Способ сепарации примесей и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B03C1/02 

Изобретение относится к процессам очистки продуктов от примесей в химической и других отраслях промышленности и может быть использовано преимущественно для очистки жидкого кислорода от плохо сорбируемых диамагнитных примесей, например метана,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем сепарации диамагнитных примесей из парамагнитного жидкого продукта.

На фиг, 1 изображены внешний вид токонесущей трубы с размещенной на ней проточной камерой, потоки очищаемого кислорода и охлаждающего азота, продольное (вдоль оси токонесущей трубы) сечение проточной камеры и ее поперечное (разрез А-А) сечение; на фиг, 2 - продольный и поперечный разрезы проточной камеры устройства, в котором токонесущая труба выполнена из отдельных трубок; на фиг. 3 - изменение парамагнитных сил (пропорциональное градиенту квадрата магнитной индукции) по радиусу - вектору, перпендикулярному оси трубы и отсчитываемому от оси.

Предложенный способ реализуется в устройстве, состоящем из токонесущей трубы 1, проточной камеры 2, имеющей патрубки подвода 3 очищаемого кислорода и отвода 4 очищенного. Проточная камера 2 состоит из наружных 5 и внутренних 6 кольцевых каналов, непосредственно примыкающих к токонесущей трубе 1 и электрически изолированных от нее (выполненных из диэлектрика). В токонесущей трубе выполнены отверстия 7, через которые сообщаются между собой последовательно по потоку наружные 5 и внутренние 6 кольцевые каналы, непосредственно примыкающие к токонесущей трубе 1 снаружи и изнутри. Внутри кольцевых каналов 5 и 6 с противоположных от поверхности токонесущей трубы 1 сторон размещен адсорбент 8.

(Л

С

VJ

Ю Ю О

го

00

Для увеличения плотности тока, протекающего через токонесущую трубу 1, a соответственно и объемной плотности парамагнитных сил, пропорциональной градиенту квадрата напряженности магнитного поля, токонесущая труба 1 выполнена в виде отдельных трубок 9, размещенных с зазором одна относительно другой по окружности, внутренние полости которых соединены с системой 10 подачи охлаждающего компонента - жидкого азота.

Предложенный способ реализуется в процессе работы устройства.:

Поток кислорода 11с примесями (например, с трудно сорбируемым из жидкого кислорода метаном) поочередно входит во внутренний кольцевой канал 6, затем из него через отверстия 7 в токонесущей трубе 1 в наружный кольцевой канал 5, а из него через отверстия 7 снова во внутренние кольцевые каналы 6.

Вокруг токонесущей трубы 1 в результате протекания тока формируется неоднородное магнитное поле, через которое многократно проходит кислород.

Парамагнитные силы пропорциональны градиенту квадрата магнитной индукции поля, объемная плотность парамагнитной силы определяется выражением (см. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. М.: Высшая школа, 1983, с. 283).

1 .

2 jU2 ju-t

grad (В2),

где fi i - магнитная проницаемость среды (кислород), в которую помещен диамагне- тик;

fiz - магнитная проницаемость диа- магнетика (метана);

В - магнитная индукция поля, созданного током в трубе 1.

Магнитная индукция поля, созданного током внутри оболочки цилиндрической трубы, определяется выражением (см. Матвеев А.Н.... с. 254)

г №ру6ы В 2лг.

Л-г2

г2-гГ

где г- радиальное расстояние точки, в которой определяется индукция, от оси трубы;

П - внутренний радиус трубы;

га - внешний радиус трубы;

i - сила тока, текущего по трубе.

Вне.трубы магнитная индукция

2йгВ

Внутри трубы магнитная индукция в соответствии с законом полного тока равна нулю..

Произведя математическое преобразо- вание, получим „ в стенке трубы п 5 г га;

i3r(i-4)

9гас1(В2) , , г 1 яг (г 2 - г t)

вне трубы г grao(B2) .

во внутреннем канале трубы 0 г п;

grad (В2) 0

о

Зависимость grad(B ) от радиуса г изображена на графике (фиг. 3).

Таким образом, если диамагнитная молекула метана движется из внутреннего кольцевого канала 6 через отверстие 7, то по мере этого перемещения на нее воздействует все увеличивающаяся сила парамагнитного происхождения, затормаживающая

это движение. Поэтому молекулы, имеющие малую кинетическую энергию (в данный момент времени), не могут пройти через отверстие 7 и остаются во внутреннем кольцевом канале, где захватываются поверхность адсорбента. Те молекулы, которые ходят через отверстие 7, парамагнитными силами уско-, ряются в сторону адсорбента, глубоко углубляясь между его частицами. Молекулы, перемещающиеся параллельно оси трубы,

также испытывают действие парамагнитных сил, которые направлены от трубы 1 в адсорбент 8.

Эти силы увлекают часть молекул в адсорбент, где они адсорбируются. Молекулы,

движущиеся в наружном кольцевом канале от адсорбента к отверстию 7 в токонесущей трубе 1, частично тормозятся этими силами и направляются в сторону адсорбента 8. Те молекулы (здесь и далее молекулы метана),

которые достигают отверстия 7, ускоряются полем и попадают во внутренний кольцевой канал, где их скорость гасится взаимодействием с окружающими молекулами кислорода и частицами адсорбента, а затем

повторяется процесс, изложенный выше.

Поток перемещается в турбулентном режиме, который в данных условиях возникает автоматически вследствие влияния шероховатых частиц адсорбента в многократных поворотов потока.

Токонесущую трубу 1 с радиальными отверстиями 7 можно заменить (токонесущи- ми) трубками 9, расположенными по окружности, функции отверстий 7 в этом случае выполняют зазоры между трубками. При большом количестве таким трубок создается такое же поле, как и токонесущей трубой.

Для охлаждения трубок 9 через них с помощью системы 10 подачи охлаждающего компонента прокачивают жидкий азот.

Предложенные способы и устройство в отличие от прототипа позволяют очищать парамагнитный продукт от диамагнитных примесей, расширяя тем самым функциональные возможности.

Предложенное техническое решение наиболее эффективно для очистки жидкого кислорода от трудно сорбируемого при этих условиях метана.

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я 1. Способ сепарации примесей, включающий пропускание продукта в турбулентном режиме течения через адсорбент, помещенный в неоднородное магнитное поле, с разделением его у поверхности адсорбента и выведением продуктов разделения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса сепа- ,рации, при выделении диамагнитных примесей из парамагнитного жидкого продукта

адсорбент помещают в зонах с наименьшим градиентом квадрата магнитной индукции, а пропускание очищаемого жидкого парамагнитного продукта осуществляют много- кратно через неоднородное магнитное поле,

2. Устройство для сепарации примесей, включающее источник неоднородного магнитного поля, выполненный в виде токонесущей трубы, проточную камеру в виде кольцеобразного канала, охватывающего токонесущую трубу, адсорбент, расположенный вдоль внешней стенки токонесущей трубы, электрически изолированный от стенок проточной камеры, патрубки загрузки и разгрузки, отличающееся тем, что проточная камера выполнена с дополнительным каналом, расположенным внутри токонесущей трубы, при этом внутренние и

наружные каналы сообщены между собой через перфорацию то.конесущей трубы, а адсорбент размещен внутри кольцевых каналов с противоположных от поверхности токонесущей трубы сторон,

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено системой подачи охлаждающего компонента, з токонесущая труба выполнена в виде расположенных по окружности трубок, размещенных с зазором одна относительно другой, внутренние полости которых сообщены с системой подачи охлаждающего компонента.

Использование: очистка жидких продуктов от диамагнитных примесей. Сущность изобретения: по способу сепарации примесей для выделения диамагнитных примесей из парамагнитного жидкого продукта адсорбент помещают в зонах с наименьшим градиентом квадрата магнитной индукции, а пропускание очищаемого продукта осуществляют многократно через однородное магнитного поле. В устройстве для сепарации примесей проточная камера выполнена с дополнительным каналом, расположенным внутри токонесущей трубы, внутренние и наружные каналы сообщены между собой через перфорацию токонесущей трубы, а адсорбент размещен внутри кольцевых каналов с противоположных от поверхности токонесущей трубы сторон. 2 с. п. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.