Массобменная колонна

 

Использование: в процессах экстракции, сорбции, синтеза органических соединений. Сущность изобретения: массообменная колонна содержит вертикальные смесительные камеры, промежуточную отстойную камеру, соединяющие смесительные камеры в средней части, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, закрепленные на торцах смесительных камер и снабженные штуцерами ввода и вывода фаз. Промежуточная отстойная камера снабжена цилиндрической обечайкой, отделяющей промежуточную отстойную камеру от смесительной. Верхняя и нижняя отстойные камеры снабжены многозаходной спиралью, каждый из витков которой перекрывает в плане другой. Верхняя и нижняя кромки витка снабжены коробчатым карманом, соединенным с промежуточной отстойной камерой окном в цилиндрической обечайке. 2 ил.

Изобретение относится к химическому машиностроению, т.е. к устройствам для проведения процессов химической технологии, в частности к массообменным аппаратам, используемым в процессах экстракции, сорбции, синтеза органических соединений.

Известна массообменная колонна для проведения процесса экстракции [1] содержащая вертикально установленную цилиндрическую смесительную камеру со штуцером ввода фазы, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, закрепленные на торцах смесительной камеры и снабженные штуцерами ввода и вывода фаз. Эта конструкция позволяет проводить в одном аппарате две операции: экстракцию и промывку экстракта.

Недостатки этого аппарата низкая эффективность в случае проведения процессов при двух различных сплошных фазах в зонах промывки и экстракции из-за необходимости поддержания границы раздела фаз в смесительной камере, и ограниченные функциональные возможности, в частности невозможность обработки сплошной фазы двумя реагентами, исключающими взаимное смешение.

Наиболее близким техническим решением является массообменная колонна [2] содержащая вертикально установленные цилиндрические смесительные камеры, соединенные между собой в средней части посредством промежуточной отстойной камеры, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, закрепленные на торцах смесительных камер и снабженные штуцерами ввода и вывода фаз. Конструкция колонны позволяет в разных смесительных камерах проводить разные технологические операции, например экстракцию и промывку экстракта. В верхней части процесс проводят в сплошной органической фазе, в нижней части в сплошной водной фазе, а пространственное разделение операций осуществляется в промежуточной отстойной камере границей раздела фаз.

Недостатки данной массообменной колонны ограниченные функциональные возможности, в частности невозможность обработки экстрагента водными растворами, исключающими взаимное смешение, а также ухудшение ее эффективности по сравнению с аналогами за счет сокращения высоты смесительных камер, из-за встроенной промежуточной отстойной камеры.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей колонны и повышение ее эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что промежуточная отстойная камера со штуцерами вывода фаз отделена от смесительных камер цилиндрической обечайкой, являющейся их продолжением. Верхняя и нижняя смесительные камеры разделены многозаходной спиралью, каждый из витков которой перекрывает в плане другой. Верхняя или нижняя кромки витка снабжены коробчатым карманом, соединенным с промежуточной отстойной камерой окном в цилиндрической обечайке.

Анализ массообменной колонны по данному изобретению по сравнению с известной [2] показал, что ее отличие состоит в том, что колонна дополнительно снабжена цилиндрической обечайкой к окнам, отделяющей промежуточную отстойную камеру от смесительных камер, а также многозаходной спиралью с коробчатыми карманами, разделяющей смесительную камеру на верхнюю и нижнюю части.

Сравнительный анализ с другими техническими решениями показал, что в доступной литературе отсутствует описание цилиндрической обечайки с окнами, отделяющей промежуточную отстойную камеру от смесительных камер. Многозаходная спираль известна в сепараторах выпарных аппаратов для отбоя капель унесенной с паром жидкости. Однако назначение этой спирали отлично от заявляемого технического решения. Известное решение используется как жалюзийная решетка, имеющая направление потока выходящего пара. В заявляемом решении многозаходная спираль предназначена для сбора дисперсной фазы и подачи ее к окнам в цилиндрической обечайке, т.е. выполняет собирающую функцию.

Совокупность вышеперечисленных признаков дает новые качественные эффекты: во-первых, расширение функциональных возможностей аппарата за счет обеспечения вывода отработанного реагента из смесительной камеры, что предотвращает смешение разнородных реагентов; во-вторых, повышение эффективности колонны за счет отделения промежуточной отстойной камеры от смесительной камеры, вследствие чего для массообмена дополнительно используется высота, равная высоте промежуточной отстойной камеры.

На фиг.1 представлено схематическое изобретение колонны; на фиг.2 то же, при противоположном направлении движении фаз.

Массообменная колонна включает в себя верхнюю отстойную камеру 1, соединенную с верхней смесительной камерой 2, нижнюю смесительную камеру 3, соединенную с нижней отстойной камерой 4, цилиндрическую обечайку 5, отделяющую смесительные камеры от промежуточной отстойной камеры 6, многозаходную спираль 7, разделяющую пространство массообмена на верхнюю и нижнюю части. На верхней или нижней кромке каждого витка спирали 7 установлены коробчатые карманы 8, соединенные через окна 9 в обечайке 5 с промежуточной отстойной камерой 6. Установка снабжена штуцерами 10, 13 и 14 вывода фаз и штуцерами 11, 12, 15 для подачи растворов. Габариты промежуточной отстойной камеры и коробчатых карманов определяются физико-химическими свойствами системы взаимодействующих фаз, и, в первую очередь, скоростью их расслаивания.

Колонна работает следующим образом.

Предварительно она должна быть заполнена фазой, требующей последовательной обработки растворами, исключающими взаимное смешение. В случае тяжелой сплошной фазы (фиг.1) через штуцер 11 в верхнюю смесительную камеру 2 подается первый обрабатывающий раствор, который в виде дисперсной фазы взаимодействует в противотоке с дополняющей фазой и подаваемой в нее через штуцер 12, а выводимой через штуцер 13. После взаимодействия в смесительной камере дисперсная фаза всплывает в верхнюю отстойную камеру 1, где после коалесценции и отстоя выводится из колонны через штуцер 14. Второй обрабатывающий раствор подается в колонну через штуцер 15 и в виде дисперсной фазы взаимодействует в противотоке в нижней смесительной камере 3 с фазой, движущейся ему навстречу из верхней смесительной камеры 2.

При выходе из смесительной камеры всплывающие капли легкой дисперсной фазы попадают на нижнюю поверхность витков многозаходной спирали 7 и скользя по ней вверх в коробчатые карманы 8, установленные на верхних кромках каждого витка спирали. Из карманов 8 дисперсная фаза через окна 9 перетекает в промежуточную отстойную камеру 6, где после коалесценции и отстоя выводится из колонны через штуцер 10. Витки спирали в плане перекрывают друг друга, поэтому капли дисперсной фазы не могут попасть из нижней камеры в верхнюю. Благодаря этому исключается смешение обрабатывающих растворов.

Аналогично работает колонна в случае, когда сплошная фаза легкая (фиг. 2), с той лишь разницей, что направление движения обрабатываемой и обрабатывающих фаз меняется на противоположное.

Формула изобретения

МАССОБМЕННАЯ КОЛОННА, содержащая вертикальные цилиндрические смесительные камеры, промежуточную отстойную камеру, соединяющую смесительные камеры в средней части, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, закрепленные на торцах смесительных камер и снабженные штуцерами ввода и вывода фаз, отличающаяся тем, что промежуточная отстойная камера снабжена цилиндрической обечайкой, отделяющей промежуточную отстойную камеру от смесительной камеры, а верхняя и нижняя смесительные камеры снабжены разделяющей их многозаходной спиралью, каждый из витков которой перекрывает в плане другой, причем верхняя или нижняя кромка витка снабжена коробчатым карманом, соединенным с промежуточной отстойной камерой окном в цилиндрической обечайке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2