способ разделения многокомпонентной смеси и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разделения многокомпонентной смеси, включающий формирование потока разделяемой смеси, тангенциальную подачу разделяемой смеси в реакционную зону, дросселирование и перемещение смеси в радиальном направлении с образованием газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, вывод образованных продуктов из реакционной зоны, отличающийся тем, что реакционную зону разделяют на периферийную реакционную зону и центральную реакционную зону и осуществляют вращение центральной реакционной зоны, разделяемую смесь перед формированием потока переводят в парогазовое состояние и осуществляют тангенциальную подачу в периферийную реакционную зону, в процессе которой проводят первое дросселирование смеси, создают в периферийной реакционной зоне вращающийся поток парогазовой смеси и осуществляют ее введение во вращающуюся центральную реакционную зону, в процессе которого проводят второе дросселирование смеси и образование на границе реакционных зон слоя жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, при этом во вращающейся центральной реакционной зоне размещают по меньшей мере одну частично проницаемую перегородку, посредством которой в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществляют третье дросселирование смеси и образование слоя жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тангенциальную подачу парогазовой смеси в периферийную реакционную зону осуществляют со скоростью, превышающей скорость вращения центральной реакционной зоны.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутреннюю энергию вращающегося в периферийной реакционной зоне потока парогазовой смеси используют для вращения центральной реакционной зоны.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение парогазовой смеси во вращающуюся центральную реакционную зону осуществляют равномерно по ее периферии.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что во вращающейся центральной реакционной зоне размещают последовательно множество частично проницаемых перегородок, посредством которых в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществляют множество дросселирований смеси и образований множества слоев жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом.

6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что перегородки выполняют из пористого металлокерамического материала.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве пористого металлокерамического материала используют металлокерамический материал, имеющий пористость от 30 до 60% и проницаемость от 1000 до 15000 л/м²атмс.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток парогазовой смеси, подаваемый в периферийную реакционную зону, формируют плоскопараллельным.

9. Устройство для разделения многокомпонентных смесей, содержащее цилиндрический корпус, приспособление для подачи разделяемой смеси, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, и приспособление для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, отличающееся тем, что в корпусе размещен цилиндрический ротор с центральной реакционной камерой, образованной внутри него, при этом устройство снабжено периферийной реакционной камерой, образованной между боковой стенкой ротора и боковой стенкой корпуса, в которой размещено приспособление для подачи разделяемой смеси, представляющее собой щелевидное сопло, выходной канал которого выполнен тангенциально ротору, в боковой стенке которого имеются приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью дросселирования смеси, и приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры, в которой коаксиально установлена, по меньшей мере, одна цилиндрическая частично проницаемая перегородка, которая выполнена с возможностью дросселирования смеси и торцы которой герметично закреплены на роторе, вал которого имеет осевой канал, сообщенный с центральной реакционной камерой и приспособлением для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью дросселирования смеси, представляет собой выполненные в боковой стенке ротора равномерно по окружности и высоте радиальные отверстия, в каждом из которых установлен жиклер.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры представляет собой выполненные в боковой стенке ротора равномерно по окружности и высоте радиальные отверстия, в каждом из которых установлен жиклер.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, наружная кромка выходного отверстия каждого жиклера приспособления для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры расположена на меньшем расстоянии от внутренней поверхности боковой стенки ротора, чем наружная кромка выходного отверстия каждого жиклера приспособления для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что боковая стенка ротора выполнена из пористого металлокерамического материала, поры которого представляют собой приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью дросселирования смеси.

14. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что цилиндрическая частично проницаемая перегородка выполнена из пористого металлокерамического материала.

15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что пористый металлокерамический материал представляет собой металлокерамический материал, имеющий пористость от 30 до 60% и проницаемость от 1000 до 15000 л/м²атмс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к массообменным процессам, а точнее касается технологии разделения многокомпонентных систем, более конкретно изобретение относится к способу разделения многокомпонентной смеси и устройству для осуществления этого способа.

Изобретение найдет применение в нефтехимической, химической, пищевой и иных областях промышленности, где возникает необходимость в разделении многокомпонентных систем, например газ-жидкость, жидкость-жидкость, газ-пар, в том числе при улавливании мелкодисперсных аэрозолей, образующихся в результате взаимодействия химических веществ с влагой воздуха.

Известен способ разделения неазеотропно кипящей жидкости на паровую фракцию, обогащенную низкокипящими компонентами, и остаточную жидкость, освобожденную от низкокипящих компонентов (патент Германии 3415236, кл. В 01 D 3/30). В соответствии с указанным способом исходную жидкость вводят сверху вниз в приосевую область реакционной зоны, которую приводят во вращение, подвергают жидкость возрастающему центробежному ускорению и перемещают исходную жидкость на периферию реакционной зоны, где действует максимальное центробежное ускорение и где ее нагревают. В результате нагревания исходной жидкости она частично преобразуется в парообразное состояние и, вследствие радиального увеличения давления, обусловленного вращением реакционной зоны, паровая фракция перемещается в центростремительном направлении к приосевой области реакционной зоны, последовательно преодолевая при этом частично проницаемые перегородки. Паровую фракцию, обогащенную низкокипящими компонентами, поступившую в приосевую область реакционной зоны, отводят из реакционной зоны, а остаточную жидкость, освобожденную от низкокипящих компонентов, под действием давления притока исходной жидкости выводят из области максимального центробежного ускорения.

Для осуществления этого способа используют устройство, содержащее барабан, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. В барабане имеются несколько расположенных концентрично по отношению к оси барабана камер, меандрически соединенных между собой. Внутренние частично проницаемые стенки указанных камер выполнены из пористого материала, имеющего размеры пор на 6-10 порядков более длины свободного пробега молекул веществ разделяемой смеси. Указанные пористые стенки закреплены одним своим торцом поочередно на внутренней поверхности крышки или днища барабана. Высота стенок меньше высоты барабана. Наружная стенка крайней камеры, образованная оболочкой барабана, снабжена нагревательным устройством. Крайняя камера барабана снабжена патрубком для стока остаточной жидкости, а центральная внутренняя камера барабана снабжена средством для отвода образовавшейся паровой фракции, обогащенной низкокипящими компонентами.

Указанный способ и реализующее его устройство позволяют получать паровую фракцию, обогащенную низкокипящими компонентами исходной смеси в таком количестве, при котором не превышено предельное значение, определяемое равновесием пара и исходной жидкой смеси.

Известно (SU, А 1274708) разделение жидких систем в устройстве, в корпусе которого находится реакционная зона, где имеется ротор, на валу которого на общем основании коаксиально установлены полые кольцевые элементы. Полости кольцевых элементов заполнены насадкой, например плетеной металлической сеткой. Над центральным кольцевым элементом установлена труба для отвода парообразного продукта разделения исходной смеси. В камере, образованной стенками центрального кольцевого элемента, по всей ее высоте размещен коллектор для подачи в указанную камеру флегмы из дефлагматора. В камере, образованной центральным кольцевым элементом и соседним с ним внешним кольцевым элементом, размещены средства для подачи жидкой исходной смеси в камеру по всей ее высоте. Корпус устройства снабжен штуцером для подачи пара на насадку внешнего кольцевого элемента и штуцером для отвода из реакционной зоны жидкого продукта разделения исходной смеси.

При разделении жидких систем в этом устройстве в камеру, образованную центральным и соседним с ним внешним кольцевым элементом, равномерно по всей ее высоте вводят исходную смесь в жидком состоянии, которая равномерно распределяется по насадкам кольцевых элементов. При этом исходная жидкая смесь, распределенная по насадке внешнего кольцевого элемента, прогревается подаваемым извне паром и частично приобретает парообразное состояние. Одновременно в камеру центрального кольцевого элемента равномерно по всей ее высоте вводят флегму, которая равномерно распределяется по насадке центрального кольцевого элемента, а затем под действием центробежной силы перемещается на насадку внешнего кольцевого элемента, затем отбрасывается на внутренние стенки корпуса, стекает на его дно и выводится из реакционной зоны. При противоточном движении исходной смеси в парообразном состоянии, исходной смеси в жидком состоянии и жидкой флегмы через насадки вращающихся кольцеобразных элементов происходит непрерывный обмен компонентами паровой и жидкостной фаз исходной смеси. При этом жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пар - низкокипящими. В результате в реакционной зоне на дне корпуса скапливается жидкий продукт, обогащенный высококипящими компонентами, а в камере, образованной стенками центрального кольцевого элемента, получают парообразный продукт, обогащенный низкокипящими компонентами. Полученные продукты выводят из реакционной зоны из мест их образования.

К недостаткам указанного устройства и способа, реализуемого в этом устройстве, относятся сложная и неэффективная система герметизации камер, образованных кольцевыми элементами, неподвижность реакционной зоны устройства и выполнение средства вращения коаксиально установленных полых кольцевых элементо, вне реакционной зоны, что требует создания сложной системы герметизации средства вращения.

В качестве прототипа нами выбран способ центробежной ректификации жидких смесей, обеспечивающий образование в неподвижно установленной реакционной зоне газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом (RU 2055628 С1, МКИ В 01 D 3/30). Согласно указанному способу исходную смесь нагревают при повышенном давлении, исключающем парообразование, формируют поток разделяемой смеси, его дросселируют и тангенциально вводят в реакционную зону на ее периферию. Тангенциальное введение потока разделяемой смеси обеспечивает сообщение разделяемой смеси в реакционной зоне кольцевого вращательного движения, при этом происходит вскипание жидкой смеси. В реакционной зоне направляют по меньшей мере часть разделяемой смеси от периферии к центру реакционной зоны, при этом в ее центральной части образуется газообразный продукт, обогащенный низкокипящим компонентом, а на периферии реакционной зоны образуется жидкий продукт, обогащенный высококипящим компонентом. Образованные продукты выводят из мест их образования в реакционной зоне.

Для осуществления этого способа используют устройство, описанное в RU 2055628 С1, МКИ В 01 D 3/30. Указанное устройство содержит неподвижно установленный корпус с цилиндрической рабочей полостью. Корпус снабжен тангенциальными патрубками, имеющими проточную часть в виде сопла Лаваля. Тангенциальные патрубки предназначены для подачи в рабочую полость исходной смеси, сопло Лаваля обеспечивает дросселирование поступающей через него смеси. Кроме того, корпус снабжен патрубком отвода жидкого продукта из рабочей полости и патрубком отвода газообразного продукта, установленным в центральной части корпуса.

Техническое решение разделения многокомпонентной жидкостной смеси, предлагаемое в RU 2055628 С1, МКИ В 01 D 3/30, не обеспечивает достаточную эффективность процессов образования газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом. Во-первых, процесс массо- и теплообмена протекает непосредственно в объеме вихря, возникающего при движении жидкостной смеси в реакционной камере, носит объемный характер и поэтому невелик эффективный коэффициент массо- и теплопередачи, а значит, и коэффициент разделения жидкостной смеси. Во-вторых, для увеличения коэффициента разделения жидкостной смеси необходимо увеличивать скорость подачи в реакционную камеру исходной смеси, что приводит к затратам энергии на создание скоростного напора и, соответственно, снижает эффективность всего процесса.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать способ разделения многокомпонентных смесей, осуществляемый в таких условиях и с помощью такого устройства, которые позволили бы в условиях снижения потребляемой энергии более эффективно и интенсивно осуществлять процессы массо- и теплообмена и обеспечить повышение коэффициента разделения многокомпонентных смесей.

Эта задача решена созданием способа разделения многокомпонентных смесей, включающего формирование потока разделяемой смеси, тангенциальную подачу разделяемой смеси в реакционную зону, дросселирование и перемещение смеси в радиальном направлении с образованием газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, и жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, вывод образованных продуктов из реакционной зоны, в котором согласно изобретению реакционную зону разделяют на периферийную реакционную зону и центральную реакционную зону и осуществляют вращение центральной реакционной зоны, разделяемую смесь перед формированием потока переводят в парогазовое состояние и осуществляют тангенциальную подачу в периферийную реакционную зону, в процессе которой проводят первое дросселирование смеси, создают в периферийной реакционной зоне вращающийся поток парогазовой смеси и осуществляют ее введение во вращающуюся центральную реакционную зону, в процессе которого проводят второе дросселирование смеси и образование на границе реакционных зон слоя жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, при этом во вращающейся центральной реакционной зоне размещают по меньшей мере одну частично проницаемую перегородку, посредством которой в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществляют третье дросселирование смеси и образование слоя жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом.

Благодаря изобретению стало возможным значительно сократить расходование энергии на осуществление разделения многокомпонентных жидкостных систем при обеспечении значительного повышения коэффициента разделения многокомпонентных смесей.

Целесообразно тангенциальную подачу парогазовой смеси в периферийную реакционную зону осуществлять со скоростью, превышающей скорость вращения центральной реакционной зоны.

Желательно внутреннюю энергию вращающегося в периферийной реакционной зоне потока парогазовой смеси использовать для вращения центральной реакционной зоны.

Благоприятно введение парогазовой смеси во вращающуюся центральную реакционную зону осуществлять равномерно по ее периферии.

Возможно во вращающейся центральной реакционной зоне размещать последовательно множество частично проницаемых перегородок, посредством которых в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществлять множество дросселирований смеси и образований множества слоев жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом.

Целесообразно перегородки выполнять из пористого металлокерамического материала.

Желательно в качестве пористого металлокерамического материала использовать металлокерамический материал, имеющий пористость 30-60% и проницаемость 1000-15000 л/м²атмс.

Благоприятно поток парогазовой смеси, подаваемый в периферийную реакционную зону, формировать плоскопараллельным.

Поставленная задача решена также созданием устройства для разделения многокомпонентных смесей, содержащего цилиндрический корпус, приспособление для подачи разделяемой смеси, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, и приспособление для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, где согласно изобретению в корпусе размещен цилиндрический ротор с центральной реакционной камерой, образованной внутри него, при этом устройство снабжено периферийной реакционной камерой, образованной между боковой стенкой ротора и боковой стенкой корпуса, в которой размещено приспособление для подачи разделяемой смеси, представляющее собой щелевидное сопло, выходной канал которого выполнен тангенциально ротору, в боковой стенке которого имеются приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью дросселирования смеси, и приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры, в которой коаксиально установлена по меньшей мере одна цилиндрическая частично проницаемая перегородка, которая выполнена с возможностью дросселирования смеси и торцы которой герметично закреплены на роторе, вал которого имеет осевой канал, сообщенный с центральной реакционной камерой и приспособлением для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом.

Целесообразно, чтобы приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью дросселирования смеси, представляло собой выполненные в боковой стенке ротора равномерно по окружности и высоте радиальные отверстия, в каждом из которых установлен жиклер.

Желательно, чтобы приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры представляло собой выполненные в боковой стенке ротора равномерно по окружности и высоте радиальные отверстия, в каждом из которых установлен жиклер.

Благоприятно, чтобы наружная кромка выходного отверстия каждого жиклера приспособления для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры была расположена на меньшем расстоянии от внутренней поверхности боковой стенки ротора, чем наружная кромка выходного отверстия каждого жиклера приспособления для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру.

Возможно выполнение боковой стенки ротора из пористого металлокерамического материала, поры которого представляют собой приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью дросселирования смеси.

Целесообразно, чтобы цилиндрическая частично проницаемая перегородка была выполнена из пористого металлокерамического материала.

Желательно, чтобы пористый металлокерамический материал представлял собой металлокерамический материал, имеющий пористость 30-60% и проницаемость 1000-15000 л/м²атмс.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания способа разделения многокомпонентной жидкостной смеси и устройства для его осуществления, а также прилагаемых чертежей, на которых

фиг. 1 схематично изображает устройство для разделения многокомпонентной смеси, выполненное согласно изобретению, вид сбоку;

фиг. 2 схематично изображает устройство для разделения многокомпонентной смеси, выполненное согласно изобретению, вид сверху;

фиг. 3 схематично изображает положение жиклеров в стенке ротора и положение слоя жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом на стенке ротора, выполненное согласно изобретению.

Заявляемый способ касается разделения многокомпонентных систем, в которых компоненты находятся в различных или одинаковых физических состояниях, например систем газ-жидкость, систем жидкость-жидкость, систем газ-пар. В основе разделения многокомпонентных систем лежит осуществление многократной частичной конденсации многокомпонентной смеси, находящейся в парогазовом состоянии, и испарения многокомпонентной смеси, находящейся в жидком состоянии, в режиме интенсивного контакта указанных фаз, достигаемого при их противоточном движении. Эффективность испарения и конденсации названных фаз обусловлена скоростью процессов массообмена и теплообмена веществ, находящихся в парогазовом и жидком состоянии, и зависит от площади поверхностей, на которых осуществляется контакт указанных фаз.

Согласно изобретению для повышения эффективности и интенсивности разделения многокомпонентных смесей целесообразно процессу разделения подвергать исходную смесь в парогазовом состоянии.

В соответствии с заявляемым способом реакционную зону, приспособленную для осуществления разделения многокомпонентной смеси, разделяют на периферийную реакционную зону и центральную реакционную зону. Осуществляют вращение центральной реакционной зоны, при этом периферийная реакционная зона остается неподвижной.

Исходную смесь в парогазовом состоянии формируют в поток, предпочтительно плоскопараллельный, и тангенциально его подают в периферийную реакционную зону.

Согласно изобретению в процессе тангенциальной подачи потока парогазовой смеси в периферийную реакционную зону проводят первое дросселирование многокомпонентной смеси и создают в периферийной реакционной зоне вращающийся поток парогазовой смеси.

Преимущественно осуществляют тангенциальную подачу потока смеси в периферийную реакционную зону со скоростью, превышающей скорость вращения центральной реакционной зоны.

Далее из вращающегося в неподвижной периферийной реакционной зоне потока парогазовую смесь вводят во вращающуюся центральную реакционную зону, где осуществляют перемещение смеси в радиальном направлении - от периферии этой зоны к ее центру, и образование в ее центральной части газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом. Согласно изобретению в процессе введения парогазовой смеси в центральную реакционную зону проводят второе дросселирование смеси и обеспечивают образование на границе указанных реакционных зон слоя жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом.

Введение парообразной смеси во вращающуюся центральную реакционную зону преимущественно осуществляют равномерно по всей ее периферии.

Согласно изобретению возможно внутреннюю энергию вращающегося в периферийной реакционной зоне потока парогазовой смеси использовать для вращения центральной реакционной зоны.

Введение в реакционную зону разделяемой смеси осуществляется со скоростью, сопоставимой со скоростью вращения реакционной зоны.

Согласно изобретению во вращающейся центральной реакционной зоне размещают по меньшей мере одну частично проницаемую перегородку, посредством которой в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществляют третье дросселирование смеси и образование слоя жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом.

Заявляемое изобретение предусматривает возможность и целесообразность размещения во вращающейся центральной реакционной зоне последовательно множества частично проницаемых перегородок, посредством которых в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществляют множество дросселирований смеси и образование множества слоев жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом.

Согласно изобретению частично проницаемые перегородки, размещенные в центральной реакционной зоне, преимущественно выполняют из пористого металлокерамического материала, который имеет преимущественно пористость 30-60%, усредненный размер пор не более 10 мкм и проницаемость 1000-15000 л/м²атмс.

Исследования показали, что внутренняя энергия вращающегося в периферийной реакционной зоне потока парогазовой смеси заставляет вращаться и микрокапли образованного на границе указанных двух реакционных зон слоя жидкого продукта, обогащенного, преимущественно, высококипящим компонентом. За счет этого время пребывания капель в центральной реакционной зоне значительно увеличивается, что приводит к повышению эффективности массообмена между жидкой и парогазовой фазами разделяемой смеси и, соответственно, увеличивает эффективность разделения смеси. Достигнутая организация движения парогазовой смеси в периферийной реакционной зоне позволяет соблюсти условие r=const, где - угловая скорость; r - радиус траектории.

Это значит, что при движении парогазовой смеси от периферии к центру реакционной зоны скорость ее вращения увеличивается, соответственно растет ускорение и увеличивается фактор разделения смеси на составляющие компоненты в поле центробежных сил. При этом коэффициент разделения в поле центробежных сил для двухкомпонентной смеси определяется соотношением:

=exp((m₁-m₂)²(r₂-r₁)/2RT),

где m₁, m₂ - массы разделяемых веществ; - угловая скорость движения разделяемых веществ; r₂, r₁ - начальный и конечный радиусы; Т - температура; R - универсальная газовая константа.

Поскольку парогазовая смесь в периферийной реакционной зоне достигает больших скоростей, то возможно получить большой коэффициент разделения.

На границе названных реакционных зон благодаря изобретению созданы два фактора, которые также приводят к разделению веществ.

Это, во-первых, работа, совершаемая вращающимся потоком парогазовой смеси, которая используется для осуществления вращения центральной реакционной зоны. Работа реализуется за счет изменения внутренней энергии газа, сопровождается уменьшением температуры и приводит к частичной конденсации паровой фазы смеси. При этом оказывается более выгоден переход в жидкую фазу высококипящего компонента смеси, то есть переход внутренней энергии пара в работу сопровождается разделением компонентов смеси.

Второй фактор - дросселирование парогазовой смеси при ее введении во вращающуюся реакционную зону через охарактеризованный выше пористый металлокерамический материал. При прохождении через сужающиеся поры металлокерамического материала парогазовая смесь ускоряется, причем соотношение скоростей на входе и на выходе определяется формулой:



где I₁, I₂ - энтальпии парогазовой смеси на входе в пористый металлокерамический материал и на выходе из него.

Так как теплосодержание парогазовой смеси уменьшается, то при адиабатическом течении ее температура падает, а уменьшение температуры приводит к частичной конденсации паровой фазы, которая сопровождается также разделением компонентов смеси.

Проведенными исследованиями было установлено, что если на пути парогазового потока, двигающегося от периферии к центру общей реакционной зоны, поместить частично проницаемую перегородку, обладающую гидродинамическим сопротивлением и выполненную из охарактеризованного выше пористого металлокерамического материала, и осуществлять при этом дросселирование смеси, то с помощью нее можно реализовать несколько эффектов, приводящих к разделению компонентов смеси.

Во-первых, эффект дросселирования создает перепад температур смеси на входе в перегородку и на выходе из перегородки. Это приводит к тому, что парогазовая смесь, проходящая через перегородку, частично конденсируется на ее внутренней поверхности, а сконденсировавшаяся жидкость, проходящая через перегородку в направлении от центра зоны к ее периферии, частично испаряется на внешней поверхности перегородки. Этот эффект, как сказано выше, приводит к разделению исходной смеси.

Во-вторых, эффект фазового перехода. Переход смеси веществ из жидкой фазы в газовую и обратно сопровождается их разделением. Коэффициент разделения в этом случае будет определяться отношением давлений насыщенных паров компонентов при температуре раствора:

=P₁/P₂,

где Р₁ - давление паров низкокипящего компонента; Р₂ - давление паров высококипящего компонента.

Расположение в реакционной зоне на пути парогазового потока последовательно множества частично проницаемых перегородок, посредством которых в процессе перемещения смеси в радиальном направлении осуществляют согласно изобретению множество дросселирований смеси и образуют множество слоев жидкого продукта, обогащенного преимущественно высококипящим компонентом, позволяет достигнуть общий коэффициент разделения за счет фазовых переходов, равный =(P₁/P₂)^N, где N - число перегородок.

Эффективность испарения и конденсации обусловлена скоростью процессов массообмена и теплообмена веществ, находящихся в парогазовом и жидком состоянии, и зависит от площади и кривизны поверхностей, на которых осуществляется контакт указанных фаз. Проведенные исследования показали полезность выполнения частично проницаемых перегородок из пористого материала, имеющего размер пор того же порядка, что и длина свободного пробега молекул веществ разделяемой многокомпонентной смеси. Более целесообразно выполнять частично проницаемые перегородки из материала с высокой пористостью - 30-60% (пористость - общая площадь отверстий на 1 см², отнесенная к геометрической поверхности) и малой проницаемостью - 1000-15000 л/м²атмc (проницаемость - количество проходящей жидкости или газа через 1 см² при перепаде давления в 0,1 МПа), усредненный размер пор не более 10 мкм.

Было найдено, что материалом, отвечающим указанным требованиям, является пористый металлокерамический материал, полученный в соответствии с известной технологией из порошков различных металлов, например железа, никеля, титана, стали различных марок, бронзы путем их прессования, спекания при высоких температурах в восстановительной или нейтральной атмосфере.

При проведении исследований мы учитывали, что пористые металлокерамические материалы имеют сквозные отверстия очень малого размера - от долей микрона до нескольких микрон. Нами найдено, что при таких размерах отверстий закономерности течения парогазовой смеси через перегородки, выполненные из пористого металлокерамического материала, такие же, как и при диффузионном течении газа. В этом случае течение газа подчиняется формуле Кнудсена:

J=-D_knA/(M)^1/2dP/dx,

где D_kn - коэффициент кнудсеновской диффузии, отличающийся от обычного тем, что роль свободного пробега играет диаметр отверстия; А - коэффициент, учитывающий диаметр и форму отверстий; М - молекулярная масса газа; dP/dx - градиент давления между стенками перегородки.

Таким образом, при истечении парогазовой смеси, состоящей, например, из двух веществ с молекулярными массами M₁, M₂, через частично проницаемую перегородку, выполненную из пористого металлокерамического материала, будет происходить ее разделение, причем эффективный коэффициент разделения будет пропорционален отношению (M₁/М₂)^1/2. Следует отметить, что эффективность диффузионного разделения на перегородке обратно пропорциональна давлению газовой смеси. В заявляемом способе за счет дросселирования на каждой частично проницаемой перегородке происходит последовательное уменьшение давления, поэтому эффективность диффузионного разделения растет от периферии к центру. Общий коэффициент диффузионного разделения равен произведению коэффициентов разделения всех частично проницаемых перегородок, размещенных в центральной реакционной зоне. Результаты проведенных исследований показывают, что этот эффект составляет до 30% общего эффекта разделения.

Выполнение пористых перегородок, обладающих гидродинамическим сопротивлением, как предлагается в настоящем изобретении, из пористого металлокерамического материала обеспечивает повышение массо- и теплообмена и увеличивает до ранее не достигаемого уровня эффективность разделения исходной смеси.

В соответствии с заявляемым способом целесообразно преимущественно подбирать пористый металлокерамический материал с высокой пористостью и малой проницаемостью, так как увеличение внутреннего сопротивления перегородок также приводит к повышению эффективности разделения.

В соответствии с изобретением преимущественно используют металлокерамический материал, имеющий пористость, составляющую 30-60%, проницаемость, составляющую 1000-15000 л/м²атмс, и усредненный размер пор не более 10 мкм.

Как показали исследования, при использовании металлокерамического материала с пористостью менее 30% наблюдают высокое сопротивление перемещению разделяемой смеси и забивание пор компонентами разделяемой смеси, а при использовании металлокерамического материала с пористостью более 60% снижается прочность частично проницаемых перегородок и растет вероятность их разрушения в процессе перемещения разделяемой смеси в реакционной зоне.

В процессе указанного перемещения разделяемой смеси в реакционной зоне происходит направление низкокипящих компонентов смеси от периферии реакционной зоны к ее центру. Высококипящие компоненты парообразной смеси остаются на периферии реакционной зоны, где конденсируются. Таким образом происходит фазовое разделение исходной многокомпонентной смеси.

Использование центробежной силы при организации движения потока жидкости через частично проницаемые перегородки, выполненные из пористого металлокерамического материала, и использование перепада давления газообразных веществ, возникающего при прохождении парогазовой смеси через частично проницаемые перегородки, выполненные из пористого металлокерамического материала, позволили предложить размещение последовательно множество частично проницаемых перегородок и, тем самым, значительно увеличить степень разделения веществ исходной смеси. Суммарная степень достигаемого разделения смеси пропорциональна коэффициенту разделения одной частично проницаемой перегородки, возведенному в степень, равную количеству частично проницаемых перегородок, размещенных в центральной реакционной зоне.

В результате осуществления заявляемого способа в реакционной зоне происходит образование продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, имеющего газообразное состояние, и продукта, обогащенного высококипящим компонентом, имеющего жидкое состояние. Образованные продукты выводят из мест их образования в реакционной зоне, при этом газообразный низкокипящий компонент выводят из приосевой части центральной реакционной зоны, а жидкий высококипящий компонент выводят из периферийной реакционной зоны.

Более подробно предлагаемый способ будет описан ниже при описании работы устройства для осуществления предлагаемого способа.

Заявляемый способ разделения многокомпонентных жидкостных смесей может быть осуществлен, например, с помощью устройства, представленного на сопроводительном чертеже.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором имеются цилиндрический ротор 2, образованный цилиндрической боковой стенкой 3, крышкой 4 и днищем 5.

Внутри ротора 2 имеется центральная реакционная камера, при этом вал ротора 2 имеет осевой канал 5¹, сообщенный с центральной реакционной камерой.

Указанный цилиндрический ротор 2 установлен в цилиндрическом корпусе 1 коаксиально с зазором, в котором расположена периферийная реакционная камера 6.

В боковой стенке цилиндрического корпуса размещено приспособление для подачи разделяемой смеси, представляющее собой щелевидное сопло 7, выходной канал которого выполнен тангенциально ротору 2. Сопло 7 обеспечивает подачу потока разделяемой смеси в периферийную реакционную камеру 6, образованную между внутренней поверхностью боковой стенки 3 корпуса 1 и внешней поверхностью боковой стенки 3 ротора.

Согласно изобретению в роторе 2 в его центральной реакционной камере имеется коаксиально установленная по меньшей мере одна цилиндрическая частично проницаемая перегородка 8, торцы 9 и 10 которой герметично закреплены на внутренних поверхностях, соответственно, крышки 4 и днища 5 ротора.

Каждая цилиндрическая перегородка 8 обеспечивает возможность дросселирования разделяемой смеси и может быть выполнена из пористого металлокерамического материала, имеющего преимущественно пористость, составляющую 30-60%, усредненный размер пор не более 10 мкм и проницаемость, составляющую 1000-15000 л/м²атмс.

В боковой стенке 3 ротора 2 имеется приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру, выполненное с возможностью обеспечения дросселирования разделяемой смеси.

Согласно изобретению боковая стенка 3 цилиндрического ротора 2 может быть выполнена из непроницаемого или частично проницаемого материала.

В соответствии с вариантом выполнения изобретения в том случае, когда боковая стенка 3 ротора 2 выполнена из непроницаемого материала, приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру представляет собой выполненные в боковой стенке 3 ротора 2 равномерно по окружности и по высоте радиальные отверстия, в каждом из которых установлен жиклер 11 для дросселирования и введения разделяемой смеси на периферию центральной реакционной камеры.

Согласно изобретению боковые стенки 3 ротора 2 могут быть выполнены из частично проницаемого пористого металлокерамического материала, имеющего преимущественно пористость, составляющую 30-60%, усредненный размер пор не более 10 мкм и проницаемость, составляющую 1000-15000 л/м²атмс.

В том случае, когда боковая стенка 3 ротора 2 выполнена из вышеназванного металлокерамического материала, сквозные каналы - поры металлокерамического материала представляют собой приспособление для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру и выполняют роль указанных выше радиальных отверстий, служат для ввода разделяемой смеси в реакционную камеру, а также обеспечивают дросселирование смеси.

В боковой стенке 3 ротора 2 имеется приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом.

В соответствии с вариантом выполнения изобретения в том случае, когда боковая стенка 3 ротора 2 выполнена из непроницаемого материала, приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, представляет собой выполненные в боковой стенке 3 ротора равномерно по окружности и по высоте радиальные отверстия, в каждом из которых установлен жиклер 12 для вывода из реакционной камеры продукта, обогащенного высококипящим компонентом.

В том случае, когда боковая стенка 3 ротора 2 выполнена из вышеназванного металлокерамического материала, сквозные каналы - поры металлокерамического материала выполняют представляют собой приспособление для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры.

Необходимо отметить, что наружная кромка выходного отверстия каждого жиклера 12 приспособления для вывода жидкого продукта, обогащенного высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры расположена на меньшем расстоянии от внутренней поверхности боковой стенки ротора, чем наружная кромка каждого жиклера 11 приспособления для введения разделяемой смеси в центральную реакционную камеру.

В цилиндрическом корпусе 1 имеется приспособление 13 для вывода газообразного продукта, обогащенного низкокипящим компонентом, которое выполнено в центральной реакционной камере и установлено в осевом канале 5".

Предлагаемое устройство для разделения многокомпонентной смеси работает следующим образом.

Многокомпонентную смесь, подлежащую разделению, в парогазовом состоянии формируют в поток и подают в периферийную реакционную камеру 6, расположенную в зазоре между внутренней поверхностью боковой стенки корпуса 1 устройства и внешней поверхностью боковой стенки 3 его ротора 2. Подачу сформированного потока в периферийную реакционную камеру осуществляют так, чтобы парогазовая смесь на внешней поверхности боковой стенки 3 ротора создавала вращающийся поток. Для создания вращающегося потока подачу парогазовой смеси осуществляют через тангенциальное сопло 7. В сопле 7 парогазовая смесь ускоряется и на выходе формируется в плоскопараллельный поток, который тангенциально направляют на цилиндрическую боковую стенку 3 приведенного во вращение ротора. Согласно изобретению скорость истечения из сопла 7 потока парогазовой смеси превышает скорость вращения ротора. Часть энергии потока парогазовой смеси при этом преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора, что позволяет обеспечить необходимую скорость его вращения без использования электродвигателя. Другая часть энергии потока парогазовой смеси расходуется на нагрев в основном цилиндрической боковой стенки 3 ротора.

Тангенциально направленный на цилиндрическую стенку 3 ротора поток парогазовой смеси затем через жиклеры 11 в виде множества дросселированных потоков вводят внутрь ротора 2, то есть в центральную реакционную камеру, где парогазовая смесь сохраняет свое вращательное движение. В результате дросселирования парогазовой смеси происходит снижение ее температуры и давления. При этом высококипящие компоненты смеси частично конденсируются в жидкость и тонкой пленкой под действием центробежной силы распределяются по внутренней поверхности цилиндрической стенки 3 ротора. Под действием перепада давления парогазовая смесь, частично обедненная высококипящими компонентами, направляется от боковой цилиндрической стенки 3 ротора к его центру, то есть в приосевую часть центральной реакционной камеры. На пути перемещения к приосевой части центральной реакционной камеры парогазовая смесь преодолевает гидродинамическое сопротивление ее движению в виде первой частично проницаемой цилиндрической пористой перегородки 8. Попадая на внешнюю поверхность первой перегородки 8, парогазовая смесь диффундирует через ее поры, что по сути обеспечивает дополнительное ее дросселирование и, значит, обеспечивает дальнейшее снижение температуры и давления парогазовой смеси. При этом парогазовая смесь, диффундировавшая через поры первой перегородки 8, из-за образовавшегося температурного градиента формируется в вихрь. В условиях парогазового вихря происходит дополнительное, так называемое, центробежное разделение многокомпонентной смеси.

Как было сказано выше, парогазовая смесь, попавшая на внешнюю поверхность первой перегородки 8, диффундирует через ее поры, что по сути обеспечивает дополнительное ее дросселирование и, значит, обеспечивает дальнейшее снижение температуры и давления парогазовой смеси. При этом высококипящие компоненты смеси частично конденсируются в жидкость и тонкой пленкой под действием центробежной силы распределяются по внутренней поверхности первой перегородки 8 центральной реакционной камеры, а затем под действием центробежной силы продавливаются через поры перегородки 8 на ее внешнюю поверхность. Толщина пленки конденсированной жидкости на поверхностях перегородки 8 определяется смачиваемостью материала перегородки 8 и значением центробежной силы. Далее сконденсировавшаяся жидкость под действием центробежной силы отрывается от внешней поверхности первой перегородки 8 и в виде мелких капель перемещается в направлении периферии центральной реакционной камеры. Размер капель конденсированной жидкости определяется размером пор материала перегородки 8 и скоростью поступающей через жиклеры 11 парогазовой смеси.

Парогазовая смесь, обедненная высококипящими компонентами после диффундирования через поры первой перегородки 8, попадает на внешнюю поверхность второй перегородки 8", диффундирует через ее поры, что обеспечивает дополнительное ее дросселирование и, значит, обеспечивает дальнейшее снижение температуры и давления парогазовой смеси. При этом высококипящие компоненты смеси также частично конденсируются в жидкость и тонкой пленкой под действием центробежной силы распределяются по внутренней поверхности второй перегородки 8" центральной реакционной камеры. Так же, как было указано выше, сконденсировавшиеся под действием центробежной силы высококипящие компоненты смеси продавливаются через поры второй перегородки 8" на ее внешнюю поверхность. Сконденсировавшаяся жидкость под действием центробежной силы отрывается от внешней поверхности второй перегородки 8" и в виде мелких капель перемещается в направлении периферии центральной реакционной камеры к внутренней поверхности боковой стенки 3 ротора 2.

При этом парообразный продукт, насыщенный низкокипящим компонентом, преодолев все перегородки 8, установленные в центральной реакционной камере, попадает в приосевую часть центральной реакционной камеры и выводится из нее по приспособлению 13 для вывода газообразного продукта. Далее парообразный продукт, насыщенный низкокипящим компонентом, конденсируют в конденсаторе; часть конденсата возвращают в центральную реакционную камеру через тангенциальное сопло 7.

Непрерывно вводимая при этом в центральную реакционную камеру разделяемая парогазовая смесь, двигаясь по направлению к приосевой части центральной реакционной камеры, последовательно взаимодействует с жидкостью, сконденсировавшейся на внутренней поверхности цилиндрической боковой стенки 3 ротора 2 и внутренней поверхности каждой перегородки 8 центральной реакционной камеры. Эффективность взаимодействия парогазовой смеси и конденсированной жидкости, а значит, фазового разделения смеси, тем выше, чем тоньше пленка жидкости на поверхности перегородок 8 и внутренней поверхности боковой стенки 3 ротора 2 и больше удельная поверхность частично проницаемых цилиндрических перегородок 8 благодаря эффективному протеканию процессов массообмена и теплообмена между жидкостью и паром.

Преодолев все перегородки 8, установленные в центральной реакционной камере, конденсированная жидкость, насыщенная высококипящим компонентом, попадает на внутреннюю поверхность боковой стенки 3 ротора 2 и его центральной реакционной камеры и растекается по ней под действием центробежной силы в виде тонкой пленки, толщина которой определяется высотой выступающей части жиклера 12 - при толщине пленки жидкости, насыщенной высококипящим компонентом, более высоты выступающей части жиклера 12, происходит отток жидкости, насыщенной высококипящим компонентом, из центральной реакционной камеры. Выведенный из центральной реакционной камеры жидкий продукт попадает в периферийную реакционную камеру, откуда он стекает в приспособление 14 для сбора жидкости, насыщенной высококипящим компонентом. При этом частично жидкий продукт испаряется за счет тепла парогазовой исходной смеси, поступающей в названную периферийную реакционную камеру, благодаря этому жидкий продукт дополнительно освобождается от остатков низкокипящего компонента, а парогазовая исходная смесь обогащается низкокипящим компонентом.

В соответствии с заявляемым изобретением, для получения в результате разделения многокомпонентных смесей ультрачистых продуктов или для разделения смесей с низким коэффициентом разделения, целесообразно в процессе осуществления заявляемого способа дополнительно вводить в приосевую часть центральной реакционной камеры через приспособление 13 жидкий продукт разделяемой смеси, обогащенный высококипящим компонентом.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает разделение многокомпонентной смеси путем ее фазового разделения, путем ее диффузионного разделения и путем ее центробежного разделения, что в совокупности позволяет достигнуть высокого коэффициента разделения. Кроме того, заявляемое изобретение позволяет эффективно разделять многокомпонентные смеси в условиях снижения потребления электроэнергии и при использовании достаточно простого и эффективного оборудования.

Пример 1. Получение ультрачистой воды.

Для получения ультрачистой воды (воды с содержанием примесей не более 10^-7%) используют устройство для разделения многокомпонентных смесей со следующими характеристиками.

Высота корпуса устройства - 150 мм.

Диаметр корпуса устройства - 300 мм.

Внешний диаметр ротора - 250 мм.

Высота ротора - 110 мм.

Диаметр перегородки - 234 мм.

Число оборотов ротора в рабочем режиме - 50 Гц.

Линейная скорость вращения боковой стенки ротора - 40 м/с.

Скорость истечения потока водяного пара из сопла в периферийную реакционную камеру - 170 м/с.

Металлокерамическая пористая перегородка выполнена из нержавеющей стали, имеет пористость - 60%, средний размер пор составляет 9 мкм, проницаемость - 10000 л/м²атмсек.

Ультрачистую воду получают следующим образом.

Водопроводную воду испаряют с помощью стандартного выпарного аппарата и водяной пар подают в указанное выше устройство для разделения многокомпонентных смесей. Водяной пар пропускают через сопло 7, снабженное плоским наконечником. Сечение наконечника выбирают таким, чтобы скорость истечения потока водяного пара была больше задаваемой скорости вращения барабана. Попадая в периферийную реакционную камеру 6 устройства для разделения многокомпонентных смесей, водяной пар приводит во вращение ротор. Затем водяной пар поступает через жиклеры 11, расположенные на боковой цилиндрической стенке 3 барабана, в центральную реакционную камеру 2, попадает на внешнюю поверхность цилиндрической металлокерамической перегородки 8, под действием центростремительных сил продавливается через ее поры и удаляется из приосевой части центральной реакционной камеры 2 через приспособление для вывода газообразного продукта 13.

Очистка водяного пара от примесей происходит как на поверхности перегородки 8, так и в объеме центральной реакционной камеры 2 под действием сил, возникающих во вращающейся реакционной камере.

Пар, очищенный от примесей и выведенный из устройства для разделения многокомпонентных смесей, далее конденсируют в конденсаторе.

Параметры рабочего режима:

расход подаваемого водяного пара - 16 кг/ч;

давление подаваемого водяного пара - 1,3 атм;

давление водяного насыщенного пара в реакционной камере - 0.8 атм;

давление пара на выходе из реакционной камеры - 0,5 атм;

производительность используемого устройства для разделения многокомпонентных смесей по целевому продукту - 15 кг/ч.

Результаты очистки воды приведены в таблице. В таблице также приведены данные по содержанию примесей в исходной воде и для сравнения содержание примесей в дистиллированной воде.

Коэффициент очистки рассчитывали по содержанию кальция и свинца в исходной воде и полученном целевом продукте. Таким образом, коэффициент очистки по кальцию составил - 210⁴, по свинцу - 310³.

Пример 2. Выделение этилового спирта из водного раствора.

Для выделения этилового спирта из водного раствора используют устройство для разделения многокомпонентных смесей со следующими характеристиками.

Высота корпуса устройства - 150 мм.

Диаметр корпуса устройства - 300 мм.

Внешний диаметр ротора - 250 мм.

Высота ротора - 110 мм.

Количество цилиндрических перегородок в центральной реакционной камере - 3.

Диаметр цилиндрических перегородок в центральной реакционной камере, соответственно - 234, 226 и 218 мм.

Число оборотов ротора в рабочем режиме - 50 Гц.

Линейная скорость вращения боковой стенки ротора - 40 м/с.

Скорость истечения потока парообразной водоспиртовой смеси из сопла в периферийную реакционную зону - 120 м/с.

Металлокерамическая пористая перегородка выполнена из никеля, имеет пористость - 40%, средний размер пор составляет 6 мкм, проницаемость - 15000 л/м²атмс.

Выделение этилового спирта из водного раствора производят следующим образом.

Водоспиртовую смесь нагревают до температуры образования парообразного состояния в автоклаве и полученную парообразную смесь из автоклава подают через сопло 7 указанное выше устройство для разделения многокомпонентных смесей. Попадая в периферийную реакционную камеру 6, поток парообразной смеси приводит во вращение ротор. Затем парообразная смесь поступает через жиклеры 11, расположенные на боковой цилиндрической стенке 3 ротора, в центральную реакционную камеру 2, последовательно попадает на внешнюю поверхность первой, второй и третьей цилиндрической металлокерамической перегородки 8, под действием центростремительных сил последовательно продавливается через их поры и удаляется из приосевой части центральной реакционной камеры 2 через приспособление для вывода газообразного продукта 13.

Очистка водоспиртовой смеси от ее спиртовой составляющей происходит как на поверхностях перегородок 8, так и в объеме центральной реакционной камеры 2 под действием сил, возникающих во вращающейся реакционной камере.

Спирт, очищенный от воды и выведенный из устройства для разделения многокомпонентных смесей, далее конденсируют в конденсаторе.

Отделенную от спирта воду удаляют из устройства через приспособление 14 для сбора жидкости.

Параметры рабочего режима:

расход подаваемой парообразной смеси - 28 кг/ч;

давление подаваемой парообразной смеси - 1,0 атм;

давление парообразной смеси в реакционной камере - 0,5 атм;

давление парообразного продукта на выходе из устройства - 0,25 атм;

число оборотов ротора в рабочем режиме - 60 Гц;

концентрация спирта в исходной смеси - 15%;

концентрация спирта в целевом продукте - 96%;

выход спирта - 95%;

производительность устройства по спирту-ректификату - 4 кг/ч.

Пример 3. Получение воды, обогащенной легкими изотопами водорода и кислорода.

Для получения воды, обогащенной легкими изотопами водорода и кислорода, используют устройство для разделения многокомпонентных смесей со следующими характеристиками.

Диаметр корпуса устройства - 300 мм.

Высота корпуса устройства - 150 мм.

Внешний диаметр ротора - 250 мм.

Высота ротора - 110 мм.

Диаметр цилиндрической перегородки - 234 мм.

Количество цилиндрических перегородок в центральной реакционной камере - 15.

Металлокерамическая пористая перегородка выполнена из титана, имеет пористость 30%, средний размер пор составляет 6 мкм, проницаемость - 1000 л/м²атмс.

Параметры рабочего режима:

давление водяного насыщенного пара в периферийной реакционной камере - 0,35 атм;

давление пара в приосевой части центральной реакционной камеры - 0,12 атм;

расход водяного насыщенного пара - 10 кг/ч;

флегмовое число (отношение потока, возвращаемого в устройство из конденсатора, к потоку отбираемого продукта) - 5;

число оборотов ротора в рабочем режиме - 100 Гц;

Линейная скорость вращения боковой стенки ротора - 79 м/с;

Скорость истечения водяного насыщенного пара из сопла в периферийную реакционную камеру - 250 м/с.

При указанных параметрах рабочего режима получена вода с содержанием дейтерия 50 рpm (рpm - 1 частица на миллион). Содержание дейтерия в исходной воде - 140 рpm. Коэффициент очистки составляет 2,8. Производительность (по воде, обедненной дейтерием) составляет 1,7 л/ч.