Сатуратор
SATURATOR

Изобретение относится к оборудованию для химической промышленности, а именно к устройствам для насыщения жидкости газом на границе раздела соприкасающихся фаз, когда барботаж газа недопустим. Количество поглощаемого газа жидкостью при этом зависит, прежде всего, от свойств поверхности и свободной площади контакта.
Известен карбонизатор алюминатных растворов (патент РФ 2355637, МПК C01F 7/14, опубликован 20.05.2009), включающий корпус, перемешивающее устройство с центральным валом и приводом, патрубки для подвода и отвода перерабатываемого раствора и реагентного газа, газораспределительное устройство с одной или несколькими перфорированными пластинами и газодиспергирующее устройство с лопастями, состоящими из внутренних и концевых частей, причем обе части каждой лопасти газодиспергирующего устройства наклонены к горизонтальной плоскости, причем концевые части, проходящие при вращении вала непосредственно над перфорированными пластинами, выполнены с отрицательным углом атаки, составляющим от 5 до 45° с горизонтальной плоскостью.
Недостатком данного карбонизатора является большая энергоемкость процесса карбонизации из-за использовании мешалки в режиме газодиспергирующего устройства.
Известен сатуратор для свеклосахарного производства (Пат. РФ 2449 021, МПК С13В 20/04, 2012), содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, снабженный технологическими патрубками и размещенными в его нижней части перфорированными перегородками для диспергирования потока сатурационного газа. В верхней части цилиндрического корпуса расположено устройство для отделения капель сока от сатурационного газа. Устройство представляет собой усеченный конус с продольными винтообразными канавками на внутренней поверхности, герметично прикрепленный большим основанием к стенке цилиндрического корпуса с образованием снаружи полости для сбора выделившихся капель, сообщенный с полостью цилиндрического корпуса, расположенной под усеченным конусом. При этом в цилиндрическом корпусе диаметрально расположено по меньшей мере четыре гибкие сливные трубки, заглушенные на нижнем торце, причем в стенке каждой трубки по длине выполнены суживающиеся сопла для подвода сока из полости сбора на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса и образования на ней пленки жидкости.
Недостатком такой конструкции является невозможность насыщения жидкости газом на границе раздела соприкасающихся фаз, когда барботаж газом недопустим. В известном устройстве барботер 8 расположен в жидкости, подаваемой через патрубок 9 и при барботаже образуется пена, что делает невозможным сатурирование эмульсий и суспензий.
Задачей изобретения является обеспечение процесса сатурации при исключении режима напорной флотации.
Техническим результатом является обеспечение возможности обработки растворов с различной с различной вязкостью, а также эмульсий и суспензий.
Технический результат достигается тем, что в сатураторе для химических технологий, содержащем корпус с днищем, снабженном патрубками подвода и отвода обрабатываемой жидкости и сатурационного газа и расположенным в верхней части корпуса усеченным конусом, согласно изобретению, корпус выполнен в виде конической обечайки, снабженной эллиптическими днищами, верхнее днище снабжено патрубком подачи жидкости и выхода газа, а нижнее - патрубками подвода газа и отвода жидкости, усеченный конус своим основанием установлен в корпусе с кольцевым зазором и соединен с механизмом перемещения, образуя дозатор жидкости, в центральной и нижней части аппарата помещен перфорированный распределитель газа в виде коаксиально расположенных сетчатых конической обечайки с эллиптическим днищем.
В сатураторе для химических технологий патрубки подачи и отвода жидкости могут быть соединены между собой циркуляционным насосом.
Выполнение корпуса в виде конической обечайки, снабженной эллиптическими днищами, верхнее днище снабжено патрубком подачи жидкости и выхода газа, а нижнее - патрубками подвода газа и отвода жидкости, усеченный конус своим основанием установлен в корпусе с кольцевым зазором и соединен с механизмом перемещения, образуя дозатор жидкости, в центральной и нижней части аппарата помещен перфорированный распределитель газа в виде коаксиально расположенных сетчатых конической обечайки с эллиптическим днищем обеспечивает:
- удобство сборки за счет использования стандартных эллиптических
днищ;
- повышение производительности за счет увеличения площади контакта газа с обрабатываемой жидкостью;
- исключение турбулизации потоков жидкости и газа за счет уменьшения скорости потока жидкости в зоне дозирования, использования конической обечайки, на внутреннюю поверхность которой подается жидкость, и сетчатых обечайки и днища, через которые подается сатурационный газ;
- простота алгоритма управления, заключающегося в поддержании заданных уровней жидкости в зоне питания над кольцевым зазором и в нижней части аппарата, т.н. «зоне насыщения» при фиксированной подаче газа, чтобы избежать барботажа, позволяет автоматизировать процесс обработки жидкостей.
Все это способствует снижению энергоемкости процесса сатурации и повышению качества обработки жидкости.
На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез предлагаемого сатуратора.
На фиг. 2 изображено сечение аппарата в зоне кольцевого зазора.
Перечень позиций, указанных на чертеже:
1 - корпус;
2 - коническая обечайка;
3 - верхнее эллиптическое днище;
4 - нижнее эллиптическое днище;
5 - патрубок подачи жидкости;
6 - патрубок выхода газа;
7 - патрубок подвода газа;
8 - патрубок отвода жидкости;
9 - механизм перемещения;
10 - усеченный конус;
11 - кольцевой зазор;
12 - зона питания;
13 - сетчатая коническая обечайка;
14 - сетчатое эллиптическое днище;
15 - циркуляционный насос;
16 - вентиль слива обработанной жидкости;
17 - вентиль подачи исходной жидкости;
18 - вентиль на входе в циркуляционный насос;
19 - вентиль на выходе циркуляционного насоса;
20 - герметизующая юбка.
Сатуратор для химических технологий содержит корпус 1, выполненный в виде конической обечайки 2, снабженной верхним эллиптическим днищем 3 и нижним эллиптическим днищем 4. Верхнее днище 3 снабжено патрубком подачи жидкости 5 и патрубком выхода газа 6, а нижнее патрубками подвода газа 7 и отвода жидкости 8. Внутри корпуса 1 на верхнем эллиптическом днище 3 установлен соединенный с механизмом перемещения 9 усеченный конус 10. Нижняя более широкая поверхность усеченного конуса 10 с внутренней поверхностью конической обечайки образует кольцевой зазор 11, ширина которого может изменяться при перемещении усеченного конуса 10. Полость, образованная внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней стороной усеченного конуса 10, расположенная над кольцевым зазором 11, является зоной питания 12. В центральной и нижней части аппарата 1 установлен перфорированный распределитель газа в виде коаксиально расположенных сетчатых конической обечайки 13 с эллиптическим днищем 14. Патрубки подачи 5 и отвода жидкости 8 соединены между собой циркуляционным насосом 15. На выходе патрубка слива 6 установлены вентиль слива обработанной жидкости 16, вентиль подачи исходной жидкости 17 и вентили на входе и выходе циркуляционного насоса 18 и 19. Усеченный конус 10 для более точного прилегания к конической обечайке 2 выполнен с герметизующей юбкой 20, внешняя поверхность которой параллельна внутренней поверхности конической обечайки 2.
Устройство работает следующим образом.
Мерное количество исходной жидкости при открытых вентилях 17, 18, и 19 и закрытом вентиле 16 насосом 15 подается через патрубок подачи жидкости 5 в зону питания 12, из которой через кольцевой зазор 11, образованный герметизующей юбкой 20 и конической обечайкой 2, стекает по внутренней поверхности конической обечайки 2 в нижнюю часть корпуса 1, заполняя нижнее эллиптическое днище 4, после чего вентиль 17 перекрывается. При этом насыщаемая жидкость подается через патрубок подачи жидкости 5 в зону питания 12, из которой через кольцевой зазор 11 между усеченным конусом 10 и конической обечайкой 2 по наклонной стенке равномерно стекает в зону насыщения, образованную внутренней поверхностью нижнего эллиптического днища и внешней поверхностью сетчатого эллиптического днища 14, из которого насосом 15 через патрубок подачи жидкости вновь возвращается в зону питания 12.
Одновременно с циркуляцией жидкости через патрубок подачи газа 7 в перфорированный распределитель газа в виде коаксиально расположенных сетчатых конической обечайки 13 с эллиптическим днищем 14 подается газовая смесь. При этом происходит насыщение жидкости газом на границе раздела соприкасающихся фаз. Для повышения эффективности подача газовой смеси через патрубок подачи газа 7 проводится непрерывно, а через патрубок выхода газа 6 из полости усеченного конуса 10 отводится непрореагировавший газ.
После достижения жидкостью заданных физико-механических характеристик насос 15 отключается, вентиль 18 перекрывается и через вентиль 16 обработанная жидкость направляется на потребление.
Выше проведен периодический режим работы сатуратора. Аналогично аппарат может работать непрерывно, циклически и при избыточном давлении, что расширяет его функциональные возможности.
Объемы перетекающей жидкости регулируются перемещением усеченного конуса 10 с герметизующей юбкой 20 с помощью механизма перемещения 9: при опускании усеченного конуса 10 кольцевой зазор 11 уменьшается и в зоне питания уровень жидкости увеличивается, и наоборот. Подбором оптимального положения усеченного конуса 10 обеспечивается необходимое соотношение уровней жидкости в зоне питания 12 уровень жидкости не менее, а в днище 4 не более определенного - для избежания барботажа. Необходимый уровень жидкости определяется исходя из ее исходных и достигаемых физико-механических характеристик в процессе насыщения.
Устройство обеспечивает возможность обработки растворов с различной вязкостью, а также эмульсий и суспензий.