Термодиффузионная колонка

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ц 973146во делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения В. А. Тихонович, А. С. Зелепуга и К. К. Азроян Ордена Трудового Красного Знамени Институт тепло"и массообиена им, А. В. Лыкова Академии Нау БСФ 1,ч(4) ТЕРМОДИФФУЗИОННАЯ КОЛОНКА Изобретение относится к технике термодиффуэионного 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 13.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 2Коэффициент 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 -2ную с уменьшением тем самым вертикальных паразитных конвективных пото"ков и хорошего центрирования цилинд"ров. При явном превосходстве над обычными коаксиальными колоннами, колонна 5 с равномерной спиральной навивкойвсе же не укладывается в идеальныйтермодиффузионный цикл, который характеризуется необходимостью сокращения вертикальной длины конвективных потоков по направлению к точкеотбора обогащенного продукта, Конвективные потоки у данной колонны, хотяи раздроблены, но одинаковы по всейдлине колонны в ледствии равномерного шага навитой спирали, Это явля"ется основным недостатком известнойколонны.Цель изобретения - повышение раэ"делительной способности за счет сократащения вертикальной длины конвективных потоков.Указанная цель достигается тем,что в термодиффузионной колонне для3146 4 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 37 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 (Е- 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, цто 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 слуцае 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. Актив" ная 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. 8 связи с этим и производят оптимизацию процесса подбора(определения) наивыгоднейшей активной длины разделительного канала.У разделителей со спиральными винтовыми каналами и равномерным шагомоптимальная величина шага для определенных смесей и условйй разделения будет однозначной характеристикой, обеспецивающей наилучшие условия разделения, Однако, как былоуказано выше, оптимальная длина рабочего канала зависит также и от кон-.центрации смеси. Но так как в ходепроцесса разделения от точки питаниявдоль разделительного канала к точкам отбора концентрация смеси постоянно изменяется, то, очевидно, дляповышения разделительной способности устройства имеет смысл изменятьи геометрические характеристики канала (его активную длину) таким образом, чтобы в каждом поперечном сечении разделителя она соответствовалаили была близка к оптимальному значению для имеющейся концентрации смеси, Обычно, по крайней мере у разделителей термодиффузионного типа, внаправлении от точки питания к точкам отбора, оптимизация идет путемуменьшения их активной длины (уменьшения шага спирали). Степень убывания шага как раз и является той конкретной характеристикой, которая отличает спиральные разделители междусобой. Лучшими характеристиками поэффективности разделения обладают колонны, в которых шаг спирального канала уменьшался в направлении разделения примерно на 1/3 величины предыдущего шага,Колонна содержит наружный цилиндр1, внутренний цилиндр 2, спираль 3,кожух 4 подводящий 5 и отводящие бштуцеры, На внутренний цилиндр 2 намотана по винтовой линии разделяющаяспираль 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 (схолодной) конвективные потоки. В середине колонны, где поступает смесь,эти потоки имеют наибольшую длину повертикали за счет наибольшего шагаспирали и постепенно затухают приприближении к точкам отбора на торцах973колонны. 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 термодиффуэионному циклу.формула изобретения1. Термодиффузионная колонка для,разделения газообразных и жидких 146 6смесей, включающяя горячий и холодныйкоаксиальные цилиндры с намотаннойна внутренний цилиндр по винтовойлинии разделяющей спиралью, подводящий и отводящие патрубки, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения разделительной способности путем уненьшения длины конвективных потоков, по вертикали, раз 1 е деляющая спираль выполнена с шагом,монотонно убывающим в направленииот 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 спиралиубывает на 1/3 величины предыдуще"го шага.Источники информации.принятые во внимание при экспертизе щ1. Рабинович Г. Д., Гуревич Р, Я,Боброва У. И. Термодиффузионное разделение .смесей. Минск, "Наука и техника", 1971, с. 179-2072, ИазЕа 1 Т. Л. Ме 1 родег Т, У.25 "пд, апд ЕпПпО. СЬег" ,Ргосезз Оез 1 длаль Оече 1 орпепй. т. 1, Р 1, 1 Ч 62.973146 ВНИИПИ Заказ 91 Тираж 734 Подл Филиал ПП г. Ужгоро Патент",ул. Проектная