RU2599057C1 - Apparatus for mass exchange and chemical processes - Google Patents

Apparatus for mass exchange and chemical processes Download PDF

Info

Publication number
RU2599057C1
RU2599057C1 RU2015113300/05A RU2015113300A RU2599057C1 RU 2599057 C1 RU2599057 C1 RU 2599057C1 RU 2015113300/05 A RU2015113300/05 A RU 2015113300/05A RU 2015113300 A RU2015113300 A RU 2015113300A RU 2599057 C1 RU2599057 C1 RU 2599057C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
sections
solid phase
volume
ring
Prior art date
Application number
RU2015113300/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Смирнов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НьюКем Текнолоджи"
Priority to RU2015113300/05A priority Critical patent/RU2599057C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2599057C1 publication Critical patent/RU2599057C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/20—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the conditioning of the sorbent material
    • B01D15/206—Packing or coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D27/00—Cartridge filters of the throw-away type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to mass exchange and chemical processes. Device comprises vertical housing. Housing is made in form of upper sections (2), at top of which there are upper device (7) for supply and discharge of process liquids and assembly (8) for loading of solid phase, and lower section (1), at bottom of which there is device (4) and assembly (5). Sections (1) and (2) have cylindrical shape, installed coaxially with radial clearance (11) and have smooth surfaces. Section (1) is external and fixed, and section (2) is inner and movable. In gap (11) sealing o-ring (9) of round cross section of elastic material is installed, arranged with tight fit to surfaces of sections and with possibility of rolling without slip when moving section (2).
EFFECT: automatic increasing of working volume following volume increase in device and entering substances with preservation of moving parts, no need in applying external forces to reduce internal volume of apparatus and its return to previous state after reduction of substances volume in it.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к химическому машиностроению, более конкретно - к аппарату для проведения массообменных и химических процессов.The invention relates to chemical engineering, and more specifically to an apparatus for conducting mass transfer and chemical processes.

Известны разнообразные аппараты указанного назначения (см., например: Ю.И. Дытнерский. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. - Москва, "Химия", 1995, - 368 с. [1]; Д.А. Баранов, A.M. Кутепов. Процессы и аппараты. - Москва, "Химия", 2004, - 304 с. [2]).A variety of apparatuses for this purpose are known (see, for example: Yu.I. Dytnersky. Processes and apparatuses of chemical technology. Part 2. Mass transfer processes and apparatuses. - Moscow, "Chemistry", 1995, - 368 pp. [1]; D. A. Baranov, AM Kutepov, Processes and Apparatus. - Moscow, Chemistry, 2004, 304 p. [2]).

Предлагаемое изобретение относится к классу аппаратов, используемых для осуществления процессов с участием твердой и жидкой фаз, при проведении которых возможно изменение объема участвующих фаз как в сторону увеличения (например, набухание твердой фазы, температурное расширение), так и в сторону его уменьшения (сжатие твердой фазы при регенерации, охлаждении), а также газообразование в результате химической реакции.The present invention relates to a class of apparatuses used for carrying out processes involving solid and liquid phases, during which it is possible to change the volume of the participating phases both in the direction of increase (for example, swelling of the solid phase, thermal expansion), and in the direction of its decrease (compression of the solid phase during regeneration, cooling), as well as gas formation as a result of a chemical reaction.

Нежелательным побочным эффектом подобных процессов является повышение внутреннего давления в аппарате, которое может привести к разгерметизации и поломке аппарата, а также к нарушению кинетики процесса. Кроме того, целый ряд массообменных (например, ионообменных) процессов проводятся при условии, что твердая фаза (например, ионит) должна быть зажатой между днищем и крышкой аппарата, во избежание перемешивания твердой фазы (ионита) при прохождении через нее технологических растворов снизу вверх. Если при этом объем твердой фазы (ионита) уменьшается, аппарат должен иметь возможность уменьшить внутренний объем и обеспечить исходное зажатие твердой фазы (см. патент РФ №2434679, опубл. 27.11.2011 [3]).An undesirable side effect of such processes is an increase in the internal pressure in the apparatus, which can lead to depressurization and breakdown of the apparatus, as well as to a violation of the kinetics of the process. In addition, a number of mass transfer (e.g., ion exchange) processes are carried out under the condition that the solid phase (e.g., ion exchanger) must be sandwiched between the bottom and the lid of the apparatus, in order to avoid mixing of the solid phase (ion exchanger) when technological solutions pass through it from the bottom up. If the volume of the solid phase (ion exchanger) is reduced, the apparatus should be able to reduce the internal volume and provide the initial clamping of the solid phase (see RF patent No. 2434679, publ. 11/27/2011 [3]).

Одним из путей решения проблемы, связанной с повышением внутреннего давления, является компенсационное изменение рабочего объема аппарата. Однако существующие компенсаторные системы с деформируемыми элементами (сильфоны, линзы, мембраны) работают при относительно малых изменениях объема рабочих сред (до 10%), см., например, авторское свидетельство СССР №1603118, опубл. 30.10.1990 [4], и патент РФ [3]. Однако в некоторых процессах твердая фаза при разбухании может увеличиваться в объеме до 100% и более. Например, слабокислотный катионит КБ-4 при переводе в Na-форму набухает и увеличивается в объеме на 100% и более.One way to solve the problem associated with an increase in internal pressure is a compensatory change in the working volume of the apparatus. However, existing compensatory systems with deformable elements (bellows, lenses, membranes) work with relatively small changes in the volume of working media (up to 10%), see, for example, USSR author's certificate No. 1603118, publ. 10/30/1990 [4], and the patent of the Russian Federation [3]. However, in some processes, the solid phase during swelling can increase in volume to 100% or more. For example, the weakly acid cation exchanger KB-4, when converted to the Na form, swells and increases in volume by 100% or more.

Компенсировать такое увеличение объема можно, применив плавающую верхнюю дренажную систему, например, в виде поршня (патент РФ [3]). Однако в этом случае возникает проблема герметизации зазора между боковой поверхностью поршня и внутренней (цилиндрической) поверхностью аппарата. При проектировании и изготовлении подобной системы необходимо удовлетворить ряд требований, являющихся взаимоисключающими или взаимно усложняющими. Например, уплотнение должно обеспечить герметичность (за счет сильного прижатия поршня к внутренней поверхности аппарата) и легкое скольжение поршня по стенкам аппарата (что предполагает зазор между ними); необходимо обеспечить минимальные зазоры между сопрягаемыми деталями при их больших линейных размерах (что вызывает большие погрешности формы и разброс в размерах зазора по периметру сопряжения деталей), и др. Весьма существенным является также то, что на стадии уменьшения объема фаз, участвующих в процессе, в известных устройствах движение поршня вниз для уменьшения рабочего объема аппарата можно осуществить только принудительно из-за значительного трения о стенку, что значительно усложняет конструкцию аппарата.Such an increase in volume can be compensated by applying a floating upper drainage system, for example, in the form of a piston (RF patent [3]). However, in this case, the problem arises of sealing the gap between the lateral surface of the piston and the inner (cylindrical) surface of the apparatus. When designing and manufacturing such a system, it is necessary to satisfy a number of requirements that are mutually exclusive or mutually complicating. For example, the seal must ensure tightness (due to the strong pressing of the piston to the inner surface of the apparatus) and easy sliding of the piston along the walls of the apparatus (which implies a gap between them); it is necessary to ensure minimal gaps between the mating parts with their large linear dimensions (which causes large shape errors and a spread in the size of the gap along the mating perimeter of the parts), etc. It is also very important that at the stage of reducing the volume of phases involved in the process, Known devices, the movement of the piston down to reduce the working volume of the apparatus can only be carried out forcibly due to significant friction against the wall, which greatly complicates the design of the apparatus.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение в указанных выше условиях работы (возможность изменения объема твердой фазы порядка 100%) технического результата, заключающегося в следующем:The present invention is aimed at achieving in the above working conditions (the possibility of changing the volume of the solid phase of the order of 100%) of the technical result, which consists in the following:

- автоматическое изменение рабочего (внутреннего) объема аппарата вслед за изменением объемов находящихся в аппарате (и поступающих в него) веществ, участвующих в массообменном (или химическом) процессе, и веществ, образующихся в результате этого процесса;- automatic change of the working (internal) volume of the apparatus following a change in the volumes of substances in the apparatus (and entering it) involved in the mass transfer (or chemical) process, and substances formed as a result of this process;

- обеспечение герметичности сопряжения движущихся частей аппарата при малом сопротивлении перемещению их относительно друг друга;- ensuring the tightness of the pairing of the moving parts of the apparatus with low resistance to moving them relative to each other;

- отсутствие необходимости в приложении дополнительных внешних усилий для уменьшения внутреннего объема аппарата вслед за уменьшением объема находящихся в нем веществ.- the absence of the need for additional external efforts to reduce the internal volume of the apparatus following the decrease in the volume of substances contained in it.

Наиболее близким к предлагаемому является аппарат по патенту РФ [3], в котором для компенсации изменения объема участвующих в процессе фаз применяется размещенное в верхней части его корпуса прижимное средство в различных вариантах выполнения, в частности, в виде гидравлического или пневматического поршня. Аппарату с таким средством присущи отмеченные выше недостатки, вследствие которых его конструкция при условиях использования, характеризующихся значительными изменениями объема твердой фазы, не обеспечивает достижение названного выше технического результата.Closest to the proposed one is the apparatus according to the patent of the Russian Federation [3], in which to compensate for the change in the volume of the phases involved in the process, the clamping means located in the upper part of its body are used in various embodiments, in particular in the form of a hydraulic or pneumatic piston. An apparatus with such a tool is characterized by the disadvantages noted above, due to which its design under the conditions of use, characterized by significant changes in the volume of the solid phase, does not ensure the achievement of the above technical result.

Предлагаемый аппарат для проведения массообменных и химических процессов, как и указанный наиболее близкий к нему известный, содержит вертикальный корпус с верхними и нижними устройствами для подачи и выхода технологических жидкостей, узлами для загрузки и выгрузки твердой фазы, расположенными, соответственно, вверху и внизу корпуса.The proposed apparatus for conducting mass transfer and chemical processes, as well as the one closest known to it, contains a vertical casing with upper and lower devices for supplying and exiting process fluids, units for loading and unloading the solid phase located, respectively, at the top and bottom of the casing.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемом аппарате, в отличие от наиболее близкого к нему известного, корпус выполнен в виде верхней секции, вверху которой расположены указанные верхнее устройство для подачи и выхода технологических жидкостей и узел для загрузки твердой фазы, и нижней секции, внизу которой расположены указанные нижнее устройство для подачи и выхода технологических жидкостей и узел для выгрузки твердой фазы. Указанные секции имеют цилиндрическую форму, установлены коаксиально с радиальным зазором и имеют гладкие обращенные друг к другу поверхности. При этом нижняя секция является наружной и неподвижна, а верхняя секция является внутренней и подвижна относительно нижней в осевом направлении. Между обращенными друг к другу поверхностями верхней и нижней секций непосредственно в указанном зазоре размещено герметизирующее уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения из упругого эластичного материала, установленное с плотным прилеганием к этим поверхностям и возможностью перекатывания по ним без скольжения на протяжении всего пути возможного перемещения верхней секции.To achieve the above technical result in the proposed apparatus, in contrast to the closest known to it, the housing is made in the form of an upper section, at the top of which are located the upper device for supplying and exiting process fluids and a unit for loading the solid phase, and the lower section, below which are located said lower device for supplying and exiting process fluids and a unit for discharging a solid phase. These sections are cylindrical in shape, mounted coaxially with a radial clearance and have smooth surfaces facing each other. In this case, the lower section is external and stationary, and the upper section is internal and movable relative to the lower in the axial direction. Between the surfaces of the upper and lower sections facing each other, a sealing ring of circular cross section of elastic flexible material is placed directly in the specified gap, installed with a tight fit to these surfaces and the ability to roll over them without sliding throughout the entire path of the possible movement of the upper section.

При такой конструкции предлагаемого аппарата, когда он выполнен в виде цилиндрических коаксиальных секций с размещенным в радиальном зазоре между ними с возможностью перекатывания герметизирующим уплотнительным кольцом, изначально (т.е. до размещения его в зазоре) имеющим круглое поперечное сечение, трение, являющееся в данном случае трением качения, весьма невелико. Поэтому верхняя (внутренняя) секция может свободно подниматься под давлением увеличивающейся в объеме твердой фазы и опускаться под действием собственного веса при уменьшении объема твердой фазы. Тем самым без приложения дополнительных внешних усилий обеспечивается автоматическое изменение рабочего объема вслед за изменением объемов находящихся в аппарате и поступающих в него веществ, участвующих в массообменном или химическом процессе, и веществ, образующихся в результате этого процесса.With this design of the proposed apparatus, when it is made in the form of cylindrical coaxial sections with a sealing sealing ring placed in the radial gap between them, initially (i.e., before placing it in the gap) having a circular cross section, the friction in this The case of rolling friction is very small. Therefore, the upper (inner) section can freely rise under pressure increasing in the volume of the solid phase and fall under the action of its own weight with a decrease in the volume of the solid phase. Thus, without the application of additional external forces, an automatic change in the working volume is ensured following a change in the volumes of substances contained in the apparatus and entering it, participating in the mass transfer or chemical process, and substances formed as a result of this process.

Внизу верхней (внутренней, подвижной) секции на ее поверхности, обращенной к нижней (наружной, неподвижной) секции, может быть неподвижно установлено защитное кольцо для предотвращения попадания твердой фазы в зазор между секциями. Защитное кольцо сопрягается с поверхностью наружной секции по скользящей посадке с гарантированным зазором. Создаваемое этим кольцом дополнительное трение незначительно и не затрудняет перемещение внутренней секции.At the bottom of the upper (inner, movable) section, on its surface facing the lower (outer, fixed) section, a protective ring can be fixedly mounted to prevent the solid phase from entering the gap between the sections. The protective ring mates with the surface of the outer section in a sliding fit with a guaranteed clearance. The additional friction created by this ring is negligible and does not impede the movement of the inner section.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором предлагаемый аппарат для проведения массообменных и химических процессов показан в продольном разрезе.The invention is illustrated in the drawing, in which the proposed apparatus for conducting mass transfer and chemical processes is shown in longitudinal section.

В правой части чертежа показан фрагмент 100 в укрупненном масштабе.On the right side of the drawing, fragment 100 is shown in an enlarged scale.

Аппарат содержит две коаксиальные установленные с радиальным зазором 11 между ними цилиндрические секции: нижнюю (неподвижную, наружную) секцию 1 и верхнюю (внутреннюю, подвижную) секцию 2. Неподвижная секция 1 имеет днище 3 с нижним устройством 4 для подачи и выхода технологических жидкостей и узлом 5 для выгрузки твердой фазы. Подвижная секция 2 снабжена крышкой 6 с верхним устройством 7 для подачи и выхода технологических жидкостей и узлом 8 для загрузки твердой фазы.The apparatus contains two coaxial cylindrical sections installed with a radial clearance 11 between them: the lower (fixed, outer) section 1 and the upper (internal, mobile) section 2. The fixed section 1 has a bottom 3 with a lower device 4 for supplying and exiting process liquids and a unit 5 for discharging a solid phase. The movable section 2 is provided with a cover 6 with an upper device 7 for supplying and exiting process fluids and a unit 8 for loading a solid phase.

В зазоре 11 между обращенными друг к другу поверхностями секций 1 и 2 размещено герметизирующее уплотнительное кольцо 9, поперечное сечение которого показано позицией 12. Кольцо 9, имеющее в свободном (т.е. до размещения в зазоре 11) состоянии круглое поперечное сечение, выполнено из упругого эластичного материала, например из резины (предпочтительно, малой степени твердости) или силикона. Для плотного прилегания кольца 9 к обращенным друг к другу поверхностям секций 1 и 2 с возможностью перекатывания по ним без скольжения на протяжении всего пути возможного перемещения верхней секции диаметр поперечного сечения кольца 9 до установки в зазор 11 превышает ширину зазора. При этом одновременно достигается герметичность подвижного соединения секций 1 и 2.In the gap 11 between the facing surfaces of the sections 1 and 2, a sealing sealing ring 9 is placed, the cross section of which is shown at 12. The ring 9, in the free (i.e., prior to placement in the gap 11) state, is a circular cross section made of elastic elastic material, for example, rubber (preferably a low degree of hardness) or silicone. For a tight fit of the ring 9 to the facing surfaces of the sections 1 and 2 with the possibility of rolling over them without sliding throughout the entire path of the possible movement of the upper section, the diameter of the cross section of the ring 9 before installation in the gap 11 exceeds the width of the gap. At the same time, the tightness of the movable connection of sections 1 and 2 is simultaneously achieved.

В нижней части подвижной секции 2 расположено защитное кольцо 10, представляющее собой слой пористого либо ворсистого упругого гибкого материала, закрепленное на наружной поверхности внутренней секции 2. Защитное кольцо 10 перекрывает кольцевой зазор 11 между секциями и скользит по внутренней поверхности наружной секции 1, действуя как щетка для предотвращения попадания твердой фазы в пространство выше кольца 10, ограниченное внутренней 2 и наружной 1 секциями и уплотнительным кольцом 9.At the bottom of the movable section 2 is a protective ring 10, which is a layer of porous or fleecy elastic flexible material attached to the outer surface of the inner section 2. The protective ring 10 overlaps the annular gap 11 between the sections and slides along the inner surface of the outer section 1, acting like a brush to prevent the solid phase from entering the space above the ring 10, limited by the inner 2 and outer 1 sections and the sealing ring 9.

Сборка аппарата осуществляется следующим образом. Неподвижную секцию 1 с предварительно присоединенным днищем 3 устанавливают вертикально. К подвижной секции 2 присоединяют крышку 6 и крепят в специальной канавке защитное кольцо 10 на небольшом расстоянии от нижнего торца секции. Затем на секцию 2 надевают с натягом уплотнительное резиновое кольцо 9 и располагают его над защитным кольцом 10. Далее секцию 2 ориентируют вертикально крышкой 6 вверх, вставляют нижним торцом внутрь неподвижной секции 1 и опускают вниз до соприкосновения уплотнительного кольца 9 с кромкой верхнего торца секции 1. После этого секция 2 под действием силы тяжести продолжает движение вниз, увлекая за собой кольцо 9 действующей вертикально вниз силой трения, вызванной упругостью материала (натягом) кольца и возникающей на поверхности его контакта с секцией. С противоположной стороны кольца 9 на линии его соприкосновения с внутренней кромкой верхнего торца секции 1 возникает сила реакции на вес секции 2, действующая на кольцо в противоположном направлении, т.е. вверх. В результате кольцо 9 деформируется таким образом, что его круглое поперечное сечение превращается в овальное, причем длинная ось овала ориентирована вертикально, а короткая горизонтально (на чертеже поперечное сечение 12 кольца 9 показано без отображения его деформации). Как только размер короткой оси достигает величины зазора 11, кольцо 9 входит в этот зазор и прижимается к внутренней поверхности секции 2 силами упругости материала кольца. На поверхности контакта секции 2 и кольца 9 возникает сила трения, действующая вертикально вверх. Таким образом, при дальнейшем опускании секции 2 на уплотнительное кольцо 9 действуют силы трения, приложенные к диаметрально противоположным точкам, расположенным на поверхностях контакта кольца 9 с поверхностями секций 1 и 2. Эти силы, действующие параллельно оси аппарата во взаимно противоположных направлениях, создают крутящий момент, заставляющий резиновое кольцо 9 вращаться вокруг кольцевой оси, проходящей через центр поперечного сечения 12 кольца 9. В результате кольцо 9 катится по поверхностям секций 1 и 2, с которыми оно контактирует. Движение секции 2 вниз продолжается до соприкосновения ее нижнего торца с днищем 2 секции 1. На этом сборка аппарата заканчивается.The assembly of the apparatus is as follows. The fixed section 1 with the pre-attached bottom 3 is mounted vertically. A cover 6 is attached to the movable section 2 and a protective ring 10 is mounted in a special groove at a small distance from the lower end of the section. Then, the rubber rubber ring 9 is tightened onto the section 2 and placed over the protective ring 10. Next, the section 2 is oriented vertically with the cover 6 up, inserted with the bottom end into the stationary section 1 and lowered down until the sealing ring 9 contacts the edge of the upper end of the section 1. After this, section 2, under the action of gravity, continues to move downward, entraining the ring 9 with the friction force acting vertically downward, caused by the elasticity of the material (interference) of the ring and its contact on the surface but with a section. On the opposite side of ring 9, on the line of contact with the inner edge of the upper end of section 1, a reaction force arises on the weight of section 2, acting on the ring in the opposite direction, i.e. up. As a result, the ring 9 is deformed so that its circular cross section turns into an oval, with the long axis of the oval oriented vertically and short horizontally (in the drawing, the cross section 12 of ring 9 is shown without displaying its deformation). As soon as the size of the short axis reaches the gap 11, the ring 9 enters this gap and is pressed against the inner surface of the section 2 by the elastic forces of the ring material. On the contact surface of section 2 and ring 9, a friction force arises, acting vertically upward. Thus, when the section 2 is further lowered, friction forces applied to diametrically opposite points located on the contact surfaces of the ring 9 with the surfaces of sections 1 and 2 act on the sealing ring 9. These forces acting parallel to the apparatus axis in mutually opposite directions create a torque , causing the rubber ring 9 to rotate around an annular axis passing through the center of the cross section 12 of the ring 9. As a result, the ring 9 rolls along the surfaces of the sections 1 and 2 with which it is in contact . The movement of section 2 down continues until the contact of its lower end with the bottom 2 of section 1. This completes the assembly of the apparatus.

Подготовка аппарата к работе заключается в подключении верхнего 7 и нижнего 4 устройств для подачи и выхода технологических жидкостей к соответствующим трубопроводам и загрузке твердой фазы, например ионита, через открытый узел 8 загрузки при закрытом узле 5 выгрузки и закрытом нижнем устройстве 4 для подачи и выхода технологических жидкостей. Твердую фазу смешивают с водой в пропорции 1:2 и загружают в аппарат в виде полученной водной суспензии. При этом твердая фаза находится в неразбухшем состоянии и имеет минимальный объем. Уровень загрузки контролируют визуально через открытый узел 8. Загрузку прекращают тогда, когда уровень твердой фазы достигнет нижней поверхности крышки 6. Излишки жидкости периодически сливают через нижнее устройство 4 для подачи и выхода технологических жидкостей. Герметичность соединения секций 1 и 2 обеспечивается прижатием уплотнительного кольца 9 к сопрягаемым друг с другом поверхностям секций силой упругости, возникающей при нахождении кольца 9 в зазоре 11 между секциями. По окончании загрузки узел 8 загрузки, а также верхнее устройство 7 для подачи и выхода технологических жидкостей закрывают, после чего аппарат готов к работе.Preparation of the apparatus for operation consists in connecting the upper 7 and lower 4 devices for supplying and exiting process liquids to the corresponding pipelines and loading the solid phase, for example, ion exchange resin, through the open loading unit 8 with the closed unloading unit 5 and the closed lower device 4 for supplying and exiting technological liquids. The solid phase is mixed with water in a ratio of 1: 2 and loaded into the apparatus in the form of the resulting aqueous suspension. In this case, the solid phase is in a non-swollen state and has a minimum volume. The loading level is visually controlled through the open assembly 8. The loading is stopped when the level of the solid phase reaches the lower surface of the lid 6. Excess liquid is periodically drained through the lower device 4 to supply and exit process liquids. The tightness of the connection of sections 1 and 2 is ensured by pressing the sealing ring 9 to the mating surfaces of the sections by the elastic force arising when the ring 9 is in the gap 11 between the sections. At the end of the download, the download unit 8, as well as the upper device 7 for supplying and exiting process liquids, are closed, after which the apparatus is ready for operation.

Работа аппарата рассмотрена ниже на примере одного цикла ионообменного процесса, включающего последовательные стадии: сорбция, промывка, регенерация, промывка, осуществляемые после описанной выше загрузки твердой фазы, в качестве которой в данном случае используют ионит.The operation of the apparatus is described below on the example of one cycle of the ion-exchange process, including successive stages: sorption, washing, regeneration, washing, carried out after the loading of the solid phase described above, in which case the ion exchanger is used.

На стадии сорбции исходный раствор подают в аппарат через нижнее устройство 4 для подачи и выхода технологических жидкостей. Этот раствор фильтруется через ионит и выходит из аппарата через верхнее 7 устройство для подачи и выхода технологических жидкостей. Ионит на этой стадии набухает (увеличивается в объеме) и оказывает давление на внутреннюю поверхность аппарата. Вследствие того, что внутренняя секция 2 соединена с наружной секцией 1 не жестко, а имеет степень свободы вдоль вертикальной оси, она перемещается вверх со скоростью, пропорциональной скорости набухания ионита. Уплотнительное кольцо 9 перемещается, беспрепятственно перекатываясь внутри зазора 11 по внутренней поверхности наружной секции 1 по направлению к ее верхнему торцу и по наружной поверхности внутренней секции 2 по направлению к ее нижнему торцу. Герметичность подвижного соединения секций 1 и 2 друг с другом сохраняется в неизменном виде, так как силы упругости материала кольца 9 при его качении по сопрягаемым поверхностям секций 1 и 2 продолжают прижимать его к ним. При перемещении секции 2 вверх защитное кольцо 10 скользит по внутренней поверхности секции 1 и препятствует проникновению частиц твердой фазы внутрь зазора 11 в пространство между этим кольцом и уплотнительным кольцом 9. В момент завершения стадии сорбции процесс набухания ионита прекращается, его объем достигает максимальной величины, внутренняя подвижная секция 2 останавливается на максимальной высоте и остается на этой высоте вплоть до начала стадии промывки.At the sorption stage, the initial solution is fed into the apparatus through the lower device 4 for supplying and exiting process liquids. This solution is filtered through ion exchanger and leaves the apparatus through the top 7 device for supplying and exiting process liquids. Ionite at this stage swells (increases in volume) and exerts pressure on the inner surface of the apparatus. Due to the fact that the inner section 2 is not rigidly connected to the outer section 1, but has a degree of freedom along the vertical axis, it moves upward at a speed proportional to the rate of swelling of the ion exchanger. The sealing ring 9 moves, freely rolling inside the gap 11 along the inner surface of the outer section 1 towards its upper end and along the outer surface of the inner section 2 towards its lower end. The tightness of the movable connection of sections 1 and 2 with each other remains unchanged, since the elastic forces of the material of the ring 9 when it rolls on the mating surfaces of sections 1 and 2 continue to press it to them. When moving section 2 upwards, the protective ring 10 slides along the inner surface of section 1 and prevents the penetration of solid particles into the gap 11 between the ring and the sealing ring 9. At the end of the sorption stage, the swelling of the ion exchanger stops, its volume reaches its maximum value, the inner the movable section 2 stops at the maximum height and remains at this height until the start of the washing stage.

В некоторых случаях при пропускании через твердую фазу (ионит) растворов щелочей выделяется углекислый газ по формуле: R-H + Na2CO3 = R-Na + Н2О + СО2↑, что приводит к повышению внутреннего давления в аппарате. В этом случае секция 2 автоматически приподнимается на высоту, соответствующую величине избыточного давления газа, а после выхода газа вместе с отработанным раствором и выравнивания внутреннего давления автоматически опускается на прежнее место.In some cases, when alkali solutions are passed through the solid phase (ion exchanger) of alkali solutions, carbon dioxide is released according to the formula: RH + Na 2 CO 3 = R-Na + Н 2 О + СО 2 ↑, which leads to an increase in the internal pressure in the apparatus. In this case, section 2 is automatically raised to a height corresponding to the excess gas pressure, and after the gas escapes along with the spent solution and the internal pressure is equalized, it automatically falls back to its original place.

Следующая стадия (промывка) необходима для вытеснения исходного раствора из порозностного пространства перед стадией регенерации. Промывку проводят дистиллированной водой, подавая ее сверху вниз. Внутренняя секция 2 в течение данной стадии может еще подняться вверх, так как некоторые иониты (например, КБ-4) в разбавленных растворах набухают интенсивнее, чем в концентрированных, а в данном случае происходит именно разбавление предыдущего раствора до его полного вытеснения. К концу промывки разбухание твердой фазы прекращается, и секция 2 находится в наивысшей точке своего подъема.The next stage (washing) is necessary to displace the initial solution from the porous space before the regeneration stage. Rinsing is carried out with distilled water, feeding it from top to bottom. The inner section 2 may still rise upward during this stage, since some ion exchangers (for example, KB-4) swell more intensively in diluted solutions than in concentrated ones, and in this case the previous solution is diluted until it is completely displaced. At the end of the flushing, the swelling of the solid phase ceases, and section 2 is at the highest point of its rise.

На стадии регенерации регенерационный раствор подают снизу вверх, как и на стадии сорбции. На этой стадии объем ионита уменьшается, одновременно опускается вниз под действием собственного веса внутренняя секция 2 аппарата. Уплотнительное кольцо 9 перемещается, беспрепятственно перекатываясь внутри зазора 11 по внутренней поверхности наружной секции 1 по направлению к ее нижнему торцу и по наружной поверхности внутренней секции 2 по направлению к ее верхнему торцу. В конце стадии регенерации объем твердой фазы (в данном случае - ионита) и положение внутренней секции 2 оказываются в исходном состоянии, как перед стадией сорбции.At the regeneration stage, the regeneration solution is supplied from the bottom up, as at the sorption stage. At this stage, the volume of the ion exchanger decreases, at the same time, the internal section 2 of the apparatus falls down under the influence of its own weight. The sealing ring 9 moves, freely rolling inside the gap 11 along the inner surface of the outer section 1 towards its lower end and along the outer surface of the inner section 2 towards its upper end. At the end of the regeneration stage, the volume of the solid phase (in this case, the ion exchanger) and the position of the inner section 2 are in the initial state, as before the sorption stage.

Осуществляемая после стадии регенерации стадия промывки необходима для вытеснения регенерационного раствора из порозностного пространства перед очередной стадией сорбции. Промывку проводят дистиллированной водой, подавая ее сверху вниз. Внутренняя секция 2 в течение этой стадии находится неподвижно в нижнем положении, так как объем твердой фазы (в данном случае - ионита) не изменяется. По завершении этой стадии аппарат готов к следующему циклу процесса.The washing stage carried out after the regeneration stage is necessary to displace the regeneration solution from the porous space before the next sorption stage. Rinsing is carried out with distilled water, feeding it from top to bottom. The inner section 2 during this stage is stationary in the lower position, since the volume of the solid phase (in this case, the ion exchanger) does not change. Upon completion of this stage, the apparatus is ready for the next cycle of the process.

Как видно из приведенного описания, предлагаемая конструкция аппарата обеспечивает автоматическое увеличение его рабочего (внутреннего) объема вслед за увеличением объема находящихся в аппарате и поступающих в него веществ. При этом сохраняется герметичность соединения движущихся частей аппарата и отсутствует необходимость в приложении внешних усилий для уменьшения внутреннего объема аппарата и возвращения его к исходному состоянию вслед за уменьшением объема находящихся в нем веществ.As can be seen from the above description, the proposed design of the apparatus provides an automatic increase in its working (internal) volume after an increase in the volume of substances in the apparatus and entering it. At the same time, the tightness of the connection of the moving parts of the apparatus is maintained and there is no need to apply external forces to reduce the internal volume of the apparatus and return it to its original state following a decrease in the volume of substances contained in it.

Источники информацииInformation sources

1. Ю.И. Дытнерский. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. - Москва, "Химия", 1995, - 368 с.1. Yu.I. Dytnersky. Processes and devices of chemical technology. Part 2. Mass transfer processes and devices. - Moscow, "Chemistry", 1995, - 368 p.

2. Д.А. Баранов, A.M. Кутепов. Процессы и аппараты. - Москва, "Химия", 2004, - 304 с.2. D.A. Baranov, A.M. Kutepov. Processes and apparatuses. - Moscow, "Chemistry", 2004, - 304 p.

3. Патент РФ №2434679, опубл. 27.11.2011.3. RF patent No. 2434679, publ. 11/27/2011.

4. Авторское свидетельство СССР №1603118, опубл. 3010.1990.4. Copyright certificate of the USSR No. 1603118, publ. 3010.1990.

Claims (2)

1. Аппарат для проведения массообменных и химических процессов, содержащий вертикальный корпус с верхним и нижними устройствами для подачи и выхода технологических жидкостей и узлами для загрузки и выгрузки твердой фазы, расположенными, соответственно, вверху и внизу корпуса, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде верхней секции, вверху которой расположены указанные верхнее устройство для подачи и выхода технологических жидкостей и узел для загрузки твердой фазы, и нижней секции, внизу которой расположены указанные нижнее устройство для подачи и выхода технологических жидкостей и узел для выгрузки твердой фазы, эти секции имеют цилиндрическую форму, установлены коаксиально с радиальным зазором и имеют гладкие обращенные друг к другу поверхности, причем нижняя секция является наружной и неподвижна, а верхняя секция является внутренней и подвижна относительно нижней в осевом направлении, между обращенными друг к другу поверхностями верхней и нижней секций непосредственно в указанном зазоре установлено герметизирующее уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения из упругого эластичного материала, размещенное с плотным прилеганием к этим поверхностям и возможностью перекатывания по ним без скольжения на протяжении всего пути возможного перемещения верхней секции.1. Apparatus for conducting mass transfer and chemical processes, comprising a vertical housing with upper and lower devices for supplying and exiting process liquids and units for loading and unloading a solid phase located, respectively, at the top and bottom of the housing, characterized in that the housing is made in the form the upper section, at the top of which are indicated the upper device for supplying and exiting process liquids and a unit for loading the solid phase, and the lower section, at the bottom of which are located the lower devices for supplying and exiting process fluids and a unit for unloading the solid phase, these sections are cylindrical in shape, mounted coaxially with a radial clearance and have smooth surfaces facing each other, the lower section being external and stationary, and the upper section being internal and relatively mobile axially lower, between the surfaces of the upper and lower sections facing each other, a sealing transverse round sealing ring is installed directly in the specified gap o sections of elastic material, placed snugly against these surfaces and can be rolled over without slipping along the entire path of the possible movement of the upper section. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что внизу верхней секции на ее поверхности, обращенной к нижней секции, неподвижно установлено защитное кольцо для предотвращения попадания твердой фазы в зазор между верхней и нижней секциями. 2. The apparatus according to claim 1, characterized in that at the bottom of the upper section on its surface facing the lower section, a protective ring is fixedly mounted to prevent the solid phase from entering the gap between the upper and lower sections.
RU2015113300/05A 2015-04-10 2015-04-10 Apparatus for mass exchange and chemical processes RU2599057C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015113300/05A RU2599057C1 (en) 2015-04-10 2015-04-10 Apparatus for mass exchange and chemical processes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015113300/05A RU2599057C1 (en) 2015-04-10 2015-04-10 Apparatus for mass exchange and chemical processes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2599057C1 true RU2599057C1 (en) 2016-10-10

Family

ID=57127371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015113300/05A RU2599057C1 (en) 2015-04-10 2015-04-10 Apparatus for mass exchange and chemical processes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2599057C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3180825A (en) * 1961-05-29 1965-04-27 I A C Internat Analyzer Compan Process for the treatment of fluids
US4294699A (en) * 1978-05-29 1981-10-13 Willy Herrmann Apparatus for purifying a liquid by ion-exchange
SU1603118A1 (en) * 1988-12-21 1990-10-30 Ленинградское Отделение Государственного Республиканского Института По Проектированию Коммунальных Водопроводов И Канализаций "Гипрокоммунводоканал" Sealing diaphragm
RU102195U1 (en) * 2010-09-30 2011-02-20 Иван Стефанович Горелов FILTER MATERIAL AND FILTER FOR WATER TREATMENT
RU2434679C1 (en) * 2010-06-03 2011-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Технологическая Компания "Новая Химия" Method of mass-exchange sorption, apparatus to this end, industrial plant for separation of inorganic matter water solutions, and apparatus to separate organic fluids from water solutions
WO2013126405A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-29 Bio-Rad Laboratories, Inc. Preparative chromatography column

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3180825A (en) * 1961-05-29 1965-04-27 I A C Internat Analyzer Compan Process for the treatment of fluids
US4294699A (en) * 1978-05-29 1981-10-13 Willy Herrmann Apparatus for purifying a liquid by ion-exchange
SU1603118A1 (en) * 1988-12-21 1990-10-30 Ленинградское Отделение Государственного Республиканского Института По Проектированию Коммунальных Водопроводов И Канализаций "Гипрокоммунводоканал" Sealing diaphragm
RU2434679C1 (en) * 2010-06-03 2011-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Технологическая Компания "Новая Химия" Method of mass-exchange sorption, apparatus to this end, industrial plant for separation of inorganic matter water solutions, and apparatus to separate organic fluids from water solutions
RU102195U1 (en) * 2010-09-30 2011-02-20 Иван Стефанович Горелов FILTER MATERIAL AND FILTER FOR WATER TREATMENT
WO2013126405A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-29 Bio-Rad Laboratories, Inc. Preparative chromatography column

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160100540A (en) Polishing head and polishing carrier apparatus having the same
RU2599057C1 (en) Apparatus for mass exchange and chemical processes
CN111871622A (en) Centrifugal separation device for chemical production
CN204462050U (en) Sulfur hexafluoride property testing and observation experiment device
EA202191689A1 (en) UPFLOW REACTOR
US20140116950A1 (en) Device and Method for Recovering a Recovering Material from a Recovering Fluid Containing the Recovering Material
EP1920807A3 (en) Method and apparatus for minimizing accumulation of polymer on process equipment, especially safety devices
CN105329572A (en) Liquid level adjusting mechanism of sewage reservoir
JP6349566B2 (en) Uniaxial eccentric screw pump
CN209575913U (en) A kind of Novel filter cartridge filter
CN103090034A (en) Wedge-caulking parallel sluice valve
CN208793631U (en) It is a kind of can multi-angle installation vacuum valve
EP3080600B1 (en) Piston and process column
KR101504917B1 (en) By-product gas holder
JP2000102825A (en) Method and device for pipe molding
CN107061764B (en) Moment shut-off valve
CN202648886U (en) Pressure testing tool for hook ring floating head heat exchanger
CN206736326U (en) Degasification tank is rolled up in a kind of aluminium casting
CN201795268U (en) Piston type leak-proof gas valve for gas liquor discharge
KR101823410B1 (en) Connector of pipes and remving method of foreign matter
KR200409709Y1 (en) Pipe sealing apparatus for hydrostatic test
CN203303732U (en) Front-end support and sealing device of center drain pipe of cloth filter equipment
CN106311082B (en) A kind of mechanical seal compensator supplementary structure on reaction kettle
CN218717871U (en) Hydraulic cylinder with guiding mechanism
CN215995869U (en) Filter valve convenient to renew cartridge more