RU2660150C1 - Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube - Google Patents

Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube Download PDF

Info

Publication number
RU2660150C1
RU2660150C1 RU2017118422A RU2017118422A RU2660150C1 RU 2660150 C1 RU2660150 C1 RU 2660150C1 RU 2017118422 A RU2017118422 A RU 2017118422A RU 2017118422 A RU2017118422 A RU 2017118422A RU 2660150 C1 RU2660150 C1 RU 2660150C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
liquid
pulsation
nozzles
larger
Prior art date
Application number
RU2017118422A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руфат Шовкет оглы Абиев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
Priority to RU2017118422A priority Critical patent/RU2660150C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660150C1 publication Critical patent/RU2660150C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0426—Counter-current multistage extraction towers in a vertical or sloping position
    • B01D11/0438—Counter-current multistage extraction towers in a vertical or sloping position comprising vibrating mechanisms, electromagnetic radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/41—Emulsifying
    • B01F23/411—Emulsifying using electrical or magnetic fields, heat or vibrations
    • B01F23/4111—Emulsifying using electrical or magnetic fields, heat or vibrations using vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/65—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms the materials to be mixed being directly submitted to a pulsating movement, e.g. by means of an oscillating piston or air column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/81—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations by vibrations generated inside a mixing device not coming from an external drive, e.g. by the flow of material causing a knife to vibrate or by vibrating nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/87—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations transmitting the vibratory energy by means of a fluid, e.g. by means of air shock waves

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to devices for performing mass exchange processes in heterogeneous liquid-solid particles and liquid-liquid systems (for example, dissolution, dehydration, emulsification, extraction), especially for processes in which solid particles tend to form large, hardly soluble pieces, for example, formed during the absorption of atmospheric moisture or when a solid is in contact with a liquid, and after dissolution of the solid phase, the process of interaction between a heavy concentrated solution and unreacted light liquid continues, or when a polydisperse mixture of particles forming a dense precipitate, including a gel-like one, is suspended. Invention can be used in chemical, petrochemical, pharmaceutical, food, biotechnological and other industries. Pulsating apparatus contains a vertical housing with a pulsating tube placed therein with a gap formed with the bottom. Source of pneumatic pulsations is connected to an upper end of the pulsation tube by means of a pulse line. Pulsating tube is stepped with a transition from a larger diameter pipe in the upper part to a pipe of a smaller diameter at the bottom. In an annular gap between the pipes of larger and smaller diameter, a ring with nozzles is hermetically sealed in the lower plane of the larger diameter pipe. Nozzles are arranged uniformly along the circumference of the ring and are directed downward with alternating angles to the vertical 5–10° and 25–60°.
EFFECT: increase the efficiency of the device and improve the conditions of mixing.
5 cl, 8 ex, 10 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - твердые частицы и жидкость - жидкость (например, растворение, дегидратация, эмульгирование, экстрагирование), в особенности для процессов, в которых твердые частицы склонны к образованию больших труднорастворимых кусков, например, образующихся при абсорбции атмосферной влаги либо при контакте твердой фазы с жидкостью, а после растворения твердой фазы продолжается процесс взаимодействия между тяжелым концентрированным раствором и непрореагировавшей легкой жидкостью, либо при суспендировании полидисперсной смеси частиц, образующих плотный осадок, в том числе гелеобразный, и может быть использовано в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой, биотехнологической и других отраслях промышленности.The present invention relates to apparatus for carrying out mass transfer processes in heterogeneous liquid-solid systems and liquid-liquid systems (e.g., dissolution, dehydration, emulsification, extraction), especially for processes in which solid particles tend to form large, sparingly soluble pieces, for example formed upon absorption of atmospheric moisture or upon contact of a solid phase with a liquid, and after dissolution of the solid phase, the process of interaction between the heavy concentra solution, and unreacted lighter liquid, or by slurrying a mixture of polydisperse particles forming a dense precipitate, including a gel, and may be used in the chemical, petrochemical, pharmaceutical, food, biotechnology and other industries.

Известен пульсационный аппарат (МПК5 В01F 11/00, пат. РФ №2004316, 1993 г.), содержащий вертикальный корпус с размещенной в нем центральной трубой с открытым нижним концом, к верхнему концу которой присоединен источник пульсаций в виде штока с подпружиненной тарелкой, снабженный регулятором давления, динамическим компенсатором и упругими опорами, при этом центральная труба в верхней части заглушена и подсоединена к регулятору давления, а в центральной трубе выполнены переточные патрубки коноидальной формы. За счет нелинейности сопротивлений переточных патрубков в аппарате возникает циркуляционное течение, способствующее интенсификации массопереноса. Кроме того, массоперенос интенсифицируется за счет резонансных колебаний жидкости.Known pulsation apparatus (IPC 5 V01F 11/00, US Pat. RF No. 2004316, 1993), comprising a vertical housing with a central pipe located in it with an open lower end, to the upper end of which is connected a ripple source in the form of a rod with a spring-loaded plate, equipped with a pressure regulator, a dynamic compensator and elastic supports, while the central pipe in the upper part is plugged and connected to the pressure regulator, and conoid-shaped overflow pipes are made in the central pipe. Due to the nonlinearity of the resistances of the overflow nozzles, a circulation flow arises in the apparatus, which contributes to the intensification of mass transfer. In addition, mass transfer is intensified due to resonant fluid oscillations.

Во многих процессах (например, при растворении тяжелых частиц, либо при растворении частиц щелочи, которые быстро оплавляются, образуя крупные агрегаты частиц, покрытые труднопроницаемой коркой, погруженные в вязкую гелеобразную массу) это служит серьезным барьером на пути к повышению скорости массопереноса. Кроме того, в процессах, связанных с необходимостью эмульгирования (например, при жидкостной экстракции, при дегидратации жидкости концентрированным раствором щелочи), сильно сказывается неравномерность распределения вводимой в аппарат энергии, в результате чего удовлетворительное эмульгирование происходит только у нижнего среза трубы, а в целом эффективность известного аппарата недостаточно высокая.In many processes (for example, when dissolving heavy particles, or when dissolving alkali particles, which quickly melt, forming large aggregates of particles, covered with an impenetrable crust, immersed in a viscous gel-like mass), this serves as a serious barrier to increasing the mass transfer rate. In addition, in the processes associated with the need for emulsification (for example, during liquid extraction, when the liquid is dehydrated with a concentrated alkali solution), the uneven distribution of the energy introduced into the apparatus is strongly affected, as a result of which satisfactory emulsification occurs only at the lower end of the pipe, and overall known device is not high enough.

К недостаткам известного аппарата относятся: при наличии в аппарате слоя твердых частиц, склонных к образованию больших труднорастворимых кусков, либо при суспендировании полидисперсной смеси части, образующих плотный осадок, нижняя часть трубы оказывается погруженной в слой частиц, и пульсации в ней не происходят. Вся энергия колебаний направляется в струи, образуемые в патрубках коноидальной формы; вследствие горизонтальной направленности этих патрубков струи не способствуют быстрому растворению и суспендированию слоя твердых частиц, в итоге процесс в основном определяется молекулярной диффузией, а перемешивание жидкости над слоем частиц лишь незначительно ускоряет массообменные процессы.The disadvantages of the known apparatus include: in the presence of a layer of solid particles in the apparatus, prone to the formation of large sparingly soluble pieces, or when the polydisperse mixture is suspended in a part forming a dense precipitate, the lower part of the pipe is immersed in the particle layer and pulsations do not occur in it. All vibration energy is directed into jets formed in conoidal nozzles; Due to the horizontal orientation of these nozzles, the jets do not contribute to the rapid dissolution and suspension of the layer of solid particles, as a result, the process is mainly determined by molecular diffusion, and mixing of the liquid above the layer of particles only slightly accelerates mass transfer processes.

Известен пульсационный аппарат (МПК5 В01F 11/00, пат. РФ №2033855, 1995 г.), содержащий емкость с коническим рассекателем на днище, центральную трубу с открытым нижним концом с образованием зазора с днищем, герметизированную в верхней части и снабженной побудителем колебаний, соединенным с генератором колебаний, и упругими элементами в центральной трубе и кольцевой камере, побудитель колебаний установлен в верхней части центральной трубы при отношении величины зазора между ней и днищем к ее диаметру выбрано в диапазоне 0,3-0,65. Благодаря заявленным в изобретении параметрам при его использовании в резонансном режиме пульсаций достигается упрощение конструкции и снижение энергетических затрат.Known pulsation apparatus (IPC 5 V01F 11/00, US Pat. RF No. 2033855, 1995), containing a container with a conical divider on the bottom, a Central pipe with an open lower end to form a gap with a bottom, sealed in the upper part and equipped with a vibration stimulator connected to the oscillation generator, and the elastic elements in the Central tube and the annular chamber, the vibration stimulator is installed in the upper part of the Central pipe when the ratio of the gap between it and the bottom to its diameter is selected in the range of 0.3-0.65. Thanks to the parameters stated in the invention, when used in the resonant mode of pulsations, a simplification of the design and reduction of energy costs are achieved.

Недостатком известного аппарата является наличие единственного протока через нижний конец центральной трубы, расположенный достаточно близко к дну аппарата. При заполнении аппарата твердой фазой труба заваливается слоем частиц, и пульсации жидкости через плотный слой в результате ее фильтрации становятся практически малозаметными, а при работе с веществами, склонными к гелеобразованию и затвердеванию выход жидкости из трубы полностью блокируется. В итоге возможности резонансного режима колебаний остаются не реализованными, и процессы растворения, суспендирования и эмульгирования определяются только молекулярной диффузией, а почти вся энергия привода расходуется на увеличение энтропии.A disadvantage of the known apparatus is the presence of a single duct through the lower end of the central pipe, located quite close to the bottom of the apparatus. When the apparatus is filled with a solid phase, the pipe is covered with a layer of particles, and the pulsations of the liquid through the dense layer as a result of its filtration become almost invisible, and when working with substances prone to gelation and solidification, the liquid exit from the pipe is completely blocked. As a result, the possibilities of the resonant mode of oscillation remain unrealized, and the processes of dissolution, suspension and emulsification are determined only by molecular diffusion, and almost all of the drive energy is spent on increasing entropy.

Наиболее близким к заявляемому является пульсационный аппарат (МПК5 В01F 11/00, пат. РФ №2497579, 2012 г.), содержащий вертикальный корпус с размещенной в нем трубой с образованием зазора с днищем, к верхнему концу которой присоединен источник пневматических пульсаций, упругими элементами в центральной трубе и кольцевой камере, согласно изобретению, нижняя часть трубы закрыта крышкой, в крышке и в погруженной в жидкость части трубы равномерно по их поверхностям установлены патрубки, при этом оси патрубков, установленных на крышке, расположены нормально к ее поверхности, а оси патрубков, установленных на трубе, расположены горизонтально либо опущены вниз под углом от 0° до 70°, причем отношение величины зазора между трубой и днищем к ее диаметру выполнено в диапазоне 0,5-2,0. В известном изобретении достигается равномерное распределение энергии пульсаций по объему аппарата, за счет создания высоких значений относительной скорости фаз, тонкого эмульгирования одной жидкой фазы в другой и дозированного ввода энергии в гетерогенную систему с заданной интенсивностью.Closest to the claimed is a pulsation apparatus (IPC 5 V01F 11/00, Pat. RF No. 2497579, 2012), containing a vertical housing with a pipe placed in it with the formation of a gap with a bottom, to the upper end of which is connected a source of pneumatic pulsations, elastic elements in the Central tube and the annular chamber, according to the invention, the lower part of the pipe is closed by a lid, in the lid and in the part of the pipe immersed in the liquid nozzles are evenly installed on their surfaces, while the axis of the nozzles mounted on the lid are normal flax to its surface, and the nozzle axis, mounted on a pipe arranged horizontally or lowered downward at an angle from 0 ° to 70 °, wherein the ratio of the clearance between the tube and the head to its diameter is made in the range of 0.5-2.0. In the known invention, a uniform distribution of the energy of the pulsations is achieved over the volume of the apparatus, due to the creation of high values of the relative speed of the phases, the fine emulsification of one liquid phase into another and the metered introduction of energy into a heterogeneous system with a given intensity.

Вместе с тем, при проведении процессов с твердыми веществами, склонными к образованию больших труднорастворимых кусков либо про формировании на их поверхности плотной корки, например, в результате гидратации гранулированной щелочи, при растворении полидисперсных материалов высокой плотности, образующих плотный непроницаемый осадок, при большом соотношении массовых долей твердой и жидкой фаз в аппарате, выполненном по известному изобретению, происходит забивание нижних рядов сопел, и струи жидкости из них не способны пробиться через плотный слой твердой фазы. В результате работают только несколько верхних рядов сопел, оказавшихся выше уровня твердого осадка, но в силу того, что струи не направлены непосредственно на слой твердых частиц, растворение происходит значительно медленней. Кроме того, из-за того, что большая часть сопел оказывается недоступной для движения жидкости, в два раза и более снижается общая площадь сечения открытых сопел (по сравнению с площадью всех сопел), в итоге резко возрастает гидравлическое сопротивление открытых сопел, и скорость пульсаций в них снижается настолько, что затухание в колебательной системе приближается к критическому, выше которого резонансное увеличение амплитуды колебаний не проявляется. Это также приводит к ухудшению условий суспендирования (взвешивания) частиц, их растворения и эмульгирования.At the same time, when carrying out processes with solids prone to the formation of large hard-soluble pieces or the formation of a dense crust on their surface, for example, as a result of hydration of granular alkali, when dissolving high-density polydisperse materials forming a dense impermeable precipitate, with a large mass ratio the fraction of solid and liquid phases in the apparatus made according to the known invention, the lower rows of nozzles become clogged, and the liquid jets from them are not able to break through solid layer solid phase. As a result, only a few upper rows of nozzles work, which are higher than the level of solid sediment, but due to the fact that the jets are not directed directly to the layer of solid particles, dissolution is much slower. In addition, due to the fact that most of the nozzles are inaccessible for fluid movement, the total cross-sectional area of open nozzles is reduced by half or more (compared to the area of all nozzles), as a result, the hydraulic resistance of open nozzles increases sharply, and the pulsation rate In them, it decreases so much that the attenuation in the oscillatory system approaches critical, above which the resonant increase in the amplitude of the oscillations does not occur. This also leads to a deterioration in the conditions of suspension (weighing) of particles, their dissolution and emulsification.

Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы аппарата и улучшение условий перемешивания за счет перераспределения энергии пульсаций по зонам аппарата по мере растворения больших труднорастворимых кусков твердой фазы, а также суспендирования плотных слоев твердых частиц за счет тонкого «эмульгирования» одной жидкой фазы (высококонцентрированного раствора) в другой (в низкоконцентрированном растворе) путем создания высоких значений относительной скорости фаз и распределенного ввода энергии в гетерогенную систему с заданной интенсивностью.The objective of the invention is to increase the efficiency of the apparatus and improve the mixing conditions due to the redistribution of the energy of the pulsations over the zones of the apparatus as it dissolves large hard-soluble pieces of the solid phase, as well as the suspension of dense layers of solid particles due to the thin "emulsification" of one liquid phase (highly concentrated solution) in another (in a low concentrated solution) by creating high values of the relative phase velocity and distributed energy input into the heterogeneous system mu with a given intensity.

Поставленная задача достигается тем, что в пульсационном аппарате для проведения массообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - твердые частицы и жидкость - жидкость, содержащем вертикальный корпус с размещенной в нем пульсационной трубой с образованием зазора с днищем, к верхнему концу которой посредством пульсопровода присоединен источник пневматических пульсаций, газонаполненные упругие элементы в пульсационной трубе и кольцевой камере, согласно изобретению, пульсационная труба выполнена ступенчатой с переходом от трубы большего диаметра в верхней части к трубе меньшего диаметра в нижней части, а в кольцевом зазоре между трубами большего и меньшего диаметра на нижней плоскости трубы большего диаметра герметично установлено кольцо с соплами, распложенными равномерно по окружности кольца, направленными вниз с чередующимися углами к вертикали 5°-10° и 25°-60°, причем на боковой поверхности трубы большего диаметра установлен дополнительный ряд сопел, направленных с чередующимися углами к вертикали вниз с углом к вертикали 25°-60° и вверх с углом к вертикали 25°-60°.The problem is achieved in that in a pulsating apparatus for carrying out mass transfer processes in heterogeneous liquid-solid and liquid-liquid systems containing a vertical housing with a pulsating tube placed in it to form a gap with a bottom, to the upper end of which a pulsating source is connected gas-filled elastic elements in the pulsation tube and the annular chamber, according to the invention, the pulsation tube is made stepped with the transition from t loss of a larger diameter in the upper part to a pipe of a smaller diameter in the lower part, and in the annular gap between the pipes of larger and smaller diameter on the lower plane of the pipe of a larger diameter, a ring with nozzles arranged uniformly around the circumference of the ring, directed downward with alternating angles to the vertical 5 ° -10 ° and 25 ° -60 °, and on the side surface of the pipe of larger diameter an additional row of nozzles is installed, directed with alternating angles to the vertical downward with an angle to the vertical 25 ° -60 ° and upward with an angle to the vertical 25 ° -60 °.

Поставленная задача достигается также тем, что в пульсационном аппарате соотношение диаметров труб большего и меньшего диаметра выдержано в интервале 1,2-2, а количество сопел выбрано таким, чтобы общая площадь их поперечного сечения, отнесенная к площади кольцевого зазора между трубами большего и меньшего диаметра, составляла не менее 0,25.The task is also achieved by the fact that in the pulsating apparatus, the ratio of the diameters of the pipes of larger and smaller diameters is maintained in the range of 1.2-2, and the number of nozzles is selected so that the total cross-sectional area related to the area of the annular gap between the pipes of larger and smaller diameters , was at least 0.25.

Поставленная задача достигается также тем, что в пульсационном аппарате переход от верхней части пульсационной трубы к пульсопроводу расположен внутри аппарата на высоте, на 150-200 мм превышающей уровень заполнения аппарата жидкостью, а концы сопел находятся на высоте не выше 100-150 мм и не ниже 50-70 мм уровня слоя твердых частиц, отношение величины зазора между торцом трубы меньшего диаметра и днищем к ее диаметру выполнено в диапазоне 0,3-0,7, а на дне аппарата установлен конический рассекатель.The task is also achieved by the fact that in the pulsating apparatus, the transition from the upper part of the pulsating tube to the pulse conduit is located inside the apparatus at a height of 150-200 mm higher than the level of filling the apparatus with liquid, and the ends of the nozzles are at a height of not higher than 100-150 mm and not lower 50-70 mm level of the layer of solid particles, the ratio of the gap between the end of the pipe of smaller diameter and the bottom to its diameter is made in the range of 0.3-0.7, and a conical divider is installed at the bottom of the apparatus.

Поставленная задача достигается также тем, что в пульсационном аппарате источник пневматических пульсаций выполнен в виде мембранного или сильфонного блока, снабженного электромеханическим приводом, либо в виде управляемого пневматического клапана, соединенного с источником сжатого газа-инерта.The task is also achieved by the fact that in the pulsating device, the source of pneumatic pulsations is made in the form of a membrane or bellows unit equipped with an electromechanical drive, or in the form of a controlled pneumatic valve connected to a source of compressed inert gas.

Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы аппарата, улучшение условий перемешивания на каждой из стадий процесса за счет перераспределения энергии пульсаций по зонам аппарата, интенсификация массообмена в гетерогенных системах жидкость - твердые частицы и жидкость - жидкость, более эффективное использование вводимой в аппарат энергии. Этот результат достигается за счет применения двухступенчатой конструкции пульсационной трубы, позволяющей повысить равномерность распределения энергии пульсаций по объему аппарата на разных стадиях процесса.The technical result is to increase the reliability and efficiency of the apparatus, improve the mixing conditions at each stage of the process due to the redistribution of pulsation energy over the zones of the apparatus, the intensification of mass transfer in heterogeneous systems liquid - solid particles and liquid - liquid, more efficient use of energy introduced into the apparatus. This result is achieved through the use of a two-stage design of the pulsation pipe, which makes it possible to increase the uniformity of the distribution of pulsation energy over the volume of the apparatus at different stages of the process.

Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.The claimed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable.

На фиг. 1 представлен общий вид аппарата, на фиг. 2 и 3 - вид А (варианты исполнения 1 и 2), на фиг. 4 - вид Б и сечение В-В. На фиг. 5 а-в изображены стадии работы аппарата в процессе размывания осадка, на фиг. 5 г - особенности формирования потоков при наличии дополнительных боковых сопел 12. На фиг. 6 представлена схема работы аппарата при эмульгировании. На фиг. 7 представлена схема аппарата с источником пневматических пульсаций в виде управляемого пневматического клапана, соединенного с источником сжатого газа-инерта.In FIG. 1 shows a general view of the apparatus, FIG. 2 and 3 - view A (versions 1 and 2), in FIG. 4 - view B and section B-C. In FIG. 5 a-c depict the stages of operation of the apparatus in the process of erosion of the sediment; 5 g - features of the formation of flows in the presence of additional side nozzles 12. In FIG. 6 shows a diagram of the operation of the apparatus during emulsification. In FIG. 7 is a diagram of an apparatus with a source of pneumatic pulsations in the form of a controlled pneumatic valve connected to a source of compressed inert gas.

Пульсационный аппарат для проведения массообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - твердые частицы и жидкость - жидкость содержит вертикальный корпус 1 с размещенной в нем пульсационной трубой 2 с образованием зазора h1 с днищем 3, к верхнему концу которой посредством пульсопровода 4 присоединен источник пневматических пульсаций 5. Над уровнем жидкости в кольцевой камере между трубой 2 и корпусом 1 аппарата и в трубе 2 при частичном заполнении аппарата формируются газонаполненные упругие элементы 6 и 7. При необходимости организации «дыхания» аппарата (непрерывного протока газа-инерта, вводимого в кольцевую камеру между трубой 2 и корпусом 1) упругий элемент 6 может быть открытым, т.е. сообщаться с системой конденсации паров и очистки газов, как показано на фиг. 7.The pulsation apparatus for conducting mass transfer processes in heterogeneous liquid-solid particles and liquid-liquid systems contains a vertical housing 1 with a pulsation pipe 2 placed in it with the formation of a gap h 1 with a bottom 3, to the upper end of which a pneumatic pulsation source 5 is connected via a pulse duct 4. Above the liquid level in the annular chamber between the pipe 2 and the casing 1 of the apparatus and in the pipe 2, when the apparatus is partially filled, gas-filled elastic elements 6 and 7 are formed. ation "breathing" apparatus (continuous gas flow-inert, introduced into the annular space between the pipe 2 and casing 1), the elastic member 6 may be open, i.e., communicate with a vapor condensation and gas purification system as shown in FIG. 7.

Наличие газонаполненных элементов позволяет установить собственную частоту колебаний системы «жидкость-частицы-газонаполненные элементы» в диапазоне значений порядка 0,3-15 Гц (в зависимости от размера аппарата) и позволяет вести процесс в резонансном режиме колебаний с использованием электромеханического привода.The presence of gas-filled elements allows you to set your own oscillation frequency of the system "liquid-particles-gas-filled elements" in the range of values of the order of 0.3-15 Hz (depending on the size of the apparatus) and allows you to conduct the process in the resonant mode of oscillation using an electromechanical drive.

Пульсационная труба 2 выполнена ступенчатой с переходом от трубы 8 большего диаметра в верхней части к трубе 9 меньшего диаметра в нижней части, а в кольцевом зазоре между трубами большего 8 и меньшего 9 диаметра на нижней плоскости трубы 8 большего диаметра герметично установлено кольцо 10 с соплами 11, расположенными равномерно по окружности кольца 10, направленными вниз с чередующимися углами к вертикали ϕ1=5°-10° и ϕ2=25°-60°, причем на боковой поверхности трубы 8 большего диаметра установлен дополнительный ряд сопел 12, направленных с чередующимися углами к вертикали вниз с углом к вертикали ϕ3=25°-60° и вверх с углом к вертикали ϕ4=25°-60°. Чередование наклона сопел 11 и 12 показано на фиг. 4. Сопла 12 на фиг. 1 и фиг. 7 условно не показаны.The pulsation pipe 2 is made stepwise with a transition from a pipe 8 of a larger diameter in the upper part to a pipe 9 of a smaller diameter in the lower part, and in the annular gap between pipes of a larger 8 and smaller 9 diameter on the lower plane of the pipe 8 of a larger diameter, a ring 10 with nozzles 11 arranged uniformly along the circumference of the ring 10 directed downward with alternating angles to the vertical φ 1 = 5 ° -10 ° and φ 2 = 25 ° -60 °, wherein the side surface of the larger diameter tube 8 an additional row of nozzles 12 directed with alternating Misia angles to the vertically downward with an angle to the vertical φ 3 = 25 ° -60 ° and up to an angle to the vertical φ 4 = 25 ° -60 °. Alternating inclination of nozzles 11 and 12 is shown in FIG. 4. Nozzles 12 in FIG. 1 and FIG. 7 conventionally not shown.

Выполнение данных условий позволяет размыть при помощи струй, истекающих через сопла 11, доступ к трубе 9, а труба 9, обладающая большим проходным сечением, обеспечивает высокую интенсивность колебаний.The fulfillment of these conditions allows you to blur with the help of the jets flowing through the nozzle 11, access to the pipe 9, and the pipe 9, which has a large flow area, provides a high intensity of vibrations.

Соотношение диаметров труб большего 8 и меньшего 9 диаметра выдержано в интервалеThe ratio of pipe diameters greater than 8 and less than 9 diameters is maintained in the interval

Figure 00000001
Figure 00000001

где D1 - диаметр трубы 8; D2 - диаметр трубы 9,where D 1 is the diameter of the pipe 8; D 2 - the diameter of the pipe 9,

а количество сопел 11 и 12 выбрано таким, чтобы общая площадь их поперечного сечения, отнесенная к площади кольцевого зазора между трубами большего 8 и меньшего 9 диаметра, составляла не менее 0,25.and the number of nozzles 11 and 12 is selected so that the total cross-sectional area, referred to the area of the annular gap between pipes of a larger 8 and less than 9 diameter, is at least 0.25.

Выполнение условия (1) позволяет добиться такого распределения пульсирующих потоков жидкости между выходом из трубы 9 и соплами 11, 12, чтобы преобладающая часть энергии была направлена в зону наиболее тяжелого раствора (при растворении) или суспензии (при суспендировании), т.е. в придонную зону аппарата. Кроме того, при этих условиях затухание в системе, связанное с гидравлическим сопротивлением трубы 9 и сопел 11, 12, оказывается существенно ниже критического, и затрачиваемая энергия преимущественно направляется на суспендирование и растворение частиц.The fulfillment of condition (1) allows one to achieve such a distribution of pulsating fluid flows between the outlet of the pipe 9 and nozzles 11, 12 so that the predominant part of the energy is directed to the zone of the heaviest solution (during dissolution) or suspension (during suspension), i.e. into the bottom zone of the apparatus. In addition, under these conditions, the attenuation in the system associated with the hydraulic resistance of the pipe 9 and nozzles 11, 12 is significantly lower than critical, and the energy expended is mainly directed to the suspension and dissolution of the particles.

Переход от верхней части пульсационной трубы 2 к пульсопроводу 4 расположен внутри аппарата на высоте, превышающей уровень заполнения аппарата жидкостью на величинуThe transition from the upper part of the pulsation tube 2 to the pulse conduit 4 is located inside the apparatus at a height exceeding the level of filling the apparatus with liquid by an amount

Figure 00000002
Figure 00000002

а концы сопел 11 и 12 находятся на высоте h3 не выше 100-150 мм и не ниже 50-70 мм уровня h4 слоя твердых частиц 13, т.е. выполняется двойное неравенство:and the ends of the nozzles 11 and 12 are at a height of h 3 not higher than 100-150 mm and not lower than 50-70 mm of the level h 4 of the layer of solid particles 13, i.e. double inequality holds:

Figure 00000003
Figure 00000003

Выполнение условия (2) позволяет добиться свободных пульсаций жидкости в верхней части трубы 2, без риска ее соударений с переходом от пульсационной трубы 2 к пульсопроводу 4. Выполнение условия (3) позволяет достичь, с одной стороны, не слишком глубокого залегания сопел под слоем частиц (в противном случае, при h3<h4 - (50-70 мм), затруднен выход жидкости из них), с другой стороны, сохранения энергии струй, проникающих через толщу жидкости к поверхности слоя твердых частиц.The fulfillment of condition (2) allows to achieve free pulsations of the liquid in the upper part of the pipe 2, without the risk of collisions with the transition from the pulsation pipe 2 to the pulse conduit 4. The fulfillment of condition (3) allows to achieve, on the one hand, a not too deep bed of nozzles under a layer of particles (otherwise, when h 3 <h 4 - (50-70 mm), the liquid exit from them is difficult), on the other hand, the energy conservation of the jets penetrating through the thickness of the liquid to the surface of the layer of solid particles.

Отношение величины зазора между торцом трубы 9 меньшего диаметра и днищем аппарата к ее диаметру выполнено в диапазонеThe ratio of the gap between the end of the pipe 9 of a smaller diameter and the bottom of the apparatus to its diameter is made in the range

Figure 00000004
Figure 00000004

а на дне 3 аппарата установлен конический рассекатель 14 (показан на фиг. 3). Конический рассекатель 14 может быть установлен стационарно либо совмещен с подъемной тарелью донного сливного клапана 15.and at the bottom 3 of the apparatus a conical divider 14 is installed (shown in Fig. 3). The conical divider 14 can be installed permanently or combined with a lifting plate of the bottom drain valve 15.

Выполнение условия (4) позволяет получить максимальный эффект от струй пульсирующей жидкости, истекающих в щелевом зазоре между торцом трубы 9 и дном 3 аппарата. Конический рассекатель 14 позволяет более эффективно использовать объем аппарата, поскольку исключает возникновение застойных зон твердых частиц.The fulfillment of condition (4) allows you to get the maximum effect from the pulsating fluid jets expiring in the gap between the end of the pipe 9 and the bottom 3 of the apparatus. The conical divider 14 allows more efficient use of the volume of the apparatus, since it eliminates the occurrence of stagnant zones of solid particles.

Источник пневматических пульсаций 5 выполнен в виде мембранного или сильфонного блока (на фиг. 1 показан упрощенно), состоящего из электромеханического привода с регулируемой частотой пульсаций, периодически сжимающего сильфонную либо мембранную камеру (на фиг. 1 показаны условно в совокупности в виде блока 5), соединенного с пульсационной трубой 2 при помощи пульсопровода 4, представляющего собой трубу для передачи пневматических пульсаций (импульсов сжатого газа), либо в виде управляемого пневматического клапана 16, соединенного с источником сжатого газа-инерта (например, компрессора 17) для передачи энергии давления рабочей среде в аппарате на стадии подачи газа и с атмосферой (через систему конденсации паров и очистки газа, на фиг. 7 не показана) - для сброса накопленной энергии давления на стадии сброса газа. Пневматический клапан 16 управляется блоком генерирования импульсов 18.The source of pneumatic pulsations 5 is made in the form of a membrane or bellows block (in Fig. 1 is shown simplified), consisting of an electromechanical drive with an adjustable pulsation frequency, periodically compressing the bellows or membrane chamber (in Fig. 1 are conventionally shown together in the form of block 5), connected to the pulsation pipe 2 by means of a pulse pipeline 4, which is a pipe for transmitting pneumatic pulsations (pulses of compressed gas), or in the form of a controlled pneumatic valve 16 connected to the source com of compressed inert gas (for example, compressor 17) for transmitting pressure energy to the working medium in the apparatus at the gas supply stage and with the atmosphere (through the vapor condensation and gas purification system, not shown in Fig. 7) - to discharge the accumulated pressure energy at the stage gas discharge. The pneumatic valve 16 is controlled by a pulse generating unit 18.

Штуцер 19 служит для загрузки исходных компонентов, а донный клапан 15 - для выгрузки готовых продуктов из аппарата. Для улучшения условий распределения жидкости по соплам 11 и увеличения прочности установки трубы 9 в трубе 8 между ними могут быть вварены радиальные ребра 20, показанные на фиг. 4 (разрез В-В).The fitting 19 serves to load the starting components, and the bottom valve 15 - for unloading finished products from the apparatus. In order to improve the distribution conditions of the liquid over the nozzles 11 and increase the installation strength of the pipe 9 in the pipe 8, the radial ribs 20 shown in FIG. 4 (section BB).

Аппарат работает следующим образом. В корпус 1 через штуцер 19 загружают исходные компоненты - две жидкие взаимно нерастворимые фазы, либо жидкую и твердую фазы, после чего штуцер 19 закрывают либо подключают к системе «дыхания». Включают источник пневматических пульсаций 5, преимущественно с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, за счет чего обеспечиваются резонансные колебания гетерогенной смеси в аппарате. Значение угловой частоты резонансных колебаний со0 определяется расчетным путем (Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Пульсационная резонансная аппаратура для процессов в жидкофазных средах// Хим. пром., 1998, №8, с. 468-478; Абиев Р.Ш. Моделирование нелинейных колебаний жидкости в пульсационном аппарате переменного сечения с использованием одномерной модели// Теор. основы хим. технол., 2017, том 51, №1, с. 58-71) либо экспериментально - по максимальной амплитуде пульсаций. Благодаря тому, что частота пульсаций в аппарате находится в узком интервале вблизи частоты резонансных колебаний, в гетерогенной системе в аппарате возникают интенсивные колебания, характеризуемые возрастанием амплитуды колебаний всех гидродинамических параметров скорости, ускорения, давления в упругих элементах 6 и 7.The device operates as follows. The original components are loaded into the housing 1 through the nozzle 19 — two liquid mutually insoluble phases, or liquid and solid phases, after which the nozzle 19 is closed or connected to the “breathing” system. The source of pneumatic pulsations 5 is turned on, mainly with a frequency close to the natural frequency of the system, due to which resonant vibrations of the heterogeneous mixture in the apparatus are ensured. The value of the angular frequency of the resonance oscillations ω0 is determined by calculation (Abiev R.Sh., Ostrovsky G.M. Pulsation resonance equipment for processes in liquid-phase media // Chem. Prom., 1998, No. 8, pp. 468-478; Abiev R. Sh. Modeling of nonlinear fluid oscillations in a pulsating apparatus of variable cross section using a one-dimensional model // Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2017, Volume 51, No. 1, pp. 58-71) or experimentally - by the maximum amplitude of pulsations. Due to the fact that the pulsation frequency in the apparatus is in a narrow interval near the frequency of resonant vibrations, intense oscillations occur in the heterogeneous system in the apparatus, characterized by an increase in the amplitude of vibrations of all hydrodynamic parameters of speed, acceleration, pressure in elastic elements 6 and 7.

Выполнение трубы 2 ступенчатой с переходом от трубы 8 большего диаметра в верхней части к трубе 9 меньшего диаметра и оснащение ее соплами позволяет добиться повышения эффективности работы аппарата следующим образом. После загрузки аппарата твердой фазой нижний срез трубы 9 оказывается глубоко погруженным в слой твердых частиц, а сопла 11 и 12 остаются свободными либо погружены на небольшую глубину. При заливке жидкой фазы в трубу 2 выходы из сопел 11, 12 немного освобождаются, в той степени, которая позволяет жидкости пульсировать, прорываясь через слой частиц, а труба 9 при этом остается заваленной и практически не участвует в процессе перемешивания.The implementation of the pipe 2 step with the transition from the pipe 8 of a larger diameter in the upper part to the pipe 9 of a smaller diameter and equipping it with nozzles allows to increase the efficiency of the apparatus as follows. After loading the apparatus with a solid phase, the lower section of the pipe 9 is deeply immersed in a layer of solid particles, and the nozzles 11 and 12 remain free or immersed to a shallow depth. When pouring the liquid phase into the pipe 2, the exits from the nozzles 11, 12 are released a little, to the extent that the liquid can pulsate, breaking through a layer of particles, while the pipe 9 remains blocked and practically does not participate in the mixing process.

При включении системы пульсаций 5 и ее настройке на резонансную частоту в трубе 2 возникают резонансные колебания, причем переток жидкости из трубного пространства трубы 2 в кольцевое пространство вокруг нее осуществляется через сопла 12 (Фиг. 5 а). Образующиеся при этом струи, направленные вниз с разными углами наклона к вертикали, достаточно равномерно по площади размывают слой щелочи, постепенно освобождая трубу 9 и выход из нее (нижний срез). Сопла 12, направленные вверх, способствуют выбросу струй жидкости с высокой концентрацией раствора (либо суспендированных частиц) в верхние слои жидкости, и через них происходит всасывание в пульсационную трубу низкоконцентрированного раствора из верхних слоев (Фиг. 5 г). Благодаря этому дополнительно возрастает эффективность перемешивания.When the pulsation system 5 is turned on and tuned to the resonant frequency in the pipe 2, resonant oscillations occur, and the flow of liquid from the pipe space of the pipe 2 into the annular space around it is carried out through nozzles 12 (Fig. 5 a). The jets formed in this case, directed downward with different angles of inclination to the vertical, erode the alkali layer quite uniformly in area, gradually freeing the pipe 9 and exiting it (lower cut). The nozzles 12, directed upward, contribute to the ejection of jets of liquid with a high concentration of the solution (or suspended particles) into the upper layers of the liquid, and through them the low concentration solution is sucked into the pulsation tube from the upper layers (Fig. 5 g). Due to this, the mixing efficiency is further increased.

Как только освобождается нижний конец трубы 9, пульсации жидкости распределяются между трубой 9 и соплами 11 и 12 (Фиг. 5 б). Веерообразная струя, формируемая в кольцевой щели между нижним срезом трубы 9 и дном 3 аппарата, создает крупномасштабное перемешивание с образованием устойчивого тороидального вихря вблизи дна аппарата (Фиг. 5 в). Сопла 11 и 12 активно воздействуют на вышележащие слои, подхватывая макрообъемы жидкости, поднятые вихрем со дна, и перераспределяя их (Фиг. 5 в, г; Фиг. 6). Это способствует более быстрому растворению твердой фазы и ее распределению в объеме жидкости.As soon as the lower end of the pipe 9 is released, fluid pulsations are distributed between the pipe 9 and nozzles 11 and 12 (Fig. 5 b). The fan-shaped jet formed in the annular gap between the lower cut of the pipe 9 and the bottom 3 of the apparatus creates large-scale mixing with the formation of a stable toroidal vortex near the bottom of the apparatus (Fig. 5 c). Nozzles 11 and 12 actively act on the overlying layers, picking up macro-volumes of liquid raised by a vortex from the bottom and redistributing them (Fig. 5 c, d; Fig. 6). This contributes to a more rapid dissolution of the solid phase and its distribution in the liquid volume.

Пульсирующие струи 21, прорывающиеся через сопла 11 и 12, проникая глубоко в слой частиц 13 (либо в слой тяжелой жидкости), быстро размывают его (Фиг. 5 а-в), способствуя сильному диспергированию жидкости (для систем жидкость-жидкость) либо к взвешиванию твердой фазы (для систем жидкость-твердое), а частицы дисперсной фазы с высокой равномерностью распределяются по объему аппарата. За счет этого существенно возрастает площадь контакта фаз, увеличивается скорость их относительного движения, что приводит к многократному ускорению процессов массообмена между жидкой сплошной фазой и дисперсной (твердой или жидкой) фазой. Кроме того, при обработке систем жидкость-жидкость происходит тонкое эмульгирование одной жидкой фазы в другой (Фиг. 5 г), также сопровождающееся созданием развитой поверхности контакта фаз и образованием динамически устойчивой эмульсии во всем объеме аппарата. Это способствует быстрому протеканию массообменных процессов и более рациональному использованию вводимой в аппарат энергии.Pulsating jets 21 breaking through nozzles 11 and 12, penetrating deep into the particle layer 13 (or into a layer of heavy liquid), quickly erode it (Fig. 5 a-c), contributing to a strong dispersion of the liquid (for liquid-liquid systems) or weighing the solid phase (for liquid-solid systems), and the particles of the dispersed phase with high uniformity are distributed over the volume of the apparatus. Due to this, the contact area of the phases significantly increases, the speed of their relative motion increases, which leads to a multiple acceleration of the mass transfer processes between the liquid continuous phase and the dispersed (solid or liquid) phase. In addition, during the processing of liquid-liquid systems, thin emulsification of one liquid phase to another occurs (Fig. 5 g), which is also accompanied by the creation of a developed phase contact surface and the formation of a dynamically stable emulsion in the entire volume of the apparatus. This contributes to the rapid flow of mass transfer processes and a more rational use of the energy introduced into the apparatus.

Вышеуказанные явления и процессы приводят к существенному улучшению условий перемешивания и повышение эффективности работы аппарата.The above phenomena and processes lead to a significant improvement in the mixing conditions and increase the efficiency of the apparatus.

Пример конкретного выполнения 1. В аппарат-прототип, выполненный по пат. РФ №2497579, с диаметром корпуса 500 мм и диаметром пульсационной трубы 200 мм, снабженный 81 соплами диаметром 6 мм (уровень нижних сопел 150 мм от дна аппарата) и двумя смотровыми окнами в боковой стенке, насыпан слой речного песка высотой 200 мм и залита вода до уровня 900 мм. При включении пульсационного устройства струи, истекающие из сопел, в нижней части трубы размыли слой песка в виде «кратеров» диаметром до 50 мм, в которых наблюдается движение частиц песка. Остальная масса песка неподвижна. Частота колебаний источника пневматических пульсаций 5 варьировалась от 1 Гц до 1,8 Гц, на результат существенного влияния не оказывала.An example of a specific implementation 1. In the apparatus of the prototype, made according to US Pat. RF №2497579, with a case diameter of 500 mm and a pulsation pipe diameter of 200 mm, equipped with 81 nozzles with a diameter of 6 mm (the level of the lower nozzles is 150 mm from the bottom of the apparatus) and two viewing windows in the side wall, a layer of river sand 200 mm high is poured and water is poured to the level of 900 mm. When the pulsating device was turned on, the jets flowing from the nozzles eroded the sand layer in the bottom of the pipe in the form of “craters” with a diameter of up to 50 mm, in which the movement of sand particles is observed. The remaining mass of sand is motionless. The oscillation frequency of the source of pneumatic pulsations 5 ranged from 1 Hz to 1.8 Hz, and did not significantly affect the result.

Пример конкретного выполнения 2. При проведении того же процесса в аппарате, выполненному по предлагаемому изобретению (фиг. 2) диаметры трубы 8 200 мм, трубы 9 140 мм. Уровень h1 составил 60 мм, т.е. 0,43 от диаметра трубы. На дно аппарата насыпан слой песка высотой около 20 мм, в емкость налита вода до уровня 900 мм от дна. Частота пульсаций источника пневматических пульсаций 5 составляет 1,4 Гц. Наблюдалось устойчивое интенсивное перемешивание песка. В течение 15-20 секунд после начала пульсаций песок равномерно распределился по окружности вдоль стенки, при этом дно 3 аппарата под трубой 9 полностью очистилось от песка. Таким образом, проведенный эксперимент демонстрирует высокую интенсивность перемешивания в придонной зоне по сравнению с прототипом. Частота пульсаций варьировали в диапазоне от 1,07 Гц до 1,8 Гц. Установлено, что наибольшая интенсивность перемешивания наблюдается при 1,32-1,35 Гц, что соответствует расчетному значению резонансной частоты колебаний. По мере «ухода» с резонансной частоты интенсивность перемешивания постепенно снижалась, вплоть до практического полного затухания при приближении к крайним значениям указанного диапазона частоты пульсаций.An example of a specific implementation 2. When carrying out the same process in the apparatus made according to the invention (Fig. 2), the pipe diameters are 8,200 mm, and the pipe is 9,140 mm. The level of h 1 was 60 mm, i.e. 0.43 of the diameter of the pipe. A layer of sand about 20 mm high is poured at the bottom of the apparatus, water is poured into the tank to a level of 900 mm from the bottom. The pulsation frequency of the source of pneumatic pulsations 5 is 1.4 Hz. Sustained intensive mixing of sand was observed. Within 15-20 seconds after the start of the pulsations, the sand was evenly distributed around the circumference along the wall, while the bottom 3 of the apparatus under the pipe 9 was completely cleared of sand. Thus, the experiment demonstrates a high intensity of mixing in the bottom zone in comparison with the prototype. The ripple frequency ranged from 1.07 Hz to 1.8 Hz. It was found that the greatest intensity of mixing is observed at 1.32-1.35 Hz, which corresponds to the calculated value of the resonant frequency of oscillations. As the resonance frequency “left”, the mixing intensity gradually decreased, up to the practical complete attenuation when approaching the extreme values of the indicated pulsation frequency range.

Пример конкретного выполнения 3. Условия эксперимента такие же, как в примере 2, за исключением того, что уровень песка в емкости увеличен до 110 мм, при этом нижний срез трубы 9 полностью погружен в слой песка. Пульсатор включен при частоте вращения электродвигателя источника пневматических пульсаций 80 об/мин (1,33 Гц). Наблюдалось постепенное освобождение трубы 9 от песка и интенсивное перемешивание песка.An example of a specific implementation 3. The experimental conditions are the same as in example 2, except that the sand level in the tank is increased to 110 mm, while the lower section of the pipe 9 is completely immersed in the sand layer. The pulsator is turned on at a rotational speed of the motor of the source of pneumatic pulsations of 80 rpm (1.33 Hz). There was a gradual release of pipe 9 from the sand and intensive mixing of the sand.

Пример конкретного выполнения 4. Условия эксперимента такие же, как в примере 2, но вместо песка в аппарат засыпано 45 кг поваренной соли (NaCl), вода залита до уровня 900 мм. Труба 9 завалена на 100 мм от нижнего среза. Источник пневматических пульсаций 5 включен с частотой вращения 70 об/мин (1,17 Гц), при которой наблюдалось устойчивое и интенсивное перемешивание соли. Амплитуда колебаний раствора в кольцевом пространстве достигала 20-30 мм. За 30 минут работы пространство вокруг трубы 9 очистилось, соль растворилась, осталось небольшое количество на периферии дна 3, над ним просматриваются мелкодисперсные взвеси соли. За 1 час работы пульсационного аппарата получили насыщенный раствор соли.An example of a specific implementation 4. The experimental conditions are the same as in example 2, but instead of sand, 45 kg of sodium chloride (NaCl) are poured into the apparatus, water is poured to a level of 900 mm. The pipe 9 is littered 100 mm from the lower cut. The source of pneumatic pulsations 5 is turned on with a rotational speed of 70 rpm (1.17 Hz), at which steady and intense mixing of the salt was observed. The amplitude of the oscillations of the solution in the annular space reached 20-30 mm. After 30 minutes of operation, the space around the pipe 9 was cleared, the salt dissolved, a small amount remained on the periphery of the bottom 3, finely dispersed suspensions of salt were visible above it. For 1 hour of operation of the pulsating apparatus, a saturated salt solution was obtained.

Пример конкретного выполнения 5. Условия эксперимента такие же, как в примере 2, но вместо песка в аппарат засыпано 50 кг поваренной соли (NaCl), вода залита до уровня 900 мм. Источник пневматических пульсаций 5 включен с частотой вращения 70 об/мин (1,17 Гц). Наблюдается вертикальное колебание жидкости в аппарате амплитудой 15-20 мм, в трубе (по расчету через уравнение неразрывности) - до 100 мм. По поведению частиц соли наблюдалось интенсивное ее перемешивание. Перемешивание продолжалось 48 мин. С помощью ареометра произведен замер плотности полученного раствора соли, которая составила 1,2 г/см3, что соответствует насыщенному раствору соли.An example of a specific implementation 5. The experimental conditions are the same as in example 2, but instead of sand, 50 kg of sodium chloride (NaCl) are poured into the apparatus, water is poured to a level of 900 mm. The source of pneumatic pulsations 5 is turned on with a rotation speed of 70 rpm (1.17 Hz). There is a vertical oscillation of the liquid in the apparatus with an amplitude of 15-20 mm, in the pipe (as calculated through the continuity equation) - up to 100 mm. According to the behavior of salt particles, intensive mixing was observed. Stirring lasted 48 minutes. Using a hydrometer, the density of the obtained salt solution was measured, which amounted to 1.2 g / cm 3 , which corresponds to a saturated salt solution.

Пример конкретного выполнения 6. Условия опыта - те же, что и в примере конкретного выполнения 5, он является продолжением опыта, описанного в примере 5. В аппарат С концентрированным раствором соли засыпали три ведра песка объемом восемь литров каждое. Включили источник пневматических пульсаций 5 с частотой вращения двигателя 70 об/мин (частота пульсаций 1,17 Гц) и продолжили эксперимент с перемешиванием песка в растворе соли. Наблюдали концентрированную взвесь песка в аппарате. Зачерпнули в прозрачную емкость объемом 1 литр пробу из верхнего слоя для визуального контроля взвесей, дали отстоятся 1 минуту, наблюдали на дне емкости осадок из песчинок, что свидетельствует о достаточно равномерном распределении дисперсной фазы по объему аппарата.An example of a specific implementation 6. The conditions of the experiment are the same as in the example of specific implementation 5, it is a continuation of the experiment described in example 5. Three sand buckets of eight liters each were poured into the apparatus with concentrated salt solution. The source of pneumatic pulsations 5 was turned on with an engine speed of 70 rpm (pulsation frequency 1.17 Hz) and the experiment was continued with mixing sand in a salt solution. A concentrated sand suspension was observed in the apparatus. A sample was sampled from a top layer in a transparent container with a volume of 1 liter for visual inspection of suspensions, they were left to stand for 1 minute, and sediment from sand grains was observed at the bottom of the container, which indicates a fairly uniform distribution of the dispersed phase throughout the apparatus.

В процессе работы пульсационного устройства подбирали режим его работы подбором оборотов частоты вращения электродвигателя в сторону понижения начиная с 70 об/мин до 60 об/мин и в сторону повышения начиная с 60 об/мин до 100 об/мин. Определили что эффект перемешивания на 70 об/мин максимальный.In the process of operation of the pulsating device, the mode of its operation was selected by selecting the revolutions of the frequency of rotation of the electric motor in the direction of lowering from 70 rpm to 60 rpm and upward from 60 rpm to 100 rpm. It was determined that the mixing effect at 70 rpm is maximum.

Пример конкретного выполнения 7. Условия опыта - те же, что и в примере конкретного выполнения 5, но в качестве твердой фазы использована гранулированная щелочь NaOH, загруженная в аппарат на высоту 400 мм. Вода залита до уровня 900 мм. Источник пневматических пульсаций 5 включен с частотой вращения 82 об/мин (1,37 Гц). Сначала наблюдается образование плотной массы концентрированного раствора щелочи, содержащего нерастворенные частицы, часть которых образует большие труднорастворимые куски размером 30-50 мм. Через 30 минут пульсаций труба 9 открывается. Пульсирующие струи 21, прорывающиеся через сопла 11 и 12, проникая глубоко в слой частиц щелочи 13, быстро размывают его, способствуя взвешиванию твердой фазы и ее быстрому растворению. При этом в верхней части аппарата наблюдается проникновение струй высококонцентрированной жидкости в низкоконцентрированный верхний слой, сопровождающийся «эмульгированием», что также ускоряет процесс достижения равновесного состояния. В течение 60 мин пульсаций происходит полное растворение щелочи.An example of a specific implementation 7. The experimental conditions are the same as in the example of specific implementation 5, but the granular alkali NaOH used as a solid phase, loaded into the apparatus to a height of 400 mm, is used. Water is flooded to a level of 900 mm. The source of pneumatic pulsations 5 is turned on with a rotation speed of 82 rpm (1.37 Hz). First, the formation of a dense mass of a concentrated alkali solution containing insoluble particles, some of which form large, sparingly soluble pieces of 30-50 mm in size, is first observed. After 30 minutes of ripple, pipe 9 opens. Pulsating jets 21 breaking through nozzles 11 and 12, penetrating deep into the layer of alkali particles 13, quickly erode it, contributing to the weighing of the solid phase and its rapid dissolution. Moreover, in the upper part of the apparatus, the penetration of jets of highly concentrated liquid into the low concentrated upper layer is observed, accompanied by “emulsification”, which also accelerates the process of reaching the equilibrium state. Within 60 minutes of pulsation, the alkali completely dissolves.

Пример конкретного выполнения 8. Условия опыта - те же, что и в примере конкретного выполнения 5, но вместо твердой фазы в аппарат залито моторное масло в объеме 25 литров, сверху залита вода, так что общий уровень составил 900 мм от дна. Включили источник пневматических пульсаций 5 с частотой вращения двигателя 70 об/мин (частота пульсаций 1,17 Гц). Через 10 минут работы перемешивания (эмульгирования) воды с маслом не наблюдалось. Увеличили частоту вращения вала источника пневматических пульсаций 5 до 92 об/мин (частота пульсаций 1,53 Гц). Через 7 минут работы пульсационного устройства стали появляться капельки масла в нижних слоях, в области выброса струи из сопел устройства. При повышении частоты вращения вала до 95 об/мин (частота пульсаций 1,58 Гц) получена эмульсия с минимальным размером капель. Данный опыт показывает возможности эмульгирования в предлагаемом аппарате, а также подтверждает факт увеличения частоты резонансных колебаний при уменьшении плотности рабочей среды в аппарате.An example of a specific implementation 8. The conditions of the experiment are the same as in the example of a specific implementation of 5, but instead of a solid phase, engine oil in a volume of 25 liters is poured, water is poured on top, so that the total level is 900 mm from the bottom. The source of pneumatic pulsations 5 was turned on with an engine speed of 70 rpm (pulsation frequency 1.17 Hz). After 10 minutes of mixing (emulsification) of water with oil was not observed. We increased the rotational speed of the shaft of the source of pneumatic pulsations 5 to 92 rpm (pulsation frequency 1.53 Hz). After 7 minutes of operation of the pulsating device, oil droplets began to appear in the lower layers, in the area of the jet discharge from the device nozzles. With an increase in the shaft rotation frequency to 95 rpm (pulsation frequency 1.58 Hz), an emulsion with a minimum droplet size is obtained. This experience shows the possibility of emulsification in the proposed apparatus, and also confirms the fact of an increase in the frequency of resonant vibrations with a decrease in the density of the working medium in the apparatus.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность работы аппарата и улучшить условия перемешивания за счет перераспределения энергии пульсаций по зонам аппарата по мере растворения больших труднорастворимых кусков твердой фазы, образованных при абсорбции атмосферной влаги либо при первом контакте твердых частиц с жидкостью, а после частичного или полного растворения кусков твердой фазы - за счет тонкого «эмульгирования» одной жидкой фазы (высококонцентрированного раствора) в другой (в низкоконцентрированном растворе), а также суспендирования плотных слоев твердых частицThus, the present invention allows to increase the efficiency of the apparatus and improve the mixing conditions due to the redistribution of the energy of the pulsations over the zones of the apparatus as it dissolves large, sparingly soluble pieces of the solid phase formed upon absorption of atmospheric moisture or upon the first contact of solid particles with a liquid, and after partial or full dissolution of pieces of the solid phase - due to the thin "emulsification" of one liquid phase (highly concentrated solution) in another (in a low concentrated solution), as well as the suspension of dense layers of solid particles

Claims (5)

1. Пульсационный аппарат для проведения массообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - твердые частицы и жидкость - жидкость, содержащий вертикальный корпус с размещенной в нем пульсационной трубой с образованием зазора с днищем, к верхнему концу которой посредством пульсопровода присоединен источник пневматических пульсаций, газонаполненные упругие элементы в пульсационной трубе и кольцевой камере, отличающийся тем, что пульсационная труба выполнена ступенчатой с переходом от трубы большего диаметра в верхней части к трубе меньшего диаметра в нижней части, а в кольцевом зазоре между трубами большего и меньшего диаметра на нижней плоскости трубы большего диаметра герметично установлено кольцо с соплами, распложенными равномерно по окружности кольца, направленными вниз с чередующимися углами к вертикали 5-10° и 25-60°.1. A pulsation apparatus for carrying out mass transfer processes in heterogeneous liquid-solid particles and liquid-liquid systems, comprising a vertical housing with a pulsating tube placed in it to form a bottom with a source of pneumatic pulsations connected to the upper end by means of a pulsed conduit, gas-filled elastic elements in pulsation pipe and annular chamber, characterized in that the pulsation pipe is made stepped with the transition from a pipe of larger diameter in the upper part to tr a smaller diameter in the lower part, and in the annular gap between the pipes of larger and smaller diameter on the lower plane of the pipe of larger diameter, a ring with nozzles arranged uniformly around the circumference of the ring, directed downward with alternating angles to the vertical of 5-10 ° and 25-60 °. 2. Пульсационный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что на боковой поверхности трубы большего диаметра установлен дополнительный ряд сопел, направленных с чередующимися углами к вертикали вниз с углом к вертикали 25-60° и вверх с углом к вертикали 25-60°.2. The pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that an additional row of nozzles are installed on the side surface of the pipe of larger diameter, directed with alternating angles to the vertical downward with an angle to the vertical 25-60 ° and upward with an angle to the vertical 25-60 °. 3. Пульсационный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что соотношение диаметров труб большего и меньшего диаметра выдержано в интервале 1,2-2, а количество сопел выбрано таким, чтобы общая площадь их поперечного сечения, отнесенная к площади кольцевого зазора между трубами большего и меньшего диаметра, составляла не менее 0,25.3. The pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameters of the pipes of larger and smaller diameters is maintained in the range of 1.2-2, and the number of nozzles is selected so that the total cross-sectional area referred to the area of the annular gap between the pipes is larger and smaller diameter, was not less than 0.25. 4. Пульсационный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что переход от верхней части пульсационной трубы к пульсопроводу расположен внутри аппарата на высоте, на 150-200 мм превышающей уровень заполнения аппарата жидкостью, а концы сопел находятся на высоте не выше 100-150 мм и не ниже 50-70 мм уровня слоя твердых частиц, отношение величины зазора между торцом трубы меньшего диаметра и днищем к ее диаметру выполнено в диапазоне 0,3-0,7, а на дне аппарата установлен конический рассекатель.4. The pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the transition from the upper part of the pulsation tube to the pulse conduit is located inside the apparatus at a height of 150-200 mm higher than the level of filling the apparatus with liquid, and the ends of the nozzles are at a height of not higher than 100-150 mm and not lower than 50-70 mm of the level of the layer of solid particles, the ratio of the gap between the end of the pipe of smaller diameter and the bottom to its diameter is made in the range of 0.3-0.7, and a conical divider is installed at the bottom of the apparatus. 5. Пульсационный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что источник пневматических пульсаций выполнен в виде мембранного или сильфонного блока, снабженного электромеханическим приводом, либо в виде управляемого пневматического клапана, соединенного с источником сжатого газа-инерта.5. The pulsation apparatus according to claim 1, characterized in that the source of pneumatic pulsations is made in the form of a membrane or bellows unit equipped with an electromechanical drive, or in the form of a controlled pneumatic valve connected to a source of compressed inert gas.
RU2017118422A 2017-05-26 2017-05-26 Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube RU2660150C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118422A RU2660150C1 (en) 2017-05-26 2017-05-26 Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118422A RU2660150C1 (en) 2017-05-26 2017-05-26 Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2660150C1 true RU2660150C1 (en) 2018-07-05

Family

ID=62816064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118422A RU2660150C1 (en) 2017-05-26 2017-05-26 Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660150C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747526C1 (en) * 2020-09-18 2021-05-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsating apparatus for conducting mass-exchange and reaction processes in single-phase and multi-phase media
RU2753756C1 (en) * 2020-12-08 2021-08-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Apparatus for conducting mass exchanging and reaction processes in single-phase and multi-phase media

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2767068A (en) * 1954-03-03 1956-10-16 Shell Dev Method and apparatus for contacting liquids by reciprocal dispersion
US2818324A (en) * 1954-06-25 1957-12-31 Thornton John Desmond Liquid-liquid extraction columns
SU822868A1 (en) * 1979-03-23 1981-04-23 Днепропетровский Химико-Технологи-Ческий Институт Им.Ф.Э.Дзержинского Pulsation-type ajitating apparatus
SU1414439A1 (en) * 1986-03-05 1988-08-07 М.Н.Вишнивецкий Pulsating mixer
RU89417U1 (en) * 2009-04-15 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" LIQUID GAS CONTACT DEVICE
RU2497579C2 (en) * 2011-06-17 2013-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsator and method of its operation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2767068A (en) * 1954-03-03 1956-10-16 Shell Dev Method and apparatus for contacting liquids by reciprocal dispersion
US2818324A (en) * 1954-06-25 1957-12-31 Thornton John Desmond Liquid-liquid extraction columns
SU822868A1 (en) * 1979-03-23 1981-04-23 Днепропетровский Химико-Технологи-Ческий Институт Им.Ф.Э.Дзержинского Pulsation-type ajitating apparatus
SU1414439A1 (en) * 1986-03-05 1988-08-07 М.Н.Вишнивецкий Pulsating mixer
RU89417U1 (en) * 2009-04-15 2009-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" LIQUID GAS CONTACT DEVICE
RU2497579C2 (en) * 2011-06-17 2013-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsator and method of its operation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747526C1 (en) * 2020-09-18 2021-05-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Pulsating apparatus for conducting mass-exchange and reaction processes in single-phase and multi-phase media
RU2753756C1 (en) * 2020-12-08 2021-08-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Apparatus for conducting mass exchanging and reaction processes in single-phase and multi-phase media

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2660150C1 (en) Pulsating apparatus with a two-stepped pulsing tube
US3648769A (en) Well cleaner
US3130552A (en) Method and apparatus for creating a load
Westrich Erosion of a uniform sand bed by continuous and pulsating jets
CN104096491B (en) Anti-bubble generator and preparation method
US20160030944A1 (en) Attritor
RU2664917C1 (en) Pulsation apparatus with the two-stepped pulse tube and with the additional nozzle section
US2657021A (en) Apparatus for the mechanical production of acoustic vibrations for use in emulsification, dispersion or like processes
RU2634148C1 (en) Method of cavitation-hydrodynamic disintegration of hydraulic mixture mineral component
RU2348762C1 (en) Device for cleaning of water bodies from uliginous depositions and procurement of sapropel (versions)
RU2497579C2 (en) Pulsator and method of its operation
RU2359114C2 (en) Method and facility for simultaneous selective treatment of perforation channels and treatment of bottomhole of conditionally endless thickness layer
JP2022508459A (en) A device that removes sludge and / or sand from the bottom of a wetland
RU2695189C1 (en) Pulsation apparatus with insertion in pulsation chamber and method of controlling said pulsation chamber
PL205064B1 (en) Apparatus FOR THE DISINTEGRATION OF SLUDGE
US4780138A (en) Sonic apparatus and method for facilitating the extraction of minerals from ore in a leachant
Pan et al. Dynamical behaviors of self-propulsion intruder buried in granular materials
RU2625471C1 (en) Device for mixing liquids and powders with liquid
RU180435U1 (en) Rotary disc mixer
Apshtein et al. Stability of a swarm of air bubbles in an oscillating liquid
RU2042422C1 (en) Method for humic acid producing and a device for this
JPH10264888A (en) Suspended matter recovery device
SU1720699A1 (en) Material dispersing and mixing device
USRE25324E (en) Apparatus for the mechanical production of acoustic vibrations
RU2258041C2 (en) Galvanizing cone