Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления



Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления
Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления
Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления
Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления
Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления
Способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления

 

B01D53/00 - Разделение (разделение твердых частиц мокрыми способами B03B,B03D; с помощью пневматических отсадочных машин или концентрационных столов B03B, другими сухими способами B07; магнитное или электростатическое отделение твердых материалов от твердых материалов или от текучей среды, разделение с помощью электрического поля, образованного высоким напряжением B03C; центрифуги, циклоны B04; прессы как таковые для выжимания жидкостей из веществ B30B 9/02; обработка воды C02F, например умягчение ионообменом C02F 1/42; расположение или установка фильтров в устройствах для кондиционирования, увлажнения воздуха, вентиляции F24F 13/28)

Владельцы патента RU 2567612:

ДРОБЫШЕВСКИЙ Юрий Васильевич (RU)
ГОЛОВЧЕНКО Сергей Юрьевич (RU)
СТОЛБОВ Сергей Николаевич (RU)

Изобретение относится к технологии разделения многокомпонентных систем. Предложено устройство для разделения многокомпонентных смесей, содержащее корпус, приспособление для подачи разделяемой смеси, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, и приспособление для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, в корпусе размещен цилиндрический ротор, в котором установлены пористые перегородки, вал ротора имеет осевой канал, сообщенный с приспособлением для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом. В реакционной камере установлено, по меньшей мере, два фильтрующих элемента в виде пористых перегородок, закрепленных в обечайках, в которых в шахматном порядке, оппозитно, сделаны отверстия. Также заявлен способ разделения многокомпонентной смеси. Изобретение позволяет увеличить, производительность процесса разделения при сохранении уровня степени очистки веществ. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к массообменным процессам, а точнее касается технологий разделения многокомпонентных систем, более конкретно относится к способу разделения многокомпонентной смеси и устройству для осуществления этого способа.

Изобретение найдет применение в нефтехимической, химической, пищевой и иных областях промышленности, где есть необходимость в разделении многокомпонентных систем, например газ-жидкость, жидкость-жидкость, жидкость-пар, а также при улавливании мелкодисперсных аэрозолей.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известен способ центробежной ректификации жидких смесей, обеспечивающий образование в неподвижно установленной реакционной зоне газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом (RU, № 2055628, С1, МКИ B01D 3/03). Согласно указанному способу исходную смесь нагревают при повышенном давлении, исключающем парообразование, формируют поток разделяемой смеси, его дросселируют и тангенциально вводят в реакционную зону на ее периферию. Тангенциальное введение потока разделяемой смеси обеспечивает сообщение разделяемой смеси в реакционной зоне кольцевого вращательного движения, при этом происходит вскипание жидкой смеси. В реакционной зоне, по меньшей мере, часть разделяемой смеси направляют к центру реакционной зоны от периферии, при этом в центральной части образуется газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, а на периферии реакционной зоны образуется жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом. Образованные продукты выводят из мест их образования в реакционной зоне.

Для осуществления этого способа используют устройство, описанное в RU, 2055628, С1, МКИ B01D 3/03. Указанное устройство содержит неподвижно установленный корпус с цилиндрической рабочей полостью. Корпус снабжен тангенциальными патрубками, имеющими проточную часть в виде сопла Лаваля. Тангенциальные патрубки предназначены для подачи в рабочую полость исходной смеси. Корпус снабжен патрубком отвода жидкого продукта из рабочей полости и патрубком отвода газообразного продукта, установленным в центральной части корпуса.

Техническое решение разделения многокомпонентной жидкостной смеси, предлагаемое в RU, 2055628, С1, МКИ B01D 3/03, не обеспечивает достаточную эффективность процессов образования газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом. Во-первых, процесс массо- и теплообмена протекает непосредственно в объеме вихря, возникающего при движении жидкостной смеси в реакционной камере, носит объемный характер, и поэтому невелик эффективный коэффициент массо- и теплопередачи, а значит, и коэффициент разделения жидкостной смеси. Во-вторых, для увеличения коэффициента разделения жидкостной смеси необходимо увеличивать скорость подачи в реакционную камеру исходной смеси, что приводит к затратам энергии на создание скоростного напора и, соответственно, снижает эффективность процесса.

В качестве прототипа был принят способ разделения многокомпонентной смеси RU, 2206388, С1, МКИ B01J, B01D 3/08, 3/30, 53/00. В этом способе производят перевод многокомпонентной смеси в парогазовое состояние, формирование потока разделяемой смеси, тангенциальную подачу разделяемой смеси в реакционную зону, перемещение смеси к оси с образованием газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, причем жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, осуществляет радиальное движение от оси центральной реакционной зоны к периферии, в котором реакционную зону разделяют на периферийную реакционную зону и центральную реакционную зону и осуществляют вращение центральной реакционной зоны, управление потоками посредством частично проницаемых перегородок в центральной реакционной зоне, вывод образованных продуктов из реакционной зоны. К недостаткам способа относится малая производительность процессов разделения продукта.

В качестве прототипа было принято устройство для разделения многокомпонентной смеси (RU, 2206388, С1, МКИ B01J, B01D 3/08, 3/30, 53/00), содержащее корпус, приспособление для подачи разделяемой смеси, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, и приспособление для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, в корпусе размещен цилиндрический ротор, в котором установлены пористые перегородки, торцы которых герметично закреплены на крышках ротора, вал ротора имеет осевой канал, сообщенный с приспособлением для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом. К недостаткам данного устройства относится недостаточная производительность процессов разделения.

Раскрытие изобретений

Задачей, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, является разработка способа разделения многокомпонентных смесей, который позволил бы более интенсивно осуществлять процессы массо- и теплообмена.

Техническим результатом, достигаемым при реализации группы изобретений, является рост производительности процесса разделения многокомпонентных смесей при сохранении высоких степеней разделения, что, соответственно, позволяет интенсифицировать технологические процессы, связанные с разделением веществ.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ разделения многокомпонентной смеси, включающий перевод в парогазовое состояние разделяемой смеси, формирование потока разделяемой смеси, тангенциальную подачу разделяемой смеси в реакционную зону, перемещение смеси в радиальном направлении к оси с образованием газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, причем жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, направляют в радиальном направлении от оси центральной реакционной зоны к периферии, в котором реакционную зону разделяют на периферийную реакционную зону и центральную реакционную зону, и осуществляют вращение центральной реакционной зоны, управление потоками посредством частично проницаемых перегородок в центральной реакционной зоне, вывод образованных продуктов из реакционной зоны, характеризуется тем, что во вращающейся центральной реакционной зоне осуществляют перекрестное движение газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, причем жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, осуществляет как радиальное движение от оси центральной реакционной зоны к ее периферии, так и аксиальное, т.е. параллельное оси вращения, и азимутальное, т.е. вокруг оси, движение и при этом он более чем один раз пересекает поток с газообразным продуктом, обогащенным низкокипящим компонентом, а газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, совершает аксиальное и азимутальное знакопеременное движение и общее движение к оси центральной реакционной зоны от ее периферии.

Сущность данного способа заключается в том, что в отличие от прототипа, где газообразный и жидкий потоки двигаются встречно, в заявляемом способе потоки двигаются перекрестно, при этом газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, совершает аксиальное и азимутальное знакопеременное движение и общее движение к оси центральной реакционной зоны от ее периферии, а жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, совершает аксиальное и азимутальное движение и общее движение от оси центральной реакционной зоны к ее периферии.

Реализация взаимодействия потоков разделяемых многокомпонентных смесей предлагаемым способом ведет к тому, что в процессе разделения растет эффективное время взаимодействия у взаимопересекающихся потоков: газообразного с низкокипящим компонентом и жидкого потока с высококипящим компонентом, при этом увеличивается их взаимный массообмен, что ведет к увеличению эффективности разделения смеси, а уменьшение внутреннего гидравлического сопротивления за счет конструктивных особенностей приводит к росту производительности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для разделения многокомпонентных смесей, содержащее корпус, приспособление для подачи разделяемой смеси, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, и приспособление для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, в корпусе размещен цилиндрический ротор, в котором установлены пористые перегородки, торцы которых герметично закреплены на крышках ротора, вал ротора имеет осевой канал, сообщенный с приспособлением для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, характеризуется тем, что в реакционной камере установлено, по меньшей мере, два фильтрующих элемента в виде пористых перегородок, в обечайках которых в шахматном порядке, оппозитно, сделаны отверстия.

Центральная реакционная зона, описанная в способе, представляет собой ротор, закрепленный на каких-либо подшипниках с возможностью его вращения внутри цилиндрического корпуса устройства. Вращение ротора может осуществляться как с помощью внешнего привода, например электродвигателем, соединенным с валом ротора муфтой через уплотнительное соединение, так и за счет скоростного напора газового потока, поступающего в корпус устройства, с помощью турбины, колесо с лопатками которой размещается на внешней стенке ротора.

Внутри ротора расположены, по меньшей мере, два цилиндрических коаксиальных фильтрующих элемента, содержащих пористые перегородки. Фильтрующие элементы торцами закреплены на верхней и нижней крышках цилиндрического ротора. Пористые перегородки могут быть выполнены из пористого металлокерамического материала. Желательно, чтобы пористый металлокерамический материал обладал пористостью от 30 до 60% и проницаемостью от 1000 до 15000 л/м2 атм. с.

Цилиндрические коаксиальные фильтрующие элементы на обечайках содержат отверстия. Отверстия могут быть выполнены в виде сопел, которые ориентируют поток в азимутальном направлении по вращению или против направления вращения ротора.

Причем эти отверстия расположены в шахматном порядке и оппозитно. Например, если у первого элемента отверстия сделаны в верхней его части, то у второго отверстия должны быть в нижней части элемента. В случае если в цилиндрическом роторе размещено более чем две кольцевые коаксиальные пористые перегородки, то в результате последовательного оппозитного расположения отверстий их совокупность будет иметь шахматный порядок.

В ходе работы устройства газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, войдя в цилиндрический ротор у периферии, будет совершать аксиальное знакопеременное движение, азимутальное, т.е. вращательное, движение и общее движение к оси центральной реакционной зоны. Под действием центробежных сил во вращающемся цилиндрическом роторе, а также газодинамических сил, создаваемых потоком газовой среды, каплеобразный жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, будет проникать через пористые стенки фильтрующих элементов, осуществлять азимутальное и радиальное движение от оси центральной реакционной зоны к ее периферии и одновременно аксиальное движение вдоль стенок цилиндрического фильтрующего элемента, и при этом он более чем один раз перекрестно пересчет поток с газообразным продуктом, обогащенным низкокипящим компонентом.

Заявляемый способ касается разделения многокомпонентных систем, в которых компоненты находятся в различных или одинаковых фазовых состояниях, например систем газ-жидкость, систем жидкость-жидкость, систем газ-твердое. В основе разделения многокомпонентных систем лежит осуществление многократной частичной конденсации многокомпонентной смеси, находящейся в парогазовом состоянии, и испарения многокомпонентной смеси, находящейся в жидком состоянии, в режиме интенсивного контакта указанных фаз, достигаемого при их противоточном и перекрестном движении. Эффективность испарения и конденсации названных фаз обусловлена скоростью процессов массообмена и теплообмена веществ, находящихся в парогазовом и жидком состоянии, и зависит от площади поверхностей, на которых осуществляется контакт фаз.

Согласно изобретению возможно внутреннюю энергию вращающегося в периферийной реакционной зоне потока парогазовой смеси использовать для вращения центральной реакционной зоны. Введение разделяемой смеси при этом осуществляется со скоростью, сопоставимой со скоростью вращения центральной реакционной зоны. Работа, совершаемая вращающимся потоком парогазовой смеси, используется на осуществление вращения центральной реакционной зоны. При этом работа совершается и при входе в центральную реакционную зону, и при радиальном движении потока внутри нее за счет силы Кориолиса.

Работа осуществляется за счет внутренней энергии паровой фазы, сопровождается уменьшением температуры и приводит к частичной конденсации паровой фазы. При этом оказывается более выгоден переход в жидкую фазу высококипящего компонента смеси, то есть переход внутренней энергии пара в работу сопровождается разделением компонентов смеси. Переход смеси веществ из жидкой фазы в газовую фазу и обратно сопровождается их разделением. Коэффициент разделения в этом случае будет определяться отношением давлений насыщенных паров компонентов при температуре раствора: α=P1/P2, где P1 - давление паров низкокипящего компонента, P2 - давление паров высококипящего компонента.

Эффективность испарения и конденсации обусловлена скоростью процессов массообмена и теплообмена веществ, находящихся в парогазовом и жидком состоянии, и зависит от площади и кривизны поверхностей, на которых осуществляется контакт фаз. Целесообразно выполнять частично проницаемые перегородки из материала с высокой пористостью - от 30 до 60% (пористость - общая площадь отверстий на 1 кв. см, отнесенная к геометрической поверхности) и проницаемостью - от 1000 до 15000 литр/кв.м атм сек (проницаемость - количество проходящей жидкости или газа через 1 кв. см при перепаде давления в 0,1 Мегапаскаль), усредненный размер пор не более 10 мкм.

Пористый металлокерамический материал, полученный по известной технологии из порошков различных металлов, например, железа никеля, титана, стали различных марок, бронзы, путем их прессования и спекания при высоких температурах в восстановительной или нейтральной атмосфере, отвечает этим требованиям.

Использование центробежной силы при организации движения потока жидкости через пористые перегородки и использование перекрестного движения газообразных веществ, возникающего при прохождении парогазовой смеси параллельно проницаемым перегородкам, выполненным из пористого металлокерамического материала, позволили увеличить время взаимного массообмена и его интенсивность в процессе совместного встречного движения и тем самым, значительно увеличить степень разделения веществ исходной смеси производительность процесса.

Суммарная степень разделения смеси пропорциональна коэффициенту разделения одной частично проницаемой перегородки, возведенному в степень, равную количеству промежутков между частично проницаемыми перегородками, размещенными в центральной реакционной зоне (оно равно количеству таких перегородок минус один). Степень разделения возрастает, если осуществлять ввод в приосевое пространство жидкого легкокипящего компонента.

За счет центробежной силы происходит его распыление на приосевом фильтрующем элементе, и капли двигаются на периферию устройства в радиальном направлении.

В результате осуществления заявляемого способа в реакционной зоне происходит образование продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, имеющего газообразное состояние, и продукта, обогащенного высококипящим компонентом, имеющего жидкое состояние. Газообразный низкокипящий компонент выводят из приосевой части центральной реакционной зоны, а жидкий высококипящий компонент выводят их периферийной реакционной зоны.

Более подробно предлагаемый способ будет описан ниже при описании работы устройства для осуществления предлагаемого способа.

Краткое описание фигур чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 и 2 представлен общий вид устройства для разделения многокомпонентных смесей.

На фиг. 3. Схема аксиального и радиального взаимного движения потоков в роторе.

На фиг. 4. Схема «шахматного» расположения отверстий в пористых перегородках.

На фиг. 5. Схема азимутального и радиального взаимного движения потоков в роторе.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором имеются цилиндрический ротор 2. Ротор 2 имеет фильтрующие элементы, состоящие из пористых перегородок 3, закрепленных в обечайках 4. В обечайках предусмотрены отверстия. Вал 5 ротора 2 имеет осевой канал, боковые отверстия, обеспечивающие проход газа из ротора в канал вала. Указанный цилиндрический ротор 2 установлен в цилиндрическом корпусе 1 коаксиально с зазором, образующем периферийную реакционную камеру. Вал ротора закреплен в подшипниках скольжения 6. На внешней стенке ротора размещено колесо турбины 7, обеспечивающей вращение ротора.

В боковой стенке цилиндрического корпуса размещено приспособление для подачи разделяемой смеси 8, выходной канал которого выполнен тангенциально ротору 2.

В днище корпуса имеется приспособление 9 для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом.

В верхней части устройства имеется приспособление 10 для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом

В конструкции предусмотрено устройство 11 для подачи жидкости в ротор.

Осуществление группы изобретений

Предлагаемое устройство для разделения многокомпонентной смеси работает следующим образом.

Многокомпонентную смесь, подлежащую разделению, в парогазовом состоянии через приспособление для подачи разделяемой смеси 8 подают в периферийную реакционную камеру, образованную пространством между внутренней поверхностью боковой стенки корпуса 1 устройства и внешней поверхностью боковой стенки ротора 2.

Подачу потока в периферийную реакционную камеру осуществляют так, чтобы парогазовая смесь на внешней поверхности боковой стенки ротора 2 создавала вращающийся поток. Часть энергии вращающегося потока парогазовой смеси при этом преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора, что позволяет обеспечить необходимую скорость его вращения без использования внешнего привода вращения.

Тангенциально направленный на цилиндрическую стенку ротора 2 поток парогазовой смеси затем через отверстия вводят внутрь ротора 2, то есть в центральную реакционную камеру.

Для принудительного движения газовой фазы от периферии к центру создают перепад давления между входом и выходом аппарата, например, вакуумным насосом или центробежным компрессором. В результате прохождения парогазовой смеси через отверстия в фильтрующих элементах происходит снижение давления, в случае насыщенного пара это приводит и к снижению температуры.

При этом высококипящие компоненты смеси частично конденсируются в жидкость и тонкой пленкой под действием центробежной силы распределяются по внутренней поверхности цилиндрической пористой стенки 3 ротора. Действием перепада давления парогазовая смесь, частично обедненная высококипящими компонентами, направляется вдоль боковой цилиндрической стенки 3 ротора к отверстиям в стенке, расположенной ближе к центру, то есть в приосевую область центральной реакционной камеры.

На пути движения парогазовая смесь взаимодействует с жидкой пленкой, распределенной по стенкам цилиндрического канала, а также с каплями жидкой фазы, пересекающими газовый поток под действием центробежной силы, и обогащается легкокипящим компонентом, а высококипящий компонент переходит в жидкую фазу.

Кроме того, в поле центробежных сил происходит перераспределение веществ. Вещества с большей массой, как правило, кипящие при более высокой температуре, концентрируются у периферийной стенки, а более легкие отбрасываются к центру.

Толщина пленки конденсированной жидкости на поверхностях перегородки 3 определяется удельной поверхностью пористого материала, смачиваемостью материала 3 и значением центробежной силы, которая определяется числом оборотов ротора.

Сконденсировавшаяся жидкость под действием центробежной силы отрывается от внешней поверхности первой перегородки и в виде мелких капель перемещается в направлении периферии. Размер капель конденсированной жидкости определяется размером пор материала перегородки 3 и скоростью набегающего на жидкость газового потока.

Парогазовая смесь, обедненная высококипящими компонентами, после прохождения первого цилиндрического зазора попадает во второй зазор, и процесс, описанный выше, повторяется. При этом высококипящие компоненты смеси также частично конденсируются в жидкость и тонкой пленкой под действием центробежной сил распределяются по внутренней поверхности второй перегородки центральной реакционной камеры. Так же, как было указано выше, сконденсировавшиеся под действием центробежной силы высококипящие компоненты смеси продавливаются через поры второй перегородки на ее внешнюю поверхность.

Сконденсировавшаяся жидкость под действием центробежной силы отрывается от внешней поверхности второй перегородки и в виде мелких капель так же перемещается как в направлении периферии центральной реакционной камеры, а также за счет газодинамического напора смещается газовым потоком вдоль стенки.

При этом парообразный продукт, насыщенный низкокипящим компонентом, преодолев все перегородки 3, установленные в центральной реакционной камере, попадает в приосевую часть центральной реакционной камеры и выводится из нее по приспособлению для вывода газообразного продукта 10. Далее парообразный продукт, насыщенный низкокипящим компонентом, конденсируют в конденсаторе, часть жидкого конденсата возвращают в центральную реакционную камеру через устройство для орошения 11.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает разделение многокомпонентной смеси за счет эффективной организации фазовых переходов и использования эффекта центробежного разделения, что в совокупности позволяет достигнуть высокого коэффициента разделения. Уменьшение внутреннего гидравлического сопротивления по сравнению с прототипом позволило увеличить производительность аппарата. Кроме того, заявляемое изобретение позволяет эффективно разделять многокомпонентные смеси в условиях снижения потребления электроэнергии и при использовании достаточно простого и эффективного оборудования.

Пример 1

Получение чистой воды.

Для получения чистой воды используют устройство для разделения многокомпонентных смесей со следующими характеристиками:

Высота корпуса устройства - 260 мм

Диаметр корпуса устройства - 300 мм

Внешний диаметр ротора - 200 мм

Высота ротора - 230 мм

Количество фильтрующих элементов - 7 шт.

Число оборотов ротора в рабочем режиме - 50 Гц

Линейная скорость вращения боковой стенки ротора - 40 м/сек

Скорость истечения потока водяного пара из сопла в периферийную реакционную камеру - 170 м/сек

Металлокерамическая пористая перегородка выполнена из нержавеющей стали, имеет пористость - 60%, средний размер пор составляет 6 мкм, проницаемость - 10000 литр/кв.м·атм·сек.

Чистую воду получают следующим образом.

Загрязненную воду испаряют с помощью стандартного парового котла и водяной пар подают в указанное выше устройство для разделения многокомпонентных смесей. Водяной пар пропускают через патрубок 8. Попадая в периферийную реакционную камеру устройства для разделения многокомпонентных смесей, водяной пар приводит во вращение ротор с помощью колеса турбины 7, закрепленного на внешней стенке ротора. Затем водяной пар поступает в центральную реакционную камеру через отверстия, расположенные на боковой цилиндрической стенке внешнего фильтрующего элемента.

Очистка водяного пара от примесей происходит как на поверхности перегородки 3, так и в объеме центральной реакционной камеры ротора 2 под действием сил, возникающих при вращении ротора.

Пар, очищенный от примесей и выведенный из устройства для разделения многокомпонентных смесей, далее конденсируют в конденсаторе.

Параметры рабочего режима:

Расход подаваемого водяного пара - 100 кг/час

Давление подаваемого водяного пара - 1.3 атм

Давление водяного насыщенного пара в периферийной реакционной камере -1.0 атм

Давление пара на выходе из внутренней реакционной камеры - 0.7 атм

Производительность используемого устройства для разделения многокомпонентных смесей по целевому продукту - 65 кг/час

Результаты очистки воды приведены в таблице. В таблице также приведены данные по содержанию примесей в исходной воде.

Пример 2

Выделение этилового спирта из водно-спиртового раствора.

Для выделения этилового спирта из водного раствора используют устройство для разделения многокомпонентных смесей со следующими характеристиками.

Высота корпуса устройства - 260 мм

Диаметр корпуса устройства - 300 мм

Внешний диаметр ротора - 200 мм

Высота ротора - 230 мм

Количество цилиндрических перегородок в центральной реакционной камере - 5

Число оборотов ротора в рабочем режиме - 50 Гц

Скорость истечения потока парообразной водно-спиртовой смеси из сопла в периферийную реакционную зону - 120 м/сек

Металлокерамическая пористая перегородка выполнена из никеля, имеет пористость - 40%, средний размер пор составляет 6 мкм, проницаемость - 15000 литр/кв.м·атм·сек.

Выделение этилового спирта из водного раствора производят следующим образом.

Водно-спиртовую смесь нагревают до температуры образования парообразного состояния в автоклаве и полученную парообразную смесь из автоклава подают через патрубок 8 в указанное выше устройство для разделения многокомпонентных смесей. Попадая в периферийную реакционную камеру, поток парообразной смеси приводит во вращение ротор 2. Затем парообразная смесь поступает через отверстия, расположенные на боковой цилиндрической стенке 3 ротора, в центральную реакционную камеру, последовательно попадает на внешнюю поверхность первой, второй и третьей цилиндрической металлокерамической перегородок 3, под действием перепада давления последовательно проходит через отверстия в фильтрующих элементах и удаляется из приосевой части центральной реакционной камеры через приспособление для вывода газообразного продукта 10.

Разделение водно-спиртовой смеси на составляющие происходит как на поверхностях перегородок 3, так и в объеме центральной реакционной камеры под действием сил, возникающих во вращающейся реакционной камере.

Спирт, очищенный от воды и выведенный из устройства для разделения многокомпонентных смесей, далее конденсируют в конденсаторе.

Отделенную от спирта воду удаляют из устройства через приспособление 9 для сбора жидкости.

Параметры рабочего режима:

Расход подаваемой парообразной смеси - 50 кг/час

Давление подаваемой парообразной смеси - 1.0 атм

Давление парообразной смеси в реакционной камере - 0.5 атм

Давление парообразного продукта на выходе из устройства - 0.25 атм

Число оборотов ротора в рабочем режиме - 50 Гц

Концентрация спирта в исходной смеси - 15%

Концентрация спирта в целевом продукте - 96%

Выход спирта - 95%

Производительность устройства по спирту-ректификату - 7 кг/час

Пример 3

Получение воды, обогащенной легким изотопом водорода - протием.

Для получения воды, обогащенной легким изотопом водорода, используют устройство для разделения многокомпонентных смесей со следующими характеристиками:

Диаметр корпуса устройства - 300 мм

Высота корпуса устройства - 350 мм

Внешний диаметр ротора - 250 мм

Высота ротора - 200 мм

Количество цилиндрических перегородок в центральной реакционной камере - 15

Металлокерамическая пористая перегородка выполнена из титана, имеет пористость - 30%, средний размер пор составляет 6 мкм, проницаемость - 1000 литр/кв.м·атм·сек.

Параметры рабочего режима:

Давление водяного насыщенного пара в периферийной реакционной камере - 0.55 атм

Давление пара в приосевой части центральной реакционной камеры - 0.12 атм

Расход водяного насыщенного пара - 20 кг/час

Число оборотов ротора в рабочем режиме - 300 Гц

При указанных параметрах рабочего режима получена вода с содержанием тяжелого изотопа водорода - дейтерия 50 Ppm. (Ppm - 1 частица на миллион). Содержание дейтерия в исходной воде - 145 Ppm. Производительность по воде, обедненной дейтерием составляет 1,7 л/час.

Предлагаемый способ и устройство можно применять для улавливания твердых, особенно растворимых в воде аэрозолей. Так, например, данное устройство может оказаться очень эффективным для улавливания аэрозолей продуктов гидролиза гексафторида урана на сублиматных заводах и заводах разделения изотопов урана.

1. Способ разделения многокомпонентной смеси, включающий перевод в парогазовое состояние разделяемой смеси, формирование потока разделяемой смеси, тангенциальную подачу разделяемой смеси в реакционную зону, перемещение смеси в радиальном направлении к оси с образованием газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, причем жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, осуществляет радиальное движение от оси центральной реакционной зоны к периферии, а газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, осуществляет радиальное движение к оси центральной реакционной зоны от периферии, в котором реакционную зону разделяют на периферийную реакционную зону и центральную реакционную зону и осуществляют вращение центральной реакционной зоны, управление потоками посредством частично проницаемых перегородок в центральной реакционной зоне, вывод образованных продуктов из реакционной зоны, отличающийся тем, что при этом во вращающейся центральной реакционной зоне осуществляют перекрестное движение газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, причем жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом, осуществляет как радиальное движение от оси центральной реакционной зоны к ее периферии, так и аксиальное движение и при этом он более чем один раз пересекает поток с газообразным продуктом, обогащенным низкокипящим компонентом, и при этом газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, совершает аксиальное и азимутальное знакопеременное движение и общее движение к оси центральной реакционной зоны от ее периферии.

2. Устройство для разделения многокомпонентных смесей, содержащее корпус, приспособление для подачи разделяемой смеси, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, и приспособление для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, в корпусе размещен цилиндрический ротор, в котором установлены пористые перегородки, вал ротора имеет осевой канал, сообщенный с приспособлением для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, отличающееся тем, что в реакционной камере установлено, по меньшей мере, два фильтрующих элемента в виде пористых перегородок, закрепленных в обечайках, в которых в шахматном порядке, оппозитно, сделаны отверстия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к процессам выделения метанола из воды и может быть использовано при подготовке природного газа к переработке с целью предотвращения гидратообразования, а именно для извлечения метанола из водометанольных растворов с высоким содержанием механических примесей и солей.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к охране окружающей среды от вредных выбросов животноводческих помещений и получению экологически чистых консервантов, преимущественно углекислого газа.

Описан способ безотходной подготовки скважинной продукции газоконденсатных месторождений, включающий сепарацию скважинной продукции в смеси с продуктом каталитической переработки с получением газа сепарации и конденсата, комплексную подготовку газа сепарации с получением товарного газа и широкой фракции легких углеводородов, каталитическую переработку широкой фракции легких углеводородов с получением газа как продукта каталитической переработки, при этом каталитическую переработку широкой фракции легких углеводородов осуществляют после смешения последней с конденсатом.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при очистке отработанного воздуха в производстве синтетических каучуков эмульсионной полимеризации, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к станции подготовки попутного нефтяного газа, включающей последовательно установленные по меньшей мере один узел компримирования и охлаждения с линией отвода сжатого газа и блок осушки с линиями отвода осушенного газа и газа регенерации.

Предложено устройство для отделения газоконденсата (ГК) природного газа и способ выделения ГК из сырьевого газа. Способ включает прием сырьевого газа; повышение давления сырьевого газа путем пропускания сырьевого газа через компрессор, соединенный с газовой турбиной; отведение части сырьевого газа от потока, выходящего из компрессора, и подачу отведенной части в сушилку; сушку отведенной части для удаления воды и получения сухого газа; расширение сухого газа в турбодетандере; разделение увеличенного в объеме газа на ГК и топливный газ; и обеспечение топливного газа в качестве не содержащего загрязнений топлива для газовой турбины.

Изобретение относится к области разделения газовых смесей с помощью мембран и производства товарного гелия и может использоваться в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к переработке природных газов и может быть использовано на предприятиях газоперерабатывающей промышленности. Способ переработки природных газов включает извлечение из газов воды, диоксида углерода, сероводорода, углеводородов С2 и выше, инертных газов, природные газы, существенно различающиеся по содержанию примесей, перерабатывают раздельно, при этом низкокалорийный природный газ перерабатывают последовательно на первой установке глубокой аминовой очистки от сероводорода и селективной очистки от диоксида углерода, на второй установке глубокой аминовой очистки от диоксида углерода, на установке осушки и очистки низкокалорийного газа от меркаптанов и на установке низкотемпературного фракционирования очищенного и осушенного низкокалорийного газа с получением в качестве товарных продуктов метана, этана и углеводородов С3 и выше, а высококалорийный природный газ перерабатывают последовательно на установке глубокой аминовой очистки от диоксида углерода и сероводорода, на установке осушки и очистки высококалорийного газа от меркаптанов и на установке низкотемпературного фракционирования очищенного и осушенного высококалорийного газа с получением в качестве товарных продуктов метана, этана и углеводородов С3 и выше.

Изобретение относится к оборудованию для проведения адсорбционных процессов в системе газ-адсорбент и может быть использовано в энергетической, химической и других отраслях промышленности. Регенеративный фильтр с трубопроводом для очистки газа, включающий корпус, заполненный насыпным пористым материалом, отличающийся тем, что внутри корпуса фильтра установлен кожух, прикрепленный к корпусу металлической пластиной, внутри кожуха расположен шнек, выполненный с возможностью вращения приводным валом, установленным внутри станины, расположенной в трубопроводе, а в нижней части корпуса установлена разделительная сетка. Регенерация пористого насыпного слоя позволяет производить непрерывную очистку генераторного газа, вследствие чего повышается эффективность процесса очистки генераторного газа.

Изобретение относится к газопереработке и может найти применение в нефтеперерабатывающей, коксохимической и других отраслях промышленности при утилизации газов замедленного коксования, коксования угля, производства технического углерода, содержащих аэрозоль частиц сажи или кокса, сероводород, легкие углеводороды и неконденсируемые газы, с получением топливного газа.

Изобретение относится к технологии переработки углеводородсодержащих газовых смесей, а именно к низкотемпературной сепарации компонентов газа, и может быть использовано для переработки попутного или природного газа. Способ включает следующие этапы: a) дегидратацию смеси, b) охлаждение смеси, c) прокачку смеси через первую ректификационную колонну (7) с получением первого потока (105), обогащенного углеводородами, и второго потока (106), содержащего растворенные в CO2 углеводороды, d) подачу компонентов первого потока (105) на сепарацию во вращающемся газовом потоке в сопле с разделением компонентов на третий поток (107), обедненный компонентами тяжелее метана, и четвертый поток (108), обогащенный этими компонентами, e) нагрев третьего потока (107), f) использование одной части третьего потока (107) в качестве выходного газа (114), g) охлаждение другой части (115) третьего потока (107) и ее смешивание с первым потоком (105) и направление полученной смеси (117) на этап (d), h) подачу второго потока (108) и четвертого потока (108) во вторую ректификационную колонну (12) с выделением пятого потока (109), обогащенного С3+ углеводородами, шестого потока (ПО), обогащенного CO2, и седьмого потока (111), обогащенного метаном, i) смешивание седьмого потока (111) с исходной газовой смесью (101) и направление компонентов на этап (a). Технический результат - снижение потерь целевых компонентов и повышение экономичности способа. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ относится к подготовке углеводородного сырья с газовой фазой к транспорту и может найти применение в нефтегазовой промышленности при эксплуатации разрабатываемых нефтегазовых месторождений. Предложен способ, включающий подачу газа с кустов скважин на сепарацию, трехступенчатую сепарацию с охлаждением газового потока, введение в него растворимого летучего ингибитора гидратообразования метанола, выведение из сепараторов жидкости, разделение ее на углеводородную и водометанольную фазы, подачу жидких углеводородов с первой ступени сепарации на противоточное контактирование с отсепарированным газом на последнюю ступень сепарации, особенность заключается в том, что в поток углеводородного газа при подаче по шлейфу от скважин на сепарацию и до подачи на отдувку первой ступени сепарации вводят углеводородный фракционный состав УФК с потенциалом нерастворимого ингибитора гидратообразования из углеводородных фракций, выкипающих в интервале 23-290°C. Изобретение позволяет повысить эффективность производства на нефтегазовых и газоконденсатных месторождениях при снижении расхода токсичного растворимого ингибитора гидратообразования метанола и прессинга на окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к газоперерабатывающему и газохимическому комплексу, включающему газоперерабатывающий сектор, в котором в качестве сырья звена подготовки сырья 1.1 подается природный углеводородный газ с получением очищенного и осушенного газа и кислого газа, направляемых, соответственно, в звено низкотемпературного фракционирования сырья 1.2 и в звено получения элементарной серы при присутствии сероводорода в исходном сырье 1.5, звена получения товарной метановой фракции (товарного газа) 1.3 подается метановая фракция со звена 1.2 с получением азота, гелиевого концентрата, направляемого на звено получения товарного гелия 1.6, и метановой фракции, звена получения суммы сжиженных углеводородных газов (СУГ) и пентан-гексановой фракции 1.4 подается ШФЛУ со звена 1.2 с получением пропановой, бутановой, изобутановой и пентан-гексановой фракции, пропан-бутана технического и автомобильного, сектор по сжижению природных газов, состоящий из звена сжижения товарной метановой фракции (товарного газа) 1.12, соединяющегося потоком метановой фракции из звена 1.3, и звена сжижения этановой фракции 1.13, соединяющегося потоком этановой фракции из звена 1.2 с получением товарного газа, газохимический сектор, в котором в качестве сырья звена получения этилена 1.7 подается со звена 1.2 этановая фракция с получением этилена и водорода, звена получения пропилена 1.8 подается со звена 1.4 пропановая фракция, звена получения синтез-газа, метанола и высших спиртов, аммиака 1.10 подается со звеньев 1.12, 1.1 и 1.7-1.8, соответственно, товарный газ, кислый газ и водород с получением метанола и аммиака, звена получения полимеров, сополимеров 1.9 подается из звеньев 1.8 и 1.7, соответственно, пропилен и частично этилен с получением полиэтилена, сополимера и полипропилена, звена получения этиленгликолей 1.11 подается со звена 1.7 оставшаяся часть этилена с получением моно-, ди- и триэтиленгликолей, сектор подготовки конденсата, в котором в качестве сырья звена стабилизации конденсата 1.14 подается нестабильный газоконденсат, звена получения моторных топлив 1.15 подается стабильный газоконденсат, пентан-гексановая фракция и водород, соответственно, со звеньев 1.14, 1.4 и 1.7-1.8 с получением высокооктанового автобензина, керосиновой и дизельной фракций, при этом отводимые предельные углеводородные газы со звена 1.15 и газ стабилизации со звена 1.14 направляются в звено 1.1, с учетом того, что перемещение технологических потоков между смежными секторами обеспечивается дополнительными перекачивающими станциями. Предлагаемый комплекс позволяет высокоэффективно перерабатывать природные углеводородные газы одного или нескольких месторождений с выработкой максимально разнообразного ассортимента конечной продукции. 45 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам подготовки попутного нефтяного газа к транспорту и может быть использовано в нефтяной промышленности. Предложен способ, согласно которому попутный нефтяной газ смешивают с газом, содержащим пары тяжелых углеводородов и меркаптанов, сепарируют с получением конденсата, направляемого на стадию подготовки нефти, и компримируют. Кроме того, осуществляют очистку газа от сероводорода с получением кислого газа или серы, очистку от тяжелых углеводородов и меркаптанов с получением газа, содержащего пары тяжелых углеводородов и меркаптанов, и подвергают мягкому паровому риформингу совместно с водой и потоком, содержащим воду. Полученный катализат осушают с получением потока, содержащего воду, и подготовленного газа. При необходимости осуществляют доочистку катализата от примесей, концентрат которых, как и, по меньшей мере, часть газа, содержащего пары тяжелых углеводородов и меркаптанов, используют для собственных нужд. Технический результат - увеличение объемного выхода и повышение качества подготовленного газа, а также исключение образования отходов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам подготовки попутного нефтяного газа и может быть использовано в нефтегазовой промышленности. Станция по варианту 1 состоит из по меньшей мере одноступенчатого компрессора, блоков метанирования, осушки и, возможно, очистки газа. При работе станции попутный нефтяной газ, очищенный от капельной влаги и механических примесей, смешивают с газом регенерации, сжимают и подают на блок метанирования, где в присутствии воды и водного конденсата подвергают мягкому каталитическому паровому риформингу. Полученный катализат осушают с получением сухого отбензиненного газа, конденсата водяного пара и газа регенерации. Станция по варианту 2 дополнительно включает устройство для охлаждения и дефлегмации компрессата и блок очистки от тяжелых углеводородов. При работе станции попутный нефтяной газ, очищенный от капельной влаги и механических примесей, смешивают с газом регенерации и газом, содержащим пары тяжелых углеводородов, сжимают и подвергают охлаждению и дефлегмации с получением стабилизированного конденсата, очищают от тяжелых углеводородов с получением газа, содержащего пары тяжелых углеводородов, и на блоке метанирования в присутствии воды и водного конденсата подвергают мягкому каталитическому паровому риформингу. Полученный катализат осушают с получением сухого отбензиненного газа, конденсата водяного пара и газа регенерации. При необходимости катализат дополнительно очищают, а полученный концентрат примесей используют на собственные нужды. Технический результат - упрощение установки, снижение металлоемкости и энергопотребления, уменьшение количества товарных продуктов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения могут быть использованы в химической и энергетической области, а также в области переработки органических отходов. Устройство для выделения аммиака из ферментационных жидкостей или остатков брожения на установках по производству биогаза включает флэш-испаритель F, соединенный с ферментером (A) или со складом остатков брожения, для подачи субстрата по трубам (1, 2, 3, 4, 5, 6). Выпар из флэш-испарителя F отводится, а горячая жидкая фаза из трубопроводов (7, 8, 9) либо возвращается по трубопроводу (11) в ферментер А или на склад остатков брожения, либо подается по трубопроводу (10) во второй ферментер (I), на склад остатков брожения или в дополнительный резервуар. В трубопроводе (2, 3) от ферментера А предусмотрено отделение С примесей, которое соединено трубопроводами с теплообменником D для жидких составляющих субстрата, с одной стороны, а по трубопроводу (22) со вторым ферментером I для твердых составляющих субстрата, с другой стороны. Изобретения позволяют повысить стабильность эксплуатации, окислительную мощность и выход метана на установке по производству биогаза, а также снизить теплопроизводительность процесса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано при переработке глиноземсодержащего сырья. Способ упаривания алюминатных растворов включает упаривание слабых растворов в две стадии с использованием для нагрева пара и подачу упаренного раствора на выделение карбонатной соды. На упаривание одновременно направляют по схеме противотока два равных по объему потока слабых растворов. При этом упаривание алюминатного раствора на первой стадии осуществляют в 4-5-корпусных выпарных установках до концентрации средних щелоков 240-250 г/л по Na2OКауст. На второй стадии упаривание проводят в 3-4-корпусных выпарных установках до концентрации 310-320 г/л по Na2OКауст и направляют на выделение соды. После этого алюминатный раствор первой стадии смешивают с алюминатным раствором второй стадии. На первой и второй стадиях упаривание алюминатного раствора осуществляют под вакуумом. Изобретение позволяет повысить производительность упаривания за счет снижения зарастания солями греющих поверхностей выпарных установок первой стадии, снизить расход пара. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам подготовки попутного нефтяного газа и может быть использовано в нефтегазовой промышленности. Станция по варианту 1 включает компрессор, блок очистки от сероводорода, блок метанирования, блок осушки. При работе станции попутный нефтяной газ смешивают с газом регенерации, сжимают, очищают от сероводорода с получением кислого газа или серы и подают на блок метанирования, где в присутствии воды и водного конденсата подвергают мягкому каталитическому паровому риформингу. Полученный катализат осушают с получением сухого отбензиненного газа, конденсата водяного пара и газа регенерации. Станция по варианту 2 включает компрессор с устройством для охлаждения и дефлегмации компрессата, блок очистки от сероводорода и меркаптанов, блок очистки от тяжелых углеводородов и меркаптанов, блок метанирования и блок осушки. При работе станции попутный нефтяной газ смешивают с газом регенерации и газом, содержащим пары тяжелых углеводородов и меркаптанов, сжимают, подвергают охлаждению и дефлегмации, выводя при этом стабилизированный углеводородный конденсат, очищают от тяжелых углеводородов и меркаптанов и подают на блок метанирования, где в присутствии воды и водного конденсата подвергают мягкому каталитическому паровому риформингу. Полученный катализат осушают с получением сухого отбензиненного газа, конденсата водяного пара и газа регенерации. При необходимости катализат дополнительно очищают, а полученный концентрат примесей используют на собственные нужды. Технический результат - упрощение установки, снижение металлоемкости и энергопотребления. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к обработке сточных вод с использованием установки, использующей тепловую энергию, получаемую при прямом сжигании углеводородного топлива и/или путем использования тепловой энергии отработавших газов, образующихся при сжигании углеводородов в двигателях. Выпарная установка для концентрирования загрязнений в неочищенной воде содержит выпариватель 110 неочищенной воды, включающий дымоход, подсоединенный к источнику горячего газа; систему распределения неочищенной воды внутри дымохода с увеличением ее площади поверхности; систему управления, включающую по меньшей мере один пункт контроля для мониторинга температуры внутри дымохода и по меньшей мере один насос для регулирования потока неочищенной воды, направляемого в систему распределения неочищенной воды; и систему сбора, подсоединенную к дымоходу для сбора воды с концентрированными загрязнениями из дымохода. Изобретение позволяет сократить количество загрязнений в отработавших газах, которые могут быть выпущены в атмосферу, и сократить общий объем загрязненных сточных вод. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение касается устройства и способа удаления загрязняющих примесей из потока газа. Указанный способ включает: (а) введение потока газа в реакционную камеру газопромывной колонны; (b) окисление первых загрязняющих примесей в жидкой фазе реакционноспособными элементами в сборнике газопромывной колонны, образующими окисляющий раствор; (c) окисление вторых загрязняющих примесей в газовой фазе потока газа над сборником избытком реакционноспособных элементов, высвобождающихся из окисляющего раствора в сборнике; (d) окисление и вымывание третьих загрязняющих примесей в устройстве газожидкостного контакта, расположенном над потоком газа. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх