Пульсационный реактор

Пульсационный реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения. Реактор заполняется растворителем и дисперсным материалом, в центральный патру;бок ввода воздух проходит через открытый торец колокола и барботирует через слой растворителя. Затем включается гидравлический пульсатор, возбуждающий переменное давление. Газовый рой выполняет роль упругого элемента системы жидкость-газ, что .обеспечивает максимальную интенсивность массообмена в объеме аппаратаi i1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s В 01 F 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВ Е Н НОЕ ПАТЕ HTMOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4892521/26 ,(22) 20.12.90 (46) 07.05.93. Вюл. 1 17 (71) Головное конструкторское бюро

Научно-производственного объединения

"Энергия" (72) А.Н.Ковальчук, В.Д.Лакиза, В.И.Осипов, А.П.Собко и М.Н.Сыровец (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 997764, кл. В 01 F 1/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

H 1528549, кл. В 01 F 1/00, 1988.

Изобретение относится к конструк- . ции устройств для растворения твердых дисперсных материалов и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, .

Известен пульсационный реактор для растворения дисперсных материалов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем и крышкой, коаксиально установленную в корпусе цилиндрическую обечайку с усеченным конусом, закрепленным большим основанием на внутренней поверхности верхней части корпуса, опорную перфорированную решетку, закрывающую нижний торец обечайки, патрубки ввода и выво да сжатого воздуха с диспергаторами, из которых последний снабжен пневмо.клапаном (1) . Цилиндрическая обечай ка и конус разделяют внутреннее про« странство корпуса на две полостицентральную и кольцевую, сообщенные!

Ы 1813531 А1 (54) ПУЛЬСАЦИОННЫИ РЕАКТОР (57) Сущность изобретения. Реактор заполняется растворителем и дисперсным материалом, в центральный патру,бок ввода воздух проходит через от крытый торец колокола и барботирует через слой растворителя. Затем включается гидравлический пульсатор, возбуждающий переменное давление. Газовый "рой" выполняет роль упругого элемента системы жидкость-газ, что обеспечивает максимальную интенсивность массообмена в объеме аппарата i

l1 ил, между собой через зазор между днищем корпуса и торцом обечайки. При работе реактора происходит попеременное перетекание растворителя из одной по- лости в другую и омывание им дисперсного материала, загружаемого на перфорированную решетку. Однако скорость омывания растворителем дисперсного материала в известном устройстве не(: велика, что обусла вливает низ кую интенсивность процесса растворения.

Наиболее близким к предложенному по достигаемому .эффекту является ! пульсационынй реактор для растворе- . ния дисперсных материалов (?), содержащий вертикальный цилиндрический корпус с днищем и крышкой, патрубки ввода и вывода сжатого воздуха, цилиндрическую обечайку с усеченным конусом, верхний и нижний диспергаторы, опорный элемент, установленный в нижней части корпуса. Опорный элемент

1813531 риала, находящийся на поверхности конуса, и осуществляется процесс растворения дисперсного материала. Кроме того, происходит диспергирование воздуха, проходящего через раствор, что способствует перемешиванию раствора.

В данном реакторе интенсивность процесса массообмена между дисперсным материалом и растворителем опре.- 40 деляется в основном скоростью перетекания растворителя между полостями, которая зависит от скорости заполнения кольцевой полости воздухом (т.е. опорожнения) и скорости последующего 45 ее заполнения раствором. Однако скорость опорожнения кольцевой полости путем выдавливания из нее раствора свободно подаваемым воздухом невелика ввиду малой движущей силы процесса и большого гидросопротивления кольцевого зазора между полостями и слоя дисперсного материала. Также невысока скорость заполнения кольцевой полости раствором под действием гидростатического давления столба жидкости сообщенной с ней центральной полости реактора ввиду малой движущей силы процесса и большого гидросопровыполнен в виде конуса, установленного с зазором относительно днища корпуса и образующего кольцевой зазор с торцом цилиндрической обечайки, а патрубок ввода воздуха установлен по центру корпуса и нижний конец его в введен под конический опорный элемент. На патрубке вывода воздуха установлен пневмоклапан, соединенный через блок управления с чувствительным элементом — датчиком уровня, установленным в жидкостной части корпу" са. Перед работой в реактор загружают дисперсный материал и заполняют ,его растворителем до определенного уровня. Заполнение производят при открытом пневмоклапане, и растворитель заполняет как центральную, так и кольцевую полости реактора, В процессе работы реактора производятся подача сжатого воздуха через центральнъ|й патрубок под конический опор ный элемент и периодическое открытие и закрытие пневмоклапана по сигналам датчика уровня, что вызывает поочередное заполнение растворителем и опорожнение кольцевой полости. При этом происходит поочередное перетекание растворителя из одной полости в другую через слой дисперсного мате10

25 тивления зазора и слоя материала. Поэтому данная конструкция не может обеспечить высокую интенсивность процесса массообмена между дисперсным материалом и растворителем, следовательно высокую скорость растворения дисперсного материала. Низкая интенсивность процесса массообмена при растворении не позволяет сократить продолжительность рабочего процесса, of раничивает предельную концентрацию получаемого раствора, приводит к повышенным затратам энергии.

Целью предложенного технического решения является повышение интенсивности процесса растворения дисперсных материалов и снижение энергозатрат.

Цель достигается за счет того, что пульсационный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, центральный патрубок ввода сжатого воздуха, опорный элемент, размещенный, у днища корпуса, и патрубок .вывода воздуха с пневмоклапаном, соединенным через блок управления с чувствитель ным элементом, установленным в жидкостной части корпуса, снабжен установленным в стенйе корпуса внешним патрубком, сообщающим жидкостную часть корпуса с гидравлическим пульсатором, опорный элемент выполнен в виде горизонтальной решетки, пере-крывающей сечение корпуса и закрепленной на его стенке, на нижнем кон- це патрубка подвода сжатого воздуха закреплен полый цилиндрический элемент в виде колокола, размещенный над опорным элементом, а чувствительный элемент выполнен в виде датчика, величины гидроцинамического давления.

Конструкция предложенного пульса-. ционного реактора приведена на прилагаемом чертеже. Реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с днищем 2 и герметичной крышкой 3, центральным патрубком 4 ввода сжатого воздуха, патрубком 5 вывода воздуха с пневмоклапаном 6 и патрубком 7 для выгрузки готового продукта.

Над днищем 2 в корпусе 1 размещен опорный элемент, выполненный в виде горизонтально установленной плоской решетки 8, перекрывающей сечение корпуса и закрепленной íà его стенке. В нижней части корпуса 1 над решеткой

8 размещен полый цилиндрический эле- . мент 9, выполненный в виде колокола, . обращенного своим открытым торцом в

5 1813531 6 сторону днища 2. Колокол 9 закреплен : газ и увеличивается турбулизацияна нижнем конце центрального патруб.- объема жидкости. Собственная частота ка 4 ввода воздуха, при этом внутрен- колебаний образованной системы жидняя полость колокола сообщена с внут- кость-газ согласно расчетно-экспериренней полостью патрубка. В боковой ментальным данным выражается зависи5 стенке корпуса 1 на уровне размещения .мостью колокола 9 выполнено отверстие, в котором установлен внешний патрубок 10, - =, Гц, V Ь. сообщающий жидкостную часть корпуса 1р P с гидравлическим пульсатором (на чер- где п - показатель.адиабаты для га- . теже не показан) . Установленный на . за; патрубке 5 пневмоклапан 6 через блок P - давление над свободной по . управления 11 соединен с датчиком ве- . верхностью жйдкости, дин/см ; личины гидродинамического давления 15 Р - площадь сечения торца колоко12, установленным в жидкостной части ла, смз, корпуса.. . V - -объем внутренней полости коПульсационный реактор работает локола, смз; следующим образом. : h - высота столба жидкости над " открытым торцом колокола, см;

Вначале производятся заполнение реактора растворителем и загрузка дисперсного .материала, при этом устанавливается заданный уровень заполне- . Предварительной настройкой или ния реактора, составляющий 0,8-0,85 25 подстройкой пульсатора устанавливают высоты корпуса 1. Загружаемый дисперс- . его частоту равной собственной час" ный материал проходит через решетку 8 : : тоте колебаний образованной в реакто" и располагается на днище 2, при на- - -ре системы жидкость - газ, 3а счет личин крупных кусков материала они . чего возбуждается. резонансный режим задерживаются на решетке 8 - размеры колебаний системы - режим виброрезоячеек решетки подбираются в зависи- ?0 нанса, мости от вида и дисперсности раство- В этом режиме резко возрастает (в ряемого материала. Герметично закры- . 4 - 4,5 раза) гидродинамическое дав вается крышка 3, пневмоклапан 6 на ление и увеличивается турбулизация патрубке 5 выхода воздуха открыт. 3а- объема жидкости, в которой образуюттем включается подача воздуха через 35 ся мощные турбулентные пульсирующие центральный патрубок 4 с размещенным потоки. Увеличение гидродинамическона его нижнем конце колоколом 9: воз-:" го давления в реакторе фиксируется .дух выходит через открытый торец ко- датчиком 12, по сигналу которого блок . локола, барботирует через слой раст-, : управления 11 автоматически закрывает ворителя и отводится из реактора че- 4р пневмоклапан 6 на патрубке 5 вывода рез патрубок 5, При этом залитый в " воздуха, и внутрейняя полость корпукорпус растворитель и воздух, запол- са 1 герметизируется. Одновременно няющий полость колокола 9, образуют . перекрывают подачу воздуха в реактор нелинейную колебательную систему жид- через центральный патрубок 4, это кость-газ, где воздух является упру- 45 также. может быть сделано автоматигим элементом, жидкость (раствори- чески с помощью блока управления тель) - инерционным. Динамический :. - по сигналу датчика 12. В резонансном контакт (взаимодействие) элементов режиме турбулентные потоки жидкости данной колебательной системы осуще- захватывают из верхней части корпуса ствляется через открытый торец. коло- 5п свободный воздух, который в условиях кола. После включения подачи воздуха резких пульсаций давления дисперги-, включают (через 0,5-1 мин) гидравли- . руется на мйожество пузырьков, насыческий пульсатор, возбуждающий через . щающих объем жидкости (растворителя). патрубок 10 переменное (динамическое) Жидкость мгновенно переходит в сосдавление в жидкости-растворителе. Пе- 55 тояние гидрозоля, заполняющего весь риодические пульсации давления жид- объем корпуса, а в нижней части коркости через открытый торец колокола пуса (из днища) образуется плотное

9 передаются газу, за счет чего воз- локальное скопление интенсивно взаи- буждаются колебания системы жидкость- модействующих между собой пузырьков

1813531

55 воздуха, обладающих очень высокой активностью - газовый "рой".

Газовый "рой", интенсивно взаимо- . действуя с жидкостью, выполняет роль упругого элемента, системы жидкостьгаз. При этом чувствительность колебательной системы повышается, так как поверхность динамического взаимодействия роя с жидкостью больше, чем на- 1п ходящегося в колоколе воздуха, и интенсивность резонансных пульсаций системы возрастает. Кроме того, рой дополнительно турбулизирует жидкость в нижней части реактора и интенсивно воздействует на частицы дисперсного материала, отбрасывая их с днища и сетки в верхнюю часть реактора.

Мощные турбулентные пульсирующие потоки насыщенного воздухом растворителя интенсивно воздействуют на дисперсный материал, находящийся в нижней части реактора: крупные частицы материала интенсивно омываются растворителем, а более мелкие частицы захватываются потоками растворителя и совершают в его объеме интенсивные хаотические движения. При этом обеспечиваются очень высокая интенсвиность массообмена твердой и жидкой ЗО фаз и высокая интенсивность растворения материала.

Кроме того, в рабочем режиме виброрезонанса в положительные полупериоды пульсаций давления жидкости ве- gr личина пиковых значений его достигает

1,3-1,5 ати, a e отрицательные полупериоды давление падает ниже упругости насыщенных паров растворителя. В результате этих пульсаций давления . 4Q при разрежении в объеме растворителя образуется масса кавитационных пузырьков, которые, схлопываясь, дополнительно турбулизируют рабочую смесь, что способствует интенсификации про- 45 цесса растворения.

В рабочем режиме резонанса частота пульсаций давления в предложенном реакторе лежит в пределах 30-60 Гц в зависимости от физических свойств 5р растворителя и размеров аппарата, то есть в сотни раз превышает частоту пульсаций в прототипе. Это также обуславливает резкое повышение интенсивности массообменных процессов при растворении материала.

В предложенном реакторе отсутствуют застойные зоны, « растворения (т.е. взаимодействия с дисперсным материалом) участвует практйчески весь объем растворителя, так как при работе реактора мелкодисперсные частицы материала равномерно (в виде взвеси) распределены в объеме растворителя, а крупные частицы омываются турбулентными потоками растворителя с высокой кратностью циркуляции. Это обеспечивает максимальную интенсивность массообмена между взаимодействующими фазами во всем рабочей объеме аппарата.

Таким образом, в предложенном пульсационном реакторе обеспечивается значительно большая, чем в прототипе,: интенсивность массообмена между раст- ворителем и дисперсным материалом, что позволяет значительно повысить интенсивность процесса растворения.

Это позволяет увеличить предельную концентрацию растворенного продукта, сократить продолжительность рабочего процесса, уменьшить энергозатраты,:

Например, при растворении сахара-сыр+ ца в воде изобретение позволило в

6-7 раз увеличить скорость растворе- ния: в предложенном реакторе относи-, тельное содержание сухого вещества (сахара) в растворе 98-994 было дос- тигнуто за 40 с .работы, тогда как при. растворении известным методом эта концентрация была получена через 4-

4,5 мйн работы.

Изобретение позволяет также сни- . зить металлоемкость и упростить конструкцию аппарата по сравнению с прототипом, где в процессе работы требуется непрерывная подача воздуха в корпус при постоянных переключениях пневмоклапана на патрубке отвода вбздуха.

По окончании процесса растворения выключают пульсатор, возбуждающий периодические пульсации давления в ра- . створителе. При этом гидродинамичес-: кое давление в реакторе исчезает, турбулизация объема растворителя прекращается и находящийся в нем воздух выходят в верхнюю часть корпуса. 3a" тем открывают клапан 6 на дренажном патрубке 5 и производят слив готово", го раствора через патрубок 7.

Формула изобретения

1. Пульсационный реактор для раст- . ворения материалов, содержащий верти- кальный цилиндрический корпус, центральный патрубок ввода сжатого воз1813531

Составитель А.Сакаян

Редактор З.Хорина Техред M.Moðãåíràë Корректор С.Патрушева

" Заказ 1800 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 духа, опорный элемент, размещенный у днища корпуса, и патрубок отвода воздуха с пневмоклапаном, соединенным через блок управления с чувствительным элементом, установленным в жидкостной части корпуса, о т л и:ч а ю шийся тем, что, с целью повышения интенсивности процесса растворения дисперсных материалов и 1ð снижения энергозатрат, он снабжен расположенным в стенке корпуса внешним патрубком, сообщающим жидкостную часть корпуса с гидравлическим пульсатором, центральный патрубок снабжен полым цилиндрическим элементом в виде колокола, при этом опорный элемент выполнен в виде горизонтальной решетки, перекрывающей сечение корпуса и закрепленной на его стенке под полым цилиндрическим элементом, а чувствительный элемент - в виде датчика гидравлического давления.