Способ установления равновесных концентраций в системе твердая фаза-жидкость-пар

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ че ов ва ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(54) СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ РАВНОВЕСНЫХКОНЦЕНТРАЦИИ; В СИСТЕМЕ ТВЕРДАЯ ФАЗА - ЖИДКОСТЬ - ПАР(57) Изобретение относится к способам определения равновесных концентраций в системе твердая фаза - жидкость - пар и может быть использо но в лабораторной практике, Цельизобретения - увеличение точностиопределения равновесных концентраций и уменьнение времени проведенияединичного эксперимента, Способ характеризуется следующей совокупностьюпризнаков. Перегрев смеси под избыточным давлением, предотвращающим еекипение, проведение процесса дросселирования с образованием паровогопотока за счет процесса самоиспарения, введение жидкой кипящей смеси взону самоиспарения таким образом,что на границах зоны формируют опускающуюся пленку жидкости, котораяизолирует паровой поток от взаимодействия с внепней средой через стенки зоны, 2 ил, 113Изобретение относится к способамустановления равновесных. концентраций в системе твердая фаза - жидкость - пар и может быть использовано в химической, нефтехимической идругих отраслях прощппленности,Целью изобретения является увеличение точности при определении равновесных концентраций и уменьшениевремени установления равновесия.На фиг,1 изображена схема реализации способа; на фиг,2 - лабораторная установка, в которой реализуетсяспособ,Схема включает зону 1 перегревасмеси, зону 2 равновесного самоиспарения, зону 3 конденсации паровогопотока, зону 4 смещения конденсатаи жидкой фазы, дроссельное устройство 5 и пробоотборники б и 7.П р и м е р. Способ реализуетсяна лабораторной установке, состоящей,из испарительной камеры 8 с паровымпатрубком 9, штуцером 10 и моностатом 11, циркуляционного насоса 12,на нагнетательной линии которого установлены перегреватель 13, дроссельное устройство 14 и манометр 15, холодильников 16 и 17, промежуточнойемкости 18, термометров 19-21, пробоотборников 22 и 23, воздушного крана24, тепловой изоляции 25 и конденсатора 26,Способ реализуется следующим образом,Анализируемую смесь, например10 мас./ водного раствора этаноласодержащего 1 мас.% дрожжевых клеток,направляют в зону 1 перегрева., Здесьсмесь под избыточным давлением порядка 0,1 ати, предотвращающим кипение, нагревают до 93,5 С, превышаяо,температуру кипения на 1-2 С, Затемпроводят процесс дросселирования давления с помощью устройства 5, и смесьвводят в верхнюю часть зоны 2 самоиспарения, В результате равновесногоиспарения образуется паровой поток,оставшийся водноспиртовый растворконцентрацией 9,9 мас.7 отводят взону 4 смещения, Водноспиртовые парыконцентрацией 51,7 мас,/ направляютв зону 3 конденсации, и образующийсяконденсат смешивают в зоне 4 с оставшимся водноспиртовым раствором.Ввод перегретой смеси осуществляют таким образом, что на границахзоны образуется стекающая пленка 570282жидкой фазы, изолирующая образующийся паровой поток от взаимодействия свнешней средой через стенку эоны 25испарения. Тем самым исключаетсявозникновение дикой флегмы, Из зоны4 смешения смесь подают в зону 1 перегрева и процессы ее перегрева исамоиспарения повторяются,Отбор проб для анализа осуществ.ляют через пробоотборники 6 и 7 через 0,5-1,0 ч после начала эксперимента и по полученным концентрациямпроб судят о равновесии в системе,Организация процесса самоиспарения позволяет создать оптимальныеусловия для наступления равновесияи интенсифицировать массообмен в системе твердое тело - жидкость - пар,20 П р и м е р 1 е В испарительнуюкамеру загружают 1 О мас./ водногораствора этанола, содержащего в качестве твердой фазы дрожжевые клеткин количестве 5-10 мас,/. Эту смесь25 шестеренчатым насосом через перегреватель и дроссельное устройство 6подают в испарительную камеру, В перегревателе при давлении 1,1 атисмесь доводят до 92,5-93,5 С, что наЗО 1-2 С вьше температуры кипения в камере 1, Дросселирование смеси в устройстве проводят в непосредственнойблизости от камеры, после чего еенаправляют в испарительную камеру,где давление поддерживается равным1,0 атиЗа счет теплоты перегрева образуются пары и температура системы жидкость - пар - твердое тело снижается.о40 до 91,5 С, При этом смесь вводят вкамеру тангенциально через патрубоки она стекает по стенкам камеры ввиде жидкой пленки, изолирующей паровой поток от взаимодействия с внеш 45 ней средой через стенку зоны испарения, Исключено возникновение дикойфлегмы и искажение эа счет этого равновесных концентраций,Процесс самоиспарения обеспечива 50 ет идеальные условия для установления равновесия в тройной системе,так как частицы твердой фазы являются центрами парообразования, что интенсифицирует переход целевого компонента из твердой фазы в жидкость изатем, в пар,Уменьшается время единичного цикла измерения, При самоиспарении парконтактирует только с кипящей жидкостью, что исключает укрепление пара за счет его частичной конденсации на границе камеры или же нераннонесное выкипание капелек раствора.Жидкую смесь с концентрацией этанола 9,9 мас./ в насос, а образовавшиеся пары с концентрацией 51,7 мас.Ж проходят через паровой патрубок в конденсатор, конденсируются и конденсат стекает в промежуточную емкость 10 и затем н насос. Далее цикл повторяется,Через 0,5 ч после начала эксперимента через пробоотборники отбираютпробы и по их концентрациям судят о 15равновесии н системе,За счет увеличения кратности циркуляции жидкой смеси обеспечиваетсяминимальный перегрев ее, что создаети равновесной испарительной камере, 20условия, близкие к изотермическим,т,е, жидкость в процессе самоиспарения не подкипает и не охлаждаетсяизвне. При наступлении равновесияпоказания термометров идентичны. 25Таким образом, согласно предлагаемому способу образование паровойфазы происходит эа счет процесса самоиспарения, Подвод тепла к жидкойфазе осуществляется н условиях, исключающих пузырьковое кипение на теплопередающей поверхности. Пар и жидкая фаза находятся при этом в состоянии равновесия, При известном способе за счет перегрева жидкости на теплопередающей поверхности и ее пузырькового кипения равновесие не устанавливается, что приводит к систематической ошибке в опытахКроме того, согласно предлагаемому способу в испарительной камередвижение кипящей жидкости (самоиспаряющейся) организовано таким образом,что контакт пара со стенками камерыполностью исключается. Не возникает 45 конденсации пара и искажения егоконцентрации, В известном способе неисключена возможность образованиядикой флегмы и за счет этого искажения равновесных концентраций,В процессе самоиспарения частицытвердой фазы являются центрами парообразования, Это интенсифицирует процесс массопереноса из твердой фазы вжидкость и пар и значительного сокращения времени установления общегоравновесия в системе. При известномспособе преобразование протекает натеплопередающей поверхности, Интенсивность массопереноса н системе твер.дое тело - жидкость ниже, чем в системе жидкость - пар, что приводит кзначительному увеличению времени установления состояния, близкого к ра-.равновесному н системе твердое теложидкость - пар,Формула изобретенияСпособ установления равновесныхконцентраций в системе твердая фаза - жидкость - пар, включающий нагрев и испарение смеси, вывод образующихся паров на конденсацию и возврат конденсата в зону испарения,смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения точности приопределении равновесных концентраций и уменьшения времени установленияравновесия, смесь из нижней частизоны испарения принудительно при избыточном давлении, исключающем еекипение, подают в перегреватель, гдек ней подводят тепло, после чего проводят процесс дросселирования давления и полученную парожидкостную смесь,содержащую твердую фазу, вводят вверхнюю часть зоны испарения с образованием на границах этой зоны стекающей пленки жидкой фазы,1357028 Составитель С,БараТехр ед М . Дидык Черни Коррект андор еда ПодписноеСССР аказ 5917/3 о тииаб д, 4/5 отк ла ская к Проект Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор ВНИИПИ по 113035