысить производительность и эффективность аппарата. Thus, the working conditions of the mass transfer apparatus are created at any possible frequencies and amplitudes of the pulsation, allowing to increase the productivity and efficiency of the apparatus.

Использование массообменного двухколонного аппарата позволит повысить производительность производств по переработке, например растительного сырья в спиртованные морсы с 2,5 3 раза, а эффективность процесса экстракции этих же производств на (30 40%), что позволит в 2 раза сократить занимаемые оборудованием производственные площади. The use of a two-column mass transfer apparatus will make it possible to increase the productivity of processing plants, for example, plant materials into alcoholized fruit drinks, from 2.5 to 3 times, and the efficiency of the extraction process of these plants by (30–40%), which will allow halving the space occupied by the equipment.

Claims

1. Mass transfer two-column apparatus comprising a rectangular section housing with a U-shaped bottom, liquid supply and discharge pipes, a solid phase loading and unloading device and a pulsator, characterized in that the column with the unloading device is equipped with a wedge divider that divides the column cavity into two channels with equivalent sections, the sum of which is not less than the cross-sectional area of the column at the top of the wedge of the divider, and agitator with a float drive from the reciprocating flow, imparted by the pulse th.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the divider has an angle at the apex of the wedge less than the angle of repose of the wet solid phase.