контейнер для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц в пульсационном аппарате

Формула изобретения

Контейнер для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц в пульсационном аппарате, проницаемый для жидкости и не проницаемый для частиц, отличающийся тем, что отношение его высоты к диаметру находится в диапазоне 1-3, верхняя часть боковой стенки контейнера выполнена непроницаемой, а ее высота составляет 0,2-0,6 от общей высоты контейнера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано для проведения процессов обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц в пульсационных аппаратах и в аппаратах пульсационного псевдоожижения, например пропитки, промывки, экстрагирования, выщелачивания, и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой, лесохимической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности.

Известен аппарат для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц с неподвижным слоем твердого материала (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - С. 586), представляющий собой резервуар с ложным днищем (решеткой), на которое загружается слой обрабатываемого твердого материала.

Использование этой конструкции в качестве пульсационного аппарата имеет существенные ограничения. При отношении высоты слоя частиц Н к диаметру аппарата D H/D<0,5 имеет место высокая неравномерность взвешивания частиц по сечению аппарата. Для аппаратов с отношением H/D>23 работоспособность резко ограничивается расклинивающим эффектом, выражающимся в возникновении радиальных напряжений при прохождении осевой волны сжатия; причем вследствие внутреннего трения в слое частиц радиальные напряжения после прохождения волны не исчезают, и в аппарате образуется слой уплотненных частиц - "пробка", характеризуемая значительными силами трения о стенки аппарата. Гидравлическое сопротивление такой "пробки" весьма велико, фильтрация жидкости сквозь нее затруднена, в результате резко сокращается скорость процесса экстрагирования, и для восстановления работоспособности аппарата требуется проведение дополнительных мероприятий вплоть до разборки аппарата и механического разрушения "пробки".

Известен аппарат для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц (пат. РФ 2077362, МПК 6 B 01 D 11/02, 12/00), содержащий один или более одинаковых корпусов, побудитель колебаний давления, причем в каждом корпусе симметрично размещены содержащие обрабатываемую суспензию одинаковые камеры с проницаемыми для жидкости днищами, которые представляют собой контейнеры, вынимаемые из аппарата вместе со слоем частиц. Представленные на схемах в известном решении контейнеры имеют также проницаемую для жидкости боковую стенку.

Однако при эксплуатации таких контейнеров в пульсационных аппаратах наиболее вероятным путем движения жидкости является ее продвижение вверх по кольцевому каналу между корпусом аппарата и контейнером, и лишь в верхней части контейнера жидкость вынуждена проникать сквозь боковую стенку контейнера, обеспечивая условия пульсационного псевдоожижения только самому верхнему слою частиц в контейнере. Частицы, находящиеся ниже этого слоя высотой примерно (0,50,8)D, в процессе псевдоожижения не участвуют, т.е. в нижней части контейнера образуется застойная зона, а в случае обработки склонных к разбуханию, сильно сжимающихся или полидисперсных частиц - трудно разрушаемая "пробка". Все это приводит к снижению надежности работы аппарата и его эффективности.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эффективности устройства и надежности его работы.

Нужный результат достигается тем, что в контейнере для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц в пульсационном аппарате, проницаемом для жидкости и не проницаемом для частиц, отношение высоты контейнера к его диаметру находится в диапазоне 13, при этом верхняя часть боковой стенки контейнера выполнена непроницаемой, а ее высота составляет 0,20,6 от общей высоты контейнера.

На фиг. 1 показан вариант реализации предлагаемого устройства в сборе с корпусом 1 пульсационного аппарата. Контейнер 2 состоит из кольца 3 с центрующим буртиком 4, герметично соединенной с кольцом 3 непроницаемой боковой частью 5 и проницаемой боковой частью 6, например, выполненной в виде каркаса, обтянутого сеткой, а также проницаемого днища 7. Для обеспечения герметичности уплотнения контейнера 2 в корпусе 1 пульсационного аппарата предусмотрены верхняя 8 и нижняя 9 прокладки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Контейнер 2, заполненный частицами обрабатываемого сырья, устанавливают в корпус 1 пульсационного аппарата, после чего аппарат герметизируют. Таким образом, особенностью эксплуатации контейнера является то, что контейнер герметизируют в его верхней части. Через нижний патрубок пульсационного аппарата 1 в периодическом режиме подается жидкость. Попадая в подрешетное пространство - область пульсационного аппарата под днищем 7 контейнера 2 - поток жидкости разделяется на две части. На фиг.2 показана динамика процесса пульсационного взвешивания частиц в предлагаемом контейнере, а также механические напряжения на поверхностях элементарных объемов, выделенных в квазигомогенной среде, состоящей из капиллярно-пористых частиц. Первая часть потока движется по оси контейнера 2, проникая сквозь его проницаемое днище 7. Вторая часть потока жидкости продвигается по кольцевому пространству между контейнером 2 и корпусом пульсационного аппарата 1, и далее проникает в радиальном направлении через проницаемую часть 6 боковой стенки контейнера 2 (фиг.2а). В проницаемой части 6 в результате движения жидкости одновременно в осевом (снизу) и в радиальном (с боков) направлениях квазигомогенная среда - слой частиц - испытывает объемное напряженное состояние, близкое к всестороннему сжатию. Распорные усилия, т.е. радиальные напряжения со стороны частиц на стенки аппарата при этом в проницаемой части 6 контейнера отсутствуют, а вместе с ними равны нулю и силы трения частиц о контейнер. В непроницаемой части контейнера 5 формируется осевой поток фильтрующейся жидкости, который обуславливает сжимающие осевые напряжения _z, а последние, в свою очередь, вследствие распорного (расклинивающего) эффекта приводят к возникновению направленных от оси контейнера к стенке радиальных напряжений _r. Радиальное давление частиц на стенку приводит к возникновению силы трения, препятствующей взвешиванию верхнего слоя частиц. Однако выполнение отношения высоты контейнера Н к его диаметру D в диапазоне 13, высоты непроницаемой части h достаточно короткой - 0,20,6 от общей высоты контейнера Н (меньшие значения границ диапазонов относятся к сильно сжимаемым материалам, а также к частицам с большим коэффициентом трения) - гарантирует незначительное приращение осевых, радиальных и касательных напряжений в непроницаемой части, так что при дальнейшей фильтрации жидкости (фиг.2б) происходит отрыв верхнего слоя частиц, а затем и нижележащих слоев. Формируется волна разрушения, распространяющаяся от верхней части слоя вниз (на фиг.2в распространение волны разрушения показано широкой стрелкой).

Благодаря выполнению верхней части боковой стенки контейнера непроницаемой отсутствует "проскок" жидкости сквозь небольшой верхний слой частиц, за счет чего достигается использование энергии движущейся жидкости на псевдоожижение всего слоя частиц. Благодаря наличию проницаемой части в нижней части контейнера напряженное состояние в ней приближается к всестороннему сжатию, при котором касательные напряжения равны нулю. Вследствие выполнения соотношения H/D>1 исключается неравномерность распределения энергии жидкости по поперечному сечению контейнера, за счет соблюдения соотношения H/D<3 влияние сил трения, возникающих между частицами и боковой стенкой контейнера, незначительно. Выполнение условия h/H=0,20,6 способствует тому, что силы трения в непроницаемой части контейнера возрастают лишь в незначительной степени, что позволяет фильтрующейся жидкости легко разрушить слой частиц, т.е. привести их во взвешенное состояние. Таким образом, достигаются хорошие условия доступа жидкости ко всем частицам, их перемешивание, т.е. повышается эффективность устройства. Благодаря исключению явлений образования "пробок" повышается надежность устройства.

В аппаратах с большим соотношением высоты к диаметру (H/D>3) может быть последовательно установлено несколько предлагаемых контейнеров при условии обязательной герметизации стыков между ними.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет добиться вышеуказанного технического результата.