Opublikowano: 24.X.1966 52151 KI. 12 d, 1/02 MKP B 01 d UKD jnjoL BIBLIOTEKO Uu**l!u Pulehtowc-oc; Wspóltwórcy wynalazku: dr Wolfgang Rudbach, dr Eckart Muller, Horst -Ludwig Reichhardt Wlasciciel patentu: Metallgesellschaft Aktiengesellschaft, Frankfurt n.Menem (Niemiecka Republika Federalna) Sposób rozdzielania cieklych mieszanin wielofazowych na czyste fazy oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu W technice czesto wystepuje zagadnienie roz¬ dzielania dwufazowej lub wielofazowej mieszani¬ ny na poszczególne fazy. Dotyczy to zwlaszcza .procesów ekstrahowania, a poza tym i innych pro¬ cesów, takich jak na przyklad destylacja z para wodna, w których dwufazowa lub wielofazowa mieszanina wystepuje jako produkt posredni lub produkt koncowy.Do rozdzielania niemieszajacych sie cieczy sto¬ sowane sa rózne znane sposoby i urzadzenia, któ¬ re oparte sa na zasadzie wykorzystania natural¬ nego lub sztucznego pola ciezkosci. Do wystarcza¬ jacego oddzielania faz w kazdym przypadku ko¬ nieczny jest okreslony czas przebywania, który przede wszystkim zalezy od stosunku wlasciwych ciezarów faz, ich lepkosci, wielkosci kropli i na¬ piecia powierzchniowego na granicy faz. Dla danej mieszaniny cieczy, przy z góry ustalonej tempe¬ raturze i danym polu ciezkosci, minimalny wy¬ magany czas przebywania jest w pierwszym rze¬ dzie wyznaczany przez wymagana dokladnosc od¬ dzielania faz.Azeby zatem mozna bylo uzyskac mozliwie krótki czas przebywania, a zatem mozliwie duza zdojnosc przepustowa, usiluje sie na ogól w ta¬ ki aposób konstruowac aparaty do rozdzielania, aby pozwolic na tworzenie sie warstwy posred¬ niej, która jest mieszanina obydwóch faz, dopóty istnieje mozliwosc odprowadzania tylko ciezkiej i tylko lekkiej fazy powyzej lub ponizej tej war- 20 25 30 stwy posredniej. Znany tego rodzaju aparat jest schematycznie przedstawiony na fig. 1, przy czym fig. la jest poziomym przekrojem plaszczyzna oznaczona linia A—A na fig. Ib i lc, fig. Ib jest pionowym przekrojem plaszczyzna oznaczona linia B—B na fig. la, a fig. lc jest pionowym przekro¬ jem plaszczyzna oznaczona linia C—C na fig. la i Ib.Przeznaczona do oddzielania mieszanina cieczy jest doprowadzona do rozdzielacza 1 przez króciec 2 i przeplywa przez ten oddzielacz w kierunku pokazywanym strzalkami. Nastepuje przy tym wy¬ dzielanie sie lekkiej i ciezkiej fazy mniej wiecej wzdluz narysowanych liniami kreskowymi granicz¬ nych powierzchni 4 i 5. Powyzej granicznej po¬ wierzchni 4 istnieje tylko czysta lekka faza, a po¬ nizej granicznej powierzchni 5 istnieje tylko czy¬ sta ciezka faza. Czyste fazy wplywaja powyzej i ponizej blachy oddzielajacej do komory odpro¬ wadzajacej 7, z której sa one odbierane przez krócce 8 i 9. Skutecznosc tego urzadzenia jest wówczas utrzymana, gdy odgraniczajaca faze po¬ wierzchnia 4 pozostaje ponizej górnej krawedzi blachy oddzielajacej 6 a odgraniczajaca faze po¬ wierzchnia 5 pozostaje powyzej dolnej krawedzi blachy oddzielajacej 6. Jest to jednakze tylko wówczas zapewnione, gdy aparat oddzielajacy nie jest zasilany zbyt duza iloscia mieszaniny faz. Je¬ go maksymalna przepustowosc jest zatem ograni¬ czona predkoscia, przy której fazy na tyle sie 521513 oddzielaja, ze grubosc warstwy posredniej nie przekracza z góry zadanej wielkosci.W celu polepszenia rozdzielania faz a tym sa¬ mym w celu zwiekszenia przepustowosci aparatu znane jest juz wbudowywanie do obszaru oddzie¬ lania blach oddzielajacych 10, które sa pokazane na fig. 2a, 2b i 2c. Dzieki temu mozna rzeczywi¬ scie uzyskac pewne polepszenie rozdzielenia faz, ale uzyskane przez to zwiekszenie przepustowosci pozostaje jednak w stosunkowo skromnych grani¬ cach, zwlaszcza wówczas, gdy oddzielacz musi byc mozliwie jak najbardziej plaski, co na przyklad pozadane jest dla kolumnowo ustawionego jeden na drugim wielostopniowego mieszalnika i od¬ dzielacza.Wynalazek niniejszy wskazuje droge, która umozliwia znaczne polepszenie rozdzielania faz, i nawet w bardzo plasko skonstruowanych od¬ dzielaczach umozliwia zwiekszenie przepustowo¬ sci o wiecej niz 100%. Wynalazek opiera sie na stwierdzeniu, ze duzo wieksze polepszenie skutecz¬ nosci rozdzielania, niz polepszenie uzyskiwane za pomoca blach 10, mozna uzyskac, gdy uda sie stworzyc warunki sprzyjajace szybkiemu zwiek¬ szaniu 9:e kropel. Poniewaz jednak w przezna¬ czonej do rozdzielania mieszaninie wielkosc kro¬ pel jest na ogól z góry ustalona badz przez sto¬ pien rozproszenia jaki istnieje w mieszaninie, badz tez przez to, ze przed rozdzielaniem faz da¬ zy sie do mozliwie malych kropel w celu polepsze¬ nia wymiany masy, wiec to zwiekszanie kropel moze byc przeprowadzane dopiero w samym od¬ dzielaczu.Stwierdzono, ze zwiekszanie kropel w bardzo prosty i niezawodny sposób moze byc w ten spo¬ sób uzyskane, ze przeznaczona do oddzielenia mie¬ szanina zostaje przeprowadzana przez jak naj¬ wieksza liczbe ostrych krawedzi i ostrych wierz¬ cholków. Przy tym zgodnie z wynalazkiem trzeba pamietac, zeby pomiedzy brylami o ostrych krawe¬ dziach pozostalo jednak jeszcze wystarczajaco duzo miejsca dla przeplywu cieczy.Wedlug wynalazku zostaje to w ten sposób osiagniete, ze przestrzen oddzielania 3 wypelniona jest elementami o ostrych krawedziach, których wymiar co najmniej w jednym kierunku przewyz¬ sza co najmniej trzykrotnie, a najkorzystniej wie¬ lokrotnie jego wymiar w innych kierunkach. Wy¬ pelnienie to jest wedlug wynalazku tego rodzaju, ze na 1 cm2 powierzchni przypada co najmniej 1 cm, a co najwyzej 100 cm ostrych krawedzi.Najkorzystniejszy jest stosunek dlugosci ostrych krawedzi do powierzchni wynoszacy 10—25 cm/cm2 a zwlaszcza 15—20 cm/cm2. W tym zakresie uzy¬ skuje sie tak daleko posuniete korzystne dziala¬ nie ostrych krawedzi, ze znaczne nawet przekro¬ czenie tego stosunku nie przynosi zadnego godne¬ go uwagi polepszenia dzialania rozdzielajacego.Z drugiej strony wypelnienie elementami o wy¬ jatkowo wysokim stosunku ostrych krawedzi do calej powierzchni nie jest wcale latwe do prze¬ prowadzenia, zwlaszcza gdy chce sie uniknac wiekszego zmniejszenia wolnego przekroju po¬ przecznego komory oddzielacza. Stosowane wypel¬ nienie powinno pozostawiac w przestrzeni rozdzie- 52151 4 lajacej 50—99% wolnej przestrzeni. Najprostsza po¬ stac wykonania wynalazku polega na tym, ze prze¬ strzen rozdzielania 3 zostaje wypelniona welna metalowa o ostrych krawedziach, wiórami tokar- 5 skimi lub elementami podobnymi. Specjalnie ko¬ rzystne jest stosowanie tkanin z tasm o ostrych krawedziach o szerokosci 0,5—2 mm, takich jakie na przyklad sa stosowane do czyszczenia metalo¬ wych przedmiotów. io Wypelnienie przestrzeni oddzielania ta sama ilo¬ scia okraglych drutów lub tkanin z takich dru¬ tów daje zupelnie nie ten sam wynik. Wynik roz¬ dzielania uznany za pomoca wypelniania elemen¬ tami z okraglych drutów nie wiele rózni sie od 15 wyniku uzyskanego bez zadnego wypelniania.Inna postac wykonania wynalazku przewiduje zastosowanie stosunkowo waskich tasm metalo¬ wych, które poza tym moga byc w ten sposób umieszczone, ze w znany sposób dzialaja podob- 20 nie do opisanych juz blach 10, tak jak na przy¬ klad jest to przedstawione na fig 3a — 3c. W tej postaci wykonania wynalazku tasmy te musza byc tak waskie, ze ich szerokosc nie przekracza 2 cm, a najkorzystniej 1 cm, aby w wymaganym obsza- 25 rze dojsc do co najmniej 1 cm ostrych krawedzi na cm2 powierzchni.Wedlug jeszcze innej postaci wykonania wyna¬ lazku zostaly zastosowane elementy wypelniajace o ostrych krawedziach w dwóch kierunkach za- 30 krzywione, takie jak wypukle elementy stluczki szklanej, odlamki ceramiczne i elementy podobne.W dalszym ciagu wynalazek zostanie dokladniej wyjasniony na przykladzie jego wykonania.Badanie rozdzielania zostalo przeprowadzone w 35 aparacie przedstawionym na fig. la — lc. Oddzie¬ lacz mial wewnetrzna srednice 800 mm, wysokosc 300 mm, a blacha oddzielajaca byla umieszczona w odleglosci 120 mm od krócców odprowadzaja¬ cych. Jako mieszanina próbna zostala zastosowa- 40 na mieszanina 10% objetosciowo technicznego pen¬ tanu, 40% objetosciowo benzolu koksowniczego z zawartoscia 90% zwiazków aromatycznych oraz 50% objetosciowo ekstrahentu, który skladal sie z N-metylo-pirrolidonu o zawartosci wody wyno- 45 szacej 17%.W tej mieszaninie napiecie powierzchniowe na granicy faz wynosilo 0,1 dyn/cm, róznica gestosci 0,113 g/ml, obydwie fazy zostaly zastosowane w stosunku objetosciowym 55 czesci ekstrahentu 50 (ciezka faza) do 45 czesci mieszaniny weglowo¬ dorów (lekka faza). Jako dozwolona wysokosc warstwy mieszanej przyjeto wysokosc 250 mm, gdyz wysokosc blachy oddzielajacej wynosila 260 mm. 55 Bez wypelnienia taka wysokosc warstwy mie¬ szanej mogla byc utrzymywana az do obciazenia powierzchniowego (cala ilosc przepuszczana przez oddzielacz w m3/godz. odniesiona do powierzchni podstawy oddzielacza w m2) 9,4 m3/m2 godz. Przy 60 zabudowaniu do przestrzeni oddzielania konstruk¬ cji wedlug fig. 2 mozna bylo to obciazenie podwyz¬ szyc do 12,2 m3/m2 godz., co odpowiadalo wzrosto¬ wi obciazenia o 30%. Te wbudowane konstrukcje zastapiono nastepnie wiórami metalowymi, które 65 srednio mialy wymiary: dlugosc 50 mm i szero-52151 5 kosc 3 mm i czesciowo mialy ksztalt srubowy. 2.Wówczas stal sie mozliwy wzrost obciazenia do 20,8 m3/m2 godz. bez przekraczania dozwolonej wy¬ sokosci warstwy mieszanej. Jezeli zamiast wiórów metalowych zastosowano wypelnienie z handlo- 5 3 wyeh zmywaków tzn. z luznej tkaniny z tasm me¬ talowych o ostrych krawedziach i szerokosci od 1 do 2 mm to mozna bylo zwiekszyc obciazenie do 22 m3/m2 godz. PL