RU176550U1 - Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации - Google Patents
Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации Download PDFInfo
- Publication number
- RU176550U1 RU176550U1 RU2017128915U RU2017128915U RU176550U1 RU 176550 U1 RU176550 U1 RU 176550U1 RU 2017128915 U RU2017128915 U RU 2017128915U RU 2017128915 U RU2017128915 U RU 2017128915U RU 176550 U1 RU176550 U1 RU 176550U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystallization
- solution
- aerosol
- vapor
- ultrasonic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D9/00—Crystallisation
- B01D9/02—Crystallisation from solutions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- C13B30/00—Crystallisation; Crystallising apparatus; Separating crystals from mother liquors ; Evaporating or boiling sugar juice
- C13B30/02—Crystallisation; Crystallising apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/007—Apparatus for preparing, pre-treating the source material to be used for crystal growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/10—Gas phase, e.g. by using aerosols
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
- B01D2259/816—Sonic or ultrasonic vibration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00004—Scale aspects
- B01J2219/00011—Laboratory-scale plants
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Настоящее техническое решение относится к оборудованию для кристаллизации различных веществ в биотехнологической и химической промышленностях и может быть применено для выделения кристаллизацией продуктов микробиологического синтеза, продуктов сахарной промышленности, солей и других веществ, кристаллизуемых из растворов.Заявленное устройство для предподготовки раствора к кристаллизации содержит ультразвуковой аэродинамический распылитель - генератор аэрозоля, представляющий собой газоструйный излучатель, в активную зону которого подается жидкость - концентрируемый раствор; рабочую емкость с кулисами внутри нее, направляющими потоки аэрозоля и паровоздушной смеси; выводной патрубок для сконцентрированной и охлажденной жидкости, представляющей собой сконденсированный аэрозоль; выводной патрубок для паровоздушной смеси.Характерная особенность устройства - распыление подготавливаемой к кристаллизации жидкости ультразвуковым аэродинамическим генератором аэрозолей с последующей конденсацией аэрозоля в подготовленный к процессу кристаллизации раствор.
Description
Настоящее техническое решение относится к оборудованию для кристаллизации различных веществ в биотехнологической и химической промышленностях и может быть применено для выделения кристаллизацией продуктов микробиологического синтеза, продуктов сахарной промышленности, солей и других веществ, кристаллизуемых из растворов.
Из предшествующего уровня техники известны многочисленные технические решения для кристаллизаторов с предподготовкой жидкостей для выделения содержащихся в них веществ кристаллизацией и с управлением протекающих в кристаллизаторах процессов [1], что отражает потребность в кристаллизаторах, отвечающих различным техническим условиям производства, необходимость адаптации кристаллизационного оборудования к разнообразным технологическим процессам.
Во всех случаях движущая сила кристаллизации обусловлена превышением концентраций кристаллизуемых веществ над их растворимостью. Для достижения такого (пересыщенного) состояния раствора, его выпаривают, повышая тем самым концентрацию растворенного вещества, либо охлаждают, снижая растворимость вещества в растворе.
Известны устройства для предподготовки раствора и управления процессами кристаллизации [2], использующие температурные эффекты, влияющие на скорость процесса кристаллизации, в частности регулируемую подачу хладагента.
Известны способ и установка для вакуумного выпаривания [3] с целью повышения концентрации раствора до метастабильного состояния и последующей кристаллизации, стимулированной введением в раствор зародышей кристаллизации. Однако, указанные выше устройства энергетически не эффективны, поскольку процессы, связанные с изменением температуры среды требуют высоких энергетических затрат, причем охлаждение, как правило, более энергоемко, чем нагревание.
Известны устройства, основанные на использовании ультразвука для запуска процесса кристаллизации [4, 5, 6, 7, 8]. Однако, недостатками всех вышеупомянутых устройств являются возможность их использования для пересыщенных, метастабильных растворов, далеко не полное использованные возможностей ультразвукового воздействия различных режимов порождать центры кристаллизации, ускорять процесс их размножения, снижать диффузионные ограничения [9], и при этом не разрушать сформировавшиеся кристаллы, замедляя основной технологический процесс.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для обессоливания морской воды и охлаждения воды [10, 11, 12], содержащее двухчастотный микронизатор раствора и специальную емкость с направляющими для потоков паровоздушной среды с охлаждением микронизированных частиц и концентрированием их содержимого.
Недостатками данного технического решения являются необходимость постоянно следить за соотношением частот пульсации жидкости и воздуха, обеспечивающего пульверизацию жидкости, невысокая производительность, и, по сути, указанное техническое устройство направлено на решение обратной задачи («обессоливание морской воды).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является предподготовка жидкости к кристаллизации, включающей ее концентрирование испарением и одновременное охлаждения раствора, приводящего к снижению растворимости кристаллизуемого вещества в растворе [13].
Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство для предподготовки раствора к кристаллизации содержит ультразвуковой аэродинамический распылитель [14] - генератор аэрозоля, представляющий собой газоструйный излучатель, в активную зону которого подается жидкость - концентрируемый раствор; рабочую емкость с кулисами внутри нее, направляющими потоки аэрозоля и паровоздушной смеси; выводной патрубок для сконцентрированной и охлажденной жидкости, представляющей собой сконденсированный аэрозоль; выводной патрубок для паровоздушной смеси. Характерная особенность устройства - распыление подготавливаемой к кристаллизации жидкости ультразвуковым аэродинамическим генератором аэрозолей, с последующей конденсацией аэрозоля в подготовленный к процессу кристаллизации раствор.
Технический результат состоит в том, что предлагаемое устройство может использоваться как в лабораторной, так и в промышленной практике, для предобработки жидкостей перед кристаллизацией растворенных в них веществ, включающей их концентрирование и охлаждение.
Принцип работы заявленной полезной модели основан на известном эффекте концентрирования раствора при его выпаривании и охлаждения жидкости при ее испарении.
Реализация процесса предподготовки раствора к кристаллизации на предлагаемой установке осуществляется:
- распылением подготавливаемой жидкости с помощью аэродинамического ультразвукового генератора аэрозолей и резким увеличением поверхности испарения при диспергировании жидкости;
- впрыскиванием полученной смеси аэрозоля и воздуха в емкость, в которой путь потока полученной смеси определяется расположением кулис;
- частичным испарением микрокапель аэрозоля, приводящим к концентрированию и охлаждению находящейся в них жидкости;
- удалением образовавшейся паровоздушной смеси;
- конденсированием аэрозоля в концентрированный и охлажденный пересыщенный раствор, пригодный для кристаллизации в стандартных условиях и в известных устройствах.
Кроме того, заложенный принцип и техническая реализация полезной модели по сравнению с аналогами обеспечивает:
- снижение энергопотребления, так как образование аэрозоля не сопровождается затратой энергии на разрыв практически всех межмолекулярных связей (как это имеет место в случае выпаривания);
- возможность конденсирования пара из сбрасываемой паровоздушной смеси с получением дистиллята;
Предлагаемое устройство иллюстрируется схемой (фиг. 1) и состоит из:
1. ультразвукового аэродинамического генератора аэрозолей на сжатом воздухе;
2. рабочей емкости;
3. кулис, направляющих потоки аэрозоля и паровоздушной смеси;
4. выходного штуцера паровоздушной смеси;
5. выходного штуцера охлажденного сконденсированного раствора для подачи в кристаллизатор;
6. подвод кондиционируемого раствора;
7. подвод сжатого воздуха.
Устройство работает следующим образом.
Сжатый воздух (7) подается на ультразвуковой генератор аэрозолей (1), засасывает кондиционируемый раствор (6) и диспергирует его в аэрозоль. При этом испаряющая поверхность увеличивается многократно. В потоке аэрозоля и воздуха в рабочей емкости (2) направляемого кулисами (3), с поверхности аэрозольных частиц испаряется растворитель, приводя к концентрированию содержимого капель аэрозоля и его охлаждению. Образовавшаяся паровоздушная смесь эвакуируется через штуцер выхода (4) и может в дальнейшем конденсироваться в дистиллят растворителя. Охлажденные аэрозольные микрокапли со сконцентрированным пересыщенным содержимым оседают на поверхностях кулис и стекают к штуцеру выхода (5), откуда подаются в кристаллизатор.
Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого технического решения обеспечивает достижение указанного результата.
Полезная модель позволяет повысить эффективность метода кристаллизации за счет одновременного охлаждения раствора и его концентрирования до пересыщения, а также (при необходимости) получить дистиллят растворителя.
Неожиданным результатом использования заявленного технического решения является отсутствие необходимости инокулировать пересыщенный раствор зародышами кристаллизации для интенсификации процесса.
В результате проведенного анализа уровня техники выделения требуемого компонента из биотехнологических сред, в том числе, предкристаллизационной подготовкой жидких сред, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного устройства, не обнаружен.
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку предложенное устройство обладает комплексом свойств, обеспечивающих снижение энергопотребления при реализации процесса кристаллизации, исключает температурное воздействие, в ряде случаев катастрофически изменяющее свойства выделяемого кристаллизацией вещества. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Нет препятствий для реализации технического решения с получением вышеуказанного технического результата.
Предлагаемое техническое решение создает необходимое разнообразие возможностей, обеспечивающее оптимальный выбор средств для решения конкретных задач выделения продуктов химического и биологического синтеза методами кристаллизации растворов.
Список использованной литературы.
1. Игнатович. Э. Химическая техника. Процессы и аппараты. М. Техносфера. 2007. 656 с., Леонтьева А.И. Оборудование химических производств. М. Колос, 2008, 479 с.
2. Чефонов Н.Г., Цуцарин В.В., Жилеев В.Т., Калинов Б.П., Чефонова Т.А., Патент RU 1084038, 1981.
4. Ruecroft G., Hipkiss D., Ly Tuan., Maxted N., Cains P. W. Sonocrystallization: The Use of Ultrasound for Improved Industrial Crystallization, Organic Process Research & Development 2005, 9, pp. 923-932.
5. Kelly D.R., Harrison S.J., Jones S., Masood M.A., Morgan J.J.G. Rapid crystallisation using ultrasonic irradiation - sonocrystallisation. Tetrahedron Letters, 34, №16 1993, pp. 2689-2690.
6. Anderson H.W., Carberry J.В., Staunton H.F., Sutradhar В.C. Crystallization of adipic acid. Patent US 5471001 A, 1994.
7. Bechtel S., Rauls M., Gelder R. Van, Simpson S.C. Crystallization of amino acids using ultrasonic agitation, US 6992216, 2005.
8. Louhi-Kultanen M., Karjalainen M., Rantanen J., Huhtanen M., Kallas J. Crystallization of glycine with ultrasound. International Journal of Pharmaceutics 320, №(1-2), pp 23-29, 2006).
9. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. Москва, РГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 223 С.
10. Doubochinsky D.B., Touzova Т. et dispositifs vibratoire de conditionnement, de climatisation, de refroidissement et de , de de milieux physiques. Brevet Europeen n° 1 216 061 le 24.03.04. Patents: USA N°US 7, 531, 131, B2; Australia N°78038.
11. Doubochinski D.B. Tennenbaum J. New physical effect permits factor-of-ten reduction in energy requirements for cooling. Advanced Materials Research 2014. 875-877 pp. 1842-1846.
12. Doubochinsky D. Bonnes vibrations pour la clim. Clim pratique 77, pp. 5-7, 2006.
13. Hassoun M., Criblage de influant sur la cristallisation par refroidissement d'un produit organique par ultrasons en cristallisoir discontinu et continu. de doctorat, Institut National Polytechnique de Toulouse, pp. 2003-298.
14. Борисов Ю.Я. «Конструктивные особенности газоструйных излучателей» Акустический журнал, 1980, 26, 1, с. 41-47.
Claims (1)
- Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации, характеризующееся тем, что содержит ультразвуковой аэродинамический генератор аэрозоля, в активную зону которого подается концентрируемый раствор; рабочую емкость с кулисами внутри нее, направляющими потоки аэрозоля и паровоздушной смеси; выводной патрубок для сконденсированной, сконцентрированной и охлажденной жидкости, выводной патрубок для паровоздушной смеси.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128915U RU176550U1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128915U RU176550U1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU176550U1 true RU176550U1 (ru) | 2018-01-23 |
Family
ID=61024390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017128915U RU176550U1 (ru) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU176550U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1084038A1 (ru) * | 1982-04-27 | 1984-04-07 | Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" | Устройство дл автоматического управлени процессом кристаллизации |
US7531131B2 (en) * | 1999-12-10 | 2009-05-12 | Tamara Touzova | Method and vibrating device for conditioning, air-conditioning, cooling and decontaminating, disinfecting and sterilization physical media |
EP2055197B1 (fr) * | 2007-10-30 | 2015-05-20 | Roquette Freres | Procédé d'évapocristallisation du maltitol |
-
2017
- 2017-08-15 RU RU2017128915U patent/RU176550U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1084038A1 (ru) * | 1982-04-27 | 1984-04-07 | Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" | Устройство дл автоматического управлени процессом кристаллизации |
US7531131B2 (en) * | 1999-12-10 | 2009-05-12 | Tamara Touzova | Method and vibrating device for conditioning, air-conditioning, cooling and decontaminating, disinfecting and sterilization physical media |
EP2055197B1 (fr) * | 2007-10-30 | 2015-05-20 | Roquette Freres | Procédé d'évapocristallisation du maltitol |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CHINMAY N. GAJENDRAGADKAR et al, Intensified recovery of valuable products from whey by use of ultrasound in processing steps - A review, "Ultrasonics Sonochemistry", 2016, Vol. 32, p.p. 102-118. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6538164B1 (en) | Recovery process for volatile compounds from solids in aqueous solution | |
US2728678A (en) | Process for drying solutions containing crystallizable material, and product produced thereby | |
US6790288B2 (en) | Process and plant for evaporative concentration and crystallization of a viscous lactose-containing aqueous liquid | |
US7122083B2 (en) | Apparatus and process used in growing crystals | |
Gonda et al. | Fabrication of composite particles by liquid–liquid interfacial crystallization using an ultrasonic spray nozzle | |
RU176550U1 (ru) | Устройство для предподготовки раствора к кристаллизации | |
Kudo et al. | Production of fine organic crystalline particles by using milli segmented flow crystallizer | |
JP2005523811A (ja) | 噴霧化利用の結晶システム | |
JP6533936B2 (ja) | 高濃度・多量処理凍結濃縮装置 | |
Alieva et al. | Selective polymorphism of α-glycine by acoustic levitation | |
JPS6350388A (ja) | 単結晶を製造するための方法および装置 | |
Al-khirsan et al. | Extraction of essential oil from Eucalyptus leaves by combination of hydro-distillation and ultrasound-assisted extraction techniques | |
US2970057A (en) | Process for producing crystalline spray dried material | |
JPH0819735A (ja) | 濃縮・分画装置およびそれを用いる濃縮・分画方法ならびに酒類の製造方法 | |
US20090197085A1 (en) | Organic nanoparticles and method of preparation thereof | |
JP7470325B2 (ja) | 容器、乾燥装置、およびセルロースナノファイバーの乾燥物の製造方法 | |
RU2125603C1 (ru) | Устройство для стабилизации виноградных соков и вин от выпадения осадка | |
SU1380797A1 (ru) | Способ распылени жидкостей | |
Durnikin et al. | Preconditioning of a virginiamycin solution for crystallization | |
CN1424995A (zh) | 二胺和二羧酸的盐的生产方法 | |
Hu et al. | Effect of Ultrasound on Lysine Muriate Crystallization | |
CA2981532A1 (en) | Ultrasonic vacuum evaporator | |
RU2126828C1 (ru) | Устройство для обработки соков и виноматериалов в непрерывном потоке | |
KR102544938B1 (ko) | 결정질 l-알라닌의 수득 방법 | |
RU150775U1 (ru) | Устройство для сушки молочно-растительных продуктов |