Способ сепарации примесей и устройство для его осуществления

(46) 07.03.93, Бюл. М 9 (72) А.А.Рязанцев, В.Г скин и Л,В.Рязанцева (56) Авторское свидет 1 ч. 1461504, кл. В 03 С Кингисепп, В.В.Б льство СССР1/02, 1987. ЦИИ ПРИМЕСЕЙ И ГО ОСУЩЕСТВЛЕ(54) СПОСОБ СЕПАРУСТРОЙСТВО ДЛЯНИЯ(57) Использование: очтов от диамагнитныхизобретения; по спососей для выделения ди истка жидких продукпримесей, Сущность бу сепарации приме- магнитных примесей ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) Изобретение относится к процессам очистки продуктов от примесей в химической и других отраслях промышленности и может быть использовано преимущественно для очистки жидкого кислорода от плохо сорбируемых диамагнитных примесей, например метана.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путемсепарации диамагнитных примесей из парамагнитного хидкого продукта.На фиг, 1 изображены внешний вид токонесущей трубы с размещенной на ней проточной камерой, потоки очищаемого кислорода и охлаждающего азота, продольное (вдоль оси токонесущей трубы) сечение проточной камеры и ее поперечное (разрез А-А) сечение, на фиг, 2 - продольный и поперечный разрезы проточной камеры устройства, в котором токонесущая труба выполнена из отдельных трубок; на фиг, 3 - изменение парамагнитных сил (пропорцииз парамагнитного жидкого продукта адсо рбент помещают в зонах с наименьшим градиентом квадрата магнитной индукции, а пропускание очищаемого продукта осуществляют многократно через однородное магнитного поле. В устройстве для сепарации примесей проточная камера выполнена с дополнительным каналом, расположенным внутри токонесущей трубы, внутренние и наружные каналы сообщены между собой через перфорацию токонесущей трубы, а адсорбент размещен внутри кольцевых каналов с противоположных от поверхности токонесущей трубы сторон. 2 с, и, 1 з, и. ф-лы, 3 ил. ональное градиенту квадрата магнитной индукции) по радиусу - вектору, перпендикулярному оси трубы и отсчитываемому от оси.Предложенный способ реализуется в устройстве, состоящем из токонесущей трубы 1, проточной камеры 2, имеющей патрубки подвода 3 очищаемого кислорода и О отвода 4 очищенного, Проточная камера 2 О состоит из наружных 5 и внутренних 6 коль- )Я цевых каналов, непосредственно примыка- (ф ющих к токонесущей трубе 1 и электрически иеолироввнных от нее(выполненных ив ди- ) электрика). В токонесущей трубе выполнены отверстия 7, через которые сообщаются между собой последовательно по потоку наружные 5 и внутренние 6 кольцевые каналы, непосредственно примыкающие к токонесущей трубе 1 снаруми и изнутри, Внутри кольцевых каналов 5 и 6 с противоположныхот поверхности токонесущей трубы 1 сторон размещен адсорбент 8, 1799628Для увеличения плотности тока, протекающего через токонесущую трубу 1, а соответственно и объемной плотности пара- магнитных сил, пропорциональной градиенту квадрата напряженности магнитного поля, токонесущая труба 1 выполнена в виде отдельных трубок 9, размещенных с зазором одна относительно другой по окружности, внутренние полости которых соединены с системой 10 подачи охлаждающего компонента - жидкого азота,Предложенный способ реализуется в процессе работы устройства,.Поток кислорода 11 с примесями (например, с трудно сорбируемым из жидкого кислорода метаном) поочередно входит во внутренний кольцевой канал 6, затем из него через отверстия 7 в токонесущей трубе 1 в наружный кольцевой канал 5, а из него через отверстия 7 снова во внутренние кольцевые каналы 6.Вокруг токонесущей трубы 1 в результате протекания тока формируется неоднородное магнитное поле, через которое многократно проходит кислород.Парамагнитные силы пропорциональны градиенту квадрата магнитной индукции поля, объемная плотность парамагнитной силы определяется выражением (см, Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм, М.: Высшая школа, 1983, с, 283),. В.:. агаа (В 12,иг,и 1где и 1 - магнитная проницаемость среды (кислород), в которую помещен диамагнетик;,и 2 - магнитная проницаемость диамагнетика (метана);В - магнитная индукция поля, создан- його током в трубе 1.Магнитная индукция поля, созданного током внутри оболочки цилиндрической трубы, определяется выражением (см. МатвеевА,Н,с. 254)отрубы,1 г2 шгде г- радиальное расстояние точки, в которой определяется индукция, от оси трубы;г - внутренний радиус трубы;г 2 - внешний радиус трубы;- сила тока, текущего по трубе,Вне трубы магнитная индукция1и" 2 лтВнутри трубы магнитная индукция в соответствии с законом полного тока равнанулю,Произведя математическое преобразо вание, получимв стенке трубы г 1г 5 г 2;4)з 42 1 2с(В )вне трубы г гггцгаб(Вг) = - и2 дг гзво внутреннем канале трубы Огг 1;дгабг (Вг) О20Зависимость угад(В ) от радиуса г изображена на графике (фиг, 3).Таким образом, если диамагнитная мо лекула метана движется из внутреннегокольцевого канала 6 через отверстие 7, то по мере этого перемещения на нее воздействует все уввличивающаяся сила парамагнитного происхождения, затормаживающая 3 О это движение, Поэтому молекулы, имеющиемалую кинетическую энергию (в данный момент времени), не могут пройти через отверстив 7 и остаются во внутреннем кольцевом канале, где захватываются поверхность ад сорбента. Те молекулы, которые ходят черезотверстие 7, парамагнитными силами ускоряются в сторону адсорбента, глубоко углубляясь между его частицами, Молекулы, перемещающиеся параллельно оси трубы, 4 О также испытывают действие парамагнитных сил, которые направлены от трубы 1 в адсорбент 8.Эти силы увлекают часть молекул в адсорбент, где они адсорбируются. Молекулы, 45 движущиеся в наружном кольцевом каналеот адсорбента к отверстию 7 в токонесущей трубе 1, частично тормозятся этими силами и направляются в сторону адсорбента 8. Те молекулы (здесь и далее молекулы метана), 5 О которые достигают отверстия 7, ускоряютсяполем и попадают во внутренний кольцевой канал, где их скорость гасится взаимодействием с окружающими молекулами кислорода и частицами адсорбента, а затем 65 повторяется процесс, изложенный выше.Поток перемещается в турбулентномрежиме, который в данных условиях возникает автоматически вследствие. влияния шероховатых частиц адсорбента в многократных поворотов потока.Токонесущую трубу 1 с радиальными отверстиями 7 можно заменить (токонесущими) трубками 9, расположенными по окружности, функции отверстий 7 в этом случае выполняют зазоры между трубками. 5 При большом количестве таким трубок создается такое же поле, как и токонесущей трубой.Для охлаждения трубок 9 через них с помощью системы 10 подачи охлаждающе го компонента прокачивают жидкий азот.Предложенные способы и устройство в отличие от прототипа позволяют очищать парамагнитный продукт от диамагнитных примесей, расширяя тем самым функцио нальные возможности,Предложенное техническое решение наиболее эффективно для очистки жидкого кислорода от трудно сорбируемого при этихусловиях метана. 20 Формула изобретения1. Способ сепарации примесей, включающий пропускание продукта в турбулентном режиме течения через адсорбент, 25 помещенный в неоднородное магнитное поле, с разделением его у поверхности адсорбента и выведением продуктов разделения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса сепа рации, при выделении диамагнитных примесей из парамагнитного жидкого продукта8 А5 адсорбент помещают в зонах с наименьшим градиентом квадрата магнитной индукции, а пропускание очищаемого жидкого пара- магнитного продукта осуществляют многократно через неоднородное магнитное поле,2, Устройство для сепарации примесей, включающее источник неоднородного магнитного поля, выполненный в виде токонесущей трубы, проточную камеру в виде кольцеобразного канала, охватывающего токонесущую трубу, адсорбент, расположенный вдоль внешней стенки токонесущей трубы, электрически изолированный от стенок проточной камеры, патрубки загрузки и разгрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что проточная камера выполнена с дополнительным каналом, расположенным внутри токонесущей трубы, при этом внутренние и наружные каналы сообщены между собой через перфорацию токонесущей трубы, а адсорбент размещен внутри кольцевых каналов с противоположных от поверхности токонесущей трубы сторон,3. Устройство по и, 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено системой подачи охлаждающего компонента, а токонесущая труба выполнена в виде расположенных по окружности трубок, размещенных с зазором одна относительно другой, внутренние полости которых сообщены с системой подачи охлаждающего компонента.1799628 орректор С,Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 1 Заказ 1124 ВНИИП Составитель А,РязанцеТехред М.Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5