Способ разделения смесей и устройство для его осуществления

. Бюл.6ут общей и нео . Курнакованайко, В. В. Мюсов ( 088.8) ое свидетельст . Г 26 ВЗ/28,рганическои хиксимо о ССС1972. тение относитсяможет быть испомесей веществругих отраслях пт увеличить эффеения смеси наы. Для этого прИК-излучение сделяемой смеси О,к химическои льзовано для в химической, ромышленносктивность просоставляющие именяют корподдержанием 1 - 5 мм с дли 2 фиг. ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретехнологии,разделения снефтяной и дти и позволяецесса разделее компонентпускулярноетолщины раз Б РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ О ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛ ной волны 0,3 - 100 мкм. Устройство для реализации способа содержит лампы-излучатели 1, работающие в диапазоне 0,3 -00 мкм длин волн, окруженные отражающим корпускулярное излучение этого диапазона экраном 2, рабочую зону 3, заключенную в прозрачный для электромагнитных волн этого диапазона кожух 4, к которому подсоединены патрубки подвода 5 и отвода 6 разделяемой смеси, входной 7 и выходной 8 патрубки газа-носителя, подложку 9, термостатируемую с помощью подводящих 1 О и отводящих 11 теплоноситель патрубков. Все патрубки могут быть снабжены встроенными регуляторами 12. Между кожухом 4 и лампой-излучателем располагается активный светофильтр 13. Кожух 4 обеспечивает необходимый гидродинамический режим в зоне и изолированность от ламп-излучателей. Для защиты от попадания пыли и других вредных примесей на входе газа-носителя устройство может содержать фильтр 14, 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 6 ил.Изобретение относится к процессам иаппаратам химической технологии и можетбыть использовано для разделения смесейвеществ в химической, нефтяной и другихотраслях промышленности. 5Целью изобретения является повышениеэффективности разделения.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - вариантвыполнения устройства; на фиг. 3 - сечение А - А на фиг. 2; на фиг. 4 - график10зависимости коэффициента разделения отдлины волны перпендикулярного излучения;на фиг. 5 - график зависимости коэффициента разделения от разности температури подложки; на фиг. 6 - график зависимости коэффициента разделения от толщины слоя смеси на подложке,Устройство содержит источник излучения,выполненный в виде ламп- излучателей 1,работающих в диапазоне 0,3 - 100 мкм волн,окруженных отражающим корпускулярное излучение этого диапазона экраном 2, рабочую зону 3, заключенную в прозрачный дляэлектромагнитных волн этого диапазона кожух 4, к которому подсоединены патрубкиподвода 5 и отвода 6 разделяемой смеси, входной 7 и выходной 8 патрубкигаза-носителя, подложку 9, термостатируемую с помощью подводящих 10 и отводящих 11 теплоноситель патрубков. Все патрубки могут быть снабжены встроеннымирегуляторами 12. Между кожухом 4 и иэлу кителем располагается активный светофильтр 13. лн защиты от попадания пыли и других вредных примесей на входегаза-носителя устройство может содержатьфильтр 4.К выходному патрубку газа-носителя подсоединены ловушки 15 разделенных веществ.Кожух 4 обеспечивает также необходимый гидродинамический режим в зонеи изолиропанвгсть ламп-излучателей.Усгройство может быть выполнено с плоской подложкой и с расположением лампиэлучагелейнад рабочей зоной 3 (см.фиг. ), а также с цилиндрическойподложкой, цилиндрическими стенками корпуса и осевым расположением лампизлучателей 1 (сч. фиг. 2 и 3). Послелнее выполнение устройства предпо.чтительней, поскольку в нем повышаютсяудельные энергетические показатели процессов разделения, так как в изображенномна фиг. 1 устройстве только часть энергиикорпуску. ярного из. Учения поглощается 50смесью. Это объясняется испусканием лампами-излучателями корпускулярного излучения по всем направлениям и расположением разделяемой смеси только в узкой области пространства.Способ осуществляется следующим образом.Предварительно определяют спектр погющения каждого компонента смеси, выводят на заданный температурный режим подложку 9, на которую затем порциями или непрерывно через патрубок 5 подают смесь веществ. Затем включают лампы-излучатели 1. Смесь веществ под действием корпускулярного излучения разделяется на два потока, один иэ которых выходит в патрубок 6, а другой - в патрубок 8.Фактором, определяющим эффективность разделения, является диапазон длин волн корпускулярного излучения, активно воздействующего на компоненты смеси. Область ИК-излучения, используемая в настоящее время, например, для сушки покрытий, как показал опыт, не включает в себя часть активного спектра, поэтому диапазон излучения должен быть расширен до 0,3 - 100 мкм. Нижняя граница этого диапазона обусловлена разрушающим воздействием на молекулярную структуру выделяемого компонента (фиг. 4). Верхняя граница ограничена невозможностью селективного воздействия на компоненты корпускулярного излучения с длиной волны более 100 мкм. Наиболее предпочтительный диапазон излучения выбирается на основе сравнительного излучения предварительно полученного спектра поглощения каждого компонента смеси.В предложенном устройстве воздействие именно этим спектром излучения достигается с помощью подходящей температуры нити накала лампы и активного фильтра,Важное значение для достижения цели изобретения имеют режимные параметры про цесса разделения: соотношение тепловых потоков, толщина слоя смеси на подложке, температура подложки и скорость прокачки компонентов смеси.В результате проведенных экспериментов установлено, что от разделяемой смеси необходимо отводить тепло в количестве, рав- ном где ф - поглощенная энергия излучения;Рк - теплота конденсации;Ъ- теплота, обусловленная разностьютемператур газообразного и твердого компонента смеси.Если отвести тепла меньше, чем ф, то смесь начнет прогреваться. В результате такого прогрева нарушится неравновесное температурное состояние компонентов смеси, что вызовет снижение эффективности разделения, т. к. в этом случае условия разделения будут приближаться к условиям разделения при простом нагревании. Если тепла отводить больше, чем Я, то отделяемому компоненту не хватит энергии для выхода из состава смеси.Это положение иллюстрируется графиком, изображенным на фиг. 5, на котором по оси абсцисс отложено значение ко 1627210Б 1 о 15 2025 30 с // 55 40 50 эффициента разделения смеси нафталиндифенил состава 50/50 в зависимости от разности температур вещества и подложки (что прямо пропорционально отводимому теплу). При нулевой разности температур коэффициент разделения равен равновесному коэффициенту разделения этих веществ. С увеличением количества отведенного тепла наблюдается увеличение коэффициента разделения. Наконец, при определенном значении отводимого тепла процесс разделения практически прекращается и график обрывается.Так как эффективность разделения зависит от эффективности отвода тепла от разделяемой смеси, то важную роль играет выбор толщины разделяемой смеси. Согласно экспериментальным данным и теоретическим расчетам, толщина смеси на подложке должна находиться в пределах 0,в 5 мм, Если толщина разделяемой смеси будет меньше 0,1 мм, то эффективность поглощения излучения смесью значительно уменьшится - излучение начнет в заметных количествах проходить через вещество и взаимодействовать непосредственно с термостатируемой подложкой. Если толщина смеси будет больше 5 мм, то практически для всех материалов на такой толщине происходит выравнивание температур компонентов смеси и эффективность разделения снижается, доходя до равновесной.Например, при разделении под действием корпускулярного излучения диапазона 0,3 - 100 мкм, излучаемого лампой КГ 220 - 500 - 1, коэффициент разделения смеси нафталин-дифенил состава 50/50 изменяется в зависимости от толщины смеси на подложке в 4 раза, что наглядно видно на фиг. 6. (Предварительное излучение полученных спектров поглощения компонентов данной смеси показало, что они не разрушаются в данном диапазоне излучения при применении данного вида излучателя, что обусловлено нелинейной характеристикой последнего. Это обстоятельство позволило в данном случае использовать весь указанный диапазон длин волн). При толщине смеси 5 мм коэффициент разделения достигает равновесного значения, а при толщине смеси 0,1 мм график обрывается, т. к. уже большая доля излучения не участвует в процессе разделения: непосредственно нагревает не смесь, а термостатируемую подложку.Для повышения эффективности разделения смеси веществ по предлагаемому методу важную роль играет абсолютная температура подложки, которая выбирается минимально возможной для проведения разделения смеси. Температура подложки выбирается равной или чуть больше температуры, вычисляемой на основе известного уравнения теплопроводимости с заданным значениями Я, теплофизических свойств и толщины слоя смеси. Эффективность разделения смеси повышается, если осуществлять постоянный отбор отделяемого от смеси компонента. Для осуществления отбора при меняется прокачка нейтрального газа-носителя через реактор, который уносит отделенный компонент смеси.При организации непрерывного процесса необходимо осуществлять непрерывную прокачку через реактор исходной смеси и газа- носителя, удаляющего выделенный из смеси компонент.Для повышения селективности воздействия корпускулярного излучения применяется активный фильтр, представляющий собой один или несколько смешанных компонентов разделяемой смеси. Такой фильтр поглощает часть корпускулярного излучения той длины волны, которая действует на невыделяемую часть компонентов смеси и пропускает то излучение, которое действует на выделяемые компоненты смеси, способствуя тем самым созданию неравновесных энергетических условий в разделяемой смеси.Например, проводя разделение смеси нафталина и дифенила состава 50/50 согласно предлагаемому способу, но, поместив между кожухом и излучателем активный фильтр, состоящий из нафталина, получим коэффициент разделения смеси в два раза выше, чем без фильтра,Пример 1. Смешивая 2 г нафталина и 2 г дифенила в жидком состоянии, получали гомогенную смесь (50/50), которую заливали на подложку с температурой 10, поддерживаемую с помощью термостата. Затем включали вакуумный насос, обеспечивая тем самым продувку газом- носителем (в данном случае воздухом ), Включали лампы-излучатели, обеспечивая температуру смеси на уровне 80 С. Испаряемая часть смеси уносилась газом-носителем и оседала на холодных поверхностях ловушки. После отключения установки в ловушке оказалось 0,42 г веществ. Хроматографический анализ показал, что в этом веществе доля нафталина составляет 93,8 О, а дифенила - 6,2 Я. Следовательно, коэффициент разделения равен 15,13.Пример 2. Разделение проводилось соглас - но примеру 1, но между разделяемой смесью и излучателями располагали фильтр, представляющий собой залитый в кварцевую кювету дифенил. При этом температура смеси упала до 65 С, а коэффициент раздеяения возрос до 21.Пример 3. Смешивали 2,45 г толуола и 1,05 г этанола (состав 70/30). Смесь заливали на термостатируемую при 30 С подложку, Вакуумным насосом обеспечивали продувку воздухом (газом-носителем). Далее включали источник излучения. При этом температура смеси составила 100 С. После того как в холодной ловушке собралосьдостаточное (визуальная оценка) количество веществ, излучение выключили. Изьятую из ловушки каплю исследовали на рефрактометре и по тарировочному графику определили, что она содержит 96 О толуола. Таким образом, коэффициент разделения составил 10,3.формула изобретения. Способ разделения смесей на состав ляющие компоненты, включающий воздействие на смесь, находящуюся на подложке, корпускулярным излучением с последующим возбуждением отдельных энергетических уровней компонентов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разделения, предварительно определяют спектр поглощения каждого компонента смеси, воздействие на смесь осу. ществляют излучением с длиной волны 0,3 - 100 мкм, а толщину слоя на подложке поддерживают от 0,1 до 5 мм.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между раздеЛяемой смесью и источником излучения пропускают активный фильтр,состоящий из одного или нескольких компонентов смеси,3. Устройство для разделения смесейна составляющие компоненты, содержащее5 подложку и лампы-излучатели, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разделения, оно снабжено прозрачным для применяемого диапазона волн кожухом с патрубками подводаи отвода разделяемой смеси, прикрепленнымк подложке и размещенным между подложкой и лампами-излучателями.4. Устройство по п. 3, отличающеесятем, что кожух снабжен входным и выходным патрубками газа-носителя,15 5. Устройство по п. 4, отличающеесятем, что оно снабжено пылеулавливающимфильтром и ловушкой разделенных веществ,установленными во входном и выходном патрубках газа-носителя соответственно.206. Устройство по пп, 3 и 4, отличающееся тем, что подложка и стенки кожуха выполнены в виде вертикальных цилиндрических поверхностей, при этом кожух расположен коаксиально внутри подложки, алампы-излучатели - по их оси.1627210 го зо а ю ко ю 80 уа ОТ=5 Соста витель АТехред А. КравчукТираж 429 икитинКорректор Л. БеПодписное и Г НТССС иям и открытиям пр К ка я н аб., д. 4(5т, г, Ужгород, ул, Гагарин ретен Раушс Патен Н ИИП И Государственного ком итета по изо113035, Москва, Ж 35,П ро и з во дст ВЕ нНо- издатЕ 1 ьСки й Ко МбИ На тРел а кт ар Я. Ц и тки н Заказ 299В к ю