Устройство для массообмена Советский патент 1983 года по МПК B01J8/00 B01D3/32 

2.Устройство по. П.1, отличающееся тем, что, отклоняющие элементы установлены наклонно.

3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняющие элементы установлены горизон. тально и снабжены щитками, установленными над проходом для легкой фазы.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕНА, состоящее из вертикальной колонны с центральными входными и выходным отверстиями, внутри которого установлены отклоняющие элементы, от лич ающе е с я тем, что, с целью эффективности массообмена веществ, отклоняющие элементы выполнены плоскими, причем между стенкой колонны и краями отклоняющих элементов ввпюлнено два противоположно расположенных прохода различного се гения. СО 00 с;о

Изобретение относится к аппаратам для массообмена между гетерогенными системами в ионнообменной колонне, в которую сверху вниз вводят более тяжелый поток массы и в про-пивотоке снизу вверх - более легкий поток массы. Известно устройство для массообмена, состоящее из вертикальной колонны с центральными входными и выходным отверстием, внутри KOTOPO го установлены отклоняющие элементы Недо.статок известного устройства в.низкой эффективности массообмена веществ. Цель изобретения - повысить эффективность массообмена веществ. . Поставленная цель достигается TQJ что в устройстве для массообмена, состоящем из вертикальной колонны с центральными входньши и выходным отверстиями, внутри которого установ лены отклонякздие элементы, отклоняющие элементы выполнены плоскими причем стенкой колонны и края ми отклоняющих элементов выполнено два противоположно расположенных прохода различного сечения, при этом отклоняющие элементы установлены наклонно. . Кроме того, отклоняющие элементы установлены горизонтально и снабжечы щитками установленными над прохо дом для легкой фазы. На фиг.1 изображена ионообменная колонна для систем твердые частицыжидкость, на фиг.2 - ионообменная ко лонна для систем жидкость-жидкость, на фиг.З - ионообменная колонна с горизонтальными тарелками, на фиг.4то же, вид сверху со сплошными тарелками , на фиг.5 - то же с тарелкг1ми со щелевыми вырезами, на фиг.6колонна с наклонными тарелками, продольный разрез, на фиг.7 - колонна с со сплошньми тарелкгши, продольный разрез. . Устройство содержит ионообменную колонну 1 с корпусом с верхней 2 и нижнейVp частямии наклонно размещенными тарелкгики 4 с первым 5 и вто рым 6 отверстиями. Через центргшьно расположенный в верхней части 2 питающий трубопровод 7 подают более тяжелый поток массы, нгшример очо щаемую суспензию из ДМТ и фильтра-, та, является метанольньвм раствором непригодных остатков сырого ДМТ, который прежде всего содержит диметилизофталат (даи и диметилортофталат ( также : высококипящие части и небольшие доли ДМТ. Из патрубка 8 по окончании массообмена отводят более тяжелый поток массы, причем в данном . случае речь идет об очищенном ДМТ в промывной жрщкости метаноле. Более-легкий поток массы, в данном случае метанол, подают в патрубок 9 посредством расположенного в нижней части 3 колонны кольцевого трубопровода, где он протекает через ионообменную колонну снизу вверх в противотоке к более тяжелому потоку массы. В верхней части 2 отводят более легкий поток массы, смесь из, фильтра и метанола. В нижней части 3 еще дополнительно вводят жидкость для подмешивания,(также метанол ), чтобы облегчить отвод более тяжелого потока массы. Ионообменная колонна (фиг.2) для экстракций в системах жидкость-жидкость, предусмотрена для разделения раствора ксилол-уксусная кислота. В верхней части 2. колонны с тарелками 4 и отверстиями 5 и б по трубопроводу 1О подают более тяжелый поток массы, в данном случае ,воду, отводят через патрубок 11 как так называемый экстракт, в данном случае воду в растворе с уксусной кислотой1 Более легкий поток массы (растврр из ксилола и уксусной кислоты подают в патрубок 12 в нижней части 3 колонны и отводят в верхней части 2, в данданном случае как отдельный ксилол. Подобную ионообменную колонну можно также использовать для экстракций в системах твердые частицы - жидм кость, например, для экстракции оси посредством гексана, причем условия потока более сходны с условиями при промывках в противотоке систем твердые частицы - жидкость. В ионообменной колонне (фиг.З) С горизонтально размещенным1 релками 4, над первым отверстием 5 предусмотрено отклоняющее приспособление, в данном случае наклонно входящий в ионообменную колонну направляющий лист 13, который на своём нижнем кЪнце закрыт горизонтальным листом 14, чтобы предотвратить, нежелтельные откложения между направляющим листом и внутренней стенкой 15 ионообменной колонны. Между нижней кромкой 16 отклоняющего приспособЛенин и Тарелкой 4 расположен зазор 17. Через первое отверстие 5 и зазор 17, обозначенный стрелкой А более легкий поток массы поступает вверх, в то времякак обозначенный двойной стрелкой более тяжелый поток массы через второе отверстие б тарелки 4 протекает вниз. В области Б- зоне сьдащения - более тяжелый поток массы посредством отклоняющего приспособления переводится в вертикальное вращательное движение., в которое также вовлекается более легкий поток массы. В зоне Б смешения йроисходит массообмен и одновременно, из-за различных плотностей, также разделение-потоко массы. При стационарном эксплуатационном состоянии более тяжелый поток массы скапливается в области в даийом случае обозначенной штриховкой, над BToptatvi отверстием б, в то время как более легкий поток массы скапливается в области Г под первьв4 отверстием 5i Отсюда потоки массы переходят в последующие ступени ионообменной колонны, причем состав потоков массы прогрессивно изменяется в результате массообменов, происходящих на отдельных ступенях.

Расположение (фиг. 4) по сравнению с первыми отверстиями 5 сравнительно больших отверстий : 6 особенно пригодно для масдообмена в системах твердые частицы-кидкость например, для промывки дат в противотоке. Через колонну в направление стрелки А снизу вверх пропускают более легкую жидкость, в то время как сверху вниз подают суспензию с твердыми частицами с болычей плотностью, причем твердые частища движутся вниз по законам скорости погружения частиц. При вводе в действие, ионообменной колонны, начиная с определенного количества твердых частиц или введенной снизу в противотоке жидкост и, скорость в отверстиях 5 и 6 становится такой.большой, что частицы более не могут проходить через нее и изг-за наклонт кого, расположения тарелки 4 скапливаются в области нижним отверстием 6, причем они поднимаются ввер протекающей еще через нижнее отверстие С противоточной жидкостью и уже приводятся в вертикальное вращательное движение, которое, однако, еще

имеет сравнительно небольшое пространственное расширение.

При дальнейшем притоке твердых частиц, последние скапливаются в нижней области тарелки 4 и образуют там слой частиц, через который, в зависимости от отношений давлений потоков массы протекает жидкость. Когда таким образом в области нижнего отверстия 6 возникает достаточно большой перепад давления, суспендированные твердые частицы по направлению стрелки Д текут вниз через нижнее отверстие б тарелки 4, поступая в следующую ступень, в то время как для компенсации более легкая противоточная жидкость в направление стрелки А течет-вверх через верхнее отверстие 5 той же тарелки 4. Текущая вниз суспензия частиц в верхней области 18 последующей тарелки 4 переводится в противоположное направление движения и также в направление стрелки А уносит с собой проходящую через её верхнее отверстие 5 противоточную жидкость , которая диспергируется и смешивается с суспензией частиц. Образу ется сильный поток вдоль верхней и средней областей тарелки 4, который в нижней части этой тарелки вдоль находящегося там слоя частиц переводится в направление вверх, причем образуется вертикальное вращательное движение, которое также как и врщательное движение во время ввода в действие происходит в направление по ходу часовой стрелки, однако, в отличие .от периода ввода в. действие распространяется на гораздо большее пространство ступени. В этой области - области смешения В оба потока массы тщательно перемешаны, в рез.ультате чего массообмен мозкет .происходить при благоприятных условиях. Зона Б смешения снизу огрничена зоной В осаждения или отстаивания, которая в отличие от зоны Б смешения на фигуре обозначена более частой штриховкой. Наверху зона Б смешения примерно, ограничена мнш-юй горизонтальной плоскостью, которая проходит через нижнюю кромку тарелк 4. В области над этой плоскостью выполнена зона Г осаждения или отстаивания, В этой зоне собственно находится еще только более легкая лротивоточная жйдкость, так как при нормальных эксплуатационных условиях в этой области скорости, потока недостаточны, чтобы удер живать частицы во взвешенном состоянии или даже транспортировать их. Над неспокойной гетерогенной поверхностью потока зоны В смешения образется довольно прозрачный жидкостн.Ый слой. , .... Описанные для этой ступени процесы соответственно повторяются в еле дующих ступенях ионообменной колонн причем направление вращательного .движения изменяется от одной ступен к следующей. Хотя состав потоков ма сы изменяется от одной ступени к последующей,практически-имеются те же самые формы потока. В соответстви с приведенным выше примером промывки ДМТ в противотоке это означает, что в самых верхних или в верхних ступенях ионообменной ксхлонны в зонах отстаивания-накапливается еще загряз ненная суспензия из ДМТ и фильтрата из которой фильтрат тем интенсивйее заменяется метанолом, чем дальше более тяжелый поток массы продвигает ся вниз по ионообменной колонне, пока наконец из нюхней части ионообменной колонны не отводят практически чистую суспензию из ДМТ и метанола. Наоборот, подаваемая снизу противоточная жидкость (метанол, накапливающаяся в зонах Г отстаивания и тем больше содержащая фильтрат изменяется с приблюкением к верхней части 2 ионообменной колонны. На фиг.6 и 7 изображены цва примера для возможной формы выполнения тарелки 4. Согласно фиг.б в ионообменной колонне, .имеющей кругообраз ное поперечное сечение, тарелки 4 размещены горизонтально или наклонно. Первое отверстие 5 выполнено как узкий кольцевой зазор между внутренней стенкой 15 ионообменной колонны 1 и изготовленной, например, из меуталлического листа тарелкой 4. Он непосредственно переходит во второе большое отверстие 6, однако, может быть отделен от него более или менее широкой перегородкой. Тарелка 4 в ионообменной колонне прикреплена посредством непоказанных подпорок, прикрепленных угольников или т.п. На фиг.7 также показана тарелка 4, которая имеет первое отверстие 5 отдельно расположенное напротив второго большего отверстия 6. В последующей за отверстием 5 области,. Вх случае необходимости могут быть предусмотрены еще дополнительные пролоNM, щели или т.п. Пример 1. Система: ДИТ-филь рат-метанол) аппаратура: стеклянная колонна, диаметр 225 мм, высота 4000 мм, поперечное сечение 395 с№; встройки: 16 наклонных тарелок, расстояние тарелки (измеренное между одинаковыми точками тарелки ) 240 гш наклон (в отношении горизонтали ) 40 поперечное сечение в свету первого отверстия примерно 16 поперечмое сечение в свету второго отверстия 154 см, приток: 320 л/ч суспен зии с 300 г ЩТ/п фильтрата 350 л/ч метанола, отток: 290 л/ч суспензии с 350 г ДМТ/л метанола 380 л/ч раствора фильтрат-метанол. Кислогное число: исходный продукт 1,8, целевой продукт (промытый ДМТ ) 0,6, Кислотное число является масштабом для чистоты ДМТ и указывает сколько миллиграммов гидроокиси, необходимы для нейтрализации раствора 1 г продукта в хлороформе. Для сравнения: кислотное число того же исходного продукта после обычного сложного двойного центрлфугирования, причем имело место подмешивание метанола одинаковой чистоты, что и в примере 0,4. Следовательно, предлагаемь м способом при гораздо меньших расходах продукт одинаковой чистоты. Пример 2. Система: ДМТфильтрат-метанол, аппаратура: колонна из Л -стали, диаметр 900 мм, высота 5000 мги, поперечное- сечение 6360 см2, встройки: 8 наклонных тарелок, расстояние между одинаковыми точками 450 мм, наклон к отношении горизонтали 30°, поперечное сечение в свету первого отверстия примерно 90 см, поперечное сечение второго отверстия 278 см, приток: 6000 л/ч суспензии-с 300 г ДМТ/л фильтрата 4800 л/ч метанола, отток: 5500 л/ч суспензии с 330 г ДМТ/л метанола 5300 л/ч раствора фильтрат-метанол. Кислотное число: исходный продукт 1,2, целевой продукт 0,15. При м ер 3. Система и аппаратура, а также встройки аналогичны примеру 2, различным является только поперечное сечение в све.ту второго отверстия: 2190 см, приток: 5000 л/ч суспензии с 300 г ДМТ/л фильтрата 5500 л/ч метанола, отток: 4500 л/ч суспензии с 350 л ДМТ/л метанола 600 л/ч раствора фильтрат-метанол. Кислотное число исходный проукт 1,18, целевой продукт 0,21. По сравнению с примером 2, в результате неудачно выбранного второго отверстия при худшем кислотном числе целевого прюдукта количество применяемого метанола гораздо больше. .Пример 4.,Система: стеклянны.е шарики в загрязненной воде вода, средний диаметр шариков 0,15 мм аппаратура: стеклянная колонна, диаметр 40 мм, высота 1000 мм, поперечное сечение 12,6 см, встройки: 10 наклонных тарелок, расстояние между одинаковыми точками 35 мм, наклон в отношении горизонтали 30°, поперечное сечение в свету первого отверстия примерно 0,5 см , поперечное сечение в свету второгоотверстия 2,95 см2, приток: 100 л/ч суспензни с 150 г стеклянных шариков/л загрязненной воды, 120 л/ч промывной воды.

отток: 100 л/ч суспензии с 150 г стеклянных шариков/л воды, 120 л/ч загрязненной воды.

П р и м е р 5. Система и аппаратура согласно примеру 4, встройки: 10 наклонных тарелок, расстояние между одинаковыми точками 55 мм, наклон в отношении горизонтали 50

поперечное сечение в свету первого отверстия примерно 0,6 см, поперечное сечение в свету второго отверстия 2,4 см, приток: 100 л/ч суспензии с 100 г стеклянных шариков/л загрязненной воды, отток: 100 л/ч суспензии с 100 г стеклйнных шариков/л, воды, 105 л/ч загрязненной воды.

ю

.т

/

/.5 /- -

Фиг.г

Фиг.Ч

Фиг.3