Пристрій для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину

МПК6В01 D 9/00, В 01 D 61/36 Пристрій для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину Винахід належить до пристроїв для виділення кристалічних або аморфних твердих речовин з рідких розчинів, зокрема до пристроїв з видаленням з оброблюваного розчину частини розчинника, і може бути використаний у хімічній, нафтохімічній, харчовій, електронній та інших галузях промисловості. Утворення та виділення розчиненої в рідині твердої фази здійснюють різними способами: охолодженням розчину, видаленням розчинника випарюванням або випаровуванням крізь дифузійну роздільну мембрану, висолюванням, у результаті хімічної реакції з утворенням адукту та комбінаціями цих способів. Так, відомий пристрій для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину, що містить з'єднані між собою трубопроводами вертикальний порожнистий апарат з сепаратором і штуцером відведення суспензії утвореної твердої фази в оброблюваному розчині, циркуляційний насос та гріючу камеру для кип'ятіння оброблюваного розчину (Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987. - С.361-362, рис.14.12). Цей пристрій потребує значних витрат теплоти для випарювання розчинника. Крім того, оброблення рідкого розчину при його температурі кипіння робить практично неможливим виділення твердої фази з органічних розчинів, більшість з яких є вибухопожеженебезпечними, токсичними або такими, що розкладаються під дією температури. Найбільш близьким за технічною суттю до технічного рішення, що заявляється, є пристрій для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину, що містить з'єднані між собою трубопроводами вертикальний порожнистий апарат з центральною трубою і штуцером відведення суспензії утвореної твердої фази в оброблюваному розчині, циркуляційний насос та апарат з вертикальними трубчастими елементами для проходження оброблюваного рідкого розчину (Плановский А.Н., Ни колаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987.-С.361,рис.14.10). Даний пристрій, на відміну від розглянутого аналога, функціонує звичайно при температурі оточуючого середовища або нижчій. Тим не менше, і він практично не забезпечує ефективну обробку розчинів органічних речовин внаслідок того, що розчинність більшості речовин в органічних розчинниках мало залежить від температури, і навіть за значного охолодження оброблюваного розчину (яке теж потребує певної кількості енергії) останній дуже важко привести до перенасиченого стану, що є необхідною умовою виділення твердої фази з рідкого розчину. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення пристрою для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину шляхом утворення каналів для течії оброблюваного розчину за допомогою дифузійних мембран, що дозволяє видаляти з останнього частину розчинника при температурі оточуючого середовища, забезпечуючи перенасичення розчину і видалення з нього твердої фази без кип'ятіння або охолодження розчину, і, за рахунок цього, зниження енергоємності пристрою і можливості оброблення вибухопожеженебезпечних і токсичних речовин, а також речовин, що розкладаються під дією температури. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину, що містить з'єднані між собою трубопроводами вертикальний порожнистий апарат з центральною трубою і штуцером відведення суспензії утвореної твердої фази в оброблюваному розчині, циркуляційний насос та апарат з вертикальними трубчастими елементами для проходження оброблюваного рідкого розчину, згідно цього технічного рішення вертикальні трубчасті елементи виконано у вигляді дифузійних мембран, які пропускають розчинник оброблюваного рідкого розчину. Так, під час проходження оброблюваного рідкого розчину через апарат з вертикальними трубчастими елементами, виконаними у вигляді дифузійних мембран, молекули розчинника сорбуються внутрішньою поверхнею мембран, дифундують крізь них і випаровуються на їх протилежному боці. Внаслідок виділення частини розчинника з оброблюваного розчину відбувається концентрування останнього, поступове його перенасичення і створюються умови для утворення в ньому твердої фази розчиненої речовини. Зростання частинок твердої фази відбувається у вертикальному порожнистому апараті, звідки вона разом з частиною оброблюваного розчину відбирається (безперервно або періодично) через штуцер відведення суспензії утвореної твердої фази в оброблюваному рідкому розчині. Виконання вертикальних трубчастих елементів у вигляді дифузійних (непористих) мембран виключає, на відміну від пористих мембран, їх механічне пошкодження та забивання пір частинками, що збільшує термін їх служби І значно спрощує обслуговування пристрою (відпадає необхідність у частому складаннірозбиранні пристрою з метою очищення або заміни мембран). Таким чином, даний пристрій забезпечує ефективне утворення і виділення розчинених у рідкому розчиннику речовин у вигляді твердої фази з мінімальними енергетичними витратами, мінімальним ризиком розкладання оброблюваної речовини, а також виникнення вибухів, пожеж і отруєння обслуговуючого персоналу та довкілля. Сутність винаходу пояснюється кресленням, на якому зображено принципову схему пристрою. Пристрій для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину містить вертикальний порожнистий апарат 1 з центральною трубою 2 і штуцером 3 відведення суспензії утвореної твердої фази в оброблюваному розчині, циркуляційний насос 4 та апарат 5 з вертикальними трубчастими елементами 6 для проходження оброблюваного рідкого розчину, які виконано у вигляді дифузійних мембран, які пропускають розчинник оброблюваного рідкого розчину. Міжтрубний простір 7 апарата 5 може бути обладнано охолодною оболонкою 8 та(чи) з'єднано з вакуумною магістраллю (не показано). Апарати 1 і 5, а також циркуляційний насос 4 з'єднано між собою трубопроводами 9 і 10 і трубопроводом 11 зі штуцером 12 підведення вихідного розчину. Апарат працює таким чином. При ввімкненому циркуляційному насосі 4 через штуцер 12 подають вихідний розчин, який трубопроводом 9 надходить усередину вертикальних трубчастих елементів 6 апарата 5, потім трубопроводом 10 - у вертикальну трубу 2 вертикального поро жнистого апарата 1, заповнює останній і трубопроводом 11 знову прямує на циркуляційний насос 4. Після цього до оболонки 8 апарата 5 подають холодоагент, який утворює градієнт температур між трубним і міжтрубним 7 просторами апарата 5. Внаслідок селективних властивостей дифузійних мембран, які представлять собою вказані вертикальні трубчасті елементи 6, розчинник оброблюваного рідкого розчину сорбується внутрішньою поверхнею мембран, дифундує крізь них і випаровується на їх протилежному боці. Пара розчинника, стикаючись з холодною стінкою корпуса апарата 5, конденсується і видаляється з його міжтрубного простора 7. Таким чином відбувається поступове насичення і перенасичення оброблюваного рідкого розчину, який, потрапляючи знизу у вертикальний порожнистий апарат 1, рухається у ньому вгору. При цьому, в об'ємі розчину утворюються зародки твердої фази і відбувається поступове зростання їх розмірів. Більші частинки твердої фази осаджуються і разом з частиною оброблюваного розчину у вигляді згущеної суспензії видаляються з апарата 1 через штуцер 3. Розчин, що підіймається апаратом 1, утримує дрібніші частинки твердої фази у завислому стані, що сприяє їх безперервному зростанню і поступовому осаджуванню. Організуючи відбирання розчину з апарата 1 у різних місцях по його висоті, можна здійснювати класифікацію утворюваних частинок твердої фази (за їх розміром); при цьому розмір частинок у фракціях буде зменшуватись по висоті апарата 1 (найдрібніша фракція може за безперервної циркуляції оброблюваного розчину потрапляти при цьому у трубопровід 11). Таким чином даний пристрій забезпечує ефективне утворення і виділення розчинених у рідкому розчиннику речовин у вигляді твердої фази з мінімальними енергетичними витратами і відсутністю розкладання оброблюваної речовини, а також запобігає виникненню вибухів, пожеж, отруєнню обслуговуючого персоналу та довкілля. Заявник: Національний технічний університет України Заст. проректора \ffi з наукової роботи |>J v V, .. (Щ^ІШМ^^^ со Воронов 1 «Київський політехнічний інститут» Пристрій для безперервного утворення і виділення твердої фази з рідкого розчину 10 Холодоагент ^ 5 6 і 7 Суспензія 8 І Холодоагент Розчинник І : Вихідний 1. розчин \ \ 11 12 Ю.Ю. Лукач І.О. Мікульонок Г.Л. Рябцев