Термодиффузионная колонка
Патент 973146
Авторы
Классы МПК
Термодиффузионная колонка
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
< >973146 (61) jl,înoëíèòåëüíîå к авт. спид-ву (22)Заявлено 12.01.81(21) 3237014/23 26 с присоединением заявки .{{{а (23) ПриоритетОпубликовано 1 5 . 1 1. 82 . Бюллетень 1{{а 42
Дата опубликования описания 15 . 1 1. 82 (51)M. Кл.
B 01 D 53/22
Государственный комитет
СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК 66. 071..68(088,8) (72) Авторы изобретения
В. А. Тихонович, А. С. Зелепуга и K. К. Азроян
Ордена Трудового Красного Знамени Институт з епло" и массообиена им. А. В. Лыкова Академии Нау БССР" >-i {« (71) Заявитель -.{.Ц{ л у 1 «t 4 t gtt. с
:с",, t3 йнь л „,;,, „ (54) ТЕРИОДИФФУЗИОННАЯ КОЛОНКА
Изобретение относится к технике термодиффузионного разделения смесей и может быть использовано в химической, нефтехимической и -других отраслях промышленности.
Известны термодиффузионные колонны плоского или цилиндрического типа, предназначенные для разделения жидких и газообразных смесей (1).
Известна термодиффузионная колонна для разделения газообразных и жидких смесей, включающая горячий и холодный коаксиальные цилиндры с намотанной на внутренний цилиндр по винтовой линии разделяющей спиралью, подводящий и отводящие патрубки j2 g, Коэффициент разделения у колонн со спиральной навивкой на внутреннем цилиндре по сравнению с обычными колоннами без спиральной навивки почти в 15-20 раз выше. Такой результат обьясняется как бы превращением колонны за счет спирали в наклон—
2 ную с уменьшением тем самым вертикальных паразитных конвективных потоков и хорошего центрирования цилиндров. При явном превосходстве над обычЪ ными коаксиальными колоннами, колонна
s с равномерной спиральной навивкой все же не укладывается в идеальный термодиффузионный цикл, который характеризуется необходимостью сокращения вертикальной длины конвективных потоков по направлению к точке отбора обогащенного продукта. Конвективные потоки у данной колонны, хотя и раздроблены, но одинаковы по всей длине колонны в ледствии равномерного шага навитой спирали, Это является основным недостатком известной колонны.
Цель изобретения — повышение раэ" делительной способности за счет сократа щения вертикальной длины конвективных потоков.
Указанная цель достигается тем, что в термодиффузионной колонне для
3146 4
3 97 разделения газообразных и жидких смесей, включающая горячий и холодный коаксиальные цилиндры с намотанной на внутренний цилиндр по винтовой линии разделяющей спиралью, подводящий и отводящие патрубки, согласно изобретению, разделяющая спираль выполнена с шагом, монотонно убывающим в направлении от подводящего патрубка к отводящему патрубку.
Целесообразно, чтобы шаг спирали убывал на 1/3 величины предыдущего шага.
На фиг. 1 изображена термодиффу" зионная колонна, вертикальный разрез; на фиг. 2 - развертка рабочей поверхности обычной цилиндрической колонки; на фиг. 3 - колонка с рав- номерной разделяющей спиральной навивкой; на фиг. 4 - то же, с неравномерной спиральной навивкой (Z- координата по длине колонны, В - ширина рабочей зоны).
На рабочих плоскостях изображены эпюры основных конвективных потоков, происходящих в рабочем зазоре колонн.
Наиболее благоприятной для термодиффузионного разделения является рабочая полость, образуемая йеравномерной спиральной навивкой, так как в ней конвективные потоки в направлении к точке отбора постепенно затухают, что и требуется по условию приближения реального термодиффузионного разделительного цикла к идеальному, Оптимальные значения максимума и минимума шага навивки разделяющей спирали, равно как и пределы шагов навивки, в общем случае являются функциональной зависимостью от многих факторов: например, от рода смеси, температурного градиента, конструктивных особенностей разделителя и др. Эти оптимальные значения шагов определяют активную длины разделительного канала в поперечном сечении колонны, которая неодинакова для разного рода смесей и различных их концентраций. Активная длина разделительного канала для термодиффузионных разделителей опре,деляет Длину конвективных потоков, которые, с одной стоооны. являются необходимым условием для процесса разделения,а, с другой стороны, мешают процессу разделения, осуществляя обратное смещение разделенных фракций. В связи с этим и производят оптимизацию процесса подбора
I0
55 (определения) наивыгоднейшей активной длины разделительного канала.
У разделителей со спиральными винтовыми каналами и равномерным шагом оптимальная величина шага для определенных смесей и условйй разделения будет однозначной характеристикой, обеспечивающей наилучшие условия разделения, Однако, как было указано выше, оптимальная длина рабочего канала зависит также и от кон-центрации смеси. Но так как в ходе процесса разделения от точки питания вдоль разделительного канала к точ кам отбора концентрация смеси посто янно изменяется, то, очевидно, для повышения разделительной способно сти устройства имеет смысл изменять и геометрические характеристики канала (его активную длину) таким образом, чтобы в каждом поперечном сечении разделителя она соответствовала или была близка к оптимальному значению для имеющейся концентрации смеси. Обычно, по крайней мере у разделителей термодиффузионного типа, в направлении от точки питания к точкам отбора, оптимизация идет путем уменьшения их активной длины (уменьшения шага спирали). Степень убывания шага как раз и является той конк. ретной характеристикой, которая отличает спиральные разделители между собой. Лучшими характеристиками по эффективности разделения обладают колонны, в которых шаг спирального ка нала уменьшался в направлении разделения примерно на 1/3 величины предыдущего шага, Колонна содержит наружный цилиндр
1, внутренний цилиндр 2, спираль 3, кожух 4, подводящий 5 и отводящие б штуцеры. На внутренний цилиндр 2 намотана по винтовой линии разделяющая спираль 3, образующая между цилиндрами спиральный канал 7 для прохож,дения и разделения в ней смесей.
Работа колонны осуществляется сле. дующим образом.
При создании температурного градиента дТ в рабочем канале 7 в разделяемой среде образуются восходящие (с горячей стороны) и нисходящие (с холодной) конвективные потоки. В середине колонны, где поступает смесь, эти потоки имеют наибольшую длину по вертикали за счет наибольшего шага спирали и постепенно затуха.эт при приближении к точкам отбора на торцах
973 колонны. Восходящий конвективный поток увлекает в большей степени более легкие фракции и передвигает их вверх и далее по наклонной спирали в более узкую часть рабочей полости. Обратный холодный конвейтивный поток, передвигая компоненты смеси, сдвигает . по спирали вниз за счет сил инерции более тяжелые фракции.
Таким образом начиная от середины колонны образуется градиент концентрации фракций по высоте колонны, который постепенно повышается при приближении к торцам. Постепенное сужение рабочей полости за счет уменьшения шага спирали уменьшает степень перемешивания тяжелых и легких фракций и тем самым повышает. коэффициент разделения колонны, приближая его к идеальному термодиффузионному циклу. формула изобретения
1. Термодиффузионная колонка для .разделения газообразных и жидких
146 6 смесей, включающяя горячий и холодный коаксиальные цилиндры с намотанной на внутренний цилиндр по винтовой линии разделяющей спиралью, подводящий и отводящие патрубки, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения разделительной способности путем уненьшения длины конвективных потоков, по вертикали, раз10 деляющая спираль выполнена с шагом, монотонно убывающим в направлении от подводящего патрубка к отводящему патрубку.
2. Колонка по и. 1, о т л и ч ад ю щ а я с я тем, что шаг спирали убывает на 1/3 величины предыдуще" го шага.
Источники информации. принятые во внимание при экспертизе щ 1. Рабинович. Г. Д., Гуревич Р. Я.
Боброва Г. И. Термодиффузионное разделение .смесей. Минск, "Наука и техника" 1971, с. 179-207.
2. Waskal Т. Л. Helpolder Т. M.
25 "ind, and Engng. Chen",Process Design
and Development. т. 1, Р 1, 1962.