BG4402U1 - Инсталация за топлинно разделяне на течни смеси в инертна среда - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до инсталация за топлинно разделяне на течни смеси в инертна среда, чрез излъхване и може да намери приложение при производства, свързани с деалкохолизиране на вино, деароматизиране на плодови и зеленчукови сокове, преработка на отпадни води, рециклиране на органични разтворители и други в хранителната, фармацевтичната и химическата промишленост и управлението на отпадъци. Инсталацията осигурява ефективно преработване и разделяне на течни смеси, като се отличава с технологични и енергийни предимства, като използване на инертен газ, като носител, отнемащ молекули на летливи компоненти, осигурява защита на обработваната течна смес от нежелани химични реакции като окисление. Състои се от подготвителен модул (1), свързан с работна камера (7), като топлинните товари в инсталацията се осигуряват от термопомпа или водогреен котел (25). Отделеният дестилат се отвежда от изсушителната камера (14) посредством смукателна помпа (15).

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до инсталация за топлинно разделяне на течни смеси в инертна среда, чрез излъхване и може да намери приложение при производства, свързани с деалкохолизиране на вино, деароматизиране на плодови и зеленчукови сокове, преработка на отпадни води, рециклиране на органични разтворители и други в хранителната, фармацевтичната и химическата промишленост и управлението на отпадъци.

Предшестващо състояние на техниката

Разделянето на течни смеси, съдържащи един или повече летливи компоненти е често срещана в практиката технологична операция, като се прилага при широка гама производства в хранителната, фармацевтичната и химическата индустрии. Съгласно втори закон на термодинамиката работата на инсталациите за разделяне на течни смеси трябва да е съпроводена с внасянето на енергия.

Според формата на внасяната енергия известни са инсталации с внасяне на топлина, при които топлинното разделяне на многокомпонентна течна смес, съдържаща различни температури на кипене на нейните компоненти се извършва в изпарителни, дестилационни и ректификационни инсталации.

Известни са и друг вид инсталации, работещи на принципа на внасяне на работа, при което се извършва механично разделяне на многокомпонентна течна смес от различните молекулни маси на нейните компоненти. Такива са инсталации, в които се прилага ултрафилтрация, обратна осмоза и др.).

В зависимост от свойствата на компонентите, присъстващи в течната смес, топлинното разделяне се извършва в инсталации работещи под вакуум, при атмосферно налягане или при над налягане. Според конкретното приложение на дадена инсталация, като краен продукт може да бъде получаване на лесно летливата фракция, трудно летлива или нелетлива фракция или комбинацията от двете. От практиката е установено, че топлинното разделяне на течни смеси е свързано със значителен разход на топлина, като за неговото намаляване се използват многостепенни изпарителни инсталации, инсталации включващи механично сгъстяване на получавана парна фаза и използването, и като топлоносител, както и инсталации с термично сгъстяване на част от получаваната парна фаза и използването и като топлоносител.

Известна е патентна публикация СА 2574113 С, Distillation process using microchannel technology, 2004 г., в която е описана инсталация за дестилация използваща микроканали. В цитираната инсталация се използват множество канали за течната и парната фаза, които се използват в качеството им на изпарители и на кондензатори, включително и с използването на топло обменни апарати. Инсталацията позволява да се постигне разделяне на компоненти с близки температури на кипене.

Известна е инсталация за концентриране на отпадна вода, използваща отпадна топлина - US 8066845 B2Compact wastewater concentrator using waste heat, 2011. Инсталацията се състои от помпа за изходната течна смес, чиито изход е свързан с коридор, в който течната смес се впръсква и диспергира във въздушен поток, при което част от водата и летливите компоненти, съдържащи се в течната смес се изпаряват. Изходът на коридора е свързан с обезмъглител, в който механично се отделят капките вода от въздушния поток, като изходът на обезмъглителя е свързан със спомената вече помпа, а потокът концентрирана течна смес се рециклира в коридора или се отвежда извън инсталацията. Изхода на обезмъглителя е свързан със смукателната страна на вентилатор, предназначен за изтегляне на отработения овлажнен въздух.

Известна е друга инсталация, описана в патентна публикация US 11390791 В2 - Apparatus for concentrating wastewater and for creating brines 2021. Инсталацията включва последователно свързани смесителен коридор, захранваща помпа и обезмъглител, и е приложима за използване при отпадни води. В инсталацията е предвидено прилагане на вторична рециркулация на концентрираната отпадна вода, като за целта обезмъглителя е свързан с допълнителен резервоар, в който се утаяват твърдите частици, съдържащи се в отпадната вода. Към споменатият резервоар е монтиран смесител, чието предназначение е за получаването на специализирани разтвори.

Известна е инсталация за отделяне на вода от водни смеси, обект на патентна публикация US 8252092 В2. Инсталацията се състои от овлажнителна камера, в която в противоток контактуват водната смес и газов поток, по същество представляващ носител при ниско налягане. Изходът на камерата по газов поток е свързан с компресор, чието предназначение е за увеличаване налягането на овлажнения газ. От своя страна изхода на компресора е свързан с изсушителна камера, в която се постига отнемане на водните пари от газовия поток, което се провежда при по-ниско налягане. Към изсушителната камера са свързани последователно нагревател и експандер, през които преминава изходящия газов поток, като се понижава налягането му. От своя страна изходът на експандера е свързан с входа на овлажнителната камера за подаване на носителя - изсушения и сгъстен газов поток.

В резултат на описаното съчетание и свързване на технологичните елементи на инсталацията, в долната част на овлажнителната камера се отделя поток от неизпарена водна смес, а в долната част на изсушителната камера се отделя дестилат.

Техническа същност на полезния модел

Предвид известното ниво на техниката в разглежданата техническа област, задача на полезния модел е да се предложи инсталация за топлинно разделяне на течни смеси в инертна среда, която да осигурява ефективно разделяне на течни смеси, в резултат на което се получава максимално оползотворяване на ресурсите, крайни продукти с високо качество и желана чистота, ниска себестойност, позволяващи използването им в други производства.

Задачата се решава с инсталация за топлинно разделяне на течни смеси в инертна среда чрез излъхване, състояща се от съд за течна смес, свързан с работна овлажняваща камера, изхода на която е свързан с компресор, при което изходът на компресора е свързан с изсушителна камера, от чиито изход, оформен в долният и край се извежда поток от дестилат.

Съгласно полезния модел съдът за течна смес е изпълнен, като приемен съд представляващ част от подготвителен модул, като в долната част на приемния съд са монтирани кран за инертен газ и дренажен кран, и към дъното на приемния съд чрез помпа е свързан нагревател за течната смес, като топлинните товари на всички нагреватели и охладители се осигуряват с външен енергоизточник, изпълнен като термопомпа, при което подготвителният модул е свързан с климатичен модул, състоящ се от нагревателен и охладителен модули, и нагревателният модул включва работната камера, изпълнена с разположени в нея вани, а изхода на работната камера по течна смес е свързан със сборен съд за нелетлив остатък, снабден с кран за подаване на инертен газ и дренажен кран, при което към сборният съд е монтирана смукателна помпа, а охладителният модул включва охлаждаем изсушител, свързан с изход на работната камера по инертен газ, като изсушителя е изпълнен с приемен обем, под който е монтирана помпа за дестилат, и един изход на изсушителя по инертен газ е свързан със смукателната страна на въздуходувка, от нагнетателната страна на която е монтиран нагревател за потока инертен газ, чиито изход е свързан с входа на работната камера по инертен газ, а друг втори изход на изсушителя е свързан с хладилен компресор, нагнетателната страна на който е свързана с кондензатор с водно охлаждане, като към изхода му по хладилен агент е монтирано дроселиращо устройство, свързано с входа на изсушителя по хладилен агент, а изхода на изсушителя по хладилен агент е свързан със смукателната страна на хладилен компресор, и изходът на кондензатора по вода е свързан през нагнетателна помпа последователно с входа на нагревателя за инертен газ, като на изхода на кондензатора по вода през помпа е монтиран компенсационен охладител, снабден е вентилатор, като изхода на охладителя е свързан с входа на кондензатора по вода.

Съгласно едно вариантно изпълнение на инсталацията съгласно полезния модел, топлинните товари на всички нагреватели и охладители се осигуряват с външен енергоизточник, изпълнен като водогреен котел с електрическо нагряване, свързан с нагревателя и с нагревателя за течната смес, а изсушителя е свързан със смукателната страна на въздуходувката, другата страна на която е свързана директно към нагревателя.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на инсталацията, в работната камера ваните са най-малко две, ориентирани хоризонтално и разположени една над друга, като всяка от ваните е снабдена с нагревател.

Съгласно едно изпълнение на инсталацията към изсушителя е свързан дозиращ кран за подаване на разреждаща вода. В работните обеми на течната смес се поддържа атмосферно налягане. Като инертен газ може да се използват азот, аргон и други химически неактивни и некондензиращи газове.

Инсталацията съгласно полезния модел е изпълнена от достъпни технически съоръжения и апарати, които осигуряват ефективно преработване на течни смеси. Тя се характеризира със следните технологични и енергийни предимства: използване на инертен газ като носител, отнемащ молекули на летливи компоненти, осигурява защита на обработваната течна смес от нежелани химични реакции, като окисление и др. Освен това наличието на инертен газ и липсата на въздух в работните обеми предпазва от образуването на взривоопасна газова смес в тях.

Възможността на работа на инсталацията при ниски температури на сместа я предпазва от нежелани температурни деструкции. Конструкцията на инсталацията позволява обработката както на бистри, така и на мътни течни смеси, включително и такива с неразтворени твърди частици. Напълно затворената конструкция на инсталацията не позволява емисии на газова фаза към околната среда и спазване на високи критерии за екологично производство и опазване на околната среда. Използването на термопомпа в инсталацията води до енергийно ефективна нейна работа при ниски експлоатационни разходи. Използваните апарати позволяват получаване на няколко крайни продукта, което увеличава икономическата рентабилност на инсталацията.

Пояснение на приложените фигури

По-нататък инсталацията за разделяне на течни смеси е представена с помощта на придружаващите описанието чертежи, където:

Фигура 1(a) представлява примерно изпълнение на инсталацията с топлинни товари осигурени от термопомпа;

Фигура 1(б) представлява примерно изпълнение на инсталацията с топлинни товари осигурени от външни енергийни източници;

Фигура 2 представлява примерно изпълнение на инсталацията с разреждане на получавания дестилат с вода от външен източник.

Пример за изпълнение на полезния модел

Инсталацията за разделяне на течни смеси се състои от последователно разположени и свързани помежду си в технологична съвкупност апарати и съоръжения, като описаните примерни изпълнения не трябва да се разглеждат, като ограничаващи и могат да се реализират и други вариантни изпълнения, което осигуряват еквивалентен технически резултат:

Едно примерно изпълнение на инсталацията съгласно полезния модел може да се реализира с осигуряване на всички отоплителни и охладителни товари чрез термопомпа. Това изпълнение на инсталацията е подходящ за прилагане при разделянето на по-лесно летливи смеси.

Инсталацията се състои от подготвителен модул 1, който се състои от приемен съд 2, в който постъпва изходната течна смес, който в долната си част е снабден с кран за подаване на инертен газ 3 и дренажен кран 4. В долната си част приемният съд 2 е свързан с нагнетателна помпа 5, на изхода на която е монтиран нагревател за изходната суровина 6. Изходът на нагревателя 6 е свързан с горната част на работна камера 7, с разположени в нея вани 8, разположени една над друга, като във всяка вана 8 е монтирано подгряващо устройство 9. В работната камера 7 потокът изходна течна смес контактува с циркулиращ инертен газ (азот, аргон и др.), като последният отнема от нея молекули на леснолетливите и съставки чрез процес на излъхване.

Изходът на работната камера 7 по течна смес е разположен в долната й част и е свързан със сборен съд 10 за нелетлив остатък, в чиято долна част са монтирани дренажен кран 12 и нагнетателен кран 11 за подаване на инертен газ, свързан със смукателна помпа 13 за изтегляне на трудно летливия течен остатък извън разглежданата инсталация.

Изходът на работната камера 7 по потока инертен газ е свързан с охлаждаем изсушител 14, за предпочитане изпълнен с приемен обем. В долната част на изсушителя 14 е монтирана изтегляща помпа 15, предназначена за изтегляне на образувания в него течен дестилат извън разглежданата инсталация. Изходът на изсушителя 14 по инертен газ е свързан със смукателната страна на въздуходувка 16, като към нагнетателната й страна е монтиран нагревател 17, предвиден за нагряване на потока от инертен газ, при което изхода на нагревателя 17 е свързан с входа на работната камера 7 по инертен газ.

Топлинните товари на всички нагреватели и охладители се доставят от термопомпа, изпълнена от хладилен компресор 18, нагнетателната страна на който е свързана с кондензатор 19, за предпочитане с водно охлаждане, в който парите на хладилния агент се втечняват. Към изхода на кондензатора 19 по хладилен агент е монтирано дроселиращо устройство 20. Едновременно с това изходът на кондензатора 19 по вода е свързан през помпа 21 последователно с входа на нагревателя 17 за инертен газ. Описаното свързване на кондензатора 19 осигурява доставяне на топлината на кондензация до топлинните консуматори. Изходът на кондензатора 19 по вода е свързан с входа на подгряващите устройства 9, разположени във ваните 8 на работната камера 7.

Изходът на нагревателя 17 е свързан с входа на нагревателя 6 за суровината - течна смес, като изхода на нагревателя 6 по вода е свързан с входа на кондензатора 19 на термопомпата.

Изходът на изсушителя 14 по хладилен агент е свързан със смукателната страна на хладилния компресор 18. В допълнение, към изхода на кондензатора 19, през междинна помпа 22 е монтиран компенсационен охладител 23, снабден с вентилатор 24, през който се отделя излишната топлина в инсталацията. Изходът на охладителя 23 е свързан с входа по вода на кондензатора 19.

В работните обеми на течната смес се поддържа атмосферно налягане. Като инертен газ може да се използват азот, аргон и други химически неактивни и некондензиращи газове.

Инсталацията, обект на полезния модел може да бъде изпълнена в едно вариантно изпълнение, както е показано на фигура 1б, което е подходящо за прилагане при необходимост от разделяне на по-трудно летливи смеси. Характерно за вариантното изпълнение е това, че топлинните товари на инсталацията се осигуряват чрез външни енергоизточници.

Инсталацията се състои от подготвителен модул 1, състоящ се от приемен съд 2 в който постъпва изходната трудно летлива течна смес, в долната си част е снабден с кран за подаване на инертен газ 3 и дренажен кран 4. В долната си част приемния съд 2 е свързан с помпа 5, на изхода на която е монтиран нагревател за изходната суровина 6. Изходът на нагревателя 6 е свързан с горната част на работна камера 7, с разположени в нея вани 8, разположени една над друга, при което във всяка вана 8 е монтирано подгряващо устройство 9.

Изходът на работната камера 7 по трудно летлива течна смес е разположен в долната й част и е свързан със сборен съд 10 за нелетлив остатък, в чиято долна част са монтирани дренажен кран 12 и нагнетателен кран 11 за подаване на инертен газ, свързан със смукателна помпа 13 за изтегляне на трудно летливия течен остатък извън разглежданата инсталация.

Работната камера 7 е свързана с изсушител 14, чието охлаждане се извършва, като на входа му се подава поток от охлаждаща вода. Изходът на изсушителя 14 по инертен газ е свързан със смукателната страна на въздуходувка 16, като към нагнетателната й страна е монтиран нагревател 17, предвиден за нагряване на потока от инертен газ, при което изхода на нагревателя 17 е свързан с входа на работната камера 7 по инертен газ.

Инсталацията е структурирана така, че нагряването на нагревателя за изходната течна смес 6, нагревателя за инертен газ 17 и подгряващите устройства 9 се извършва чрез носител на външна топлина, например циркулираща топла вода или топлопреносно масло, като изборът на топлоносителя зависи от свойствата на компонентите на течната смес и приетия температурен режим. В едно вариантно изпълнение на инсталацията външната топлина се осигурява от водогреен котел 25 с електрическо нагряване или чрез изгаряне на органични горива, като водогрейния котел 25 е свързан с нагревателя 17.

Инсталацията позволява и друго вариантно изпълнение, показано на фигура 2. Съгласно полезния модел реализирането му осигурява дозирано разреждане на дестилата в изсушителя 14. Това изпълнение може да се наложи да бъде изпълнено от гледна точка на недопускане дестилата да надвишава определени концентрации на компоненти в него (например от противопожарна гледна точка, получаване на неакцизни потоци и др.).

За целта към изсушителя 14 е свързан дозиращ кран 26, през който контролирано се подава вода, която разрежда в определена степен съдържанието на получавания дестилат. В долната част на изсушителя 14 е монтирана изтегляща помпа 15 за изтегляне на образувания в него разреден течен дестилат извън разглежданата инсталация.

Инсталацията съгласно полезния модел работи по следният начин: Изходната течна смес след предварително подгряване се подава във ваните 8 на работната камера 7, където се подгрява допълнително и се разстила под формата на свободна повърхност при определен температурен режим, при което изходната течна смес контактува с циркулиращ инертен газ (азот, аргон и др.), като последният отнема от нея молекули на леснолетливите и съставки чрез процес на излъхване и ги изнася извън работната камера 7. Изходящият поток течност, обогатен на трудно летливи и нелетливи компоненти се отвежда извън инсталацията през сборния съд 10 и смукателната помпа 13.

След работната камера 7 инертния газ попада в изсушителя 14, където чрез охлаждане от него се отделя дестилат на леснолетливите компоненти, съдържащи се в изходната течна смес. Споменатият дестилат се отвежда извън инсталацията през сборен съд и изтеглящата помпа 15. От изсушителя 14 инертния газ се засмуква от въздуходувката 16 и след нея се подгрява до определена температура в нагревателя 17 за инертен газ, след което се подава обратно на входа на работната камера 7.

Claims (1)

1. Инсталация за топлинно разделяне на течни смеси в инертна среда чрез излъхване, състояща се от съд за течна смес, свързан с работна овлажняваща камера, изхода на която е свързан с компресор, изходът на който е свързан с изсушителна камера, от чиито изход в долният край се извежда поток от дестилат, характеризираща се с това, че съдът за течна смес е изпълнен, като приемен съд (2), представляващ част от подготвителен модул (1), като в долната част на приемния съд (2) са монтирани кран за инертен газ (3) и дренажен кран (4), и към дъното на приемния съд (2) чрез помпа (5) е свързан нагревател (6) за течната смес, като топлинните товари на всички нагреватели и охладители са осигурени от външен енергоизточник изпълнен, като термопомпа, при което подготвителният модул (1) е свързан с климатичен модул, състоящ се от нагревателен и охладителен модули, и нагревателният модул включва работната камера (7), изпълнена с разположени в нея вани (8), а изхода на работната камера (7) по течна смес е свързан със сборен съд (10) за нелетлив остатък, снабден с кран за подаване на инертен газ (11) и дренажен кран (12), при което към сборният съд (10) е монтирана смукателна помпа (13), а охладителният модул включва охлаждаем изсушител (14), свързан с изход на работната камера (7) по инертен газ, като изсушителя (14) е изпълнен с приемен обем, под който е монтирана помпа (15) за дестилат, и един изход на изсушителя (14) по инертен газ е свързан със смукателната страна на въздуходувка (16), от нагнетателната страна на която е монтиран нагревател (17) за потока инертен газ, чиито изход е свързан с входа на работната камера (7) по инертен газ, а друг, втори изход на изсушителя (14) е свързан с хладилен компресор (18), нагнетателната страна на който е свързана с кондензатор (19) с водно охлаждане, като към изхода му по хладилен агент е монтирано дроселиращо устройство (20), свързано с входа на изсушителя (14) по хладилен агент, а изхода на изсушителя (14) по хладилен агент е свързан със смукателната страна на хладилен компресор (18), и изходът на кондензатора (19) по вода е свързан през нагнетателна помпа (21) последователно с входа на нагревателя (17) за инертен газ, като на изхода на кондензатора (19) по вода през помпа (22) е монтиран компенсационен охладител (23), снабден с вентилатор (24), като изхода на охладителя (23) е свързан с входа на кондензатора (19) по вода.