СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК B01D53/00 

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.

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.

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.