RU2100044C1

RU2100044C1 - Method of conducting heat- and mass-exchange and hydrodynamic processes

Info

Publication number: RU2100044C1
Application number: RU93007548A
Authority: RU
Inventors: Алексей Ильич Гурьянов; Юрий Владимирович Алексеев; Павел Абрамович Сигал; Иль Гарафеевич Гильмутдинов; Юрий Алексеевич Зуев; Анатолий Иванович Лукашов; Василий Сергеевич Малинин; Ренат Рауфович Сафин
Original assignee: Алексей Ильич Гурьянов; Юрий Владимирович Алексеев; Павел Абрамович Сигал; Иль Гарафеевич Гильмутдинов; Юрий Алексеевич Зуев; Анатолий Иванович Лукашов; Василий Сергеевич Малинин; Ренат Рауфович Сафин
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: invention aims at conducting processes in conditions of countercurrent contact between dispersion in the form of dense suspension and dispersion medium. Method consists in that contact of phases is continuously accomplished by displacing dispersion phase with 75-85 vol.% concentration within half-period of pulsation with velocity exceeding that of fluidization of moving dispersion medium within the same period. EFFECT: intensified processes in heterogeneous systems. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способу высокоинтенсивного проведения тепломассообменных и гидродинамических процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой фазы и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to a method for high-intensity heat and mass transfer and hydrodynamic processes in the interaction of a solid dispersion and a liquid phase and can be used in chemical, pharmaceutical, food and other industries.

Известен способ проведения тепломассообменных процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой фазы в прямоточном или противоточном технологическом аппарате с наложением на потоки фаз синусоидальной пульсации [1, с. 162] Недостатком такого способа является невысокая эффективность процесса тепломассообмена, обусловленная значительным продольным перемешиванием в обеих фазах, снижающим движущую силу процесса и невысокой концентрации твердой дисперсии в жидкой фазе соответственно низкой удельной межфазной поверхностью. A known method of conducting heat and mass transfer processes in the interaction of a solid dispersion and a liquid phase in a direct-flow or countercurrent technological apparatus with superimposed sinusoidal pulsation on the phase flows [1, p. 162] The disadvantage of this method is the low efficiency of the heat and mass transfer process, due to the significant longitudinal mixing in both phases, which reduces the driving force of the process and the low concentration of solid dispersion in the liquid phase, respectively, a low specific interfacial surface.

Известен также способ проведения тепломассообменных и гидродинамических процессов при взаимодействии твердой дисперсии и жидкой фазы в технологическом аппарате с наложением на потоки фаз несинусоидальных пульсаций и осаждением твердой дисперсии на неподвижных контактных устройствах в каждом периоде пульсации [2] Недостатками этого способа является низкая разделительная способность и производительность процесса. Указанные недостатки обусловлены неэффективным использованием объема аппарата, связанного с наличием свободного объема между неподвижными контактными устройствами. There is also a known method of conducting heat and mass transfer and hydrodynamic processes in the interaction of a solid dispersion and a liquid phase in a technological apparatus with superposition of non-sinusoidal pulsations on the phase flows and deposition of a solid dispersion on fixed contact devices in each pulsation period [2] The disadvantages of this method are the low separation capacity and process performance . These disadvantages are due to the inefficient use of the volume of the apparatus associated with the presence of free volume between the stationary contact devices.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ взаимодействия жидкости и твердой дисперсии, заключающийся в чередовании процесса фильтрации жидкости через неподвижный слой твердой фазы с прокачкой через этот же слой регенерирующего раствора, при этом направление движения регенерирующего раствора противоположно направлению движения исходного раствора, а пульсационное движение накладывается на технологические потоки лишь для транспортирования сорбента [1, с. 173] Недостатком способа являются невысокие технико-экономические показатели, обусловленные периодичностью проведения процесса сорбции. Closest to the proposed method is a method for the interaction of a liquid and a solid dispersion, which consists in alternating the process of filtering a liquid through a fixed layer of a solid phase with pumping a regenerating solution through the same layer, while the direction of movement of the regenerating solution is opposite to the direction of movement of the initial solution, and the pulsating motion is superimposed on technological flows only for transporting the sorbent [1, p. 173] The disadvantage of this method is the low technical and economic indicators due to the frequency of the sorption process.

Цель изобретения повышение эффективности способа проведения процессов в гетерогенной системе за счет наложения на нее пульсаций и формирования из твердой дисперсии плотного слоя с организованной структурой, с объемной концентрацией 75-85%
Предлагаемый способ был реализован на лабораторной установке, схема которой представлена на чертеже. Установка состоит из U-образного аппарата 1, связанного через пульсопровод 2 с золотниковым пульсатором 3. Аппарат 1 снабжен штуцерами ввода 4 и 5 и вывода 6 и 7 соответственно жидкости и твердой дисперсии.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method of carrying out processes in a heterogeneous system by applying pulsations to it and forming from a solid dispersion a dense layer with an organized structure, with a volume concentration of 75-85%
The proposed method was implemented in a laboratory setup, a diagram of which is shown in the drawing. The installation consists of a U-shaped apparatus 1 connected through a pulse line 2 with a spool pulsator 3. The apparatus 1 is equipped with fittings for input 4 and 5 and output 6 and 7, respectively, of liquid and solid dispersion.

Верхняя часть левого колена аппарата 1 является пульсационной камерой 8. Конструкция золотникового пульсатора 3 позволяет формировать несинусоидальные с различными полупериодами импульсы давления, которые по пульсопроводу 2 передаются в пульсационную камеру 8. The upper part of the left knee of the apparatus 1 is a pulsation chamber 8. The design of the spool pulsator 3 allows the formation of pressure pulses that are non-sinusoidal with different half-periods, which are transmitted through the pulsation duct 2 to the pulsation chamber 8.

Установка работает следующим образом. Пульсатор 3 генерирует импульсы давления, которые по пульсопроводу 2 передаются в пульсационную камеру 8 аппарата 1. Через штуцер 5 подается твердая дисперсия, расход которой согласуется с амплитудой и частотой пульсации. Installation works as follows. The pulsator 3 generates pressure pulses, which are transmitted through the pulse conduit 2 to the pulsation chamber 8 of the apparatus 1. A solid dispersion is supplied through the nozzle 5, the flow rate of which is consistent with the amplitude and frequency of the pulsation.

Поступая в аппарат, твердая дисперсия интенсивно перемешивается на входе в него. Поступая затем в зону менее интенсивных пульсаций твердая дисперсия переходит в режим поршневого пульсационного перемешивания без нарушения сформированной структуры. В течение второго полупериода пульсации жидкость фильтруется через затормаживающийся в этом полупериоде слой твердой дисперсии. Entering the apparatus, the solid dispersion is intensively mixed at the entrance to it. Entering then the zone of less intense pulsations, the solid dispersion passes into the regime of piston pulsating mixing without disturbing the formed structure. During the second half-period of the pulsation, the liquid is filtered through a layer of solid dispersion, which is inhibited in this half-period.

На пульсацию жидкости в аппарате накладывается ее технологическое движение, которое или совпадает с направлением перемещения твердой фазы в аппарате (прямоточное движение) или направлено навстречу этому движению (противоточное движение). В описываемой установке (на чертеже изображен) вариант противоточного движения жидкости и твердой фазы. The technological movement is superimposed on the pulsation of the liquid in the apparatus, which either coincides with the direction of movement of the solid phase in the apparatus (direct-flow motion) or is directed towards this motion (counter-current motion). In the described installation (shown in the drawing) is a variant of countercurrent movement of the liquid and solid phase.

Эффективность экстрагирования оценивалась по времени пребывания твердой дисперсии (растительное сырье) в аппарате до достижения установленной регламентом степени извлечения целевых компонентов. В опытах достигалось сокращение времени пребывания твердой дисперсии на 15-30% с уменьшением на 20% расхода экстрагента. Заданная регламентом степень извлечения достигалась в аппаратах по рабочему объему в 4-5 раз меньше по сравнению с периодически действующими перколяторами (емкостные аппараты с мешалками и без мешалок) и в 2-2,5 раза меньших по объему по сравнению с аппаратами с механическим транспортированием твердой дисперсии. В ходе экспериментов установлено, что оптимальным с точки зрения разделительной способности и производительности взаимодействия является режим, при котором объемная концентрация твердой дисперсии в аппарате составляет от 75 до 85% при коэффициенте псевдоожижения K≥1,0. При концентрациях 70% формирование структуры не наблюдается, резко падает эффективность процесса, так как в образующейся суспензии возрастает продольное перемешивание и ухудшаются условия массоотдачи вследствие снижения скорости относительного перемещения частиц твердой дисперсии. The extraction efficiency was estimated by the residence time of the solid dispersion (plant material) in the apparatus until the degree of extraction of the target components established by the regulation was achieved. In the experiments, a reduction in the residence time of the solid dispersion by 15-30% was achieved with a 20% decrease in the consumption of extractant. The degree of extraction specified by the regulations was achieved in devices with a working volume of 4–5 times less compared to periodically operating percolators (capacitive devices with and without agitators) and 2–2.5 times smaller in volume compared with devices with mechanical transportation of solid variance. In the course of the experiments, it was found that the regime in which the volume concentration of the solid dispersion in the apparatus is from 75 to 85% with a fluidization coefficient K≥1.0 is optimal from the point of view of separation ability and interaction productivity. At concentrations of 70%, the formation of the structure is not observed, the efficiency of the process drops sharply, since longitudinal mixing increases in the resulting suspension and the conditions of mass transfer deteriorate due to a decrease in the rate of relative movement of particles of the solid dispersion.

Claims

A method of carrying out heat and mass transfer and hydrodynamic processes in solid-liquid systems including phase contact under conditions of a pulsating non-sinusoidal flow of a dispersed phase in a technological apparatus, characterized in that the phase contact is carried out continuously under conditions of a dense layer of a dispersed phase with a volume concentration of 75 85% moving for half a period pulsations with a speed exceeding the velocity of fluidization, with the direction of motion of the dispersion medium in this half-period.