Способ разделения растворов и устройство для его осуществления

(51) 01 17/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ упрощение конструкции устройства и обслуживания. В способе разделения растворов, вращение придают только центральной части объма раствора. Для усиления вязкостного фактора разделения, в плоскости вращения создают температурный градиент, убывающий от центра к периферии. Устройство содержит цилиндрический корпус,пакет конусных тарелок, штуцера ввода и вывода фракций, центральный вращающийся полый вал с захватывающими прорезями, конусные тарелки установленные в пакете меньшими основаниями вниз, а пакет неподвижно прикреплн к такой же верхней глухой конусной тарелке, закреплнной на внутренней стенке корпуса коаксиально валу, с фиксацией зазора между нижними кромками тарелок и валом и верхними кромками тарелок и корпусом. Устройство снабжено охладителем,установленным над штуцером ввода раствора, и нагревательной рубашкой, установленной на наружной поверхности цилиндрического корпуса. Устройство имеет несколько последовательно соединенных секций разделения. Изобретение можно использовать для разделения сырой нефти на фракции, разделения молока,осветления фруктовых и овощных соков.(72) Казиев Мухтар Тасмуханович Бишимбаев Валихан Козыкеевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к сепарационным процессам и может быть использовано в пищевой,химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Задача изобретения создание способа разделения, обеспечивающего разделение также коллоидных растворов и устройства для его осуществления,обладающего небольшими энергозатратами,простотой конструкции и обслуживания. Достигаемым техническим результатом является возможность разделения коллоидных растворов,снижение энергозатрат на проведение процесса, 20961 Изобретение относится к сепарационным процессам, и может быть использовано для разделения любых растворов (в том числе и коллоидных) в химической, нефтехимической,пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. При разделении из растворов можно удалить нежелательные примеси или сконцентрировать в них ценные компоненты. Известен способ и устройство для разделения растворов за счт гравитационных сил Руководство по технологии получения и переработке растительных масел и жиров, т.2, Л., 1973, с.350. Он применяется при разделении раствора нейтрализованного масла. Раствор представляет собой смесь жировой части и вредных примесей фосфотиды,жирные кислоты,пигменты,неомыляемые и другие вещества. Совокупность вредных примесей образует соапсток. Способ реализуют в аппарате, имеющем цилиндрический корпус, центральный неподвижный полый вал со стационарно установленным на нм пакетом конусных тарелок. Конусные тарелки неподвижно закреплены на полом валу одна над другой с одинаковым просветом. Разделяемая смесь из центрального полого вала стекает по наклонным тарелкам. При этом вследствие уменьшения скорости стекания, соапсток (имеет большую плотность) отделяется от жировой части, оседает на поверхности тарелок и стекает в нижнюю часть аппарата. Жировая часть (рафинированное масло),имеющая меньшую плотность, собирается над слоем соапстока и, попадая на отбойный козырк,выталкивается в центр к полому валу и по специальным каналам в нм отводится из аппарата. Недостатком этого способа и устройства являются невысокая эффективность разделения и малая производительность единицы объма аппарата, т.к. разделение происходит только за счт сил тяжести, а это очень медленный процесс. Наиболее близким по технической сущности является способ разделения, в котором всему объму раствора сообщают вращательное движение Вышемирский В.А. Производство сливочного масла. - М. Агропромиздат, 1978, с.272. Указанный способ использует центробежный эффект разделения. Он широко используется для разделения эмульсий, например, при выделении из молока сливок в сепараторах-сливкоотделителях, и для разделения суспензий, например, при очистке молока от дисперсных взвесей в молокоочистителях. К основным конструктивным элементам устройства, реализующего данный способ разделения, относятся цилиндрический корпус, штуцера ввода и вывода фракций, пакет вращающихся конусных тарелок. Пакет конусных тарелок сообщает вращательное движение всему объму раствора и делит рабочее пространство внутри корпуса аппарата на тонкие концентрические щели. В этих щелях и происходит разделение жидкой смеси. Пакет закреплн на тарелкодержателе, вращающемся с частотой до 50006000 об/мин. 2 В концентрических щелях тяжлые фракции молока (вода, белки, лактоза и т.д.) под действием центробежной силы прижимаются к нижним поверхностям вышележащих тарелок и движутся вниз к периферии. Лгкие фракции молока (жировая фаза), скапливается на верхних поверхностях нижележащих тарелок и движется вверх к центру. При очистке молока дисперсные частицы,загрязняющие молоко,под действием центробежных сил оттесняются на периферию в специальный карман, который периодически очищают. Недостатками этого способа и устройства являются невозможность разделения коллоидных растворов высокие энергозатраты на проведение процесса (тратится значительное количество энергии на сообщение интенсивного вращательного движения всему объму раствора и массивному пакету конусных тарелок) сложность конструкции и обслуживания аппарата (тонкая балансировка конусных тарелок, сложный механизм сообщения высокой частоты вращения). Задачей предлагаемого изобретения является создание способа разделения, обеспечивающего разделение, также, коллоидных растворов и устройства для реализации этого способа,обладающего небольшими энергозатратами,простотой конструкции и обслуживания. Достигаемым техническим результатом является возможность разделения коллоидных растворов,снижение энергозатрат на проведение процесса,упрощение конструкции устройства и обслуживания. Поставленная задача решается тем, что в способе разделения растворов путм сообщения им вращательного движения, согласно изобретению,вращение придают только центральной части объма раствора. В этом способе используют три эффекта разделения. Это вязкостный эффект,гравитационный эффект и центростремительную силу. Для усиления вязкостного эффекта разделения в центр объма разделяемого раствора подают охлажднный раствор, а периферийную часть его нагревают, создавая, таким образом, температурный градиент в плоскости вращения. Температурный градиент многократно усиливает вязкостный фактор разделения. Усиление разделения обусловлено тем,что при понижении или увеличении температуры,вязкости вязких фракций изменяются значительней,чем маловязких. В результате в растворе увеличивается вязкостный градиент между компонентами, что и приводит к усилению вязкостного фактора разделения. Для осуществления этого способа используют устройство, которое содержит цилиндрический корпус, штуцера ввода и вывода фракций,центральный вращающийся полый вал с захватывающими прорезями, конусные тарелки,установленные в пакете меньшими основаниями вниз, а пакет неподвижно прикреплн к такой же верхней глухой конусной тарелке, закреплнной на внутренней стенке корпуса коаксиально валу с фиксацией зазора между нижними кромками 20961 тарелок и валом и верхними кромками тарелок и корпусом. Для охлаждения раствора, подаваемого в центральную часть устройства, оно снабжено охладителем, установленным над штуцером ввода раствора, а для нагрева раствора в периферийной его части устройство снабжено нагревательной рубашкой, установленной на наружной поверхности цилиндрического корпуса. Для более глубокого разделения раствора устройство имеет несколько таких последовательно соединенных секций разделения. Конструкция устройства, работающего по предложенному способу, показана на фиг. Устройство содержит следующие основные элементы корпус 1 пакет неподвижных конусных тарелок 2 верхнюю глухую конусную тарелку 3 центральный вращающийся полый вал с захватывающими прорезями 4 привод для вращения полого вала 5 штуцер подвода смеси 6 штуцер вывода лгкой фракции 7 штуцера вывода тяжлой фракции 8 паровую рубашку 9 охладитель раствора 10 крепжные стержни 11 дистанционные трубки 12. При установке пакета неподвижных конусных тарелок между нижними кромками тарелок и валом,а также между их верхними кромками и корпусом аппарата устанавливают зазор для прохода раствора. Пакет конусных тарелок 2 крепится к глухой конусной тарелке 3 с помощью крепжных стержней 11, а зазор между тарелками фиксируется дистанционными трубками 12. Устройство работает следующим образом. Разделяемый раствор подают через штуцер 6 на верхнюю глухую конусную тарелку 3,установленную нижним основанием вниз. По ней раствор стекает в центр и, пройдя через зазор между вращающимся полым валом и нижней кромкой глухой конусной тарелки, заполняет весь объм аппарата под тарелкой. Центральный вращающийся полый вал 4 с захватывающими прорезями закручивает центральную часть этого раствора. Это приводит к рождению вихря в центре объма раствора. Интенсивность вращения этого вихря быстро падает в направлении от центра к периферии. В результате в центре аппарата возникает зона пониженного давления с интенсивным движением. Понижение давления в центре приводит к появлению центростремительной силы, которая способствует перемещению в центр тяжлых фракций. Кроме того, в зону интенсивного движения, а именно в центр, будут затягиваться вязкие компоненты смеси, а маловязкие, вследствие проскальзывания, будут выталкиваться из этой зоны на периферию. Следует иметь в виду, что, как правило, тяжлые фракции являются и вязкими. Быстрому смещению к центру тяжлых вязких фракций способствует и то, что конусные тарелки 2 в пакете установлены меньшим основанием вниз,что приводит в действие гравитационный фактор разделения. Поэтому в центре аппарата соберутся тяжлые вязкие фракции, а на периферию выдавятся лгкие маловязкие фракции. Из центра тяжлые вязкие фракции поступают на следующую, такую же по конструкции, секцию разделения для большего сгущения и, после последней секции,через штуцер 8 отводятся из аппарата. Лгкие фракции отводятся через боковые штуцера 7. Охладитель 10 и рубашка 9 необходимы для наложения на процесс разделения температурного градиента, в котором температура в плоскости вращения вихря уменьшается от периферии к центру. Температурный градиент многократно усиливает вязкостный фактор разделения. Созданный способ разделения и устройство для его реализации были испытаны на разделении коллоидного раствора - сахарвода. Изготовленная модель устройства, согласно фиг., содержала одну секцию разделения. Модель с диаметром корпуса 75 мм была спаяна из белой жести и содержала 1 глухую тарелку и 6 тарелок в пакете. Полый вал с захватывающими прорезями имел диаметр 10 мм. В качестве привода использовали электрический микроматорчик работающий от батареи. Наложение температурного градиента не испытывалось. Эффективность разделения оценивали по изменению вязкости. Вязкость исходного раствора и вязкости разделнных фракций измеряли методом капилляра. В основе этого метода измерения лежит уравнение Гагена-Пуазейлля. В опытах вязкость приготовленного коллоидного раствора составила 08,510-3 Пас. После разделения исходного раствора вязкости отбираемых фракций составили,вязкой фракции из центра аппарата 112,810-3 Пас, а маловязкой фракции, отбираемой из бокового штуцера, 21,210-3 Пас. Таким образом,опыты подтвердили возможность разделения коллоидного раствора. Предложенное изобретение можно использовать,например, при разделении сырой нефти. Сырая нефть представляет собой коллоидную смесь различных фракций (бензиновой, керосиновой,дизельной,мазутной). Плотности фракций различаются незначительно, примерно на 1018,зато вязкости их различаются на порядок и более. Сырую нефть, используя изобретение, можно разделить на лгкую (маловязкую) часть и тяжлую(вязкую) часть. Далее направить эти части раздельно, лгкую часть на атмосферную ректификацию, а тяжлую часть на вакуумную ректификацию. При этом чткость разделения можно увеличить наложением на процесс температурного градиента. В целом это позволит уменьшить общие затраты тепла на переработку за счт исключения ненужного нагрева всего объма сырой нефти на стадии атмосферной ректификации. Изобретение можно использовать также при разделении молока, осветления фруктовых соков. Таким образом, в предлагаемом изобретении решены все поставленные задачи. А именно, создан способ разделения, обеспечивающий, также,разделение коллоидных растворов и устройство, для его реализации обладающее небольшими энергозатратами на проведение процесса, простотой конструкции и обслуживания. 20961 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разделения растворов путем сообщения им вращательного движения,отличающийся тем, что вращение придают только центральной части объема раствора. 2. Способ разделения растворов по п. 1. отличающийся тем, что в центр объма разделяемого раствора подают охлажденный растворов, а периферийную часть раствора нагревают. 3. Устройство для разделения растворов,включающее цилиндрический корпус, пакет конусных тарелок, штуцера ввода раствора и вывода фракций, отличающееся чем, что оно содержит центральный вращающийся полый вал с захватывающими прорезями, конусные тарелки установлены в пакете меньшими основаниями вниз,а пакет неподвижно прикреплен к такой же верхней глухой конусной тарелке, закрепленной на внутренней стенке корпуса коаксиально валу, с фиксацией зазора между нижними кромками тарелок и валом и верхними кромками тарелок и корпусом. 4. Устройство для разделения растворов по п. 3,отличающееся тем, что оно снабжено охладителем раствора, установленным над штуцером ввода раствора и нагревательной рубашкой,установленной на наружной поверхности цилиндрической корпуса. 5. Устройство для разделения растворов по п. 3,отличающееся тем, что оно имеет несколько таких последовательно соединенных секций разделения.