RU2325208C2 - Method of treatment by liquid for fine-grained and powder-like materials and apparatus for its implementation - Google Patents
Method of treatment by liquid for fine-grained and powder-like materials and apparatus for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2325208C2 RU2325208C2 RU2006116115/15A RU2006116115A RU2325208C2 RU 2325208 C2 RU2325208 C2 RU 2325208C2 RU 2006116115/15 A RU2006116115/15 A RU 2006116115/15A RU 2006116115 A RU2006116115 A RU 2006116115A RU 2325208 C2 RU2325208 C2 RU 2325208C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- suspension
- gas
- particles
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями, с одновременной их гидравлической транспортировкой в плотном слое и устройствам для их обработки, и может быть использовано в химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности для растворения, экстрагирования, выщелачивания, кристаллизации, смешения с одновременной подачей концентрированной суспензии.The invention relates to methods for processing fine-grained and powdery materials with liquids, with their simultaneous hydraulic transportation in a dense layer and devices for their processing, and can be used in chemical, metallurgical, food and other industries for dissolving, extracting, leaching, crystallizing, mixing with simultaneous supply of concentrated suspension.
Известен способ обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями, заключающийся в подаче мелкодисперсной пульпы в верхнюю часть пульсационной колонны при соотношении твердой фазы к жидкой Т:Ж=1:10, подаче жидкости противотоком в нижнюю часть колонны и наложении пульсаций на суспензию в колонне (Карпачева С.М., Рябчиков Б.Е. Пульсационная аппаратура в химической промышленности. - М.: Химия, 1983; с.139-141), а также устройство для его реализации, содержащее пульсационную колонну, верхнюю загрузочную и нижнюю отстойную зоны, пульсационную камеру, генератор пульсаций и эрлифтный узел разгрузки (Карпачева С.М., Захаров Е.И. Основы теории и расчета пульсационных колонных реакторов. - М.: Атомиздат, 1980, с.38-39). Обработанную и сгущенную пульпу выводят из нижней отстойной зоны пульсационным насосом, а осветленный раствор выходит через верхний слив колонны. Известные способ и устройство позволяют интенсифицировать воздействие на гетерогенную среду за счет пульсаций.A known method of processing fine-grained and powdery materials with liquids, which consists in feeding fine pulp to the upper part of the pulsation column with a ratio of solid phase to liquid T: L = 1: 10, supplying the liquid countercurrent to the lower part of the column and applying pulsations to the suspension in the column (Karpacheva C .M., Ryabchikov BE The pulsation apparatus in the chemical industry. - M .: Chemistry, 1983; p.139-141), as well as a device for its implementation, containing a pulsation column, upper loading and lower settling zones, pulsation onnuyu chamber pulsation generator airlift and unloading assembly (Karpachyova SM, EI Zakharov Basic Theory and calculation pulsating column reactors -. M .: Atomizdat, 1980, s.38-39). The treated and thickened pulp is removed from the lower settling zone by a pulsation pump, and the clarified solution exits through the upper discharge of the column. The known method and device can intensify the impact on a heterogeneous environment due to pulsations.
Однако при использовании известных способа и устройства возникают серьезные проблемы, связанные с надежной и равномерной выгрузкой шлама, накапливающегося в нижней части аппарата. Предусмотренный для этого эрлифт не позволяет добиться гарантированной выгрузки в случае частиц с плотностью более 2500-3000 кг/м3 и при их размере крупнее 100 мкм. Установка в нижней части механических разгрузочных устройств (шнековых или шлюзовых питателей и т.п.), во-первых, не может обеспечить полной герметичности аппарата, во-вторых, сопряжена, с повышенным износом оборудования и разрушением частиц (что особенно нежелательно в процессах кристаллизации).However, when using the known method and device, serious problems arise associated with reliable and uniform discharge of sludge accumulating in the lower part of the apparatus. The airlift provided for this does not allow achieving guaranteed discharge in the case of particles with a density of more than 2500-3000 kg / m 3 and with a size larger than 100 microns. The installation in the lower part of mechanical unloading devices (screw or lock feeders, etc.), firstly, cannot ensure the complete tightness of the apparatus, and secondly, it is associated with increased wear of the equipment and destruction of particles (which is especially undesirable in crystallization processes )
Кроме того, в известных способе и устройстве не использована возможность снижения энергетических затрат путем возбуждения пульсаций на частоте, близкой к собственной частоте колебаний системы гетерогенная среда - элементы аппарата. Таким образом, известные способ и устройство характеризуются повышенными затратами энергии на проведение процесса массообмена.In addition, the known method and device did not use the ability to reduce energy costs by exciting pulsations at a frequency close to the natural frequency of the oscillations of the system, a heterogeneous environment - the elements of the apparatus. Thus, the known method and device are characterized by increased energy consumption for the process of mass transfer.
Известны способ обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями, заключающийся в перекачке по трубам концентрированных смесей различных жидких продуктов и мелкозернистых или порошкообразных материалов, а также устройство для его реализации (Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.; с.3). Известные способ и устройство нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, однако их экономическая эффективность ограничивается стоимостью подачи жидкости-носителя и ее дальнейшей очистки. Кроме того, экспериментально установлено, что в известном способе существуют предельно достижимые объемные концентрации частиц мелкозернистых материалов, при которой еще происходит перемещение гидросмеси по трубам (в отн. ед.): для мелкоизмельченных - до 0,4-0,5, для зернистых - до 0,35-0,45, для кусковых - 0,2-0,25, а для полидисперсных материалов - до 0,35-0,4 (Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.; с.50). Это ограничивает применимость способа при необходимости вертикального транспорта частиц, либо при большой производительности по твердому материалу, когда производительность по жидкости должна быть в 3-5 раз выше.A known method of processing fine-grained and powdered materials with liquids, which consists in pumping concentrated mixtures of various liquid products and fine-grained or powdered materials through pipes, as well as a device for its implementation (Smoldyrev A.E., Safonov Yu.K. Pipeline transport of concentrated hydraulic mixtures. - M .: Mechanical engineering, 1989. - 256 p .; p.3). The known method and device are widely used in various industries, however, their economic efficiency is limited by the cost of supplying a carrier fluid and its further cleaning. In addition, it was experimentally established that in the known method there are extremely achievable volume concentrations of particles of fine-grained materials, at which there is still movement of the slurry through the pipes (in rel. Units): for finely ground - up to 0.4-0.5, for granular - up to 0.35-0.45, for bulk materials - 0.2-0.25, and for polydisperse materials - up to 0.35-0.4 (Smoldyrev A.E., Safonov Yu.K. Pipeline transport of concentrated hydraulic mixtures. - M.: Mechanical Engineering, 1989. - 256 p .; p.50). This limits the applicability of the method if necessary, the vertical transport of particles, or with high performance on solid material, when the performance on the liquid should be 3-5 times higher.
Известны способ обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями и устройство для его реализации (Романков П.Г., Курочкина М.И. Экстрагирование из твердых материалов. - Л.: Химия, 1983, с.209, рис.5.27). Известное устройство содержит корпус в виде колонны, пористую перегородку в нижней части, расположенную под ней нижнюю камеру, оборудованную вертикальной трубой для отвода жидкости, центральную трубу, расположенную соосно корпусу, а в верхней части - распределитель жидкости и кольцевую разгрузочную камеру для выгрузки отработанного материала. Известный способ заключается в наложении колебаний на суспензию, подаваемую в верхнюю часть аппарата в виде плотного слоя в центральной трубе, а затем движущуюся вверх в кольцевой зоне под действием пульсаций жидкости, подаваемых снизу через пористую перегородку. Жидкость подается через распределитель в верхнюю часть аппарата в кольцевую зону, движется вниз, фильтруется через пористую перегородку и отводится из нижней камеры через вертикальную трубу. Известное способ и устройство позволяют интенсифицировать обработку твердых частиц жидкостью.A known method of processing fine-grained and powdery materials with liquids and a device for its implementation (Romanov P.G., Kurochkina M.I. Extraction from solid materials. - L .: Chemistry, 1983, p.209, Fig. 5.27). The known device comprises a column-shaped body, a porous partition in the lower part, a lower chamber located below it, equipped with a vertical pipe for draining the liquid, a central pipe located coaxially with the body, and in the upper part - a liquid distributor and an annular discharge chamber for unloading the spent material. The known method consists in superimposing oscillations on the suspension supplied to the upper part of the apparatus in the form of a dense layer in the central tube, and then moving upward in the annular zone under the action of fluid pulsations supplied from below through the porous septum. The liquid is supplied through the dispenser to the upper part of the apparatus in the annular zone, moves downward, filtered through a porous septum and is discharged from the lower chamber through a vertical pipe. The known method and device can intensify the treatment of solid particles with a liquid.
Недостатками известного способа и устройства являются следующие. Пульсации, подводимые к нижней камере, накладываются в большей степени на жидкость, отводимую из аппарата, и в меньшей - на суспензию, находящуюся над пористой перегородкой. Кроме того, разделение фаз в кольцевой разгрузочной камере в верхней части аппарата в виде сгущенной суспензии не может быть осуществлено без дополнительных физических воздействий на суспензию. Поэтому отработанный твердый материал будет выгружаться из верхней части аппарата в виде сильно разбавленной суспензии. Это приведет к необходимости использования дополнительных устройств для дальнейшей сепарации фаз (таких как гидроциклоны, фильтры, центрифуги), увеличению расхода вводимой в аппарат жидкости и росту непроизводительных затрат энергии.The disadvantages of the known method and device are as follows. The pulsations supplied to the lower chamber are superimposed to a greater extent on the liquid discharged from the apparatus, and to a lesser extent on the suspension located above the porous septum. In addition, the separation of the phases in the annular discharge chamber in the upper part of the apparatus in the form of a condensed suspension cannot be carried out without additional physical effects on the suspension. Therefore, the spent solid material will be discharged from the top of the apparatus in the form of a highly diluted suspension. This will necessitate the use of additional devices for further phase separation (such as hydrocyclones, filters, centrifuges), an increase in the flow rate of the liquid introduced into the apparatus, and an increase in unproductive energy costs.
Известен аппарат для обработки мелкозернистых материалов (RU 2077362 С1 B01D 11/02), в котором осуществляется возбуждение пульсации в суспензии с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, состоящей из суспензии и цилиндра с поршнем (газонаполненным упругим элементом). Такой режим позволяет более эффективно использовать вводимую в аппарат энергию. В известном аппарате предполагается обработка твердой фазы в виде плотного слоя, что ограничивает объемную долю жидкости в аппарате и в некоторой степени затрудняет массоотдачу от частиц к жидкости, приводит к снижению равномерности распределения концентрации целевых компонентов в жидкости. Кроме того, известный аппарат работает в периодическом режиме, что снижает его производительность и усложняет эксплуатацию.A known apparatus for processing fine-grained materials (RU 2077362 C1 B01D 11/02), in which pulsation is excited in a suspension with a frequency close to the natural frequency of the system consisting of a suspension and a cylinder with a piston (gas-filled elastic element). This mode allows more efficient use of the energy introduced into the apparatus. In the known apparatus, it is assumed that the solid phase is treated as a dense layer, which limits the volume fraction of the liquid in the apparatus and to some extent complicates the mass transfer from particles to liquid, and reduces the uniformity of the distribution of the concentration of the target components in the liquid. In addition, the known device operates in periodic mode, which reduces its performance and complicates operation.
Известен аппарат для обработки мелкозернистых материалов (RU 2188057 С2 B01D 11/02), содержащий один или более одинаковых корпусов, соединенных друг с другом в нижней части переточным каналом, побудитель колебаний давления и технологические патрубки, снабженный пульсационной трубой, нижний конец которой через задвижку соединен с переточным каналом, а верхний через вентиль - с побудителем колебаний давления, причем побудитель колебаний давления подсоединен к верхней части одного из корпусов также через вентиль. Известное изобретение позволяет повысить эффективность устройства и надежность его работы. Однако область применения этого устройства ограничена обработкой капиллярно-пористых частиц. Кроме того, в конструкции аппарата предусмотрены контейнеры с перфорированными днищами, на которых лежит слой обрабатываемых капиллярно-пористых частиц в виде плотного слоя. Использование таких элементов предполагает работу аппарата только в периодическом режиме, что снижает его производительность и усложняет эксплуатацию.A known apparatus for processing fine-grained materials (RU 2188057 C2 B01D 11/02), comprising one or more identical bodies connected to each other in the lower part by a transfer channel, a pressure oscillation stimulator and process pipes equipped with a pulsation pipe, the lower end of which is connected through a valve with a transfer channel, and the upper one through the valve - with a pressure oscillation stimulator, and the pressure oscillation stimulator connected to the upper part of one of the housings also through the valve. The known invention improves the efficiency of the device and the reliability of its operation. However, the scope of this device is limited to the processing of capillary-porous particles. In addition, the design of the apparatus provides containers with perforated bottoms, on which lies a layer of processed capillary-porous particles in the form of a dense layer. The use of such elements involves the operation of the device only in periodic mode, which reduces its performance and complicates operation.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями и устройство для его реализации (RU 2100044 С1 В01D 11/02). Известный способ заключается в проведении тепломассообменных и гидродинамических процессов в системах твердая фаза - жидкость, включающем контакт фаз в условиях пульсирующего несинусоидального течения дисперсной фазы в технологическом аппарате, при этом контакт фаз осуществляют непрерывно в условиях плотного слоя дисперсной фазы с объемной концентрацией 75-85%, перемещающегося в течение полупериода пульсации со скоростью, превышающей скорость псевдоожижения, с направлением движения дисперсионной среды в этом полупериоде. Предлагаемый способ реализован на установке, состоящей из U-образного аппарата, связанного через пульсопровод с пульсатором. Верхняя часть одного из колена аппарата является пульсационной камерой. Конструкция пульсатора позволяет формировать несинусоидальные импульсы давления, которые по пульсопроводу передаются в пульсационную камеру. Известное изобретение позволяет повысить эффективность способа проведения процессов в гетерогенной системе. К недостаткам известного изобретения относятся:Closest to the claimed invention is a method of processing fine-grained and powder materials with liquids and a device for its implementation (RU 2100044 C1 B01D 11/02). The known method consists in conducting heat and mass transfer and hydrodynamic processes in the solid phase-liquid systems, including phase contact in a pulsating non-sinusoidal flow of the dispersed phase in the technological apparatus, while the phase contact is carried out continuously in a dense layer of the dispersed phase with a volume concentration of 75-85%, moving during the half-period of the pulsation at a speed exceeding the rate of fluidization, with the direction of motion of the dispersion medium in this half-period. The proposed method is implemented on the installation, consisting of a U-shaped device connected through a pulse line with a pulsator. The upper part of one of the knee apparatus is a pulsation chamber. The design of the pulsator allows the formation of non-sinusoidal pressure pulses, which are transmitted through the pulse conduit to the pulsation chamber. The known invention improves the efficiency of the method of carrying out processes in a heterogeneous system. The disadvantages of the known invention include:
1) пульсации в суспензии возбуждают с произвольной частотой, т.е. в известном способе и аппарате не используются упруго-инерционные свойства системы, что приводит к недостаточно эффективному использованию энергии;1) pulsations in the suspension are excited with an arbitrary frequency, i.e. in the known method and apparatus, the elastic-inertial properties of the system are not used, which leads to insufficiently efficient use of energy;
2) известный способ предполагает обработку твердых частиц в виде плотного слоя дисперсной фазы с объемной концентрацией 75-85%, т.е. в виде плотного слоя, что снижает эффективность процессов обработки, приводит к увеличению неравномерности распределения параметров (температуры, концентрации извлекаемых либо растворяемых компонентов) по объему аппарата, поскольку движение жидкости в поровом пространстве происходит в стесненных условиях, а объем жидкости также существенно ниже, чем в разбавленных суспензиях;2) the known method involves the processing of solid particles in the form of a dense layer of a dispersed phase with a volume concentration of 75-85%, i.e. in the form of a dense layer, which reduces the efficiency of processing processes, leads to an increase in the uneven distribution of parameters (temperature, concentration of recoverable or soluble components) over the volume of the apparatus, since the movement of fluid in the pore space occurs in cramped conditions, and the fluid volume is also significantly lower than in diluted suspensions;
3) в известном изобретении плотный слой частиц перемещается в течение полупериода пульсации со скоростью, превышающей скорость псевдоожижения, что связано со спецификой плотного слоя, т.е. известный способ не может быть распространен на случай разбавленной суспензии;3) in the known invention, the dense layer of particles moves during the half-period of the pulsation at a speed exceeding the rate of fluidization, which is associated with the specifics of the dense layer, i.e. the known method cannot be extended to the case of a diluted suspension;
4) в известном изобретении предлагается создавать пульсирующее несинусоидальное течение дисперсной фазы в технологическом аппарате, необходимое для продвижения дисперсной фазы в виде плотного слоя; этот признак также имеет специфическую направленность, т.е. пригоден лишь для плотного слоя и не может быть обобщен на случай разбавленной суспензии.4) in the known invention it is proposed to create a pulsating non-sinusoidal flow of the dispersed phase in the technological apparatus, necessary to advance the dispersed phase in the form of a dense layer; this feature also has a specific focus, i.e. it is suitable only for a dense layer and cannot be generalized to the case of a diluted suspension.
Таким образом, известные способ и аппарат имеют ряд существенных ограничений, обусловленных областью их применения для обработки дисперсной фазы с объемной концентрацией 75-85%, т.е. в виде плотного слоя. При обработке дисперсной фазы в более широком диапазоне концентраций эффективность известного изобретения недостаточно высока, а энергетические затраты, обусловленные необходимостью продвижения плотного слоя большой протяженности, чрезмерно высоки (для обеспечения заданного времени пребывания аппарат должен иметь достаточную длину, которая может достигать от нескольких метров до десятков и даже сотен метров. По этой же причине снижается и надежность аппарата, поскольку не исключено закупоривание (образование "пробок") дисперсной фазы, движущейся в виде плотного слоя, особенно на поворотных участках.Thus, the known method and apparatus have a number of significant limitations due to the scope of their application for processing the dispersed phase with a volume concentration of 75-85%, i.e. in the form of a dense layer. When processing the dispersed phase in a wider concentration range, the effectiveness of the known invention is not high enough, and the energy costs due to the need to promote a dense layer of large length are excessively high (to ensure a given residence time, the apparatus must have a sufficient length, which can reach from several meters to tens and even hundreds of meters. For the same reason, the reliability of the apparatus is also reduced, since clogging (formation of "plugs") of the dispersed PS moving in the form of a dense layer, especially on turning areas.
Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности способа за счет ускорения процесса массообмена и снижения энергетических затрат, а также повышение надежности работы аппарата, реализующего способ.The objective of the invention is to increase the efficiency of the method by speeding up the process of mass transfer and reducing energy costs, as well as improving the reliability of the apparatus that implements the method.
Поставленная задача решается тем, что в способе обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями, заключающемся в подаче в аппарат твердых частиц и жидкости, осаждении частиц в жидкости и наложении пульсаций на образовавшуюся суспензию с последующей выгрузкой выпавшего осадка в виде плотного слоя, согласно изобретению, пульсации в суспензии возбуждают с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, состоящей из суспензии и газонаполненного упругого элемента, амплитуду колебаний задают такой, чтобы скорость колебательного движения частиц относительно жидкости превышала скорость их свободного осаждения в неподвижной жидкости, при этом в суспензию вводят газ, а на выгружаемый слой осадка накладывают пульсации давления с помощью жидкости, подаваемой в нижнюю часть слоя осадка, или газа, подаваемого в верхнюю часть осадка.The problem is solved in that in the method of processing fine-grained and powder materials with liquids, which consists in feeding solid particles and liquid into the apparatus, precipitating particles in a liquid and applying pulsations to the resulting suspension, followed by unloading the precipitated precipitate in the form of a dense layer, according to the invention, pulsation in suspensions are excited with a frequency close to the natural frequency of the system consisting of a suspension and a gas-filled elastic element, the oscillation amplitude is set so that the speed The oscillatory motion of the particles relative to the liquid exceeded the speed of their free deposition in a stationary liquid, while gas was introduced into the suspension, and pressure pulsations were applied to the discharged sediment layer using a liquid supplied to the lower part of the sediment layer or gas supplied to the upper part of the sediment.
Поставленная задача решается также тем, что в нижнюю часть выгружаемого слоя осадка импульсно вводят газ, причем импульсы ввода газа подают в конечной фазе импульсов давления жидкости, накладываемых на выгружаемый плотный слой осадка.The problem is also solved by the fact that gas is injected pulsed into the lower part of the discharged sediment layer, and gas inlet pulses are supplied in the final phase of liquid pressure pulses superimposed on the discharged dense sediment layer.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что аппарат для обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов, включающий вертикальный корпус, узлы подачи суспензии и разгрузки, один или несколько газонаполненных упругих элементов, присоединенные к нижней части корпуса, одну или несколько пульсационных камер, к которым подключен генератор колебаний суспензии, а также патрубки для подачи жидкости и газа, согласно изобретению, снабжен управляемыми клапанами для прерывания расходов жидкости и газа, соединенными с генератором импульсов, а узел разгрузки выполнен в виде трубы, заканчивающейся разгрузочным патрубком.In addition, the task is solved in that the apparatus for processing fine-grained and powder materials, including a vertical housing, suspension and unloading supply units, one or more gas-filled elastic elements attached to the lower part of the housing, one or more pulsation chambers to which the generator is connected oscillations of the suspension, as well as nozzles for supplying liquid and gas, according to the invention, is equipped with controlled valves to interrupt the flow of liquid and gas, connected to the generator pulses xs, and the unloading unit is made in the form of a pipe ending with a discharge pipe.
Поставленная задача решается также тем, что узел разгрузки снабжен коническим бункером с нижним разгрузочным патрубком и верхним патрубком, к которому подсоединен управляемый клапан для подачи сжатого газа, а нижняя часть бункера выполнена проницаемой для жидкости и оборудована кольцевой камерой для подачи жидкости.The problem is also solved by the fact that the unloading unit is equipped with a conical hopper with a lower discharge pipe and an upper pipe, to which a controllable valve for supplying compressed gas is connected, and the lower part of the hopper is made permeable to liquid and equipped with an annular chamber for supplying liquid.
Поставленная задача решается также тем, что к разгрузочному патрубку подключен управляемый исполнительным механизмом запорный клапан, периодически герметично закрывающий и открывающий разгрузочный патрубок, причем управляемый запорный клапан снабжен внутренними каналами для подачи сжатого воздуха, в верхней части закрытыми защитным козырьком в виде конуса, присоединенного к клапану.The problem is also solved by the fact that a shut-off valve controlled by an actuator is connected to the discharge pipe, periodically hermetically closing and opening the discharge pipe, and the controlled shut-off valve is equipped with internal channels for supplying compressed air, in the upper part they are closed by a protective visor in the form of a cone attached to the valve .
Предлагаемое изобретение позволяет за счет возможности реализации резонанса, за счет существенного снижения расхода циркулирующей жидкости повысить эффективность процесса массообмена, снизить энергетические затраты; за счет выгрузки осадка в виде плотного слоя, без использования механических устройств позволяет снизить износ и повысить долговечность аппарата, т.е. увеличить надежность его работы.The present invention allows due to the possibility of resonance, due to a significant reduction in the flow rate of the circulating liquid to increase the efficiency of the mass transfer process, reduce energy costs; due to the discharge of sediment in the form of a dense layer, without the use of mechanical devices, it allows to reduce wear and increase the durability of the apparatus, i.e. increase the reliability of his work.
Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.The claimed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable.
Возбуждение колебаний с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, состоящей из суспензии и элементов аппарата, при задании амплитуды колебаний такой, чтобы скорость колебательного движения частиц относительно жидкости превышала скорость их свободного осаждения в неподвижной жидкости, позволяет повысить эффективность процесса массообмена и снизить энергетические затраты.Excitation of vibrations with a frequency close to the natural frequency of a system consisting of a suspension and apparatus elements, when setting the amplitude of oscillations so that the speed of the oscillatory movement of particles relative to the liquid exceeds the speed of their free deposition in a stationary liquid, can increase the efficiency of the mass transfer process and reduce energy costs .
Это достигается за счет того, что при скорости колебательного движения частиц относительно жидкости, превышающей скорость их свободного осаждения в неподвижной жидкости, уменьшается толщина гидродинамического и диффузионного пристенных слоев на поверхности частиц, вследствие чего возрастает коэффициент массоотдачи. Средняя скорость движения частиц остается при этом практически неизменной, что позволяет обеспечить необходимое время их пребывания в аппарате.This is achieved due to the fact that when the speed of the oscillatory movement of particles relative to the liquid exceeds the speed of their free deposition in a stationary liquid, the thickness of the hydrodynamic and diffusion wall layers on the particle surface decreases, as a result of which the mass transfer coefficient increases. In this case, the average particle velocity remains almost unchanged, which ensures the necessary time for their stay in the apparatus.
Способы осуществления связи между амплитудой колебаний и скоростью движения частиц известны из уровня техники.Methods for communicating between the amplitude of the vibrations and the particle velocity are known in the art.
Суть предлагаемого приема сводится к тому, чтобы обеспечить скорость колебательного движения частиц относительно жидкости Vкол больше скорости их осаждения в неподвижной жидкости Voc.The essence of the proposed technique is to ensure that the speed of the oscillatory movement of particles relative to the liquid V count is greater than the speed of their deposition in a stationary fluid V oc .
Скорость осаждения частиц в неподвижной жидкости Vос может быть найдена либо экспериментальным путем (осаждение частиц в емкости с жидкостью с измерением времени и пути осаждения; см., например, Коузов П.А. Основы дисперсионного анализа промышленных пылей. - Л.: Химия, 1971. - 279 с.), либо рассчитана теоретически, с использованием кривой Релея (зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при осаждении) - итерационным методом или прямым методом - по зависимости числа Рейнольдса от числа Архимеда (см., например, Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Л.: Химия, 1974. - С.121-133).The rate of deposition of particles in a stationary liquid V OS can be found either experimentally (deposition of particles in a container with a liquid by measuring the time and path of deposition; see, for example, PA Kouzov, Basics of the analysis of industrial dusts. - L .: Chemistry, 1971. - 279 p.), Or it was theoretically calculated using the Rayleigh curve (dependence of the resistance coefficient on the Reynolds number during deposition) - by the iterative method or by the direct method - according to the dependence of the Reynolds number on the Archimedes number (see, for example, Romankov P.G. ., Kurochkin and M.I. Hydromechanical processes of chemical technology. - L .: Chemistry, 1974. - S.121-133).
Скорость колебательного движения частиц относительно жидкости Vкол, разумеется, также может быть определена опытным путем, например, с использованием высокоскоростной видеосъемки частиц в колеблющейся жидкости. Она может быть также рассчитана с использованием соотношений, приведенных в литературе для одиночной частицы (см., например. Тепло- и массообмен в звуковом поле / В.Е.Накоряков, А.П.Бурдуков, А.М.Болдарев, П.Н.Терлеев; Под ред. С.С.Кутателадзе. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1970. - С.49; Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Иностр. лит, 1957. - 948 с.), либо для частицы, находящейся в суспензии (Блехман И.И. Вибрационная механика. - М.: Физматлит, 1994. - С.331-334). В литературе (см., например, Блехман И.И. Вибрационная механика. - М.: Физматлит, 1994. - С.331-334) приведены формулы для расчета амплитуды линейных смещений частиц Аr и сдвига по фазе εr по отношению к колебаниям жидкости.The speed of the oscillatory movement of particles relative to the liquid V count , of course, can also be determined empirically, for example, using high-speed video recording of particles in an oscillating fluid. It can also be calculated using the relationships given in the literature for a single particle (see, for example. Heat and mass transfer in a sound field / V.E.Nakoryakov, A.P. Burdukov, A.M. Boldarev, P.N. .Terleev; Edited by S.S. Kutateladze. - Novosibirsk: Institute of Thermophysics SB RAS, 1970. - P. 49; Bergman L. Ultrasound and its use in science and technology. - M.: Foreign Literature, 1957. - 948 p.), Or for a particle in suspension (Blekhman II, Vibration mechanics. - M.: Fizmatlit, 1994. - S.331-334). In the literature (see, for example, II Blekhman, Vibration Mechanics. - M .: Fizmatlit, 1994. - P.331-334) formulas are given for calculating the amplitude of linear particle displacements A r and phase shift ε r with respect to fluid vibrations.
Таким образом, скорость колебательного движения частиц относительно жидкости Vкол может быть рассчитана по вычисленным значениям Аr и εr по известной формуле (см., например, Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. М.: Гос. изд-во физ-мат. лит., 1960. - С.12-17)Thus, the speed of the oscillatory motion of particles relative to the liquid V count can be calculated according to the calculated values of A r and ε r according to the well-known formula (see, for example, Den-Hartog, J.P. Mechanical vibrations. M .: State Publishing House, Phys. Mat. lit., 1960. - S.12-17)
где ω - угловая частота колебаний (пульсаций), создаваемых в аппарате, с-1;where ω is the angular frequency of oscillations (pulsations) created in the apparatus, s -1 ;
t - время, с.t is the time, s.
Согласно изобретению, амплитуду колебаний задают такой, чтобы скорость колебательного движения частиц относительно жидкости превышала скорость их свободного осаждения в неподвижной жидкости, что равносильно удовлетворению неравенстваAccording to the invention, the oscillation amplitude is set such that the speed of the oscillatory movement of particles relative to the liquid exceeds the speed of their free deposition in a stationary liquid, which is equivalent to satisfying the inequality
Таким образом, по известным соотношениям следует найти такую амплитуду колебаний, чтобы удовлетворялось неравенство (2).Thus, according to the known relations, it is necessary to find such an amplitude of oscillations that satisfies inequality (2).
Возбуждение колебаний с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, состоящей из суспензии и элементов аппарата, позволяет реализовать резонансный режим колебаний, требующий значительно меньших затрат энергии по сравнению с нерезонансными колебаниями или другими способами взаимодействия твердой и жидкой фаз.Excitation of vibrations with a frequency close to the natural frequency of the system, consisting of a suspension and elements of the apparatus, allows you to implement a resonant mode of vibration, which requires significantly less energy compared with non-resonant vibrations or other methods of interaction of solid and liquid phases.
За счет ввода в суспензию газа достигается, во-первых, снижение частоты собственных колебаний системы, так как при этом резко снижается жесткость колеблющегося столба суспензии, во-вторых, пузырьки газа играют роль локальных трансформаторов энергии, поскольку вблизи каждого из пузырьков амплитуда пульсаций жидкости и находящихся в них частиц максимальны. Вблизи колеблющихся пузырьков возникают микротечения, омывающие частицы, вводимая в гетерогенную систему энергия перераспределяется, массоперенос от частиц в жидкость улучшается, энергия расходуется более целенаправленно. Все это позволяет дополнительно повысить эффективность процесса массообмена.By introducing gas into the suspension, firstly, a decrease in the frequency of natural oscillations of the system is achieved, since the rigidity of the oscillating column of the suspension sharply decreases, and secondly, gas bubbles play the role of local energy transformers, since the amplitude of the liquid pulsations and particles in them are maximum. Microflows arise near vibrating bubbles, washing particles, the energy introduced into the heterogeneous system is redistributed, mass transfer from particles to the liquid improves, and energy is spent more purposefully. All this allows you to further increase the efficiency of the mass transfer process.
За счет выгрузки образовавшегося в аппарате осадка в виде плотного слоя, и наложения на выгружаемый слой осадка пульсаций давления повышается надежность работы аппарата, так как перечисленные физические воздействия способствуют разрушению связей между частицами в плотном слое, обладающем свойствами жидкости Шведова-Бингама, и облегчают его выгрузку из аппарата даже в направлении вертикально вверх.By unloading the precipitate formed in the apparatus in the form of a dense layer and applying pulsations of pressure on the discharged sediment layer, the reliability of the apparatus increases, since the listed physical effects contribute to the destruction of bonds between particles in a dense layer that has the properties of a Shvedov-Bingham liquid and facilitate its unloading from the apparatus even in a vertical upward direction.
На фиг.1 представлен один из вариантов исполнения аппарата для обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями, на фиг.2 и 3 в увеличенном масштабе показаны некоторые его элементы. На фиг.1-3 использованы следующие буквенные обозначения: Г - газ, Ж - жидкость, Т - твердые частицы, О - осадок, П - "пробка" суспензии в виде плотного слоя, Ж+Т - суспензия. На фиг.4 показан характер движения твердых частиц относительно жидкости: z - вертикальная координата центра тяжести частицы, t - время.Figure 1 presents one of the embodiments of the apparatus for processing fine-grained and powder materials with liquids, figure 2 and 3 on an enlarged scale shows some of its elements. 1-3, the following letter designations are used: G — gas, L — liquid, T — solid particles, O — sediment, P — “plug” of the suspension in the form of a dense layer, L + T — suspension. Figure 4 shows the nature of the motion of solid particles relative to the liquid: z is the vertical coordinate of the center of gravity of the particle, t is time.
Аппарат содержит вертикальный корпус 1, узел подачи суспензии 2 (может представлять собой питатель для подачи твердых частиц и патрубок ввода жидкости, на фиг.1 показан условно) и узел разгрузки 3, патрубки 4, 5 для подачи жидкости и патрубки 6, 7 для подачи газа, снабжено управляемыми клапанами 8, 9, 10 для прерывания расходов жидкости и газа, соединенными с генератором импульсов 11, а узел разгрузки 3 выполнен в виде трубы 12, соединенной с нижней частью корпуса 1 при помощи плавного перехода 13.The apparatus comprises a vertical housing 1, a suspension supply unit 2 (it can be a feeder for supplying solid particles and a fluid inlet pipe, Fig. 1 is shown conventionally) and an unloading unit 3, pipes 4, 5 for supplying liquid, and pipes 6, 7 for supplying gas, equipped with controlled valves 8, 9, 10 to interrupt the flow of liquid and gas connected to the pulse generator 11, and the unloading unit 3 is made in the form of a
Узел разгрузки 3 может быть снабжен присоединенным к трубе 12 коническим бункером 14 (см. фиг.2) с нижним разгрузочным патрубком 15 и верхним патрубком 16, к которому подсоединен управляемый клапан 17 для подачи сжатого газа, а нижняя часть бункера выполнена проницаемой для жидкости, например, в виде перфорированной конической перегородки 18 и оборудована кольцевой камерой 19 для подачи жидкости через патрубок 20. В альтернативном варианте труба 12 в верхней части имеет отвод (плавный поворот) 21 на угол от 0 до 180°, обеспечивающий выгрузку осадка в необходимом направлении (от вертикального вверх до вертикального вниз), заканчивающийся нижним разгрузочным патрубком 15.Unloading unit 3 can be equipped with a
К разгрузочному патрубку 15 подключен управляемый исполнительным механизмом 22 запорный клапан 23 (см. фиг.3), периодически герметично закрывающий и открывающий разгрузочный патрубок 15 при помощи исполнительного механизма 22 (на фиг.3 условно не показан). Исполнительный механизм 22 может представлять собой механический, электромагнитный, электромеханический, пневматический или гидравлический привод возвратно-поступательного движения.A shut-off valve 23 (see FIG. 3) controlled by an
Управляемый запорный клапан 23 может быть снабжен внутренними каналами 24 (см. фиг.3) для подачи сжатого воздуха, в верхней части закрытыми защитным козырьком 25 в виде конуса, присоединенного к клапану 23. Это позволяет подавать воздух через разгрузочный патрубок 15, не допуская засорения каналов 24 истекающей из патрубка 15 суспензией.The controlled shut-off
К нижней части корпуса присоединена пульсационная камера 26, а также газонаполненный упругий элемент 27, в котором газ (например, воздух) защемлен жидкостью. Пульсационных камер 26 и газонаполненных упругих элементов 27 может быть несколько, что позволяет добиться более равномерного распределения поля течения в корпусе 1. Диаметры патрубков, соединяющих пульсационную камеру 26 и газонаполненный упругий элемент 27, достаточно большие по сравнению с размером частиц суспензии, что позволяет предотвратить их засорение. Объем газа в газонаполненном упругом элементе 27 может в процессе работы аппарата изменяться в результате его растворения в жидкости либо утечек и должен регулироваться при помощи известных средств автоматизации путем постепенной подкачки необходимого количества газа (на фиг.1 условно не показаны).A pulsation chamber 26 is attached to the lower part of the housing, as well as a gas-filled elastic element 27, in which gas (for example, air) is trapped in the liquid. There can be several pulsation chambers 26 and gas-filled elastic elements 27, which allows for a more uniform distribution of the flow field in the housing 1. The diameters of the pipes connecting the pulsation chamber 26 and the gas-filled elastic element 27 are large enough in comparison with the particle size of the suspension, which helps to prevent them clogging. The volume of gas in the gas-filled elastic element 27 can during the operation of the apparatus change as a result of its dissolution in the liquid or leaks and must be regulated using known automation means by gradually pumping the required amount of gas (not shown conditionally in figure 1).
Наложение пульсаций на суспензию осуществляется при помощи генератора колебаний суспензии, выполненного либо в виде генератора пневматических пульсаций 28, либо в виде насоса 29, присоединенных к пульсационной камере 26 (как показано на фиг.1) либо непосредственно к корпусу 1. Трубопроводы 30 и 31 позволяют организовать рецикл жидкой фазы в устройстве, в том числе поступающей из вакуум-насоса 32 (к заявляемому устройству непосредственно не относится и показан для объяснения принципа его действия), обеспечивающего дополнительное концентрирование и подсушку выгруженного через патрубок 15 осадка. Подача свежей жидкости осуществляется через всасывающий патрубок насоса 29; таким образом реализуется противоточное движение фаз в корпусе 1. При возбуждении пульсаций суспензии при помощи генератора пневматических пульсаций 28 насос 29 может подключаться непосредственно к нижней части корпуса 1 для обеспечения необходимого расхода жидкости.The pulsation is applied to the suspension using a suspension oscillation generator, either in the form of a pneumatic pulsation generator 28, or in the form of a pump 29 connected to a pulsation chamber 26 (as shown in FIG. 1) or directly to the housing 1. Pipelines 30 and 31 allow organize the recycling of the liquid phase in the device, including the one coming from the vacuum pump 32 (it does not directly relate to the claimed device and is shown to explain the principle of its action), which provides additional concentrated Ie and drying unloaded through the
В корпусе 1 установлен датчик 33 давления или скорости, или ускорения, или перемещения суспензии, соединенный с контроллером 34, причем контроллер 34 подстраивает частоту генератора колебаний 28 суспензии так, чтобы обеспечить максимальную амплитуду колебаний суспензии в корпусе 1. В альтернативном варианте генератор импульсов 11 выполняет функции генератора колебаний суспензии; при этом контроллер 34 подключен к генератору импульсов 11, а сигнал с контроллера 34 поступает на генератор импульсов 11, управляющий клапаном 10. В обоих случаях использование датчика 33 с контроллером 34 позволяет настраивать частоту колебаний суспензии в корпусе 1 на резонансный режим, характеризующийся максимальной амплитудой колебаний.In the housing 1, a sensor 33 for pressure or speed, or acceleration, or movement of the suspension is connected, connected to the controller 34, the controller 34 adjusts the frequency of the oscillation generator 28 of the suspension so as to ensure the maximum amplitude of the oscillations of the suspension in the housing 1. In an alternative embodiment, the pulse generator 11 performs functions of the oscillation generator of the suspension; the controller 34 is connected to the pulse generator 11, and the signal from the controller 34 is supplied to the pulse generator 11, which controls the valve 10. In both cases, the use of the sensor 33 with the controller 34 allows you to adjust the oscillation frequency of the suspension in the housing 1 to the resonant mode, characterized by a maximum amplitude of oscillations .
Предлагаемый аппарат работает следующим образом, реализуя три основных процесса: 1) загрузку твердой и жидкой фаз (происходит по известному способу), 2) взаимодействие твердой и жидкой фаз при осаждении частиц в пульсирующей жидкости, 3) выгрузку образовавшегося осадка из аппарата.The proposed apparatus operates as follows, realizing three main processes: 1) the loading of solid and liquid phases (occurs according to a known method), 2) the interaction of solid and liquid phases during the deposition of particles in a pulsating liquid, 3) unloading of the precipitate formed from the apparatus.
Процесс взаимодействия твердой и жидкой фаз при осаждении частиц в пульсирующей жидкости осуществляется следующим образом.The process of interaction of solid and liquid phases during the deposition of particles in a pulsating liquid is as follows.
В верхнюю часть корпуса 1 при помощи узла загрузки 2 подают твердые частицы и жидкость (в случае прямотока). В случае необходимости противоточного движения фаз жидкость подается насосом 29 в пульсационную камеру 26, а из нее - через патрубок 5 в корпус 1.Solid particles and liquid (in the case of direct flow) are supplied to the upper part of the housing 1 by means of a loading unit 2. If necessary, countercurrent movement of the phases, the fluid is pumped by the pump 29 into the pulsation chamber 26, and from it through the pipe 5 to the housing 1.
При использовании в качестве генератора колебаний суспензии генератора пневматических пульсаций 28 клапан 10 открывают и удерживают в открытом положении, пульсации на жидкость в пульсационной камере 26 передаются от генератора пневматических пульсаций 28. Струи жидкости, проникая через патрубок 5 в корпус 1, создают колебательное движение суспензии в корпусе 1.When using a pneumatic pulsation generator 28 as a suspension oscillation generator, the valve 10 is opened and held open, pulsations to the liquid in the pulsation chamber 26 are transmitted from the pneumatic pulsation generator 28. The jets of liquid penetrating through the nozzle 5 into the housing 1 create an oscillatory motion of the suspension in case 1.
При использовании в качестве генератора колебаний суспензии насоса 29 (генератор пневматических пульсаций 28 при этом отключен) клапан 10 периодически открывается и закрывается в соответствии с сигналами, поступающими от генератора импульсов 11. Жидкость, подаваемая насосом, на первой стадии каждого цикла колебаний (при закрытом состоянии клапана 10) накапливается в пульсационной камере 26, сжимая находящийся над ней газ. Газ накапливает потенциальную энергию, которую он при открытии клапана 10 передает жидкости в пульсационной камере. Жидкость, перетекая через патрубок 5 в корпус 1, сообщает вертикальный импульс находящейся в нем суспензии.When using the suspension of the pump 29 as the oscillation generator (the pneumatic pulsation generator 28 is turned off at the same time), the valve 10 periodically opens and closes in accordance with the signals received from the pulse generator 11. The liquid supplied by the pump at the first stage of each oscillation cycle (when closed valve 10) accumulates in the pulsation chamber 26, compressing the gas above it. Gas accumulates potential energy, which when opening valve 10 transfers liquid to the pulsation chamber. The fluid flowing through the pipe 5 into the housing 1, reports a vertical impulse to the suspension in it.
Под действием импульса, передаваемого суспензии струями жидкости, суспензия совершает движение снизу вверх, поскольку находящийся в нижней части корпуса осадок препятствует заметному проницанию жидкости через межзерновые каналы в осадке. При этом происходит расширение газа в газонаполненном упругом элементе 27, а жидкость из него частично вытесняется в корпус 1. Достигнув предельного верхнего положения, суспензия начинает движение вниз, сжимая газ в газонаполненном упругом элементе 27. Таким образом осуществляется один цикл колебаний. Далее процесс колебаний суспензии продолжается. Благодаря разности плотностей твердых частиц и жидкости частицы не успевают повторять колебательные движения жидкости, т.е. существует сдвиг по фазе колебательного движения твердых частиц и жидкости. Кроме того, амплитуда колебаний твердых частиц также ниже амплитуды колебаний жидкости. В результате этого возникает колебательное относительное движение твердых частиц и жидкости, накладываемое на поступательное относительное движение твердых частиц и жидкости, типичное для простого осаждения.Under the action of the impulse transmitted by the liquid jets to the suspension, the suspension moves from the bottom up, since the sediment located in the lower part of the body prevents the liquid from penetrating noticeably through the intergranular channels in the sediment. In this case, the gas expands in the gas-filled elastic element 27, and the liquid from it is partially expelled into the housing 1. Having reached the upper limit position, the suspension begins to move downward, compressing the gas in the gas-filled elastic element 27. Thus, one oscillation cycle is performed. Further, the process of oscillation of the suspension continues. Due to the difference in densities of solid particles and liquid, the particles do not have time to repeat the oscillatory movements of the liquid, i.e. there is a phase shift in the oscillatory motion of solid particles and liquid. In addition, the amplitude of the oscillations of the solid particles is also lower than the amplitude of the oscillations of the liquid. As a result of this, an oscillatory relative motion of solid particles and liquid occurs, superimposed on the translational relative motion of solid particles and liquid, typical of simple deposition.
Средняя скорость относительного движения частиц, т.е. скорость осаждения, примерно равна скорости осаждения в неподвижной жидкости (на фиг.4 она характеризуется тангенсом угла β). Это означает, что время пребывания частиц при равной высоте аппарата остается практически такой же, как при простом осаждении. Вместе с тем, мгновенная скорость относительного движения частиц, т.е. мгновенная скорость их обтекания в несколько раз превышает скорость осаждения в неподвижной жидкости (на фиг.4 ее амплитуда характеризуется тангенсом угла α). Поэтому толщина пристенного слоя на поверхности частиц становится тоньше, в ней возникают вторичные циркуляционные токи (Тепло- и массообмен в звуковом поле / В.Е.Накоряков, А.П.Бурдуков, А.М.Болдарев, П.Н.Терлеев; под ред. С.С.Кутателадзе. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1970. - с.8-12; Галицейский Б.М., Рыжов Ю.А., Якуш Е.В. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках. - М.: Машиностроение, 1977. - с.106), что приводит к многократному снижению диффузионного сопротивления пристенного слоя и к существенному улучшению условий массоотдачи от поверхности частиц.The average speed of the relative motion of particles, i.e. the deposition rate is approximately equal to the deposition rate in a stationary fluid (in Fig. 4 it is characterized by the tangent of angle β). This means that the residence time of the particles at an equal height of the apparatus remains almost the same as with simple deposition. At the same time, the instantaneous velocity of the relative motion of particles, i.e. the instantaneous velocity of their flow around is several times higher than the deposition rate in a stationary fluid (in Fig. 4 its amplitude is characterized by the tangent of the angle α). Therefore, the thickness of the wall layer on the particle surface becomes thinner, secondary circulating currents appear in it (Heat and mass transfer in a sound field / V.E.Nakoryakov, A.P. Burdukov, A.M. Boldarev, P.N.Terleev; under Edited by S. S. Kutateladze. - Novosibirsk: Institute of Thermophysics SB RAS, 1970. - p. 8-12; Galitseysky B.M., Ryzhov Yu.A., Yakush E.V. Thermal and hydrodynamic processes in oscillating flows. - M .: Mashinostroenie, 1977. - p.106), which leads to a multiple decrease in diffusion resistance of the wall layer and to a significant improvement in the conditions of mass cottages by particle surface.
Реализация резонансного режима колебаний, при котором пульсации в суспензии возбуждают с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, состоящей из суспензии, находящейся в корпусе 1, и элементов аппарата, а именно - газонаполненного упругого элемента 27, еще в большей степени способствует улучшению условий массоотдачи, так как высокая амплитуда относительных движений твердых частиц достигается при меньших энергетических затратах. Действительно, в этом случае суспензия в корпусе 1 выполняет роль инерционного элемента, а газ, защемленный в газонаполненном упругом элементе 27, выступает в качестве упругого элемента. Образующаяся при этом колебательная система обладает собственной частотой колебаний, определяемой комплексом упругих, инерционных и диссипативных свойств. Это позволяет легко управлять колебаниями в аппарате, взаимно подстраивая частоту внешних воздействий (частоту колебаний генератора) и собственную частоту колебаний системы. Конструктивно это возможно реализовать путем установки в корпусе датчика давления, или скорости, или ускорения, или перемещения суспензии, соединенного с контроллером, причем контроллер подстраивает частоту генератора колебаний суспензии так, чтобы обеспечить максимальную амплитуду колебаний суспензии.The implementation of the resonant mode of oscillation, in which pulsations in the suspension are excited with a frequency close to the natural frequency of the system, consisting of a suspension located in the housing 1, and the elements of the apparatus, namely, a gas-filled elastic element 27, further improves the mass transfer conditions , since a high amplitude of relative motions of solid particles is achieved at lower energy costs. Indeed, in this case, the suspension in the housing 1 acts as an inertial element, and the gas trapped in the gas-filled elastic element 27 acts as an elastic element. The vibrational system formed in this case has its own vibrational frequency, determined by a complex of elastic, inertial and dissipative properties. This allows you to easily control the vibrations in the apparatus, mutually adjusting the frequency of external influences (oscillator frequency) and the natural frequency of the system. Structurally, it is possible to realize this by installing a pressure sensor in the case, or speed, or accelerating, or moving the suspension, connected to the controller, the controller adjusting the frequency of the suspension oscillation generator so as to ensure the maximum amplitude of the suspension oscillations.
Задание амплитуды колебаний такой, чтобы скорость колебательного движения частиц относительно жидкости превышала скорость их свободного осаждения в неподвижной жидкости, позволяет использовать преимущества возбуждения пульсаций в суспензии, выражающиеся в увеличении коэффициента массоотдачи при колебательном движении по сравнению с коэффициентом массоотдачи при простом осаждении.Setting the oscillation amplitude such that the speed of the oscillatory movement of particles relative to the liquid exceeds the speed of their free deposition in a stationary liquid, allows you to use the advantages of excitation of pulsations in suspension, expressed in an increase in mass transfer coefficient during vibrational motion compared with the mass transfer coefficient in simple deposition.
Ввод пульсаций в суспензию может осуществляться и иначе - посредством сжатого воздуха, подаваемого импульсно в верхней части корпуса 1 либо в верхней части газонаполненного упругого элемента 27, при помощи установленных в корпусе 1 вибромешалок, путем импульсного ввода частиц твердого материала в верхней части корпуса 1 и т.д.The introduction of pulsations into the suspension can be carried out in another way - by means of compressed air supplied pulsed in the upper part of the housing 1 or in the upper part of the gas-filled elastic element 27, by means of vibration mixers installed in the housing 1, by pulsed introduction of particles of solid material in the upper part of the housing 1 and t .d.
Ввод в суспензию газа через предусмотренный для этой цели патрубок 7 позволяет, во-первых, изменить упругие свойства колебательной системы за счет снижения жесткости столба суспензии в корпусе 1, поскольку скорость звука в газожидкостной смеси много меньше, чем в чистой жидкости (Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Наука, 1973. - 848 с.). Во-вторых, вводимый в суспензию газ, распределяясь в суспензии в виде пузырьков, выполняет роль трансформатора энергии упругих волн сжатия - расширения в суспензии. Поверхность пузырьков газа, как наиболее легко деформируемый элемент, способна пульсировать с максимальной амплитудой (по сравнению с другими компонентами суспензии - жидкостью и твердыми частицами). Поэтому вблизи каждого из пульсирующих пузырьков усиливаются локальные пульсации, что способствует улучшению гидродинамической обстановки у поверхности твердых частиц, находящихся в окрестности пульсирующего пузырька. При этом уменьшается толщина пристенных гидродинамического и диффузионных слоев, а коэффициент массоотдачи от поверхности частиц возрастает. Для обеспечения достаточно высокой дисперсности пузырьков газ, вводимый через патрубок 7, может быть распределен при помощи барботеров, газораспределителей и т.п.The introduction of gas into the suspension through the pipe 7 provided for this purpose allows, firstly, to change the elastic properties of the oscillatory system by reducing the stiffness of the suspension column in the housing 1, since the speed of sound in a gas-liquid mixture is much lower than in a pure liquid (L. Loitsyansky The mechanics of liquid and gas. - M.: Nauka, 1973. - 848 p.). Secondly, the gas introduced into the suspension, distributed in the form of bubbles in the suspension, acts as a transformer of energy of elastic compression waves - expansion in the suspension. The surface of gas bubbles, as the most easily deformable element, is capable of pulsating with a maximum amplitude (in comparison with other components of the suspension - liquid and solid particles). Therefore, local pulsations intensify near each of the pulsating bubbles, which helps to improve the hydrodynamic situation at the surface of solid particles located in the vicinity of the pulsating bubble. In this case, the thickness of the wall hydrodynamic and diffusion layers decreases, and the mass transfer coefficient from the surface of the particles increases. To ensure a sufficiently high dispersion of the bubbles, the gas introduced through the pipe 7 can be distributed using bubblers, gas distributors, etc.
Осуществление выгрузки образовавшегося в аппарате осадка в виде плотного слоя позволяет, во-первых, создать в нижней части устройства зону с высоким гидравлическим сопротивлением, через которую существенно затруднена фильтрация жидкости и слабо проникают пульсации, возбуждаемые в суспензии. Во-вторых, при движении осадка в виде плотного слоя доля жидкости может составлять в нем не более 26-30% (Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. - Л.: Химия, 1968. - С.9). Это позволяет в несколько раз сократить унос воды с осадком по сравнению со случаем выгрузки разбавленной суспензии. В-третьих, при движении осадка в виде плотного слоя отпадает необходимость в механических побудителях движения, таких как шнеки, лопатки, мешалки, скребки и т.п. Это снижает износ, повышает долговечность и надежность устройства.The discharge of the sediment formed in the apparatus in the form of a dense layer allows, firstly, to create in the lower part of the device a zone with high hydraulic resistance, through which the filtration of the liquid is significantly difficult and the pulsations excited in the suspension penetrate weakly. Secondly, when the sediment moves in the form of a dense layer, the fraction of liquid can be no more than 26-30% in it (Aerov M.E., Todes OM.Hydraulic and thermal fundamentals of operation of apparatuses with a stationary and boiling granular layer. - L .: Chemistry, 1968. - P. 9). This allows several times to reduce the entrainment of water with sediment compared with the case of discharge of the diluted suspension. Thirdly, when the sediment moves in the form of a dense layer, there is no need for mechanical motivators, such as screws, blades, mixers, scrapers, etc. This reduces wear, increases the durability and reliability of the device.
Наложение на выгружаемый слой осадка пульсаций давления позволяет снизить трение между плотным слоем осадка, движущегося в виде единой пробки либо отдельных пробок, разделенных слоями жидкости и газа. Пульсации давления создают жидкостью, подаваемой в нижнюю часть слоя осадка, а именно в трубу 12 через патрубок 4 и клапан 9, периодически открываемый по сигналам с генератора импульсов 11, либо газом, подаваемым в верхнюю часть осадка, а именно в разгрузочный патрубок 15 через внутренние каналы 24, выполненные в запорном клапане 23, управляемым исполнительным механизмом 22, либо газом, подаваемым в верхнюю часть осадка, а именно через патрубок 16 и клапан 17 (на фиг.1-3 подключение клапана 17, клапан на каналах 24 и его подключение к генератору импульсов 11 условно не показаны). При наложении пульсаций давления одним из перечисленных выше способов пробка плотного слоя твердого материала сдвигается из неподвижного состояния, при этом связи между частицами твердого материала и стенкой трубы 12 нарушаются, трение покоя переходит в трение движения, отличающееся меньшим коэффициентом. Кроме того, при движении пробки происходит некоторое снижение пористости слоя в зоне вблизи стенок трубы 12, связанное с большими касательными напряжениями и обусловленным ими вращением частиц. В результате этого в зону вблизи стенок трубы 12 проникает большее количество жидкости, и она выступает в роли смазки, способствуя снижению трения плотного слоя осадка, движущегося в виде пробки, о стенку трубы 12.The application of pressure pulsations on the discharged sediment layer allows reducing friction between a dense sediment layer moving in the form of a single tube or separate tubes separated by layers of liquid and gas. Pressure pulsations are created by the liquid supplied to the lower part of the sediment layer, namely, into the
Импульсный ввод в нижнюю часть выгружаемого слоя осадка газа, а именно через патрубок 6 и клапан 8, способствует разделению движущегося плотного слоя частиц твердого материала на отдельные пробки сравнительно небольшой длины. Напряжения, экспоненциально возрастающие вдоль каждой из пробок, определяются длиной пробки (Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. - Л.: Химия, 1968. - С.131, рис.III.5, в; Островский Г.М. Прикладная механика неоднородных сред. - СПб: Наука, 2000. - с.136, рис.4.25, линия 2), поэтому при сокращении длины пробки общая сила трения по всем пробкам становится меньше, чем в одной пробке с длиной, равной сумме длин нескольких отдельных пробок. Это также позволяет сократить энергетические затраты и повышает надежность работы аппарата.Pulse input into the lower part of the discharged layer of gas sediment, namely through the pipe 6 and valve 8, contributes to the separation of the moving dense layer of particles of solid material into separate plugs of a relatively small length. Stresses that grow exponentially along each of the plugs are determined by the length of the plug (Aerov M.E., Todes O.M., Hydraulic and Thermal Basics of Operation of Devices with a Stationary and Boiling Granular Layer. - L.: Chemistry, 1968. - P.131, fig. III.5, c; Ostrovsky G.M. Applied mechanics of heterogeneous media .-- St. Petersburg: Nauka, 2000. - p.136, fig. 4.25, line 2), therefore, when reducing the length of the tube, the total friction force over all tubes becomes less than one cork with a length equal to the sum of the lengths of several individual corks. It also reduces energy costs and increases the reliability of the device.
Благодаря тому, что импульсы ввода газа через патрубок 6 подают в конечной фазе импульсов давления жидкости, накладываемых на выгружаемый плотный слой осадка через патрубок 4 при помощи клапана 9 и генератора импульсов 11, т.е. ввод газа осуществляется наиболее рационально, так как порция газа проходит сквозь только что разрыхленный жидкостью слой частиц, еще не сформировавшийся в подвижную пробку, через который прошла волна сжатия. По этой причине сопротивление слоя при вводе газа минимально. Таким образом удается дополнительно снизить затраты энергии.Due to the fact that the gas inlet pulses through the nozzle 6 are supplied in the final phase of the liquid pressure pulses superimposed on the discharged dense layer of sediment through the nozzle 4 using the valve 9 and the pulse generator 11, i.e. gas injection is carried out most rationally, since a portion of the gas passes through a layer of particles that has just been loosened by the liquid and has not yet formed into a movable plug through which a compression wave has passed. For this reason, the resistance of the layer during gas injection is minimal. Thus, it is possible to further reduce energy costs.
Несмотря на слабый уровень импульсов, проникающих в осадок при работе генератора колебаний суспензии, выполненного в виде генератора пневматических пульсаций 28 или насоса 29, для некоторых видов мелкозернистых и порошкообразных материалов этих импульсов вполне достаточно для разрушения связей между частицами осадка и стенкой трубы 12, что приводит к началу поступательного движения осадка в узле разгрузки 3.Despite the weak level of pulses penetrating the precipitate during operation of the suspension oscillation generator, made in the form of a pneumatic pulsation generator 28 or pump 29, for some types of fine-grained and powdery materials these pulses are quite sufficient to break the bonds between the sediment particles and the
Наличие управляемых клапанов 8-10, 17 для прерывания расходов жидкости и газа, соединенных с генератором импульсов 11, позволяет реализовать предлагаемый способ, а именно: 1) возбуждать пульсации в суспензии с частотой, близкой к частоте собственных колебаний системы, 2) накладывать пульсации давления на выгружаемый слой осадка (жидкостью, подаваемой в нижнюю часть слоя осадка или газом, подаваемым в верхнюю часть осадка); 3) импульсно вводить газ в нижнюю часть выгружаемого слоя осадка, т.е., например, через патрубок 8.The presence of controlled valves 8-10, 17 to interrupt the flow of liquid and gas connected to the pulse generator 11, allows us to implement the proposed method, namely: 1) to excite pulsations in suspension with a frequency close to the frequency of natural oscillations of the system, 2) to impose pressure pulsations onto the discharged sediment layer (by liquid supplied to the lower part of the sediment layer or by gas supplied to the upper part of the sediment); 3) impulse to introduce gas into the lower part of the discharged sediment layer, i.e., for example, through pipe 8.
Выполнение узла разгрузки в виде трубы 12 устраняет необходимость в использовании всевозможных механических узлов, склонных к повышенному абразивному износу: шнеков, лопаток, скребков и т.п. Кроме того, отпадает потребность в установке механического привода для выгрузки осадка. Это позволяет снизить затраты энергии.The implementation of the unloading unit in the form of a
Использование в составе узла разгрузки конического бункера 14 с нижним разгрузочным патрубком 15 и верхним патрубком 16, к которому подсоединен управляемый клапан 17 для подачи сжатого газа, и выполнение нижней части бункера 14 проницаемой для жидкости (в виде перфорированной конической перегородки 18) и оборудование кольцевой камерой 19 для подачи жидкости позволяет улучшить условия разгрузки осадка из верхнего конца трубы 12 путем придания слою осадка повышенной текучести добавлением небольших порций жидкости. Пульсации, подводимые к патрубку 16 при закрытом запорном клапане 23, передаются на плотный слой осадка, находящийся в трубе 12, благодаря чему он приобретает необходимую подвижность. Это связано с перераспределением жидкости в слое осадка: при начале движения слоя осадка вблизи стенки трубы 12 происходит сдвиг, приводящий к локальному разрыхлению осадка вблизи стенки. Вследствие этого в пристенных слоях снижается фильтрационное сопротивление, и эти слои быстро насыщаются жидкостью; в результате замены полусухого трения на жидкостное коэффициент трения существенно снижается и движение пробки происходит с большей скоростью.The use of a
Подключение к разгрузочному патрубку 15 управляемого исполнительным механизмом 22 запорного клапана 23, периодически герметично закрывающего и открывающего разгрузочный патрубок, позволяет реализовать наложение пульсаций на выходную часть слоя осадка в трубе 12.Connecting to the
Наличие в запорном клапане 23 внутренних каналов 24 для подачи сжатого воздуха, в верхней части закрытыми защитным козырьком 25 в виде конуса, присоединенного к клапану, позволяет вводить пульсации газа непосредственно через каналы 24, избегая их засорения твердыми частицами осадка.The presence in the shut-off
Установка в корпусе 1 датчика 33 давления, или скорости, или ускорения, или перемещения суспензии, соединенного с контроллером 34, подстраивающим частоту генератора 28 колебаний суспензии так, чтобы обеспечить максимальную амплитуду колебаний суспензии, позволяет добиться резонансного режима колебаний суспензии, характеризуемого минимальными затратами энергии при заданной амплитуде колебаний. При возникновении резонансных колебаний амплитуда пульсаций суспензии возрастает в несколько раз, при этом увеличиваются амплитуды всех гидродинамических параметров: давления, скорости, ускорения и перемещения суспензии, один из которых регистрируется датчиком 33.The installation in the housing 1 of a sensor 33 of pressure, or speed, or acceleration, or displacement of the suspension, connected to the controller 34, adjusting the frequency of the oscillation generator 28 of the suspension so as to ensure the maximum amplitude of the suspension, allows you to achieve a resonant mode of vibration of the suspension, characterized by minimal energy consumption at given amplitude of oscillations. When resonant oscillations occur, the amplitude of the pulsations of the suspension increases several times, while the amplitudes of all hydrodynamic parameters increase: pressure, speed, acceleration, and movement of the suspension, one of which is detected by the sensor 33.
Достижение резонансных колебаний может также осуществляться по сигналам с датчика 33 при управлении контроллера 34 генератором импульсов 11.The achievement of resonant oscillations can also be carried out by signals from the sensor 33 when controlling the controller 34 of the pulse generator 11.
Процесс выгрузки осадка осуществляется следующим образом. В случае горизонтально расположенной трубы 12 и при малой ее длине (не превышающей 5-10 диаметров трубы) разгрузка может осуществляться без наложения дополнительных возмущений, т.е. самотеком. Клапан 23 работает в циклическом режиме, обеспечивая периодическое накопление необходимого количества осадка с последующей его выгрузкой.The process of unloading sediment is as follows. In the case of a
В случае вертикально расположенной трубы 12 вертикальный вариант выгрузки осадка позволяет поднять материал на некоторый уровень над нижним краем корпуса 1, что удобно, например, при загрузке материала на конвейеры, в кузова автомобилей, в ковши элеватора без использования традиционных механических транспортирующих машин либо насосов. Это, в свою очередь, позволяет избежать заглубления разгрузочного конца аппарата.In the case of a vertically located
При выгрузке осадка вертикально вверх из корпуса 1 в нижнюю часть узла разгрузки 3, выполненного в виде трубы 12 поступает осадок в виде высококонцентрированной суспензии, т.е. движение осадка происходит в так называемом плотном слое. За счет повышения концентрации твердой фазы практически до максимальной, при которой еще возможно движение суспензии, снижается расход жидкости, вводимой в аппарат для транспортировки, что существенно снижает затраты на процесс перемещения твердых частиц.When unloading the sediment vertically upward from the housing 1, the sediment in the form of a highly concentrated suspension enters the lower part of the unloading unit 3 made in the form of a
При использовании известных способов (перемещение материала при помощи поршней, шнеков, скребков, лопаток и т.п. либо под давлением газа или жидкости) дальнейшее движение суспензии было бы затруднено в связи с быстрым ростом касательных напряжений между поверхностью плотного слоя частиц и внутренней поверхностью трубы, приводящим к эффекту заклинивания слоя и образования трудно разрушаемой пробки.When using known methods (moving material using pistons, screws, scrapers, blades, etc., or under gas or liquid pressure), further movement of the suspension would be difficult due to the rapid increase in shear stresses between the surface of the dense layer of particles and the inner surface of the pipe leading to the effect of jamming of the layer and the formation of hard to break plugs.
Согласно предлагаемому способу выгрузку образовавшегося в аппарате осадка производят в виде плотного слоя, на выгружаемый слой осадка накладывают пульсации давления, причем пульсации давления создают жидкостью, подаваемой в нижнюю часть слоя осадка через патрубок 4 и клапан 9 либо газом, подаваемым в верхнюю часть осадка через патрубок 15 и клапан 23.According to the proposed method, the precipitate formed in the apparatus is discharged in the form of a dense layer, pressure pulsations are applied to the discharged sediment layer, and pressure pulsations are created by the liquid supplied to the lower part of the sediment layer through nozzle 4 and valve 9 or by gas supplied to the upper part of the sediment through the
При пульсациях, передаваемых на выгружаемый слой осадка, происходит перестройка твердого материала, движущегося в плотном слое, частично разрушаются связи между частицами материала и внутренней стенкой трубы. Образуется подвижная пробка твердого материала с низким коэффициентом трения по материалу трубы, обусловленным постоянной подпиткой поверхности трения свежими порциями жидкости, играющей роль смазки. Касательные напряжения на боковой поверхности подвижных пробок снижаются, и вероятность образования неподвижных пробок снижается практически до нуля.During pulsations transmitted to the discharged sludge layer, the solid material moving in the dense layer is rearranged, and the bonds between the material particles and the inner wall of the pipe are partially destroyed. A movable plug of solid material is formed with a low coefficient of friction over the pipe material, due to the constant feeding of the friction surface with fresh portions of the liquid, which plays the role of a lubricant. The tangential stresses on the lateral surface of the movable plugs are reduced, and the probability of the formation of fixed plugs is reduced to almost zero.
Кроме того, при дополнительном импульсном вводе в нижнюю часть выгружаемого слоя осадка, т.е. в трубу 12, газа через патрубок 6 и клапан 8, причем импульсы ввода газа подают в конечной фазе импульсов давления жидкости, накладываемых на выгружаемый плотный слой осадка, согласно предлагаемому изобретению, происходит фильтрация газа сквозь слой разрыхленной суспензии, проходящей в зоне патрубков 4 и 6, после чего пузырьки коалесцируют, образуя очередную порцию газа, при этом формируется граница раздела между подвижными пробками П твердого материала. Благодаря действию капиллярных сил на границе слой твердых частиц - жидкость - газ фронтовая и тыльная поверхности пробок П твердого материала приобретают практически плоскую форму, а прочность и устойчивость этих поверхностей повышается. Движение материала в виде отдельных пробок способствует снижению риска заклинивания пробок, так как на отдельных (а следовательно, коротких) пробках не могут развиваться большие касательные напряжения, тормозящие движение материала в плотном слое (Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. - Л.: Химия, 1968. - С.131, рис.III.5, в) и повышает надежность гидравлической транспортировки мелкозернистых материалов.In addition, with an additional pulse input into the lower part of the discharged sediment layer, i.e. in the
Таким образом, происходит транспортирование при концентрации твердых частиц в суспензии, близкой к максимальной. Подвижные пробки П выходят из трубы 12 через патрубок 15, где могут подвергаться принудительному перемещению при помощи стандартных механических устройств (скребков, шнеков, центробежных сбрасывателей и т.п.). Циркуляция потока жидкости в корпусе 1 и в установке в целом реализуется при помощи насоса 29. Отработанная жидкость частично отводится из установки трубопровода 31.Thus, transportation occurs when the concentration of solid particles in the suspension is close to maximum. The movable plugs P exit the
При определенных условиях движение осадка в плотном слое может инициироваться пульсациями суспензии в корпусе 1, возбуждаемыми генератором пневматических пульсаций 28, либо насосом 29 с клапаном 10 и генератором импульсов 11. Образующийся в нижней части корпуса плотный слой препятствует истечению жидкости из аппарата. Движение осадка в плотном слое происходит благодаря давлению столба суспензии, находящейся в корпусе 1, при одновременном действии пульсаций, способствующих ослаблению связей между частицами в слое осадка, а также между частицами и стенкой трубы 12. Для стабильной работы аппарат может быть снабжен приборами для поддержания поверхности осадка в нижней части корпуса 1 на заданном уровне (на фиг.1 условно не показан).Under certain conditions, the movement of the sediment in the dense layer can be initiated by pulsations of the suspension in the housing 1, excited by the pneumatic pulsation generator 28, or by a pump 29 with a valve 10 and a pulse generator 11. A dense layer formed in the lower part of the housing prevents fluid from flowing out of the apparatus. The movement of the sediment in the dense layer occurs due to the pressure of the column of suspension located in the housing 1, with the simultaneous action of pulsations that weaken the bonds between the particles in the sediment layer, as well as between the particles and the
При движении осадка в виде плотного слоя, состоящего из твердых частиц и фильтрующейся через них жидкости, также происходит процесс массообмена, сопровождающий пульсационную фильтрацию жидкости.When the sediment moves in the form of a dense layer consisting of solid particles and a liquid filtered through them, a mass transfer process also accompanies pulsating fluid filtration.
Пример конкретного выполнения 1. В нижней части корпуса 1 (диаметром 40 мм и высотой 1.5 м) лабораторной установки, изготовленной в соответствии с описанием предлагаемого устройства (см. фиг.1), установлен узел разгрузки 3, выполненный в виде трубы 12 высотой 0.5 м и диаметром 16 мм, имеющей форму, показанную на фиг.1. Через верхнюю часть корпуса 1 подавали воду и дисперсную фазу. Дисперсная фаза представляла собой мелкозернистый полидисперсный сыпучий материал, состоящий из пористых твердых частиц с плотностью 2710 кг/м3 и средним размером частиц 30 мкм. Пульсации суспензии создавали при помощи генератора пневматических пульсаций 28, присоединенного к пульсационной камере 26. При частоте, близкой к частоте собственных колебаний системы, состоящей из суспензии и газонаполненного упругого элемента 27, в системе возникали резонансные колебания суспензии, сопровождавшиеся выравниванием фронта осаждения частиц, резким увеличением амплитуды пульсаций суспензии и снижением затрат энергии. При заданном времени пребывания степень извлечения целевого компонента из пористых твердых частиц оказалась выше, чем в известных аппаратах (в 2.4 раза выше, чем в аппарате с рамной мешалкой, и в 6 раз выше, чем в аппарате с неподвижным зернистым слоем), что свидетельствует о повышении эффективности экстрагирования (выщелачивания) в предлагаемом аппарате. Таким образом, за счет резонансных колебаний суспензии даже при снижении уровня энергетических затрат возрастает эффективность способа.An example of a specific implementation 1. In the lower part of the housing 1 (with a diameter of 40 mm and a height of 1.5 m) of a laboratory installation made in accordance with the description of the proposed device (see Fig. 1), an unloading unit 3 is installed, made in the form of a
На выгружаемый слой осадка накладывали пульсации давления газом, подаваемым в верхнюю часть осадка через патрубок 15 и клапан 23. Мелкозернистый сыпучий материал стабильно перемещался в трубе 12 плотным слоем, т.е. в виде пробок П длиной от 100 до 300 мм со скоростью до 40 мм/с. Объемная доля частиц в плотном слое составляла около 75%, что примерно вдвое выше, чем в известных решениях. Сокращение объемной доли транспортирующей жидкости в потоке суспензии до 25% против 60-65%, принятых в известных технических решениях, приводит к снижению ее расхода в 2,4-2,6 раза.Pressure pulsations were applied to the discharged sludge layer by gas supplied to the upper part of the sludge through the
Благодаря сравнительно малой длине трубы 12 сопротивление движению осадка в состоянии плотного слоя невелико, что позволяет осуществлять надежную выгрузку осадка. Это приводит к повышению надежности предлагаемого аппарата.Due to the relatively short length of the
Пример конкретного выполнения 2. В аппарате, описанном в примере конкретного выполнения 1 (см. фиг.1), проводится процесс растворения в воде твердых частиц (модельная среда), представляющих собой двухслойные гранулы: на ядро из полистирола (20% (об.)) нанесен слой хлорида натрия (80% (об.). Начальный размер подаваемых в аппарат частиц составлял 2 мм, конечный размер выгружаемых частиц - 1.2 мм.An example of a specific implementation 2. In the apparatus described in the example of specific implementation 1 (see figure 1), the process of dissolving in water solid particles (model medium), which are two-layer granules: on the core of polystyrene (20% (vol.) ) a layer of sodium chloride (80% (vol.) was deposited. The initial size of the particles fed into the apparatus was 2 mm, and the final size of the discharged particles was 1.2 mm.
При осаждении частиц в колеблющейся жидкости происходило растворение слоя хлорида натрия, причем средний по объему аппарата коэффициент массоотдачи оказался в 1.7 раза выше, чем в пульсационном аппарате известной конструкции (Карпачева С.М., Рябчиков Б.Е. Пульсационная аппаратура в химической технологии. - М.: Химия, 1983. - с.147).When particles were deposited in an oscillating liquid, a layer of sodium chloride was dissolved, and the average mass transfer coefficient by volume of the apparatus turned out to be 1.7 times higher than in a pulsating apparatus of a known design (Karpacheva S.M., Ryabchikov B.E. Pulse apparatus in chemical technology .-- M .: Chemistry, 1983. - p. 144).
Выгрузка частиц полистирола в виде плотного слоя осуществлялась стабильно, без образования заторов, что свидетельствует о высокой надежности предлагаемого аппарата.Unloading of polystyrene particles in the form of a dense layer was carried out stably, without the formation of congestion, which indicates the high reliability of the proposed device.
Пример конкретного выполнения 3. В аппарате, описанном в примере конкретного выполнения 1 (см. фиг.1), проводится процесс кристаллизации. В верхнюю часть аппарата подают пересыщенный раствор Mg(OH)2 (маточный раствор), а также мелкодисперсный порошок Mg(OH)2, служащий в качестве затравки кристаллов.An example of a specific implementation 3. In the apparatus described in the example of a specific implementation 1 (see figure 1), the crystallization process is carried out. A supersaturated solution of Mg (OH) 2 (mother liquor), as well as fine powder of Mg (OH) 2 , serving as a seed crystal, are fed into the upper part of the apparatus.
В процессе осаждения частиц в жидкости, совершающей колебания, в которой всплывают пульсирующие пузырьки газа, вводимые через патрубок 7, интенсифицируется подвод массы кристаллизующегося вещества к поверхности частиц, в результате чего удалось получить кристаллы диаметром 4 мм в аппарате высотой 1.5 м, тогда как в существующих аналогах необходимая высота при прочих равных условиях составляет 8 м. Выгрузка полученного кристаллического продукта осуществлялась в виде подвижного плотного слоя, без образования застойных зон.During the deposition of particles in an oscillating fluid, in which pulsating gas bubbles emerge through the nozzle 7, the mass of crystallized material is intensified to the surface of the particles, as a result of which it was possible to obtain crystals with a diameter of 4 mm in an apparatus 1.5 m high, whereas in existing with analogs, the necessary height, other things being equal, is 8 m. The obtained crystalline product was unloaded in the form of a moving dense layer, without the formation of stagnant zones.
Пример конкретного выполнения 4. Аппарат, описанный в примере конкретного выполнения 1 (см. фиг.1), используется для смешения мелкодисперсных частиц гидроксикарбоната никеля, прокаленного оксида магния и оксида алюминия в растворах нитрата никеля и оксида бария (одна из стадий приготовления катализатора паровой конверсии углеводородных газов ГИАП-16).An example of a specific implementation 4. The apparatus described in example of a specific embodiment 1 (see FIG. 1) is used to mix fine particles of nickel hydroxycarbonate, calcined magnesium oxide and aluminum oxide in solutions of nickel nitrate and barium oxide (one of the stages of preparation of the steam conversion catalyst hydrocarbon gases GIAP-16).
Процесс осуществляется путем подачи в верхнюю часть аппарата через узел подачи суспензии 2 (см. фиг.1) трех потоков твердых частиц и двух потоков растворов. В корпусе происходит осаждение частиц в колеблющейся жидкости. При этом благодаря пульсациям давления в суспензии, а также вводу в суспензию газа через патрубок 7 происходит разрушение агломерированных частиц, а также более равномерное воздействие импульсов давления на частицы в объеме суспензии. В свою очередь, это способствует улучшению качества смешения трех твердых материалов в составе суспензии и ускорению массообмена на поверхности частиц, лимитирующего протекающие в суспензии реакции. Образующийся в нижней части аппарата осадок (смесь оксидов) характеризуется высокой равномерностью распределения частиц по объему и легко выгружается из аппарата в виде плотного слоя, имеющего пастообразную консистенцию. Вследствие того, что содержание жидкости в осадке минимально (примерно 30-35%), не требуется его дополнительная подсушка паром (в отличие от существующей технологии, см. Технология катализаторов / И.П.Мухленов, Е.И.Добкина, В.И.Дерюжкина, В.Е.Сороко; под ред. проф. И.П.Мухленова. Л.: Химия, 1989. - С.156-157), что позволяет при равной производительности сократить затраты энергии, т.е. вести процесс с большей эффективностью.The process is carried out by feeding into the upper part of the apparatus through the suspension feed unit 2 (see Fig. 1) three streams of solid particles and two streams of solutions. In the housing, particles are deposited in an oscillating fluid. Moreover, due to pressure pulsations in the suspension, as well as the introduction of gas into the suspension through the pipe 7, the agglomerated particles are destroyed, as well as a more uniform effect of pressure pulses on the particles in the volume of the suspension. In turn, this helps to improve the quality of mixing of three solid materials in the composition of the suspension and to accelerate mass transfer on the surface of the particles, which limits the reactions occurring in the suspension. The precipitate formed in the lower part of the apparatus (a mixture of oxides) is characterized by a high uniformity of the distribution of particles throughout the volume and is easily discharged from the apparatus in the form of a dense layer having a pasty consistency. Due to the fact that the liquid content in the precipitate is minimal (approximately 30-35%), its additional steam drying is not required (unlike the existing technology, see Catalyst Technology / I.P. Mukhlenov, E.I.Dobkina, V.I. .Deryuzhkina, V.E.Soroko; under the editorship of Prof. I.P. Mukhlenov, L .: Chemistry, 1989. - P.156-157), which makes it possible to reduce energy costs with equal productivity, i.e. lead the process with greater efficiency.
Таким образом, предлагаемые способ и аппарат для обработки мелкозернистых и порошкообразных материалов жидкостями позволяют повысить эффективность процесса массообмена и снизить энергетические затраты за счет возможности реализации резонанса, за счет снижения водооборота (в общем случае - расхода жидкости), повысить надежность работы аппарата за счет реализации выгрузки в плотном слое, без использования механических устройств, а также один из аспектов надежности - долговечность - за счет снижения износа.Thus, the proposed method and apparatus for processing fine-grained and powder materials with liquids can improve the efficiency of the mass transfer process and reduce energy costs due to the possibility of resonance, by reducing water circulation (in the General case, the fluid flow), to increase the reliability of the apparatus due to the implementation of unloading in a dense layer, without the use of mechanical devices, as well as one of the aspects of reliability - durability - due to reduced wear.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006116115/15A RU2325208C2 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Method of treatment by liquid for fine-grained and powder-like materials and apparatus for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006116115/15A RU2325208C2 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Method of treatment by liquid for fine-grained and powder-like materials and apparatus for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006116115A RU2006116115A (en) | 2007-12-10 |
| RU2325208C2 true RU2325208C2 (en) | 2008-05-27 |
Family
ID=38903153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006116115/15A RU2325208C2 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Method of treatment by liquid for fine-grained and powder-like materials and apparatus for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2325208C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509205C2 (en) * | 2008-07-17 | 2014-03-10 | Ветко Грэй Скандинавиа.АС | Method and system for supercooling of produced hydrocarbon fluid for transportation |
-
2006
- 2006-05-10 RU RU2006116115/15A patent/RU2325208C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509205C2 (en) * | 2008-07-17 | 2014-03-10 | Ветко Грэй Скандинавиа.АС | Method and system for supercooling of produced hydrocarbon fluid for transportation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006116115A (en) | 2007-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5067767B2 (en) | Mixing apparatus and process | |
| KR101915822B1 (en) | Method for separating liquid from suspended matter in a sludge and device for same | |
| KR101311077B1 (en) | A method and device for cleaning non-fixed media filters | |
| US20110300780A1 (en) | Device for blast-machining or abrasive blasting objects | |
| UA78727C2 (en) | Settler and method for decanting mineral slurries | |
| US6966985B2 (en) | Self-diluting feedwell including a vertical education mechanism | |
| WO2009137867A1 (en) | Apparatus and method for mechanical deaeration | |
| US3893921A (en) | Flocculation device for waste fluid treatment | |
| RU2325208C2 (en) | Method of treatment by liquid for fine-grained and powder-like materials and apparatus for its implementation | |
| DK2572778T3 (en) | Flotation machine with a dispersing nozzle and method for operating it | |
| KR20130135252A (en) | Water clarification method and device | |
| CN106345367B (en) | Droplet distribution device | |
| JP6256496B2 (en) | Crystallizer and crystallization method | |
| CN105237316B (en) | A kind of continuous washing process of graininess explosive wastewater | |
| RU2570177C1 (en) | Apparatus for classification of solid phase of suspensions | |
| RU192309U1 (en) | Reaction crystallizer | |
| CN113302161A (en) | Device for injecting a fluid into a liquid, method for cleaning said device and effluent treatment plant | |
| SU1567258A1 (en) | Method of mixing and treating liquid-phase system | |
| KR20210045486A (en) | Process for providing a homogeneous slurry containing particles | |
| SU1172584A1 (en) | Method of agitating loose materials | |
| CN110787746A (en) | Continuous flow reaction device and continuous flow reaction system | |
| RU2614717C1 (en) | Carbonizer | |
| WO2018193031A1 (en) | Method and apparatus for handling slurries in flow systems | |
| UA124241C2 (en) | METHOD OF PURIFICATION OF LIQUID FROM MECHANICAL IMPURITIES AND DEVICES FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| JP2000053707A (en) | Vapor-phase polymerizer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130511 |