СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ Российский патент 2007 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к области процессов разделения веществ методами жидкостной экстракции, в частности к способам проведения процессов противоточной экстракции и жидкость жидкостной хроматографии, и может быть использовано в химической, гидрометаллургической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ.

Известны экстракционные способы разделения смеси компонентов путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами, движущимися противоточно в вертикальной колонне. Для интенсификации процесса на жидкие фазы в колонне накладывают низкочастотные колебания с помощью вибрирующих перфорированных дисков или пульсатора (Городецкий И.Я., Васин А.А., Олевский В.М., Лупанов П.А. «Вибрационные массообменные аппараты» / М.: Химия, 1980, 192 с.). Недостатком этих способов является низкая эффективность процесса разделения, соответствующая примерно 10 теоретическим тарелкам.

Известны также отличающиеся высокой эффективностью экстракционно-хроматографические способы разделения смеси компонентов в центробежных устройствах. Смесь компонентов распределяют между двумя жидкими фазами в спиральной трубке или в цепочке камер, закрепленных на валу центрифуги. Смесь подают отдельными порциями вместе с одной из фаз, которая непрерывно прокачивается через другую (неподвижную) фазу, удерживаемую в устройстве с помощью центробежных сил. На выходе из устройства отбирают фракции компонентов (Jean - Michel Menet, Didier Thiebaut Countercurrent Chromatography // Chromatographic science series. Volume 82. 1999. Marcel Dekker, Inc. New York. Basel.). Недостатком этих способов является сложность используемых для их реализации центробежных устройств, связанная с выводом подвижной фазы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ экстракционного разделения смеси компонентов путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами, которым сообщают движение с периодически изменяющейся скоростью в устройстве, содержащем канал, имеющий спиралевидную форму. В качестве канала используют трубку, намотанную на барабан. Канал заполняют неподвижной жидкой фазой (первой фазой), через которую прокачивают подвижную вторую фазу. Для удерживания неподвижной фазы в канале барабану придают сложное вращательное движение с помощью планетарной центрифуги. Барабан с намотанной трубкой вращается вокруг собственной оси и одновременно вокруг центральной оси центрифуги. При этом жидким фазам сообщается движение с периодически изменяющейся скоростью, поскольку при вращении барабана они попадают попеременно то в область, максимально удаленную от центральной оси планетарной центрифуги, где окружная скорость - максимальна, то в область, минимально удаленную от центральной оси, где окружная скорость - минимальна. Смесь компонентов вводят отдельными порциями с подвижной фазой в канал, где в результате многократного распределения и перераспределения компонентов между двумя жидкими фазами происходит их разделение. На выходе подвижной фазы из устройства отбирают обогащенные фракции отдельных компонентов (1. Journal of liquid chromatography & related technologies. Special Issue on CCC 2002: 2^nd International Symposium on Countercurrent Chromatography. 2003. V.26. N.9&10. 2. А.Е.Костанян. Журнал «Химическая технология». 2004. №8. С.39).

Недостатком известного способа, препятствующим его промышленному применению, является его сложность и дороговизна. Хотя при использовании планетарной центрифуги удается решить проблему вывода подвижной фазы из вращающегося устройства, при этом существенно усложняется организация и аппаратурное оформление процесса разделения и растет его стоимость.

Задачей изобретения является упрощение и удешевление способа экстракционного разделения смеси компонентов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе экстракционного разделения смеси компонентов путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами, которым сообщают движение с периодически изменяющейся скоростью в устройстве, содержащем канал, имеющий спиралевидную форму, и при этом одну из фаз удерживают в устройстве, а другую прокачивают через него, фазам сообщают возвратно-поступательное движение в канале.

В одном из предпочтительных вариантов процесс проводят в канале, расположенном на поверхности цилиндра.

В другом предпочтительном варианте исполнения процесс проводят в канале, расположенном на поверхности диска.

Было обнаружено, что условия удерживания одной из фаз при прокачивании через нее второй фазы в канале, имеющем спиралевидную форму, можно создать, сообщая фазам возвратно-поступательное движение в канале. При этом по сравнению с известным способом резко упрощается технологическое оформление способа экстракционного разделения смеси компонентов, и во много раз снижаются расходы на его осуществление.

На фиг.1 - 3 схематично изображены некоторые примеры и технологические варианты предлагаемого способа экстракционного разделения смеси компонентов.

На фиг.1 и 2 представлены варианты реализации способа, когда процесс экстракционного разделения компонентов проводят в спиралевидном канале, расположенном на поверхности цилиндра.

На фиг.3 показан вариант способа экстракционного разделения компонентов в спиралевидном канале, расположенном на поверхности диска.

На фиг.1 изображена технологическая схема способа, когда в качестве канала используют трубку.

На фиг.2 и 3 изображены технологические схемы способа, когда в качестве канала используют ряд последовательно соединенных камер.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Экстракционный процесс разделения компонентов проводят в режиме хроматографии. Спиралевидный канал 1 заполняют неподвижной фазой (это может быть тяжелая фаза - фиг.1, 2, или легкая фаза - фиг.3) и по линии 2 начинают прокачивать через него с постоянной скоростью подвижную фазу. Одновременно с началом подачи подвижной фазы жидкостям в канале по линии 3 сообщают возвратно-поступательное движение с помощью пульсатора 4. Благодаря такому принудительному возвратно-поступательному движению жидких фаз в спиралевидных витках канала создается переменное поле центробежных сил, которое удерживает неподвижную фазу в канале и обеспечивает интенсивное перемешивание и контакт фаз в канале. После установления стационарных гидродинамических условий, характеризуемых постоянством фактора удерживания неподвижной фазы (доли объема канала, занимаемой неподвижной фазой), по линии 5 отдельными порциями подают подлежащую разделению смесь компонентов. Перемещаясь по каналу 1 с потоком подвижной фазы, смесь компонентов многократно перераспределяется между фазами, благодаря чему компоненты с различными коэффициентами распределения движутся с различной скоростью и разделяются на фракции. Обогащенные фракции отдельных компонентов выводят из устройства с подвижной фазой по линии 6 (под устройством здесь и далее подразумевается вся система приспособлений, используемая для осуществления способа).

В показанном на фиг.1 варианте предлагаемого способа в качестве канала используют трубку 1, намотанную на боковую поверхность цилиндра 7. Отметим, что в качестве спиралевидного канала также могут быть использованы закрытые сверху канавки, прорезанные на поверхности цилиндра или диска.

Возвратно-поступательное движение фазам в канале в случае, когда его размещают на боковой поверхности цилиндра (фиг.1 и 2), можно осуществить также путем сообщения с помощью вибропривода возвратно-поступательного движения самому устройству вдоль продольной оси спиралевидного канала.

Как следует из приведенных примеров, организация и аппаратурное оформление предлагаемого способа экстракционного разделения смеси компонентов значительно проще, чем известного способа, осуществляемого с помощью планетарной центрифуги.

Изобретение может быть использовано в химической, гидрометаллургической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ. Разделение смеси компонентов осуществляют за счет распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами, сообщая им возвратно-поступательное движение с помощью пульсатора или вибропривода в устройстве, содержащем канал спиралевидной формы. Канал расположен на поверхности цилиндра или диска. Одну из фаз удерживают в устройстве, а другую прокачивают через него. Изобретение позволяет упростить и удешевить способ экстракционного разделения смеси компонентов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ экстракционного разделения смеси компонентов путем распределения их между легкой и тяжелой жидкими фазами, которым сообщают движение с периодически изменяющейся скоростью в устройстве, содержащем канал, имеющий спиралевидную форму, при этом одну из фаз удерживают в устройстве, а другую прокачивают через него, отличающийся тем, что фазам сообщают возвратно-поступательное движение в канале.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят в канале, расположенном на поверхности цилиндра.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят в канале, расположенном на поверхности диска.