Карбонизатор
CARBONIZER

Изобретение относится к оборудованию для химической промышленности, а именно к устройствам для насыщения жидкости газом на границе раздела соприкасающихся фаз, когда барботаж газа недопустим.
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, а также малая поверхность контакта соприкасающихся фаз.
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 расположены, 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 насыщения жидкости газом при исключении режима напорной флотации.
Техническим результатом является обеспечение возможности обработки растворов с различной вязкостью, а также эмульсий и суспензий.
Технический результат достигается тем, что в карбонизаторе для химических технологий, содержащем корпус с днищем, снабженный патрубками подвода и отвода насыщенной жидкости и сатурационного газа, расположенный в верхней части корпуса усеченный конус и установленные в корпусе устройства распределения жидкости и газа, согласно изобретению устройство распределения жидкости выполнено в виде соединенного с механизмом перемещения усеченного конуса, своим основанием установленного в корпусе, выполненном в виде снабженной верхним и нижним днищами конической обечайки с кольцевым зазором, образуя дозатор жидкости, внутренняя поверхность обечайки снабжена кольцевыми полками, выполненными с наклоном к центру карбонизатора, к которым примыкает устройство распределения газа, и патрубки подачи и отвода жидкости соединены между собой циркуляционным насосом.
Устройство распределения газа может быть выполнено в виде перфорированной обечайки с нижним днищем, полость которой соединена с линией подачи сатурационного газа.
Устройство распределения газа выполнено в виде торообразного коллектора, соединенного с расположенными параллельно образующей конической обечайки патрубками, снабженными радиально направленными штуцерами.
Кольцевые полки могут быть выполнены перфорированными.
Выполнение устройства распределения жидкости в виде соединенного с механизмом перемещения усеченного конуса, своим основанием установленного в корпусе, выполненном в виде снабженной верхним и нижним днищами конической обечайки с кольцевым зазором, образующим дозатор жидкости, снабжение внутренней поверхности обечайки кольцевыми полками, выполненными с наклоном к центру сатуратора, к которым примыкает устройство распределения газа, и соединение патрубков подачи и отвода жидкости между собой циркуляционным насосом обеспечивает:
- 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.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - изображен продольный разрез карбонизатора с подачей газовой смеси через сетчатую оболочку;
на фиг. 2 - изображен продольный разрез предлагаемого карбонизатора с подачей газовой смеси через трубчатый коллектор;
на фиг. 3 - показана коническая обечайка с кольцевыми полками;
на фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, с перфорированными кольцевыми полками;
на фиг. 5 - показана коническая обечайка с коллекторной подачей газовой смеси;
на фиг. 6 - выноска А фиг. 2.
Перечень позиций, указанных на чертеже:
1 - корпус;
2 - патрубок подачи жидкости;
3 - патрубок отвода жидкости;
4 - патрубок подвода газа;
5 - патрубок выхода газа;
6 - усеченный конус;
7 - устройство распределения жидкости;
8 - устройство распределения газа;
9 - механизм перемещения;
10 - верхнее эллиптическое днище;
11 - нижнее эллиптическое днище;
12 - коническая обечайка;
13 - кольцевой зазор;
14 - кольцевая полка;
15 - циркуляционный насос;
16 - сетчатая коническая обечайка;
17 - сетчатое эллиптическое днище;
18 - торообразный коллектор;
19 - патрубок;
20 - штуцер;
21 - перфорация;
22 - зона питания;
23 - вентиль слива обработанной жидкости;
24 - вентиль подачи исходной жидкости;
25 - вентиль на входе в циркуляционный насос;
26 - вентиль на выходе циркуляционного насоса.
Карбонизатор для химических технологий содержит корпус 1, снабженный патрубками подачи жидкости 2 и отвода обрабатываемой жидкости 3 и патрубками подвода сатурационного газа 4 и выхода сатурационного газа 5. В верхней части корпуса 1 установлен усеченный конус 6, представляющий собой коническую обечайку из листовой стали. В корпусе 1 также установлены устройство распределения жидкости 7 и устройство распределения газа 8. Устройство распределения жидкости 7 выполнено в виде соединенного с механизмом перемещения 9 усеченного конуса 6, своим основанием, установленным в корпусе 1, выполненном в виде снабженной верхним 10 и нижним днищами 11 конической обечайки 12 с кольцевым зазором 13, образуя дозатор жидкости. Внутренняя поверхность конической обечайки 12 снабжена кольцевыми полками 14, выполненными с наклоном к центру корпуса 1, к которым примыкает устройство распределения газа 8. Патрубки подачи 2 и 3 и отвода жидкости соединены между собой циркуляционным насосом 15.
Устройство распределения газа 8 может быть выполнено в виде сетчатой обечайки 16 с нижним сетчатым днищем 17, полость которой соединена с линией подачи сатурационного газа, как показано на фиг. 1. Устройство распределения газа может быть выполнено в виде торообразного коллектора 18, соединенного с расположенными параллельно образующей конической обечайки патрубками 19, снабженными радиально направленными штуцерами 20, как показано на фиг. 2. Кольцевые полки 14 могут быть выполнены с перфорацией 21, как показано на фиг. 3. Пространство внутри аппарата 1 между усеченным конусом 6 и верхним эллиптическим днищем 10 образует зону питания 22. На выходе патрубка отвода обрабатываемой жидкости 3 установлены вентиль слива обработанной жидкости 23, вентиль подачи исходной жидкости 24 и вентили на входе и выходе циркуляционного насоса 25 и 26. Устройство работает следующим образом.
Мерное количество исходной жидкости при открытых вентилях 24, 25 и 26 и закрытом вентиле 23 насосом 15 подается в устройство распределения жидкости 7 через патрубок подачи жидкости 2 в зону питания 22, из которой через кольцевой зазор 13 стекает по внутренней поверхности конической обечайки 12, омывая кольцевые полки 14 и проходя через перфорацию 21, в нижнюю часть корпуса 1, заполняя нижнее эллиптическое днище 11, после чего вентиль подачи исходной жидкости 24 перекрывается. При этом насыщаемая жидкость под действием насоса 15 непрерывно подается через патрубок подачи жидкости 2 в зону питания 22, из которой через кольцевой зазор 13 между усеченным конусом 6 и конической обечайкой 12 по наклонной стенке равномерно стекает в зону насыщения, образованную внутренней поверхностью нижнего эллиптического днища 11, из которого насосом 15 через патрубок подачи жидкости вновь возвращается в зону питания 22.
Одновременно с циркуляцией жидкости через патрубок подачи газа 4 в устройство распределения газа 8 подается газовая смесь. Ниже описаны два варианта насыщения жидкости газом.
Как показано на фиг. 1, в полость, образованную сетчатой конической обечайкой 16 с эллиптическим днищем 14, через патрубок подачи газа 4 подается газовая смесь, которая через отверстия сетчатой конической обечайки взаимодействует с насыщаемой жидкостью. При этом происходит насыщение жидкости газом на границе раздела соприкасающихся фаз. Для повышения эффективности подача газовой смеси через патрубок подачи газа 4 проводится непрерывно, а через патрубок выхода газа 5 из полости усеченного конуса 6 отводится непрореагировавший газ.
На фиг. 2 показан второй вариант насыщения жидкости газом. Газовая смесь через патрубок подвода газа 4 подается в торообразный коллектор 18, соединенный с расположенными параллельно образующей конической обечайки патрубками 19, через которые поступает в радиально направленные штуцера 20 для направленной подачи обогащенного газа в зону максимального контакта фаз.
После достижения жидкостью заданных физико-механических характеристик насос 15 отключается, вентиль 18 перекрывается и через вентиль 16 насыщенная жидкость направляется на потребление.
Выше проведен периодический режим работы карбонизатора. Аналогично аппарат может работать непрерывно, циклически и при избыточном давлении, что расширяет его функциональные возможности.
Объемы перетекающей жидкости регулируются перемещением усеченного конуса 10 с помощью механизма перемещения: при опускании усеченного конуса 10 кольцевой зазор 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-химических характеристик в процессе насыщения.
Устройство обеспечивает возможность обработки растворов с различной вязкостью, а также эмульсий и суспензий.