Масообмінний пристрій

Изобретение относится к химической, нефтегазодобывающей, химико-фармацевтической, пищевой промышленностям и может быть использовано при экстрагировании в системе жидкость - твердое тело, получении суспензий, в том числе буровых растворов, перемешивании абразивных, агрессивных сред. Известно массообменное устройство [1], содержащее резервуар и пульсатор, включающий корпус, две щеки и две гибкие мембраны, расположенные симметрично большой оси пульсатора и образующими две крайние и среднюю емкости. Крайние емкости посредством патрубков с клапанами, управляемыми программатором, соединены с источниками сжатого газа и вакуума. Средняя емкость снабжена трубой, нижняя часть которой расположена в резервуаре. Это устройство может быть использовано для решения вышеназванных задач. Условия работы гибких мембран в нем более благоприятные, чем у рассмотренного аналога. Однако, его использование для обработки высоковязких, обладающих большой плотностью жидкостей, также не позволяет достичь требуемых массообменных характеристик. Известное массообменное устройство (прототип) содержит только верхний пульсатор. При обработке с его помощью высоковязких, обладающих большой плотностью жидкостей трудно достичь требуемых массообменных характеристик потому, что активной обработке и здесь подвергается ограниченный объем, расположенный в резервуаре вблизи нижней части трубы, когда основной объем, особенно на периферии, остается практически неподвижным. Для случая жидкой среды с твердой дисперсной фазой, имеющей большую плотность, недостатком является то, что такая дисперсная фаза трудно втягивается в верхний пульсатор. Решение проблемы путем увеличения мощности неэффективно. Более рационально включить новые факторы, позволяющие дополнительно интенсифицировать массообмен. Задачей изобретения является создание массообменного устройства, позволяющего интенсифицировать массообмен, выгрузить среду из резервуара, отфильтровать жидкость. Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве, содержащем резервуар для жидкости и верхний пульсатор, включающий корпус, две щеки и две гибкие мембраны, расположенные симметрично большой оси пульсатора и образующими две крайние и среднюю емкости, снабженный трубой, нижняя часть которой расположена в резервуаре, при этом крайние емкости снабжены патрубками м управляемыми программатором клапанами, посредством которых они соединены с источником сжатого газа и вакуума, согласно изобретению резервуар снабжен дополнительно нижним пульсатором, включающим корпус, две щеки и две гибкие мембраны, расположенные симметрично большой оси пульсатора и образующими две крайние и среднюю емкости, снабженным трубой, верхняя часть которой расположена в резервуаре заподлицо с его дном, при этом крайние емкости снабжены патрубками и управляемыми программатором клапанами, посредством которых они соединены с источником сжатого газа и вакуума, причем большие оси счмметрии верхнего и нижнего пульсаторов гараллельны большой оси симметрии резервуара. Кроме того, в предложенном устройстве нижний пульсатор снабжен патрубком с вентилем, а труба нижнего пульсатора фильтром. Снабжение массообменного устройства дополнительно нижним пульсатором позволяет существенно изменить гидродинамику в резервуаре. Нижний пульсатор заполняется под внешним гидростатическим давлением столба среды. Значительно активизируется среда, находящаяся в области дна. Для того чтобы предотвратить образование застойной зоны в резервуаре выходная труба нижнего пульсатора расположена заподлицо с его дном. В резервуаре образуется контур интенсивной макроциркуляции среды, возникает зона активного взаимодействия встречных пульсирующих струй, фаза пульсаций которых может как совпадать, так и отличаться. Активизация гидродинамической обстановки в областях, прилегающих к стенкам и дну резервуара, образование зоны взаимодействия встречных пульсирующих струй значительно повышает массообменные характеристики заявляемого устройства по сравнению с прототипом. Например, при экстрагировании в системе твердое тело -жидкость вероятность равномерной обработки твердых частиц в пульсаторе возрастает. Извлечение полезного компонента из твердых частиц в экстрагент при переходе от частицы к частице будет более равномерным. Образование зоны взаимодействия встречных пульсирующих струй при совпадении осей верхнего и нижнего пульсаторов интенсифицирует массообмен в системе твердая частица жидкость за счет обновления пограничного слоя экстрагента, прилегающего к поверхности твердой частицы. Снабжение нижнего пульсатора патрубком и вентилем позволяет выгрузите среду из резервуара после ее обработки, при этом нижний пульсатор может выполнять функцию мембранного насоса с пневматическим приводом. Снабжение массообменного устройства фильтром, который вводится в трубу нижнего пульсатора, обеспечивает фильтрацию среды при ее выгрузке из резервуара. Заявляемое массообменное устройство (фиг. 1) содержит резервуар для жидкости 1, верхний пульсатор 2 (фиг. 2), состоящий из корпуса 3, щек 4, 5 и расположенных симметрично большой оси пульсатора 2 гибких мембран 6,7, которые образуют с корпусом 3 среднюю емкость и щеками 4, 5 крайние емкости. Средняя емкость верхнего пульсатора 2 сообщается с резервуаром 1 посредством трубы 8. Крайние емкости снабжены патрубками,9, 10 с управляемыми программатором 11 клапанами 12, 13, при помощи которых они соединяются с источниками сжатого газа 14 и вакуума 15. Заявляемое массообменнос устройство содержит также нижний пульсатор 16 (фиг. 3), состоящий из корпуса 17, щек 18,19 и гибких расположенных симметрично большой оси пульсатора 16 мембран 20, 21, которые образуют с корпусом 17 среднюю емкость и щеками 18, 19 крайние емкости. Средняя емкость нижнего пульсатора 16 сообщена с резервуаром 1 посредством трубы 22. Крайние емкости снабжены патрубками 23, 24 с управляемыми программатором 11 клапанами 25, 26, при помощи которых они соединены с источниками сжатого газа 14 и вакуума 15. Резервуар 1 и пульсаторы 2, 16 располагаются таким образом, что большие оси симметрии верхнего 2 и нижнего 16 пульсаторов параллельны большой оси симметрии резервуара 1. Нижний пульсатор 16 может иметь патрубок 27 с вентилем 28, а в трубе 22 может быть расположен фильтр 29. Следует отметить, что количество клапанов 12, 13, 25, 26 в заявляемом массообменном устройстве уменьшится вдвое, если вместо одноходовых использовать двухходовые клапаны. В таком случае крайние емкости пульсаторов при помощи одного клапана соединяются с источниками сжатого газа и вакуума. Под источником сжатого газа 14 и вакуума 15 понимаются существующие на предприятии магистральные системы сжатого газа и вакуума или автономные системы сжатого газа и вакуума. Например, автономный источник вакуума включает: водокольцевой вакуумный насос, ресивер, трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительные приборы. Массообменное устройство работает следующим образом. В резервуар 1 загружается обрабатываемая среда выше уровня среза трубы 8. На программаторе 11 устанавливается режим подачи ксманд для управления клапанами 12,13, 25, 26. Клапаны 12, 13 верхнего пульсатора 2 и аналогично клапаны 25, 26 нижнего пульсатора открываются и закрываются поочередно. Когда клапан 12 открыт, а клапан 13 закрыт сжатый газ от источника 14 поступает в крайние емкости верхнего пульсатора 2. Гибкие мембраны 6, 7 устремляются навстречу друг к другу до полного соприкосновения. Объем средней емкости становится равным нулю. При этом из трубы 8 в резервуар 1 с ускорением выталкивается жидкая среда. Когда клапан 12 закрыт, а клапан 13 открыт крайние емкости верхнего пульсатора 2 сообщаются с источником вакуума 15 и освобождаются от газа. Гибкие мембраны 6, 7 устремляются к щекам 4, 5 до полного соприкосновения с ними. Объем крайних емкостей становится равным нулю. При этом из резервуара 1 жидкая среда с ускорением втягивается в трубу 8 и среднюю емкость верхнего пульсатора 2. Цикл многократно повторяется. Нижний пульсатор 16 работает аналогично верхнему пульсатору 2. Когда клапан 25 открыт; а клапан 26 закрыт сжатый газ от источника 14 поступает в крайние емкости нижнего пульсатора 16. Гибкие мембраны 20,21 устремляются навстречу друг другу до полного соприкосновения. Объем средней емкости становится равным нулю. При этом из трубы 22 в резервуар 1 с ускорением выталкивается жидкая среда. Когда клапан 25 закрыт, а клапан 26 открыт крайние емкости нижнего пульсатора 16 сообщаются с источником вакуума 15 и освобождаются от газа. Гибкие мембраны 20, 21 устремляются к щекам 18,19 до полного соприкосновения с ними. Объем крайних емкостей становится равным нулю. При этом из резервуара 1 жидкая среда с ускорением втягивается в трубу 22 и среднюю емкость нижнего пульсатора 16. Цикл многократно повторяется. Пульсации среды, генерируемые верхним 2 и нижним 16 пульсаторами в резервуаре 1, могут как совпадать, так и не совпадать по фазе. При движении жидкой среды в трубе 8 верхнего пульсатора 2 и трубе 22 нижнего пульсатора 16 могут иметь место кавитация и вскипание, а при полном заполнении средних 'емкостей - явление гидроудара. При соприкосновении гибких мембран на жидкую среду оказывается механическое воздействие. Благодаря наличию верхнего 2 и нижнего 16 пульсаторов в резервуаре 1 пульсирующими струями среды, истекающими из тру5 8, 23 инициируется интенсивный контур макроциркуляции и возникает зона их активного взаимодействия. Перечисленные факторы реализуются на фоне высокой степени турбулизации потоков. Они способствуют значительной интенсификации массообмена. При выгрузке среды из резервуара 1 верхний пульсатор 2 выключают и открывают вентиль 28. В этом случае нижний пульсатор 16 выполняет роль мембранного гидронасоса с пневматическим приводом. При необходимости фильтрации среды при ее выгрузке из резервуара 1 в трубу 22 нижнего пульсатора 16 вводят фильтр 29. Интенсификация массообмена, достигаемая с помощью предложенного устройства позволяет повысить производительность оборудования, продуктивность производства, снизить энерго- и металлоемкость на единицу производимой продукции, сэкономить производственные площади.