УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССОПЕРЕДАЧИ В СИСТЕМЕ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2021 года по МПК B01D11/04 B01D63/02 B01J4/00 B01J19/24 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Химические процессы часто требуют операций нескольких устройств для получения потока конкретного продукта. Операция конкретного устройства может представлять собой операцию контактного взаимодействия между двумя жидкостями, при которой две жидкости приводят в непосредственное соприкосновение для осуществления переноса масс между указанными жидкостями, реакции между компонентами в жидкостях или и того, и другого. Контактное взаимодействие между двумя жидкостями может быть выгодным в химических реакциях некоторых типов, в которых один реагент растворим в первой жидкости, но не растворим во второй жидкости. Примером такой реакции может быть та, в которой первый реагент присутствует в полярном растворителе, таком как вода, второй реагент присутствует в неполярном растворителе, таком как углеводород, а вода не способна смешиваться с углеводородом. Контактное взаимодействие между двумя жидкостями может иметь другие применения, такие как экстракция жидкости жидкостью, при которой соединение, присутствующее в первой жидкости, экстрагируют во вторую жидкость путем массопередачи через границу раздела между двумя жидкостями.

Особая проблема контактного взаимодействия между двумя жидкостями может заключаться в обеспечении надлежащей площади соприкосновения между двумя жидкостями таким образом, чтобы массопередача или реакции могли происходить в заметной степени и экономически целесообразным образом. В целом, операции контактного взаимодействия между двумя жидкостями можно выполнять с несмешивающимися жидкостями, такими как, например, водная жидкость и органическая жидкость. Использование двух несмешивающихся жидкостей может позволить легко разделить жидкости после завершения контактного взаимодействия между двумя жидкостями. Однако, когда операцию контактного взаимодействия между двумя жидкостями выполняют с несмешивающимися жидкостями, разделение фаз может произойти до того, как будет достигнуто надлежащее соприкосновение между жидкостями.

Были разработаны несколько емкостей и технологий контактного взаимодействия между двумя жидкостями, увеличивающих площадь соприкосновения между жидкостями в процессе контактного взаимодействия между двумя жидкостями, в том числе, но без ограничения, аппараты для контактирования жидкостей волоконно-пучкового типа. Аппарат для контактирования жидкостей волоконно-пучкового типа в целом может содержать один или большее количество пучков волокон, подвешенных внутри оболочки, и два или большее количество впускных патрубков, через которые две указанные жидкости можно вводить в оболочку. Пучок волокон может способствовать контактному взаимодействию между двумя жидкостями, позволяя первой жидкости протекать вдоль отдельных волокон пучка волокон, а второй жидкости протекать между отдельными волокнами, тем самым увеличивая эффективную площадь соприкосновения между жидкостями. Две жидкости могут протекать от впускного участка оболочки к выпускному участку оболочки, сохраняя при этом непосредственное соприкосновение таким образом, что между двумя жидкостями может поддерживаться реакция, массопередача или и то, и другое.

Могут возникать проблемы с проектированием и эксплуатацией аппаратов для контактирования жидкостей волоконно-пучкового типа по причине «входных эффектов», когда две жидкости впервые вступают в соприкосновение. Степень, в которой две жидкости смешиваются или соприкасаются до того, как они достигнут пучка волокон, может определять эффективность операции контактного взаимодействия между двумя жидкостями, необходимую длину волокна, перепад давления, материальные затраты и другие факторы, очевидные для специалиста в данной области техники. Кроме того, по мере протекания двух жидкостей через пучок волокон при вертикальной ориентации может начаться разделение фаз таким образом, что относительно более тяжелая или более плотная жидкость может начать мигрировать к центру пучка волокон, в то время как относительно более легкая или менее плотная жидкость может начать мигрировать к внешней стороне пучка волокон. Преждевременное разделение фаз может быть следствием ненадлежащего распределения двух жидкостей перед поступлением в пучок волокон.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В варианте реализации изобретения волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей может содержать емкость, содержащую: первый впускной патрубок; второй впускной патрубок; зону смешивания, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка, причем зона смешивания содержит индуктор (элемент смешения и распределения жидкости), имеющий гидравлическое сообщение с впускным патрубком для второй жидкости; и зону экстракции, содержащую пучок волокон, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания. В другом варианте реализации изобретения волоконно-пучковый аппарат для пленочного контактирования жидкостей может содержать: емкость, содержащую: первый впускной патрубок; второй впускной патрубок; зону смешивания, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка, причем зона смешивания содержит спиральный распределитель, имеющий гидравлическое сообщение с впускным патрубком для второй жидкости; и зону экстракции, содержащую пучок волокон, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания. В другом варианте реализации изобретения волоконно-пучковый аппарат для пленочного контактирования жидкостей может содержать: емкость, содержащую: первый впускной патрубок; второй впускной патрубок; зону смешивания, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка, причем зона смешивания содержит узел перфорированной пластины, содержащий пластину, совокупность отверстий в пластине и совокупность трубок, отходящих от пластины и выполненных с возможностью обеспечения потока жидкости через дополнительные отверстия в пластине; и зону экстракции, содержащую пучок волокон, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Данные графические материалы иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов реализации данного изобретения, и их не следует использовать для ограничения или определения данного изобретения.

Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость.

Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему индуктора.

Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость, содержащего индуктор.

Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость со спиральным распределителем, расположенным внутри зоны смешивания.

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость с распределителем с отводами, расположенным внутри зоны смешивания.

Фиг. 6а представляет собой принципиальную схему устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость, содержащего узел перфорированной пластины, расположенный в зоне смешивания.

Фиг. 6b представляет собой вид сверху узла перфорированной пластины.

Фиг. 6с представляет собой вид сбоку узла перфорированной пластины.

Фиг. 7 представляет собой принципиальную схему устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость, содержащего узел перфорированной пластины, расположенный в зоне смешивания с распределителем.

Фиг. 8 представляет собой принципиальную схему устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость, содержащего узел перфорированной пластины, расположенный в зоне смешивания с распределителем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение может относиться к устройствам для массопередачи в системе жидкость-жидкость, и в некоторых вариантах реализации изобретения к устройствам для массопередачи в системе жидкость-жидкость, содержащим конфигурации впускных элементов, которые могут уменьшать входные эффекты и способствовать распределению жидкостей. В некоторых вариантах реализации изобретения устройства для массопередачи в системе жидкость-жидкость могут содержать устройство для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа. Устройство для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа может обеспечивать недисперсионное соприкосновение фаз между жидкостями, которое может иметь определенные преимущества по сравнению с дисперсионными смесительными устройствами для массопередачи.

Фиг. 1 иллюстрирует в схематической форме вариант реализации устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа. Устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа может содержать емкость 106, которая может вмещать или другим способом поддерживать оборудование и детали, необходимые для контактного взаимодействия между двумя жидкостями. Как проиллюстрировано, емкость 106 может содержать две половины 107а, 107b, соединенные фланцем 114, который может образовывать точку крепления, фиксирующую две половины 107а, 107b емкости 106 вместе. В альтернативном варианте емкость 106 может содержать единственную непрерывную емкость (не показана) без фланца 114 или может содержать совокупность элементов (не показаны), соединенных фланцами или другим способом скрепленных друг с другом. Как проиллюстрировано, устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа ориентировано в вертикальном направлении. Специалист в данной области техники поймет, что устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа может быть ориентировано в любом направлении, таком как, например, горизонтальное, вертикальное или под любым углом между ними. Емкость 106 может содержать различные впускные патрубки, выполненные с возможностью обеспечивать поступление жидкостей в емкость 106. Например, емкость 106 может содержать первый впускной патрубок 110 и второй впускной патрубок 112. Хотя проиллюстрированы только два впускных патрубка, специалист в данной области техники поймет, что можно использовать любое количество впускных патрубков для конкретного применения. Емкость 106 может дополнительно содержать зону 102 смешивания и зону 104 экстракции. Зона 102 смешивания может содержать различные элементы, которые будут подробно описаны ниже, которые могут способствовать смешиванию и распределению жидкостей перед поступлением жидкостей в зону 104 экстракции. Зона 104 экстракции может содержать различные элементы, которые могут способствовать контактному взаимодействию между двумя жидкостями для осуществления массопередачи, химических реакций или того и другого.

В некоторых вариантах реализации изобретения зона 104 экстракции может содержать один или большее количество пучков 108 волокон. Хотя проиллюстрирован только один пучок 108 волокон, специалист в данной области техники поймет, что может присутствовать любое количество пучков волокон. Кроме того, без ограничения пучки волокон могут быть расположены последовательно, параллельно, последовательно и параллельно или в любой другой конфигурации. Пучок 108 волокон может содержать продолговатые волокна, которые проходят от зоны 102 смешивания или ниже ее через зону 104 экстракции. Пучок 108 волокон может способствовать контактному взаимодействию между жидкостями, вводимыми в емкость 106, позволяя первой жидкости протекать вдоль отдельных волокон пучка 108 волокон, а второй жидкости протекать между отдельными волокнами. В некоторых вариантах реализации изобретения волокна пучка 108 волокон могут быть металлическими или неметаллическими. Для пучка 108 волокон можно использовать любые подходящие волокна, в том числе, но без ограничения, стеклянные, стекловолоконные, вискозные, нейлоновые, полиэфирные, полиолефиновые, политетрафторэтиленовые, стальные, алюминиевые, вольфрамовые, никелевые и их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения пучок волокон может содержать металлические волокна.

Каждый из вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе, в целом может работать по одинаковым физическим принципам. Две несмешиваемые жидкости могут по отдельности поступать в емкость 106 через первый впускной патрубок 110 и второй впускной патрубок 112 и протекать через зону 102 смешивания и зону 104 экстракции. В некоторых вариантах реализации изобретения первая жидкость, поступающая через первый впускной патрубок 110, может быть относительно легкой или менее плотной, чем вторая жидкость, поступающая через второй впускной патрубок 112. Элементы, присутствующие в зоне 102 смешивания, могут способствовать смешиванию двух несмешиваемых жидкостей перед протеканием указанных жидкостей в зону 104 экстракции. Как будет понятно специалисту в данной области техники, смешивание двух жидкостей может увеличивать эффективную площадь поверхности зоны 104 экстракции, что в свою очередь может сократить необходимую длину зоны 104 экстракции, уменьшить перепад давления на противоположных концах устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость, уменьшить материальные затраты, уменьшить эксплуатационные затраты и предоставить другие преимущества, вполне очевидные для специалиста в данной области техники.

Устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа можно использовать для осуществления массопередачи между любыми жидкостями, которые требуют массопередачи. В некоторых вариантах реализации изобретения устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа можно использовать, например, в процессах каустической обработки, аминовой обработки или кислотной обработки. Хотя в данном документе будут описаны только несколько избранных процессов и жидкостей, для специалиста в данной области техники будет вполне очевидно, что могут существовать другие потенциальные применения устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа, которые не описаны. Специалист в данной области техники, пользуясь преимуществами данного изобретения, должен быть в состоянии адаптировать устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа для любого количества применений, явно не перечисленных в данном документе.

В варианте реализации изобретения устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа можно использовать для применения в каустической обработке, при этом углеводородный исходный материал и каустический исходный материал вводят в устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа. Углеводородный исходный материал и каустический исходный материал могут вступать в контактное взаимодействие таким образом, что примеси в углеводородном исходном материале реагируют с каустическим исходным материалом, уменьшая количество примесей в углеводородном исходном материале. Некоторые распространенные примеси, которые можно удалить, могут включать диоксид углерода, органические кислоты, такие как карбоновые кислоты, меркаптаны, также известные как тиолы, а также сероводород, карбон ил сульфид и другие распространенные сернистые примеси, присутствующие в потоках углеводородов. Каустический исходный материал может содержать воду и каустический агент, такой как гидроксид натрия, гидроксид калия или другие соединения, которые выделяют гидроксидный ион при добавлении в воду. Процесс каустической обработки может быть подходящим для обработки любых углеводородных исходных материалов, в том числе, но без ограничения, углеводородов, таких как, например, алканы, алкены, алкины и ароматические соединения. Углеводороды могут содержать углеводороды любой длины цепи, например, от около С₃ до около С₃₀ или более, и могут содержать любое количество разветвлений. Некоторые типовые углеводородные исходные материалы могут включать, но без ограничения, сырую нефть, пропан, сжиженный природный газ, бутан, легкую нафту, изомеризат, тяжелую нафту, риформат, реактивное топливо, керосин, дизельное топливо, дистиллят после гидроочистки, тяжелый вакуумный газойль, легкий вакуумный газойль, газойль, коксовый газойль, алкилаты, мазут, легкие рецикловые газойли и их комбинации.

Другим применением устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа может быть применение в аминовой обработке, при этом углеводородный исходный материал и аминовый исходный материал вводят в устройство 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа. Углеводородный исходный материал и аминовый исходный материал могут вступать в контактное взаимодействие таким образом, что примеси в углеводородном исходном материале реагируют с аминовым исходным материалом, уменьшая количество примесей в углеводородном исходном материале. Аминовую обработку можно использовать для удаления загрязняющих веществ, которые вступают в реакцию с амином, таких как, например, сероводород и диоксид углерода. Углеводородный исходный материал может представлять собой любой углеводородный исходный материал, описанный выше. В аминовом применении аминовый исходный материал может содержать, например, воду и амин, такой как диэтаноламин, моноэтаноламин, метилдиэтаноламин, диизопропаноламин, аминоэтоксиэтанол и дигликольамин.

Фиг. 2 иллюстрирует вариант реализации индуктора 200, который может быть расположен в зоне 102 смешивания. Индуктор 200 может содержать муфту 202, которая может иметь гидравлическое сообщение с впускным патрубком 112 (например, проиллюстрированным на Фиг. 1). Муфта 202 может представлять собой муфту любого типа, в том числе, но без ограничения, с винтовой резьбой, со вставным соединением, с фланцевым соединением или муфту любого другого типа, соединяющую индуктор 200 с впускным патрубком 112. Индуктор 200 может содержать первый сужающий переходник 204, содержащий корпус 206 сужающего переходника и конус 205 сужающего переходника. Первый сужающий переходник 204 может быть соединен с муфтой 202 корпусом 206 сужающего переходника. Внутри муфты 202 и корпуса 206 сужающего переходника может быть образован канал 210 для потока, позволяющий жидкости протекать от впускного патрубка 112 через канал 210 для потока в конус 205 сужающего переходника. Конус 205 сужающего переходника может увеличивать скорость жидкости из канала 210 для потока и вытеснять жидкость в индукционную зону 208, тем самым вызывая уменьшение давления в индукционной зоне 208. Как проиллюстрировано, конус 205 сужающего переходника может иметь уменьшенное поперечное сечение для потока жидкости при прохождении жидкости через конус 205 сужающего переходника от корпуса 206 сужающего переходника к индукционной зоне 208. После этого жидкость в индукционной зоне 208 может протекать во второй конус 212 сужающего переходника. Второй конус 212 сужающего переходника может быть соединен, например, с корпусом 206 сужающего переходника узлом 214 крепления. Как будет описано более подробно ниже, низкое давление, создаваемое первой жидкостью, протекающей в индукционную зону 208 из конуса 205 сужающего переходника, может засасывать вторую жидкость, присутствующую в емкости 102 (например, проиллюстрированной на Фиг. 1), во второй конус 212 сужающего переходника. Второй конус 212 сужающего переходника может содержать любой угол конуса, подходящий для конкретного применения. Например, второй конус 212 сужающего переходника может содержать угол конуса от около 10° до около 40°.

Фиг. 3 иллюстрирует в схематической форме вариант реализации устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа с индуктором 200, расположенным в зоне 102 смешивания. Первая жидкость и вторая жидкость могут поступать в емкость 106 через первый впускной патрубок 110 и второй впускной патрубок 112 соответственно. Как проиллюстрировано, индуктор 200 может быть соединен с вторым впускным патрубком 112. Первая жидкость, поступающая через впускной патрубок 110, может содержать, например, относительно более легкую или менее плотную жидкость. Вторая жидкость, поступающая через второй впускной патрубок 112, может содержать относительно более тяжелую или более плотную жидкость. Когда вторая жидкость протекает через индуктор 200, первая жидкость, присутствующая в емкости 106, может всасываться в зону низкого давления (например, индукционную зону 208), создаваемую индуктором 200, и тем самым смешивать и вытеснять первую и вторую жидкости вместе в зону 104 экстракции через второй конус 214 сужающего переходника. Смешанные первая и вторая жидкости могут соприкасаться с пучком 108 волокон, который может способствовать контактному взаимодействию между двумя жидкостями, как описано ранее.

Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе варианта реализации емкости 106 со спиральным распределителем 400, расположенным внутри зоны 102 смешивания. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения спиральный распределитель 400 может содержать полую трубку 401, свернутую в непрерывную и постепенно сужающуюся кривую вокруг центральной точки. Спиральный распределитель 400 может содержать совокупность расположенных на расстоянии друг от друга отверстий 402 в полой трубке 401, позволяющих жидкости в полом внутреннем пространстве спирального распределителя 400 протекать в зону 102 смешивания. Канал 408 для потока, образованный полым внутренним пространством полой трубки 401, может гидравлически связывать впускной патрубок 112 с отверстиями 402. Жидкость из впускного патрубка 112 может протекать через канал 408 для потока к каждому из совокупности отверстий 402, пока жидкость не достигнет концевой пробки 404. Концевая пробка 404 может герметизировать конец спирального распределителя 400 таким образом, что жидкость в канале 408 для потока может выходить из спирального распределителя 400 только через отверстия 402. В некоторых вариантах реализации изобретения жидкость, проходящая через канал 408 для потока, может выходить из спирального распределителя 400 через отверстия 402 в зону 102 смешивания. В другом варианте реализации изобретения совокупность индукторов 200 (например, проиллюстрированных на Фиг. 2) могут быть по отдельности соединены или связаны с отверстиями 402. В варианте реализации изобретения, в котором присутствуют индукторы 200, жидкость, проходящая через канал 408 для потока, может вытекать из отверстий 402 и через индуктор 200. Индуктор 200 может быть соединен или другим способом связан с отверстиями 402 любыми средствами, в том числе, например, винтовой резьбой, вставным соединением или фланцевым соединением. В некоторых вариантах реализации изобретения индуктор 200 может присутствовать во всех отверстиях 402 или в альтернативном варианте только в некоторых из отверстий 402.

Теперь обратимся к Фиг. 1 и Фиг. 4, согласно которым в варианте реализации изобретения спиральный распределитель 400 может быть расположен внутри зоны 102 смешивания емкости 106 и иметь гидравлическое сообщение с впускным патрубком 112. Как описано ранее, первая жидкость и вторая жидкость могут поступать в емкость 106 через первый впускной патрубок 110 и второй впускной патрубок 112 соответственно. Первая жидкость, поступающая через впускной патрубок 110, может содержать, например, относительно более легкую или менее плотную жидкость. Вторая жидкость, поступающая через второй впускной патрубок 112, может содержать относительно более тяжелую или более плотную жидкость. Когда вторая жидкость протекает через спиральный распределитель 400, вторая жидкость может вытесняться и рассеиваться в зону смешивания 102. Первая жидкость, присутствующая в емкости 106, поступающая через впускной патрубок 110, может смешиваться с рассеиваемой второй жидкостью в зоне 102 смешивания, и смешанные первая и вторая жидкости могут протекать в зону 104 экстракции. Смешанные первая и вторая жидкости могут соприкасаться с пучком 108 волокон, который может способствовать контактному взаимодействию между смешанными жидкостями таким образом, что может происходить массопередача, химические реакции или и то, и другое.

Теперь обратимся к Фиг. 1,2, и 4, согласно которым в альтернативном варианте реализации изобретения спиральный распределитель 400 может содержать индукторы 200, расположенные по меньшей мере в некоторых из отверстий 402 спирального распределителя 400, как описано ранее. В таком варианте реализации изобретения вторая жидкость может протекать через спиральный распределитель 400 и вытесняться через индукторы 200, расположенные по меньшей мере в некоторых из отверстий 402 спирального распределителя 400. Первая жидкость, присутствующая в емкости 106, поступающая через впускной патрубок 110, может всасываться в зону низкого давления (например, индукционную зону 208), создаваемую индуктором 200, тем самым смешивая первую и вторую жидкости и вытесняя смешанные жидкости в зону 104 экстракции посредством второго индукционного конуса 212. Смешанные первая и вторая жидкости могут соприкасаться с пучком 108 волокон, который может способствовать контактному взаимодействию между смешанными жидкостями таким образом, что может происходить массопередача, химические реакции или и то, и другое.

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе варианта реализации емкости 106 с распределителем 500 с отводами, расположенным внутри зоны 102 смешивания. Распределитель 500 с отводами может содержать совокупность кронштейнов 502 распределителя, отходящих в осевом направлении от центральной трубки 504. Распределитель 500 с отводами может содержать любое количество кронштейнов 502 распределителя, в зависимости, например, от необходимой скорости потока жидкости, среди прочих факторов. Каждый кронштейн 502 распределителя может содержать совокупность отверстий 506, позволяющих жидкости в полом внутреннем пространстве распределителя 500 с отводами протекать в зону 102 смешивания. Канал 508 для потока, образованный полым внутренним пространством распределителя 500 с отводами, может гидравлически связывать впускной патрубок 112 с отверстиями 502. В некоторых вариантах реализации изобретения жидкость из впускного патрубка 112 может протекать через канал 508 для потока в каждый кронштейн 502 распределителя и через каждое из совокупности отверстий 506, пока жидкость не достигнет концевой пробки 510. Концевая пробка 510 может герметизировать концы каждого кронштейна 502 распределителя таким образом, что жидкость в канале 508 для потока может выходить только через отверстия 506. В некоторых вариантах реализации изобретения каждое из совокупности отверстий 506 может содержать индуктор 200 (например, проиллюстрированный на Фиг. 2), соединенный или связанный с отверстиями 506. В варианте реализации изобретения, в котором присутствуют индукторы 200, жидкость, проходящая через канал 508 для потока, может вытекать из отверстий 506 и через индуктор 200, расположенный на выходе из отверстий 506. Индуктор 200 может быть соединен или другим способом связан с отверстиями 506 любыми средствами, в том числе, например, винтовой резьбой, вставным соединением, фланцевым соединением. В некоторых вариантах реализации изобретения индуктор 200 может присутствовать во всех отверстиях 508 или в альтернативном варианте только в некоторых из отверстий 402.

Теперь обратимся к Фиг. 1, 2 и 5, согласно которым в варианте реализации изобретения распределитель 500 с отводами может быть расположен внутри зоны 102 смешивания емкости 106 и иметь гидравлическое сообщение с впускным патрубком 112. Как описано ранее, первая жидкость и вторая жидкость могут поступать в емкость 106 через первый впускной патрубок 110 и второй впускной патрубок 112 соответственно. Первая жидкость, поступающая через впускной патрубок 110, может содержать, например, относительно более легкую или менее плотную жидкость. Вторая жидкость, поступающая через второй впускной патрубок 112, может содержать относительно более тяжелую или более плотную жидкость. В некоторых вариантах реализации изобретения, когда вторая жидкость протекает через распределитель 500 с отводами, вторая жидкость может вытесняться через индукторы 200, расположенные по меньшей мере в некоторых из отверстий 506 распределителя 500 с отводами. Первая жидкость, присутствующая в емкости 106, поступающая через впускной патрубок 110, может всасываться в зону низкого давления (например, индукционную зону 508), создаваемую индуктором 200, тем самым смешивая первую и вторую жидкости и вытесняя смешанные жидкости в зону 104 экстракции посредством второго индукционного конуса 212. Смешанные первая и вторая жидкости могут соприкасаться с пучком 108 волокон, который может способствовать контактному взаимодействию между смешанными жидкостями таким образом, что может происходить массопередача, химические реакции или и то, и другое.

Фиг. 6а иллюстрирует в схематической форме вариант реализации устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа, в котором узел 602 перфорированной пластины, содержащий совокупность трубок 604, расположен внутри зоны 102 смешивания. Трубки 603 можно охарактеризовать как вертикальную трубу, отходящую по направлению вверх от перфорированной пластины. В некоторых вариантах реализации изобретения указанная вертикальная труба может проходить через перфорированную пластину и в зону 104 экстракции. Узел 602 перфорированной пластины может позволять слою 606 первой жидкости и слою 608 второй жидкости соприкасаться перед протеканием в зону 104 экстракции, содержащую пучок 108 волокон. Первый впускной патрубок 110 и второй впускной патрубок 112 могут пропускать первую жидкость и вторую жидкость соответственно в емкость 106, при этом первая и вторая жидкость может протекать через емкость 106 к узлу 602 перфорированной пластины, образуя слой 606 первой жидкости и слой 608 второй жидкости. Как описано ранее, первая жидкость может быть относительно более легкой или менее плотной из двух жидкостей, так что первая жидкость образует слой 606 первой жидкости, который плавает поверх второй жидкости, образующей слой 608 второй жидкости. Как будет описано более подробно ниже, слой первой жидкости может переливаться через трубки 604 в зону 104 экстракции, а слой 608 второй жидкости может протекать через перфорационные отверстия (не проиллюстрированы) в зону 104 экстракция. В некоторых вариантах реализации изобретения впускной патрубок 112 может содержать индуктор 200, как проиллюстрировано на Фиг. 3. Пучок 108 волокон может быть закреплен на держателе 650 волокон ниже трубок 604. Держатель 650 волокон может быть расположен на расстоянии от узла 602 перфорированной пластины и может содержать любые средства поддержки волокон, такие как металлические стержни, пластины и другие механические механизмы.

Фиг. 6b иллюстрирует вид сверху варианта реализации узла 602 перфорированной пластины. Узел 602 перфорированной пластины может содержать пластину 603, совокупность трубок 604, как описано выше, а также совокупность отверстий 610. В некоторых вариантах реализации изобретения трубки 604 могут отходить от пластины 603, например, в осевом направлении от пластины 603, как показано на Фиг. 6b. Как проиллюстрировано, совокупность отверстий 610 может быть выполнена в пластине 603. Совокупность отверстий 610 может позволять слою 608 второй жидкости (проиллюстрирован на Фиг. 6а) протекать в зону 108 экстракции. Любое количество и комбинация отверстий и сливных трубок могут быть расположены в узле 602 перфорированной пластины. Например, узел 602 пластины может содержать по меньшей мере одно отверстие 610 и по меньшей мере одну сливную трубку 604. Количество отверстий 610 и сливных трубок 604 может изменяться в зависимости от многих факторов, в том числе, но без ограничения, необходимых скоростей потока, размера отверстий, отношений скорости потока первой жидкости к скорости потока второй жидкости и других факторов, вполне очевидных для специалиста в данной области техники. Количество отверстий и сливных трубок может изменяться от 1 до около 100 в зависимости от указанных выше требований. В альтернативном варианте количество отверстий и сливных трубок может изменяться от 1 до около 25, от 1 до около 50, от 1 до около 75 или от 1 до около 100. В вариантах реализации изобретения расположение отверстий может следовать шаблону или быть случайным. В некоторых вариантах реализации изобретения отверстия 610 и трубки 604 могут образовывать ряды концентрических кругов, в которых за первым кольцом отверстий 610 или трубок 604 следует второе кольцо отверстий 610 или трубок 604, и так далее. В альтернативном варианте отверстия 610 и трубки 604 могут быть расположены, например, в сетчатой форме. В некоторых вариантах реализации изобретения отверстия 610 и трубки 604 могут не иметь шаблона и могут быть расположены в случайном порядке в узле 602 пластины.

Фиг. 6 с иллюстрирует вид сбоку варианта реализации части узла 602 перфорированной пластины. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения узел 602 перфорированной пластины содержит отверстия 610 и сливную трубку 604. Сливная трубка 604 может в качестве варианта содержать колпак 614, расположенный сверху сливной трубки 604. Колпак 614 может содержать верхушку 616 и отверстия 612 по размеру колпака 614 таким образом, что можно установить гидравлическое сообщение пространства за пределами колпака 614 с внутренним пространством сливной трубки 604. Колпак 614 может содержать любое количество отверстий 612. Конкретное количество отверстий в варианте реализации колпака 614 может зависеть от многих факторов, в том числе, но без ограничения, необходимой скорости потока жидкости через отверстия 612. В некоторых вариантах реализации изобретения колпак 614 может содержать от 1 до около 10 отверстий. Колпак 614 может быть соединен со сливной трубкой 604 любыми подходящими средствами, например, с помощью, резьбы, сварки, фиксаторов, вставного соединения и других, вполне очевидных для специалиста в данной области техники. Кроме того, узел 602 перфорированной пластины может содержать отверстия 618, над которыми может быть расположена сливная трубка 604. Как проиллюстрировано, сливная трубка 604 расположена сверху узла 602 перфорированной пластины. Однако, в некоторых вариантах реализации изобретения сливная трубка 604 может проходить через узел 602 перфорированной пластины. Сливная трубка 604 может быть соединена с узлом перфорированной пластины любыми крепежными средствами, такими как, например, резьба, сварка, фиксаторы, вставное соединение и другие средства, вполне очевидные для специалиста в данной области техники. При расположении колпака 614 на сливной трубке 604 колпак 614 может предотвращать переливание слоя первой жидкости (не проиллюстрирован) через сливную трубку 604. В вариантах реализации изобретения, в которых сливная трубка 604 содержит колпак 614, первая жидкость может протекать через отверстия 612 и в зону 108 смешивания, как проиллюстрировано на Фиг. 6а.

Фиг. 7 иллюстрирует в схематической форме вариант реализации устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа, в котором узел 602 перфорированной пластины, содержащий совокупность трубок 604, расположен внутри зоны 102 смешивания, и в котором зона смешивания дополнительно содержит распределитель 700. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения распределитель 700 расположен внутри слоя 608 второй жидкости, ранее описанного выше. Распределитель 700 может иметь гидравлическое сообщение со вторым впускным патрубком 112 и обеспечивать канал для потока второй жидкости, поступающей во впускной патрубок 112, протекающей в зону 102 смешивания.

Распределитель 700 может представлять собой любой из описанных ранее распределителей, в том числе спиральный распределитель 400, проиллюстрированный на Фиг. 4, или распределитель 500 с отводами, проиллюстрированный на Фиг. 5. В некоторых вариантах реализации изобретения распределитель 700 может дополнительно содержать индуктор 200, как проиллюстрировано на Фиг. 2 и ранее описано в качестве варианта реализации спирального распределителя 400 и распределителя 500 с отводами.

Узел 602 перфорированной пластины может позволять слою 606 первой жидкости и слою 608 второй жидкости соприкасаться перед протеканием в зону 104 экстракции, содержащую пучок 108 волокон. Первый впускной патрубок 110 может позволять первой жидкости протекать в емкость 106 и образовывать слой 606 первой жидкости. Второй впускной патрубок 112 может иметь гидравлическое сообщение с распределителем 700, который может позволять второй жидкости образовывать слой 608 второй жидкости внутри зоны 102 смешивания. Как описано ранее, первая жидкость может быть относительно более легкой или менее плотной из двух жидкостей, так что первая жидкость образует слой 606 первой жидкости, который плавает поверх второй жидкости, образующей слой 608 второй жидкости. Слой первой жидкости может переливаться через трубки 604 в зону 104 экстракции, а слой 608 второй жидкости может протекать через перфорационные отверстия (не проиллюстрированы) в зону 104 экстракции. Фиг. 7 иллюстрирует слой 606 первой жидкости слой 608 второй жидкости в виде двух различных слоев для целей иллюстрации. Однако, по причине разбрызгивания и другого движения жидкостей, связанного с перемещением первой жидкости и второй жидкости в емкость 106, два различных слоя жидкости могут не образовываться. В некоторых вариантах реализации изобретения может присутствовать смесь первой жидкости и второй жидкости. В любом случае первая и вторая жидкости могут протекать в зону 104 экстракции и соприкасаться с пучком 108 волокон. Пучок 108 волокон может способствовать контактному взаимодействию между первой и второй жидкостями таким образом, что может происходить массопередача, химические реакции или и то, и другое.

Фиг. 8 иллюстрирует в схематической форме вариант реализации устройства 100 для массопередачи в системе жидкость-жидкость волоконно-пучкового типа, в котором узел 602 перфорированной пластины, содержащий совокупность трубок 604, расположен внутри зоны 102 смешивания, и в котором зона 102 смешивания дополнительно содержит распределитель 700, расположенный выше первой жидкости 606 и второй жидкости 608. Распределитель 700 может иметь гидравлическое сообщение со вторым впускным патрубком 112 и обеспечивать канал для потока второй жидкости, поступающей во впускной патрубок 112, протекающей в зону 102 смешивания. Распределитель 700 может представлять собой любой из описанных ранее распределителей, в том числе спиральный распределитель 400, проиллюстрированный на Фиг. 4, или распределитель 500 с отводами, проиллюстрированный на Фиг. 5. В некоторых вариантах реализации изобретения распределитель 700 может дополнительно содержать индуктор 200, как проиллюстрировано на Фиг. 2 и ранее описано в качестве варианта реализации спирального распределителя 400 и распределителя 500 с отводами.

Узел 602 перфорированной пластины может позволять слою 606 первой жидкости и слою 608 второй жидкости соприкасаться перед протеканием в зону 104 экстракции, содержащую пучок 108 волокон. Первый впускной патрубок 110 может позволять первой жидкости протекать в емкость 106 и образовывать слой 606 первой жидкости. Второй впускной патрубок 112 может иметь гидравлическое сообщение с распределителем 700, который может позволять второй жидкости образовывать слой 608 второй жидкости внутри зоны 102 смешивания. Как описано ранее, первая жидкость может быть относительно более легкой или менее плотной из двух жидкостей, так что первая жидкость образует слой 606 первой жидкости, который плавает поверх второй жидкости, образующей слой 608 второй жидкости. Слой первой жидкости может переливаться через трубки 604 в зону 104 экстракции, а слой 608 второй жидкости может протекать через перфорационные отверстия (не проиллюстрированы) в зону 104 экстракция. Фиг. 7 иллюстрирует слой 606 первой жидкости слой 608 второй жидкости в виде двух различных слоев для целей иллюстрации. Однако, по причине разбрызгивания и другого движения жидкостей, связанного с перемещением первой жидкости и второй жидкости в емкость 106, два различных слоя жидкости могут не образовываться. В некоторых вариантах реализации изобретения может присутствовать смесь первой жидкости и второй жидкости. В любом случае первая и вторая жидкости могут протекать в зону 104 экстракции и соприкасаться с пучком 108 волокон. Пучок 108 волокон может способствовать контактному взаимодействию между первой и второй жидкостями таким образом, что может происходить массопередача, химические реакции или и то, и другое.

Таким образом, данное изобретение идеально подходит для достижения упомянутых, а также присущих ему целей и реализации преимуществ. Конкретные варианты реализации изобретения, описанные выше, представляют собой лишь иллюстрации, поскольку данное изобретение может быть модифицировано и реализовано на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, которые ознакомятся с преимуществами идей, изложенных в данном документе. Хотя рассмотрены отдельные варианты реализации изобретения, данное изобретение охватывает все комбинации всех этих вариантов реализации изобретения. Кроме того, для деталей конструкции или схемы, проиллюстрированных в настоящем документе, не предусмотрены никакие ограничения, кроме описанных в приведенных ниже пунктах формулы изобретения. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Поэтому очевидно, что конкретные иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие различные варианты рассматриваются как находящиеся в пределах объема и сущности данного изобретения. При наличии противоречий в применении слова или термина в данном описании и одном или большем количестве патентов или других документов, которые могут быть включены в данный документ посредством ссылки, следует принимать определения, соответствующие данному описанию.

Группа изобретений относится к устройствам контактного взаимодействия между двумя жидкостями, при которой две жидкости приводят в непосредственное соприкосновение для осуществления переноса масс между указанными жидкостями, реакции между компонентами в жидкостях или и того, и другого. Волоконно-пучковый аппарат содержит емкость. Емкость содержит первый и второй впускные патрубки, зону смешивания и зону экстракции. Зона смешивания принимает первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка. Зона экстракции содержит пучок волокон и принимает первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания. Зона смешивания содержит элемент смешения и распределения жидкости, имеющий гидравлическое сообщение с впускным патрубком для второй жидкости. Элемент смешения и распределения жидкости содержит корпус сужающего переходника с каналом для потока в нем, имеющий гидравлическое сообщение со вторым впускным патрубком. Первый конус сужающего переходника, расположенный на корпусе сужающего переходника таким образом, что канал для потока, расположенный в корпусе сужающего переходника, проходит через первый конус сужающего переходника. Второй конус сужающего переходника, причем второй конус сужающего переходника расположен на расстоянии от выпускного отверстия первого конуса сужающего переходника. Технический результат: повышение площади соприкосновения между двумя несмешивающимися жидкостями в процессе взаимодействия без преждевременного разделения фаз. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей, содержащий:

емкость, содержащую:

первый впускной патрубок; второй впускной патрубок;

зону смешивания, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка, причем зона смешивания содержит элемент смешения и распределения жидкости, имеющий гидравлическое сообщение с впускным патрубком для второй жидкости, а элемент смешения и распределения жидкости содержит корпус сужающего переходника с каналом для потока в нем, имеющий гидравлическое сообщение со вторым впускным патрубком, первый конус сужающего переходника, расположенный на корпусе сужающего переходника таким образом, что канал для потока, расположенный в корпусе сужающего переходника, проходит через первый конус сужающего переходника, и второй конус сужающего переходника, причем второй конус сужающего переходника расположен на расстоянии от выпускного отверстия первого конуса сужающего переходника; и

зону экстракции, содержащую пучок волокон, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания.

2. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 1, в котором зона смешивания дополнительно содержит распределитель, имеющий гидравлическое сообщение с элементом смешения и распределения жидкости и вторым впускным патрубком, причем по меньшей мере один из элементов смешения и распределения жидкости соединен с распределителем.

3. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 2, в котором распределитель содержит спиральный распределитель или распределитель с отводами.

4. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 2, в котором распределитель содержит совокупность расположенных на расстоянии друг от друга отверстий и канал для потока от второго впускного патрубка до совокупности расположенных на расстоянии друг от друга отверстий, причем элемент смешения и распределения жидкости содержит совокупность элементов смешения и распределения жидкости, по отдельности соединенных с расположенными на расстоянии друг от друга отверстиями.

5. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 3, в котором распределитель представляет собой спиральный распределитель, причем спиральный распределитель содержит полую трубку, свернутую в непрерывную и постепенно сужающуюся кривую вокруг центральной точки, при этом указанная полая трубка содержит совокупность расположенных на расстоянии друг от друга отверстий, причем конец указанной полой трубки содержит концевую пробку, при этом спиральный распределитель содержит совокупность элементов смешения и распределения жидкости, по отдельности соединенных с расположенными на расстоянии друг от друга отверстиями; и при этом полая трубка образует канал для потока от второго впускного патрубка до совокупности расположенных на расстоянии друг от друга отверстий.

6. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 1, в котором зона смешивания дополнительно содержит узел перфорированной пластины, содержащий пластину, совокупность отверстий в пластине и совокупность сливных трубок, которые отходят от пластины и выполнены с возможностью обеспечения потока жидкости через дополнительные отверстия в пластине.

7. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 6, в котором сливные трубки содержат колпак и отверстия в колпаке.

8. Волоконно-пучковый аппарат для пленочного контактирования жидкостей, содержащий:

емкость, содержащую:

первый впускной патрубок;

второй впускной патрубок;

зону смешивания, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка, причем зона смешивания содержит спиральный распределитель, имеющий гидравлическое сообщение с впускным патрубком для второй жидкости, а также элемент смешения и распределения жидкости, имеющий гидравлическое сообщение с впускным патрубком для второй жидкости, при этом элемент смешения и распределения жидкости содержит корпус сужающего переходника с каналом для потока в нем, имеющий гидравлическое сообщение со вторым впускным патрубком, первый конус сужающего переходника, расположенный на корпусе сужающего переходника таким образом, что канал для потока, расположенный в корпусе сужающего переходника, проходит через первый конус сужающего переходника, и второй конус сужающего переходника, причем второй конус сужающего переходника расположен на расстоянии от выпускного отверстия первого конуса сужающего переходника; и

зону экстракции, содержащую пучок волокон, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания.

9. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 8, в котором спиральный распределитель содержит полую трубку, свернутую в непрерывную и постепенно сужающуюся кривую вокруг центральной точки, при этом указанная полая трубка содержит совокупность расположенных на расстоянии друг от друга отверстий, причем полая трубка образует канал для потока от впускного патрубка для второй жидкости до совокупности расположенных на расстоянии друг от друга отверстий, и при этом указанная полая трубка содержит концевую пробку.

10. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 9, в котором по меньшей мере некоторые из расположенных на расстоянии друг от друга отверстий содержат указанный элемент смешения и распределения жидкости, имеющий гидравлическое сообщение с указанными по меньшей мере некоторыми из расположенных на расстоянии друг от друга отверстий.

11. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 9, в котором зона смешивания дополнительно содержит узел перфорированной пластины, содержащий пластину, совокупность отверстий в пластине и совокупность сливных трубок, которые отходят от пластины и выполнены с возможностью пропускания потока жидкости через дополнительные отверстия в пластине.

12. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 11, в котором спиральный распределитель расположен в неподвижной жидкости на перфорированной пластине или выше неподвижной жидкости на узле перфорированной пластины.

13. Волоконно-пучковый аппарат для пленочного контактирования жидкостей, содержащий:

емкость, содержащую:

первый впускной патрубок;

второй впускной патрубок;

зону смешивания, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость из первого впускного патрубка и вторую жидкость из второго впускного патрубка, причем зона смешивания содержит узел перфорированной пластины, содержащий пластину, совокупность отверстий в пластине и совокупность трубок, отходящих от пластины и выполненных с возможностью обеспечения потока жидкости через дополнительные отверстия в пластине; и

зону экстракции, содержащую пучок волокон, расположенную в емкости, принимающую первую жидкость и вторую жидкость из зоны смешивания.

14. Волоконно-пучковый аппарат для пленочного контактирования жидкостей по п. 13, дополнительно содержащий распределитель, соединенный со вторым впускным патрубком, причем указанный распределитель содержит спиральный распределитель или распределитель с отводами.

15. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 14, в котором распределитель содержит совокупность расположенных на расстоянии друг от друга отверстий и канал для потока от второго впускного патрубка до указанной совокупности расположенных на расстоянии друг от друга отверстий.

16. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 15, в котором по меньшей мере некоторые из расположенных на расстоянии друг от друга отверстий содержат элемент смешения и распределения жидкости, имеющий гидравлическое сообщение с указанными по меньшей мере некоторыми из расположенных на расстоянии друг от друга отверстий.

17. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 16, в котором элемент смешения и распределения жидкости содержит:

корпус сужающего переходника с каналом для потока, расположенным в нем и имеющим гидравлическое сообщение со вторым впускным патрубком;

первый конус сужающего переходника, расположенный на корпусе сужающего переходника таким образом, что канал для потока, расположенный в корпусе сужающего переходника, проходит через первый конус сужающего переходника; и

второй конус сужающего переходника, причем второй конус сужающего переходника расположен на расстоянии от выпускного отверстия первого конуса сужающего переходника.

18. Волоконно-пучковый аппарат для контактирования жидкостей по п. 14, в котором распределитель расположен в неподвижной жидкости на перфорированной пластине или выше неподвижной жидкости на узле перфорированной пластины.