РЕКТИФИКАТОР Советский патент 1943 года по МПК B01D3/30 

Предлагаемый ректификатор для установки глубокого охлаждения, в особенности для получения кислорода путем фракционной перегонки ожиженного воздуха имеет целью создать как можно большую поверхность соприкосновения отекающей вниз флегмы о движущимися ей навстречу газами и попутно препятствовать увлечению частичек жидкости газами.

С этой целью в предлагаемом ректификаторе флегма, подаваемая в ректификационное устройство, подвергается действию центробежной силы, под влиянием которой жидкость распределяется тонким слоем на большой поверхности, с которой входят в соприкосновение газы, направляемые по принципу противотока.

На чертеже дана общая схема установки для получения жидкого кислорода.

Сжатый в компрессоре до 6-8 атм воздух поступает в регенераторную систему I и 2, откуда по трубопроводу охлажденный примерно до 160°С воздух через очиститель 3 какой-либо известной системы поступает в расширительную турбину 4. Отсюда воздух, расширившийся примерно до I,I атм и охладившийся вследствие этого до 194°С, поступает по каналу 5 в первую ступень А ректификационных апаратов.

Эта ступень состоит из неподвижного цилиндрического кожуха 6 с кольцеобразным каналом в нижней его части, образованным загнутым внутрь нижним концом кожуха.

Внутри этого кожуха на оси вращается приводимый в движение мотором или проводом 7 цилиндр, скрепленный с валом несколькими радиально расположенными почти на вою высоту цилиндра лопастями. В атом цилиндре по трубке 8 стекает жидкий воздух, поступающий из трубчатого конденсатора 9.

Нижний конец вращающегося цилиндра погружен в кольцевой канал кожуха 6.

Воздух, охлажденный за счет расширения в турбине 4 почти до температуры ожижения, входя через канал 5 во внутреннюю полость вращающегося цилиндра, поднимается кверху по направлению к выходу в трубу 10.

Стекающий через трубку II жидкий воздух отбрасывается лопастями на стенки вращающегося цилиндра и образует на них тонкую стекающую вних пленку. При известном соотношении размеров цилиндра и количества стекающей в единицу времени жидкости толщина слоя может быть получена настолько малой и относительная величина поверхности на единицу объема жидкости настолько большой, что процесс обмена компонентами между жидкостью и газом будет происходить крайне интенсивно, обогащая жидкость кислородом.

Обогащенный примерно до 50% содержания кислорода жидкий воздух собирается в кольцевом канале и по трубке 12 отекает во вторую ступень В разделительных аппаратов. Отходящие же по трубе 10 из ступени А газы, состоящие ив обедненной в отношении кислорода смеси о температурой ниже точки кипения воздуха нормального состава, поступают в междутрубное пространство трубчатого конденсатора 9, по трубкам которого через ответвление 13 из регенераторов I и 2 поступает сверху охлажденный уже до минус 160°С воздух нормального состава, который сжижается и собирается в нижней части конденсатора, поступая отсюда по трубке 8 во вращающийся цилиндр колонны А.

Жидкий воздух, обогащенный до 50% содержания кислорода, стекающий по трубке 12, попадает во вторую ступень В (фиг. 4 и 5), состоящую из расположенного над трубчатым испарителем 14 вращающегося диска о концентрически расположенными ребрами, входящими в промежуток между такими же ребрами другого вращающегося диска. Оба диска укреплены на валу, расположенном в кожухе 15 и приводимом во вращение электродвигателем 16.

От верхней части кожуха 15 к кожуху 6 идет труба 17.

Под вращающимися дисками второй ступени расположен трубчатый испаритель 14, в междутрубное пространство которого из трубопровода 18 по ответвлению 19 поступает воздух под компрессорным давлением при минус 160°С.

Обогащенный до 50% кислородом жидкий воздух при вращении дисков проходит по лабиринту между ребрами и, образуя на вертикальных стенках тонкую пленку, отекает через кольцевую щель по периферии в камеру, а оттуда по трубкам в нижнюю часть аппарата.

Благодаря теплообмену и соответственно подобранным параметрам испарителя 14 в нем жидкий кислород окончательно отделяется от газообразного азота, имеющего более высокую точку кипения, чем кислород. Чистый кислород собирается в нижней части испарителя.

Выделяющиеся же газы, проходя по лабиринтному пространству между дисками, отнимают от протекающей там жидкости значительную часть одного из ее компонентов, обогащаясь азотом, и затем через цилиндр 15 и по трубе 17 поступают в ступень А, а оттуда через конденсатор 9 и регенератор выбрасываются в атмосферу, отдав по пути свой холод насадке регенератора.

Сконденсировавшийся же в междутрубном пространстве испарителя воздух поступает в жидком виде по трубке II о регулируемым краном в трубку 8 и оттуда в ступень А вместе с жидким воздухом, подаваемым из конденсатора по трубке 8.

1. Ректификатор, отличавшийся применением, с целью увеличения контакта между флегмой и поступающими противотоком из турбодетандера парами, вращающегося цилиндра с радиально установленными лопастями, каковой цилиндр помещен в неподвижном кожухе.

2. Видоизменение ректификатора по п. I (например, применительно к второй ступени разделительных аппаратов), отличающееся применением, с целью перемещения поступающей жидкости под действием центробежной силы от центра к периферии, вращающихся дисков, снабженных концентрически установленными ребрами.