Меню

МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Российский патент 1999 года по МПК B01D3 30

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ

Цель работы: изучить устройство и принцип действия фильтровального оборудования.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство фильтров, фильтров-прессов, фильтровальной установки, фильтрующих центрифуг.

2. Изучить принцип действия машин и аппаратов для фильтрования и центрифугирования.

3. Составить отчет.

Фильтровальное оборудование классифицируется:

– по принципу действия: работающее при постоянном перепаде давления или при постоянной скорости фильтрования;

– по способу создания перепада давления на фильтровальной перегородке: работающее под вакуумом или под избыточным давлением;

– по организации процесса: непрерывного и периодического действия.

Избыточное давление может создаваться силами давления или центробежной силой. В зависимости от способа создания перепада давления фильтровальное оборудование может быть разделено на фильтры и центрифуги.

Фильтры, используемые для разделения суспензии, работают как периодически, так и непрерывно, под вакуумом и под избыточным давлением. К последним предъявляются повышенные требования к механической прочности. Они изготавливаются по специальным нормам Госгоркотлонадзора.

При разработке новых видов фильтровального оборудования следует ориентироваться на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверхностью, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки технологического процесса.

Нутч-фильтр (рис. 46), работающий как под вакуумом, так и под избыточным давлением, широко распространен в малотоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механизирована. Для сброса осадка фильтр снабжен перемешивающим устройством в виде однолопастной мешалки. Для удаления осадка из фильтра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк. Суспензия и сжатый воздух подаются через разные штуцеры, фильтрат удаляется через штуцер 4. Фильтр снабжен предохранительным клапаном.

Цикл работы фильтра включает заполнение суспензией, фильтрование ее под давлением, удаление осадка с фильтровальной перегородки при вращающейся мешалке и регенерацию фильтровальной перегородки. В таких фильтрах одновременно может промываться осадок.

Рис. 46. Нутч-фильтр с перемешивающим устройством: 1 – привод; 2 – корпус фильтра; 3 – мешалка; 4 – спускной кран; 5 – фильтровальная перегородка; 6 – фильтровальная ткань

Для фильтрования суспензии применяются фильтровальные перегородки из картона, бельтинга и синтетических волокон. Преимущества последних в высокой механической прочности, термической и химической стойкости. Из них изготавливаются фильтровальные перегородки с постепенно изменяющейся плотностью, что обеспечивает глубинное фильтрование суспензий, содержащих малое количество твердой фазы. Меняющаяся плотность фильтровального материала позволяет захватывать частицы по всей глубине фильтра, при этом крупные задерживаются в наружных слоях фильтра, а мелкие – в глубинных. Селективное фильтрование обеспечивает высокую скорость фильтруемой среды, предотвращает закупоривание поверхностных пор и продлевает срок службы фильтров.

Рамный фильтр-пресс (рис. 47) используется для осветления виноматериалов, вина, молока, пива. Фильтрующий блок состоит из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью (или картоном). Рамы и плиты (рис. 48) зажигаются в направляющей 6 зажимным винтом 7.

При фильтровании (рис. 49, а) суспензия под давлением подается через каналы и распределяется по всем рамам. Фильтрат стекает по дренажным и сборным каналам в плитах и удаляется через отводные. При промывке осадка (см. рис. 49, б) промывная жидкость под давлением вводится через соответствующие каналы, распределяется по рамам и проходит обратным током через фильтровальную перегородку, промывает осадок, а затем удаляется из фильтра через отводные каналы. (При промывке отводные каналы всех нечетных плит блока должны быть закрыты.)

Основным недостатком рамных фильтров-прессов является трудоемкость выгрузки осадка и замены фильтровальной перегородки, так как необходимо вручную разбирать фильтровальный блок и промывать плиты и рамы.

Фильтр-пресс автоматизированный камерный с механизированной выгрузкой осадка (ФПАКМ) используется для разделения тонкодисперсных суспензий концентрацией 10 – 500 кг/м 3 при температуре до 80 °С. Это фильтр периодического действия, он состоит из ряда прямоугольных фильтров (рис. 50), расположенных вплотную один под другим, благодаря чему возрастает удельная площадь поверхности фильтрования по отношению к площади, занимаемой фильтром.

В положении А в камеру из коллектора 8 последовательно поступают суспензия на разделение, жидкость для промывки и сжатый воздух для подсушки осадка. Фильтрат, промывная жидкость и воздух отводятся по каналам 12 в коллектор 10. В пространстве 11 по каналам 9 подается вода под давлением, которая с помощью водонепроницаемой диафрагмы 6 отжимает осадок (положение Б). Затем плиты раздвигаются, и осадок удаляется из фильтра через образовавшиеся щели (положение В).

Барабанные вакуум-фильтры (рис. 51) применяются для непрерывного разделения суспензий концентрацией 50 – 500 кг/м 3 . Твердые частицы могут иметь кристаллическую, волокнистую, аморфную, коллоидную структуру. Производительность фильтра зависит от структуры твердых частиц и снижается в указанной выше последовательности. Вакуум-фильтры выпускаются с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью, которая обтягивается текстильной фильтровальной тканью. Вращающийся горизонтальный перфорированный барабан разделен перегородками на несколько секций одинаковой формы, которые за оборот проходят несколько рабочих зон: фильтрование, обезвоживание, промывка, удаление осадка и регенерация фильтровальной ткани. Работой фильтра управляет распределительная головка, через которую секции барабана в определенной последовательности подсоединяются к магистралям вакуума, сжатого воздуха и промывной жидкости.

Во время процесса зона фильтра под фильтрующей тканью соединяется с вакуумом и фильтрат, находящийся в корыте, про­ходит через ткань. Осадок откладывается на ее поверхности, после промывки и сушки он срезается йожом. Чтобы взвешенные частицы не отстаивались, корыто снабжено качающейся мешалкой.

Для извлечения пива и дрожжей из дрожжевой суспензии, образующейся при седиментации в бродильных чанах и танках, применяется вакуум-фильтр, изображенный на рис. 52.

Фильтровальный элемент состоит из крупноячеистой сетки, на которую накладывается мелкоячеистая сетка. Для улучшения условий фильтрования на последнюю намывается слой вспомогательного материала – картофельного крахмала. Пивная или дрожжевая суспензия, подаваемая из бака, при вращении барабана равномерно распределяется по фильтровальной поверхности, а дрожжевой осадок (лепешка) срезается ножом, установленным над баком. Содержание сухих веществ в дрожжевой лепешке достигает 25 – 28 %. Обрызгивание подсыхающей лепешки водой способствует увеличению выхода пива примерно на 20 %.

Детали фильтра, находящиеся в контакте с фильтрующей средой, выполнены из нержавеющей стали и легко очищаются.

Схема фильтровальной установки с барабанным вакуум-фильтром показана на рис. 53. Суспензия подается в корыто фильтра, где установлена качающаяся мешалка, препятствующая сепарации крупных твердых частиц большой плотности. При погружении 30 % поверхности барабана в суспензию он подключается к вакуум-насосу. Фильтрат и промывная жидкость скапливаются в сборниках 3, где от них отделяется воздух, поступивший в фильтр во время обезвоживания и промывки осадка, и затем откачиваются насосами.

Дисковые фильтры (рис. 54) применяются для разделения тонкодисперсных суспензий и работают под давлением с намывным слоем вспомогательного вещества. Дисковый фильтр представляет собой вертикальную емкость с обогреваемой рубашкой. Внутри фильтра на полый вал 6 насажены дисковые металлические перфорированные фильтровальные элементы 7. На диски натягивается фильтровальная ткань, закрепляемая хомутами. Рабочее давление в фильтре достигает 0,5 МПа, в рубашке – 0,3 МПа.

В дисковых фильтрах предусмотрен центробежный сброс подсушенного осадка. Полый вал вместе с фильтровальными дисками приводится во вращение электро- и гидродвигателями. Частота вращения вала – 250 мин -1 . Вал имеет сальниковые тефлоновые уплотнения.

Перед фильтрованием на фильтровальные элементы намывают слой вспомогательного вещества, предварительно приготовленного в суспензаторе. Суспензия прокачивается насосом толщиной 15 – 30 мм. Из дисков через отверстия в полом валу фильтрат поступает внутрь его и выводится из фильтра в суспензатор. Аналогично проводится фильтрование суспензии. После его окончания осадок промывается обратным током фильтрата и подсушивается воздухом.

Ленточный фильтр (рис. 55) состоит из рамы, приводного и натяжного барабанов, между ними натянута замкнутая перфорированная резиновая лента, под которой расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента плотно прилегает к верхней части вакуум-камер. К ленте натяжными роликами 7 прижимается фильтровальная ткань. Суспензия подается на фильтровальную ткань из лотка 5. Фильтрат под вакуумом отсасывается в камеры и отводится через коллектор в сборник. Промывная жидкость подается через форсунки 2 на образовавшийся осадок и отсасывается в камеры, из которых через коллектор 9 отводится в сборник. На приводном барабане фильтрующая ткань отделяется от резиновой ленты и огибает направляющий ролик. При этом осадок с фильтровальной ткани падает в специальный сборник. При прохождений фильтровальной ткани между роликами 7 она промывается, просушивается и очищается.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по способу выгрузки осадка – с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтровальной тканью.

В фильтрующей центрифуге периодического действия (рис. 56) суспензия загружается в барабан сверху. После ее загрузки барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внутренней стенке барабана.

Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок остается на ней. Фильтрат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружается вручную через крышку 3.

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерывным ножевым съемом осадка.

В саморазгружающихся центрифугах (рис. 57) осадок удаляется под действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняются с вертикальным валом, на котором крепится перфорированный барабан. Суспензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой частотой. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитационной силы сползает со стенок и удаляется из центрифуги через нижнее отверстие.

В непрерывнодействующих фильтрующих центрифугах с пульсирующей выгрузкой осадка (рис. 58) фильтрат из центрифуги выводится непрерывно, а осадок периодически выгружается из барабана пульсирующим поршнем.

Поршень-толкатель перемещается в горизонтальном направлении в барабане с помощью штока, который находится внутри полого вала барабана. Шток вращается вместе с валом и совершает одновременно возвратно-поступательные движения (10 – 16 ходов в минуту, длина каждого хода составляет примерно 0,1 длины барабана). Сервомеханизм автоматически изменяет направление движения поршня.

Суспензия подводится по оси вала в приемный конус. В конусе имеются отверстия, по которым суспензия поступает в барабан. Внутренняя поверхность барабана покрыта фильтровальным ситом. Осадок, отложившийся на поверхности сита, промывается и перемещается поршнем к открытому концу барабана, откуда выгружается в специальную камеру.

Читайте также:  15 лучших массажеров для ног – рейтинг 2021

Центрифуга непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадка имеет конический перфорированный барабан, внутри которого вращается шнек со скоростью, несколько меньшей, чем скорость вращения барабана. При вращении витки шнека снимают с барабана отложившийся осадок и перемещают его в нижнюю часть, в специальную камеру. Выгрузка осадка происходит под действием центробежной силы. При этом он не измельчается, его структура не изменяется, как, например, в центрифугах с ножевым срезом и выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.

1. Какое оборудование применяется для разделения неоднородных систем методом фильтрования?

2. Какие конструкции фильтров используются в пищевой промышленности?

3. Какие конструкции фильтрующих центрифуг применяются в пищевой промышленности?

Источник



Тепломассообменный аппарат

Патент 1163895

Тепломассообменный аппарат (патент 1163895)

Тепломассообменный аппарат (патент 1163895)

Тепломассообменный аппарат (патент 1163895)

Тепломассообменный аппарат (патент 1163895)

Тепломассообменный аппарат (патент 1163895)

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ , включающий корпус, внутри которого установлены трубные решетки с контактными трубами и распре:делители жидкости, вьятолненные в виде патрубков, нижняя часть которых снабжена раструбом, и установленные в отверстиях верхней трубной perjetки , отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса тепломассопереноса за счет улучшения распределения жидкости по периметру контактных труб, каждое отверстие в трубной решетке с нижней стороны выполнено в форме усеченного конуса, а с противоположной стороны — в форме полусферы с отверстием, при этом нижний торец раструба расположен над большим основанием усеченного конуса. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен пластинами, прякреш1ениЕЯ4и к наружной поверхности раструба и распояоженными по винтовой динии.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТРЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО. ДЕЛАМ ИЭО6РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3541174/23-26 (22) 12.09.83 (46) 30.06.85. Бюл. № 24 (72) А.В. Логинов, М.Х. Кишиневский и А.Ф. Турищев (71) Воронежский технологический институт (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Марценюк А.С., Стабников В.Н, -Пленочные тепло- и массообменные аппараты в пищевой промышленности.

М., «Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 6-7.

2. Коган В.Б., Харисов M.À.

Оборудование для разделения смесей . под вакуумом. Л., «Машиностроение», 1976, с. 261-263.

, (54) (57) 1. ТЕПЛОМАССООВМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, внутри которого установлены трубные решетки с контактными трубамн и распре4 делители жидкости, выполненные в виде патрубков, нижняя часть которых снабжена раструбом, и установленные в отверстиях верхней трубной реше(ки, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса тепломассопереноса за счет улучшения распределения жидкости по периметру контактных труб, каждое отверстие в трубной решетке с нижней стороны выполнено в форме усеченного конуса, а с противоположной стороны — в форме полусферы с отверстием, при этом нижний торец раструба рас» положен над большим основанием усеченного конуса.

2. Аппарат по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что он снабжен пластинами, прикрепленньвчи к наружной поверхности раструба и расположенными по винтовой динии.

Изобретение относится к тепломассообменной технике и может быть использовано для абсорбции, перегонки, ректификации и дезодорации в химической и пищевой промьппленности.

Известен трубчатый пленочный аппарат, выполненный в виде вертикального корпуса, внутри которого установлены трубные . решетки с трубка- 10 ми. Рабочая жидкость подается на верхнюю трубную решетку и с помощью распределительного устройства образует равномерную пленку, стекающую внутрь каждой из труб, Отвод отрабо- 15 таиной жидкости производится через патрубок в днище аппарата. Подаваемый под нижнюю трубную решетку газ распределяется по трубам и при движении вверх внутри труо контактирует со 2Î стекающей вниз жидкостью, а затем отводится через патрубок в крышке аппарата. В межтрубное пространство подается теплоноситель для нагрева иЛи охлаждения продукта, в зависимос->5 ти от назначения аппарата. Для обеспечения устойчивого пленочного течения по внутренней поверхности трубок без образования струй при больших плотностях орошения. распре- Зб деление жидкости осуществляется с помощью подвижной регулируемой вставки с косыми прорезями (1 1.

Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус, внутри кото- З5 рого установлены трубные решетки с контактными трубами и распределители жидкости, выполненные в виде патрубков, нижняя часть которых снабжена раструбом (2 g. т

Недостатками известных способов является низкая эффективность взаимодействия фаз вследствие неравномер.ного .распределения жидкости по периметру контактных труб. 45

Цель изобретения — интенсификация процесса тепломассопереноса за счет улучшения распределения жидкости по периметру контактных труб.

Поставленная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, внутри которого установлены трубные решетки с контактными трубами и распределители жидкости, выполненные в виде

5 патрубков, нижняя часть которых снаб-. жена раструбом, и установленные в отверстиях верхней трубной решетки, каждое отверстие в трубной решетке с нижней стороны выполнено в форме усеченного конуса, а с противоположной стороны — в форме полусферы с отверстием, при этом нижний торец раструба расположен над большим основанием усеченного конуса. Кроме того, аппарат снабжен пластинами, прикрепленными к наружной поверхности раструба и расположенными по винтовой линии.

На фиг. 1 изображен тепломассообменный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с прикрепленными к нему трубными решетками 2, в которых закреплены контактные трубы 3. К трубной решетке примыкает распределитель жидкости, выполненный в виде плиты 4 с входным патрубком 5, распределительными каналами 6 и сквозными отверстиями 7, имеющими со стороны трубной решетки 2 или в плите 4 форму усеченных конусов 8, а с противоположной стороны — полусферическую форму 9. В сквозных отверстиях 7 коаксиально с усеченными конусами распределителей расположены патрубки 10 с раструбом 11 на одном конце, а другим концом закреплены в плите 4.

Крепление патрубков в примыкающей к верхней трубной решетке плиты

4 допускает возможность перемещения патрубков по вертикали и регулирования зазора между наружной поверхностью раструбов патрубков 10 и внутренней поверхностью усеченных конусов распределителей жидкости. Наружная поверхность раструба патрубка 10 эквидистантна поверхности усеченного конуса 8 распределителя жидкости и на ней имеются пластины, расположенные по винтовой линии (не показаны). Патрубки 10 с раструбом соединяют трубное пространство аппарата с пространством верхней камеры 12. Корпус верхней камеры 1? снабжен патрубком 13. Под нижней решеткой размещена камера 14, кожух которой снабжен патрубком .15 и 16.

Для входа и выхода теплоносителя в межтрубное пространство аппарата служат патрубки 17 и 18.

Аппарат работает следующим образом.

Предварительно подогретая до определенной температуры жидкость

3 (растительное масло илй жир) под давлением через патрубок 5 поступает в распределительные каналы 6, входящие тангенциально в полусферические формы 9, и вытекает через S отверстия 7.

Жидкость из отверстия 7 в виде жидкого закрученного факела прижимается к стенке усеченного конуса 8 распределителя в плите 4 и в виде 10 тонкой пленки движется по внутренней стенке трубы 3. Распределению факела к поверхности конуса 8 и на стенки контактных труб 3 способствуют раструбы патрубков 10, наружная д поверхность которых эквидистантна поверхности усеченных конусов 8 в плите 4 распределителя жидкости.

Закручиванию вытекающего иэ отверстия 7 жидкого факела в значитель- щ ной мере способствует. наличие на наружной поверхности раструбов 1Г пластин, расположенных по винтовым линиям и образующих криволинейные каналы (не показаны). 25

Подача жидкости в аппарат под давлением и закручивание жидкостного факела позволяют создать устойчивый тонкий равномерный жидкостный слой на, поверхности труб и в значительной ЗО мере поднять эффективность процессов тепло- и массообмена, протекающих в жидкой пленке. 3а счет изменения давления в жидкой фазе на входе в аппарат можно в широких пределах регулировать толщину пленки, скорость

35 ее движения по поверхности труб, а следовательно, время контакта с поверхностью нагрева, что устраняет возможность пригорания и разложения

40 жиров и масел и способствует повышению качества готового продукта.

Центробежные силы, действующие на жидкость по нормали к поверхности труб, предотвращают срыв пленки жидкости с поверхности труб. В предлагаемом техническом решении центро95 4 бежные силы создаются без вращающихся частей в аппарате, что в значительной мере упрощает работу аппарата и его обслуживание.

При больших скоростях движения пленки, имеющих место в предлагаемом техническом решении, происходит ее турбулизация о газовый поток, приводящая к интенсификации процессов тепло- и массообмена в жидкости.

Пленка жидкости, нагреваясь и взаимодействуя с поднимающимся навстречу паром, стекает в камеру

14 и далее через патрубок 16 поступает по назначению. Свежий пар через патрубок 15 поступает в камеру 14 и контактные трубы 3. Пар с летучими веществами из обработанной жидкости через патрубки 10 распределителя жидкости из трубного пространства аппарата поступает в камеру 12 и . через штуцер 13 выводится иэ аппара— та.

Теплоноситель поступает в межтрубное пространство через штуцер 17, отдает тепло через стенки труб 3 и выводится из аппарата через штуцер 18 °

Использование предлагаемого устройства позволяет за счет проведения процессов тепло- и массообмеиа и равномерно стекающей закрученной тонкой пленке увеличить интенсивность процесса на 15-ЗОБ и повысить качество готового продукта за счет более полного извлечения из жидкой фазы определенных компонентов, например, при дезодорации жиров и растительных масел дурнонахнущих веществ, присущих некачественному или комбинированному сырью. Удалению дурнопахнущих веществ при дезодорации позволяI ет получить однородное сырье без sanaxa и производить высококачественный пищевой продукт — жиры и растительные маргарины.

Редактор И.Товтин Техред,Й.Коцюбняк

Тираж 659 Подписное

ВНИИПО Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источник

МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Российский патент 1999 года по МПК B01D3/30

Описание патента на изобретение RU2135253C1

Изобретение относится к роторным аппаратам для проведения абсорбционных и ректификационных процессов, в частности для ректификации в условиях вакуума термически нестойких продуктов, например капролактама, синтетических жирных кислот.

Известна тепломассообменная колонна (а.с. 1212450), оборудованная контактными устройствами в виде набора концентрически расположенных отбортованных цилиндров с отверстиями в виде щелевых горизонтальных прорезей. Недостатком колонны является малая производительность по жидкой фазе, определяемая производительностью первого (внутреннего) кольца.

Известна колонна с ротором в виде пакета конусов, принятая в качестве прототипа (В. Г. Коган, М.А.Харисов. Оборудование для разделения смесей под вакуумом. — Л.: Машиностроение, 1976, с. 161). Недостатком конструкции является невысокая эффективность массообмена, обусловленная числом слоев разбрызгиваемой жидкости, равным числу конусов.

Читайте также:  Договор на техническое обслуживание газового оборудования

Цель изобретения-увеличение эффективности массообмена и производительности контактного устройства путем увеличения числа слоев распыления жидкости с одного конуса и увеличения задержки жидкости в верхней части конуса (то есть полного заполнения распределительного стакана), что приводит к увеличению производительности каждого конуса.

Поставленная задача цель достигается тем, что на пакете усеченных конусов, обращенном вершинами вниз, вверху, на основаниях конусов закреплены горизонтальные диски, с внешней стороны которых установлен вертикальный перфорированный цилиндр, на котором по высоте, в пределах каждого кругового распределительного кармана выполнены отверстия в виде щелевых горизонтальных прорезей, расположенных на расстоянии одна от другой по высоте, при этом вышележащая прорезь перекрывает зазор между нижележащими прорезями. Цилиндр может быть перфорирован и круглыми отверстиями.

Для эффективного использования жидкости последний внутренний конус оборудован полуоткрытым распределительным карманом, образованным диском, перфорированным цилиндром и коротким усеченным конусом.

Существенным отличием является оборудование пакета конусов горизонтальными дисками и вертикальным перфорированным цилиндром, образующим круговые распределительные карманы, вследствие чего распыление жидкости происходит не с основания каждого конуса, а из распределительного кармана с рядом параллельных щелочных прорезей, что увеличивает число слоев распыления жидкости, по сравнению с пакетом простых конусов в 2-4 раза. Во столько же раз возрастает поверхность контакта фаз.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез массообменной колонны; на фиг. 2 — распределительный карман в разрезе; на фиг. 3 — вид по А на фиг. 1.

Массообменная колонна состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, неподвижной закрепленной на корпусе сборной тарелки 2, имеющей патрубки 3 для прохода пара или газа. На валу 4 закреплены усеченные конуса 5, снабженные верхней части горизонтальными дисками 6, с внешней стороны которых закреплен вертикальный перфорированный цилиндр 7, образующий в паре с горизонтальными дисками распределительные карманы 8 с щелевыми прорезями 9. Последний распределительный карман, образованный на внутреннем конусе выполнен полуоткрытым благодаря короткому усеченному конусу 10.

Массообменная колонна работает следующим образом.

Жидкость, стекающая по корпусу колонны 1 и далее по неподвижной тарелке 2 собирается в ее центральной части, откуда подхватывается вращающимися конусами 5, поднимается по конусам под действием центробежной силы и заполняет распределительные карманы 8. Через щелевые отверстия 9 под действием центробежной силы жидкость распыливается веерообразно в виде капель параллельными слоями, перекрывая все сечение колонны для прохода газа. Поднимающийся поток пара или газа пронизывает слои распыленной жидкости, контактируя с ними. С тарелки на тарелку жидкость перетекает через кольцевой канал 11.

По сравнению с известной конструкцией эффективность массообмена возрастает благодаря увеличению поверхности контакта фаз в единице объема аппарата за счет увеличения в 2-4 раза числа слоев распыления жидкости. Производительность колонны по жидкой фазе при заполнении распределительного стакана возрастает также в 2-4 раза, при этом гидравлическое сопротивление остается практически неизмененным.

Похожие патенты RU2135253C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 135 253 C1

Реферат патента 1999 года МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА

Изобретение относится к роторным аппаратам для проведения абсорбционных и ректификационных процессов, в частности для ректификации в условиях вакуума термически нестойких продуктов. Недостатком известных конструкций является недостаточно высокая эффективность массообмена и низкая производительность по жидкой фазе. Цель изобретения — увеличение эффективности массообмена и производительности контактного устройства. Поставленная цель достигается тем, что на пакете усеченных конусов, обращенном вершинами вниз, вверху, на основаниях конусов закреплены горизонтальные диски, с внешней стороны которых установлен вертикальный перфорированный цилиндр, на котором по высоте, в пределах каждого кругового распределительного кармана выполнены отверстия в виде щелевых горизонтальных прорезей, расположенных одна от другой на расстоянии по высоте. Существенным отличием является оборудование пакета конусов горизонтальными дисками и вертикальным перфорированным цилиндром, образующим круговые распределительные карманы. В результате увеличивается число слоев распыления жидкости и возрастает поверхность контакта фаз. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 135 253 C1

1. Массообменная колонна, содержащая вертикальный цилиндрический корпус, вал с закрепленными на нем контактными устройствами, состоящими из коаксильно набранных с зазором усеченных конусов, обращенных вершинами вниз и закрепленных на корпусе сборных тарелок с патрубками для прохода пара (газа), отличающаяся тем, что на основаниях конусов закреплены горизонтальные диски, с внешней стороны которых установлены вертикальные перфорированные цилиндры, на которых по высоте в пределах каждого распределительного кармана выполнены отверстия в виде щелевых горизонтальных прорезей, расположенных на расстоянии друг от друга по высоте, при этом вышележащая прорезь перекрывает зазор между нижележащими прорезями. 2. Массообменная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальный цилиндр может быть перфорирован круглыми отверстиями. 3. Массообменная колонна по п.1, отличающаяся тем, что внутренний конус оборудован полуоткрытым распределительным карманом, образованным диском, перфорированным цилиндром и коротким усеченным конусом.

Источник

ВАКУУМ-ПЕРЕГОНКА (перегонка под уменьшенным давлением)

Вакуум-перегонку применяют в тех случаях, когда жидкость при нормальных условиях имеет слишком высокую температуру кипения или когда она при нагревании до высокой температурит подвергается разложению или изменению.

Различают два основных метода перегонки под уменьшенным давлением:.

а) перегонка при умеренном вакууме, применяемая чаще всего и более подробно описанная дальше;

б) перегонка в высоком вакууме, применяемая для разгонки органических веществ, имеющих молекулярную массу до 1200, или для низкомолекулярных термических нестойких веществ.

Уменьшение температуры кипения жидкости и, следовательно, перегонки, достигаемое уменьшением давления, способствует сохранению химической индивидуальности перегоняемого вещества. Чем ниже вакуум, создаваемый внутри прибора, тем больше уверенности в том, что отделяемое вещество не будет изменяться химически, й тем ниже температура, при которой она будет перегоняться.

Имеется много органических веществ, которые кипят около 350 ° С при 760 мм рт. ст. с разложением, но перегоняются без изменения при 160—21O ° С и 10 мм рт. ст., или от 100 до 130 ° С при 0,01 мм рт. ст., или же от 40 до 60° С при 0,0,001 мм рт. ст.

Вакуум можно создать при помощи водоструйного насоса, достижимое разрежение с которым уже указывалось, или же при помощи специальных вакуум-насосов, создающих высокое разрежение.

Главным требованием при. проведении вакуум-перегонки является полная герметичность аппаратуры. Поэтому наиболее удобно применять приборы, собранные на шлифах.

Перегонка при умеренном вакууме. Умеренный вакуум может быть достигнут при использовании обычного лабо-. раторного водоструйного насоса. Прибор для перегонки под вакуумом (рис. 416).состоит из колбы Клайзена, снабженной капилляром и термометром; холодильника; приемника; манометра; стеклянного крана и предохранительной склянки Вульфа (между насосом и манометром).

В качестве соединительных применяют специальные вакуумные резиновые. трубки, которые отличаются от обыкновенных тем, что имеются более толстые (2—Змм) стенки. Наиболее часто в таких приборах применяют резиновые пробки, их полезно слегка смазывать касторовым маслом. Для разгонки при высоких температурах, когда резиновые пробки могут подвергаться термическому разложению, лучше пользоваться пробками из силиконового каучука или стеклянными шлифами, смазан-, ными силиконовой смазкой.

При полумикрохнмических работах часто применяют видоизмененную колбу Клайзена (рис. 417); особенность колбы заключается в том, что она не шаровидной, а яйцевидной формы и узкой своей частью обращена вниз. Такая форма способствует ускоренному нагреванию колбы.

Рис. 416. Прибор для перегонки под вакуумом: 1 — колба Клайзена или Арбузова; 2, 4, 5— пробки; S-капилляр; 5-термометр; 7 — холодильник; «—приемник; 9 — предохранительная склянка; 10— манометр; 11 — трехходовой кран.

Рис. 417. Видоизменениая колба Клайзена.

Рис. 418.-Аппарат Брюля.

При надевании резиновых вакуумных трубок на стеклянные следует применять смазки, так как иначе можно сломать или трубку, или прибор (когда резиновую вакуумную трубку присоединяют к нему). В качестве смазок часто применяют глицерин, вазелиновое масло и пр.

Однако много удобнее пользоваться силиконовым маслом, так как при употреблении его резина не прилипает ни к стеклу, ни к металлу даже при длительном нагревании до 100° С.

Приемником при вакуум-перегонке может служить аппарат Брюля (рис. 418), сосуд, изображенный на рис. 419, колба Вюрца и т. п.

Аппарат Брюля представляет собой толстостенный стеклянный цилиндр, снабженный хорошо притертой крышкой и двумя боковыми тубусами: верхним, через который проходит форштос холодильника, и нижним, который соединяется с-манометром. Внутри цилиндра на специальной площадке со стержнем, выходящим через резиновую пробку в крышке, помещают несколько приемников в форме пробирок. Этим стержнем можно поворачивать всю площадку с приемниками, подставляя их поочередно под холодильник. Резиновая пробка в крышке должна быть хорошо смазана вазелином.

Пробирки еще до начала работы нумеруют. В аппарат пробирки помещают по порядку номеров и перед перегонкой гонке, под форштос холодильника ставят пробирку № 1. При установке пробирок в аппарате нужно следить за тем, чтобы проставленные на них номера были обращены наружу.

Приемник (см. рис. 419), применяемый при вакуум-перегонке, представляет собой или круглодонную колбу, снабженную несколькими отростками, к которым присоединяют на резиновых пробках другие круглодонные колбы, или же широкую трубку с несколькими отростками, к которым также присоединяют колбы. У верхнего конца приемника имеется изогнутая трубка, служащая для соединения с насосом. Через эту трубку воздух отсасывают из прибора.

При перегонке без фракционирования можно применять колбу Вюрца. В этом случае холодильник вставляют в горло колбы Вюрца так, чтобы конец его был ниже боковой отводной трубки, к которой присоединяют манометр и вакуум-насос. Нужно брать приемники с возможно меньшим количеством соединений, стремясь, где это можно, пробки заменять стеклянными шлифами.

Для измерения разрежения при вакуум-перегонке служит ртутный манометр (рис. 420), который включают в прибор между приемником и предохранительной склянкой водоструйного насоса. Ртутный манометр представляет собой дважды изогнутую стеклянную трубку, один конец которой запаян, а другой —открыт; запаянная трубка соединена с открытым коленом капилляра. Открытый конец манометра часто имеет вид тройника.

Рис. 420. Манометр ртутный (вакуумметр)

Рис. 421. Краны двух- и трехходовой.

Один конец этого тройника присоединяют к прибору, а другой — через стеклянный кран, лучше трехходовой (рис. 421), к предохранительной склянке насоса. В тех случаях, когда манометр не имеет тройника, открытый конец его присоединяют к концу стеклянного тройника, остальные концы которого соединяют с прибором и насосом (см. рис. 416).

Читайте также:  Типовые бухгалтерские проводки для арендатора и арендодателя

Непременным условием правильной работы ртутного манометра и получения верных результатов является отсутствие в запаянном колене каких бы то ни было следов воздуха и механических загрязнений. Новый манометр нужно внимательно осмотреть. Если в нем будет обнаружен пузырек воздуха, его необходимо удалить, Это легче всего сделать таким образом.

Соединяют манометр с вакуум-насосом (например, водоструйным) и кладут первый так, чтобы капилляр был немного выше, чем запаянный конец колена. Потом начинают откачивать воздух, стремясь получить как можно большее разрежение. Затем очень медленно и осторожно приводят манометр в нормальное положение. Через некоторое время ртуть оторвется от запаянного конца, пузырек же вытолкнется и ртуть в обоих коленах соединится. Иногда такую операцию приходится повторять несколько раз, прежде чем удается удалить пузырек.

Очень внимательно нужно осматривать уже работавшие манометры, так как иногда в капилляр или запаянное колено вместе с ртутью пробиваются и пузырьки воз-* духа. Это случается при неосторожной работе, когда, по окончании перегонки, в аппарат впускают воздух, сразу полностью открыв кран. При обнаружении пузырьков воздуха в работавшем манометре его отделяют от подставки и стремятся удалить воздух по описанному выше способу. Если пузырек воздуха таким путем не удалится, то это указывает на загрязнение внутренних стенок манометра. Тогда нужно вскрыть запаянное колено, хорошо промыть и вычистить манометр, снова запаять его и только после этого заполнять ртутью, которую следует также предварительно очистить самым тщательным образом. Наполнение манометра ртутью является очень трудной операцией и ее лучше поручать специалисту.

Манометр снабжен подвижной шкалой, посредине которой находится нуль, а от него вверх и вниз идут деления. Эта шкала служит для измерения давления в миллиметрах ртутного столба. Нулевое деление ставят на уровне ртути в открытом колене, и число, стоящее против уровня ртути в другом колене (запаянном), показывает давление в приборе.

Когда прибор для вакуум-перегонки собран на пробках, а не на шлифах, необходимо проверить его герметичность, т. е. посмотреть, создается ли в приборе нужное разрежение. Если разрежение не достигается, проверяют все места соединений, более плотно вставляют пробки, более глубоко надевают резиновые трубки и т. д. Если же и это не ,достигает цели, то как крайнюю меру можно рекомендовать замазать соединения.

Замазывать можно вазелином или заливать парафином, лаками и т. д. Хорошие результаты дает замазка, состоящая из 70 ч. вазелина и 30 ч. парафина. Оба этих вещества смешивают при нагревании, и остывшую замазку применяют для работы. Можно рекомендовать также сплав воска с канифолью, который используется только в расплавленном виде. Соотношение между воском и канифолью обычно около 1:1, но его можно менять по желанию. Перед заливкой замазку расплавляют в металлической ложке и из нее уже заливают места соединений. Замазка плавится около 55° С и затвердевает около 45—47° С. Можно пользоваться для этой цели и другими замазками (см. гл. 26 «Некоторые полезные рецепты»).

Хотя замазывание мест соединения и достигает цели, но к нему следует прибегать только в крайнем случае. Вообще же нужно стремиться тщательно подгонять пробки, применяя только такие, которые дают плотное соединение. Поэтому важно сохранять однажды подобранные к прибору пробки.

Когда перегонка закончена, прежде всего прекращают нагревание. Затем закрывают стеклянный кран, идущий к насосу. После этого несколько приоткрывают винтовой зажим, который зажимает резиновую трубку на капиллярной трубке колбы Клайзена, и дают воздуху проникнуть внутрь прибора. Силу просасывания воздуха контролируют по поступлению его в колбу Клайзена и по манометру, причем ртуть должна медленно переходить из открытого колена в закрытое. Если впустить сразу много воздуха, ртуть может пробить запаянное колено, и манометр выйдет из строя; кроме того, возможно разбрызгивание остатков жидкости в перегонной колбе и загрязнение ими дистиллята. Когда поступление воздуха полностью прекратится и манометр придет в свое нормальное положение, можно приступить к разборке аппарата. Прежде всего отнимают приемник, затем колбу Клайзена. Из колбы осторожно вынимают сначала термометр, а затем капилляр.

Для создания вакуума, кроме водоструйного насоса, иногда применяют масляные вакуум-насосы (см. рис. 314). При помощи этих насосов можно получить более высокую степень разрежения по сравнению’с разрежением, создаваемым водоструйными насосами. Они работают от мотора, занимают мало места и удобны в обращении. Нужно только следить за тем, чтобы в них все; гда было масло, и время от времени проверять их.

При работе с органическими веществами пары их неизбежно поглощаются маслом и загрязняют его, поэтому необходимо периодически менять масло. Частота смены масла зависит от того, как долго работает насос. Если работа проводится ежедневно и подолгу, масло меняют приблизительно через каждые 15—2.0 дней. Если же работа проводится редко или ежедневно, но не долго, то менять масло можно через 1,5—2 месяца. Целесообразно перед насосом поставить поглотительные колонки с активированным углем и натронной известью. Поглотители следует менять по мере необходимости; масло при этом сохраняется чистым значительно дольше.

Эти масляные вакуум-насосы можно применять также и при фильтровании. При некоторой переделке их можно превратить в нагнетательные насосы.

Перегонка при высоком вакууме (молекулярная, или прямая, перегонка). Обычная вакуум-перегонка, когда разрежение создается водоструйным насосом, производится при относительно невысоком вакууме, порядка 5—10 мм рт. ст. Однако имеется много веществ, перегонка которых протекает с разложением даже при таком вакууме. В этих случаях применяют молекулярную перегонку. Она представляет собой процесс разделения преимущественно жидких смесей путем свободного испарения в вакууме порядка Ю-3—Ю-4 мм рт. ст. при температуре, значительно ниже их температуры разложения. Указанный процесс проводится, если поверхности испарения и конденсации разложены на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул перегоняемого вещества (20—30 мм).

Метод молекулярной, или прямой, перегонки приобретает особенную важность при работе с высококипящими веществами, чувствительными к нагреванию, т. е. термически нестойкими, легко распадающимися еще до достижения температуры кипения. Для перегонки неорганических веществ этот метод используется редко.

Молекулярная перегонка позволяет осуществлять Только два процесса: очистку веществ и отделение их от нелетучих примесей смолистого характера.

Для проведения указанной перегонки предложено много различных аппаратов, как одноступенчатых, так и многоступенчатых. В основе работы многих приборов для Молекулярной перегонки лежит принцип пленочного испарения, когда очищаемое вещество поступает в виде молекулярной перегонки. 10-3 — 10-4 мм рт_ ст достигается того масляно-диффузионного насоса, составляющего часть прибора и присоединяемого к масляно-воздушному насосу, желательно также двухступенчатому. Масляно-диффузионный насос имеет приспособление для нагревания электричеством.

Производительность установок или приборов для молекулярной или прямой перегонки редко бывает выше 10—20 см/ч

Одним из удачных приборов для молекулярной перегонки является испаритель, показанный на рис. 422. При работе с любым прибором для молекулярной перегонки прежде всего следует освободить перегоняемое вещество от растворенных в нем газов и легколетучих веществ. Если этого не сделать, может произойти вспенивание, что затруднит перегонку или сделает ее совершенно невозможной. В некоторых установках приспособление для пленки толщиной от 0,1 до 1 мм.

Такой прием наиболее удачен. Испарение с поверхности пленки, как уже указывалось, происходит быстрее, чем из массы, и находится в обратной зависимости от толщины пленки. Кроме того, пленку в случае необходимости легче нагревать и выдерживать при нужной температуре. Полученные фракции можно подвергнуть повторной перегонке с целью получения более тщательно очищенного продукта.

На рис. 423 показан лабораторный аппарат, с помощью которого повышение избирательности достигается многократным испарением. Аппарат медленно вращается по оси симметрии. Вещество, находящееся в зоне 2, при этом полностью испаряется. После конденсациив первом участке холодильника оно попадает во второй участок испарителя. Этот процесс повторяется до тех пор, пока дистиллят соберется в зоне 7. Для получения нескольких фракций приборы для молекулярной дистилляции иногда устраиваются так, что остаток от одной дистилляции подвергается еще раз.перегонке при более высокой температуре.

Рис. 423. Десятиступенчатый прибор для молекулярной перегонки: 1 — сцепление с приводным мотором; 2 —место поступления продукта; 3 — испаритель; 4 —разделитель; 5 —лучевой нагреватель; 6 — десятиступенчатый конденсатор; 7—место выхода продукта.

Чтобы осуществить этот процесс, в прибор встраивают циркуляционный насос, с помощью которого остаток можно вновь перекачать вверх. На рис. 424 показан прибор, в котором процесс повторяется в результате того, что аппарат в необходимый момент переворачивается. Этот процесс можно повторять многократно. При другом методе несколько испарителей помещают один за другим, причем остаток переходит от аппарата К аппарату и подвергается воздействию более высокой температуры перегонки.

О перегонке под вакуумом нужно помнить следующее:

1. Собирая прибор, надо хорошо подобрать пробки обязательно резиновые. Убедившись, что прибор собран правильно, надо вымыть отдельные части его (колбу, холодильник и приемники), тщательно высушить и вновь собрать окончательно.

2: Прежде чем нагревать колбу Клайзена, следует проверить, какое разрежение получается при работе вакуум-насоса. Если будет замечено, что ртуть в запаянном колене манометра не опускается или не удается достигнуть нужного разрежения, проверяют места соединений и уплотняют тс из них, через которые проходит воздух.

3. Температуру надо поднимать медленно. Чем медленнее идет перегонка, тем лучше. В приемник должно капать не больше одной капли в секунду, лучше —даже реже.

4. По окончании перегонки отключают прибор от вакуум-насоса. Затем очень осторожно и возможно медленнее впускают воздух. При этом следует наблюдать за манометром. Ртуть в левом колене должна подниматься медленно. Когда она заполнит все колено,воздух можно впускать смелее, но не сразу.

6. При фракционной перегонке нельзя путать фракции.

7. Если работа ведется с дефлегматором, надо быть осторожным, чтобы не сломать его.

8. За работой масляного вакуум-насоса нужно постоянно следить.

Источник