ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2264247
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
ДИСТИЛЛЯТОР МЕЛЬНИКОВА
Имя изобретателя: Мельников А.С. (RU); Митрофанов С.В. (RU); Маринин В.И. (RU); Вержбицкий Я.В.
Имя патентообладателя: Мельников Анатолий Семенович
Адрес для переписки: 127254, Москва, ул. Гончарова, 15, кв.52, А.С.Мельникову
Дата начала действия патента: 2003.02.26
Изобретение относится к способу очистки жидкости и устройству для его
осуществления, которые могут быть использованы в химической, пищевой, медицинской и
нефтяной промышленности преимущественно в области аналитической химии. Способ
очистки жидкости заключается в том, что проводят дистилляцию жидкости при пониженной
температуре и давлении в режиме ламинарного испарения путем сочетания температуры и
давления в герметичной системе. Пониженное давление создают вытеснением атмосферного
воздуха из системы парами очищаемой жидкости, а конденсацию паров осуществляют
охлаждением с помощью окружающего воздуха. Устройство для осуществления способа
состоит из испарителя, конденсатора, нагревателя, трубок и вентилей, при этом
испаритель герметично с помощью трубок соединен с конденсатором, являющимся емкостью
для очищенной жидкости, а испаритель и нагреватель находятся над конденсатором.
Изобретение обеспечивает увеличение качества очистки жидкости и производительности
процесса, а также минимальное использование электронных механических элементов при
значительном гарантийном сроке работы.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое изобретение относится к способу очистки жидкости и может быть
использовано в химической, пищевой, медицинской и нефтяной промышленности
преимущественно в области аналитической химии.
Известен способ очистки жидкости дистилляцией путем частичного испарения
кипящей жидкой смеси, непрерывным отводом и последующей конденсацией образовавшихся
паров [1]. Недостатком способа является малая степень очистки.
Известен способ молекулярной дистилляции жидкостей, основанный на разделении
жидких смесей свободным испарением их в высоком вакууме при температуре ниже точки их
кипения [2]. Процесс проводят при взаимном расположении поверхностей испарения и
конденсации на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул перегоняемого
вещества. Недостатком способа является трудность его реализации и необходимость
поддержания высокого вакуума.
Наиболее близким к предлагаемому является способ дистилляции в токе водяного пара [3].
Пузырьки водяного пара барботируют через слой жидкостей. При дистилляции с водяным
паром образовавшаяся смесь паров воды и летучего компонента отводится из аппарата и
подвергается конденсации и охлаждению. Недостатком способа является невысокая
степень очистки.
Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение степени очистки
жидкостей.
Для достижения технического результата предложен способ очистки жидкости, в котором
проводят дистилляцию жидкости при пониженной температуре и давлении в режиме
ламинарного испарения путем сочетания температуры и давления в герметичной системе.
Пониженное давление создают вытеснением атмосферного воздуха из системы парами
очищаемой жидкости, а конденсацию паров осуществляют охлаждением с помощью
окружающего воздуха.
Теоретическое обоснование предлагаемого способа
Ламинарное испарение - это активное испарение без образования пузырьков. При
использовании ламинарного испарения энергия не тратится на образование пузырьков
пара, не происходит разбрызгивания очищаемой жидкости, что повышает степень очистки.
Кроме того, очистка жидкости в герметичной системе позволяет избавиться от внешнего
загрязнения очищенной жидкости, что также повышает степень очистки.
Как известно из уравнения Аррениуса К=Аехр(-Е/кТ), где К - скорость химической реакции,
А - предэкспоненциальный множитель, Е - энергия активации, Т - абсолютная температура, к -
постоянная Больцмана, химическая активность в растворах в зависимости от температуры
возрастает по экспоненте. Это означает, что активность ингредиентов очищаемого
раствора значительно возрастает даже при небольшом увеличении температуры. В конечном
итоге повышение температуры дистилляции ведет к резкому загрязнению выходного
продукта. Предложенный способ позволяет понизить температуру дистилляции и повысить
степень очистки.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что очистку жидкости проводят при
пониженной температуре в специальном режиме ламинарного испарения в герметичной
системе.
В предлагаемом способе глубокой очистки жидкости осуществляют сочетание
температуры и давления для ламинарного испарения жидкости, т.е. интенсивного испарения
без образования пузырьков пара. Емкости с очищаемой и очищенной жидкостями соединяют
герметично. Создают пониженное давление в системе, а очищаемую жидкость подогревают.
Степень и скорость очистки жидкости, а также установку режима ламинарного испарения
регулируют температурой очищаемой жидкости и давлением в системе. При нагреве
испарителя с очищаемой жидкостью происходит приток тепловой энергии к молекулам
жидкости. В том случае, если не созданы условия для ламинарного испарения, возникает
активное кипение, при котором часть энергии тратится на образование пузырьков пара и
разбрызгивание очищаемой жидкости. Для достижения ламинарного испарения мощность
подводимой энергии, температура очищаемой жидкости и давление в системе выбирают
такими, при которых не возникает активного кипения. При возникновении активного
кипения давление повышают до окончания кипения и процесс снижения давления
возобновляют. Затем повышают температуру очищаемой жидкости до наступления
интенсивного ламинарного испарения, т.е. испарение без образования пузырьков пара. При
накоплении требуемого очищенной жидкости процесс прекращают и извлекают очищенную
жидкость для дальнейшего использования. В результате реализации способа получают
жидкость двойной или тройной степени очистки.
|
Устройство для осуществления предлагаемого способа показано на фиг.1, где испаритель
- 1, конденсатор - 2, нагреватель - 3, трубки - 4, очищаемая жидкость - 5, очищенная жидкость - 6,
вентили - 7, 8.
Испаритель 1 герметично с помощью трубок 4 соединен с конденсатором 2. Испаритель
одновременно является емкостью для очищаемой жидкости, а конденсатор - емкостью для
очищенной жидкости. Обе емкости и трубки для их соединения выполнены из кварцевого
стекла, что обеспечивает химическую инертность внутренних поверхностей емкостей и
трубок. Нагреватель 3 и испаритель 1 расположены в верхней части устройства для
устранения конвекционного нагрева конденсатора 2. Верхнее расположение нагревателя 3
способствует созданию условий для ламинарного испарения, т.к. при тепловой излучении
нагревается верхний слой жидкости, с которого и происходит испарение. Очищаемая
жидкость 5 заливается в испаритель 1 через вентиль 7. Очищенная жидкость 6 сливается из
конденсатора 2 через вентиль 8.
|
УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Емкости с очищаемой и очищенной жидкостями герметично соединяют. Создают пониженной
давление в системе. Очищаемую жидкость подогревают. Степень и скорость очистки
жидкости, а также установку режима ламинарного испарения регулируют температурой
очищаемой жидкости и давлением в системе. При нагреве емкости с очищаемой жидкостью
происходит приток тепловой энергии к молекулам жидкости. При том, если не созданы
условия для ламинарного испарения, возникает активное кипение, при котором часть
энергии будет тратиться на образование пузырьков пара и очищаемой жидкости. Для
достижения ламинарного испарения мощность подводимой энергии, температура очищаемой
жидкости и давление в системе выбирают такими, чтобы не возникало активного кипения. В
результате получают жидкость с двойной или тройной степенью очистки.
Пример. Для осуществления глубокой очистки 100 мл дистиллированной воды заливают в
испаритель 1 через вентиль 7, закрывают вентиль 7 и открывают вентиль 8. Нагревателем 3
осуществляют активное кипение воды и вытеснение паром через вентиль 8 атмосферного
воздуха из системы. Закрывают вентиль 8 и охлаждают систему до комнатной температуры.
При конденсации паров в системе создается разрежение. После подготовки системы к
работе через вентиль 7 заливают в испаритель 1 литр очищаемой воды. Затем повышают
нагревателем 3 температуру очищаемой воды, добиваются активного ламинарного испарения
воды. При возникновении кипения температуру воды снижают до окончания активного
кипения и возобновляют процесс повышения температуры. Если устранить активное кипение
в испарителе 1 путем изменения температуры не удается, то в систему через вентиль 8
пускают атмосферный воздух для повышения давления в системе и процесс возобновляют до
возникновения ламинарного испарения. В процессе очистки в конденсаторе 2
накапливается очищенная вода. При накоплении в конденсаторе 2 требуемого количества
очищенной воды процесс прекращают. Очищенную воду сливают через вентиль в емкость для
дальнейшего использования.
Технической эффективностью предложенного изобретения является увеличение качества
очистки жидкости и производительности процесса, а также минимальное использование
электронных механических элементов при значительном гарантийном сроке работы.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Багатуров С.А. Теория и расчет перегонки и ректификации. М., 1961 г.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., 1971 г.
3. Патент РФ №2045319, МПК В 01 D 3/10, 1995 г. (прототип).
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ очистки жидкостей, в котором осуществляют дистилляцию жидкости путем
частичного испарения и последующей конденсации пара, отличающийся тем, что
дистилляцию осуществляют в режиме ламинарного испарения путем регулирования
температуры очищаемой жидкости и давления в системе, при этом при возникновении
активного кипения давление повышают до окончания кипения и процесс снижения давления
возобновляют, затем повышают температуру очищаемой жидкости до наступления
ламинарного испарения, при этом пониженное давление создают изменением температуры
паров очищаемой жидкости в герметичной системе.
2. Устройство для осуществления способа по п.1, состоящее из испарителя, конденсатора,
нагревателя, трубок и вентилей, при этом испаритель герметично с помощью трубок
соединен с конденсатором, являющимся емкостью для очищенной жидкости, а испаритель и
нагреватель находятся над конденсатором.
Версия для печати
Дата публикации 25.02.2007гг
вверх
|
