Способ концентрирования веществ из растворов и установка для его осуществления (варианты)

Способ концентрирования веществ из растворов и установка для его осуществления (варианты)

Реферат

 

Способ концентрирования веществ из растворов, установка для его осуществления и ее варианты относятся к химической технологии и могут быть использованы для коцентрирования и извлечения ценных компонентов из природных вод различного состава. Задачей изобретения является создание экологически чистой и экономически выгодной технологии. Способ концентрирования веществ заключается в цикличном со сменой направления пропускании исходного раствора через слои сорбента при температурах T₁ и T₂ с разницей последних в 25 - 100°С, концентрат отбирают между слоями сорбента, а время одного цикла определяется по формуле представленной в описании. Установка по первому варианту содержит параллельно соединенные ионообменные колонны с блоками клапанов в верхних и нижних частях, накопительную емкость, противоточный ионообменник, датчик концентрации, нагреватель-термостат, холодильник, насос, датчик температуры, линию подачи исходного раствора и отвода целевого продукта, автоматические краны и систему трубопроводов, соединяющих между собой элементы установки и систему электронного управления работой установки. Установка по второму варианту содержит параллельно соединенные ионообменные колонны с блоками клапанов в верхней и нижней частях, накопительную емкость, четырехкамерный теплообменник, датчик концентрации, два нагревателя-термостата исходного раствора и концентрата, насос, датчик температуры, автоматические краны, линию подачи исходного раствора и отвода целевого продукта, систему трубопроводов, соединяющих элементы установки и систему электронного управления работой установки. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл.

Изобретение относится к экологически чистым способам извлечения компонентов из растворов и может быть использовано химической промышленностью.

Известен способ извлечения веществ из растворов путем последовательного обогащения раствора [1] Способ заключается в том, что на слое сорбента при температуре Т1 производится сорбция из раствора целевого компонента /ЦК/. После окончания сорбции температуру слоя сорбента изменяют до Т₂, затем проводят регенерацию сорбента исходным раствором температуры Т₂. Если коэффициент сорбции Генри Г/Т₂ /< Г(Т₁), (Г а/с_о, где а равновесная концентрация в сорбенте; с_о ^_ в растворе), то концентрация ЦК в растворе, выходящем из слоя во время регенерации, выше, чем в исходном растворе. Повторяя эту операцию для последовательно соединенных в цепочку слоев, добиваются требуемого обогащения раствора целевым компонентом.

В известном способе для достижения высокой степени концентрирования требуется большое количество слоев сорбента, определяемое формулой , (1) где степень концентрирования; n число слоев.

Для эффективного концентрирования необходимо поддерживать специальные условия, чтобы температурные градиенты (фронты) были только между слоями, а температура вдоль каждого слоя была одинаковой, т.е. любая установка, построенная для реализации этого способа, требует независимого обогрева слоев (не за счет подаваемого раствора), что не позволяет добиться высокой степени рекуперации тепла; максимальная толщина прогреваемого слоя должна быть одна и та же на больших или на маленьких установках, т.е. масштабирование при осуществлении этого способа только двумерное, а реализация способа принципиально требует больших капитальных затрат.

Известна установка для извлечения веществ, работающая по принципу последовательного обогащения раствора, содержащая последовательно расположенные ионообменные колонны, снабженные теплообменниками, промежуточные емкости для сбора концентратов после каждой ступени, нагреватели, систему трубопроводов для подачи из колонны в колонну горячего и холодного растворов и систему трубопроводов, связанную с теплообменниками [1] В известной установке для получения высокой степени обогащения требуется значительное число ионообменных колонн и сложная система коммуникаций раствора, особенно для проведения процесса в непрерывном режиме.

Для эффективной работы установки либо размеры колонн, их число и скорости потоков должны быть жестко связаны с характеристиками сорбента (недопустим переход на сорбент с другими, например лучшими, характеристиками), либо необходимы значительные емкости накопления промежуточных продуктов и запасов горячего раствора после каждой ступени обогащения.

Невысока степень рекуперации тепла. При поэтапном проведении процесса, с накоплением промежуточных продуктов между ступенями, степень рекуперации тепла даже теоретически не превышает 50% т.к. требуется внешний обогрев колонны.

Известен способ извлечения веществ из растворов, основанный на принципе параметрического насоса [2] Способ заключается в следующем. Исходный раствор при температуре Т₁ пропускают через слой сорбента и накапливают в емкости. Затем поток прекращается, температуру слоя и раствора в емкости за счет внешнего нагрева или охлаждения доводят до значения Т₂. После этого раствор из емкости в обратном направлении пропускают при температуре Т₂ через слой сорбента. При завершении потока температуру слоя доводят до Т₁. Так повторяют циклически. Если Г/Т₂/ Г/Т₁/, то концентрация ЦК в емкости будет увеличиваться от цикла к циклу. В известном способе имеются значительные затраты тепла (ввиду низкой степени его рекуперации) и связанная с этим высокая стоимость процесса.

Известна установка для извлечения веществ из растворов, работающая по принципу параметрического насоса и состоящая из ионообменной колонны, емкости для сбора концентрата, системы трубопроводов для подачи исходного раствора и концентрата, теплообменника и системы трубопроводов, связанной с ним [2] В известной установке невозможно достичь высокой степени рекуперации тепла.

Известен способ извлечения веществ из растворов, основанный на принципе "бегущей волны" [3] Способ состоит в пропускании исходного раствора через последовательно расположенные слои сорбента и одновременном перемешивании от слоя к слою температурной волны (путем нагрева и охлаждения соответствующих слоев сорбента с помощью внешних источников). Скорость переноса ЦК по слоям сорбента потоком раствора зависит от температуры и меняется в некоторых пределах (V_min, V_max), определяемых крайними значениями температуры в волне. Если скорость V_тсоздаваемой температурной волны лежит в пределах V_min< V_Q< V_max, то ЦК в потоке раствора перераспределяется, концентрируясь на определенных участках температурной волны. Тем самым на выходе из линии в течение некоторых интервалов времени выходящий раствор обогащается ЦК по сравнению с исходным.

Способ осуществим только при строгом соблюдении взаимосвязанных параметров процесса в определенном узком интервале, а выход за пределы этого интервала приводит к обратному размытию накопленного концентрированного профиля. Способ требует, чтобы фазовые скорости фронта целевого компонента вдоль слоя сорбента V и V где V скорость подачи раствора не была равна скорости температурного фронта V_Q, и необходимо, чтобы скорости V_Q отличались от V_т на строго определенные величины, поэтому способ не допускает использования самого исходного раствора в качестве греющего или охлаждающего рабочего тела. Поэтому способ осуществим только при независимом охлаждении или нагреве слоев. Это приводит к невозможности создания каких-либо установок с высокой степенью рекуперации тепла и к невозможности трехмерного масштабирования установок. Другим недостатком способа является трудность осуществления отбора конечного продукта-концентрата целевого компонента, поскольку концентрационный профиль после накопления представляет из себя узкую "бегущую волну", проскакивающую любое сечение слоя (или точку отбора, в течение короткого промежутка времени, в лучшем случае несколько минут).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ извлечения веществ из растворов, включающий пропускание раствора через два слоя сорбента при температурах Т₁ и Т₂, одновременно сорбцию, десорбцию и регенерацию сорбента и получение концентрата извлекаемых компонентов [4] Способ основан на принципе двухтемпературного противоточного обогащения. В колонне, состоящей из двух слоев сорбента, в одном направлении осуществляется движение сорбента (равномерное или прерывистое), а в противоположном раствора. В одном слое сорбента поддерживается температура Т₁, а в другом слое Т₂. В слоях с разной температурой различаются скорости переноса ЦК по сорбенту из-за зависимости коэффициента сорбции от температуры. За счет этого можно так выбрать скорости движения сорбента и раствора, что перенос ЦК в обоих слоях будет происходить к границе раздела температуры. На границе раздела температуры возрастает концентрация ЦК и осуществляется отбор концентрата.

При прерывистом движении сорбента за счет зависимости скорости переноса ЦК от его концентрации положение максимума концентрации будет зависеть от степени обогащения раствора. Все это накладывает ограничения на степень обогащения раствора и уменьшает концентрацию ЦК в точке отбора продукта. В исходном способе имеются значительные затраты тепла вследствие низкой степени его рекуперации.

Эффективное концентрирование происходит только при условии строгой взаимосвязи между параметрами процесса. В случае выхода за пределы этих параметров происходит не просто уменьшение степени концентрирования, а обратное размытие концентрационного профиля. Наиболее эффективное концентрирование достигается только при непрерывном процессе, однако при этом скорость накопления целевого компонента незначительна, потому что скорость противотока ограничена из-за псевдоожижения сорбента. Требуется поддержание специальных температурных условий осуществления способа, при которых температура вдоль каждого слоя была бы одинаковой, а между слоями высокий температурный градиент. Поэтому любая установка, построенная для реализации этого способа, требует независимого обогрева слоев (не за счет подаваемого раствора), что не позволяет добиться высокoй степени рекуперации тепла; максимальная толщина прогреваемого слоя должна быть одна и та же на больших или на маленьких установках, т.е. масштабирование при осуществлении этого способа только двухмерное, и реализация способа принципиально связана с большими капитальными затратами; технические сложности, связанные с осуществлением движения сорбента в колонне и точной регулировкой его скорости. Сложность создания больших встречных потоков раствора и сорбента, необходимых для получения высокой производительности установки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для извлечения веществ из растворов, содержащая соединенные между собой ионообменные колонны с нагревателями, накопительную емкость исходного раствора, теплообменник, датчик концентрации, линию подачи исходного раствора, нагнетательный трубопровод, рабочий насос, линию отбора целевого продукта и электронный блок управления [5] Установка реализует принцип бегущей температурной волны.

Движение температурных зон обеспечивается несколькими колоннами, каждая из которых нагревается и охлаждается независимо от других. Каждая колонна имеет отдельный нагреватель и змеевиковый теплообменник, который предназначен для уменьшения размыва границ между горячей и холодной зонами.

Для нагрева секций применяется вода, поступающая из нагревателей в рубашки секций. В то время, когда данная секция должна входить в холодную зону, нагреватель выключается и секция охлаждается холодной водопроводной водой. Движение температурных зон создается путем соответствующего включения определенной части нагревателей при помощи блока управления из системы реле. Для пропускания раствора через все последовательно соединенные секции служит насос.

В указанной установке имеются значительные затраты тепла на работу установки, поскольку система в целом не позволяет использовать сам исходный раствор в качестве обогревающего или охлаждающего раствора. Недостатком установки является также сложность отбора конечного продукта концентрата, поскольку концентрационный профиль после накопления представляет собой узкую "бегущую волну", проходящую точку отбора в течение короткого промежутка времени.

Технической задачей изобретения является создание технологического непрерывного процесса извлечения ЦК из растворов и технологической установки, обеспечивающих экономичность процесса за счет высокой степени рекуперации тепла собственного процесса, а также создание единообразной конструкции установки, обеспечивающей устойчивую работу системы и достижение высоких концентраций целевых компонентов.

Предлагается способ извлечения веществ из растворов, заключающийся в пропускании раствора через два слоя сорбента при температурах Т₁ и Т₂, при этом второй слой сорбента обрабатывают исходным раствором при температуре Т₁ до состояния равновесия, затем пропускают через первый слой сорбента исходный раствор при температуре Т₂, изменяют температуру полученного при этом раствора до значения температуры Т₁, пропускают его через второй слой сорбента, цикл повторяют при смене направления потока до получения концентрата извлекаемых веществ, при этом концентрат отбирают между слоями сорбента, значения температур Т₁ и Т₂ отличаются на 25-100^оС, а время пропускания раствора через слой сорбента в одном цикле определяется формулой: +Г < t_oпт.< +Г где объем одного слоя, м³; q скорость пропускания раствора, м³/ч; порозность слоя; Г_T1 Г_T2 коэффициенты распределения целевого компонента между сорбентом и исходным раствором при температуре Т₁ и Т₂ соответственно.

Установка для концентрирования веществ из растворов содержит соединенные между собой ионообменные колонны, накопительную емкость исходного раствора, теплообменник, датчик концентрации, линию подачи исходного раствора, нагнетательный трубопровод, рабочий насос, линию отбора целевого продукта и систему электронного управления.

Установка по первому варианту дополнительно содержит нагреватель-термостат, холодильник насоса, датчик температуры, автоматические краны и систему трубопроводов, при этом колонны соединены параллельно и имеют в верхних и нижних частях блоки из трех клапанов, теплообменник выполнен противоточным, а система трубопроводов состоит из линии подачи горячего исходного раствора, включающей трубопровод, соединяющий накопительную емкость через рабочий насос с нижней частью теплообменника, трубопровод, соединяющий верхнюю часть теплообменника с входными патрубками нагревателя термостата, и трубопровод, соединяющий выходной патрубок термостата через клапаны с верхом колонн, линии подачи холодного концентрата, включающей трубопровод, соединяющий через выходные клапаны нижней части колонн и систему автоматических кранов непосредственно или через теплообменник с имеющим холодильник трубопроводом, соединенным через входные клапаны с нижней частью колонн, линии отвода отработанных холодных растворов, включающей трубопровод отвода исходного холодного раствора, один конец которого соединен через клапаны с верхом колонн, а другой через систему автоматических кранов непосредственно или через теплообменник со сливным трубопроводом, и трубопровод отвода холодного отработанного концентрата, один конец которого через клапаны соединен с верхом колонн, а второй через систему автоматических кранов со сливным, нагнетательным трубопроводами и накопительной емкостью, а линия отбора целевого продукта снабжена автоматическим краном и расположена на линии подачи холодного концентрата между холодильником и входными клапанами нижней части колонн, при этом три датчика температуры расположены соответственно в линиях подачи холодного концентрата, отвода отработанного холодного исходного раствора и нагревателе-термостате, первый и второй насосы расположены на линии отвода холодного отработанного концентрата и нагнетательном трубопроводе, один вход холодильника соединен через третий насос с линией подачи исходного раствора, а другой со сливным трубопроводом, система электронного управления соединена с клапанами верха и низа колонн, датчиками температуры и концентрации, насосами и автоматическими кранами.

Установка по второму варианту дополнительно содержит два нагревателя-термостата исходного раствора и концентрата соответственно, три насоса, два датчика температуры, автоматические краны и систему трубопроводов, при этом колонны соединены параллельно и имеют в верхних и нижних частях блоки из трех клапанов, теплообменник выполнен трехкамерным, обеспечивающим циркуляцию трех концентрационных потоков соответственно исходного раствора, отработанного исходного раствора и холодного промежуточного концентрата, система трубопроводов состоит из линии подачи горячего исходного раствора, включающeй трубопровод, соединяющий накопительную емкость с нижней частью камеры теплообменника для исходного холодного раствора, трубопровод, соединяющий верхнюю часть камеры теплообменника с входным патрубком нагревателя-термостата исходного раствора, трубопровод, соединяющий выходной патрубок нагревателя-термостата через клапаны с верхней частью колонн, линии подачи холодного исходного раствора, включающей нагнетательный трубопровод, соединяющий накопительную емкость через клапаны с нижней частью колонн, линии подачи горячего концентрата, включающей трубопровод, соединяющий через клапаны верхнюю часть колонн и систему автоматических кранов непосредственно или через камеры теплообменника для холодного промежуточного концентрата с входным патрубком нагревателя ^_ термостата концентрата, и трубопровод, соединяющий выходной патрубок нагревателя-термостата через клапаны с верхней частью колонн, линии отвода отработанных растворов, включающей трубопровод отвода отработанного исходного раствора, соединяющий через клапаны нижней части колонн и систему автоматических кранов непосредственно или через камеру теплообменника для исходного горячего раствора со сливным трубопроводом, и трубопровод отработанного горячего концентрата, соединяющий через клапаны нижнюю часть колонн с входным патрубком нагревателя-термостата исходного раствора, линия отбора целевого продукта снабжена автоматическим краном и расположена на трубопроводе линии подачи горячего концентрата между автоматическим краном и входом в камеру теплообменника для холодного промежуточного концентрата, при этом два датчика температуры расположены соответственно на линии подачи горячего концентрата и трубопроводе отработанного исходного раствора, насосы расположены соответственно на линии подачи горячего исходного раствора до теплообменника, до нагревателя-термостата исходного раствора и нагнетательном трубопроводе линии подачи холодного исходного раствора, система электронного управления соединена с клапанами верха и низа колонн, датчиками температуры и концентрации, насосами и автоматическими кранами.

Кроме того, система электронного управления состоит из блока переключения потоков в системе трубопроводов, блока управления насосами, блока переключения клапанов колонн, блока создания тактовых импульсов, цифрового аналогового преобразователя, устройства формирования напряжения по временным интервалам с тремя делителями напряжений и источника опорного напряжения, при этом блок переключения потоков в системе трубопроводов выполнен в виде соединенных последовательно резонансного усилителя, компаратора, инвертора и двух силовых ключей, к которым параллельно подсоединены краны трубопроводов, при этом выходы датчиков температуры соединены со входами резонансного усилителя, вход первого силового ключа соединен с выходом инвертора, а вход второго силового ключа соединен с выходом компаратора, блок управления насосами выполнен в виде трех компараторов, двух логических схем "И", инвертора и четырех силовых ключей, соединенных с исполнительными органами насосов, причем выход первого компаратора соединен с первым входом первой логической схемы "И", входом второго силового ключа и входом инвертора, выходы второго и третьего компараторов соединены с входом второй логической схемы "И", выход первой "И" схемы соединен с входом первого силового ключа, выход инвертора соединен с входом третьего силового ключа, выход второй схемы соединен с входом четвертого силового ключа, при этом второй вход первой логической схемы соединен с выходом компаратора блока переключения потоков, блок переключения клапанов колонн выполнен в виде трех силовых ключей, соединенных с клапанами, и счетчика создания трехфазной последовательности импульсов, выходы которой соединены с входами силовых ключей, блок создания тактовых импульсов выполнен в виде соединенных последовательно генератора тактовых импульсов с магазином сопротивлений и счетчика тактовых импульсов, причем входы цифрового аналогового преобразователя соединены с выходами счетчика тактовых импульсов блока создания тактовых импульсов, а его выход соединен с входами компараторов блока управления насосами, выходы устройства формирования напряжений по временным интервалам соединены с входами компараторов блока управления насосами, вход источника опорного напряжения соединен с входами цифрового аналогового преобразователя и устройства формирования напряжений по временным интервалам, выход счетчика тактовых импульсов блока создания тактовых импульсов соединен с входом счетчика создания трехфазной последовательности импульсов блока переключения клапанов колонн.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что две данные установки предназначены для осуществления способа концентрирования из растворов веществ, селективность сорбента к которым уменьшается (1 вариант) и увеличивается (2 вариант) с увеличением температуры.

Сущность предлагаемого способа можно пояснить следующим образом. Пусть из раствора требуется извлечь целевой компонент, который в дальнейшем будем сокращенно называть ЦК. Пусть имеется сорбент такой, что коэффициент сорбции зависит от температуры. Будем для определенности считать, что он убывает с ростом температуры. Соответственно скорость переноса ЦК по сорбенту потоком раствора растет с увеличением температуры. Это является принципиальным для осуществления способа и вытекает из того, что в динамике сорбции на ионообменных колоннах скорость сорбционного фронта (фазовая скорость компонента) зависит от распределения компонента между фазами раствора и сорбента, причем чем больше коэффициент распределения, тем меньше фазовая скорость [6] Например, в равновесной динамике: U (2) где U фазовая скорость компонента, м/ч; V линейная скорость подачи раствора через колонну; а концентрация в сорбенте; С концентрация в растворе, порозность слоя сорбента (свободное пространство между зонами сорбента).

Для случая линейной изотермы, когда а ГС_о, V= < V (3) Так как Г_T1>Г_T2.

Для случая неравновесной динамики и нелинейной изотермы уравнение (2) имеет более сложный вид, но неравенство (V_T1<V_{) cохраняется. Фазовая скорость переноса тепла VQ практически равна скорости подачи раствора V и больше, чем VT1 и VT2.}

Рассмотрим сорбционный фильтр, состоящий из двух секций, каждая длины l. Процесс происходит циклами. Пусть в исходном состоянии в начале цикла сорбент холодный, количество ЦК в сорбированном виде a_T1 и, кроме того, в левой секции за счет предыдущей работы накоплено некоторое количество ЦК, которое мы будем называть накоплением m.

Слева (фиг.1а) начинает поступать постоянный поток q_o горячего раствора с концентрацией ЦК, равной С_о. По фильтру проходит волна температурного изменения (на фиг.1б обозначена Ф_Q), сзади которой сорбент нагрет (заштрихованная область) до температуры Т₂.

Температурный фронт доходит до конца левой секции и там его движение прерывают, охлаждая раствор при переходе из секции в секцию. Накопление m потоком q_o переносится в правую холодную секцию (фиг.1в). За счет того, что передний и задний фронты m разное время двигались в нагретом сорбенте, область, занимаемая накоплением m, сжимается. Поток слева прекращается. Левую секцию охлаждают до Т₁ и концентрацию ЦК восстанавливают до a_T1, пропуская холодный исходный раствор. На этом такт кончается. В следующем цикле поток горячего раствора подается справа. Так повторяется циклически.

Обозначим время цикла t, а 1/t V_ср. При выполнении условия V_T1<V_{<V все накопления из левой секции полностью переходят в правую и общее содержание ЦК в правой секции становится больше, чем начальное содержание в левой секции, на величину m (aT1-aT2) , где объем секции.}

В случае линейно равновесной сорбции накопленная масса ЦК будет собираться в середине секции в конце цикла, а время цикла будет выражаться формулой: t_опт= + + (4) Интервал времени осуществления цикла целесообразно выбирать в промежутке между крайними значениями, определяемыми фазовыми скоростями при линейной изотерме: +Г < t_опт.< +Г (5) В общем случае более узкий интервал для t_опт можно подобрать экспериментально.

Выход за пределы указанного интервала в предлагаемом способе в отличие от способов-аналогов не разрушает процесс накопления, а только снижает его интенсивность. Это является следствием того, что благодаря переменному направлению изменения температурной волны нет жестких ограничений в пределах интервала V_T2<V_<V.

При возрастании концентраций ЦК скорость его переноса меняется. Однако при этом благодаря переменному направлению движения волны момент прохождения зоны повышенной концентрации ЦК через границу секций не меняется. Поэтому, несмотря на изменение скорости переноса ЦК при насыщении, отбор продукта можно всегда осуществлять из точки максимальной концентрации.

В случае, когда коэффициент сорбции увеличивается с ростом температуры, принцип работы системы не меняется, меняется лишь порядок нагрева и охлаждения слоев с тем расчетом, чтобы сорбция ЦК из исходного раствора производилась на горячий сорбент (где Г_T1 больше), а перенос накопленного ЦК осуществлялся с холодного сорбента на горячий (с того участка, где К меньше, на тот, где больше).

Целесообразно выбрать значения Т₁ и Т₂ таким образом, чтобы разница между ними была не менее 25^оС, что соответствует крайнему случаю охлаждения воды при нормальных летних условиях до 0^оС, и не более 100^оС, что соответствует крайнему случаю нагревания воды в зимних условиях до 10^оС.

По аналогии с названиями известных ранее двухтемпературных способов предлагаемый способ может быть назван способом "качающейся волны".

На фиг. 1 представлен принцип концентрирования в предлагаемом способе "качающейся волны"; на фиг.2 схема установки по варианту I; на фиг.3 диаграммы режимов работы установки по варианту I; на фиг.4 схема установки по варианту II; на фиг.5 диаграммы режимов работы установки по варианту II; на фиг.6 блок-схема системы электронного управления установками; на фиг.7 схема лабораторной установки с двумя слоями сорбента; на фиг.8 график зависимости максимальной концентрации Вr от номера цикла; на фиг.9 график зависимости концентрации Br в растворе в точке отбора продукта; на фиг.10 график зависимости концентрации Br в растворе от координаты в колонне, где накапливалось вещество в конце цикла; на фиг.11 график зависимости максимальной концентрации Sr от номера цикла.

Установка по первому варианту предназначена для концентрирования в растворах веществ, селективность сорбента к которым уменьшается с увеличением температуры.

Установка содержит соединенные между собой параллельно ионообменные колонны 1,2 и 3, имеющие блоки из трех клапанов 4-21, накопительную емкость 22 исходного раствора, соединенный с ней трубопровод исходного раствора 23, теплообменник 24, выполненный противоточным, термостат-нагреватель 25 для исходного раствора, холодильник 26 и систему электронного управления 27. Установка имеет систему трубопроводов, которая состоит из линии подачи горячего исходного раствора, включающей трубопровод 28, соединяющий накопительную емкость 22 через рабочий насос 29 с нижней частью теплообменника 24, трубопровод 30, соединяющий верхнюю часть теплообменника 24 с входными патрубками нагревателя-термостата 25, и трубопровод 31, соединяющий выходной патрубок термостата 25 через клапаны с верхом колонн 1,2 и 3, линии подачи холодного концентрата, включающей трубопровод 32, соединяющий через выходные клапаны нижней части колонн 1, 2, 3 и систему автоматических кранов 33 и 34, электрически соединенных с датчиком температуры 35, непосредственно или через теплообменник 24 посредством трубопровода 36 с имеющим холодильник 26 трубопроводом 37, соединенным через входные клапаны с нижней частью колонн 1, 2, 3, линии отвода отработанных холодных растворов, включающей трубопровод 37 отвода исходного холодного раствора, один конец которого соединен через клапаны с верхом колонн 1, 2, 3, а другой через систему автоматических кранов 38, 39, соединенных электрически с датчиком температуры 40, непосредственно через трубопровод 41 или через теплообменник 24 посредством трубопровода 42 со сливным трубопроводом 43, и трубопровод 44 отвода холодного отработанного концентрата, один конец которого через клапаны соединен c верхом колонн 1, 2, 3, а второй через систему автоматических кранов 45, 46, 47, подчиняющихся датчику концентрации 48 со сливным 43, нагнетательным исходного раствора 49, посредством трубопровода 50, трубопроводами и накопительной емкостью 22 посредством трубопровода 51, а линия отбора целевого продукта 52 снабжена автоматическим краном 53, который соединен с датчиком концентрации 54, и расположена на линии подачи холодного концентрата между холодильником 26 и входными клапанами нижней части колонн 1, 2, 3, термостат-нагреватель 25 снабжен датчиком температуры 55 и автоматическим краном 56.

Насосы 57 и 58 расположены на линии отвода холодного отработанного концентрата и нагнетательном трубопроводе 49. Один вход холодильника 26 соединен трубопроводом 59 через насос 60 с линией подачи исходного раствора через автоматический кран 61, а другой со сливным трубопроводом 43. Кроме того, система трубопроводов снабжена автоматическим краном 62, расположенным на трубопроводе исходного раствора 23, автоматическим краном 63, расположенным на нагнетательном трубопроводе 49 на выходном патрубке накопительной емкости 22, автоматическим краном 64, расположенным на выходном патрубке накопительной емкости 22 в линии подачи горячего исходного раствора, автоматическим краном 65, расположенным между теплообменником 24 и холодильником 26 на линии подачи холодного концентрата, автоматическим краном 66, расположенным на трубопроводе отвода исходного холодного раствора на выходном патрубке нижней части теплообменника 24. Линия подачи горячего исходного раствора имеет насос 67, подключенный параллельно трубопроводу, соединяющему накопительную емкость 22 с нижней частью теплообменника 24 и предназначенный для взятия пробы. Все колонны и трубопроводы горячих растворов футерованы для предотвращения теплоотдачи в внешнюю среду. Система электронного управления 27 соединена с клапанами верха и низа колонн, датчиками температуры и концентрации, насосами, автоматическими кранами.

Установка по первому варианту работает следующим образом.

1. Подготовительные операции: а) при всех открытых клапанах и автоматических кранах (кроме кранов 38,33) все коммуникации установки заполняются исходным раствором, подаваемым из емкости 22 насосом 58; б) закрываются все клапаны и краны, открываются клапаны 10, 7, 19, 16 и краны 39 и 47. Исходный раствор насосом 58 подается через нагнетательный трубопровод 49 на колонны 2 и 3 и по трубопроводам 44 и 43 направляется на слив. Процесс продолжается до равновесной отработки сорбента в колоннах 2 и 3; в) одновременно с процессом по п. б) через теплообменник 24 и термостат 25, включенный для нагрева до температуры Т₂, насосом 29 подается исходный раствор. Раствор после термостата 25, нагретый до Т₂, через трубопровод 31 горячего раствора подается на колонну 1. При этом открыты клапаны 5, 14, выходящий раствор по трубопроводу 32, через открытые клапаны 33 и 66 и через теплообменник 24 подается на слив в трубопровод 43.

Процесс продолжается до равновесия сорбента в колонне 1 с исходным раствором при Т₂; г) закрывается кран 47. Включается система электронного управления 27.

2. Рабочие операции.

Система электронного управления 27 регулирует по времени работу насосов 29, 58, 57, 67 и кранов 53, 39, 38, 33, 34, 65, как показано на фиг.3. Клапаны на колоннах 4-2 автоматически открываются по-разному в каждом цикле. При этом режим открытия и закрытия клапанов повторяется через каждые 3 цикла.

Автоматическое регулирование по времени работы насосов и кранов в системе трубопроводов.

+Г < t_опт.< +Г оптимальное время рабочего цикла; объем одной колонны, м³.

q скорость подачи раствора в рабочем цикле из горячей колонны в холодную, м³/ч; порозность слоя сорбента ( 0,35); Г_T1, Г_T2 коэффициенты распределения целевого компонента между сорбентом и исходным раствором при температуре Т₁ и Т₂ соответственно, ^оС; t₁ время обработки до равновесия исходным раствором при Т₁ одной колонны, находившейся в равновесии с входным раствором при Т₂, t Д₃₅/Д₄₀ время уравнивания температуры по датчикам температуры 35 и 40 (при t > t Д_35/Д40, Т_Д40< Т_Д35, при t_Д35/Д40; Т_Д40<Д35>).

q скорость отбора продукта, м³/ч; С_о средняя концентрация целевого компонента кгэкв/м³; С_к средняя концентрация целевого компонента в продукте (в конечном концентрате), кгэкв/м³; t₂ время до начала отбора в цикле; t₃ время до конца отбора.