Способ взаимодействия фаз при разделении слабоконцентрированных жидких смесей,содержащих твердую фазу Советский патент 1986 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к способам разделения жидких смесей, содержащих твердую фазу, и может быть использовано в перегонпых аппаратах химической, нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Цель изобретения - интенсификация процесса массообмена и уменьшения потерь ценных компонентов с твердой фазой.

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая способ взаимодействия фаз; на фиг. 2 - лабораторная установка для реализации предлагаемого способа; на фиг. 3 - промыщленная установка.

Структурная схема (фиг. 1) включает теплопередаюшую поверхность 1, зону 2 перегрева жидкости (И), зону 3 контакта фаз (К), зону 4 самоиспарения (С) 4.

Способ взаимодействия фаз реализуется следующим образом.

Слабоконцентрированная смесь, содержащая твердую фазу, например водноспиртовой раствор с концентрацией 0,25% с Ю /оным содержанием дрожжевых клеток, вводят в зону 2 нагрева, где происходит перегревание жидкости под избыточным давлением 0,4-0,2 ати на 2-5°С выше ее температуры кипения в зоне контакта. После этого жидкость направляют в зону 4 самоиспарения. Центрами парообразования являются твердые частицы. Цоры, образующиеся в зоне самоиспарения и- в зоне контакта, объединяют и направляют на вышележащую контактную ступень. Цосле самоиспарения организуют, контакт пара с жидкостью, затем ее перегрев, самоиспарение и т.д.

Способ взаимодействия фаз реализуют на лабораторной установке (фиг. 2), состоящей из напорной емкости 1 с электронагреваемым элементом 2 и линией 3 питания, испарителя 4 с нагревателем 5, контактного элемента 6, клапана 7, перегревателя 8, сливного патрубка 9, зоны 10 самоиспарения. Открытие клапана происходит при давлении 0,2 ати.

Водноспиртовая смесь с концентрацией 0,25°, содержащая 10% дрожжевых клеток, заливается в напорную емкость 1, где производится ее нагрев до 80-85 С. Исходная смесь из емкости I самотеком направляется к клапану 7, который открывается при давлении 0,2 ати. Избыточное давление, предотвращающее кипение жидкости, позволяет осуществлять ее перегрев перед клапаном 7 на 2-5 С.

Далее исходная смесь подается в зону 10 самоиспарения, где происходит образование паров в количестве 0,5-1% от общего расхода жидкости. В процессе самоиспарения дрожжевые клетки выступают в качестве центров парообразования, что интенсифицирует процесс массообмена в системах твердое тело - жидкость и твердое тело -

пар. Из зоны 10 смесь попадает на контактный элемент 6, где взаимодействует с восходящим паровым потоком, поднимающимся из испарителя 4. Пары, образующиеся в процессах контакта и самоиспарения, объединяют и направляют на вышележащую ступень, а жидкая смесь по сливному патрубку 9 поступает в куб-испаритель 4 и далее на нижележащую ступень контакта.

В промышленных условиях способ взаимодействия фаз реализуется в колонне (фиг. 3), состоящей из корпуса 1, внутри которого на несущей штанге 2 закреплены завихрители 3. Между завихрителями 3 установлена тангенциальная пластина 4 и сливные конусы 5 с окнами 6 и ограничительными бортиками 7. Ниже корпусов 5 для организации самоиспарения смеси устанавливаются распределительные кольца 8. Переток жидкой фазы осуществляется через сливной зазор 9. Корпус колонны снабжен паровой рубашкой 10. Рекомендуется выбирать сливной зазор в пределах 0,008- 0,012 м при угле наклона лопаток завихрителя 3 20-25 и ориентации тангенциальных пластин под углом 55-60 .

В процессе работы в нижней части колонны создают восходящий паровой поток в количестве 400-500 кг/ч, движущийся со скоростью 3,5-4 м/с, который, проходя через завихрители 3, приобретает вращательное движение. Тангенциальные пластины 4 сообщают потоку дополнительное вращение, а также радиальное движение. Сверху в корпус 1 подают водноспиртовую смесь с концентрацией 0,25% в количестве 2000 кг/ч, содержащую дрожжевые клетки. Исходная смесь стекает по поверхности корпуса 1 в виде пленки и приобретает под действием пара вращательное движение. На тангенциальных пластинах 4 линейная скорость жидкости достигает 1 м/с. Вследствие динамического давления газа и наличия центробежных сил в жидкости возникает статическое давление порядка 0,1 ати. При это.м условии через стенку корпуса 1 колонны и жидкости подводят тепло из рубашки 10. Избыточное давление исключает кипение жидкости на боковой поверхности стенки в пределах тангенциальных пластин 4.

Далее поток жидкости через переточный конус 5 поступает на распределительное кольцо 8 в область пониженного давления, где происходит процесс самоиспарения смеси при котором твердые частицы (дрожжи) являются центрами парообразования. Последнее обстоятельство интенсифицирует процесс перевода целевого компонента из дрожжевых клеток в жидкость и пар.

После прохождения распределительного кольца жидкость отбрасывается центробежными силами в зону контакта с паром. Пары, выделенные в зоне контакта, объединяют с

паровой фазой самоиспарения и через паровое окно 6 направляют на вышележащую ступень контакта. Жидкостная смесь через сливной зазор 9 поступает в нижележащую зону перегрева под избыточным давлением, затем в зону самоиспарения и т.д.

Использование изобретения позволит получить экономический эффект за счет уменьшения потерь ценных компонентов с

твердой фазой и уменьшения металлоемкости оборудования вследствие снижения высоты колонны.

1. СПОСОБ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФАЗ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ СЛАБОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДУЮ ФАЗУ, включающий подвод тепла к жидкой фазе через теплопередающую поверхность и взаимодействие ее с паровой фазой в условиях ком 1 идкоя фаза , //F / / I J 4 дзаза бинированного тока, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена и уменьшения потерь ценных компонентов с твердой фазой, подвод тепла осуществляют при избыточном давлении, исключающем ее кипение, а перегретую жидкость последовательно вводят в зону самоиспарения и в зону контакта, причем паровой поток из зоны самоиспарения объединяют с паром, уходящим из зоны контакта, и смесь паров направляют в выщележащую зону контакта, а жидкость из зоны контакта - в следующую зону перегрева. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зоне подвода тепла жидкость перегревают на 2-5С выще температуры ее кипения в зоне контакта и сообщают ей вращаJC тельное движение с тангенциальной скоросл стью 1-2 м/с. Поротая gyaja to Од 35 00 00 фаза Фиг.1