Колонный массообменный аппарат

(Я)5 В 01 3 19/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР"1 р р"т"у"ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРС лодежного Московский нститут им. П.Буланов л, 8010 ННЫЙ АП ласти коистов колонно(21) 4840551/26(71) Добровольное общество мжилого комплекса "Сабурово" иавиационный технологическийК.Э,Циолковского,(56) Патент СВЩ Ит 3350075,47/16, 1962.Авторское свидетельство С(57) Изобретение относится к обрукциймассообменных аппара Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов колонного типа и может найти применение в гидрометаллургии, химической технологии и других отраслях промышленности при осуществлении противоточных процессов в системе жидкость - твердое тело.Цель изобретения - увеличение эффективности массообмена за счет создания ячеек в режиме идеального вытеснения и снижения продольного перемешивания фаз,На фиг.1 изображен общий вид колонного массообменного аппарата; на фиг,2 и 3 - перфорированные шары-сетки из смежных слоев аппарага, соответственно, с шаровыми элементами из материалов легче и тяжелее раствора. го типа и может найти применение в гидро- металлургии, химической технологии и других отраслях промышленности при осуществлении протйвотбчных процессов в системе жидкость - твердое тело. Сущность изобретения; колонный массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между которыми послойно расположены шаровые элементы, заключенные в непод- вижные перфооированные шары-сетки, Шаровые элементы в смежных слоях выполнены иэ материалов с различной объемной массой, при этом слои шаровых элементов последовательно чередуются по высоте аппарата. 1 илЗ табл,Колонный массообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, опорно-распределительной 2 и ограничительной 3 решеток, неподвижных перфорированных шаров-сеток 4, Внутри послойно расположенных шаров-сеток помещены шаровые элементы 5 и 6, выполненные из материалов с различной плотностью (легче и тяжелее раствора, в котором они находятся). Причем слои шаровых элементов с различной обьемной массой чередуются по высоте аппарата.Аппарат работает следующим образом (на примере осуществления процесса промывки твердых веществ жидкостью).Дисперсная система (суспензия или пульпа) подается в верхнюю часть корпуса 1 аппарата, снизу противотоком поступаетпромывная жидкость. Взаимодействие фаз происходит в зоне.образованной нижней опорно-распределительной 2 и верхней ограничительной 3 решетками и заполненной тем или иным способом неподвижными перфорированными шарами-сетками 4 с подвижными шаровыми элементами 5 и 6. Вследствие различных величин объемных масс шаров 5 и 6, последние располагаются в нижней и верхней частях неподвижных шаров-сеток 4. Причем, слой шаров-сеток с шаровыми элементами 5, выполненными из материала, объемная масса которого меньше плотности раствора, последовательно чередуются со слоем шаров-сеток с элементами 6 из"материала, объемная масса которого больше плотности раствора в колонном аппарате. Твердые частицы осаждаются, многократно контактируя с восхо 5 10 20 дящим потоком промывной жидкости,сгущаются в нижней конической камере и удаляются из аппарата, Раствор с отмываемым компонентом выводится через наружный переливной карман в верхней части 25 колонны,Последовагельное чередование шаровых элементов с различной объемной массой создает предпосылки для разделения аппарата по высоте на секции (ячейки). При 30 этом, структура потоков в аппарате становится близкой к режиму полного (идеального) . вытеснения, Два смежных слоя перфорированных шаров-сеток с тяжелыми шаровыми элементами, расположенными в нижней части шаров-сеток, и с легкими шаровыми элементами, занимающими в перфорированных шарах-сетках верхнюю их часть, напоминают по своим конструктивным особенностям и выполняемым техноло 35 40 гическим функциям горизонтальную секционирующую перегородку с малым проходным сечением. Это позволяет равномерно распределять потоки взаимодействующих фаз и значительно снижать уменьшения рециркуляции жидкости или обрабатываемых твердых веществ вдольоси аппарата.Большое значение для эффективного 50 осуществления противоточного массообменного процесса в двухфазной гетероген ной системе имеет величина объемной массы подвижных шаровых элементов, заключенных в неподвижные перфорированные шары-сетки, Чем легче шар (полый или 55 сплошной), тем сильнее он будет примыкать к верхней поверхности шара-сетки и наоборот. Для более эффективного распределения потоков взаимодействующих фаз целесообразнс выполнять шаровые элеменпродольное перемешивание вследствие 45 ты из материала, объемная масса которого находится в пределах от 280 до 540 кг/м (полые пластмассовые шары, из вспененных пластмасс, резиновые и т.д.), т,к. в этом случае они будут сохранять небольшую подвижность при наложении пульсационного воздействия, при дискретной выгрузке осадка или периодической подаче промывной жидкости, Сохранение относительной подвижности шаровых элементов необхо- . димо для исключения отложения на их поверхности твердых веществ и возможности прилипания к внутренней поверхности перфорированных шаров-сеток, что приводит к каналообразованию. При более низкой объемной массе легких шаровых элементов они практически теряют свою подвижность. Более высокая объемная масса (свыше 540 кг/мз) создает предпосылки для перемещения шаровых элементов во всем объеме перфорированных шаров-сеток, что приводит к значительному увеличению продольного перемешивания фаз и снижению эффективности отмывки,Выполнение шаровых элементов в смежном слое из более тяжелого материала с объемной массой на 30-180 кг(м больше плотности раствора (перфорированные или полые сферические элементы из алюминия, титана, фторопласта и т.д,) позволит находиться им в нижней части пространства, образованного шаровой сеткой. И, таким образом, при определенном расположении шаров-сеток, тяжелыми шаровыми элементами вышерасположенного слоя будут перекрываться свободные пространства (каналы) нижерасположенного слоя шаровых элементов, выполненных из материала с более низкой объемной массой. На уровне колонного аппарата, условно проведенном через центры шаровых элементов смежных слоев, достигается наиболее равномерное распределение потоков взаимодействующих фаз вследствие ступенчатого (резкого) уменьшения гидравлического сопротивления секционирующего устройства,Причем, при более низкой объемной массе тяжелых шаровых элементов, последние за счет восходящего потока промывной жидкости могут перемещаться в верхнюю частьпространства, ограниченного шаровой сеткой, что приводит к разобщению легких и тяжелых шаровых элементов и, в итоге. к увеличению продольного перемешивания фаз, При более высокой обьемной массе шаровых элементов(на 180 кг/м превышающей плотность раствора в колонном аппарате) возникает опасность отложения на их поверхности гидратных или иных осадков и возможность прилипания к внутренней поверхности шаров-сеток, что при- возвратно-поступательные колебательные водит к нарушению однородности двойного движения (частота пульсаций - 0,5 с, ампслоя из легких и тяжелых шаровых элемен- литуда - 15 мм).тов, увеличению продольного перемешива- Результаты исследований представления и снижению эффективности 5 ны в таблице 1(концентрация НИОв жидмассообменного процесса, кой исходной суспензии - 12,9 г/дм ),Иэ вышеизложенного следует, что наи- Как видно из результатов эксперименболее целесообразным для достижения по- тов, в преДлагаемом аппарате эффективставленной цели является выполнение ность отмывки азотной кислоты от твердой шаровых элементов в смежных слоях из ма фазы увеличивается на 7 я 4-7,8, конценттериалов с различной объемной массой и рация НИОз в промытомовадке снижается чередование слоев по высоте аппарата. в 4,75,4 раза.Выполняя перфорированные шары-сет- П р и м е р 2. Процесс отмывки азотной ки различного диаметра, можно изменять кислоты от твердой фазы осуществлялся в расстояние между двойными слоями иэ лег колонном аппарате диаметром 0,4 м. Перких и тяжелых шаровых элементов. Для форированные шары-сетки.одного изслоев обеспечения определенной эффективности последовательно снабжались шаровыми массообменныхпроцессовнарядусиспопь. алементамисобъяемнотймассой(150,220, зованием подвижных и.неподвижных эле- .290, 320, 460, 550, 580 и 860 кг/м . В смежментов в качестве контактных устройств 20 ных слоях шаровые элементы имели объем- возможно варьирование формы плетения ную массу 1080 кгlм, Методика и сеток, материала проволоки. ее диаметра и конструктивные размеры колонного аппат.д. рата.аналогичны условиям примера 1. РеТаким образом, перечисленные конст- зультаты опытов предСтавлены в табл.2 руктивные особенности аппарата позволя (средняя плотность растворав аппарате - ют увеличить эффективность массообмена 1010 кг/м):за счет снижения продольного перемешива- Наибольшая эффективность отмывки ния фаз, достигается.при оснахщейии аппарата шароП р и м е р 1. В колонном аппарате выми элемяейтамйхвсмесжйых слоъях собъем- диаметром 0,4 м и высотой 4 м производи ной массой на 460-720 кг/м меньшей лась отмывка азотной кислоты от твердой плотности раствора.фазы технологической суспензии водой. В:П р и м е р 3. Процесс осуществхляяют в первой серии опытов колонный массооб- том же аппарате при тех же условиях, что и менный аппарат снабжался перфорирован- в примере 1. В.смежйых с легкими шаровыными шарами-сетками (квадратные ячейки 35 ми элементами (с объемной массой 300 - размер в свету 5 мм) диаметром 65 мм с кг/мз) слоях установлены шаровыеэлеменшаровымиэлементамидиаметромЗОммиз ты с объемной массой 1020 з 1040, 1100, вспененного полипропилена собъемной 1190; 1220, 1300 и 1390 кг/м, Результаты массой 300 кг/м . Во второй серии опытов экспериментов показаны в табл.З (средняя. - аналогичными перфорированными шара плотность раствора в аппарате - 1010 ми-сетками с шаровыми элементами с объ- кг/м ).емной массой в одном слое 300 кг/м и в Как видно из результатов эксперименсмежном слое -1080 кг/м (полые фтороп-" тов, наибольшая эффективность отмывкизластовые шары), которые йоследовательно достигается при снабжении аппарата в чередуются по высоте аппарата; :" 45 смежных слоях тяжелыми шаровыми элеМетодика экспериментов заключалась ментами с объемной массой на 30-180 кг/м в следующем. Технологическая суспензия больше плотности раствора; Оснащение коподавалась в верхнюю часть колонного ап- лонны шаровымй элементами с меньшей парата. снизу поступала промывная жид- объемной массой способствует образовакость - вода. Дисперсная фаза (твердые 50 нию свободных каналов в пространстве частицы),многократно контактируясвосхо- между легкими шарами, заключенными в дящим потоком воды, промывалась в раба- перфорированные шары-сетки нижележачей зоне аппарата, снабженной щихслоеви, какследствие. увеличение проперфорированными шарами-сетками с ша- дального перемешивания фаз, Выполнение ровыми элементами, сгущалась и выводи, тяжелых шаровых элементов в смежных лась из процесса из нижней конической слоях из материала с объемной массой бокамеры, Раствор азотной кислоты удалялся лее, чем на 180 кг/м превышающей плотчерезнаружный переливнои карман вверх- ность раствора в аппарате. приводит к ней части аппарата. Столбу суспензии в ап- неравномерному распределению потоков парате сообщались низкочастотные1782642 Таблица 2 аблица 3 по сечению аппарата и снижению эффективности отмывки.Предложенный аппарат характеризуется относительно высокой технико-экономической эффективностью. ф о р мул а и зоб рете н ияКолонный массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с размещенными в нем опорно-распределительной и ограничительной решетками, между кото. рыми послойно расположены шаровые элементы, заключенные в неподвижные перфорированные.шары-сетки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения эффектив ности массообмена за счет создания ячеекв режиме идеального вытеснения и снижения продольного перемешивания, шаровые элементы в смежных слоях выполнены из материалов с различной объемной массой, 10 при этом слои шаровых элементов последо-,вательно чередуются по высоте аппарата.Таблица 1.Хори изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина каз 4473 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5