Изобретение относится к ректификационным колоннам для разделения бинарных и многокомпонентных смесей на компоненты, которые используются в пищевой, парфюмерной, химической и нефтегазоперерабатывающей промышленностях.

Известный ректификационной аппарат, содержащий емкость для обрабатываемой смеси, вентиль для заливания-сливания обрабатываемой смеси, нагреватель, укрепляющую колонну и холодильник (Авторское свидетельство СССР на изобретение N° 58911 от 31.01.1941 г. "Способ и устройство для концентрации главных примесей при периодической ректификации спирта").

Известный ректификационной аппарат имеет тот недостаток, что он сравнительно неэнергоеффективный, а его настройка определяется уровнем атмосферного давления окружающей среды, что приводит к необходимости корректировок рабочей системы этого устройства при изменениях атмосферного давления.

В основу заявляемого изобретения, поставлена задача технической разработки устройства для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей, которое бы не имело приведенных недостатков.

Поставленная задача достигается технической разработкой устройства, суть которого объясняется схематическим изображением на фигуре 1.

Устройство для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей с принудительной подачей воздуха (далее также именуется "устройство"), содержащее емкость для обрабатываемой смеси (1), не менее чем один вентиль для заливания-сливания обрабатываемой смеси (2), нагреватель (3), укрепляющую колонну (4) и холодильник (5), отличается тем, что дополнительно содержит термометр обрабатываемой смеси (6), термометр воздушно-паровой смеси (7), отверстие подачи сжатого воздуха (8), блок управления (9), вентиль регулирования давления укрепляющей колонны (10) и емкость для конденсата (11).

Термометр обрабатываемой жидкости и термометр воздушно-паровой смеси состоят из измерительного датчика и устройства визуализации значений этого датчика, которые могут быть выполнены как в одном корпусе, так и раздельно, с возможностью передачи температурных данных на блок управления.

Блок управления процессом ректификации, содержащий выключатель для управления нагревом, может быть оснащен приспособлением для управления мощностью нагрева, и может включать блок автоматической обработки информации и автоматического управления процессом ректификации. При этом, в возможном варианте выполнения устройства как бытового, такое устройство может функционировать и без блока управления. По техническому решению заявляемого устройства, отверстие подачи сжатого воздуха расположено в верхней части емкости для обрабатываемой смеси. Вместе с тем, не исключена возможность расположения этого отверстия и в другом месте емкости.

Для улучшения перемешивания воздушно-паровой смеси, конструкция устройства может включать распылители или иные соответствующие приспособления.

В устройстве объем сжатого воздуха, подаваемого через отверстие (8), имеет предустановленное значение, вместе с тем, не исключена возможность оснащения устройства приспособлениями для регулирования этого значения.

Также не исключается возможность регулирования давления укрепляющей колонны, которая в устройстве по заявляемому техническому решению имеет заранее установленную настройку.

Нагреватель в устройстве расположен внутри емкости для обрабатываемой жидкости. Вместе с тем, нагревателем может быть внешний источник тепловой энергии.

Для ускорения испарения, в составе устройства может быть также другое оборудование.

Для приведения устройства в действие, в емкость для обрабатываемой смеси подают обрабатываемую смесь через вентиль для заливания-сливания смеси. После чего включают нагреватель, и, через отверстие подачи сжатого воздуха, подают воздух.

В процессе нагрева обрабатываемой смеси, изменение указателей температуры отображается на термометре обрабатываемой смеси.

При нагревании, часть обрабатываемой смеси приобретает состояние пара. Пар обрабатываемой смеси является бинарной или многокомпонентной смесью, содержащей в своем составе компоненты, отличающиеся температурой кипения. В емкости для обрабатываемой жидкости пар смешивается со сжатым воздухом, превращаясь в воздушно-паровую смесь компонентов, имеющих разную температуру кипения. Под действием избыточного давления, создаваемого в результате подачи сжатого воздуха, смесь поступает в укрепляющую колонну.

В укрепляющей колонне происходит ректификация воздушно-паровой смеси, в процессе которой, путем частичной конденсации, смесь разделяется на воздушно- паровую смесь компонента с более низкой температурой кипения и флегму. Флегма - это жидкость, которая состоит из компонента (компонентов) с более высокой температурой кипения. Воздушно-паровая смесь компонента с более низкой температурой кипения, за счет избыточного давления в укрепляющей колонне, перетекает в холодильник. Флегма стекает в емкость для обрабатываемой жидкости, и растворяется в обрабатываемой смеси (по необходимости, флегму собирают в отдельную емкость для проведения дальнейшей обработки). Изменение указателей термометра воздушно-паровой смеси сигнализирует, что воздушно-паровая смесь компонента, имеющего более низкую температуру кипения, поступает в холодильник. Давление воздушно-паровой смеси регулируют вентилем.

В холодильнике воздушно-паровая смесь компонента с более низкой температурой кипения разделяется на конденсат компонента и воздух. Создаваемый конденсат компонента с более низкой температурой кипения, вместе с воздухом, вытекает из холодильника. Конденсат компонента с более низкой температурой кипения собирают в емкость для конденсата. В результате ректификации, объем компонента с более низкой температурой кипения уменьшается.

В отличие от упомянутых аналогов, заявляемое техническое решение устройства для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей с подачей воздуха имеет следующие преимущества:

1. Воздушно-паровая смесь относительно насыщенного пара имеет сравнительно меньшие удельную плотность и сопротивление, и большую способность конденсироваться, что существенно влияет на режим энергосбережения, то есть для проведения ректификации расходуется меньше энергии.

2. Подача воздуха под давлением и возможность регулирования давления в укрепляющей колонне позволяет существенно уменьшить количество тепловой энергии, необходимой для проведения ректификации, и полностью исключает нежелательное воздействие изменений атмосферного давления окружающей среды, которые могут влиять на процесс ректификации.

3. Конструкция ректификационной колонны позволяет в случае необходимости проводить частичную или полную замену обрабатываемой смеси, с целью непрерывности процесса или повторения цикла обработки, а в случае обработки многокомпонентной смеси в установках периодического действия - перейти к выполнению цикла с другими температурными или количественными показателями, без замены или изменения обрабатывающей смеси.

Фигура черчения:

Фиг. 1. Схематическое изображение устройства для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей с принудительной подачей воздуха.

1 - емкость для обрабатываемой смеси; 2 - вентиль для заливания-сливания обрабатываемой смеси; 3 - нагреватель; 4 - укрепляющая колонна; 5 - холодильник; 6 - термометр обрабатываемой смеси; 7 - термометр воздушно-паровой смеси; 8 - отверстие подачи сжатого воздуха; 9 - блок управления; 10 - вентиль регулирования давления укрепляющей колонны; 11 - емкость для конденсата.

Промышленная применимость заявляемого технического решения подтверждена испытаниями действующего экспериментального образца устройства, с помощью которого, в результате ректификации браги, была отделена головная фракция, и получен спирт, крепостью 96,4%, в количестве, соответствующем расчетному.

Таким образом, был получен высококачественный этиловый спирт, минуя традиционный процесс дистилляции обрабатываемой жидкости до уровня спирта- сырца. Путем изменения параметров температуры обрабатываемой смеси и объема сжатого воздуха, в процессе ректификации был получен питьевой спирт с органолептическими характеристиками, присущими так называемым "благородным дистиллятам".

Устройство для ректификации по заявляемому техническому решению может быть изготовлено с использованием нержавеющей стали и/или стекла на любом производстве, оснащенном механизмами и инструментами для механической обработки материалов. Также для изготовления устройства могут быть использованы, с незначительной переработкой, любые ректификационные колонны.

Устройство для ректификации бинарных и многокомпонентных смесей с принудительной подачей воздуха может быть использовано в пищевой, парфюмерной, химической и нефтегазоперерабатывающей промышленностях.