СПОСОБ ДЕСУБЛИМАЦИОННОГО ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
DESUBLIMATION FRACTIONATION OF MULTICOMPONENT SYSTEM AND PLANT TO THIS END

Способ десублимационного фракционирования многокомпонентной системы и установка для его осуществления
Изобретение относится к пищевой, химической, фармацевтической промышленности и может быть использовано, в частности для разделения газопаровых смесей в сублимационных сушильных установках.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ вымораживания пара из газопаровой смеси в секционированном десублиматоре, заключающийся в подаче газопаровой смеси и хладагента и периодическом удалении десублимата, причем хладагент подают в секции последовательно, начиная с первой секции по ходу движения газопаровой смеси, и при переходе из одной секции в другую хладагент дросселируют [Патент РФ №2187056, «Способ вымораживания пара из газопаровой смеси», опубликованный 10.08.2002].
Недостатком этого способа является необходимость использования хладагента с высоким давлением паров и сложность системы регулирования давления паров и температуры по секциям десублиматора, высокая себестоимость готового продукта.
Технической задачей изобретения является разработка способа десублимационного фракционирования многокомпонентной системы и установки для его осуществления, позволяющих осуществлять разделение многокомпонентной системы на отдельные фракции в каскаде десублиматоров и упростить процесс регулирования температуры в отдельных десублиматорах при вымораживании компонентов с использованием низкокипящего хладагента.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе десублимационного фракционирования многокомпонентной системы, включающем подачу газопаровой смеси и хладагента для охлаждения поверхности десублимации с последующим удалением десублимата, новым является то, что для охлаждения поверхности десублимации используют буферную жидкость, представляющую собой жидкость с низкой температурой замерзания, передающую теплоту от газопаровой смеси к хладагенту, в качестве которой используют, например, водный раствор этиленгликоля, причем концентрацию буферной жидкости в растворе подбирают таким образом, чтобы проходя через каскад десублиматоров температура ее замерзания в каждом десублиматоре была ниже, чем в предыдущем по ходу движения газопаровой смеси.
Установка для десублимационного фракционирования многокомпонентной системы содержит каскад десублиматоров, состоящий из 2-х и более десублиматоров, соединенных последовательно по направлению движения потока газопаровой смеси, снабженных запорными вентилями для отключения любого десублиматора из каскада, причем каждый десублиматор представляет собой цилиндрический корпус с патрубками для подачи и отвода газопаровой смеси, патрубком для слива конденсата, снабженного водяной рубашкой, внутри которого установлен криоэлемент, состоящий из внешней емкости для буферной жидкости, в которой установлена емкость для хладагента, закрепленная посредством фланцевого соединения таким образом, чтобы она не касалась дна емкости для буферной жидкости, причем криоэлемент в корпусе закреплен фланцевым соединением таким образом, чтобы газопаровая смесь обтекала емкость с буферной жидкостью со всех сторон.
Технический результат изобретения заключается в достаточно полном разделении многокомпонентной системы на фракции, упрощении процесса регулирования температуры в десублиматорах и получении фракций с последовательно повышающимся содержанием низкокипящих компонентов.
На фиг.1 представлена установка для десублимационного фракционирования многокомпонентной системы, фиг.2 - общий вид десублиматора, на фиг.3 представлен график зависимости концентрации выделенной фракции от средней температуры поверхности десублимации,
Установка для десублимационного фракционирования многокомпонентной системы (фиг.1) представляет собой каскад десублиматоров 1, подключенных друг к другу последовательно по направлению движения потока газопаровой смеси. На патрубках для перехода газопаровой смеси из одного десублиматора в другой установлен запорный вентиль 15, который служит для отключения десублиматора из каскада и регенерации десублимата на охлаждаемой поверхности. Число десублиматоров зависит от числа компонентов в разделяемой смеси и может составлять от 2-х и более. Десублиматор состоит из цилиндрического корпуса1 с патрубком 2 для подачи газопаровой смеси и патрубком 3 для отвода пара, фланца 4 для крепления криоэлемента 5, каждый криоэлемент состоит из внешней емкости 6 и внутренней емкости 7, соединенных между собой фланцами 8,9. Внутренняя емкость 7 снабжена патрубком 10 для подачи хладагента. Цилиндрический корпус 1 десублиматора снабжен рубашкой 11 с патрубками 12, 13 для подачи и отвода теплоносителя соответственно и патрубком 14 для отвода десублимата из аппарата.
Способ десублимационного фракционирования многокомпонентной системы в предлагаемой установке осуществляют следующим образом. Перед разделением многокомпонентной системы каждый десублиматор готовят к работе, для чего пространство между внешней и внутренней емкостями криоэлемента каждого десублиматора заполняют буферной жидкостью, в качестве которой используют, например, водный раствор этиленгликоля, причем концентрацию этиленгликоля в растворе подбирают таким образом, чтобы температура его замерзания снижалась от десублиматора к десублиматору по ходу движения газопаровой смеси и была приближена к температуре замерзания одного из компонентов. Затем емкость для хладагента криоэлемента заполняют жидким азотом. Исходную газопаровую смесь подают в первый десублиматор, а неконденсирующиеся компоненты смеси отводят из последнего. По мере продвижения газопаровой смеси из одного десублиматора в другой один из компонентов с более высокой температурой замерзания образует слой десублимата в виде льда на внешней поверхности емкости с буферной жидкостью, при этом концентрация этого компонента в смеси уменьшается. Охлаждение поверхности десублимации осуществляется через буферную жидкость, находящуюся в каждом десублиматоре. Соответственно, в первом десублиматоре поддерживается наиболее высокая температура замерзания, а в последнем - наиболее низкая. В результате происходит разделение смеси на фракции и обеспечивается распределение слоя компонента по поверхностям десублимации. Для удаления десублимата с поверхности используют водяной пар, поддаваемый в рубашку аппарата. Собравшийся десублимат удаляется из десублиматора через патрубок, расположенный в нижней его части.
Способ десублимационного фракционирования многокомпонентной системы поясняется примером.
Пример 1. Для разделения используют двухкомпонентную газопаровую систему (50% водный раствор этилового спирта). Смесь подают в первый десублиматор, а отводят из третьего, где происходит осаждение паров на охлаждаемых поверхностях криоэлементов в каждом десублиматоре с постепенным повышением содержания высоколетучих компонентов в десублимате.
Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что температура охлаждаемой поверхности в первом десублиматоре составила +14°С при концентрации этиленгликоля в водном растворе буферной жидкости 10%, во втором десублиматоре -36°С при концентрации этиленгликоля в водном растворе буферной жидкости 25%, в третьем десублиматоре -115°С при концентрации этиленгликоля в водном растворе буферной жидкости 45%. При этом в первом десублиматоре был получен десублимат с содержанием этанола 52%; концентрация этанола в десублимате второго аппарата составила 76%; в третьем десублиматоре был получен этанол с концентрацией 93%.
Предложенный способ десублимационного фракционирования многокомпонентной системы и установка для его осуществления позволяет:
- разделять многокомпонентные смеси на фракции;
- упростить процесс разделения многокомпонентных систем за счет использования каскада десублиматоров;
- упростить процесс регулирования температуры в десублиматорах.