Термодиффузионная колонна

)5 ИЕ ИЗОБРЕТЕ Рабочными порсадки 16 сступенчатской завис ая камера 1циями капилизменениеому приближимости. заполнена дискретлярно-пористой нам проницаемости по ению к параболичеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектно-конструкторский институт микробиологических производств(56) Авторское свидетельство СССРМ 573168, кл. В 01 О 17/09, 1976,(57) Изобретение относится к устройствамдля разделения жидких смесей, в частностик термодиффузионным колоннам с насадкой, и может быть использовано в областихимической и биотехнологии, в особенностидляполучения 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 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 заполненр капиллярно-пористой насадкой, Капиллярно-пористая насадка выполнена из дискретных порций, проницаемость которых уменьшается в направлении отбора и од кта по следующей зависимости: К=Ко 1 - у, где Ко - проницаемость насадки в сечении с исходной концентрацией; 7 - координата вдоль длины колонны;- длина колонны. 3 ил,разделительнои задачи в даннои 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 16,3 б 5018 б 30 40 Математическая зависимостьК Ко -где Кс - проницаемость насадки в сечении сисходной концентрацией;Е - координата вдоль длины колонны;длина колонны,связывает такой важный параметр колонныкак проницаемость насадки К и координатувдоль длины колонны У (иа фиг. 2 пунктирные линии указывают на соответствующиеточки в рабочей камере и иа графике), Координата возрастает в направлении отборапродукта, и она может быть иаправлеиа каквверх, так и вниз, Размерность координатыЕ равна размерности длины.Из частного случая, приведенною нафиг, 2, следует, что при ХЧ 3 К=К, т,е. проницаемость равна максимальному значению,выбираемому в известной мере произвольно и определяемого общей теорией термодиффузионных колонн,В колонне это значение соответствуетверхней точке, где концентрация смеси равна исходной. Все пространство выше этой. точки заполнено исходной смесью и является питающим резервуаром. В нем разделение не происходит. При Ж", чтосоответствует точке на графике Е/=1, проницаемость насадки минимальна, а пространство ниже этой точки являетсярезервуаром для накопления целевого продукта.Колонна работает следующим образом,Под действием элементарного термодиФФузионного эффекта в направлении градиента температуры происходит изменениеконцентрации смеси в восходящем вдольстенки внутреннего горячего цилиндра 5 инисходящим вдоль стенки наружного холодного цилиндра 2 конвективных потоках. Врезультате образуется вертикальный диффузионный перенос целевого компонента кточке 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 колони, 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- 120 мкмпуоиицаемостью от 14,0 1011 м 2 до 1,536 и 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 в 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.Формул а изобретен ия Термодиффуэионная колонна, содержащая рабочую камеру, .образованную двумя вертикальными коаксиальными цилиндра 50 ми и заполненную квпиллярно-пористой насадкой, и устройство для поддержания градиента температуры в рабочей камере, патрубки ввода и вывода продукта и теплоносителя, о т л и ч а ю щ а я с я 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 пор 1650186ции уменьшается в направлении отборапродукта по следующей зависимости: где Ко - проницаемость насадки в сечении сисходной концентрацией;Е - координата вдоль длины колонны;- длина колонньь1650186 мал.д, беизоьа, ф 1. Составитель Г. Урусоваедактор О. Стенина Техред М.Моргентал Корректор М. Максимищинец при ГК изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ В969ИПИ Госуд Тираж 441 Подписное твенного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5