SU1103877A1

SU1103877A1 - Method of conducting mass (heat)-exchange chemical and microbiological processes and apparatus for effecting same

Info

Publication number: SU1103877A1
Application number: SU823415916A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Филимонов; Алексей Феофилатович Махоткин
Original assignee: Казанский Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Им.С.М.Кирова
Priority date: 1982-03-29
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1984-07-23

Description

3. Центробежный аппарат дл проведени массо-(тепло)обменных химических и микробиологических процессов , включающий корпус, вращающийс ротор с насадкой, выполненный в виде коаксиально расположенных перфорированньт цилиндров, отверсти которых снабжены соплами и диффузорами , расположенными на соседних цилиндрах радиально, устройства ввода и вывода фаз, отличающ и йен тем, что сопла и диффузо .ры установлены на цилиндрах, размещенных в центре ротора и направлены к периферии ротора.3. Centrifugal apparatus for conducting mass- (heat) exchange chemical and microbiological processes, including a housing, a rotating rotor with a nozzle, made in the form of coaxially arranged perforated cylinders, the openings of which are provided with nozzles and diffusers located on adjacent cylinders radially, input and output devices phases, distinguished by the fact that the nozzles and diffusers are mounted on cylinders located in the center of the rotor and directed to the periphery of the rotor.

Изобретение относитс к химической технологии и может найти применение Б различных производствах химической,коксохимической, нефт но химико-фармацевтической, гидрометал лургической и других отрасл х промышленности дл осуществлени проце сов массообмена (экстракци ), тепло обмена (нагрев, охлаждение), химических (включа гетерогенные) и био логических превращений (например, в производстве пенициллина и других антибиотиков из культурных жидкосте в системах жидкость - жидкость, жид кость - твердое тело. Известен способ и устройство дл проведени массообменных процессов двухфазньк систем путем диспергировани одной из фаз в другой - сплош ной фазе - и контактировани их в поле центробежных сил, когда жидкос ти во врем их контакта движутс в роторе аппарата непрерывно и против точно tl Устройство (центробежный экстрак тор) дл осуществлени известного способа содержит кожух с расположен ным в нем ротором с насадкой, конта на зона которого вьшолнена в виде профилированной щели, устройство ввода и вьтода фаз LllНедостатками известного способа и соответственного устройства дл его осуществлени вл ютс низка производительность, котора ограничена скоростью движени капель и режимом захлебывани аппарата (инверси фаз), низка эффективность ь ассообмена в сплошной фазе, обусло ленна тем, что при противоточном движении фаз в контактной зоне аппарата легка фаза, как правило, движетс в ламенарном режиме, которому соответствует.в основном молекул рный (диффузный) перенос вещества . При известном способе практически исключаетс возможность регулировани времени пребывани капель дисперсной фазы в аппарате, ибо соотношение между центробежной силой и силой гидродинамического сопротивлени , действующей на каплю при ее движении в контактной зоне аппарата, непрерывно мен етс по радиусу аппарата . Недостатком известного устройства (центробежного экстрактора) дл осуществлени известного способа вл етс наличие мертвых зон в виде секторов в центральной части контактной зоны аппарата, между соплами дл диспергировани т желой фазы, в которых исключаетс контакт фаз и, следовательно , снижаетс эффективность единицы объема контактной зоны аппарата . Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ проведени массообмеиных процессов двухфазных систем путем диспергировани одной из фаз в другой - сплошной фазе - и контактировани их в поле центробежных сил, когда жидкости во врем их контакта движутс пр моточно (контакт жидкостей осуществл етс при пр моточном движении) СЗ. Недостатком известного способа и устройства (экстрактор-сепаратор) дл его. осуществлени вл етс то, что контакт жидкостей и сепарирование фаз протекает раздельно. Поэтому в каждой конструкцш центробежного экстрактора непрерывного действи с пр моточным движением жидкостей при их смешивании имеютс , как минимум , два устройства, одно из которых обеспечивает механическое перемешивание жидкостей, а другое - разделение полученной смеси на исходные фазы. Смешение жидкостей осущест вл етс в аппаратах с мешалками, эжекторах, центробежных и вихревых насосах, либо непосредственно в турбулентном потоке. Разделение полученных жидких смесей осуществл етс в сверхцентрифугах и тарельчатых сепараторах. К недостаткам известного способа и устройства дл его осуществлени , кроме указанных выше, относитс эффективность процесса массообмена и разделени фаз, невозможность регулировани времени контакта фаз, ибо пребывание частиц в смесительных устройствах подчин етс веро тностно-стохастическим законам с определенным разбросом как по времени пребывани в смесительном устройстве, так и с определенной долей веро тности проскока частиц через смесительное устройство, не всту пивших во взаимодействие с другой фазой. Тонкослойное разделение эмуль сий в межтарельчатых пространствах сепараторов в ламинарном режиме обус ловливает низкую производительность последних. Известно устройство (центробежный аппарат) дл осуществлени известного cnoco6aj которое содержит кожух с размещенным в нем ротором с насадкой.; вьшолненной в виде коаксиально расположенных перфорированных цилиндров, отверсти которых снабжены соплами и диффузорами, располохенньми на соседних цилиндрах, в чередующейс последовательности, перегородки , устройство ввода и вывода фаз, аппарат снабжен ,переточными патрубками, установленными на цилинд рах с соплами, а перегородки выполнены выпуклой формы и установлены перед каждой парой диффузоров Недостатками известного способа в устройствах (центробежный аппарат дл его осуществлени вл ютс низка интенсивность процесса, мала производительность по легкой фазе и невозможность регулировани времени контакта фаз. Указанные недостатки (обусловлены тем, что процесс массообмена интенсивно протекает в момент соударени потоков и на начальном участке диффузора, где имеет место большой градиент относительной скорости фаз и, как результат, наличие больших касательных напр жений на границе раздела легка фаза - т жела , обуславливающих турбулентные пульсации в движущихс в пр мотоке фазах. По мере движени по диффузору скорости движени фаз вьфавниваютс , юс относительна скорость движени стремитс к нулю, исчезают касательные напр жени на границе раздела фаз и, следовательно, интенсивность процесса масссообмена падает. Производительность аппарата по легкой фазе определ етс коэффициентом инжекции в паре сопло-диффузор, врем же пребывани фаз в контактной зоне всецело определ етс балансом сил, действук цих на фазы и регулированию не поддаетс . Цель изобретени - интенсификаци процесса, увеличение производительности , возможность регулировани времени контактов фаз. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу проведени массо-(тепло)рбменных, химических и микробиологических процессов в двухфазных системах путем диспергировани одной из фаз в другой при пр моточном контактировании в поле центробежных сил, при диспергировании т желой фазы ее подают на периферию . центробежного пол , а при диспергировании легкой фазы ее подают в центр.центробежного пол при этом расход сплошной фазы Q определ ют из соотношени w-} Apto R-d Qp()5 рд - расход дисперсной фазы, - удерживающа способность ( УС) по дисперсной фазе, мз/м; S - проходное сечение контактной зоны аппарата движению фаз, м 5 плотность сплошной фазы, др - разность плотностей фаз, л) - кинематическа в зкость, -мёжфазное нат жение, Н/м; -диаметр капель (частиц), м; -углова скорость вращени ротора, t/c: . Re - критерий Рейнольдса;Ке 2 Ч - коэффициент гидродинамичес кого сопротивлени капли ( частицы); R ,- рассто ние от оси вращени до рассматриваемой точки контактной зоны аппарата,м дл капель при Re 1; dVR fAf |0.1 Vro.i tfc частиц при 1 «: Re 2500; относительна скорость движени фаз (скорость скольжени фаз), м/с, опре дел ема из соотношени противотока пр мотока . с G W Us ( Знак перед скобками в выражении (5) беретс с учетом направлени ве тора относительной скорости и вектора направлени капли (частицы). Нижние индексы: с - сплошна фаза; d -.дисперсна фаза; t - индекс, указывающий местоположени рассматриваемой точки контактной зоны относительно оси ротора. Цель изобретени обеспечиваетс также тем, что в центробежном аппар те дл осуществлени способа проведени маесо-(тепло)обменных, хими ческих и микробиологических процессов , включающем корпус, вращак цийс ротор-с насадкой, выполНенньй в ви де коаксиально расположенных перфорированных цилиндров, отверсти которых снабжены соплами и диффузо рами, расположенными на соседних ц линдрах радиально, устройства ввод и вывода фаз, сопла и Диффузоры установлены на цилиндрахj размещен ных на периферии ротора и направлены в сторону оси ротора. Кроме того, в центробежном аппа рате дл осуществлени способа соп ц диффузоры установлены на цилиндpax , размещенных в центре ротора и обращены к периферии ротора. На фиг. 1 изображен вариант общего вида центробежного аппарата в разрезе, дл случа , когда сечение диффузора измен етс в горизонтальной и посто нно в вертикальной плоскости , сопла и диффузоры установлены на цилиндрах, размещенньгх на периферии ротора; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант общего вида центробежного аппарата в разрезе дл случа , когда сечение диффузора измен етс в вертикальной и посто нно в горизонтальной плоскости , а сопла и диффузоры установлены на цилиндрах, размещенных на периферии ротора; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - вариант общего вида центробежного аппарата в разрезе дл случа , когда сечение диффузора измен етс в вертикальной и посто нно в горизонтальной плоскости , а сопла и диффузоры установлены на цилиндрах, размещенных в центре ротора; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5. Центробежный аппарат содержит кожух Т, ротор 2, коаксиальные цилиндры 3 и 4, сопла 5, диффузоры 6, пакет конических тарелок 7, камеры 8 и 9 с помещенными в них напорными дисками 10 и 11, камеры 12-15, радиальные каналы 16 и 17, патрубки ввода 18 и 19 и вывода 20 и 21 фаз. Центробежный аппарат работает следующим образом. Сплошна фаза и дисперсна фаза по патрубкам подводу 18 и 19 и каналам ,16 и 17 поступают в камеры 15 и 14 соответственно. Далее сплошна фаза за счет центробежного давлени и давлени в линии подичи сплошной фазы в аппарат через сопла 5 выбрасываетс в контактную зону аппарата - диффузоры 6, инжектиру дисперсную фазу. Образовавша с эмульси , пройд зону контакта при движении с периферии к центру аппарата, через отверсти 22 поступает на разделение в пакет конических тарелок 7, в межтарельчатых пространствах которых под действием центробежных и архимедовых сил вытеснени фазы сепарируютс . Отсепарированна легка фаза собираетс в камере IZn через от- версти перетекает в камеру 8, отку да с помощью напорного диска 10 по патрубку 20 выводитс из аппарата.The invention relates to chemical technology and can be used in various industries of the chemical, coke-chemical, petrochemical, pharmaceutical, hydrometallurgical and other industries to carry out mass transfer (extraction), heat exchange (heating, cooling), chemical (including heterogeneous) processes. biological transformations (for example, in the production of penicillin and other antibiotics from cultured liquids in liquid – liquid systems, liquid bones – solid bodies). carrying out mass transfer processes of two-phase systems by dispersing one of the phases in the other — the continuous phase — and contacting them in the field of centrifugal forces, when liquids during their contact move in the rotor of the apparatus continuously and against exactly tl Device (centrifugal extractor) to realize the known method contains a casing with a rotor with a nozzle located in it, a contact on the zone of which is made in the form of a profiled slot, an input device and a phase input Lll The disadvantages of the known method and the corresponding device For its implementation are low productivity, which is limited by the speed of movement of the droplets and the flooding mode of the apparatus (phase inversion), low efficiency of the aggregation in the continuous phase, due to the fact that with countercurrent movement of the phases in the contact zone of the apparatus there is an easy phase, moves in the lam- inar mode, which corresponds mainly to molecular (diffuse) transport of matter. With the known method, the possibility of adjusting the residence time of the dispersed phase droplets in the apparatus is practically excluded, because the ratio between the centrifugal force and the hydrodynamic drag force acting on the drop as it moves in the contact zone of the apparatus varies continuously along the radius of the apparatus. A disadvantage of the known device (centrifugal extractor) for carrying out the known method is the presence of dead zones in the form of sectors in the central part of the contact zone of the apparatus, between the nozzles for dispersing the heavy phase, in which the contact of the phases is eliminated and, consequently, the efficiency of the unit volume of the contact zone of the apparatus decreases . The closest to the present invention is a method for conducting mass-mass two-phase system processes by dispersing one of the phases in the other — the continuous phase — and contacting them in the field of centrifugal forces when the liquids move continuously during their contact (the liquids contact during the continuous flow) NW. The disadvantage of this method and device (extractor-separator) for it. implementation is that the contact of liquids and separation of the phases takes place separately. Therefore, in each design of a centrifugal continuous extractor with a continuous flow of liquids when they are mixed, there are at least two devices, one of which provides for mechanical mixing of liquids, and the other - separation of the resulting mixture into initial phases. Mixing of liquids is carried out in apparatus with agitators, ejectors, centrifugal and vortex pumps, or directly in a turbulent flow. The separation of the resulting liquid mixtures is carried out in supercentrifuges and plate separators. The disadvantages of the known method and device for its implementation, besides the above mentioned ones, are the efficiency of the mass transfer process and phase separation, the inability to control the contact time of the phases, since the residence of particles in mixing devices obeys probabilistic stochastic laws with a certain spread as in the mixing time the device, and with a certain degree of probability of leakage of particles through the mixing device, which did not interact with another phase. The thin-layer separation of emulsions in the inter-tray spaces of separators in the laminar mode causes a low productivity of the latter. A device (centrifugal apparatus) is known for carrying out the known cnoco6aj which comprises a casing with a rotor with a nozzle placed in it .; executed in the form of coaxially arranged perforated cylinders, the openings of which are equipped with nozzles and diffusers arranged on adjacent cylinders, in alternating sequences, partitions, an input and output device of the phases, the apparatus is equipped with flow nozzles installed on cylinders with nozzles, and the partitions are convex and installed in front of each pair of diffusers. The disadvantages of the known method in devices (centrifugal apparatus for its implementation are low intensity of the process, poor performance in the light phase and the inability to control the contact time of the phases. These drawbacks (due to the fact that the mass transfer process intensively takes place at the time of the collision of the flows and in the initial part of the diffuser, where there is a large gradient of the relative velocity of the phases at the interface of the light phase, which causes turbulent pulsations in the phases moving in the flow. As moving along the diffuser, the speed of movement of the phases increases, the relative speed of movement tends to zero, the tangential stresses at the interface disappear and, consequently, the intensity of the mass transfer process decreases. The productivity of the apparatus in the light phase is determined by the injection coefficient in the nozzle-diffuser pair, while the residence time of the phases in the contact zone is entirely determined by the balance of forces that the phase does not control and does not control. The purpose of the invention is to intensify the process, increase productivity, the ability to control the contact time of the phases. This goal is achieved by the fact that according to the method of conducting mass- (heat) exchange, chemical and microbiological processes in two-phase systems by dispersing one of the phases to another with direct contacting in the field of centrifugal forces, it is distributed to the periphery. centrifugal field, and when dispersing the light phase, it is fed to the central centrifugal field while the flow rate of the continuous phase Q is determined from the ratio w-} Apto Rd Qp () 5 pd - the flow rate of the dispersed phase, - the retention capacity (US) of the dispersed phase, mz / m; S is the flow area of the contact zone of the apparatus for the movement of phases, m 5 is the density of the continuous phase, others are the difference between the densities of the phases, l) is the kinematic viscosity, is the interfacial tension, N / m; - diameter of droplets (particles), m; - Angular rotation speed of the rotor, t / c: Re is the Reynolds criterion; Ke 2 H is the coefficient of hydrodynamic resistance of a drop (particle); R, is the distance from the axis of rotation to the considered point of the contact zone of the apparatus, m for droplets with Re 1; dVR fAf | 0.1 Vro.i tfc particles with 1 ": Re 2500; the relative speed of movement of the phases (speed of sliding of the phases), m / s, determined from the ratio of the countercurrent pr motorway. with GW Us (The sign in front of the parentheses in expression (5) is taken taking into account the direction of the relative velocity vector and the direction vector of the droplet (particle). Subscripts: c is a continuous phase; d is a dispersed phase; t is an index indicating the location of the point in question the contact zone relative to the rotor axis. The purpose of the invention is also provided by the fact that in the centrifugal device for carrying out the method of carrying out heat exchange, chemical and microbiological processes, including the housing, rotations with a rotor with a nozzle, Perforated cylinders located oaxially, the openings of which are provided with nozzles and diffusers located on adjacent cylinders radially, phase input and output devices, nozzles and diffusers are mounted on cylinders located at the periphery of the rotor and directed towards the rotor axis. In order to implement this method, diffusers are mounted on cylinders placed in the center of the rotor and facing the periphery of the rotor. FIG. 1 shows a variant of a general sectional view of the centrifugal apparatus, for the case when the cross section of the diffuser varies horizontally and continuously in the vertical plane, the nozzles and diffusers are mounted on cylinders located at the periphery of the rotor; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 shows a variant of a general view of the centrifugal apparatus in section for the case when the cross section of the diffuser varies in vertical and constant horizontal planes, and the nozzles and diffusers are mounted on cylinders located on the periphery of the rotor; in fig. 4 shows a section BB in FIG. 3; in fig. 5 shows a general sectional view of the centrifugal apparatus for the case where the cross section of the diffuser varies vertically and continuously in the horizontal plane, and the nozzles and diffusers are mounted on cylinders located in the center of the rotor; in fig. 6 is a sectional view BB in FIG. 5. The centrifugal apparatus contains a casing T, a rotor 2, coaxial cylinders 3 and 4, nozzles 5, diffusers 6, a package of conical plates 7, chambers 8 and 9 with pressure disks 10 and 11 placed in them, chambers 12-15, radial channels 16 and 17, nozzles input 18 and 19 and output 20 and 21 phases. The centrifugal apparatus operates as follows. The solid phase and the dispersed phase through the pipes inlet 18 and 19 and the channels 16 and 17 enter the chambers 15 and 14, respectively. Further, due to centrifugal pressure and pressure in the line, the continuous phase flows into the apparatus through nozzles 5 through the continuous phase into the contact zone of the apparatus - diffusers 6, injecting the dispersed phase. Formed with the emulsion, the contact zone passes when moving from the periphery to the center of the apparatus, through openings 22 enters the separation into a package of conical plates 7, in the interpeller spaces of which, under the action of centrifugal and archimedean displacement forces, the phases are separated. The separated light phase is collected in the chamber IZn through the hole flows into the chamber 8, and then with the help of the pressure disc 10 through the nozzle 20 is removed from the apparatus.

7 17 1

Отсепарированиа т жела фаза собираетс в камере 13/откуда перетекает в камеру 9 и с помощью напорного диска 11 по патрубку 21 выводитс из аппарата.Separating the desired phase is collected in chamber 13 / from where it flows into chamber 9 and with the help of a pressure disc 11 through pipe 21 is removed from the apparatus.

Отличительна особенность работы аппаратов, изображенных на фиг. 1 и 3 от изображенного на фиг. 5, состоит п направлении движени эмульсии в контактной зоне аппарата, соответственно с периферии к центру и наоборот, в соответствии с балансом сил: силы гидродинамического сопротивлени и центробежной силой (дл первого случа ) и аналогом архимеовой силы вытеснени в центробежном поле - во втором. . .A distinctive feature of the apparatus, shown in FIG. 1 and 3 from that shown in FIG. 5, consists of the direction of movement of the emulsion in the contact zone of the apparatus, respectively from the periphery to the center and vice versa, in accordance with the balance of forces: hydrodynamic resistance forces and centrifugal force (for the first case) and an analogue of Archimean displacement force in a centrifugal field - in the second. . .

Преимущества способа и центробежного аппарата дп его.осуществлени иллюстрируютс следующими положени ми .The advantages of the method and the centrifugal apparatus dp its embodiments are illustrated by the following provisions.

Увеличение производительности.Increase in productivity.

В основу предлагаемого способа и центробежного аппарата дл его осуВ1 ествлени положен принцип пр моточного движени фаз: с периферии к ценцентру ротора - при диспергировании т желой фазы и от центра к периферии ротора - при диспергировании легкой фазы, т.е. в обоих случа х движение прртивоестественнь дл центробежного пол и оно возможно лишь только тогда, когда сила: гидродинамического сопротивлени (скоростной напор) сплошной среды превьппает величину центробежной силы,действующей на капли (частицы) в первом случае, и архимедову силу вытеснени - во втором . На создание требуемого скоростного напора дл преодолени вышеуказанных сил требуетс значительный расход сплощной фазы (как правило, на пор док превышакиций расход сплошной фазы в аналогичных услови х дп противоточных аппаратов) и, следовательно , увеличение производительности . Если дл противоточных аппаратов существует верхний предел по нагрузкам - режим захлебывани аппарата, сопровождаемый инверсией фаз, то при предлагаемом способе диапазон работы центробежного аппарата простираетс от состо ни псевдоожижени , когда неравенство (1) преобразуетс в равенство, до бесконечности (по практическим соображени м до состо ни , когда W О, ибо в этом случае резко падает интенсив8The proposed method and the centrifugal apparatus for its realization are based on the principle of the continuous motion of the phases: from the periphery to the rotor center, when dispersing the heavy phase and from the center to the periphery of the rotor, when dispersing the light phase, i.e. in both cases, the movement is practical for the centrifugal field and it is possible only when the force: the hydrodynamic resistance (velocity head) of the continuous medium exceeds the magnitude of the centrifugal force acting on the droplets (particles) in the first case and the Archimedean force of displacement - in the second. The creation of the required velocity head to overcome the above forces requires a significant consumption of the spilled phase (as a rule, in the order of exceeding the consumption of the continuous phase under similar conditions dp of countercurrent devices) and, consequently, an increase in productivity. If for countercurrent devices there is an upper limit on loads — the flooding mode of the apparatus, accompanied by phase inversion, then with the proposed method, the range of operation of the centrifugal apparatus extends from the fluidization state, when inequality (1) transforms into equality, to infinity (by practical considerations to Nor when W Oh, for in this case the intensity of

ность процесса массообмена, химических и микробиологических процессов). Интенсификаци процесса. Значительный расход сплошной фазы 5 обусловливает существование развитого турбулентного режима движени сплошной среды. Если в аппаратах с противоточным движением фаз сплошна фаза дэижетс , как правило, вthe process of mass transfer, chemical and microbiological processes). Intensification of the process. The considerable consumption of the continuous phase 5 determines the existence of a developed turbulent mode of motion of the continuous medium. If in devices with countercurrent phase motion a continuous phase is deizhets, as a rule,

P ламинарном режиме движени , которому свойственен молекул рный, (диффузионный ) перенос вещества в фазах, и, следовательно, низка интенсивность процесса массообмена, то приP the laminar mode of motion, which is characterized by molecular, (diffusion) transfer of matter in phases, and, consequently, the intensity of the mass transfer process is low, then

5 предлагаемом способе сплошна движетс при развитом турбулентном режиме, сопровождаемом интенсивным конвентивным переносом, следовательно , значительно интенсифицируетс про0 цесс массопереноса в фазах. Интенсивный турбулентный режим движени сплошной фазы способствует интенсивности циркул ции жидкости внутри капель дисперсной фазы, деформации5, the proposed method continuously moves under the developed turbulent mode, accompanied by intensive conventional transfer, therefore, the mass transfer process in the phases is significantly intensified. The intense turbulent motion of the continuous phase contributes to the intensity of the circulation of the liquid inside the droplets of the dispersed phase, the deformation

5 и дроблению последних, т.е. обновлению поверхности и интенсификации процесса массообмена, химических и микробиологических процессов.5 and crushing the latter, i.e. surface renewal and intensification of the process of mass exchange, chemical and microbiological processes.

Возможность регулировани времениThe ability to adjust the time

0 контакта фаз.0 phase contact.

Регулирование времени контакта фаз при известных способах .проведени процессов массо-(тепло)обмена либо затруднено (противоточное дви жение фаз в аппаратах центробежного типа), либр слишком проблематично, условно (в перемешивающих устройствах , например, в аппаратах с мешалкой ), обусловлено веро тностно-стохасThe regulation of the phase contact time with the known methods of conducting mass- (heat) exchange processes is either difficult (countercurrent phase motion in centrifugal-type devices), the libr is too problematic, conditionally (in mixing devices, for example, with agitators), due to the likelihood Stokhas

0 тической природой влени .0 ticheskoy nature of the phenomenon.

При предлагаемом способе представл етс возможность регулировани времени контакта фаз.With the proposed method, it is possible to adjust the contact time of the phases.

Врем пребывани капель (частиц) в контактной зоне аппарата всецело определ етс длиной зоны контакта и скоростью их движени последн определ етс из баланса сил: силы гидродинамического сопротивлени The residence time of the droplets (particles) in the contact zone of the apparatus is entirely determined by the length of the contact zone and the speed of their movement; the latter is determined from the balance of forces: hydrodynamic resistance forces

(скоростного напора сплошной среды) и центробежной силы, либо архимедовой силы вытеснени , т.е. врем пребывани капель (частиц) в контактной зоне аппарата - врем контакта фаз - все5 цело определ етс расходом сплошной , Фазы. Следовательно, существует однозначна зависимость времени контакта фаз от расхода сплошной среды. Измен расход сплошной фазы, можно пол чить широкий диапазон времени кон/такта фаз (практически от бесконе ности когда неравенство (1) переходит в равенство и наступает режим псевдоожижени , до состо ни ,когда , то в этом случае и фазы мгновенно покидают зону контакта). Реальньй режим работы аппарата должен определ тьс при решении компро миссной минимаксной задачи: . т , где К - коэффициент массопереноса; QJ-- суммарна производительност аппарата по фазам; - врем контакта фаз. Центробежный аппарат дл осущест лени способа, в котором сопла и ди фузоры установлены на цилиндрах, размещенных на периферии ротора (в центре ротора) радиально и обращены в направлении оси ротора (к периферии ротора), позвол ет интенсифи ровать процесс, увеличить производи тельность и создает возможность регулировани времени контакта фаз. Интенсификаци процесса мабсо- (тепло)обмена химических и микроби логических процессов в предлагаемом аппарате достигаетс не только на начальном участке зоны контакта, обусловленном эффектом инжекции, но и на всем пути прохождени капель .(частиц) в контактной зоне аппарата , при конвективном массообмене, вызванном высокоразвитым турбулентным режимом движени сплошной фазы. Высока производительность аппар та обусловлена предлагаемым способом , самой природой пр моточного движени фаз, существование которог возможно лишь только в случае превы шени гидродинамической силы сопротивлени (скоростного напора сплошНО& фазы) над центробежной силой (либо аналогом архимедовой силы вытеснени в центробежном поле), деис вукщей на капли (частицы) в центробежном поле. Выполнение зоны контакта в форме диффузоров исключает возможность еб разовани мертвых зон в контакт ной зоне аппарата, в которых исключаетс контакт фаз, позвол ет сбала сировать изменение центробежной сил ( либо аналога архимедовой силы вытеснени ) по радиусу аппарата, действующей на капли, изменением величины .силы гидродинамического сопротивлени сплошной среды (скоростного напора сплошной среды) по радиусу аппарата за счет изменени проходного сечени зоны контакта таким образом, чтобы режим движени капель (частиц), а следовательно, и их скорость оставались неизменными. Во сколько .раз измен етс величина центробежной силы (либо аналога архимедовой силы вытеснени в центробежном поле) по радиусу аппарата, действующей на капли (частицы), во столько раз должна измен тьс по радиусу аппарата величина.силы гидродинамического сопротивлени сплошной среды движению Капли, последн же определ етс проходным сечением зоны контакта . Проверка предлагаемого способа и аппарата дл его осуществлени пооводнпась на лабораторной модели аппарата диаметром 400 мм с длиной зоны контакта по радиусу 110 мм при проведении процесса экстракции на системе керосин-фенол-вода (извлечение фенола из керосина водой) при числе оборотов ротора 1500 об/мин, и объемном соотношении фаз (1/3. Исследовани показали, что интенсивность процесса возросла на 40-60% при расходах фаз, на пор док превышающих расходы при аналогичных режимах при противоточном движении фаз. Предельную производительность аппарата при предлагаемом способе вы вить не удалось из-за ограниченных возможностей экспериментальной установки . Визуальные наблюдени в страбоскопическом освещении за движением фаз в контактной зоне аппарата (мо.дель аппарата изготовлена из оргстекла ) показали, что скорость движени капель в контактной зоне аппарата, а следовательно, и врем пребывани . их в зоне контакта наход тс в пр мой зависимости от расхода сплошной фазы. Возможность регулировани режима движени фаз в аппаратах и врем контакта фаз открывает широкую перспективу дл интенсификации технологических процессов и полной автоматизации процессов при проведении последних согласно предлагаемого способа и аппарата дл еГо осуществлени . Предлагаемый способ дл проведени массо-(тепло)обменных процессов и(velocity head of the continuous medium) and centrifugal force, or the Archimedean force of displacement, i.e. the residence time of the droplets (particles) in the contact zone of the apparatus — the contact time of the phases — everything5 is completely determined by the flow rate of the continuous, Phase. Consequently, there is an unambiguous dependence of the contact time of the phases on the flow rate of the continuous medium. By changing the flow rate of the solid phase, you can get a wide range of phase / phase time (almost from infinity when inequality (1) becomes equality and fluidization occurs, to a state where, in this case, the phases immediately leave the contact zone) . The real mode of operation of the apparatus must be determined when solving the compromise minimax problem:. t, where K is the mass transfer coefficient; QJ-- total performance of the device in phases; - phase contact time. The centrifugal apparatus for carrying out the method, in which the nozzles and diffusers are mounted on cylinders placed on the periphery of the rotor (in the center of the rotor) are radially turned in the direction of the axis of the rotor (to the periphery of the rotor), allows to intensify the process, increase productivity and creates the ability to adjust the contact time of the phases. Intensification of the process of mabs (heat) exchange of chemical and microbiological processes in the proposed apparatus is achieved not only in the initial part of the contact zone, due to the injection effect, but also along the entire path of droplets (particles) in the contact zone of the apparatus, during convective mass transfer caused by highly developed turbulent motion of the continuous phase. The efficiency of the apparatus is high due to the proposed method, the very nature of the continuous motion of the phases, which can only exist if the hydrodynamic resistance force (velocity head is continuous) is exceeded over the centrifugal force (or an analogue of the Archimedean force of displacement in the centrifugal field), deissuated on droplets (particles) in a centrifugal field. The implementation of the contact zone in the form of diffusers eliminates the possibility of the development of dead zones in the contact zone of the apparatus, in which the contact of the phases is eliminated, allows a change in the centrifugal forces (or an analogue of the Archimedean displacement force) along the radius of the apparatus acting on the droplets to change. the hydrodynamic resistance of a continuous medium (velocity pressure of a continuous medium) along the radius of the apparatus due to a change in the flow area of the contact zone so that the motion of the droplets (particles), and no, and their speed remained unchanged. The amount of centrifugal force (or analogue of the Archimedean displacement force in a centrifugal field) varies by the radius of the apparatus acting on the droplets (particles), the magnitude of the force of the hydrodynamic resistance of the continuous medium to the motion of the Droplet, the last is determined by the flow area of the contact zone. Verification of the proposed method and apparatus for its implementation is carried out on a laboratory model of an apparatus with a diameter of 400 mm and a length of contact zone over a radius of 110 mm when carrying out the extraction process on a kerosene-phenol-water system (removing phenol from kerosene with water) at a rotor speed of 1500 rpm , and the volume ratio of the phases (1/3. Studies have shown that the intensity of the process increased by 40-60% with the flow of the phases, by an order of magnitude greater than the costs under similar conditions with countercurrent phase movement. Limit productivity The arata could not be detected with the proposed method due to the limited capabilities of the experimental setup.Visual observations in strobe lighting of the movement of the phases in the contact area of the device (the device’s model is made of plexiglas) showed that the speed of movement of the drops in the contact area of the device, and therefore , and the residence time of them in the contact zone is directly dependent on the flow of the continuous phase. The possibility of controlling the mode of movement of the phases in the apparatus and the time of contact of the phases opens up a broad perspective to intensify technological processes and fully automate processes when carrying out the latter in accordance with the proposed method and apparatus for its implementation. The proposed method for carrying out mass- (heat) metabolic processes and

аппарат дл его осуществлени , по сравнению с известными, примен емыми в промьшишнности способами с пр моточным и противоточным движением контактируемых фаз и аппаратами дл их осуществлени (трубчатые центрифуги СГТ-100, СГС-150, экстрактор с / I Uволнообразной насадкой), прин тыми за базовый образец, позвол ет интенсифицировать процесс массообмена на 40-60%, увеличить производительность аппарата на пор док и создает возможность регулировани времени контакта фаз.apparatus for its implementation, compared with the known methods used in industry with direct and countercurrent motion of the contacted phases and apparatus for their implementation (SGT-100 tubular centrifuges, SGS-150, extractor with / I U-shaped nozzle), taken The base sample allows to intensify the process of mass transfer by 40-60%, to increase the productivity of the apparatus by an order of magnitude and makes it possible to control the contact time of the phases.

Фигг к к, Юч :л.,|| 1 I I 1м I t I )хг Фиг. 1Figg to K, Yuch: l., || 1 I I 1m I t I) xg FIG. one

6-66-6

Фиг.FIG.

Claims

1. A method of conducting mass (heat) exchange, chemical and microbiological processes in two-phase systems by dispersing one of the phases into the other with direct-flow contact in the field of centrifugal forces, characterized in that, in order to intensify the process, increase productivity and control time phase contact, by dispersing the heavy phase is fed on its periphery a centrifugal field, while the light phase is dispersed it is fed into the center of the centrifugal field, the flow rate of the continuous phase Q _c is determined from the relation y ² Rd Ψ (and where () d - the dispersed phase flow, m ³ / s', f - retention capacity (CM) of the disperse phase, m ³ / m ^3;

S is the bore of the contact zone of the apparatus to the movement of the phases, m ² ;

p _{with the} density of the continuous phase, kg / m ³ ;

- the difference in phase densities, kg / m ³ ;

- kinematic viscosity, m ² / s;

ά - interphase voltage, n / m; d is the diameter of the droplets (particles), m;

y - the angular velocity of rotation of the rotor, 1 / s;

Rp is the Reynolds criterion;

Ψ - coefficient of hydrodynamic drag of a drop (particle);

R is the distance from the axis of rotation to the considered point of the contact eon of the apparatus, m

2. A centrifugal apparatus for conducting mass (heat) exchange, chemical and microbiological processes, including a housing, a rotating rotor with a nozzle, made in the form of coaxially arranged perforated cylinders, the openings of which are equipped with nozzles and diffusers located on adjacent cylinders radially; and phase output, characterized in that, in order to intensify the process, increase productivity and control the contact time of the phases, nozzles and diffusers are installed on cylinders placed on periphery of the rotor and Lena direction towards the rotor axis.

110.3877

3. A centrifugal apparatus for carrying out maes- (heat) exchange, chemical and microbiological processes, including a housing, a rotating rotor with a nozzle, made in the form of coaxially arranged perforated cylinders, the openings of which are equipped with nozzles and diffusers located on adjacent cylinders radially, devices input and output phases, which differs in that the nozzles and diffusers are mounted on cylinders located in the center of the rotor and directed to the periphery of the rotor.