RU2205677C1

RU2205677C1 - Pulsating apparatus for treatment of solid particles with liquids and method of pulsating apparatus operation

Info

Publication number: RU2205677C1
Application number: RU2001132700A
Authority: RU
Inventors: Руфат Шовкет оглы Абиев
Original assignee: Руфат Шовкет оглы Абиев
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-10

Abstract

FIELD: equipment for treatment of solid particles with liquids; applicable in chemical, petrochemical, pharmaceutical, food, wood chemical and hydrometallurgical and other industries. SUBSTANCE: pulsating apparatus has body with bottom covered from atop with cover and accommodating container for solid particles with permeable bottom, pressure fluctuation exciter and process branch pipes. Upper part of container side wall is impermeable and lower part is permeable. Pressure fluctuation exciter is connected to upper part of circular cavity formed by container side wall and apparatus body. Container shape followes with clearance the shape of body internal body with bottom. Apparatus cover is connected with circular cavity by means of one or several overflow channels. Method of operation of offered pulsating apparatus consists in establishing of such hydraulic resistance of overflow channels that duration of process of alignment of liquid levels in space above particles and in circular cavity amounts up to 80-95% of duration of stage of pressure drop. EFFECT: reduced liquid parasitic volume, higher volume concentration of particles comparatively with total volume of medium in apparatus, higher efficiency and reliability of pulsating apparatus due to its design and method of its operation. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение может быть использовано для проведения процессов обработки жидкостями твердых частиц, в том числе капиллярно-пористых, таких как промывка, пропитка, растворение (в том числе с химической реакцией), перемешивание, экстрагирование, выщелачивание, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой, лесохимической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности. The invention can be used to process solid particles with liquids, including capillary-porous, such as washing, impregnating, dissolving (including with a chemical reaction), stirring, extracting, leaching, and can be used in chemical, petrochemical, pharmaceutical, food, forest chemical, hydrometallurgical and other industries.

Известен пульсационный аппарат для обработки жидкостями твердых частиц (МПК 6 С 11 В 1/10, пат. РФ 2049808), содержащий емкость с крышкой, внутри емкости установлены решетчатое ложное днище и подогреватель, в полости емкости размещена заглушенная сверху камера, нижний открытый участок которой расположен под ложным днищем, аппарат снабжен побудителем колебаний давления, который сообщен трубопроводом с внутренней полостью указанной камеры. В известном аппарате ложное днище совместно с заглушенной сверху камерой и боковой проницаемой стенкой образуют контейнер для частиц, который может выниматься вместе с ними. В заглушенной сверху камере, а также под ложным днищем и в кольцевой полости между боковой проницаемой стенкой контейнера и обечайкой аппарата при заполнении аппарата жидкостью будет находиться объем жидкости (до 30-40% от общего объема жидкости в аппарате), пассивно участвующий в обработке частиц, т.к. лишь в стадии нагнетания газа пневматическим побудителем импульсов часть этой жидкости будет омывать частицы, прохода сквозь ложное днище и боковые проницаемые стенки. Known pulsating apparatus for treating solids with liquids (IPC 6 C 11 V 1/10, US Pat. RF 2049808), containing a container with a lid, a false bottom and a heater are installed inside the container, a chamber muffled from above is placed in the cavity of the container, the lower open portion of which located under the false bottom, the apparatus is equipped with a pressure oscillation stimulator, which is connected by a pipeline to the internal cavity of the specified chamber. In the known apparatus, the false bottom, together with a chamber plugged from above and a permeable side wall, form a container for particles that can be taken out with them. In the chamber muffled from above, as well as under the false bottom and in the annular cavity between the side permeable container wall and the shell of the apparatus, when filling the apparatus with liquid there will be a volume of liquid (up to 30-40% of the total volume of liquid in the apparatus), passively participating in the processing of particles, because only at the stage of gas injection with a pneumatic impulse impulse, part of this liquid will wash the particles, passing through the false bottom and lateral permeable walls.

В результате этого при эксплуатации известного аппарата приходится заливать в него большее количество жидкости, чем это требуется с точки зрения стехиометрии (при растворении с химической реакцией), т.е. увеличивается расход реактивов; при обработке пропиточными или промывочными растворами увеличивается объем сточных вод (в ряде процессов сточные воды содержат токсины и представляют особую опасность с экологической точки зрения); при экстрагировании снижается концентрация вещества в получаемом экстракте за счет чрезмерного его разбавления. Таким образом, указанный объем жидкости является "паразитным", в большинстве химико-технологических процессов его необходимо сокращать. В известном аппарате такое сокращение не представляется возможным. As a result of this, when operating the known apparatus, it is necessary to fill in a larger amount of liquid than is required from the point of view of stoichiometry (when dissolved with a chemical reaction), i.e. reagent consumption increases; when treated with impregnating or flushing solutions, the volume of wastewater increases (in a number of processes, wastewater contains toxins and is especially dangerous from an environmental point of view); upon extraction, the concentration of the substance in the resulting extract decreases due to its excessive dilution. Thus, the indicated volume of liquid is "parasitic", in most chemical-technological processes it must be reduced. In the known apparatus, such a reduction is not possible.

Кроме того, в известном аппарате при чрезмерном увеличении продолжительности стадии подачи газа от побудителя колебаний давления возможен прорыв газа через жидкость в камере, ложное днище и слой частиц в газовую полость над слоем частиц. В результате этого жидкость может постепенно выдавливаться из контейнера в камеру, попадая затем в трубопровод побудителя колебаний давления и удаляясь из аппарата. Это может привести к нарушению нормальной работы аппарата и выходу из строя побудителя колебаний давления. Таким образом, известный аппарат обладает недостаточной надежностью. In addition, in the known apparatus, with an excessive increase in the duration of the gas supplying stage from the pressure fluctuation stimulator, gas breakthrough through the liquid in the chamber, the false bottom and the particle layer into the gas cavity above the particle layer is possible. As a result of this, the liquid can be gradually squeezed out of the container into the chamber, then falling into the pipeline of the stimulator of pressure fluctuations and moving away from the apparatus. This can lead to a malfunction of the apparatus and failure of the pressure fluctuation stimulator. Thus, the known apparatus has insufficient reliability.

Известен пульсационный аппарат для обработки жидкостями твердых частиц (МПК 6 B 01 D 11/02, 12/00, пат. РФ 2077362), содержащий один или более одинаковых корпусов, побудитель колебаний давления, причем в каждом корпусе симметрично размещены содержащие обрабатываемую суспензию одинаковые камеры с проницаемыми для жидкости днищами, которые представляют собой контейнеры, вынимаемые из аппарата вместе со слоем частиц, причем в верхней части камеры заглушены и по меньшей мере одна из них соединена с побудителем колебаний давления. Known pulsating apparatus for treating solids with liquids (IPC 6 B 01 D 11/02, 12/00, US Pat. RF 2077362), containing one or more identical bodies, a stimulator of pressure fluctuations, and in each case identical chambers containing the processed suspension are symmetrically placed with liquid-permeable bottoms, which are containers removed from the apparatus together with a layer of particles, moreover, they are plugged in the upper part of the chamber and at least one of them is connected to a pressure fluctuation stimulator.

В известном аппарате паразитный объем жидкости находится в трубах, соединяющих корпусы, а также в эллиптических днищах под плоским днищем контейнеров, причем доля паразитного объема может достигать 10-15% и более (например, для стандартного перколятора объемом 500 л и диаметром 800 мм объем жидкости только в отбортованном эллиптическом днище равен 79,6 л, т.е. 15,92%). In the known apparatus, the parasitic volume of liquid is in the pipes connecting the housings, as well as in elliptical bottoms under the flat bottom of the containers, and the proportion of parasitic volume can reach 10-15% or more (for example, for a standard percolator with a volume of 500 l and a diameter of 800 mm, the volume of liquid only in a flanged elliptical bottom is 79.6 liters, i.e. 15.92%).

При обработке твердых частиц в таком аппарате, особенно склонных к разбуханию, сильно сжимающихся, или полидисперсных частиц, на стадии увеличения давления над слоем в контейнере, соединенным с побудителем колебаний давления, возможно необратимое уплотнение слоя частиц, обусловленное их сжатием, набуханием, переупаковкой частиц в слое, а также эффектом расклинивания, вызванным внутренним трением в слое частиц и внешним трением частиц о стенки контейнера. В результате в контейнере образуется трудно проницаемая для жидкости "пробка" из слоя частиц, амплитуда колебаний жидкости через слой частиц резко падает (практически до нуля), и в остальные контейнеры пульсации давления не передаются. Это приводит к катастрофическому уменьшению эффективности аппарата, поскольку процессы пропитки, промывки, растворения, экстрагирования и т.п. переходят в молекулярно-диффузионную область, а конвективный перенос вещества в таком режиме работы отсутствует. Такой режим работы аппарата можно считать функциональным отказом, т.к. для восстановления работоспособности аппарата требуется проведение дополнительных мероприятий вплоть до разборки аппарата и механического разрушения "пробки", например, вручную. Это свидетельствует о недостаточно высокой надежности аппарата, особенно при обработке склонных к разбуханию, сильно сжимающихся, или полидисперсных частиц. When treating solid particles in such an apparatus, especially those prone to swelling, highly compressible, or polydisperse particles, at the stage of increasing pressure above a layer in a container connected to a pressure oscillator, irreversible compaction of a layer of particles is possible due to their compression, swelling, and repacking of particles in layer, as well as the effect of wedging caused by internal friction in the layer of particles and external friction of particles on the walls of the container. As a result, a “plug” difficult to penetrate for the liquid from the particle layer is formed in the container, the amplitude of the fluid oscillations through the particle layer drops sharply (almost to zero), and pressure pulsations are not transmitted to the other containers. This leads to a catastrophic decrease in the efficiency of the apparatus, since the processes of impregnation, washing, dissolution, extraction, etc. pass into the molecular diffusion region, and convective transfer of matter in this mode of operation is absent. This mode of operation of the device can be considered a functional failure, because To restore the device’s operability, additional measures are required up to disassembling the device and mechanical destruction of the “plug”, for example, manually. This indicates an insufficiently high reliability of the apparatus, especially when processing prone to swelling, highly compressible, or polydisperse particles.

Известен способ эксплуатации пульсационного аппарата для обработки твердых частиц (МПК 6 B 01 D 11/02, 12/00, пат. РФ 2077362), заключающийся в создании в корпусе аппарата асимметричных гармонических колебаний давления, частоту которых устанавливают равной или близкой частоте собственных колебаний суспензии в аппарате. Известный способ весьма эффективен при обработке суспензий с концентрацией частиц до 40÷45% либо при обработке суспензий с частицами размером не менее 1 мм (при плотности и вязкости жидкости, близких к свойствам воды), когда диссипация в системе мала, т.к. позволяет реализовать преимущества резонансного режима колебаний. There is a method of operating a pulsating apparatus for processing solid particles (IPC 6 B 01 D 11/02, 12/00, US Pat. RF 2077362), which consists in creating asymmetric harmonic pressure fluctuations in the apparatus body whose frequency is set equal to or close to the natural frequency of the suspension in the device. The known method is very effective in the processing of suspensions with a particle concentration of up to 40 ÷ 45% or in the processing of suspensions with particles of at least 1 mm in size (at a density and viscosity of the liquid close to the properties of water), when the dissipation in the system is small, because Allows you to realize the advantages of the resonant mode

При обработке более концентрированных суспензий, а также частиц с размером менее 1 мм, либо склонных к разбуханию, сильно сжимающихся, или полидисперсных частиц, гидравлическое сопротивление слоя частиц в аппарате резко возрастает, и в результате доминирования сил вязкого трения резонанс не приводит к видимому усилению амплитуды колебаний, т.е. резонансные эффекты не проявляются. When processing more concentrated suspensions, as well as particles with a size of less than 1 mm, or prone to swelling, highly compressible, or polydisperse particles, the hydraulic resistance of the particle layer in the apparatus increases sharply, and as a result of the dominance of viscous friction forces, the resonance does not lead to a visible amplification of the amplitude oscillations, i.e. resonant effects do not occur.

Кроме того, находящаяся в аппарате суспензия ведет себя как нелинейная система: при движении жидкости сквозь слой частиц снизу вверх, обусловленным давлением газа, поступающего из побудителя колебаний, сопротивление псевдоожиженного слоя мало, и жидкость легко проникает из пространства под проницаемым днищем контейнера в пространство над частицами, сжимая находящийся там газ; при сбросе давления в побудителе давления частицы быстро оседают на проницаемое днище контейнера, формируя плотный слой, и жидкость под действием гидростатического давления и давления сжатого ею на стадии нагнетания газа медленно фильтруется сквозь осевший слой частиц сверху вниз. Вследствие высокого гидравлического сопротивления осевшего слоя жидкость не успевает стекать обратно, накапливаясь в процессе колебаний в пространстве над частицами, вплоть до полного перетекания из пространства вне контейнера в контейнер. В результате этого изменяются упругие свойства колебательной системы "колеблющаяся суспензия - газонаполненные упругие элементы", собственная частота системы изменяется, происходит расстройка резонансных колебаний. Вследствие значительного снижения амплитуды колебаний уменьшается роль конвективного переноса в обменных процессах, и процесс переходит в молекулярно-диффузионную область, характеризующуюся малой интенсивностью переноса вещества. In addition, the suspension in the apparatus behaves as a non-linear system: when the fluid moves through the layer of particles from the bottom up, due to the pressure of the gas coming from the vibration stimulator, the resistance of the fluidized bed is small, and the liquid easily penetrates from the space under the permeable bottom of the container into the space above the particles by compressing the gas there; when the pressure is released in the pressure inducer, the particles quickly settle on the permeable bottom of the container, forming a dense layer, and the liquid is slowly filtered through the settled particle layer from top to bottom under the influence of hydrostatic pressure and the pressure of it compressed at the gas injection stage. Due to the high hydraulic resistance of the deposited layer, the liquid does not have time to drain back, accumulating during oscillations in the space above the particles, until it completely flows from the space outside the container into the container. As a result of this, the elastic properties of the oscillating system "oscillating suspension - gas-filled elastic elements" change, the natural frequency of the system changes, the resonance oscillations are detuned. Due to a significant decrease in the amplitude of the oscillations, the role of convective transport in metabolic processes decreases, and the process goes into the molecular diffusion region, which is characterized by a low intensity of matter transfer.

Под действием высокого давления сжатого газа слой сжимаемых частиц может дополнительно уплотняться; порозность слоя при этом уменьшается, а гидравлическое сопротивление возрастает. Помимо этого, по мере набухания (либо переупаковки) частиц сопротивление слоя дополнительно возрастает и вышеописанные явления усугубляются. Under the action of high pressure of the compressed gas, the layer of compressible particles can additionally become denser; the porosity of the layer is reduced, and the hydraulic resistance increases. In addition, as the particles swell (or repack), the layer resistance increases further and the above-described phenomena are aggravated.

Колебательная система "колеблющаяся суспензия - газонаполненные упругие элементы" в известных пульсационных аппаратах обладает нелинейной несимметричной зависимостью упругой силы от перемещения фронта жидкости, особенно при колебаниях с большой амплитудой, например резонансных (Абиев Р.Ш. Резонансная аппаратура для процессов в жидкофазных средах: Автореф. дисс.... д-ра техн. наук/ СПбГТИ. - СПб, 2000, с. 22). Кроме того, часть газа при повышении давления в жидкости может растворяться в ней. В результате этого в процессе нелинейных колебаний средний уровень жидкости в пространстве над частицами в контейнере повышается (Хаяси Т. Вынужденные колебания в нелинейных системах. - М.: Иностр. лит-ра, 1957. - С. 43; Абиев Р.Ш. Определение рациональной геометрии упругих элементов в U-образном аппарате с жидкостью // Журн. хим. и нефтегаз. машиностр., 1998, 1, с. 8-13), и среднее за период давление в газовой полости становится ниже исходного, т.е., например, при исходном атмосферном давлении там возникает разрежение. В результате этого уровень жидкости в пространстве над частицами в контейнере занимает новое, более высокое положение, и не опускается даже после отключения пульсаций. Это явление приводит к тому, что при использовании известного способа выравнивания уровней жидкости в аппарате не происходит даже при весьма продолжительной стадии сброса давления (сутки и более). Переместившаяся в объем контейнера жидкость нарушает динамику аппарата, амплитуда ее колебаний существенно снижается и эффективность процессов обмена в аппарате существенно падает. The oscillating system "oscillating suspension - gas-filled elastic elements" in known pulsation devices has a nonlinear asymmetric dependence of the elastic force on the movement of the liquid front, especially when vibrations with a large amplitude, for example resonant (Abiev R.Sh. Resonance apparatus for processes in liquid-phase media: Abstract. Diss .... Doctor of Technical Sciences / SPbGTI. - SPb, 2000, p. 22). In addition, part of the gas with increasing pressure in the liquid can dissolve in it. As a result of this, in the process of nonlinear oscillations, the average liquid level in the space above the particles in the container rises (T. Hayashi. Forced oscillations in nonlinear systems. - M.: Foreign Literature, 1957. - P. 43; Abiev R.Sh. Definition rational geometry of elastic elements in a U-shaped apparatus with liquid // Journal of Chemistry and Oil and Gas Engineering, 1998, 1, pp. 8-13), and the average pressure over the period in the gas cavity becomes lower than the initial one, i.e. for example, at initial atmospheric pressure, a vacuum occurs there. As a result of this, the liquid level in the space above the particles in the container takes a new, higher position, and does not fall even after switching off the pulsations. This phenomenon leads to the fact that when using the known method of leveling the liquid levels in the apparatus does not occur even with a very long stage of pressure relief (day or more). The liquid that has moved into the volume of the container disrupts the dynamics of the apparatus, the amplitude of its oscillations decreases significantly, and the efficiency of the exchange processes in the apparatus decreases significantly.

Технический результат предлагаемого изобретения - уменьшение паразитного объема жидкости, повышение объемной концентрации частиц по отношению к общему объему среды в аппарате, увеличение эффективности и надежности аппарата. The technical result of the invention is to reduce the parasitic volume of liquid, increase the volume concentration of particles in relation to the total volume of the medium in the apparatus, increase the efficiency and reliability of the apparatus.

Нужный результат достигается тем, что в пульсационном аппарате для обработки жидкостями твердых частиц, содержащем корпус с днищем, закрытый сверху крышкой, и помещенный в него контейнер для частиц, днище которого проницаемо, а также побудитель колебаний давления и технологические патрубки, верхняя часть боковой стенки контейнера непроницаема, а нижняя часть проницаема, побудитель колебаний давления подключен к верхней части кольцевой полости, образованной боковой стенкой контейнера и корпусом аппарата, причем форма контейнера повторяет с зазором δ форму внутренней поверхности корпуса с днищем, а крышка аппарата соединена с кольцевой полостью посредством одного или нескольких переточных каналов, причем зазор δ выполнен постоянным по всей высоте контейнера либо зазор δ выполнен постоянным по всей высоте верхней непроницаемой части контейнера и равным δ₀, а в нижней части изменяется по закону

где δ₀ - зазор между корпусом и контейнером в его верхней части, м;
δ_k - зазор между корпусом и контейнером в самой нижней точке его боковой стенки и между днищами контейнера и аппарата, м;
h - высота нижней проницаемой части боковой стенки контейнера, м;
s - координата, отсчитываемая вертикально вниз от стыка верхней и нижней частей боковой стенки контейнера, м,
а переточные каналы снабжены регулирующими клапанами.The desired result is achieved in that in a pulsating apparatus for treating solid particles with liquids, comprising a housing with a bottom closed on top by a lid, and a container for particles, the bottom of which is permeable, as well as a pressure fluctuation stimulator and process pipes, the upper part of the side wall of the container it is impermeable, and the lower part is permeable, the pressure fluctuation stimulator is connected to the upper part of the annular cavity formed by the side wall of the container and the apparatus body, the shape of the container being repeated with a gap δ, it forms the shape of the inner surface of the housing with a bottom, and the lid of the apparatus is connected to the annular cavity through one or more transfer channels, and the gap δ is made constant over the entire height of the container or the gap δ is made constant over the entire height of the upper impermeable part of the container and is equal to δ ₀ , and at the bottom changes according to the law

where δ ₀ - the gap between the body and the container in its upper part, m;
δ _k - the gap between the body and the container at the lowest point of its side wall and between the bottoms of the container and apparatus, m;
h is the height of the lower permeable part of the side wall of the container, m;
s is the coordinate measured vertically down from the junction of the upper and lower parts of the side wall of the container, m,
and transfer channels are equipped with control valves.

Нужный результат достигается также тем, что способ эксплуатации пульсационного аппарата для обработки жидкостями твердых частиц заключается в подводе периодически изменяющегося давления газа от побудителя колебаний к аппарату, причем гидравлическое сопротивление переточных каналов, посредством которых соединена крышка аппарата с кольцевой полостью, образованной боковой стенкой контейнера и корпусом аппарата, устанавливают таким, чтобы продолжительность процесса выравнивания уровней жидкости в пространстве над частицами и в кольцевой полости составляла 80-95% от продолжительности стадии сброса давления. The desired result is also achieved by the fact that the method of operation of the pulsating apparatus for treating solid particles with liquids consists in supplying a periodically changing gas pressure from an oscillation stimulator to the apparatus, moreover, the hydraulic resistance of the transfer channels, by means of which the lid of the apparatus is connected with an annular cavity formed by the side wall of the container and the body apparatus, set so that the duration of the process of leveling the liquid levels in the space above the particles and in the ring Eve cavity was 80-95% of the duration of the depressurization step.

На фиг. 1-4 показаны варианты реализации предлагаемого устройства: на фиг.1,4 - с переточным каналом 13 при постоянном зазоре δ; на фиг.2 - с переточными каналами 13, снабженными регулирующими клапанами 14, при постоянном зазоре δ; на фиг.3 - с переточным каналом 13, снабженном регулирующим клапаном 14, при переменном зазоре δ. Во всех вариантах аппарат состоит из корпуса 1 с днищем, в который помещен контейнер 2, снабженный кольцом 3 с центрующим выступом 4, причем верхняя часть 5 боковой стенки контейнера непроницаемая, а нижняя часть 6 и днище 7 - проницаемые для жидкости и непроницаемые для частиц. Для герметизации аппарата служит крышка 8 и две прокладки 9. Пульсации от побудителя колебаний давления (на схемах условно не показан) подводятся через патрубок 10, соединенный с верхней частью кольцевой полости 11, образованной боковой стенкой 5, 6 контейнера 2 и корпусом 1 аппарата. Клапан 12 служит для слива продукта (либо отработанной жидкости - при промывке частиц). Помимо этого, аппарат может быть оборудован другими технологическими патрубками (для загрузки сырья, подключения манометра и т.д.). Крышка аппарата 8 соединена с кольцевой полостью 11 посредством одного или нескольких переточных каналов 13, которые могут быть снабжены регулирующими клапанами 14 (фиг.2 и 3), позволяющими регулировать гидравлическое сопротивление перетока. Зазор δ может быть выполнен постоянным по всей высоте контейнера (фиг.1 и 2), либо постоянным по всей высоте верхней части 5 контейнера 2 и равным δ₀, а в нижней части 6 (фиг.3) изменяющимся по закону

где δ₀ - зазор между корпусом и контейнером в его верхней части, м;
δ_k - зазор между корпусом и контейнером в самой нижней точке его боковой стенки и между днищами контейнера и аппарата, м;
h - высота нижней проницаемой части боковой стенки контейнера, м;
s - координата, отсчитываемая вертикально вниз от стыка верхней и нижней частей боковой стенки контейнера, м.In FIG. 1-4 shows embodiments of the proposed device: in Fig.1.4 - with a transfer channel 13 with a constant gap δ; figure 2 - with transfer channels 13, equipped with control valves 14, with a constant gap δ; figure 3 - with a transfer channel 13, equipped with a control valve 14, with a variable gap δ. In all variants, the apparatus consists of a housing 1 with a bottom, in which a container 2 is placed, provided with a ring 3 with a centering protrusion 4, the upper part 5 of the side wall of the container being impermeable, and the lower part 6 and bottom 7 - permeable to liquids and impermeable to particles. For sealing the apparatus, a cover 8 and two gaskets 9 are used. Ripples from a pressure oscillation stimulator (not shown conventionally in the diagrams) are supplied through a pipe 10 connected to the upper part of the annular cavity 11 formed by the

side wall

5, 6 of the container 2 and the housing 1 of the device. Valve 12 is used to drain the product (or waste liquid - when washing particles). In addition, the apparatus can be equipped with other technological branch pipes (for loading raw materials, connecting a pressure gauge, etc.). The lid of the apparatus 8 is connected to the annular cavity 11 by means of one or more transfer channels 13, which can be equipped with control valves 14 (FIGS. 2 and 3), which make it possible to regulate the flow resistance. The gap δ can be made constant over the entire height of the container (Figs. 1 and 2), or constant over the entire height of the upper part 5 of the container 2 and equal to δ ₀ , and in the lower part 6 (Fig. 3) changing according to the law

where δ ₀ - the gap between the body and the container in its upper part, m;
δ _k - the gap between the body and the container at the lowest point of its side wall and between the bottoms of the container and apparatus, m;
h is the height of the lower permeable part of the side wall of the container, m;
s is the coordinate measured vertically down from the junction of the upper and lower parts of the side wall of the container, m

На фиг.1-3 показаны цилиндрические аппараты с эллиптической формой днища корпуса 1 и соответственно эллиптической формой днища 7 контейнера 2. В аппаратах, например с плоским днищем, днище контейнера также должно быть преимущественно плоским. Figure 1-3 shows a cylindrical apparatus with an elliptical shape of the bottom of the housing 1 and, accordingly, an elliptical shape of the bottom 7 of the container 2. In devices, for example with a flat bottom, the bottom of the container should also be predominantly flat.

Переточные каналы 13, соединяющие объем под крышкой 8 аппарата с кольцевой полостью 11, могут быть выполнены в виде наружных элементов (трубок, шлангов и т. п. ), а также в виде внутренних (отверстия, сопла, диафрагмы, насадки и т.п.). В последнем случае установка на них регулирующих клапанов 14 и управление ими затруднены, т.е. переточные каналы выполняются с определенными размерами (длиной и диаметром), обеспечивающими необходимое гидравлическое сопротивление перетоку газа, такое, чтобы продолжительность процесса выравнивания уровней жидкости в пространстве над частицами (т.е. под крышкой 8) и в кольцевой полости 11 составляла 80-95% от продолжительности стадии сброса давления. The transfer channels 13 connecting the volume under the lid 8 of the device with the annular cavity 11 can be made in the form of external elements (tubes, hoses, etc.), as well as internal (holes, nozzles, diaphragms, nozzles, etc. .). In the latter case, the installation of control valves 14 on them and their control are difficult, i.e. transfer channels are carried out with certain sizes (length and diameter), providing the necessary hydraulic resistance to gas flow, such that the duration of the process of leveling the liquid in the space above the particles (i.e., under the cover 8) and in the annular cavity 11 is 80-95% from the duration of the pressure relief stage.

В аппаратах большого диаметра для улучшения равномерности может быть выполнено несколько патрубков 10, распределенных по периметру поперечного сечения корпуса 1 (фиг.2), и колебания от побудителя колебаний давления подводятся к ним синфазно. Соответственно наружные переточные каналы 13 с регулирующими клапанами 14 могут быть подключены непосредственно к одному или к нескольким патрубкам 10 (фиг.2), соединенным с кольцевой полостью 11 и имеющим весьма малое гидравлическое сопротивление. In large-diameter apparatuses, in order to improve uniformity, several nozzles 10 can be made distributed along the perimeter of the cross-section of the housing 1 (Fig. 2), and the oscillations from the pressure oscillation inducer are supplied in phase to them. Accordingly, the external transfer channels 13 with control valves 14 can be connected directly to one or several nozzles 10 (Fig. 2) connected to the annular cavity 11 and having a very small hydraulic resistance.

Отношение высоты Н контейнера 2 к его диаметру D должно находиться преимущественно в диапазоне 1<H/D<3, а отношение высоты h₀ непроницаемой части 5 боковой стенки контейнера 2 к его общей высоте Н - преимущественно в диапазоне h₀/H=0,5÷0,8.The ratio of the height H of the container 2 to its diameter D should be mainly in the range 1 <H / D <3, and the ratio of the height h _{0 of the} impermeable part 5 of the side wall of the container 2 to its total height H should be mainly in the range h ₀ / H = 0, 5 ÷ 0.8.

Зазоры δ₀ и δ_k определяются конкретными свойствами обрабатываемых сред: размерами частиц, плотностью и вязкостью жидкости, а также частотой колебаний давления, генерируемых побудителем. Постоянная небольшая величина зазора упрощает изготовление контейнера и позволяет существенно сократить паразитный объем жидкости, находящейся в кольцевой полости и в пространстве между днищами корпуса 1 и контейнера 2. Выполнение зазора δ переменным по высоте позволяет дополнительно уменьшить паразитный объем жидкости в аппарате, а значит повысить объемную концентрацию частиц по отношению к общему объему среды в аппарате, а также более рационально распределить жидкость по высоте проницаемой части 6 контейнера с учетом путевого расхода жидкости.The gaps δ ₀ and δ _{k are} determined by the specific properties of the processed media: particle size, density and viscosity of the liquid, as well as the frequency of pressure fluctuations generated by the stimulator. A constant small amount of clearance simplifies the manufacture of the container and can significantly reduce the parasitic volume of liquid located in the annular cavity and in the space between the bottoms of the housing 1 and container 2. Performing a clearance δ with height variables allows to further reduce the parasitic volume of liquid in the apparatus, and therefore increase the volume concentration particles in relation to the total volume of the medium in the apparatus, as well as more rationally distribute the liquid along the height of the permeable part 6 of the container, taking into account the travel yes liquids.

Продолжительность процесса выравнивания уровней жидкости в пространстве над частицами и в кольцевой полости по предлагаемому изобретению должна составлять 80÷95% от продолжительности стадии сброса давления, что позволяет с некоторым запасом (5-20%) гарантировать, что в течение стадии сброса давления уровни жидкости в пространстве над частицами, т.е. под крышкой 8 и в кольцевой полости 11 успеют выровняться без ощутимого снижения кпд аппарата. Если принять большие значения (более 95%), то при флуктуациях рабочих параметров (давления газа, свойств жидкости и частиц) выравнивание уровней может не завершиться на стадии сброса давления, и в аппарате возникнет перепад уровней жидкости, приводящий к неблагоприятным последствиям. Если же это соотношение будет менее 80%, что соответствует чрезмерно малому гидравлическому сопротивлению переточных каналов 13 с регулирующими клапанами 14, то это повлечет за собой существенное снижение кпд аппарата, т.к. в этом случае газ под крышкой будет сжиматься в значительной мере не жидкостью, проникающей сквозь частицы, а непосредственно побудителем колебаний через патрубок 10 и переточные каналы 13 с регулирующими клапанами 14. The duration of the process of leveling the liquid levels in the space above the particles and in the annular cavity according to the invention should be 80 ÷ 95% of the duration of the pressure relief stage, which allows with a certain margin (5-20%) to guarantee that during the pressure relief stage the liquid levels in space above particles, i.e. under the lid 8 and in the annular cavity 11 have time to align without a noticeable decrease in the efficiency of the apparatus. If we accept large values (more than 95%), then with fluctuations in the operating parameters (gas pressure, liquid and particle properties), leveling may not complete at the stage of pressure relief, and a difference in liquid levels will occur in the device, leading to adverse consequences. If this ratio is less than 80%, which corresponds to an excessively small hydraulic resistance of the transfer channels 13 with control valves 14, this will entail a significant decrease in the efficiency of the apparatus, since in this case, the gas under the cover will be compressed to a large extent not by the liquid penetrating through the particles, but directly by the oscillation stimulator through the pipe 10 and transfer channels 13 with control valves 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом (фиг.4). Контейнер 2, заполненный частицами 15 обрабатываемого сырья, устанавливают в корпус 1 пульсационного аппарата, после чего аппарат герметизируют, т.е. закрывают крышку 8 и клапан 12, и заливают в аппарат жидкость (экстрагент, промывочную жидкость и т.д. в зависимости от назначения аппарата). Включают побудитель колебаний давления, от которого через патрубок 10 подается сжатый газ (например, воздух). Газ, попадая в кольцевую полость 11, начинает вытеснять жидкость из нее в межзерновое пространство, проникая сквозь слой частиц. Уровень жидкости в контейнере поднимается, газ под крышкой 8 сжимается. Небольшая часть газа проникает в пространство под крышкой через переточные каналы 13 и регулирующие клапаны 14, т.к. давление в патрубке 10 выше, чем давление под крышкой 8. Как только давление, создаваемое побудителем колебаний давления, уравновесится суммой давлений сжатого газа, гидростатического столба жидкости и потерей давления в слое частиц, процесс сжатия газа прекратится, и побудитель колебаний давления переключится со стадии нагнетания газа на стадию сброса газа, т.е. патрубок 10 будет соединен, например, с атмосферой или вакуумным ресивером. На стадии сброса давления газ из-под крышки 8 будет быстро стравливаться через переточные каналы 13 и регулирующие клапаны 14 в кольцевую полость 11 и в патрубок 10, а далее - в атмосферу или вакуумный ресивер. Одновременно под действием быстро уменьшающегося перепада давлений жидкость будет перетекать обратно из пространства над слоем частиц в кольцевую полость 11. Благодаря действию почти только гидростатического столба жидкости предотвращается образование "пробки" из слоя частиц и его расклинивание. Далее процесс колебаний повторяется. The proposed device operates as follows (figure 4). The container 2, filled with particles 15 of the processed raw materials, is installed in the housing 1 of the pulsating apparatus, after which the apparatus is sealed, i.e. close the lid 8 and valve 12, and pour liquid into the apparatus (extractant, flushing fluid, etc., depending on the purpose of the apparatus). A stimulator of pressure fluctuations is included, from which compressed gas (for example, air) is supplied through the pipe 10. Gas entering the annular cavity 11 begins to displace the liquid from it into the intergranular space, penetrating through the layer of particles. The liquid level in the container rises, the gas under the lid 8 is compressed. A small part of the gas enters the space under the cover through the transfer channels 13 and control valves 14, because the pressure in the nozzle 10 is higher than the pressure under the cover 8. As soon as the pressure created by the pressure oscillator is balanced by the sum of the pressures of the compressed gas, the hydrostatic column of the liquid and the pressure loss in the particle layer, the gas compression process will stop and the pressure oscillator will switch from the injection stage gas to the gas discharge stage, i.e. the pipe 10 will be connected, for example, with the atmosphere or a vacuum receiver. At the stage of depressurization, gas from under the cover 8 will be quickly vented through the transfer channels 13 and control valves 14 into the annular cavity 11 and into the pipe 10, and then into the atmosphere or vacuum receiver. At the same time, under the influence of a rapidly decreasing pressure drop, the liquid will flow back from the space above the particle layer into the annular cavity 11. Due to the action of almost the hydrostatic column of liquid, the formation of a “plug” from the particle layer and its wedging are prevented. Further, the process of oscillation is repeated.

Если на стадии нагнетания в результате флуктуации давления произойдет чрезмерное передавливание жидкости газом с последующим проскоком газа в пространство над частицами, то на стадии сброса давления избыточный газ вытеснится через переточные каналы 13 и регулирующие клапаны 14 в патрубок 10, а далее - в атмосферу или вакуумный ресивер. Это способствует повышению надежности работы аппарата. If at the injection stage, as a result of pressure fluctuations, the liquid is excessively squeezed by gas followed by gas leakage into the space above the particles, then at the pressure relief stage the excess gas is displaced through the transfer channels 13 and control valves 14 into the nozzle 10, and then into the atmosphere or vacuum receiver . This helps to increase the reliability of the device.

Любые изменения среднего давления газа под крышкой (повышение или понижение) в предлагаемом устройстве будут выравниваться на стадии сброса давления через систему переточных каналов 13 с регулируемыми клапанами 14. Количество и размеры переточных каналов 13 определяют гидравлическое сопротивление перетоку сжатого газа из-под крышки 8 в кольцевую полость 11, а оттуда - в побудитель колебаний давления и в атмосферу (или вакуумный ресивер). Аналогично, если под крышкой образуется вакуум, переточные каналы 13 способствуют проникновению воздуха под крышку из атмосферы через побудитель колебаний, патрубок 10 и кольцевую полость 11. Это позволяет предотвратить процесс расклинивания слоя частиц и образования в нем "пробки", т.е. приводит к увеличению надежности работы аппарата. Отсутствие пробок в слое частиц обуславливает малое гидравлическое сопротивление слоя частиц движению сквозь него жидкости, а следовательно, и достаточно высокие амплитуды колебаний жидкости. При больших амплитудах колебаний жидкости улучшается межфазный обмен, т.к. начинает доминировать конвективный перенос вещества, улучшается перемешивание жидкости и слоя частиц. Эффективность процессов переноса, а значит и аппарата в целом, увеличивается. Any changes in the average gas pressure under the cover (increase or decrease) in the proposed device will be equalized at the stage of pressure relief through the system of transfer channels 13 with adjustable valves 14. The number and size of the transfer channels 13 determine the hydraulic resistance to the flow of compressed gas from under the cover 8 into the annular cavity 11, and from there into the inducer of pressure fluctuations and into the atmosphere (or a vacuum receiver). Similarly, if a vacuum is created under the lid, the overflow channels 13 facilitate the penetration of air under the lid from the atmosphere through the vibration stimulator, pipe 10 and the annular cavity 11. This prevents the process of wedging of the particle layer and the formation of a “plug” in it, i.e. leads to an increase in the reliability of the apparatus. The absence of plugs in the layer of particles causes a low hydraulic resistance of the layer of particles to the movement of the fluid through it, and, consequently, rather high amplitudes of fluid oscillations. At large amplitudes of fluid oscillations, interfacial exchange improves, because convective transport of matter begins to dominate, mixing of the liquid and the particle layer improves. The efficiency of the transfer processes, and hence the apparatus as a whole, is increasing.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет добиться вышеуказанного технического результата. Thus, the present invention allows to achieve the above technical result.

Claims

1. A pulsating apparatus for treating solids with liquids, comprising a housing with a bottom closed on top by a lid and placed in it a particle container, the bottom of which is permeable, as well as a pressure fluctuation stimulator and process pipes, characterized in that the upper part of the side wall of the container is impermeable and the lower part is permeable, the pressure fluctuation stimulator is connected to the upper part of the annular cavity formed by the side wall of the container and the apparatus body, and the shape of the container repeats with a gap δ fo rmu the inner surface of the housing with a bottom, and the lid of the apparatus is connected to the annular cavity through one or more transfer channels.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the gap δ is made constant throughout the height of the container.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the gap δ is made constant over the entire height of the upper impermeable part of the container and equal to δ ₀ , and in the lower part changes according to the law

4. The apparatus according to claim 1, characterized in that the transfer channels are equipped with control valves.

5. A method of operating a pulsating apparatus for treating solids with liquids, comprising supplying a periodically changing gas pressure from an oscillation stimulator to the apparatus, characterized in that the hydraulic resistance of the transfer channels, by means of which the lid of the apparatus is connected with an annular cavity formed by the side wall of the container and the apparatus body , set so that the duration of the process of leveling the liquid in the space above the particles and in the annular cavity is 80-95% of the duration of the pressure relief stage.