ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНО-ЦИКЛИЧЕСКИЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2012 года по МПК B01D11/04 

Описание патента на изобретение RU2438751C1

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.

Похожие патенты RU2438751C1

название год авторы номер документа
АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ 2017
  • Костанян Артак Ераносович
  • Марютина Татьяна Анатольевна
  • Мусина Наталья Сергеевна
RU2681627C1
ПУЛЬСАЦИОННО-ЦИКЛИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Костанян Артак Ераносович
  • Вошкин Андрей Алексеевич
  • Холькин Анатолий Иванович
  • Белова Вера Васильевна
RU2403949C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ФАЗОСЕЛЕКТИВНОЙ АДСОРБЦИИ ИЛИ ИОНООБМЕНА КОМПОНЕНТА ИЗ ТЕКУЧЕЙ ДИСПЕРСНОЙ ИЛИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ И СПОСОБ ФАЗОСЕЛЕКТИВНОЙ АДСОРБЦИИ ИЛИ ИОНООБМЕНА КОМПОНЕНТА ИЗ ТЕКУЧЕЙ ДИСПЕРСНОЙ ИЛИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ) 2005
  • Алиев Мурад Ризванович
  • Алиев Ризван Закирович
  • Алиев Амиль Ризванович
RU2298425C2
СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННО-ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ 2006
  • Костанян Артак Ераносович
  • Вошкин Андрей Алексеевич
RU2342971C2
СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1998
  • Морковников В.Е.
  • Рагинский Л.С.
  • Морозов Н.В.
  • Елисеев С.П.
RU2136357C1
Колонный массообменный аппарат 1990
  • Буланов Александр Алексеевич
  • Руденко Леонид Антонович
  • Буланов Алексей Петрович
  • Руденко Антон Леонидович
SU1782642A1
ПУЛЬСАТОР 1993
  • Ефремов Б.А.
  • Шекуров В.Н.
  • Городилов Б.В.
  • Васенев А.Д.
RU2102108C1
СПОСОБ ТВЕРДОФАЗНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Долгоносов А.М.
RU2150107C1
СПОСОБ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ 2006
  • Костанян Артак Ернасович
  • Вошкин Андрей Алексеевич
  • Пятовский Павел Алексеевич
RU2342970C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗОЛИВАНИЯ ПРОИЗВЕДЕННОГО АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ И ЭКСТРАКЦИИ ИЗ НЕГО ОТРАБОТАННОГО ХИМИЧЕСКОГО АКТИВАТОРА 1990
  • Николаев В.Л.
  • Роднянский А.М.
  • Адрианов М.Н.
  • Штабной В.А.
  • Котова Т.М.
RU2039584C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 438 751 C1

Реферат патента 2012 года ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНО-ЦИКЛИЧЕСКИЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

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.

Формула изобретения RU 2 438 751 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2438751C1

СПОСОБ ЭКСТРАКЦИОННО-ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ 2006
  • Костанян Артак Ераносович
  • Вошкин Андрей Алексеевич
RU2342971C2
Центробежный экстрактор 1978
  • Ливсон Леонид Зямович
  • Чернышов Игорь Серафимович
SU741904A1
Способ проведения тепломассообменных, химических и микробиологических процессов 1987
  • Поникаров Иван Ильич
  • Поникаров Сергей Иванович
  • Гасилов Владислав Сергеевич
  • Макарычев Валерий Михайлович
  • Анохин Алексей Петрович
SU1528525A1
Абсорбер горизонтального типа 1980
  • Берлин Меер Абрамович
  • Клюкин Михаил Андреевич
  • Коробко Римма Александровна
  • Антипов Владимир Алексеевич
SU936975A1
Линия стыковки рулонов 1982
  • Бушев Александр Васильевич
  • Седов Вадим Владимирович
  • Белкин Валентин Васильевич
  • Николаев Альберт Владимирович
  • Тумановский Лев Леонидович
  • Паршин Николай Игоревич
SU1148662A1
GB 871539 A, 28.06.1961.

RU 2 438 751 C1

Авторы

Костанян Артак Ераносович

Вошкин Андрей Алексеевич

Холькин Анатолий Иванович

Белова Вера Васильевна

Даты

2012-01-10Публикация

2010-06-17Подача