Термодиффузионная колонна

Термодиффузионная колонна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для разделения жидких смесей, в частности к термодиффузионным колоннам с насадкой , и может быть использовано в области химической и биотехнологии, в особенности для получения высокообогащенных или особо чистых продуктов выделения индивидуальных компонентов из растворов и позволяет снизить удельные энергозатраты на процесс разделения за счет вертикального переноса целевого компонента подлине колонны . Термодиффузионная колонна содержит рабочую камеру, образованную двумя вертикальными коаксиальными цилиндрами , и устройство для поддержания в рабочей камере градиента температуры. Рабочая камера заполнен капиллярно-пористой насадкой. Капиллярно-пористая насадка выполнена из дискретных порций, проницаемость которых уменьшается в направлении отбора продукта по следующей зависимости: V f -Z/L гДе Ко ПР° ницаемость насадки в сечении с исходной концентрацией,-координата вдоль длины колонны; L - длина колонны. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Qh (Л, СР.

ОО о (21) 4684646/26 (22) 22.03.89 (46) 23.05,91. Бюл. ¹ 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт микробиологических производств (72) В.М. Дорогуш, 8,8. Волосатов и А.С, Чехольский (53) 66.071.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 573168, кл. B 01 D 17/09, 1976, (54) ТЕРМОДИФФУЗИОННАЯ КОЛОННА (57) Изобретение относится к устройствам для разделения жидких смесей, в частности к термодиффузионным колоннам с насадкой, и может быть использовано в области химической и биотехнологии, в особенности для получения высокообогащенных или особо чистых продуктов выделения индивидуИзобретение относится к устройствам для разделения жидких смесей, в частности к термодиффузионным колоннам с насадкой, и может быть использовано в области химической и биотехнологии, в особенности для получения высокообогащенных или особо чистых продуктов, выделения индивидуальных компонентов из растворов.

Целью изобретения является снижение удельных энергозатрат на процесс разделения за счет вертикального переноса целевого компонента по длине колонны.

На фиг. 1 изображена схема термодиффузионной колонны с насадкой; на фиг. 2— показана рабочая камера, заполненная дискретными порциями капиллярно-пористой насадки; на фиг. 3 — графический пример разделения модельной смеси при решении

„„ЯЛ„„165О186 Al альных компонентов из растворов и позволяет снизить удельные знергозатраты на процесс разделения за счет вертикального переноса целевого компонента по длине колонны, Термодиффузионная колонна содержит рабочую камеру, образованную двумя вертикальными коаксиальными цилиндрами, и устройство для поддержания в рабочей камере градиента температуры.

Рабочая камера заполнен@ капиллярно-пористой насадкой, Капиллярно-пористая насадка выполнена из дискретных порций, проницаемость которых уменьшается в направлении отбора и од кта по следующей зависимости: К=К 1 „у, где Кс — проницаемость насадки в сечении с исходной концентрацией; Z — координата вдольдлины колонны; L — длина колонны. 3 ил, разделительной задачи в данной колонне и в прототипе.

Термодиффузионная колонна включает рабочую камеру 1, наружный рабочий цилиндр 2, камеру охлаждения 3, наружный цилиндр камеры охлаждения 4, внутренний рабочий цилиндр 5, камеру обогрева 6, патрубки подвода теплоносителя 7, патрубок отвода теплоносителя 8, пробоотборник 9, спираль 10, крышку 11, фланцы 12, трубку отвода теплоносителя 13, отверстие 14, площадку для крепления колонны 15, насадку

16, Рабочая камера 1 заполнена дискретными порциями капиллярно-пористой насадки 16 с изменением проницаемости по ступенчатому приближению к параболической зависимости.

3б5018б

40

Математическая зависимость

К Ko t — где К вЂ” проницаемость насадки в сечении с исходной концентрацией;

Z — координата вдоль длины колонны; длина колонны, связывает такой важный параметр колонны как проницаемость насадки К и координату вдоль длины колонны Z (на фиг. 2 пунктирные линии указывают на соответствующие точки в рабочей камере и на графике), Координата возрастает в направлении отбора продукта, и она может быть направлеиа как вверх, так и вниз. Размерность координаты

Z равна размерности длины.

Из частного случая, приведенного на фиг. 2, следует, что при ZW К=КО, т,е. проницаемость равна максимальному значению, выбираемому в известной мере произвольно и onределяемого общей теорией термодиффузион ных колонн.

В колонне это значение соответствует верхней точке, где концентрация смеси равна исходной. Все пространство выше этой . точки заполнено исходной смесью и является питающим резервуаром. В нем разделение не происходит. При Z-L, что соответствует точке на графике Z jL=1, проницаемость насадки минимальна, а пространство ниже этой точки является резервуаром для накопления целевого продукта.

Колонна работает следующим образом, Под действием элементарного термодиффузионного эффекта в направлении градиента температуры происходит изменение концентрации смеси в восходящем вдоль стенки внутреннего горячего цилиндра 5 и нисходящим вдоль стенки наружного холодного цилиндра 2 конвективных потоках. В результате образуется вертикальный диффузионный перенос целевого компонента к точке отбора.

При этом за счет уменьшения проницаемости насадки по длине колонны происходит перераспределение вклада насадки в разделительную. способность колонны, которая повышается, и вертикальный перенос, который уменьшается, В результате в колонне создается оптимальный режим работы по удельным энергозатратам. Это выражается либо в сокращении длины колонны, а следовательно, и энергозатрат в

3,4 раза при прочих равных условиях, либо в сокращении времени наработки конечного продукта не менее чем 3,4 раза при равных длинах колонн, что также равнозначно снижению удельных энергозатрат, Последнее утверждение проверено экспериментально на модельной смеси и-гептан-бенэол с концентрацией бензола

0,48 мол.д, на трех колоннах длиной 0,35 м, глубиной рабочего зазора 2,52 мм, наружным диаметром рабочей камеры 30 мм. Отбор продукта производился из камеры накопления конечного продукта обьемом 5 см . На противоположном конце колонны поддерживалась исходная концентрация смеси. В качестве насадки в данной колонне использовались стеклянные шарики узких фракций размером от 400-450 мкм до 100)20 мкм пуоницаемостью от т4,0 1011м2 до 1,Ь36 м соответственно. В двух колоннах, выполненных по прототипу, использовались два варианта насадки размером

460-450 мкм и 250-300 мкм. Разность температур и рубашках охлаждения и обогрева составляла 60 К при средней температуре в рабочей камере 323 К.

Кривые "а" и "б" на фиг. 3 показывают изменение концентрации бензола в камере накопления конечного продукта с течением времени для насадки 250-300 мкм и 400450 мкм соответственно, Кривая "в" описывает кинетику разделения в данной колонне. Оптимальная степень разделения, которая соответствует стационарному состоянию для кривой "б", быстрее достигается s предлагаемой колонне (кривая "в") Уменьшение проницаемости в прототипе (кривая "а") приводит к снижению скорости роста концентрации при высокой конечной степени разделения, что энергетически невыгодно, Удельные энергетические затраты для произвольной разделяемой смеси определяются в первую очередь величиной термодиффузионной постоянной, являющейся физической характеристикой смеси. Использование изобретения позволит по меньшей мере в 1,4 раза снизить удельные знергоэатраты в каждом конкретном случае.

Формула изобретения

Термодиффуэионная колонна, содержащая рабочую камеру, .образованную двумя вертикальными коаксиальными цилиндра50 ми и заполненную капиллярно-пористой насадкой, и устройство для поддержания градиента температуры в рабочей камере, патрубки ввода и вывода продукта и теплоносителя, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельных энергозатрат на процесс разделения за счет вертикального переноса целевого компонента по длине колонны, капиллярно-пористая насадка выполнена из дискретных порций, причем проницаемость каждой последующей пор1650186 ции уменьшается в направлении отбора продукта по следующей зависимости: где Ko — проницаемость насадки в сечении с исходной концентрацией;

Z — координата вдоль длины колонны;

L — длина колонньь

1650186 мал.д. беизола, цы

Составитель Г. Урусова

Редактор О. Стенина Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец

Заказ 1969 Тираж 441 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101