ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2064318

ДИСТИЛЛЯТОР

ДИСТИЛЛЯТОР

Имя изобретателя: Гундарев Владимир Иванович; Жестков Александр Владимирович; Мухаметов Ахмет Абдул-Хакович 
Имя патентообладателя: Гундарев Владимир Иванович; Жестков Александр Владимирович; Мухаметов Ахмет Абдул-Хакович
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента:  1992.11.18

Использование: в устройствах для разделения смесей жидкостей. Сущность изобретения: дистиллятор содержит вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и нагревательными элементами, патрубки входа исходной жидкости и выхода дистиллята и отработанной жидкости, холодильник, конденсатор, распределитель исходной жидкости, экранирующее устройство, сборник отработанной жидкости, соединенный с патрубком отработанной жидкости. Нагревательные элементы расположены на наружной поверхности корпуса. Холодильник выполнен в виде камеры с установленными на ней патрубками входа и выхода исходной жидкости и дистиллята, конденсатор - в виде полого перфорированного цилиндра, соединенного с холодильником. Распределитель исходной жидкости выполнен в виде установленной под крышкой распределительной платы с каналами, оси выходных отверстий которых тангенциально направлены к внутренней поверхности корпуса, а экранирующее устройство - в виде трубки-змеевика, один конец которой соединен с патрубком выхода исходной жидкости из холодильника, другой с крышкой, и датчика температуры, установленного в сборнике отработанной жидкости. Дистиллятор может быть снабжен блоком управления и линиями коммутации с нагревательным элементом и датчиком температуры. Предлагаемый дистиллятор является малогабаритным и имеет повышенную производительность.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для дистилляции однородных жидкостей, для разделения смесей жидкостей, имеющих различную температуру кипения компонентов смеси жидкостей.

Известен дистиллятор непрерывного действия, содержащий вертикальный корпус с рубашкой, крышку и днище с патрубками входа исходной смеси и выхода дистиллята и кубового остатка, испаритель, расположенный вдоль вертикальной оси аппарата, с нагревательными элементами, гидрозатвор. Особенностью этого аппарата является повышенная защищенность от загрязнения брызгами исходной смеси.

К недостаткам аппарата, взятого за прототип, относится относительно низкая производительность из-за повышенного времени нахождения исходной смеси в зоне нагревания, испарения и следования к конденсатору, что не всегда допустимо для некоторых жидкостей.

Устранение указанных выше недостатков, а также задача создания компактной лабораторной установки повышенной производительности решается за счет того, что предлагаемый малогабаритный дистиллятор, являясь дистиллятором непрерывного действия, обеспечивает минимальное время нахождения исходной смеси жидкости в зоне воздействия температуры кипения компонента и, после превращения его массы 6 паровую фазу с последующим охлаждением этого пара до жидкой фазы, раздельную эвакуацию конденсата и кубового остатка в приемные емкости.

На чертеже дана принципиальная схема дистиллятора.

ДИСТИЛЛЯТОР

Дистиллятор состоит из вертикально расположенного цилиндрического корпуса 1, крышки 2, распределительной платы 3, в которой имеются каналы 4, нагревательного элемента 5, экранирующего устройства в виде трубки-змеевика 6, конденсатора 7, в виде полого перфорированного цилиндра с зонтичными козырьками 8, защищающими отверстия 9 от возможных брызг нагреваемой жидкости, сборника отработанной жидкости 10, патрубка отвода отработанной жидкости 11, гидрозатвора 12, емкости отработанной жидкости 13, холодильника 14 с патрубками входа 15 и выхода 16 исходной жидкости, патрубками входа дистиллята 17 и его выхода 18, датчика температуры 19, блока управления автоматической работы дистиллятора 20, вентиля 21, емкости для сбора дистиллята 22 и хвостовика-змеевика 23.

Исходная смесь жидкости под некоторым давлением непрерывно подается через входной патрубок 15 аппарата и заполняет внутреннюю полость холодильника 14 в качестве охлаждающей жидкости. Величина расхода подаваемой исходной жидкости регулируется с помощью вентиля 21. В своем движении исходная жидкость, отбирая тепло у трубки 23, нагревается и через выходной патрубок 16 направляется по трубке-змеевику 6, в которой происходит дальнейший нагрев жидкости за счет теплообмена с горячими стенками трубки. В свою очередь, стенки этой трубки нагреваются за счет радиационного потока и конвективного получения тепла от нагревательного элемента, закрепленного на наружной поверхности цилиндрического корпуса. Одновременно с этим за счет теплопередачи происходит нагрев внутренней поверхности корпуса, с которой ведется испарение заданного компонента.

От трубки-змеевика подогретая жидкость направляется к крышке 2 на распределительную плату 3 и в полость каналов 4, оси отверстий которых направлены тангенциально к внутренней поверхности корпуса 1. Следовательно, направление и движение струй, вытекающих из каналов 4, также будут тангенциально направлены относительно внутренней поверхности корпуса 1, являющейся, в свою очередь, испарителем поступающей жидкости. Таким образом, струи, направленные по касательной к поверхности испарителя, приобретут вращательное движение относительно его оси.

Под действием центробежных сил жидкость будет равномерно растекаться по внутренней поверхности испарителя в виде тонкого слоя с наличием многочисленных завихрений, которые в свою очередь в значительной мере турбулизируют этот слой. Под действием сил гравитации слой жидкости стекает вниз, в сторону сборника отработанной жидкости 10. Суммарное действие вращательного, поступательного и турбулентного движений частиц каждого микрообъема жидкости значительно увеличивает площадь и время контакта ее с горячей поверхностью испарителя. Указанное способствует равномерному и быстрому прогреванию тонкого слоя исходной смеси жидкости на всю его толщину и одновременному достижению температуры кипения всеми частицами каждого микрообъема.

Величина и постоянство температуры нагрева жидкости всей контактной поверхностью испарителя за счет теплопередачи при стационарном процессе остаются неизменными и этим достигается постоянство границы нагрева и парообразования протекающего тонкого слоя жидкости и ограниченность зоны и времени нахождения жидкости при температуре кипения.

Обильное выделение пара поднимает несколько давление в испарителе. При этом создается перепад давления между полостью испарителя и атмосферой. Под действием этого перепада давления происходит отвод пара через полости конденсатора 7 в хвостовик-змеевик 23 холодильника 14, откуда конденсат в виде капель стекает через патрубок выхода 18 в емкость 22.

Неиспарившаяся часть исходной смеси жидкости стекает в сборник отработанной жидкости 10, откуда под действием упомянутого перепада давлений через патрубок 11 и гидрозатвор 12 она вытекает в емкость 13. Гидрозатвор 12 предназначен для предотвращения выхода пара в атмосферу.

Стекающая из испарителя отработанная жидкость попадает на датчик температуры 19, например, на горячий спай хромелькапелевой термопары, вырабатывающей электродвижущую силу (ЭДС). Величина ЭДС зависит от температуры отработанной жидкости и служит для управления температурой нагрева исходной смеси жидкости в автоматическом режиме работы дистиллятора с помощью блока 20.

В работе дистиллятора могут быть два режима работы:

1. Жидкость однородна. Дистиллятор работает в режиме обычной перегонки.

2. Жидкость неоднородна и представляет смесь жидкостей, имеющих разную температуру кипения. В этом случае, отдав часть своей массы в виде пара, остальная часть жидкости, содержащая компоненты с более высокой температурой кипения, выходит из зоны кипения и попадает в сборник отработанной жидкости, откуда направляется в емкость 13. Паровая компонента смеси жидкости конденсируется в конденсаторе 7 и трубке-змеевике 23 и через патрубок 18 стекает в емкость 22.

Таким образом, все перечисленные выше достоинствах работы аппарата позволяют повысить выход по дистилляту, а предложенное конструктивное исполнение и компоновка его элементов дает возможность существенно уменьшить габариты дистиллятора.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Дистиллятор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и нагревательными элементами, патрубки входа исходной жидкости и выхода дистиллята и отработанной жидкости, холодильник, конденсатор, распределитель исходной жидкости, экранирующее устройство, сборник отработанной жидкости, соединенный с патрубком отработанной жидкости, отличающийся тем, что нагревательные элементы расположены на наружной поверхности корпуса, холодильник выполнен в виде камеры с установленными на ней патрубками входа и выхода исходной жидкости и дистиллята, конденсатор в виде полого перфорированного цилиндра, соединенного с холодильником, распределитель исходной жидкости в виде установленной под крышкой распределительной платы с каналами, оси выходных отверстий которых тангенциально направлены к внутренней поверхности корпуса, а экранирующее устройство в виде трубки-змеевика, один конец которой соединен с патрубком выхода исходной жидкости из холодильника, другой с крышкой, и датчика температуры, установленного в сборнике отработанной жидкости.

2. Дистиллятор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен блоком управления и линиями коммутации с нагревательным элементом и датчиком температуры.

Версия для печати
Дата публикации 24.02.2007гг


вверх