Устройство для массообмена

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕНА , состоящее из вертикальной колонны с центральными входными и выходным отверстиями, внутри которого установлены отклоняющие элементы, от лич ающе е с я тем, что, с целью эффективности массообмена веществ, отклоняющие элементы выполнены плоскими, причем между стенкой колонны и краями отклоняющих элементов ввпюлнено два противоположно расположенных прохода различного се гения. СО 00 с;о

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

И ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ.ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2071370/23-26 (22) 01.11.74 (31) P 2355106.6 (32) 03.11;73 (33) ФРГ (46,) 23 ° 08.83. Бюл.931 (72) Ойген Гадамовски, Вольфганг

Гоппе, Ганс-Вальтер Овенгаузен, Бернхард Пиотровски, Верхарт Шмид, Георг Шрейбер и Гейнц Шредер (ФРГ) (71)Динамит Нобель Ar (ФРГ) (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. -Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев, 1970, с.129-131, рис.77,78.,SV „„II 037830

З 511. В 01J 8/00, В 01D 3/32 (54) (57 ) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБ"

МЕНА, состоящее иэ вертикальной колонны с центральными входными и выходным отверстиями, внутри которого установлены отклоняющие элеменI ты, о т л и ч а. ю щ е е с я тем, что, с целью эффективности массообмена веществ, отклоняющие элементы выполнены плоскими, причем между стенкой колонны и краями отклоняющих элементов выполнено два противоположно расположенных прохода раз личного сечения;

1 037830

2. Устройство по.п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, отклоняющие элементы установлены наклонно.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отклоняющие элементы установлены горнзон, тально и снабжены щитками, установленными над проходом для легкой фазы.

1 2

Изобретение относится к аппаратам щаемую суспензию из ДМТ и фильтрадля массообмена между гетерогенными та, который является метанольным системами s ионнообменной колонне,, раствором непригодных остаткоз сыв которую сверху вниз вводят более рого ДМТ, который прежде всего сотяжелый поток массы и в противото- держит диметилизофталат (дМИ и ке снизу вверх - более легкий поток 5 диметилортофталат (ДМО ),но также

1 массы. высококипящие части и небольшие

Известно устройство для массооб- доли ДМТ. Из патрубка 8 по окончамена, состоящее из вертикальной нии массообмена отводят более тяжеколонны с центральными входными лый поток массы, причем в данном и выходным отверстием, внутри которо-дО случае речь идет об очищенном ДМТ го установлены отклоняющие элементы(Ц в промывной жидкости метаноле. БоНедостаток известного устройства лее..легкий поток массы в данном

1 в.низкой эффективности массообмена случае метанол, подают в патрубок веществ. 9 посредством расположенного в нижЦель изобретения — повысить эф- ней части 3 колонны кольцевого фективность массообмена веществ. !

5 трубопровода, где он протекает через . Поставленная цель достигается т ч ионообменную колонну снизу вверх что в устройстве для массообмена в противотоке к более тяжелому состоящем из вертикальной колонны потоку массы. В верхней части 2 с центральными входными и выходным отводят более легкий поток массы, отверстиями, внутри котороГо установ-20 смесь из фильтра и метанола. B нижлены отклоняющие элементы, откло- Ф ней части 3 еще дополнительно вводят няющие элементы выполнены плоскими, *жидкость для подмешивания,(также мепричем Ъ ежду стенкой колонны и края- танрл ), чтобы облегчить отвод более ми отклоняющих элементов выполнено тяжелого потока массы. два противоположно Расположенных 25 Ионообменная колонна (фиг.2 ) для прохода различного сечения, при этом экстракций в системах жидкость-жидотклоняющие элементы установлены кость, предусмотрена для разделения наклонно. раствора ксилол-уксусная кислота.

Кроме того, отклоняющие элементы . В верхней части 2. колонны с тарелустановлены горизонтально и снабже" 30 ками 4 и отверстиями 5 и 6 по трубоны щиткамй установленными над прохо- проводу 10 подают более тяжелый дом для легкой фазы. . поток массы, в данном случае .воду, На фиг.1 изображена,ионообменная отводят через патрубок 11 как так колонна для систем твердые частицы- : называемый экстракт, в данном случае жидкость, на фиг.2 - ионообменная ко-35 воду в растворе с уксусной кислотой+ лонна для систем жидкость-жидкость, Более легкий поток массы (растврр на фиг.3 — ионообменная колонна с из ксилола и уксусной кислоты) подают горизонтальными тарелками. на фиг.4- в патрубок 12 в нижней части 3 колонто же, вид сверху со сплошными та- ны и отводят в верхней части 2, в данрелками., на фиг.5 - то же с тарел- 4 данном случае как отдельный ксилол. камы со щйлев ааи вырезами, иа фиг.б- Подобную ионообменную колонну можно колонна с наклонными тарелками, про- также испольэовать для экстракций дольный разрез, на фиг.7 - колонна с в системах твердые частицы — жиды со сплошнычи тарелками, продольный кость, например, для экстракции оси разрез. посредством гексана, причем условия

Устройство содержит ионообменную 1потока более сходны с условиями колонну 1 с корпусом с верхней 2 при промывках в противотоке систем и нижней;;3 частями и наклонно разме- твердые частицы — жидкость. щенными тарелками 4 с первым 5 и вто- B ионообменной колонне (фиг.3) рым 6 отверстиями. Через центрально,с горизонтально размещейными@тарелрасположенный в верхней части 2 50 ками 4, над первым отверстием 5 препитающий трубопровод 7 подают более дусмотрено отклоняющее приспособлетяжелый поток массы, например очи- иие, в данном случае наклонно вхо1037830 дящий в ионообменную колонну направляющий лист 13, который на своем нижнем<конце закрыт горизонтальным листом 14, чтобы предотвратить. нежелательные откложения между направляющим листом и внутренней стенкой 15 5 ионообменной колонны. Между нижней кромкой 16 отклоняющего приспособ ления и тарелкой 4 расположен зазор 17. Через первое отверстие 5 и зазор 17, обозначенный стрелкой

Я более легкий поток массы поступает вверх, в то время как обозначейный двойной стрелкой более тяжелый поток массы через второе отверстие 6 тарелки 4 протекает вниз.

В области Б — зоне смещения — более тяжелый поток массы посредством отклоняющего приспособления переводится в вертикальное вращательное

:движение, в которое также вовлекается более легкий поток массы. В зоне

5 смешения йроисходит массообмен и одновременно, из-эа различных плотностей, также разделение. потоков массы. При стационарном эксплуатационном состоянии более тяжелый поток массы скапливается в области В в данйом случае обозначенной штриховкой, над. вторым отверстием 6, в то время как более легкий поток массы скапливается в области Г под 30 первым отверстием 5; Отсюда потоки массы переходят в последующие ступени ионообменной колонны, причем состав потоков массы прогрессивно изменяется в результате массообме- 35 нов, происходящих на отдельных ступенях

Расположение (фиг. 4) по сравнению с первыми отверстиями 5 40 сравнительно больших отверстий б особенно пригодно для массообмена в системах твердые частицы-жидкость, например, для промывки ДМТ в противотоке. Через колонну в направление 45 стрелки Я снизу вверх пропускают более легкую жидкость, в то время как сверху вниз подают суспензию с твердыми частицами с большей плотностью, причем твердые частицы движутся вниз по законам скорости погружения частиц. При вводе в действие. ионообменной колонны, начиная с определенного количества твердых частиц или введенной снизу в противотоке жидкости, скорость в отверстиях. 5 и б становится такой. большой, что частицы более не могут проходить через нее и иэ-за наклон-. ного, расположения тарелки 4 скапливаются в области над нижним отверс- 60 тием 6, причем они поднимаются вверх протекающей еще через нижнее отверс- тие 6 противоточной жидкостью и уже приводятся в вертикальное вращательное движение, которое, однако, еще 65 имеет сравнительно небольшое пространственное расширение.

При дальнейшем притоке твердых частиц, последние скапливаются в нижней области тарелки 4 и образуют там слой частиц, через который, в зависимости от отношений давлений потоков массы протекает жидкость. Когда таким образом в области нижнего отверстия 6 возникает достаточно большой перепад давления, суспендированные твердые частицы по направлению стрелки Д текут вниз через нижнее отверстие б тарелки 4, поступая в следующую ступень, в то время как для компенсации более лег-. кая иротивоточная жидкость в направление стрелки М течет вверх через верхнее отверстие 5 той же тарелки

4. Текущая вниз суспензия частиц в верхней области 18 последующей тарелки 4 переводится в противоположное направление движения и также в направление стрелки А уносит с собой проходящую через ее верхнее отверстие 5 противоточную жидкость, которая диспергируется и смешивается с суспенэией частиц. Образу-. ется сильный поток вдоль верхней и средней областей тарелки 4, который в нижней части этой тарелки вдоль находящегося там слоя частиц переводится в направление вверх, причем образуется вертикальное вращательное движение, которое также как.и вращательное движение во время ввода в действие происходит в направление по ходу часовой стрелки, однако, в отличие .от периода ввода в действие распространяется на гораздо большее пространство ступени. В этой области — области смешения Ьоба потока массы тщательно перемешаны, в результате чего массообмен может .происходить при благоприятных условиях. Зона Б смешения снизу ограничена зоной 8 осаждения или отстаивания, которая в отличие .от зоны 6 смешения на фигуре обозначена более частой штриховкой. Наверху зона Ь смешения примерно. ограничена мнимой горизонтальной плоскостью, которая проходит через нижнюю кромку тарелки

4. В области над этой плоскостью выполнена эона Г осаждения ипи отстаивания. В этой зоне собственно находится еще только более легкая. противоточная жидкость так как при нормальных эксплуатационных условиях в этой области скорости, потока недостаточны, чтобы удер живать частицы во взвешенном состоянии или даже транспортировать их.

Над неспокойной гетерогенной поверхностью потока эоны Б смешения образУется довольно прозрачный жидкостный слой.

Описанные для этой ступени процес1037830

5 сы соответственно повторяются в следующих ступенях ионообменной колонны причем направление вращательного движения изменяется от одной ступени к следующей. Хотя состав потоков массы изменяется от одной ступени к 5 последующей, практически имеются те же самые формы потока. В соответствии с приведенным выше примером промывки

ДМТ в противотоке это означает, что в самых верхних или в верхних сту- 10 пенях ионообменной колонны в зонах отстаивания -накапливается еще загрязненная суспензия иэ ДМТ и фильтрата, иэ которой фильтрат тем интенсивнее заменяется метанолом, чем дальше более тяжелый поток массы продвигается вниз по ионообменной колонне, пока наконец из ню<ней части ионообменной колонны не отводят практически чистую суспенэию из ДМТ и ме- танола. Наоборот, подаваемая снизу противоточная жидкость (метанол ), накапливающаяся в зонах Готстаивания и тем больше содержащая фильтрат, изменяется с приближением к верхней части 2 ионообменной колонны.

На фиг.6 и 7 изображены два примера для возможной формы выполнения тарелки 4. Согласно фиг.6 в ионообменной колонне, .имеющей кругообразное поперечное сечение, тарелки 4 30 размещены горизонтально или наклонно. Первое отверстие 5 выполнено как узкий кольцевой зазор между внутренней стенкой 15 ионообменной колонны

1 и иэ готовленной, например, из ме- 35

,таллического листа тарелкой 4. Он непосредственно переходит во второе большое отверстие 6, однако, может быть отделен от него более или менее широкой перегородкой. Та- 40 релка 4 в ионообменной колонне прикреплена посредством непоказанных подпорок, прикрепленных угольников или тп, На Фиг.7 также показана тарелка 45

4, которая имеет первое отверстие 5, отдельно расположенное напротив второго большего отверстия 6. В последующей за отверстием 5 области, в". случае необходимости могут быть предусмотрены еще дополнительные проло-

50 мы, щели или т.п.

Пример 1. Система: ДИТ-фильтрат-метанол; аппаратура: стеклянная колонна, диаметр 225 мм, высота

4000 мм, поперечное сечение 395 см2; 55 встройки: 16 наклонных тарелок, расстояние тарелки (измеренное между одинаковыми точками тарелки ) 240 мм, наклон (в отношении горизонтали ) 40 поперечное сечение.в свету первого Щ отверстия примерно 16 см;попереч2. ное сечение в свету второго отверстия 154 см2, приток: 320 л/ч суспензии с 300 r ДИТ/л фильтрата 350 л/ч метанола, отток: 290 л/ч суспензии с 350 г ДИТ/л метанола 380 л/ч

<раствора фильтрат-метанол.

КислоТное число: исходный продукт

1,8, целевой продукт (промытый ДМТ )

0,6, Кислотное число является масштабом для чистоты ДМТ и указывает сколько миллиграммов гидроокиси необходимы для нейтрализации раствора

1 г продукта в хлороформе.

Для сравнения: кислотное число того же исходного продукта после обычного сложного двойного центрифугирования, причем имело место подмешивание метанола одинаковой чистоты, что и в примере 0,4. Следовательно, предлагаемым способом при гораздо меньших расходах продукт одинаковой чистоты.

Пример 2. Система: ДМТфильтрат-метанол, аппаратура: колонна из Я -стали, диаметр 900 мм, высота 5000 мм, поперечное- сечение

6360 см2, встройки: 8 наклонных тарелок, расстояние между одинаковыми точками 450 мм, наклон к отношении горизонтали ЗОО, поперечное сечение в свету первого отверстия примерно 90 см 2, поперечное сечение второго отверстия 278 см2, приток: 6000 л/ч суспензии-с 300 г

ДМТ/л фильтрата 4800 л/ч метанола, отток: 5500 л/ч суспензыи с 330 г

ДМТ/л метанола 5300 л/ч раствора фильтрат-метанол.

Кислотное число: исходный продукт

1,2, целевой продукт 0115.

Пример 3. Система и аппаратура, а также встройки аналогичны примеру 2, различным является только поперечное сечение в свету второго отверстия: 2190 см2, приток: 5000 л/ч суспенэии с 300 г ДМТ/л фильтрата

5500 л/ч метанола, отток: 4500 л/ч суспензии с 350 л ДМТ/л метанола

600 л/ч раствора фильтрат-метанол.

Кислотное число исходный прощукт 1,18, целевой продукт 0,21.

По сравнению с примером 2, в результате неудачно выбранного второго отверстия при худшем кислотном числе целевого продукта количество применяемого метанола гораздо больше.

Пример 4. Система: стеклянные шарики в загрязненной воде вода, средний диаметр шариков 0,15 мм аппаратура: стеклянная колонна, диаметр 40 мм, высота 1000 мм, поперечное сечение 12,6 см2, встройки: 10 наклонных тарелок, расстояние между одинаковыми точками 35 мм, наклон в отношении горизонтали ЗОО, поперечное сечение в свету первого отверс- тия примерно 0,5 см, поперечное сечение в свету второго отверстия

2,95 см2, приток: 100 л/ч суспензии с 150 г стеклянных шариков/л загрязненной воды, 120 л/ч промывной воды, 7 отток: 100 л/ч суспензии с 150 г стеклянных шариков/л воды, 120 л/ч загрязненной воды.

П .р и м е р 5. Система и аппаратура согласно примеру 4, встройки:

10 наклонных тарелок, расстояние между одинаковыми точками 55 мм, наклон в отношении горизонтали 50 о

37830 поперечное сечение в свету первого отверстия примерно 0,6 см, попереч- < ное сечение в свету второго отверстия 2,4 см,приток: 100 л/ч суспензии с 100 г стеклянных шариков/л загрязненной воды, отток: 100 л/ч суспенэии с 100 г стеклянных шариков/л, воды, 105 л/ч загрязненной воды.

1037S30

Составитель 3. Александрова

Релактор Т. Киселева Техред С.Мигунова Корректор A.Èëüèí

Заказ 6042/60 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений .и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4