МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА
MASS EXCHANGE COLUMN

Изобретение относится к установкам для разделения смесей различных веществ с близкими свойствами ректификацией или химическим обменом и может быть использовано в химической промышленности для получения чистых и особо чистых веществ, в том числе для разделения изотопов.
Широко известны массообменные колонны вертикального типа, массообменная часть которых заполнена высокоэффективной насадкой различных типов. Однако высота производственных помещений с размещенными в них массообменными колоннами, предназначенными для разделения веществ с близкими свойствами, может достигать сотен метров.
Известна массообменная колонна с вращающейся насадкой, представляющей собой насаженные на вал перегородки с прикрепленными к ним с обеих сторон дисками с большими отверстиями в центре. Каждая насаженная на вал перегородка вместе с прикрепленными к ней дисками образует один элемент насадки. Между элементами насадки установлены плотно примыкающие к внутренней поверхности корпуса кольцевые перегородки. Вращающаяся насадка размещена в установленном под углом к горизонту цилиндрическом корпусе, снабженном днищем, крышкой и патрубками для ввода и вывода реагентов (С.И.Бабков, Н.М.Жаворонков Промышленный метод получения концентратов тяжелого изотопа азота. // Химическая промышленность, 1955. Т.7. С.388) (прототип).
Недостатками прототипа являются:
- ограниченный линейный размер как следствие прогиба вала;
- сложное исполнение внутреннего устройства;
- малая площадь контакта фаз;
- смешение концентраций, вызванное тем, что в находящейся на диске пленке жидкости, контактирующей с проходящим между дисками газом, происходит изменение концентраций компонентов, которое частично нивелируется при обновлении жидкой пленки в стекающей по дну кожуха жидкости.
Задачей изобретения является:
- увеличение поверхности контакта фаз;
- уменьшение эффекта смешения концентраций компонентов;
- упрощение конструктивного исполнения массообменной части;
- исключение влияния прогиба вала на ограничение линейного размера массообменной части.
Поставленная задача решается тем, что в массообменной колонне, содержащей установленный под углом к горизонту цилиндрический корпус, снабженный торцевыми крышками, патрубками для ввода и вывода реагентов с размещенной внутри корпуса вращающейся насадкой, вращающаяся насадка выполнена из цилиндрических перфорированных кассет, содержащих насыпной наполнитель, внешняя поверхность которых имеет спиралевидную канавку, выполненную с шагом, меньшим размера элемента насыпного наполнителя, в которой размещена проволока, концевые участки кассет снабжены сепараторами с элементами качения, а торцевые - элементами взаимной фиксации. Концевые участки снабжены кольцевыми перегородками, а элементы взаимной фиксации кассет выполнены в виде кулачковых полумуфт.
На фиг.1 представлено схематичное изображение продольного разреза массообменной колонны, на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1 - цилиндрическая перфорированная кассета.
Массообменная колонна содержит корпус 1, торцевые крышки 2, вращающуюся насадку 3, приводимую в движение приводом (не показан). Вращающаяся насадка 3 выполнена из цилиндрических перфорированных кассет 4, содержащих насыпной наполнитель 5, например, спирально-призматическую насадку. С торцов кассеты оснащены сеткой 6, а на внешней поверхности кассет выполнена спиралевидная канавка с шагом, меньшим, чем размер элемента насыпного наполнителя, в которую уложена проволока 7. На концах кассет расположены сепараторы с элементами качения 8, контактирующими с внутренней поверхностью корпуса 1, и кольцевые перегородки 9, скользящие по внутренней поверхности корпуса 1, перекрывающие зазор между корпусом колонны и кассетами и, таким образом, исключающие проход компонентов массообмена, минуя насадку. Торцевые участки кассет снабжены элементами взаимной фиксации, выполненными в виде кулачковых полумуфт 10.
Торцевые крышки снабжены патрубками для ввода и вывода газа 11 и 12 и жидкости 13 и 14.
Между кольцевыми перегородками 9 смежных кассет образуются полости 15, свободные от насыпного наполнителя 5.
Перфорация цилиндрических перфорированных кассет 4 выполнена в виде продольных пазов 16.
Колонна работает следующим образом.
Насадка 3 при помощи привода приводится в движение.
10
11
Жидкая компонента, например комплекс анизола с трифторидом бора, содержащим изотопы бора B и B, поступает в патрубок 13 и по донной части корпуса движется к патрубку 14, создавая на кольцевых перегородках 9 ванны жидкости 17. Продольные пазы 16, при вращении насадки, погружаются в ванны с комплексом, захватывают его и увлекают наверх, откуда комплекс через насадку стекает вниз, совершая, таким образом, спиралевидное поступательное движение к патрубку 14. Проволока 7 также захватывает комплекс и выполняет ту же работу, что и продольные пазы 16.
10
11
Газовая компонента, например трифторид бора, содержащий изотопы B и B, поступает в патрубок 11, захватывается вращающейся насадкой 3 и движется к патрубку 12 навстречу жидкости, совершая спиралеобразное движение по насадочной части колонны.
10
Комплекс трифторида бора (жидкая компонента) вступает в реакцию химического изотопного обмена с трифторидом бора (газовая компонента), в результате которой жидкая компонента обогащается, а газовая компонента обедняется изотопом B. В полостях 15 происходит усреднение концентрации потока газа после прохождения им каждой цилиндрической перфорированной кассеты с насыпным наполнителем.
10
11
Указанное движение жидкой и газовой компонент обеспечивает эффективное смачивание массообменной части колонны, развитие поверхности контакта фаз и уменьшение эффекта смешения концентраций разделяемых компонентов (изотопов бора B и B) вдоль массообменной части.
Использование заявленного изобретения обеспечивает:
- увеличение времени и поверхности контакта фаз;
- уменьшение эффекта смешения концентраций разделяемых компонентов;
- упрощение конструктивного исполнения массообменной части;
- исключение влияния прогиба вала за счет его замены набором шарнирно соединенных друг с другом кассет.
В своей совокупности указанные признаки обеспечивают увеличение эффективности массообмена и, как следствие, повышение разделительной способности колонны.