Способ периодической экстракции

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 629) (1 СПУБЛ В 01 О 11/04 ОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ КОМ К А(71) Московский институт химического машиностроения(72) Г.А.Кардашев, А.В.Салосин, С,Г.Манукян, А.В,Соловьев, В.И.Митронов и Г.Я.Ру 1.5 (088,8)ин П.А., Коган С.З. Основы жидкотракции, М Химия, 1981, с.163.СОБ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЭКСТРА к химической ользовано как зводственных цесса экстра- промышленбретение относится гии и может быть ис аторных, так и про х при проведении пр имической и пищево Изобретение технологии и мож в лабораторных, условиях при про кции в химическо ности,Цель изобрет ства зкстрагируе времени с единиц ла фаз жидкостей В емкость залива щиеся жидкости, в од дится экстрагируемый жидкость находится у над ней, их разделяю плоская межфазная по несмешиваюоторых нахоент. Тяжелая О уда, легкая - Я выраженная Ос, ть. С ют двеой из компо дна со т четко верхно ения - увеличение количемого вещества в единицуы плоской границы разде На фиг.1 представлена стоячих волн; на фиг.2 - схе тина движения частиц одн в стоячей волне; на фиг.3 - с ния частиц в горизонтальн фиг,4 - кривые кинетики и кции через плоскую границ при низкочастотном вибра ствии и с помощью мешглк схема получения матическая карой из жидкостейхема перемещеой плоскости; на роцесса экстрау 7 раздела фазционном воздейи,(53) 66.0 (56) Яго стной э (54) СП КЦИИ (57) Изо техноло в лабор условия кции в х относится к химическои ет быть использовано как так и производственных ведении процесса экстрай и пищевой промышлекности. Изобретение позволяет повысить эффективность массообмена в результате наложения низкочастотных колебаний на плоскую границу фаз в диапазоне скоростей А в =0,4 - 24 см/с, в результате воздействия колебаний на поверхности создаются когерентные поверхностно-капиллярные волны, распространяющиеся во взаимно перпендикулярных направлениях вдоль поверхности. Таким образом, .в процессе массообмена увеличивается количество экстрагируемого продукта в единицу времени с единицы плоской границы раздела фаз за счет наложения на плоскую межфазную гра ницу низкочастотных колебаний. Возникающие микровихри, управляемые с помощью изменения амплитуды и частоты колебаний, ускоряют процесс зкстракции, 4 ил. Способ осуществляют следующим образом. На эту межфазную поверхность воздействуют низкочастотными колебаниями в диапазоне частот 20-40 Гц с амплитудой 0,1 - 3 мм. С помощью колебаний создают когерентные поверхностно-капиллярные волны, распространяющиеся вдоль границы 1 раздела фаз во взаимно перпендикулярных направлениях, Когерентные волны, распространяющиеся по межфазной поверхности, интерферируют и образуют стоячие поверхностно-капиллярные волны с пра 1 бб 2602вильно расположенными узлами, пучностями и четко выраженными ячейками.При вертикальных колебаниях вибрирующего элемента вдоль оси, перпендикулярной плоскости границы раздела фаз, на межфазной поверхности возникают капиллярные волны по двум перпендикулярным осям Х и У, Волны являются стоячими, если и кратно половине длины поверхностно-капиллярной волны Я/2. При этом(р 1 - р )где о 12 - коэффициент межфазного поверхностного натяжения, Н/м, р 1 - плотность 1-й жидкости, кг/м3, рр - плотность 1-й жидкости, кг/м; 1 - частота колебаний, Гц. Таким образом, можно подобрать ряд частот, при которых для вибрирующего элемента с заданным на поверхности жидкости образовываются стоячие поверхностно-капиллярные волны, изображенные на фиг.1.Плюсами обозначены максимумы мгновенной волновой картины, минусами - минимумы; в следующие пол периода максимумы и минимумы меняются местами, При колебаниях возникают узлы двух типов: образованные на пересечении узловых линий по осям Х и У, обозначенные точками, и узлы, образованные сложением максимумов и минимумов по осям Х и У, обозначенные кружочками, Элементарная ячейка, содержащая вихрь, выделена линиями, В каждой такой ячейке вокруг узлов, обозначенных точками, возникают вихревые движения жидкости, Направления вращения вихрей вокруг каждой оси чередуются, а скорости приблизительно равны, Скорость вращения вихря в каждой ячейке зависит от величины колебательной скорости в А = 2 к 1 А низкочастотного воздействия.На фиг.2 схематически представлена картина движения частиц одной из жидкостей в стоячей волне, из которой видно, что в пучностях частицы совершают вертикальные перемещения, в узлах - горизонтальные, а в промежуточных точках - наклонные,Из фиг.З (горизонтальные перемещения частиц) видно, что вдоль оси Х и У частицы совершают колебательное движение по гармоническому закону во взаимно перпендикулярных направлениях, Поэтому траекторией движения этих частиц является окружность. На практике в каждой ячейке вокруг узлов получены вихри, Скорость вращения этих вихрей Йзависит от амплитудыГРп -циркуляция;потенциал;функция тока;расстояние между вихрями;Ь - координата цепочки вихрей.центрация распределяемого компов квазистационарном приближенииворяет уравнению 25 Кон нента С удовлетЗО дй дС дй дУ дХ дХ дУ Решение задачи с граничным условием ряда С=Со при У=О записывается в виде а/)+ Со, где а - постоянный коэффициент,Достоинство концентрации вдольлинии тока означает, что ядра вихрей40 являются стоками в поле градиентов концентрации, следовательно, вихри вблизимежфазной поверхности интенсифицируютпроцесс массопередаци.Для различных скоростей существуют45 нижний и верхний пределы колебательныхскоростей низкочастотного воздействия, запределами которых эффект управляемоговихревого движения в узлах отсутствует,Верхний предел колебательной скоростиобусловлен правильной структурой ячеекповерхностных волн, при этом наблюдаетсяразрыв межфазной поверхности с эффектомфонтанирования и разбрызгивания. Нижний предел колебательной скорости обусловлен 1 ем, что с него наблюдаетсяобразование микровихрей в ячейках поверхностно-капиллярных волн.П р и м е р, Экстракцию проводят соследующей жидкостной системой: тяжелая колебаний А вибрирующего элемента и его частоты.Таким образом, с помощью количества.размера и скорости вихрей, расположенных 5 в правильном порядке на межфазной поверхности и полученных путем наложения такого рода низкочастотных колебаний на границу раздела фаз, можно управлять изменением двух параметров колебательного 10 движения, а именно амплитуды и частоты.Влияние вихрей на диффузию можнообьяснить следующим образом. Поле скоростей от цепочки вихрей, расположенных вблизи межфазной поверхности У=О, можно задать с помощью комплексного потенциа- лафаза - вода, легкая фаза - бензол, в качестве распределяемого компонента выбран 5%-ный спиртовой раствор йода, До опыта раствор йода вводят в водную фазу, при этом она окрашивается в желтый цвет, бензол прозрачен, между водой и бензолом - четко выраженная плоская межфазная поверхность. С помощью низкочастотного вибратора на этой межфазной поверхности создают правильную структуру вихрей внутри ячеек поверхностно-капиллярных волн, распространяющихся во взаимно перпендикулярных направлениях с колебательной скоростью А в =10,5 л см/с при частоте 1=35 Гц и амплитуде В= 1,5 мм, Опыт проводят при 20 С. В ходе экстракции водная фаза обесцвечивается, а бенэол интенсивно окрашивается в малиновый цвет, что свидетельствует о росте концентрации йода в бензольной среде,Количественную оценку изменения концентрации во времени проводили фотометрическим способом, Результаты приведены на фиг.4. Кривая 1 описывает кинетику процесса предлагаемым способом, кривая 2 - известным при скорости мешалки 2, равной 520 об/мин, По осям графика отложены: ось абсцисс - время; ось ординат - концентрация йода в бензоле, отнесенная к единице площади раздела фаз, Из фиг.4 видно, что для достижения величины концентрации йода в бензоле, например, С=0,836 10 кг/м см предлагаемым способом необходимо 300 с, а известным спо,собом - 1300 с. Таким образом, количество экстрагируемого продукта в единицу времени с единицы площади для предлагаемого способа,С 1 о 0 836 10300= 0,0643 10 кг/м см с,т.е, процесс в рассматриваемых режимахускоряется в 4 раза, Изменением величиныколебательных скоростей в диапазоне 0,424 см можно изменять скорость процессаэкстракции, При воздействии с колебательной скоростью, соответствующей нижнемупределу (А в=0,4 см/с), не наблюдается образования микровихрей в ячейках. При воздействии с колебательной скоростью,соответствующей верхнему пределу(А о =24 см/с), наблюдается с границы раздела фаз разбрызгивание и фонтанирование,25 Формула изобретенияСпособ периодической экстракции растворенного вещества из одной жидкой фазыв другую через плоскую границу разделафаз, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью30 увеличения количества экстрагируемого вещества в единицу времени с единицы плоской границы раздела фаз, экстрагированиеосуществляют при наложении низкочастотнь 1 х колебаний, создаваемых элементом ко 35 робчатого сечения, установленным награнице раздела фаз, при этом величинаколебательных скоростей низкочастотныхколебаний составляет 0,4 - 24.0 см/с.Тираж Подписное ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5