Горизонтальный импульсно-циклический массообменный аппарат



Горизонтальный импульсно-циклический массообменный аппарат
Горизонтальный импульсно-циклический массообменный аппарат

 


Владельцы патента RU 2438751:

Учреждение Российской академии наук Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (ИОНХ РАН) (RU)

Изобретение относится к области устройств для процессов разделения веществ в системах жидкость-жидкость и газ-жидкость методами сорбции, экстракции и хроматографии и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ. Аппарат состоит из рабочей камеры 1, расположенной с возможностью отклонения от горизонтальной плоскости до 30°, и дозатора 3 для дискретной подачи в камеру одной из фаз в виде отдельных порций. Камера содержит поперечные перегородки 4, образующие ряд последовательно соединенных массообменных ячеек 2, выполненных с возможностью образования в них границы раздела фаз. Перегородки 4 снабжены криволинейными каналами 5 для соединения объема жидкости над образующейся границей раздела фаз одной ячейки с объемом жидкости под границей раздела фаз соседней ячейки. В качестве криволинейных каналов применяются z-образные каналы. Дозатор 3 снабжен устройствами для регулирования скорости 8, частоты 6 и объема 7 порций подаваемой фазы. Технический результат: простота массообменного аппарата и эффективность его использования, за счет интенсивного перемешивания фаз и высокой скорости межфазного массобмена. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области устройств для осуществления процессов разделения веществ в системах жидкость-жидкость и газ-жидкость методами сорбции, экстракции и хроматографии, и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ.

Предшествующий уровень техники.

Известны массообменные аппараты для разделения смеси компонентов методами жидкость-жидкостной хроматографии, состоящие из спиральной трубки или цепочки камер, закрепленных на валу обычной или планетарной центрифуги. Разделение смеси компонентов осуществляется путем распределения их между двумя жидкими фазами. Смесь подается с одной из фаз, которая является подвижной фазой и прокачивается через другую (неподвижную) фазу, удерживаемую в свободном состоянии в устройстве с помощью центробежных сил. На выходе из устройства отбираются фракции компонентов (А.Е.Костанян. Журнал «Химическая технология». 2004. №8. С.39).

Недостатком этих аппаратов является их сложность и дороговизна.

Известен также аппарат для экстракционного разделения смеси компонентов, содержащий канал, имеющий спиралевидную форму и пульсатор. Разделение смеси компонентов осуществляется путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами, которым с помощью пульсатора сообщается возвратно-поступательное движение в аппарате. При этом одна из фаз удерживается в аппарате, а другая прокачивается через него (патент RU 2304453).

Недостатками этого аппарата является недостаточно высокая эффективность, обусловленная обратным перемешиванием фаз в аппарате при сообщении им возвратно-поступательного движения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пульсационно-циклический массообменный аппарат, содержащий ряд последовательно соединенных массообменных ячеек, и дозатор для дискретной подачи в аппарат одной из фаз в виде отдельных порций. Аппарат работает следующим образом. Ячейки заполняются одной из фаз (неподвижной фазой) и через нее в циклическом (дискретном) режиме прокачивается вторая (подвижная) фаза. Дискретное прокачивание подвижной фазы осуществляется с помощью дозатора, выполненного в виде клапана и автоматического регулятора. Для удерживания неподвижной фазы в аппарате в свободном состоянии и интенсификации массообмена фазам сообщается возвратно-поступательное движение с помощью пульсатора. Смесь компонентов вводится с подвижной фазой в аппарат, где в результате многократного распределения компонентов между двумя фазами происходит их разделение. На выходе из аппарата отбираются фракции компонентов (патент RU 2342971).

Недостатком известного аппарата является его сложность, связанная с применением специального пульсатора, и недостаточно высокая эффективность проводимого в нем процесса разделения. Последнее связано с тем, что сообщаемое фазам с помощью пульсатора возвратно-поступательное движение вызывает обратное перемешивание между ячейками, что снижает движущую силу процесса массообмена.

Изобретение направлено на изыскание простого и эффективного технического решения массообменного аппарата по сравнению с пульсационно-циклическим массообменным аппаратом.

Технический результат достигается тем, что предложен горизонтальный импульсно-циклический массообменный аппарат, состоящий из рабочей камеры, расположенной с возможностью отклонения от горизонтальной плоскости до 30°, и дозатора для дискретной подачи в камеру одной из фаз в виде отдельных порций, при этом камера содержит поперечные перегородки, образующие ряд последовательно соединенных массообменных ячеек, выполненных с возможностью образования в них границы раздела фаз, перегородки снабжены криволинейными каналами для соединения объема жидкости над образующейся границей раздела фаз одной ячейки с объемом жидкости под границей раздела фаз соседней ячейки.

В одном из предпочтительных вариантов в качестве криволинейных каналов, соединяющих ячейки друг с другом, применяются z-образные каналы.

В другом предпочтительном варианте аппарат содержит ряд рабочих камер, соединенных в форме змеевика.

Целесообразно, чтобы дозатор имел устройства для независимого регулирования скорости, частоты и объема порций подаваемой фазы.

Нами обнаружено, что путем размещения массообменных ячеек в горизонтальной рабочей камере с возможностью образования в них границы раздела фаз, разделения ячеек друг от друга поперечными перегородками и соединения их друг с другом криволинейными, в частности z-образными, каналами, соединяющими объемы жидкостей соседних ячеек, расположенные по разные стороны границы раздела фаз, можно существенно повысить эффективность импульсно-циклического массообменного аппарата. При этом, по сравнению с известным, достигается также заметное упрощение аппарата, поскольку отпадает необходимость применения пульсатора.

Выполнение аппарата в виде змеевика, включающего ряд горизонтальных рабочих камер, и снабжение дозатора устройствами для регулирования скорости, частоты и объема порций подаваемой фазы способствует дополнительному повышению эффективности аппарата.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется прилагаемыми иллюстрациями, на которых:

1 - горизонтальная рабочая камера; 2 - массообменные ячейки; 3 - дозатор; 4 - поперечные перегородки; 5 - криволинейные каналы; 6, 7, 8 - устройства для регулирования частоты, объема и скорости подачи порций подвижной фазы.

Фиг.1 иллюстрирует исполнение предложенного аппарата с одной рабочей камерой, выполненной горизонтально.

Фиг.2 иллюстрирует исполнение предложенного аппарата, состоящего из ряда рабочих камер, соединенных в форме змеевика.

z-образное исполнение каналов обеспечивает соединение объемов соседних ячеек, расположенных по разные стороны границы раздела фаз, что необходимо для достижения интенсивного контакта фаз в массообменных ячейках. Как видно из фиг.2, в аппарате, состоящем из ряда рабочих камер горизонтального исполнения, достигается компактная компоновка рабочих камер предложенного аппарата. Возможно отклонение рабочих камер от горизонтальной плоскости до 30°. При большем отклонении рабочих камер от горизонтальной плоскости возникают сложности выполнения криволинейных, в частности z-образных, каналов, для соединения объема жидкости над образующейся границей раздела фаз одной ячейки с объемом жидкости под границей раздела фаз соседней ячейки.

Аппарат, представленный на фиг.1, можно использовать для осуществления процессов разделения веществ в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость, а аппарат, представленный на фиг.2, предпочтительно использовать для процессов разделения веществ в системах жидкость-жидкость.

Патентуемый импульсно-циклический массообменный аппарат в самом общем случае состоит из горизонтальной рабочей камеры 1, в которой расположены массообменные ячейки 2, и дозатора 3 для дискретной подачи в аппарат одной из фаз в виде отдельных порций (импульсов). Ячейки 2 выполнены с возможностью образования в них границы раздела фаз (на фиг.1 и фиг.2 граница раздела фаз показана пунктирной линией), разделены друг от друга размещенными в камере 1 поперечными перегородками 4 и снабжены криволинейными каналами 5 для соединения объема жидкости над образующейся границей раздела фаз одной ячейки с объемом жидкости под границей раздела фаз соседней ячейки.

Дозатор 3 снабжен устройствами для регулирования частоты - 6, объема - 7 и скорости - 8 подачи порций подвижной фазы.

Для повышения эффективности процессов разделения веществ аппарат содержит ряд рабочих камер 1, соединенных в форме змеевика (фиг.2). Массообменные ячейки 2 в камерах 1 могут быть снабжены дополнительными устройствами, способствующими быстрому разделению и образованию границы раздела фаз.

Предложенный аппарат работает следующим образом.

Горизонтальная рабочая камера 1, состоящая из расположенных друг за другом массообменных ячеек 2, заполняется одной из фаз (неподвижной фазой). С помощью дозатора 3 через массообменные ячейки 2 в циклическом режиме в виде отдельных импульсов прокачивается вторая (подвижная) фаза. При этом подвижная фаза через криволинейные каналы 5, соединяющие объемы соседних ячеек, расположенные по разные стороны образовавшейся границы раздела фаз, впрыскивается в объем неподвижной фазы. С помощью устройств для регулирования частоты - 6, объема - 7 и скорости - 8 подачи порций подвижной фазы устанавливаются параметры прокачки, обеспечивающие циклическую ее подачу в форме отдельных импульсов. Этот импульс движения по криволинейным каналам 5 передается из ячейки в ячейку, обеспечивая в них интенсивное перемешивание фаз и высокую скорость межфазного массообмена. В периоды отсутствия подачи порций подвижной фазы происходит разделение фаз в ячейках 2 с образованием в них границы раздела фаз.

Подлежащая разделению смесь компонентов вводится в аппарат с подвижной фазой. Перемещаясь по массообменным ячейкам 2 рабочей камеры 1 (в случае однокамерного аппарата, фиг.1) или ряда соединенных в форме змеевика камер 1 (фиг.2) с потоком подвижной фазы, смесь компонентов многократно и в нестационарном режиме перераспределяется между фазами, благодаря чему компоненты с различными коэффициентами распределения движутся с различной скоростью и разделяются на фракции. Обогащенные фракции отдельных компонентов выводятся из устройства с порциями подвижной фазы.

Таким образом, достигается простота массообменного аппарата и эффективность его использования.

1. Горизонтальный импульсно-циклический массообменный аппарат, состоящий из рабочей камеры, расположенной с возможностью отклонения от горизонтальной плоскости до 30°, и дозатора для дискретной подачи в камеру одной из фаз в виде отдельных порций, при этом камера содержит поперечные перегородки, образующие ряд последовательно соединенных массообменных ячеек, выполненных с возможностью образования в них границы раздела фаз, перегородки снабжены криволинейными каналами для соединения объема жидкости над образующейся границей раздела фаз одной ячейки с объемом жидкости под границей раздела фаз соседней ячейки.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве криволинейных каналов, соединяющих ячейки друг с другом, применяются z-образные каналы.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он содержит ряд горизонтальных рабочих камер, соединенных в форме змеевика.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дозатор снабжен устройствами для регулирования скорости, частоты и объема порций подаваемой фазы.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химической технологии и предназначено для очистки сточных вод, содержащих ароматические амины. .
Изобретение относится к способу экстракционной очистки регенерированного урана и может быть использовано в технологических процессах при переработке облученного ядерного топлива.
Изобретение относится к аналитической химии применительно к разделению меди (I) и меди (II). .
Изобретение относится к анализу водных сред. .

Изобретение относится к экстракционным способам извлечения и концентрирования ионов таллия (III) из водных растворов и может быть использовано для их выделения в гибридных и комбинированных методах анализа из растворов сложного ионного состава.

Изобретение относится к технологии экстракционного извлечения палладия из кислых растворов. .
Изобретение относится к аналитической химии органических соединений применительно к аналитическому контролю сточных вод, поступающих на биологическую очистку. .

Изобретение относится к области процессов разделения веществ методами жидкость-жидкостной экстракции и хроматографии и устройств для осуществления этих процессов и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ.
Изобретение относится к области химической технологии выделения радионуклидов. .

Изобретение относится к способу и устройству для контактирования двух несмешивающихся жидкостей без их перемешивания

Изобретение относится к технологическим процессам, связанным с обработкой материалов, и может быть использовано для интенсификации процессов массообмена при тонкодисперсном измельчении и экстракции сырья и при получении микроэмульсий и наноэмульсий

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке экстракционной фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов Каратау

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу проведения массообмена в системе двух несмешивающихся жидкостей для концентрирования и очистки компонентов и устройству для его осуществления

Изобретение относится к новому способу управления процессом дистилляции капролактама, заключаемуся в управлении процессом трехступенчатой дистилляции капролактама в присутствии щелочи, включающим сборники, испарители, паровые эжекторы, кондесаторы при подаче сырого капролактама, пара и отводе очищенного капролактама, конденсата, дополнительно содержащим насосы подачи сырого капролактама и щелочи с датчиками расхода, клапаном и фильтром; насадочную колонну обезвоженного капролактама для первого испарителя; конденсаторы второго испарителя; испаритель тяжелокипящих примесей, соединенный с третьим испарителем; насос подачи обезвоженного капролактама с датчиком расхода и клапаном на второй испаритель; насос подачи неочищенного капролактама с датчиком расхода и клапаном на третью ступень; насос подачи очищенного капролактама с датчиком расхода, клапаном и фильтрами; насос подачи отходов на следующие стадии; вакуумметры; датчики температуры, давления с клапанами на подаче пара в испарители, установленные на трубопроводах; задают расход сырого капролактама и щелочи на испарители, предельные значения температуры, остаточного давления, давления греющего пара в испарители и пароэжекторы, определяют текущие отклонения указанных параметров и воздействуют соответственно на клапаны подачи пара в испарители, на пароэжекторы и направляют очищенный капролактам далее, а отходы на нейтрализацию

Изобретение относится к способам выделения и очистки капролактама из смеси с водой и примесями

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения акриловой кислоты, в соответствии с которым путем осуществляемого при повышенной температуре гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления молекулярным кислородом по меньшей мере одного соответствующего исходного соединения с тремя атомами углерода на находящихся в твердом агрегатном состоянии катализаторах получают газовую смесь продуктов, содержащую акриловую кислоту, водяной пар и побочные компоненты, температуру указанной смеси при необходимости снижают путем прямого и/или косвенного охлаждения, после чего указанную смесь направляют в оснащенную эффективно разделяющими элементами конденсационную колонну, вдоль которой она самостоятельно поднимается при одновременном протекании фракционной конденсации, причем через первый боковой отбор, находящийся выше места подачи газовой смеси реакционных продуктов в конденсационную колонну, из конденсационной колонны выводят обедненную водой и побочными компонентами сырую акриловую кислоту в качестве целевого продукта, через находящийся выше первого бокового отбора второй отбор жидкой фазы из конденсационной колонны выводят содержащую акриловую кислоту и побочные компоненты кислую воду, из верхней части конденсационной колонны выводят остаточную газовую смесь, содержащую побочные компоненты, кипящие при более низкой температуре, чем вода, из куба конденсационной колонны выводят кубовую жидкость, содержащую акриловую кислоту, а также побочные продукты и побочные компоненты, кипящие при более высокой температуре, чем акриловая кислота, частичное количество отбираемой кислой воды как таковое и/или после охлаждения возвращают в конденсационную колонну в качестве флегмы, и сырую акриловую кислоту при необходимости подвергают дополнительной очистке по меньшей мере одним другим методом термического разделения, и при необходимости в сырую акриловую кислоту перед дополнительной кристаллизационной очисткой добавляют частичное количество отбираемой кислой воды, где акриловую кислоту, содержащуюся по меньшей мере в частичном количестве невозвращаемой в конденсационную колонну кислой воды, переводят из кислой воды в органический растворитель путем выполняемой этим растворителем экстракции, сопровождаемой образованием содержащего акриловую кислоту органического экстракта, из которого акриловую кислоту в дальнейшем выделяют путем его отпаривания первым отпаривающим газом, причем первый отпаривающий газ, содержащий акриловую кислоту, возвращают в конденсационную колонну, и/или акриловую кислоту, содержащуюся в первом отпаривающем газе, переводят в водный раствор гидроксида металла или образующийся первый отпаривающий газ, содержащий акриловую кислоту, используют в качестве второго отпаривающего газа с целью отпаривания акриловой кислоты, содержащейся в выводимой из конденсационной колонны кубовой жидкости, и причем образующийся при этом второй отпаривающий газ, содержащий акриловую кислоту, возвращают в конденсационную колонну и/или акриловую кислоту, содержащуюся во втором отпаривающем газе, переводят в водный раствор гидроксида металла

Изобретение относится к способу автоматического управления процессом жидкостной экстракции в экстракционных колоннах, преимущественно вибрационных, и может быть использовано в гидрометаллургических, нефтехимических, радиохимических и других производствах

Изобретение относится к аналитической химии и фармацевтике и может быть использовано для извлечения пуриновых алкалоидов из водных сред с целью их последующего определения
Наверх