МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Российский патент 2010 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к установкам для разделения смесей различных веществ с близкими свойствами ректификацией или химическим обменом и может быть использовано в химической промышленности для получения чистых и особо чистых веществ, в том числе для разделения изотопов.

Широко известны массообменные колонны вертикального типа, массообменная часть которых заполнена высокоэффективной насадкой различных типов. Однако высота производственных помещений с размещенными в них массообменными колоннами, предназначенными для разделения веществ с близкими свойствами, может достигать сотен метров.

Известна массообменная колонна с вращающейся насадкой, представляющей собой насаженные на вал перегородки с прикрепленными к ним с обеих сторон дисками с большими отверстиями в центре. Каждая насаженная на вал перегородка вместе с прикрепленными к ней дисками образует один элемент насадки. Между элементами насадки установлены плотно примыкающие к внутренней поверхности корпуса кольцевые перегородки. Вращающаяся насадка размещена в установленном под углом к горизонту цилиндрическом корпусе, снабженном днищем, крышкой и патрубками для ввода и вывода реагентов (С.И.Бабков, Н.М.Жаворонков Промышленный метод получения концентратов тяжелого изотопа азота. // Химическая промышленность, 1955. Т.7. С.388) (прототип).

Недостатками прототипа являются:

- ограниченный линейный размер как следствие прогиба вала;

- сложное исполнение внутреннего устройства;

- малая площадь контакта фаз;

- смешение концентраций, вызванное тем, что в находящейся на диске пленке жидкости, контактирующей с проходящим между дисками газом, происходит изменение концентраций компонентов, которое частично нивелируется при обновлении жидкой пленки в стекающей по дну кожуха жидкости.

Задачей изобретения является:

- увеличение поверхности контакта фаз;

- уменьшение эффекта смешения концентраций компонентов;

- упрощение конструктивного исполнения массообменной части;

- исключение влияния прогиба вала на ограничение линейного размера массообменной части.

Поставленная задача решается тем, что в массообменной колонне, содержащей установленный под углом к горизонту цилиндрический корпус, снабженный торцевыми крышками, патрубками для ввода и вывода реагентов с размещенной внутри корпуса вращающейся насадкой, вращающаяся насадка выполнена из цилиндрических перфорированных кассет, содержащих насыпной наполнитель, внешняя поверхность которых имеет спиралевидную канавку, выполненную с шагом, меньшим размера элемента насыпного наполнителя, в которой размещена проволока, концевые участки кассет снабжены сепараторами с элементами качения, а торцевые - элементами взаимной фиксации. Концевые участки снабжены кольцевыми перегородками, а элементы взаимной фиксации кассет выполнены в виде кулачковых полумуфт.

На фиг.1 представлено схематичное изображение продольного разреза массообменной колонны, на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1 - цилиндрическая перфорированная кассета.

Массообменная колонна содержит корпус 1, торцевые крышки 2, вращающуюся насадку 3, приводимую в движение приводом (не показан). Вращающаяся насадка 3 выполнена из цилиндрических перфорированных кассет 4, содержащих насыпной наполнитель 5, например, спирально-призматическую насадку. С торцов кассеты оснащены сеткой 6, а на внешней поверхности кассет выполнена спиралевидная канавка с шагом, меньшим, чем размер элемента насыпного наполнителя, в которую уложена проволока 7. На концах кассет расположены сепараторы с элементами качения 8, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса 1, и кольцевые перегородки 9, скользящие по внутренней поверхности корпуса 1, перекрывающие зазор между корпусом колонны и кассетами и, таким образом, исключающие проход компонентов массообмена, минуя насадку. Торцевые участки кассет снабжены элементами взаимной фиксации, выполненными в виде кулачковых полумуфт 10.

Торцевые крышки снабжены патрубками для ввода и вывода газа 11 и 12 и жидкости 13 и 14.

Между кольцевыми перегородками 9 смежных кассет образуются полости 15, свободные от насыпного наполнителя 5.

Перфорация цилиндрических перфорированных кассет 4 выполнена в виде продольных пазов 16.

Колонна работает следующим образом.

Насадка 3 при помощи привода приводится в движение.

Жидкая компонента, например комплекс анизола с трифторидом бора, содержащим изотопы бора ¹⁰B и ¹¹B, поступает в патрубок 13 и по донной части корпуса движется к патрубку 14, создавая на кольцевых перегородках 9 ванны жидкости 17. Продольные пазы 16, при вращении насадки, погружаются в ванны с комплексом, захватывают его и увлекают наверх, откуда комплекс через насадку стекает вниз, совершая, таким образом, спиралевидное поступательное движение к патрубку 14. Проволока 7 также захватывает комплекс и выполняет ту же работу, что и продольные пазы 16.

Газовая компонента, например трифторид бора, содержащий изотопы ¹⁰B и ¹¹B, поступает в патрубок 11, захватывается вращающейся насадкой 3 и движется к патрубку 12 навстречу жидкости, совершая спиралеобразное движение по насадочной части колонны.

Комплекс трифторида бора (жидкая компонента) вступает в реакцию химического изотопного обмена с трифторидом бора (газовая компонента), в результате которой жидкая компонента обогащается, а газовая компонента обедняется изотопом ¹⁰B. В полостях 15 происходит усреднение концентрации потока газа после прохождения им каждой цилиндрической перфорированной кассеты с насыпным наполнителем.

Указанное движение жидкой и газовой компонент обеспечивает эффективное смачивание массообменной части колонны, развитие поверхности контакта фаз и уменьшение эффекта смешения концентраций разделяемых компонентов (изотопов бора ¹⁰B и ¹¹B) вдоль массообменной части.

Использование заявленного изобретения обеспечивает:

- увеличение времени и поверхности контакта фаз;

- уменьшение эффекта смешения концентраций разделяемых компонентов;

- упрощение конструктивного исполнения массообменной части;

- исключение влияния прогиба вала за счет его замены набором шарнирно соединенных друг с другом кассет.

В своей совокупности указанные признаки обеспечивают увеличение эффективности массообмена и, как следствие, повышение разделительной способности колонны.

Изобретение относится к установкам для разделения смесей различных веществ с близкими свойствами ректификацией или химическим обменом и может быть использовано в химической промышленности для получения чистых и особо чистых веществ, в том числе для разделения изотопов. Массообменная колонна содержит установленный под углом к горизонту цилиндрический корпус, снабженный торцевыми крышками, патрубками для ввода и вывода реагентов и размещенной внутри корпуса вращающейся насадкой. Вращающаяся насадка выполнена из цилиндрических перфорированных кассет, содержащих насыпной наполнитель. Внешняя поверхность кассет имеет спиралевидную канавку, выполненную с шагом, меньшим размера элемента насыпного наполнителя, в которой размещена проволока. Концевые участки кассет снабжены сепараторами с элементами качения, а торцевые - элементами взаимной фиксации. Концевые участки снабжены кольцевыми перегородками, а элементы взаимной фиксации кассет выполнены в виде кулачковых полумуфт. Изобретение обеспечивает увеличение поверхности контакта фаз, уменьшение эффекта смешения концентраций разделяемых компонентов, упрощение конструктивного исполнения массообменной части, исключение влияния прогиба вала за счет его замены набором шарнирно соединенных друг с другом кассет. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Массообменная колонна, содержащая установленный под углом к горизонту цилиндрический корпус, снабженный торцевыми крышками, патрубками для ввода и вывода реагентов с размещенной внутри корпуса вращающейся насадкой, отличающаяся тем, что вращающаяся насадка выполнена из цилиндрических перфорированных кассет, содержащих насыпной наполнитель, внешняя поверхность которых имеет спиралевидную канавку, выполненную с шагом меньшим размера элемента насыпного наполнителя, в которой размещена проволока, концевые участки кассет снабжены сепараторами с элементами качения, а торцевые - элементами взаимной фиксации.

2. Массообменная колонна по п.1, отличающаяся тем, что концевые участки кассет снабжены кольцевыми перегородками.

3. Массообменная колонна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что элементы взаимной фиксации кассет выполнены в виде кулачковых полумуфт.