способ очистки жидкостей и устройство для его осуществления дистиллятор мельникова

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.

Описание изобретения к патенту

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 способом.

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.

Использованная 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).