RU2293600C2 - Apparatus for conducting processes in liquid-to-liquid and liquid-to-solid particles systems (versions) - Google Patents
Apparatus for conducting processes in liquid-to-liquid and liquid-to-solid particles systems (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293600C2 RU2293600C2 RU2004138965/15A RU2004138965A RU2293600C2 RU 2293600 C2 RU2293600 C2 RU 2293600C2 RU 2004138965/15 A RU2004138965/15 A RU 2004138965/15A RU 2004138965 A RU2004138965 A RU 2004138965A RU 2293600 C2 RU2293600 C2 RU 2293600C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- channels
- angle
- solid particles
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для проведения гидродинамических и тепломассообменных процессов в гетерогенных системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы, а именно эмульгирования, жидкостной экстракции (системы жидкость - жидкость), промывки, репульпации, растворения твердых частиц, экстрагирования из них целевых компонентов или посторонних включений (системы жидкость - твердые частицы), проведения химических реакций, в том числе каталитических, и может использоваться в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, пищевой, горно-металлургической, фармацевтической и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for conducting hydrodynamic and heat and mass transfer processes in heterogeneous liquid-liquid and liquid-solid systems, namely emulsification, liquid extraction (liquid-liquid systems), washing, repulping, dissolving solid particles, extracting target components or extraneous from them inclusions (liquid-solid systems), chemical reactions, including catalytic ones, and can be used in chemical, petrochemical, pulp and paper first, food, mining, pharmaceutical and other industries.
Известен аппарат для проведения процессов в системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы, содержащий корпус, пульсационную камеру, пульсационное перемешивающее устройство с соплами и распределительной полостью (Карпачева С.М., Рагинский Л.С., Муратов В.М. Основы теории и расчета пульсационных аппаратов и пульсаторов/ Под ред. С.М.Карпачевой. - М.: Атомиздат, 1981. - С.14). Известный аппарат хорошо зарекомендовал себя при обработке систем с легкой дисперсной фазой. Однако при обработке систем со сравнительно тяжелой дисперсной фазой (при отношении плотности дисперсной фазы к плотности сплошной более 1,5-2,0), либо при высокой концентрации твердой или жидкой дисперсной фазы (при массовой концентрации более 25-30%), либо при больших размерах твердых частиц эффективное воздействие происходит лишь на верхние слои осадка либо на верхние слои жидкой дисперсной фазы. В результате этого во взвешенное состояние переходит лишь небольшая доля дисперсной фазы, а основная ее масса остается лежать на дне аппарата в малоподвижном состоянии, что препятствует активному контакту фаз и тормозит процессы массопереноса. Это снижает эффективность аппарата и надежность его работы. Диапазон его рабочих параметров (концентрация дисперсной фазы, ее плотность, размер частиц) находится в довольно узких пределах.A known apparatus for carrying out processes in liquid-liquid and liquid-solid particles containing a housing, a pulsating chamber, a pulsating mixing device with nozzles and a distribution cavity (Karpacheva S.M., Raginsky L.S., Muratov V.M. Fundamentals of the theory and calculation of pulsating devices and pulsators / Edited by S.M. Karpacheva. - M.: Atomizdat, 1981. - P.14). The well-known apparatus has proven itself in the processing of systems with a light dispersed phase. However, when processing systems with a relatively heavy dispersed phase (when the ratio of the density of the dispersed phase to the density of the solid is more than 1.5-2.0), either at a high concentration of solid or liquid dispersed phase (at a mass concentration of more than 25-30%), or large sizes of solid particles effective effect occurs only on the upper layers of the sediment or on the upper layers of the liquid dispersed phase. As a result, only a small fraction of the dispersed phase goes into suspension, and its bulk remains at the bottom of the apparatus in a sedentary state, which prevents the active contact of the phases and inhibits the mass transfer processes. This reduces the efficiency of the device and the reliability of its operation. The range of its operating parameters (concentration of the dispersed phase, its density, particle size) is within fairly narrow limits.
Известен аппарат для проведения процессов в системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы (Патент № 2033855 РФ, МКИ B 01 F 11/00, БИ 1995. - №12). Известный аппарат содержит корпус с центральной трубой, побудитель колебаний, в верхних частях центральной трубы и корпуса аппарата имеются упругие элементы. В этом аппарате также эффективно можно обрабатывать только гетерогенные системы с легкой или низкоконцентрированной дисперсной фазой. Кроме того, при аварийном отключении известного аппарата происходит быстрое осаждение дисперсной фазы (капель или твердых частиц). Это приводит к тому, что нижний срез центральной трубы оказывается погруженным в плотный слой осадка из твердых частиц или в плотный слой жидкости. При повторном включении пульсатора выход аппарата на нормальный режим работы может не произойти. В результате снижается надежность аппарата и его эффективность.A known apparatus for carrying out processes in liquid-liquid and liquid-solid particles systems (Patent No. 2033855 RF, MKI B 01
Наиболее близким к заявляемому является аппарат для проведения процессов в системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы (Патент 2013114 РФ, МКИ B 01 F 11/00. БИ 1994. - № 10). Аппарат содержит горизонтальный цилиндрический корпус, конструктивно состоящий из промежуточных Т-образных элементов и концевых L-образных элементов, т.е. снабжен вертикальными каналами. Генератор колебаний подключен к одному из вертикальных каналов. В аппарате предусмотрены штуцеры для подачи исходных компонентов и вывода готовых продуктов. В этом аппарате перевод осадка твердых частиц или слоя жидкости, лежащего на дне аппарата, происходит главным образом благодаря образованию волн на поверхности раздела фаз с последующим отрывом от гребней волн капель или твердых частиц. В известном аппарате происходит эффективная обработка дисперсной фазы при ее объемной концентрации до 30%. Однако при большой производительности процесса вследствие преимущественно горизонтальной формы аппарата существенно возрастают его габариты. Кроме того, при непрерывной работе аппарата дисперсная фаза может постепенно заполнять поперечное сечение аппарата, что приводит к торможению колебаний сплошной фазы и, в конце концов, к полной остановке аппарата. Таким образом, снижается надежность и эффективность аппарата. Наконец, в известном аппарате трудно обрабатывать системы с легкой дисперсной фазой, так она может попадать в вертикальные части Т-образных и L-образных элементов, постепенно накапливаясь в них.Closest to the claimed is an apparatus for carrying out processes in liquid-liquid and liquid-solid particle systems (Patent 2013114 of the Russian Federation, MKI B 01 F 11/00. BI 1994. - No. 10). The apparatus comprises a horizontal cylindrical body structurally consisting of intermediate T-shaped elements and end L-shaped elements, i.e. equipped with vertical channels. The oscillation generator is connected to one of the vertical channels. The device provides fittings for supplying the starting components and output of finished products. In this apparatus, the transfer of sediment of solid particles or a liquid layer lying at the bottom of the apparatus occurs mainly due to the formation of waves on the interface, followed by separation of droplets or solid particles from the wave crests. In the known apparatus there is an effective processing of the dispersed phase at a volume concentration of up to 30%. However, with a large productivity of the process, due to the predominantly horizontal shape of the apparatus, its dimensions significantly increase. In addition, during continuous operation of the apparatus, the dispersed phase can gradually fill the cross section of the apparatus, which leads to inhibition of oscillations of the continuous phase and, ultimately, to a complete stop of the apparatus. Thus, the reliability and efficiency of the apparatus is reduced. Finally, in the known apparatus it is difficult to process systems with a light dispersed phase, so it can fall into the vertical parts of T-shaped and L-shaped elements, gradually accumulating in them.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности аппарата для проведения процессов в системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы за счет расширения рабочего диапазона свойств обрабатываемых сред (концентраций, плотности дисперсной фазы, размеров частиц), уменьшения габаритов аппарата и обеспечения возможности его непрерывной работы.The objective of the invention is to increase the efficiency and reliability of the apparatus for carrying out processes in liquid-liquid and liquid-solid particles by expanding the working range of the properties of the processed media (concentrations, dispersed phase density, particle sizes), reducing the dimensions of the apparatus and ensuring the possibility of its continuous operation .
Поставленная задача достигается тем, что в аппарате для проведения процессов в системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы, содержащем корпус, снабженный вертикальным каналом, камерами для загрузки, выгрузки и сепарации фаз, патрубками для ввода сырья и вывода готового продукта и соединенный пульсопроводом с устройством для создания пульсаций, согласно изобретению корпус выполнен в виде наклонных каналов, имеющих зигзагообразную, винтовую цилиндрическую или коническую форму.The problem is achieved in that in the apparatus for carrying out processes in liquid-liquid and liquid-solid particles systems, comprising a housing provided with a vertical channel, chambers for loading, unloading and separation of phases, pipes for inputting raw materials and outputting the finished product and connected by a pulse conduit to device for creating pulsations, according to the invention, the housing is made in the form of inclined channels having a zigzag, helical cylindrical or conical shape.
Поставленная задача достигается также тем, что в предлагаемом аппарате каналы выполнены с возможностью изменения угла наклона винтовой линии.The task is also achieved by the fact that in the proposed apparatus the channels are configured to change the angle of inclination of the helix.
Кроме того, поставленная задача достигается тем, что в аппарате для проведения процессов в системах жидкость - жидкость и жидкость - твердые частицы, содержащем цилиндрический корпус, снабженный вертикальным каналом, камерами для загрузки, выгрузки и сепарации фаз, патрубками для ввода сырья и вывода готового продукта и соединенный пульсопроводом с устройством для создания пульсаций, согласно изобретению вертикальный канал выполнен соосно корпусу в виде цилиндрической трубы с соплами, а в корпусе выполнены наклонные каналы, прикрепленные в чередующемся порядке к корпусу и к трубе, причем сопла в трубе расположены между каждой парой каналов.In addition, the task is achieved by the fact that in the apparatus for carrying out processes in liquid - liquid and liquid - solid particles containing a cylindrical body equipped with a vertical channel, chambers for loading, unloading and separation of phases, pipes for input of raw materials and output of the finished product and connected by a pulse conduit to a device for creating pulsations, according to the invention, the vertical channel is made coaxially to the body in the form of a cylindrical pipe with nozzles, and inclined channels are made in the body, attached alternating to the body and the pipe, with nozzles in the pipe located between each pair of channels.
Поставленная задача достигается также тем, что при обработке систем жидкость - твердые частицы угол наклона каналов к горизонту выполнен на 3-10° больше угла внешнего трения твердых частиц в жидкости о материал корпуса аппарата.The task is also achieved by the fact that when processing systems liquid - solid particles, the angle of inclination of the channels to the horizon is 3-10 ° greater than the angle of external friction of solid particles in the liquid against the material of the apparatus body.
Техническим результатом является расширение рабочего диапазона свойств обрабатываемых сред (концентраций, плотности дисперсной фазы, размеров частиц), уменьшение габаритов аппарата и обеспечение возможности его непрерывной работы.The technical result is to expand the operating range of the properties of the processed media (concentrations, density of the dispersed phase, particle sizes), reducing the dimensions of the apparatus and ensuring the possibility of its continuous operation.
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.
На фиг.1 изображена схема аппарата, предназначенного главным образом для растворения твердых частиц в жидкости, на фиг.2-6 - схемы аппаратов для жидкостной экстракции, экстрагирования, промывки, репульпации твердых частиц в жидкости или их растворения. На фиг.1-3 и 6 представлены схемы аппаратов, в которых корпус состоит из наклонных секций и продольная ось аппарата имеет зигзагообразную форму, причем на фиг.1, 2 представлена схема аппарата с одним наклонным каналом зигзагообразной формы, на фиг.3 - с двумя наклонными каналами зигзагообразной формы. На фиг.4 продольная ось корпуса аппарата имеет винтовую цилиндрическую форму, а на фиг.5 корпус имеет цилиндрическую форму, соосно корпусу установлена цилиндрическая труба с соплами, а наклонные каналы прикреплены в чередующемся порядке к корпусу и к трубе. На фиг.6 показана схема аппарата для обработки систем, в которых жидкая или твердая дисперсная фаза легче сплошной фазы. На фиг.7 приведены геометрические построения, иллюстрирующие понятие "угол наклона винтовой линии".Figure 1 shows a diagram of an apparatus intended primarily for dissolving solid particles in a liquid, figure 2-6 - diagram of apparatus for liquid extraction, extraction, washing, repulpation of solid particles in a liquid or their dissolution. Figures 1-3 and 6 show diagrams of apparatuses in which the casing consists of inclined sections and the longitudinal axis of the apparatus has a zigzag shape, wherein Figures 1, 2 show a diagram of an apparatus with one inclined channel of a zigzag shape, Fig. 3 - two inclined channels in a zigzag shape. In Fig. 4, the longitudinal axis of the apparatus body has a helical cylindrical shape, and in Fig. 5, the body has a cylindrical shape, a cylindrical pipe with nozzles is installed coaxially with the body, and inclined channels are attached in alternating order to the body and to the pipe. Figure 6 shows a diagram of an apparatus for processing systems in which a liquid or solid dispersed phase is lighter than the continuous phase. 7 shows a geometric construction illustrating the concept of "angle of inclination of the helix".
Предлагаемый аппарат содержит корпус 1, в котором выполнены наклонные каналы 2, а также вертикальный канал 3. К корпусу 1 через пульсопровод 4 подключено устройство для создания пульсаций (на фиг.1-6 условно не показано). Кроме того, корпус снабжен камерой 5 для загрузки и сепарации фаз, патрубками 6 и 7 для ввода сырья и вывода готового продукта. При необходимости аппарат может быть снабжен камерой 8, предназначенной для распределения жидкости по каналам 2 и 3 и разделения фаз. Камера 8 оборудована питателем 9. К камере 8 при необходимости могут подсоединяться несколько наклонных каналов 2 (см. фиг.3) и несколько вертикальных каналов 3.The proposed apparatus comprises a
Для обеспечения сепарации сплошной и дисперсной фазы в широкой части камеры 5 предназначен переливной порог 10, имеющий форму короба или кольца. Вместо порога 10 могут быть использованы другие разновидности сепараторов, используемые в химической технологии, например центробежные.To ensure the separation of the continuous and dispersed phases in a wide part of the
На фиг.1-3 и 6 наклонные каналы 2 состоят из наклонных секций 11, имеющих прямую продольную ось. На фиг.1 (вид А) показана конструкция соединения наклонных секций 11, позволяющая регулировать их наклон к горизонту. К одному концу каждой из секций 11 жестко присоединены (например, приварены) фланцы 12, а к другому - неподвижные кольца 13, на которые надеты свободные кольца 14. Между фланцами 12 и кольцами 13 при помощи крепежных элементов 15 (например, болтов с гайками) зажимается прокладка 16.In figures 1-3 and 6, the
Особенность конструкции аппарата, показанного на фиг.4, заключается в том, что продольная ось корпуса 1 аппарата имеет винтовую цилиндрическую форму (т.е. форму змеевика). Корпус может включать один и более каналов 2. Изменение угла наклона витков достигается за счет пластической деформации материала корпуса либо за счет использования разъемных фланцевых соединений, показанных на фиг.1 (вид А), расположенных с постоянным шагом по всей длине каждого из каналов 2.A design feature of the apparatus shown in FIG. 4 is that the longitudinal axis of the
На фиг.5 изображен аппарат, корпус 1 которого имеет цилиндрическую форму, причем продольная ось аппарата вертикальная, соосно корпусу 1 установлен вертикальный канал 3 (таких каналов может быть несколько) в виде цилиндрической трубы с соплами 17 конической или щелевидной формы. Наклонные каналы 2 образованы (ограничены) поверхностью конических колец 18 и 19, т.е. каналы прикреплены в чередующемся порядке к корпусу (кольца 18) и к трубе (кольца 19).Figure 5 shows the apparatus, the
На фиг.6 представлена схема аппарата для обработки систем, в которых жидкая или твердая дисперсная фаза легче сплошной фазы. Особенностями его являются: к камере 5 присоединен патрубок 7 для подачи тяжелой сплошной фазы; камера 5 снабжена трубой 20 для отделения легкой жидкой или твердой дисперсной фазы (в виде шлама), к которой подключен питатель 21. Корпус 1 подсоединен к камере 5 тангенциально. Нижняя часть камеры 8 выполнена расширяющейся, а патрубок 6 для вывода тяжелой сплошной фазы подсоединен к ней тангенциально.Figure 6 presents a diagram of an apparatus for processing systems in which a liquid or solid dispersed phase is lighter than the continuous phase. Its features are: a
На фиг.7 даны иллюстрации, касающиеся признака "каналы выполнены с возможностью изменения угла наклона винтовой линии".Figure 7 shows illustrations regarding the sign of "channels made with the possibility of changing the angle of inclination of the helix".
В качестве "угла между прямой (в данном случае - касательной к винтовой линии в произвольной ее точке) и плоскостью (в данном случае - горизонтальной) принимают угол, образованный прямой и ее прямоугольной проекцией на плоскость; он измеряется в пределах от 0° до 90°" (Математический энциклопедический словарь. - М.: Сов. энциклопедия, 1988. - С.598-599). С учетом направления (знака) наклона, этот угол может меняться в пределах -90° до +90°.The angle between the straight line (in this case, the tangent to the helical line at its arbitrary point) and the plane (in this case, horizontal) is the angle formed by the straight line and its rectangular projection onto the plane; it is measured in the range from 0 ° to 90 ° "(Mathematical Encyclopedic Dictionary. - M.: Sov. Encyclopedia, 1988. - S.598-599). Given the direction (sign) of the slope, this angle can vary between -90 ° to + 90 °.
На фиг.7, в качестве примера рассмотрены цилиндрическая (фиг.7, а) и коническая (фиг.7, б) винтовые линии, а на фиг.7, в представлена схема к расчету угла α для конической винтовой линии. Угол наклона винтовой линии в точке О - угол α между касательной CD к пространственной винтовой линии PQ и ее проекцией EF на горизонтальную плоскость ROF, проведенную через точку О винтовой линии PQ (для цилиндрической винтовой линии точки G и F совпадают, а угол θ=α).In Fig.7, as an example, cylindrical (Fig.7a) and conical (Fig.7b) helical lines are considered, and Fig.7c shows a diagram for calculating the angle α for a conical helix. The angle of inclination of the helix at point O is the angle α between the tangent CD to the spatial helix PQ and its projection EF onto the horizontal plane ROF drawn through point O of the helix PQ (for a cylindrical helix, the points G and F coincide, and the angle θ = α )
В случае цилиндрической винтовой линии этот угол α дополняет до прямого угол β между касательной CD к пространственной винтовой линии PQ и образующей АВ.In the case of a cylindrical helix, this angle α supplements to a right angle β between the tangent CD to the spatial helix PQ and the generatrix AB.
В случае конической винтовой линии дополняют друг друга до прямого углы θ и β, и здесь необходимо дополнительно учесть косинус угла γ между осью конуса и образующей конуса АВ. Из простых геометрических построений, а именно из анализа треугольников GDF, ODF, ODG (см. фиг.7, в)In the case of a conical helix, the angles θ and β complement each other to a right angle, and here it is necessary to take into account the cosine of the angle γ between the axis of the cone and the generatrix of the cone AB. From simple geometric constructions, namely from the analysis of triangles GDF, ODF, ODG (see Fig. 7, c)
FD=DGcosγ, FD=ODsinα, DG=ODsinθ=ODcosβFD = DGcosγ, FD = ODsinα, DG = ODsinθ = ODcosβ
нетрудно получить, что угол наклона каналов к горизонту равенit is easy to obtain that the angle of inclination of the channels to the horizon is
α=arcsin(sinθ·cosγ)=arcsin(cosβ·cosγ).α = arcsin (sinθ · cosγ) = arcsin (cosβ · cosγ).
Технически возможность изменения угла наклона винтовой линии реализуется путем деформации канала, имеющего винтовую цилиндрическую или коническую форму, подобно тому, как обычно деформируют пружины цилиндрической или конической формы. Канал может быть также выполнен из сравнительно легко деформируемого материала, например, может представлять собой армированный шланг из поливинилхлорида (в этом случае канал должен быть установлен на достаточном количестве поддерживающих его стоек либо кронштейнов). При необходимости регулировки угла в больших пределах возможна установка дополнительных фланцевых (разъемов со свободными фланцами) либо муфтовых соединений, позволяющих менять угол без упругой и пластической деформации канала.Technically, the possibility of changing the angle of inclination of the helical line is realized by deforming the channel having a helical cylindrical or conical shape, similar to how springs of a cylindrical or conical shape are usually deformed. The channel can also be made of relatively easily deformable material, for example, it can be a reinforced polyvinyl chloride hose (in this case, the channel must be installed on a sufficient number of supporting posts or brackets). If it is necessary to adjust the angle to a large extent, it is possible to install additional flange (connectors with free flanges) or coupling joints that allow you to change the angle without elastic and plastic deformation of the channel.
Предлагаемый аппарат работает следующим образом. После заполнения аппарата сплошной жидкой фазой - легкой (ЛЖ на фиг.1-5) или тяжелой (ТЖ на фиг.6) включают устройство для создания пульсаций, колебания от которого передаются через пульсопровод 4 к вертикальным каналам 3, в результате чего в аппарате возникают колебания сплошной фазы. Затем в камеру 5 непрерывно подают тяжелую дисперсную фазу - твердую (Тв) или жидкую (ТЖ) (фиг.1-5), либо в камеру 8 через питатель 9 вводят легкую дисперсную фазу (фиг.6), а через патрубок 7 продолжают непрерывно вводить сплошную жидкую фазу. Тяжелая дисперсная фаза (твердая или жидкая) из камеры 5 попадает в каналы 2, образуя жидкий или твердый осадок 22 в нижней части каналов 2. В аппарате, показанном на фиг.6, легкая дисперсная фаза (твердая или жидкая) из камеры 8 попадает в каналы 2, образуя слой 23 (далее - осадок) в верхней части каналов 2. Жидкость, поступающая из вертикального канала 3, периодически вытесняет равный объем жидкости в наклонные каналы 2, передавая тем самым колебания на гетерогенную среду, находящуюся в них. Под действием колебаний сплошной фазы в слоях осадка 22 и 23 возникают касательные напряжения, приводящие к взмучиванию осадка, взвешиванию твердых частиц, либо к волнообразованию на поверхности жидкой дисперсной фазы и ее дроблению на капли. Эти явления способствуют увеличению межфазной поверхности, а также открывает доступ сплошной фазы ко всем частицам дисперсной фазы; кроме того, достигается высокая мгновенная скорость относительного движения фаз; все это приводит к многократной интенсификации обменных процессов, а при проведении химических реакций происходит переход в кинетическую область реакции.The proposed device operates as follows. After filling the apparatus with a continuous liquid phase, light (LV in FIGS. 1-5) or heavy (TA in FIG. 6), a device for creating pulsations is turned on, vibrations from which are transmitted through the
При возвратном движении жидкости из наклонных каналов 2 с ней в камеру 8 попадает некоторое количество твердых частиц, которые отделяются от жидкости за счет гравитационных и инерционных сил. Для повышения эффективности разделения фаз камера 8 может быть оборудована отбойными пластинами или завихрителями либо каналы 2 могут быть подсоединены к ней тангенциально; в последнем случае разделение фаз происходит за счет центробежного поля. При проведении процесса растворения твердые частицы или растворимая жидкая дисперсная фаза полностью растворяются в сплошной среде и нет необходимости в их сепарации и удалении из аппарата.When the fluid moves back from the
Особенности работы аппарата, схема которого представлена на фиг.5. После заполнения аппарата легкой сплошной фазой (ЛЖ) колебания через пульсопровод 4 передаются к вертикальному каналу 3, после чего в верхнюю часть корпуса 1 вводится тяжелая дисперсная фаза (Тв или ТЖ). Дисперсная фаза из камеры 5 попадает в каналы 2, ограниченные поверхностями колец 18 и 19, формируя жидкий или твердый осадок 22 в нижней части каналов 2. Под действием пульсирующих струй, истекающих из сопел 17 и потоков сплошной среды, движущихся по каналам 2, в слоях осадка 22 возникают касательные напряжения, способствующие суспендированию или эмульгированию осадка 22; далее в гетерогенной среде происходят процессы, описанные выше. Разделение фаз происходит: в нижней части аппарата - в сепарационной камере 8, в верхней - в камере 5, оборудованной порогом 10.Features of the apparatus, the circuit of which is presented in figure 5. After filling the apparatus with a light continuous phase (LV), the oscillations through the
Особенности работы аппарата по схеме, представленной на фиг.6. Тангенциальное соединение корпуса 1 с камерой 5 способствует закрутке потока, что позволяет отделять тяжелую фазу от легкой за счет возникающих в камере 5 центробежных сил. Легкая фаза поднимается вверх и под действием центробежных сил устремляется к трубе 20, попадая в которую выводится через питатель 21. Тангенциальное соединение патрубка 7 с камерой 8 способствует закрутке потока в камере 8, благодаря чему происходит сепарация фаз и исключается попадание легкой дисперсной фазы в патрубок 7.Features of the apparatus according to the scheme shown in Fig.6. The tangential connection of the
На фиг.1-6 сплошными стрелками показано среднее за период движение дисперсной фазы - осадка из твердых частиц или слоя жидкой дисперсной фазы, а штриховыми - среднее за период движение жидкой сплошной фазы. Одним из преимуществ предлагаемого аппарата является то, что при малой средней скорости движения фаз, обеспечивающей достаточное время их пребывания в аппарате, можно достичь высокой скорости относительного движения фаз при колебаниях с большой амплитудой. При этом достигается высокая скорость обтекания, происходит непрерывное колебательное обновление пограничного слоя, что приводит к снижению диффузионного сопротивления и интенсификации массоотдачи. В результате происходит повышение эффективности аппарата.1-6 solid arrows show the average for the period the movement of the dispersed phase - sediment from solid particles or a layer of liquid dispersed phase, and dashed - the average for the period the movement of the liquid continuous phase. One of the advantages of the proposed apparatus is that at a low average speed of the phases, providing a sufficient time for their stay in the apparatus, it is possible to achieve a high speed of relative phase motion during oscillations with a large amplitude. At the same time, a high flow rate is achieved, a continuous oscillatory updating of the boundary layer occurs, which leads to a decrease in diffusion resistance and intensification of mass transfer. The result is an increase in the efficiency of the apparatus.
В предлагаемом аппарате предусмотрена развитая поверхность для формирования осадка, образованная нижней частью наклонных каналов 2. Это позволяет подавать в аппарат достаточно большое количество дисперсной фазы, которая не заполняет все поперечное сечение аппарата и не препятствует колебаниям сплошной фазы. За счет этого достигается повышение надежности аппарата и расширение рабочего диапазона свойств обрабатываемых сред, так как можно обрабатывать дисперсную фазу с высокой плотностью, с большой массовой концентрацией и состоящей из крупных частиц.The proposed apparatus provides a developed surface for the formation of sediment formed by the lower part of the
В отличие от известного аналога (прототипа) - аппарата с горизонтальными и вертикальными каналами, где для достижения заданного времени пребывания требуется большая горизонтальная протяженность аппарата, в предлагаемом аппарате горизонтальные габариты аппарата существенно меньше, так как каналы 2 состоят из секций 11 либо имеют форму винтовой цилиндрической или конической линии. Это позволяет существенно сократить монтажную площадку для предлагаемого аппарата.In contrast to the known analogue (prototype) —a device with horizontal and vertical channels, where a large horizontal length of the device is required to achieve a given residence time, the horizontal dimensions of the device in the proposed device are much smaller, since the
Обеспечение возможности непрерывной работы достигается за счет того, что в аппарате реализовано противоточное движение фаз, а время пребывания может варьироваться путем изменения угла наклона наклонных каналов 2. Это приближает аппарат к модели вытеснительного типа и практически гарантирует полное завершение массообменных и реакционных процессов.Ensuring the possibility of continuous operation is achieved due to the fact that the apparatus has countercurrent movement of phases, and the residence time can be varied by changing the angle of inclination of the
В частности, при обработке систем жидкость - твердые частицы выполнение угла наклона каналов к горизонту на 3-10° больше угла внешнего трения твердых частиц в жидкости о материал корпуса аппарата позволяет добиться средней скорости движения твердых частиц относительно корпуса, близкой к нулю. За счет этого обеспечивается необходимое время пребывания дисперсной фазы в аппарате. В то же время в аппарате достигается высокая скорость относительного колебательного движения фаз, обеспечивающая интенсификацию процессов массообмена.In particular, when processing liquid-solid systems, the implementation of the angle of inclination of the channels to the horizontal is 3-10 ° greater than the angle of external friction of solid particles in the liquid on the material of the apparatus’s body, which allows achieving an average speed of movement of solid particles relative to the body, close to zero. This ensures the necessary residence time of the dispersed phase in the apparatus. At the same time, the apparatus achieves a high speed of relative oscillatory motion of phases, which ensures the intensification of mass transfer processes.
Пример конкретного выполнения 1. Лабораторный аппарат из прозрачного полимерного материала, схема которого показана на фиг.2, а угол наклона к горизонту наклонных каналов 2 выполнен на 5° больше угла внешнего трения (методику измерений см., например, в книге: Островский Г.М. Прикладная механика неоднородных сред. - СПб.: Наука, 2000. - С.114-115) твердых частиц в жидкости (воде) о материал корпуса аппарата, заполнили водой. В камеру 5 непрерывно подавали твердые частицы с плотностью 2700 кг/м3 и средним размером 60 мкм, возбуждая колебания воды в аппарате с частотой 0,6 Гц и амплитудой 100 мм. В камере 5 происходило быстрое осаждение влажных комков твердых частиц в воде с одновременным первичным разрушением комков в колеблющейся жидкости. Рассыпаясь, комки формировали слой осадка 22 в канале 2. Под действием колебаний жидкости инициировалось возвратно-поступательное движение осадка. Осадок, приобретая подвижность, сползал по дну трубы по направлению к камере 8. На выходе суспензии из наклонного канала 2 в камеру 8 образовывалось облако частиц твердой фазы. Частицы, попавшие в камеру 8, оседали в нижнюю его часть и выводились из аппарата. При остановке аппарата частицы быстро оседали в нижнюю часть наклонного канала 2, но при повторном включении пульсаций быстро переходили во взвешенное состояние.An example of a
Пример конкретного выполнения 2. В лабораторный аппарат из стекла, выполненный по схеме, показанной на фиг.4, подают материал с плотностью 2700 кг/м3 и средним размером 60 мкм, возбуждая колебания воды в аппарате с частотой 0,3 Гц и амплитудой 450 мм. Угол внешнего трения твердых частиц в жидкости о материал корпуса аппарата составляет 5°. При угле наклона каналов 1 и 2 к горизонту 7,5° (т.е. угол наклона каналов к горизонту выполнен на 2,5° больше угла внешнего трения твердых частиц в жидкости о материал корпуса аппарата) движение материала от точки ввода его в аппарат к точке вывода происходило с недопустимо низкой скоростью, ввод новых порций материала был затруднен (приводил к "захлебыванию" аппарата) и аппарат работал неэффективно.An example of a
Пример конкретного выполнения 3. В аппарате, описанном в примере 2, величина угла наклона каналов 1 и 2 к горизонту задана равной 8° (т.е. угол наклона каналов к горизонту выполнен на 3° больше угла внешнего трения твердых частиц в жидкости о материал корпуса аппарата). Поступательное (в среднем за период колебаний) движение материала в пульсирующем потоке жидкости удовлетворительное. Аналогично при задании угла наклона каналов к горизонту равным 9, 10,5 и 15° (т.е. угол наклона каналов к горизонту выполнен на 4, 5,5 и 10° больше угла внешнего трения твердых частиц в жидкости о материал корпуса аппарата) скорость движения материала от точки ввода в аппарат к точке вывода из аппарата умеренная, материал успевает пройти обработку при контакте с жидкостью.An example of a
Пример конкретного выполнения 4. В аппарате, описанном в примере 2, угол наклона каналов к горизонту выполнен равным 16°. Скорость движения материала при этом становится чрезмерно высокой. В результате этого он не успевает в необходимой степени подвергнуться обработке жидкостью, выходя из аппарата в малообработанном виде. Это связано с малым временем его пребывания в аппарате. Для увеличения времени пребывания необходимо значительно увеличить длину аппарата, что приведет к сильному возрастанию гидравлических потерь при возбуждении пульсаций, т.е. к росту энергетических затрат и снижению эффективности аппарата. Аналогичные явления наблюдались и при испытаниях аппарата с углом наклона каналов к горизонту 20°.An example of a
Пример конкретного выполнения 5. В аппарате из органического стекла, схема которого показана на фиг.5, проводили эксперименты, аналогичные описанным в примерах 2-4. Поведение суспензии в таком варианте исполнения аппарата оказалось таким же, как и в аппарате, представленном на фиг.2.An example of a
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить повышение эффективности и надежности аппарата, расширить рабочий диапазон свойств обрабатываемых сред, уменьшить габариты аппарата и обеспечить возможность его непрерывной работы.Thus, the present invention allows to increase the efficiency and reliability of the apparatus, expand the operating range of the properties of the processed media, reduce the dimensions of the apparatus and provide the possibility of its continuous operation.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138965/15A RU2293600C2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Apparatus for conducting processes in liquid-to-liquid and liquid-to-solid particles systems (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138965/15A RU2293600C2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Apparatus for conducting processes in liquid-to-liquid and liquid-to-solid particles systems (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004138965A RU2004138965A (en) | 2006-06-10 |
| RU2293600C2 true RU2293600C2 (en) | 2007-02-20 |
Family
ID=36712654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004138965/15A RU2293600C2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Apparatus for conducting processes in liquid-to-liquid and liquid-to-solid particles systems (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2293600C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194152A (en) * | 1989-07-20 | 1993-03-16 | Richter Gedeon Vegyeszeti Gyar Rt. | Apparatus to contact liquids of different density |
| RU2013114C1 (en) * | 1991-10-10 | 1994-05-30 | Абиев Руфат Шовкет | Horizontal resonance apparatus |
| RU2033855C1 (en) * | 1992-09-29 | 1995-04-30 | Санкт-Петербургский технологический институт | Resonance apparatus |
-
2004
- 2004-12-30 RU RU2004138965/15A patent/RU2293600C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194152A (en) * | 1989-07-20 | 1993-03-16 | Richter Gedeon Vegyeszeti Gyar Rt. | Apparatus to contact liquids of different density |
| RU2013114C1 (en) * | 1991-10-10 | 1994-05-30 | Абиев Руфат Шовкет | Horizontal resonance apparatus |
| RU2033855C1 (en) * | 1992-09-29 | 1995-04-30 | Санкт-Петербургский технологический институт | Resonance apparatus |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАСАТКИН А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, с.544-545. ОЖЕГОВ С.И. Словарь русского языка. - М.: Русский язык, 1990, с.264, 326. АРТОБОЛЕВСКИЙ И.И. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1976, с.228, 554. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004138965A (en) | 2006-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8042989B2 (en) | Multi-stage cavitation device | |
| EP2073918B1 (en) | Ultrasonic liquid treatment system | |
| JP5918294B2 (en) | Vortex mixer and method for obtaining a supersaturated solution or slurry | |
| US20160346758A1 (en) | Systems and methods for processing fluids | |
| US4369100A (en) | Method for enhancing chemical reactions | |
| EP2073919B1 (en) | Ultrasonic liquid treatment system | |
| US4092013A (en) | Mixer with no moving parts | |
| CN101489659B (en) | Mixing apparatus and process | |
| US20110305104A1 (en) | Portable hydrodynamic cavitation manifold | |
| JP7050120B2 (en) | Enzyme treatment plant and enzyme treatment method | |
| JP2008246282A (en) | Muddy water purifying separator | |
| CN103328092A (en) | Oscillating flow minireactor | |
| ZA201008239B (en) | Feedwell dilution system for thickeners in oil sands | |
| JP4370342B2 (en) | Processing equipment for underwater fines | |
| RU2293600C2 (en) | Apparatus for conducting processes in liquid-to-liquid and liquid-to-solid particles systems (versions) | |
| CN120169199B (en) | Aeration generating system containing self-oscillation turbulence shearing device and application method thereof | |
| US20120236678A1 (en) | Compact flow-through nanocavitation mixer apparatus with chamber-in-chamber design for advanced heat exchange | |
| US10646838B2 (en) | Fine bubble water generator | |
| KR20190121115A (en) | Cyclone settling apparatus | |
| RU2625980C1 (en) | Method of producing suspension of high-dispersed particles of inorganic and organic materials and apparatus for its implementation | |
| KR101022542B1 (en) | Liquid, liquid, liquid, and gas micromixers | |
| RU2264847C2 (en) | Method of intensification of the reactive and mass-exchange processes in the heterogeneous systems and the apparatus for its realization | |
| RU2248847C1 (en) | Apparatus for disintegrating hard materials and producing finely divided systems and emulsions | |
| CN109351217A (en) | Ultrasonic emulsification device for preparing pesticide microcapsules | |
| RU2053006C1 (en) | Solid-liquid system extractor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121231 |