Термодиффузионные колонны

Разделение смеси, достигаемое за счет непосредственного использования однократной термодиффузии, обычно очень мало, и поэтому величины д всегда близки к единице. Этим и объясняется тот факт, что термодиффузионный метод разделения смесей по существу не находил практического применения до тех пор, пока для умножения эффекта разделения не был применен принцип противотока. Суть противоточного варианта термодиффузионного метода, осуществляемого в вертикальных аппаратах — термодиффузионных колоннах, можно пояснить с помощью схемы, представленной на рис. 43. Разделяемая смесь находится между двумя стенками, одна из которых имеет низ- [c.169]

Рис. 1.18. Схема термодиффузионной колонны периодического действия

Явление термодиффузии, сущность которого состоит в том, что при наличии температурного градиента в смеси, состоящей из нескольких компонентов, возникает градиент концентраций, было открыто Людвигом в 1856 г. После изобретения Клузиусом и Дик-келем (1938 г.) термодиффузионной колонны термодиффузия стала использоваться для разделения газовых и жидких смесей, в том числе нефтяных фракций. [c.64]

Рис. 45. Схема термодиффузионной колонны типа коаксиальных цилиндров

Рис. 43. Схема движения конвекционных потоков вдоль горячей и холодной стенок термодиффузионной колонны

Рис. 46. Схема участка термодиффузионной колонны, состоящей из двух параллельных пластин

Простейшая схема термодиффузионной колонны (ТДК) периодического действия показана на рис. 1.18. В рабочее пространство 1, представляющее собой цилиндрическую или плоскую щель шириной от 0,25 до 2 мм (чаще 0,25-0,5 мм),заливают анализируемое вещество и через камеры 2 и 3 начинают пропускать соответственно хладоагент и теплоноситель. Разность температур теплоносителя и хладоагента обычно составляет от 80 до 150 °С (б отдельных случаях до 200 °С), т. е. градиент температур в слое жидкости составляет от 200-300 °С/мм до 600 °С/мм. [c.24]

Наиболее распространены термодиффузионные колонны, состоящие из двух коаксиальных цилиндров с зазором между ними 0,25—0,5 мм. Разделяемую смесь помещают в пространство между цилиндрами, один из которых нагревают, а другой охлаждают. При этом молекулы одних компонентов перемещаются к холодному цилиндру и благодаря конвекции опускаются вниз, а молекулы других компонентов направляются к горячему цилиндру и концентрируются в верхней части колонны. [c.64]

Термодиффузионные колонны конструктивно обычно выполняются в виде двух типов а) колонны с нагреваемой проволокой, б) колонны типа коаксиальных цилиндров. Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки. [c.170]

При анализе работы термодиффузионных колонн обычно пользуются феноменологической теорией, которая исходит из указанного выше факта, что градиент температур в колонне вызывает градиент концентраций. Работу термодиффузионной колонны в принципе можно сравнить с работой ректификационной колонны. Основное различие, не считая различия в физической природе процессов в обоих случаях, состоит в том, что [c.171]

В соответствии со схемой, предложенной на рис. 45, выделим участок термодиффузионной колонны, состоящей из двух параллельных пластин (рис. 46), находящихся при температуре Г, и Т2 соответственно. Скорость течения газа, заключенного между стенками, определяется следующим уравнением [c.172]

В последнее время в практике глубокой очистки веществ успешно применяют комбинированный способ, получивший название метода термодистилляции. В этом методе термодиффузия осуществляется в сочетании с ректификацией в колонном аппарате типа коаксиальных цилиндров. Процесс разделения в такой термодистилляционной колонне протекает в условиях сосуществования движущихся противотоком жидкости и пара. При этом на пар налагается температурное поле, подобно тому, как это реализуется в рассмотренной выше термодиффузионной колонне для разделения смеси газов. Роль холодной стенки играет поверхность внутренней трубки (цилиндра), температура которой Т путем циркуляции хладоагента поддерживается равной температуре конденсации пара или несколько ниже. В ходе процесса по этой стенке движется в виде тонкой пленки жидкость, образук щаяся в конденсаторе колонны. Температура Т] подбирается таким образом, чтобы на холодной стенке не происходило дополнительной конденсации пара, контактирующего с жидкостью. Горячей стенкой является поверхность внешней трубки, которая обогревается до заданной температуры Гг. В результате общий эффект разделения в колонне будет обусловлен как явлением термодиффузии в паре, так и ректификацией вследствие массообмена между стекающей по холодной стенке жидкостью и поднимающимся в зазоре между трубками потоком пара. [c.181]

Однако если коэффициент переноса Kd приближенно нетрудно вычислить с помощью соотношения (IV.56), то константу В к можно рассчитать лишь при условии, когда эффектом паразитного перемешивания в термодиффузионной колонне можно пренебречь. Так как это условие практически никогда не выполняется, то константу Вк определяют по экспериментальным данным. Для этого выражение (IV.6I) удобнее записать в виде [c.177]

Исходя из (1У.66) —(1У.67) и (1У.64), легко найти, что оптимальное давление моносилана в проведенных опытах для первой системы составляло 1,87-10 Па, а для втором системы—1,93Х Х10 Па. Экспериментальное подтверждение характера теоретически предсказываемой зависимости термодиффузионной колонны от давления находящегося в ней газа является убедительным доказательством достоверности рассмотренной модели процесса разделения. Для повышения разделительной способности термодиффузионных колонн в литературе предлагаются различные усовершенствования к их конструкциям. Так, для уменьшения паразитного перемешивания рекомендуют в ходе процесса осуществлять вращение внешней или внутренней трубки колонны (типа коаксиальных цилиндров) или обеих одновременно. С целью снижения конвективного перемешивания в зазор между трубками иногда вводят перегородки (шайбы). Установлено также, что интенсивность конвективного перемешивания в колонне заметно снижается, если зазор между трубками заполнен насадкой. Но и при этом требование об устранении возможной ацентричности нагреваемой и охлаждаемой стенок остается жестким, поскольку она является основной причиной возникновения нежелательного паразитного перемешивания в колонне. [c.178]

Подобно селективной адсорбции (адсорбционной хроматографии), термодиффузию вначале применяли для смесей легких минеральных масел, а затем и для фракций битумов. Простейшим аппаратом для осуществления термодиффузии является колонна, состоящая из концентрических трубок с хорошо обработанной поверхностью, разделенных узкой кольцевой щелью. Вещество, подлежащее фракционированию, помещают в эту щель и создают температурный градиент. Термодиффузионная колонна в зависимости от задачи разделения имеет разные габариты и температурный режим. Для разделения мальтенов ее высота около 142 см, ширина, кольцевой щели 0,03 см-, объем используемого образца [c.18]

Представляют интерес результаты исследования 10 образцов, отобранных с различной высоты термодиффузионной колонны (табл. 3). Первая фракция получена [c.19]

Разделение многокомпонентных систем в одиночной статической термодиффузионной колонне [c.36]

Разделение в нескольких статических термодиффузионных колоннах [c.37]

В патентной и технической литературе описано несколько видов горизонтальных термодиффузионных колонн для непрерывного разделения жидких систем. Так, в лаборатории университета штата Виргиния разрабо- [c.39]

Термодиффузионные колонны конвекционного типа непрерывного действия [c.41]

Разделению подвергают, как правило, сравнительно узко-кипящие (20-50°С) фракции. При термодиффузии, напр., смеси углеводородов после достижения в системе динамич. равновесия компоненты распределяются по высоте колонны след, образом вверху концентрируются алканы, в средней части-моно- и бициклоалканы, внизу-полициклоалканы. Этот способ успешно используют преим. для препаративного разделения сложных смесей близкокипящих компонентов (напр., 2,4-диметилпентана и циклогексана, т-ры кипения к-рых различаются всего на 0,24 °С) циклоалканов по числу циклов с получением концентратов моно-, бп- и циклоалканов изомеров (напр., цис- и шранс-декалинов) и т.д. Т.р. применяют также для др. целей, напр, для изотопов разделения. Невысокая производительность по сырью термодиффузионных колонн ограничивает возможности применения данного способа в пром-сти. [c.541]

Значительные исследовательские и конструктивные разработки в этой области были проведены фирмой Стандарт ойл оф Огайо . Эта фирма имеет большое число патентов на термодиффузионные колонны непрерывного действия. Так, описан аппарат [16] с параллельными вертикальными стенками, в который разделяемая смесь подается посредине высоты стенок. Разделенные продукты в виде двух фракций отбираются с обоих концов колонны. Опубликовано [39] превосходное исследование, работы пластинчатой колонны непрерывного действия рассмотренного выше [16] типа с центральной подачей исходной смеси. Аналогичные исследования были проведены [И] на аппарате типа труба в трубе, обладающем в основном совпадающими характеристиками. [c.41]

Была исследована [38] термодинамическая эффективность термодиффузионных колонн с центральной подачей питания.Этот анализ приводит к выводу, что лимитирующими факторами нри разделении углеводородных систем являются структурные различия комнонентов, а не конструктивные особенности аппаратуры. В современных термодиффузионных колоннах с центральной подачей исходной смеси достигается высокая степень приближения к термодинамическому пределу. В цитируемой работе приводятся данные о расходе тепла на разделение различных систем нефтяных углеводородов, изменяющемся в пределах 27 000—133 000 ккал л. [c.45]

Разделение осуществляют в термодиффузионной колонне, состоящей из двух коаксиальных цилиндров с зазором между ними 0,25-0,5 мм. Разделяемую смесь помещают в пространство между цилиндрами, один из к-рых нагревают до 120-130 С, а другой охлаждают до 10-15 С. При этом молекулы одних компонентов перемещаются к холодному цилиндру и в результате конвекции опускаются вниз молекулы др. компонентов движутся к горячему цилиндру и концентрируются в верх, части колонны. Осн. закономерности процесса (установлены опытным путем), напр., для горячего цилиндра 1) к нему переносится компонент с меньшими числом атомов С и т-рой кипения 2) при одинаковых t-pax кипения к этому цилиндру перемещается компонент с большим молярным объемом 3) при одинаковых молярных объемах и т-рах кипения к данному цилиндру движется компонент с большей пов-стью молекул. [c.541]

Разделяющая способность термодиффузионной колонны обратно пропорциональна щирине рабочего зазора в четвертой степени и прямо пропорциональна высоте колонны. [c.208]

Рис. 5.13. Принципиальная схема аппарата АТР-3 со ступенчато-противоточным соединением термодиффузионных колонн (А — вариант 1, В — вариант 2) 1 — термодиффузионная колошш 2 — парогенератор 3 — плунжерный насос рециркулятора 4 — отборник 5 — сырьевая емкость. 1 — очищенное масло П — охлаждающая вода И1 — балласт

Из выражения (1У.61) следует, что зависимость фактора разделения термодиффузионной колонны от давления должна проходить через экстремум, т. е. при некотором давлении Ропт разделительная способность колонны будет максимальной (рис. 47). Таким образом, можно записать, что [c.177]

Ббльшая часть экспериментальных исследований была посвящена применению термической диффузии как метода анализа. Действительно, это исключительно ценный аналитический метод. В США и за их пределами было изготовлено несколько сот аппаратов Для лабораторного контроля и исследований. Хотя большинство термодиффузионных колонн иснользо-валось для исследований в области нефтяной промышленности, метод этот был с успехом применен и для анализа многочисленных других жидких смесей как органических, так и неорганических. Помимо использования в аналитической практике, обширные исследовательские работы были посвящены и применению принципа термической диффузии в технологических процессах. В большинстве случаев результаты подобных исследований подробно не публиковались. Поэтому технологи не имели возможности должным образом оценить перспективность процесса термической диффузии и сравнить его с другими методами разделения. [c.26]

Так как термическая диффузия представляет собой необратимый термодинамический процесс, важнейшей статьей экснлуатациопных расходов является потребление тепла. Тепло, необходимое для поддержания перепада температуры, являющегося движущейся силой при разделении, переходит от горячей стенки термодиффузионной колонны к холодной, в результате чего тепловая энергия рассеивается на низкотемпературном уровне и обесценивается. [c.26]

Шафер и Кортер [33] в 1946 г. высказали нредноложение, что разделение орто- и нара-водорода в газовой фазе обусловлено различием энтропий обеих форм. Массы в этом случае одинаковы, но пара-водород имеет большую энтропию, чем орто-водород. Эти авторы предполагают, что концентрирование молекул в термодиффузионной колонне происходит в направлении, ведущем к системе с максимальной энтропией. Поэтому молекулы с большей энтропией должны концентрироваться у холодной стенки, и орто-водород концентрируется в верху колонны Клюзиуса-Диккеля. Однако применение этот теории к рассмотрению более сложных систем наталкивается на ряд трудностей. [c.30]

Хотя для промышленного термодифф узионного разделения смесей обычно строят аппараты непрерывного действия вследствие необходимости производства больших количеств очиш,енных материалов, для аналитических целей периодические термодиффузионные колонны заслуживают предпочтения перед непрерывными. В статической термодиффузионной колонне отсутствует захват продукта, в связи с чем удается полностью разделить взятую загрузку. [c.31]

В рассмотренных выше исследованиях [27] потребовалось применение 10 термодиффузионных колонн и большая продолжительность. В последующем был описан метод, основанный на применении взаимосвязанных колонн, требующий меньше времени и дающий значительно ббльшие по объему фракции, чем окончательные 43 фракции предыдущего исследования. Разделительная эффективность такой системы достаточно высока. Эта система схематично представлена на рис. 15 [13]. Разделяемая смесь периодически вводится в систему из резервуаров. В период, когда сырье не подается, краны на соединительных линиях закрыты. Их открывают только для вытеснения образцов продуктов. Поперечное вытеснение вносит большую степень противотока, чем достигается в обычной конвекционной колонне. Это приводит к увеличению разности состава в противолежанщх по диагонали углах по сравнению с возможной при одиночных колоннах, не взаимосвязанных, но работающих с такой же продолжительностью. [c.39]

Математическая теория термо диффузионной колонны разрабатывалась многочисленными исследователями. В большинстве случаев давали теоретически строгий анализ, но многие из разработанных теорий трудно приЛо жимы на практике. Наибольшую ценность для расчета разделительной способности термодиффузионной колонны имеет метод, разработанный Фрей-зиером (неопубликованные материалы исследовательской лаборатории фирмы Стандарт ойл оф Огайо ). Хотя этот метод математически не вполне строг, он все же пригоден почти для всех случаев практического термодиффузионного фракционирования. Приводимые ниже данные основываются Главным образом на работах Фрейзиера. [c.41]

В большинстве случаев в М участвуют две или более фаз, в к-рых концентрации целевого компонента при равновесии различаются При взаимод двух фаз в соответствии со вторым началом термо 1инамики их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, к-рое характеризуется равенством т-р и давлений фаз, а также равенством хим потенциалов каждого компонента в сосуществующих фазах Движущая с II па переноса к-л компонента из одной фазы в другую - разность химических потенциалов этого компонента во взаимодействующих фазах Переход компонента происходит в направлении убывания его хим потенциала М осуществляется также под действием градиентов электрич потенциалов (при электрофорезе, в электрохим процессах) т-ры (напр, в термодиффузионной колонне для разделения изотопов) и др Однако на практике движущую СИЛ) М обычно выражают через градиент концентраций, что значительно упрощает связь между скоростью процесса и составом технол потоков В ряде случаев использование концентрац движущей силы можно обосновать теоретически [c.654]

Производительность термодиффузионной колонны ограничивается необходимостью поддерживать в ней ламинарный поток, так как при больших нагрузках, т. е. при больших скоростях конвекции, происходит турбулизация потока, и процесс разделения ухудшается. Последнее требование является важнейшим при создании аппаратуры для термодиффузиопного разделения, основным рабочим элементом которой оказывается узкий щелевой зазор, плоский или чаще образованный двумя концентрическими трубами, D котором и происходит процесс (рис. 86). Одна из стенок зазора охлаждается, другая нагревается хладагентом может служить проточная вода, а нагрЕванис осуществляется [c.411]

Термодиффузионная колонна может нредстявлять собой аппарат непрерывного дсйстпип, когда послс достижения -стационарного состояния становится возможным постоянно нподить исходную смесь и выводить из колонны тяжелую и легкую фракции. Для обеспечения высокой степени разделения и очистки термодиффузионные колонны собирают с каскады, причем число колонн в каскаде может быть весьма значительным. [c.412]

Тот факт, что гидродинамические характеристики жидкостей весьма отличаются от таковых для газос, сохранения ламинарного потока в жидкостной термодиффузионной колонне удается добиться, уменьшив ншрину зазора до 0,2—0, i мм. При этом, как уже говорилось выше, такой размер должен быть строго соблюден по всей высоте колонны, стеики которой полируются . [c.413]

Так Лстчер и Мильбергер [12] за 48 ч провели полное разделение искусственной смеси 2,4-диметилпентана (т. кип. 80,5" С) и циклогексанй (т. кип. 80,74 С) состапя 1 1 при помощи цилиндрической термодиффузионной колонны высотой 150 гм, диаметром мм W шириной зазора 0,3 мм, причем чистота полученных фракций превышала чистоту исходных компонентов. [c.413]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология