RU39090U1

RU39090U1 - VIBRATION COLUMN

Info

Publication number: RU39090U1
Application number: RU2004105221/22U
Authority: RU
Inventors: В.Н. Ревнов; Л.С. Рагинский; Е.П. Родионов; Т.Г. Семенова; Ю.В. Глаголенко; С.И. Ровный; С.Н. Елсуков
Original assignee: Российская Федерация в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2004-07-20

Abstract

Полезная модель, предназначенная для проведения в непрерывном режиме массообменных процессов в жидких средах, может быть использована для разделения жидких сред при экстракции и для абсорбционной очистки газов от примесей. Задачей полезной модели является повышение эффективности и экономичности указанных процессов, производительности и надежности аппарата, в частности, при переработке радиоактивных материалов, содержащих делящиеся компоненты. Для решения поставленной задачи, в вибрационной колонне, содержащей корпус, в полости которого установлена вибромешалка, выполненная в форме цилиндра, присоединенная к вибровозбудителю вертикально направленных колебаний, снабженная кольцевыми насадками и поглощающей вставкой, последнюю выполняют цилиндрической формы, устанавливают в полости вибромешалки с зазором и жестко прикрепляют к корпусу колонны, на внешней стенке вибромешалки закрепляют отражатель кольцевой формы, патрубок ввода в колонну легкой фазы снабжают коллектором для ее распределения по сечению аппарата, а патрубок вывода легкой фазы, например газа, оснащают сепаратором служащим для отделения от выходящей фазы захваченных ею частиц (капель) тяжелой фазы. Поставленная задача решается также тем, что насадки выполняют плоскими перфорированными и конусообразными в поперечном сечении и прикрепляют с одинаковым шагом в чередующемся между собой порядке к наружной боковой поверхности вибромешалки. В частном варианте, для работы с радиоактивными материалами, зазор между поверхностями корпуса и вибромешалки обеспечивают равным 40-100 мм, а площадь проходного поперечного сечения колонны - равной 20-A utility model designed for continuous mass transfer processes in liquid media can be used to separate liquid media during extraction and for absorption cleaning of gases from impurities. The objective of the utility model is to increase the efficiency and economy of these processes, the productivity and reliability of the apparatus, in particular, in the processing of radioactive materials containing fissile components. To solve this problem, in a vibration column containing a housing in the cavity of which a vibration mixer is installed, made in the form of a cylinder, attached to a vertical exciter vibration exciter, equipped with ring nozzles and an absorbing insert, the latter is cylindrical in shape, installed in the cavity of the vibration mixer with a gap and rigidly they are attached to the casing of the column, an annular reflector is fixed on the outer wall of the vibratory mixer, the inlet pipe to the light phase column is provided with a collector for I distribute it over the apparatus cross section, and the outlet pipe for the light phase, for example gas, is equipped with a separator that serves to separate the particles (drops) of the heavy phase trapped by it from the outlet phase. The problem is also solved by the fact that the nozzles are flat perforated and cone-shaped in cross section and attached with the same pitch in alternating order to the outer side surface of the vibrator. In a particular embodiment, for working with radioactive materials, the gap between the surfaces of the housing and the vibratory mixer is equal to 40-100 mm, and the passage cross-sectional area of the column is 20-

Description

Полезная модель относится к области химической и радиохимической промышленности, в частности, к конструкции массообменной колонны с вибрационным перемешиванием, которая может быть применена для массообменных процессов в жидких средах, в частности экстрагирования и абсорбции материалов, содержащих делящиеся радиоактивные компоненты.The utility model relates to the field of chemical and radiochemical industry, in particular, to the design of a mass transfer column with vibrational mixing, which can be used for mass transfer processes in liquid media, in particular the extraction and absorption of materials containing fissile radioactive components.

Известна вибрационная массообменная колонна для процессов экстрагирования и абсорбции / [Авторское свидетельство СССР №697139. М. Кл² В 01 D 11/00], выполненная в виде вертикального цилиндрического корпуса, в полости которого соосно установлена вибромешалка, представляющая собой шток, снабженный насадками, имеющими форму плоских перфорированных и конических дисков. Шток верхним концом присоединен к виброприводу, создающему вертикально направленные колебания штока с дисками. Недостатком указанной колонны является то, что ее применение ограничено, поскольку может обеспечить ядерную безопасность аппарата лишь при небольшой его производительности.Known vibrational mass transfer column for the processes of extraction and absorption / [USSR Author's Certificate No. 697139. M. Кл ² В 01 D 11/00], made in the form of a vertical cylindrical body, in the cavity of which a vibration mixer is coaxially mounted, which is a rod equipped with nozzles having the form of flat perforated and conical disks. The upper end of the rod is connected to a vibratory actuator, creating vertically directed oscillations of the rod with the disks. The disadvantage of this column is that its use is limited, since it can ensure the nuclear safety of the device only with a small productivity.

Известен также кольцевой вибросмеситель для массообменных процессов, в частности, для работы с делящимися радиоактивными материалами [Авторское свидетельство СССР №1208632. М. Кл.² В 01 F 11/0], выполненный в виде цилиндрического корпуса, в полости которого посредством мембран соосно подвешена цилиндрическая обечайка. служащая вибромешалкой, снабженная для этого перемешивающими элементами кольцевой формы и присоединенная к вибровозбудителю ее вертикально направленных колебаний. Мембраны, установленные вверху и внизу корпуса вибросмесителя, образуют его рабочую полость. Недостаток вибросмесителя данной конструкции - недостаточный ресурс работы Also known is an annular vibration mixer for mass transfer processes, in particular for working with fissile radioactive materials [USSR Author's Certificate No. 1208632. M. Cl. ² B 01 F 11/0], made in the form of a cylindrical body, in the cavity of which, by means of membranes, a cylindrical shell is coaxially suspended. serving as a vibratory mixer, equipped for this with ring-shaped mixing elements and attached to its vibration exciter of vertically directed vibrations. The membranes installed at the top and bottom of the vibration mixer body form its working cavity. The disadvantage of the vibratory mixer of this design is the insufficient resource of work

указанных мембран, требующий их частого осмотра и периодической замены во избежание вытекания материалов из рабочей зоны аппарата.these membranes, requiring frequent inspection and periodic replacement in order to avoid leakage of materials from the working area of the apparatus.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству вибрационной колонны является выбранная в качестве прототипа известная вибрационная колонна [Авторское свидетельство СССР №1300700. М. Кл.² В 01 D 11/04], предназначенная, в частности, для проведения процессов экстракции и абсорбционной очистки материалов, содержащих делящиеся радиоактивные элементы, обеспечивающая ядерную безопасность при эксплуатации. Известная вибрационная колонна имеет полый цилиндрический корпус, в полости которого соосно установлена вибромешалка, выполненная в форме полого цилиндра, снабженная перфорированными насадками кольцевой формы и присоединенная верхним концом к вибровозбудителю ее вертикальных колебаний по оси корпуса. В полости вибромешалки установлена поглощающая вставка, обеспечивающая ядерную безопасность аппарата при переработке в нем делящихся радиоактивных материалов.The closest in technical essence to the claimed device of the vibrating column is a well-known vibrating column selected as a prototype [USSR Author's Certificate No. 1300700. M. Cl. ² B 01 D 11/04], intended, in particular, for carrying out the processes of extraction and absorption cleaning of materials containing fissile radioactive elements, ensuring nuclear safety during operation. The known vibrational column has a hollow cylindrical body, in the cavity of which a vibratory mixer coaxially mounted in the form of a hollow cylinder is provided, equipped with perforated nozzles of a ring shape and attached with its upper end to the vibration exciter of its vertical vibrations along the axis of the body. An absorbing insert is installed in the cavity of the vibratory mixer, ensuring the nuclear safety of the apparatus during the processing of fissile radioactive materials in it.

Недостатком указанного устройства известной вибрационной колонны-прототипа является то, что поглощающая вставка, встроенная в полость вибромешалки, увеличивает ее массу, а следовательно приводит к необходимости применения более мощного вибровозбудителя или ограничения производительности аппарата, а также усложняет его конструкцию. Кроме того, устройством вибромешалки прототипа не предусмотрены конусообразные насадки, обеспечивающие уменьшение продольного перемешивания материалов, снижающего эффективность массопередачи, и насадка, препятствующая выходу из аппарата неразделенной эмульсии или пены, а также устройства для отделения брызг, что также снижает эффективность аппарата.The disadvantage of this device of the known vibrational prototype columns is that the absorbing insert built into the cavity of the vibratory mixer increases its mass, and therefore leads to the need to use a more powerful vibration exciter or to limit the performance of the apparatus, and also complicates its design. In addition, the device of the prototype vibration mixer does not provide cone-shaped nozzles that reduce longitudinal mixing of materials, which reduces mass transfer efficiency, and a nozzle that prevents the exit of an inseparable emulsion or foam, as well as a device for separating splashes, which also reduces the efficiency of the apparatus.

Техническая задача, решаемая заявленной вибрационной колонной, состоит в повышении эффективности, экономичности и надежности ее использования в массообменных процессах, в частности, экстрагировании и The technical problem solved by the claimed vibrating column is to increase the efficiency, economy and reliability of its use in mass transfer processes, in particular, extraction and

очистке газа от примесей агрессивных и ядовитых материалов, при эксплуатации с использованием делящихся радиоактивных элементов.gas purification from impurities of aggressive and toxic materials, during operation using fissile radioactive elements.

Для решения поставленной задачи вибрационная колонна для массообменных процессов в жидких средах содержит полый, вертикально установленный цилиндрический корпус с патрубками для ввода и вывода реагентов, в полости которого соосно установлена полая цилиндрическая вибромешалка, снабженная поглощающей вставкой, насадками кольцевой формы и присоединенная к вибровозбудителю ее колебаний вдоль оси корпуса, причем поглощающая вставка выполнена цилиндрической, установлена в полости вибромешалки с зазором относительно ее внутренней стенки и жестко прикреплена к корпусу колонны, на внешней стенке вибромешалки между патрубком ввода тяжелого материала и патрубком вывода легкого материала закреплен отражатель кольцевой формы, а корпус снабжен коллектором для ввода легкого материала и сепаратором для его вывода.To solve this problem, the vibrating column for mass transfer processes in liquid media contains a hollow, vertically mounted cylindrical body with nozzles for input and output of reagents, in the cavity of which a hollow cylindrical vibratory mixer is equipped coaxially, equipped with an absorbing insert, nozzles of a ring shape and attached to the vibration exciter of its vibrations along the axis of the housing, and the absorbing insert is made cylindrical, installed in the cavity of the vibrating mixer with a gap relative to its inner wall and and is rigidly attached to the casing of the column, an annular reflector is fixed on the outer wall of the vibratory mixer between the input pipe of the heavy material and the pipe of the output of light material, and the body is equipped with a collector for input of light material and a separator for its output.

В частном варианте, насадки выполнены плоскими перфорированными и конусообразными в поперечном сечении и прикреплены с одинаковым шагом в чередующемся между собой порядке к наружной боковой поверхности вибромешалки.In a particular embodiment, the nozzles are made flat perforated and cone-shaped in cross section and attached with the same pitch in alternating order to the outer side surface of the vibratory mixer.

В другом частном варианте, для работы с радиоактивными материалами, вибрационная колонна имеет зазор между поверхностями ее корпуса и вибромешалки равный 40-100 мм.In another particular embodiment, for working with radioactive materials, the vibrating column has a gap between the surfaces of its body and vibratory mixer equal to 40-100 mm.

В третьем частном варианте, вибрационная колонна имеет площадь проходного поперечного сечения от 20 до 55% кольцевой площади, образуемой корпусом и вибромешалкой.In a third particular embodiment, the vibrating column has a flow area of 20 to 55% of the annular area formed by the housing and the vibratory mixer.

Предлагаемая вибрационная колонна, реализованная для процесса очистки (в непрерывном режиме) отходящих газов аппаратов химической переработки радиоактивных материалов от агрессивных и ядовитых примесей (в частности, хлора и его газообразных соединений) методом The proposed vibratory column, implemented for the cleaning process (in continuous mode) of the exhaust gases of the apparatus for the chemical processing of radioactive materials from aggressive and toxic impurities (in particular, chlorine and its gaseous compounds) by the method

абсорбции раствором гидроксида натрия, схематически, в разрезе по вертикальной плоскости, представлена на фигуре.absorption solution of sodium hydroxide, schematically, in the context of a vertical plane, is presented in the figure.

Вибрационная колонна имеет: корпус 1, установленный на несущей конструкции аппарата (на фигуре не показана); вибромешалку 2 с днищем, верхней частью посредством штока 3 присоединенную к вибровозбудителю 4; сепаратор 5; поглощающую вставку 6, жестко прикрепленную к кронштейнам 7 корпуса 1. Вибромешалка 2, выполненная в форме полого цилиндра, снабжена кольцевыми насадками -конусообразными 8, чередующимися с плоскими 9, имеющими перфорации, равномерно расположенные на их поверхности, нижняя плоская перфорированная насадка 10 снабжена бортиком, направленным вниз, а над насадками установлен отражатель 11 кольцевой формы. Сепаратор 5, выполненный в виде цилиндра с коническим днищем, снабжен трубкой 12 слива накопившейся в нем тяжелой фазы и патрубком 13 вывода легкой фазы. Корпус 1 оснащен патрубками: ввода тяжелой фазы 14 и ее вывода 15. Последний снабжен устройством 16 (например, гидрозатвором) для автоматического поддержания уровня смеси фаз в полости корпуса 1, а также - коллектором 17 легкой фазы, вводимой в рабочую полость корпуса 1 через патрубок 18. Рабочая полость 19 аппарата герметизирована мембраной 20.The vibration column has: a housing 1 mounted on a supporting structure of the apparatus (not shown in the figure); a vibration mixer 2 with a bottom, the upper part by means of a rod 3 connected to a vibration exciter 4; separator 5; the absorbing insert 6, rigidly attached to the brackets 7 of the housing 1. The vibratory mixer 2, made in the form of a hollow cylinder, is equipped with annular nozzles, conical 8, alternating with flat 9 having perforations uniformly located on their surface, the lower flat perforated nozzle 10 is equipped with a side, directed downward, and a ring-shaped reflector 11 is mounted above the nozzles. The separator 5, made in the form of a cylinder with a conical bottom, is equipped with a pipe 12 for draining the heavy phase that has accumulated in it and a pipe 13 for outputting the light phase. The housing 1 is equipped with nozzles: input of the heavy phase 14 and its output 15. The latter is equipped with a device 16 (for example, a water seal) for automatically maintaining the level of the phase mixture in the cavity of the housing 1, as well as a collector 17 of the light phase introduced into the working cavity of the housing 1 through the nozzle 18. The working cavity 19 of the apparatus is sealed with a membrane 20.

Вибрационная колонна при ее использовании, например, в качестве абсорбера, работает следующим образом. Полость корпуса 1 заполняют через патрубок 14 абсорбентом до уровня, соответствующего высоте гидрозатвора 16, включают вибровозбудитель 4, устанавливают требуемую амплитуду вибрации штока 3 с вибромешалкой 2 (по показаниям амплитудомера) и производят подачу с заданными расходами исходных материалов - газа через патрубок 18 и перфорированный коллектор 17 и абсорбента через патрубок 14 - в полость корпуса 2 и вывод отработавших материалов через патрубки 13 и 15. Под действием вибрации насадок 8, 9, и 10 вибромешалки 2 введенная и равномерно распределенная по сечению полости колонны легкая фаза (газ) интенсивно диспергируется и перемешивается с жидкой фазой Vibration column when used, for example, as an absorber, operates as follows. The cavity of the housing 1 is filled through the nozzle 14 with absorbent material to a level corresponding to the height of the hydraulic lock 16, the vibration exciter 4 is turned on, the required amplitude of vibration of the rod 3 with the vibratory mixer 2 is set (according to the readings of the amplitude meter), and gas is supplied at a given flow rate through the nozzle 18 and the perforated collector 17 and absorbent through the pipe 14 - into the cavity of the housing 2 and the exhaust material through the pipes 13 and 15. Under the influence of vibration of the nozzles 8, 9, and 10 of the vibratory mixer 2 introduced and evenly distributed the light phase (gas) over the cross section of the column cavity is intensively dispersed and mixed with the liquid phase

(абсорбентом) вследствие того, что колебания вибромешалки вдоль оси аппарата приводят к дроблению газа и циклическому вытеснению его смеси с абсорбентом через отверстия насадок 9 с образованием высокоскоростных струй. Образующиеся струи смеси материалов подсасывают жидкость, примыкающую к поверхности перфорированных насадок, и движутся к смежным конусообразным насадкам 8. Последние дополнительно диспергируют легкий материал и создают циркуляционные контуры смеси по высоте колонны, уменьшающие продольное перемешивание, а следовательно увеличивающие эффективность массопередачи. Вследствие разности плотностей материалов (под действием гравитационных сил) тяжелый материал (абсорбент) движется к выходному патрубку 15, а легкий (газ) поднимается к патрубку, ведущему в сепаратор 5. Отражатель 11 препятствует пенообразованию, разделяя газожидкостную эмульсию, а сепаратор 5 отделяет от газа захваченные им брызги абсорбента. Последний по трубке 12 возвращается из сепаратора в рабочую полость 19 корпуса 2, а газ по патрубку 13 выходит из аппарата. Мембрана 20 предотвращает проникновение контактирующих материалов за пределы рабочей полости 19, допуская при этом свободные колебания вибромешалки 2 относительно корпуса 1 аппарата. Поглощающая вставка 6 задерживает радиоактивное излучение, обеспечивая тем самым ядерную безопасность аппарата. Кронштейны 7 жестко закрепляют вставку 6 на корпусе 1 и обеспечивают равномерный зазор между ее стенками и вибромешалкой 2.(absorbent) due to the fact that the vibrations of the vibratory mixer along the axis of the apparatus lead to crushing of the gas and the cyclic displacement of its mixture with the absorbent through the openings of the nozzles 9 with the formation of high-speed jets. The resulting jets of the mixture of materials suck in the liquid adjacent to the surface of the perforated nozzles and move to adjacent conical nozzles 8. The latter further disperse the light material and create circulation contours of the mixture along the height of the column, which reduce longitudinal mixing and, consequently, increase mass transfer efficiency. Due to the difference in the densities of materials (under the influence of gravitational forces), the heavy material (absorbent) moves to the outlet pipe 15, and the light (gas) rises to the pipe leading to the separator 5. Reflector 11 prevents foaming by separating the gas-liquid emulsion, and the separator 5 is separated from the gas absorbent spray trapped by it. The latter through the tube 12 returns from the separator to the working cavity 19 of the housing 2, and the gas through the pipe 13 exits the apparatus. The membrane 20 prevents the penetration of contacting materials outside the working cavity 19, while allowing free vibrations of the vibratory mixer 2 relative to the housing 1 of the apparatus. The absorbing insert 6 delays the radiation, thereby ensuring the nuclear safety of the apparatus. The brackets 7 rigidly fix the insert 6 on the housing 1 and provide a uniform gap between its walls and the vibratory mixer 2.

Проведенные испытания показали, что заявляемая вибрационная колонна позволяет проводить очистку абсорбцией раствором гидроксида натрия отходящих газов с удельной производительностью до 1000 м³/м²*ч от примеси хлора при одинаковом шаге между насадками, при зазоре между поверхностями корпуса и вибромешалки (ширине кольцевой полости колонны) 40-100 мм и проходном поперечном сечении колонны от 20 до 55% кольцевой площади, образуемой корпусом и вибромешалкой.The tests showed that the inventive vibration column allows cleaning with absorption of sodium hydroxide solution of exhaust gases with a specific productivity of up to 1000 m ³ / m ² * h of chlorine impurity at the same step between the nozzles, with a gap between the surfaces of the body and the mixer (the width of the annular cavity of the column ) 40-100 mm and the passage cross section of the column from 20 to 55% of the annular area formed by the housing and the vibratory mixer.

В заявленной полезной модели зазор между стенками корпуса и вибромешалки составлял 80 мм, диаметр перфораций в насадках 9 составляет 6 мм, доля площади перфораций насадок 9 составляет 8%, скорость колебаний вибромешалки - 0,45 м/с, высота рабочей зоны колонны - 0,85 м. Степень очистки газа от хлора составляла 99,99%, коэффициент очистки - не менее 10³.In the claimed utility model, the gap between the walls of the housing and the mixer was 80 mm, the diameter of the perforations in the nozzles 9 is 6 mm, the fraction of the area of the perforations of the nozzles 9 is 8%, the vibration velocity of the mixer is 0.45 m / s, the height of the working zone of the column is 0, 85 m. The degree of gas purification from chlorine was 99.99%, and the purification coefficient was not less than 10 ³ .

Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволит:Thus, the use of the claimed utility model will allow:

существенно улучшить взаимное контактирование поступающих в колонну материалов, благодаря чему повысить эффективность массопередачи;significantly improve the mutual contact of the materials entering the column, thereby increasing the mass transfer efficiency;

снизить потери тяжелой фазы с выходящей из аппарата легкой фазой;reduce the loss of the heavy phase with the light phase exiting the apparatus;

значительно уменьшить массу вибромешалки за счет отключения от нее поглощающей вставки и, следовательно, использовать менее мощный, то есть более экономичный в работе вибровозбудитель.significantly reduce the mass of the vibration mixer by disconnecting the absorbing insert from it and, therefore, use a less powerful, that is, more economical vibration exciter.

Claims

1. Vibration column for mass transfer processes in liquid media, containing a hollow vertically mounted cylindrical body with nozzles for input and output of reagents, in the cavity of which a hollow cylindrical vibratory mixer coaxially installed, equipped with an absorbing insert, nozzles of a ring shape and attached to the vibration exciter of its vibrations along the axis of the housing characterized in that the absorbing insert is made cylindrical, installed in the cavity of the vibrating mixer with a gap relative to its inner wall and rigidly when replays to the column housing on the outside wall of the pipe between the Input vibromeshalki heavy material and light material output nozzle is fixed reflector of annular shape, and the housing is provided with a collector for inputting the light material and the separator to its output.

2. The vibrating column according to claim 1, characterized in that the nozzles are made flat, perforated and cone-shaped in cross section and are attached with the same pitch in alternating order to the outer side surface of the vibrating mixer.

3. The vibration column according to claim 1, characterized in that for working with radioactive materials, the gap between the surfaces of the housing and the vibratory mixer is 40-100 mm

4. The vibration column according to claim 1, characterized in that the cross-sectional cross-sectional area of the column is from 20 to 55% of the annular area formed by the housing and the vibrating mixer.