RU2264247C2

RU2264247C2 - Method for purification of liquids and device for its realization-melnikov's distiller

Info

Publication number: RU2264247C2
Application number: RU2003105322/15A
Authority: RU
Inventors: А.С. Мельников (RU); А.С. Мельников; С.В. Митрофанов (RU); С.В. Митрофанов; В.И. Маринин (RU); В.И. Маринин; Я.В. Вержбицкий (RU); Я.В. Вержбицкий
Original assignee: Мельников Анатолий Семенович
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2005-11-20

Abstract

FIELD: chemical, food, medical and oil industries, mainly in the field of analytical chemistry.

SUBSTANCE: the method for liquid purification consists in the fact that liquid distillation is conducted at a low temperature and pressure in the condition of laminar evaporation by combination of temperature and pressure in a sealed system. Low pressure is produced by displacement of atmospheric air from the system by the vapors of the liquid being purified, and the condensation of vapor is carried out by cooling with the aid of ambient air. The device for realization of the method has an evaporator, condenser, heater, pipes and valves, the evaporator is hermitically connected with the aid of pipes to the condenser serving as a vessel for the purified liquid, and the evaporator and the heater are positioned above the condenser.

EFFECT: enhanced quality of liquid purification and process productive capacity, as well as minimized use of electronic mechanical members at a considerable guaranteed service life.

2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способу очистки жидкости и может быть использовано в химической, пищевой, медицинской и нефтяной промышленности преимущественно в области аналитической химии.The present invention relates to a method for cleaning liquids and can be used in the chemical, food, medical and petroleum industries, mainly in the field of analytical chemistry.

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.A known method of purification of a liquid by distillation by partial evaporation of a boiling liquid mixture, continuous removal and subsequent condensation of the formed vapor [1]. The disadvantage of this method is the low degree of purification.

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.A known method of molecular distillation of liquids, based on the separation of liquid mixtures by free evaporation of them in high vacuum at a temperature below their boiling point [2]. The process is carried out with a mutual arrangement of the surfaces of evaporation and condensation at a distance less than the mean free path of the molecules of the distilled substance. The disadvantage of this method is the difficulty of its implementation and the need to maintain a high vacuum.

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.Closest to the proposed is a method of distillation in a stream of water vapor [3]. Bubbles of water vapor sparging through a layer of liquids. During distillation with water vapor, the resulting mixture of water vapor and a volatile component is removed from the apparatus and is subjected to condensation and cooling. The disadvantage of this method is the low degree of purification.

Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение степени очистки жидкостей.The technical result of the proposed method is to increase the degree of purification of liquids.

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.To achieve a technical result, a method for purifying a liquid is proposed, in which a liquid is distilled at a reduced temperature and pressure in a laminar evaporation mode by combining temperature and pressure in a sealed system. The reduced pressure is created by displacing the atmospheric air from the system with the vapor of the liquid being cleaned, and the vapor condensation is carried out by cooling using ambient air.

Теоретическое обоснование предлагаемого способаThe theoretical basis of the proposed method

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.Laminar evaporation is active evaporation without the formation of bubbles. When using laminar evaporation, energy is not wasted on the formation of vapor bubbles, there is no spraying of the cleaned liquid, which increases the degree of purification. In addition, the purification of the liquid in a sealed system allows you to get rid of external contamination of the purified liquid, which also increases the degree of purification.

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.As is known from the Arrhenius equation, K = Aekhr (-E / kT), where K is the rate of the chemical reaction, A is the preexponential factor, E is the activation energy, T is the absolute temperature, k is the Boltzmann constant, and the chemical activity in solutions depends on the temperature increasing exponentially. This means that the activity of the ingredients of the solution being purified increases significantly even with a slight increase in temperature. Ultimately, an increase in the distillation temperature leads to a sharp contamination of the output product. The proposed method allows to lower the temperature of distillation and increase the degree of purification.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что очистку жидкости проводят при пониженной температуре в специальном режиме ламинарного испарения в герметичной системе.The essence of the proposed method is that the liquid is cleaned at a reduced temperature in a special mode of laminar evaporation in a sealed system.

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.In the proposed method for deep purification of a liquid, a combination of temperature and pressure is carried out for laminar evaporation of the liquid, i.e. intensive evaporation without the formation of vapor bubbles. Tanks with cleaned and purified liquids are connected tightly. They create reduced pressure in the system, and the liquid to be cleaned is heated. The degree and speed of liquid purification, as well as the installation of the laminar evaporation mode, are controlled by the temperature of the liquid being cleaned and the pressure in the system. When the evaporator is heated with the liquid to be cleaned, thermal energy flows to the liquid molecules. In the event that the conditions for laminar evaporation are not created, active boiling occurs, in which part of the energy is spent on the formation of vapor bubbles and spraying of the liquid to be cleaned. To achieve laminar evaporation, the power of the supplied energy, the temperature of the liquid being cleaned, and the pressure in the system are chosen so that active boiling does not occur. If active boiling occurs, the pressure is increased until the boiling ends and the pressure reduction process is resumed. Then, the temperature of the liquid being purified is increased until the onset of intense laminar evaporation, i.e. evaporation without the formation of vapor bubbles. Upon accumulation of the required purified liquid, the process is stopped and the purified liquid is recovered for further use. As a result of the implementation of the method receive a liquid of double or triple degree of purification.

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.The device for implementing the proposed method is shown in figure 1, where the evaporator is 1, the condenser is 2, the heater is 3, the tubes are 4, the liquid to be cleaned is 5, the purified liquid is 6, the valves are 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.The evaporator 1 is hermetically connected by means of tubes 4 to the condenser 2. The evaporator is at the same time a container for the liquid to be cleaned, and the condenser is a container for the purified liquid. Both containers and tubes for their connection are made of quartz glass, which ensures chemical inertness of the inner surfaces of containers and tubes. The heater 3 and the evaporator 1 are located in the upper part of the device to eliminate convection heating of the condenser 2. The upper arrangement of the heater 3 helps to create conditions for laminar evaporation, because during thermal radiation, the upper layer of liquid is heated, from which evaporation occurs. The cleaned liquid 5 is poured into the evaporator 1 through the valve 7. The cleaned liquid 6 is drained from the condenser 2 through the valve 8.

Устройство работает следующим способом.The device operates as follows.

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.Tanks with cleaned and purified liquids are hermetically connected. Create reduced pressure in the system. The cleaned liquid is heated. The degree and speed of liquid purification, as well as setting the laminar evaporation mode, is controlled by the temperature of the liquid being cleaned and the pressure in the system. When the container with the liquid being cleaned is heated, thermal energy flows to the liquid molecules. Moreover, if conditions are not created for laminar evaporation, active boiling occurs, in which part of the energy will be spent on the formation of vapor bubbles and the liquid being cleaned. To achieve laminar evaporation, the power of the supplied energy, the temperature of the liquid being cleaned, and the pressure in the system are chosen so that active boiling does not occur. The result is a liquid with a double or triple degree of purification.

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.Example. To perform deep cleaning, 100 ml of distilled water is poured into the evaporator 1 through valve 7, close valve 7 and open valve 8. Heater 3 actively boils water and expels steam through valve 8 of atmospheric air from the system. Close valve 8 and cool the system to room temperature. During vapor condensation, a vacuum is created in the system. After preparing the system for operation through the valve 7, pour 1 liter of purified water into the evaporator. Then increase the temperature of the purified water by the heater 3, achieve the active laminar evaporation of water. When a boil occurs, the water temperature is reduced until the end of the active boil and the process of increasing the temperature is resumed. If it is not possible to eliminate active boiling in the evaporator 1 by changing the temperature, then atmospheric air is let into the system through valve 8 to increase the pressure in the system and the process is resumed until laminar evaporation occurs. During the cleaning process, the purified water accumulates in the condenser 2. When the required amount of purified water is accumulated in the capacitor 2, the process is stopped. The purified water is drained through a valve into a container for further use.

Технической эффективностью предложенного изобретения является увеличение качества очистки жидкости и производительности процесса, а также минимальное использование электронных механических элементов при значительном гарантийном сроке работы.The technical efficiency of the proposed invention is to increase the quality of liquid purification and process performance, as well as the minimum use of electronic mechanical elements with a significant warranty period.

Использованная литератураReferences

1. Багатуров С.А. Теория и расчет перегонки и ректификации. М., 1961 г.1. Bagaturov S.A. Theory and calculation of distillation and rectification. M., 1961

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., 1971 г.2. Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. M., 1971

3. Патент РФ №2045319, МПК В 01 D 3/10, 1995 г. (прототип).3. RF patent No. 2045319, IPC B 01 D 3/10, 1995 (prototype).

Claims

1. The method of purification of liquids, in which the distillation of the liquid by partial evaporation and subsequent condensation of steam, characterized in that the distillation is carried out in the laminar evaporation mode by controlling the temperature of the liquid to be cleaned and the pressure in the system, with the occurrence of active boiling, the pressure is increased until the end of boiling and the pressure reduction process is resumed, then the temperature of the liquid being cleaned is increased until laminar evaporation occurs, while a reduced pressure creates a change the temperature of the vapor of the liquid being cleaned in a sealed system.

2. The device for implementing the method according to claim 1, consisting of an evaporator, a condenser, a heater, tubes and valves, while the evaporator is hermetically connected using tubes to a condenser, which is a container for purified liquid, and the evaporator and heater are located above the condenser.