Способ непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата, установка для его осуществления, сорбент этой установки, а также способ транспортировки сорбента в указанном способе непрерывного обогащения и установка для осуществления этого способа транспортировки

 

Может быть использовано в криогенном производстве инертных газов. Способ осуществляют в падающем слое сорбента. Сорбент перемещают через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого сорбента с концентратом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения. Под действием силы тяжести сорбент перемещают через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном. В качестве хладоагента для камеры охлаждения используют жидкий азот, подаваемый под избыточным давлением 0,25-1,5 МПа, а пары азота вдувают в верхнюю часть камеры нагрева. Установка для непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата содержит колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева. Она подключена магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабжена загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента. При этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата. В камере охлаждения установлена ванна, подключенная к источнику жидкого азота и снабженная магистралью вывода газообразного азота. Эта магистраль через блок регулирования давления жидкого азота подключена к основной линии подачи азота в колонну, образующей совместно с упомянутыми магистралями три канала рекуперативного теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны, загрузочным бункером и заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата. Сорбент содержит массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами. Гранулы объединены в группы, заключенные в газопроницаемые защитные оболочки сферической формы из износостойкого материала и частично заполненные углеволокном, причем диаметр оболочек D_об не менее чем в 5 раз превышает условный диаметр гранул D_г. Способ транспортировки продукта осуществляют путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой. Стенки винтового канала выполняют из эластичного материала и кинематически связывают их с вертикальными образующими, которые располагают в точках пересечения винтовой линии и системы вертикальных плоскостей, веерообразно расходящихся от оси винтового канала, при этом указанным образующим сообщают гармонические колебания в продольном направлении во времени. Установка для транспортировки продукта содержит корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод. Установка дополнительно включает вертикальные образующие, по крайней мере две из которых посредством направляющих установлены с возможностью предотвращения их вращения относительно корпуса при допущении их согласованного осевого и радиального перемещения. Винтовой канал выполнен из эластичного материала, закреплен на вертикальных образующих между двумя наклонными к горизонтали и параллельными основаниями. Изобретение позволяет получить продукты, упрощающие технологию их дальнейшей переработки. 5 c. и 21 з.п. ф-лы, 20 ил.

Группа изобретений, характеризуемая единым изобретательским замыслом, относится к криогенному производству инертных газов, а более конкретно - к способам и устройствам получения ксенона на блоках разделения воздуха и к выполнению сорбента, необходимого для этой установки. Группа относится также к способам и установкам для транспортировки продукта (сорбента), применяемого в вышеназванной установке непрерывного обогащения концентрата.

Известен способ извлечения ксенона путем его вымораживания из потока смеси, состоящей преимущественно из воздуха, с последующим прекращением подачи смеси и отбором очищенного ксенона в жидком виде (см. труды МВТУ им. Н. Э. Баумана "Криогенная техника и кондиционирование", Москва-1988, стр. 54 - 60). Этот способ допускает выделение только ксенона, а криптон полностью теряется с примесями. Поэтому в известном способе не может быть получен технический результат, достигаемый предложенным способом.

Известен способ обогащения криптоно-ксенонового концентрата, основанный на адсорбции из смеси отдельных компонентов с последующим отогревом сорбента и улавливанием продукта (см. авт. свид. СССР N 1745313, кл. В 01 D, 53/02, 1992).

В этом способе, применяемом для "бедных" ксеноном концентратов, процесс накопления осуществляется циклически. Из-за периодического изменения режима работы, сопровождаемого поочередной коммутацией нескольких потоков, нарушается технологический режим и растут потери продуктов. Поэтому технический результат, получаемый предложенным способом, в известном способе не достигается.

Известен способ непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата на основе кислорода в падающем слое сорбента, перемещаемого через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого концентрата с сорбентом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения, и последующего перемещения насыщенного сорбента под действием силы тяжести через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном, причем сорбент после камеры нагрева транспортируют в зону загрузки (см. патент Великобритании N 927518, кл. В 01 D, 1963 г.).

При осуществлении известного способа в качестве хладоагента используется жидкий кислород. Это сужает область применения способа, так как предопределяет подачу концентрата, предварительно охлажденного, по крайней мере, до 110 -120 К.

Данный способ является наиболее близким аналогом.

Технический результат, получаемый в предложенном способе, в известном способе не достигается, так как частично обедненная смесь из нагреваемой зоны отводится и в обогащении не участвует. В составе отбираемых продуктов около 50% кислорода. Это затрудняет их дальнейшую переработку в случае относительно большого количества метана, всегда сопутствующего криптоно-ксеноновой фракции.

Задача данного изобретения - разработка технологии непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата в широком диапазоне его начальных температур.

Технический результат, достигаемый изобретением, - получение продуктов, упрощающих технологию их дальнейшей переработки, а также расширение области применения вне зависимости от начальных параметров исходного концентрата.

Дополнительный технический результат - обеспечение блокадного вытеснения кислорода из обедненной смеси, окружающей насыщенный сорбент. Второй дополнительный результат - снижение расхода хладоагента.

Основной технический результат достигается тем, что в способе непрерывного обогащения криптоно- ксенонового концентрата на основе кислорода в падающем слое сорбента, перемещаемого через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого концентрата с сорбентом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения, и последующего перемещения насыщенного сорбента под действием силы тяжести через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном, причем сорбент после камеры нагрева транспортируют в зону загрузки, в качестве хладоагента для камеры охлаждения используют жидкий азот, подаваемый под избыточным давлением от 0,25 до 1,5М Па.

Тот же технический результат, в частных случаях, достигается тем, что в способе непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, характеризуемом вышеперечисленными признаками, в камере нагрева осуществляют дополнительный отбор концентрата, обогащенного остаточными фракциями криптона и ксенона, и направляют этот обогащенный концентрат на рециркуляцию с помощью эжектирования парами азота.

Первый дополнительный технический результат достигается тем, что в верхнюю часть камеры нагрева вдувают пары азота.

Второй дополнительный технический результат достигается тем, что концентрат до контакта с сорбентом предварительно охлаждают до температуры 100 -120 К посредством рекуперативного теплообмена с потоками примесей и паров азота.

Известна установка (колонна) для противоточного контактирования жидкости с сорбентом, в которой происходит непрерывное обогащение смеси отдельными компонентами (см. авт. свид. СССР N 965452, кл. В 01 D 15/04, 1982). Данное устройство приспособлено для работы преимущественно в жидкой фазе. Колонна предназначена для выделения из смеси только одной фракции, поэтому технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, отсутствует.

Известна установка для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, содержащая колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева, подключенную магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабженную загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента, при этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата (см. Головко Г.А. Криогенное производство инертных газов. Л.: Машиностроение, 1983, с.296, рис.7.16).

Данная установка по количеству существенных признаков является наиболее близким аналогом.

Технический результат - получение продуктов, упрощающих технологию их дальнейшей переработки, а также расширение области применения вне зависимости от параметров исходного концентрата в данной установке не достигается. В установке-прототипе часть обогащенной смеси из нагреваемой зоны вынужденно попадает в канал отвода примесей концентрата и покидает колонну. В составе отбираемых продуктов около 50% кислорода. Это затрудняет их дальнейшую переработку в случае относительно большого количества метана, всегда сопутствующего криптоно-ксеноновой фракции.

Задача данного изобретения - разработка конструкции установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата в широком диапазоне его начальных температур.

Технический результат, достигаемый этим изобретением, -получение безопасных продуктов, упрощающих технологию их дальнейшей переработки, снижение расхода хладоагента, а также расширение области применения вне зависимости от начальных параметров исходного концентрата.

Дополнительный технический результат - повышение экономичности.

Основной технический результат достигается тем, что в установке для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, содержащей колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева, подключенную магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабженную загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента, при этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата, в камере охлаждения установлена ванна, подключенная к источнику жидкого азота и снабженная магистралью вывода газообразного азота, которая через блок регулирования давления жидкого азота подключена к основной линии подачи азота в колонну, образующей совместно с упомянутыми магистралями три канала рекуперативного теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны, загрузочным бункером и заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата.

Основной технический результат, в частных случаях, достигается тем, что линии отбора обогащенного концентрата в зоне соединения с колонной выполнены в виде гибких трубопроводов, установленных с возможностью осевого перемещения внутри камеры нагрева через уплотнительные втулки под углом 10 - 30^oC к оси колонны; конечный участок линии подачи паров азота выполнен телескопическим и соосным колонне; в линии подачи жидкого азота между источником и ванной установлен термонасос, выполненный в виде сосуда, снабженного нагревателем и связанного с атмосферой через параллельно расположенные калиброванное отверстие и редукционный клапан, установленный с возможностью поддержания избыточного давления 0,3 - 0,4 МПа, при этом сосуд связан с азотной ванной и источником жидкого азота через обратные клапаны, первый из которых выполнен в виде поплавка, размещенного в полости сосуда; азотная ванна выполнена с развитой наружной поверхностью; камера охлаждения имеет канал отвода примесей, на выходе из которого размещен редукционный клапан, установленный с возможностью поддержания избыточного давления на уровне 500 -1000 Па, между разгрузочным дозатором и загрузочным бункером для сорбента размещена установка для его транспортировки; регулятор давления жидкого азота снабжен тремя последовательно расположенными редукционными клапанами, установленными с возможностью ступенчатого поддержания избыточного давления в пределах 0,05 - 0,25 МПа, причем первый клапан со вторым, а второй с третьим соединены перемычками, подключенными соответственно к дополнительной и основной линиям подачи азота.

Дополнительный технический результат достигается тем, что блок регулирования давления жидкого азота снабжен дополнительной линией подачи паров азота в камеру охлаждения с активным соплом эжектора на конце, а камера нагрева колонны дополнительна снабжено линией отбора обогащенного концентрата, причем первая линия расположена внутри второй с образованием участка пассивного потока в межтрубном пространстве, переходящего в камеру смешения эжектора в зоне вывода магистралей исходной смеси и газообразного азота.

Известен сорбент, состоящий из отдельных элементов, которым придается определенная геометрическая форма (см. авт. свид. СССР N 1022719, кл. В 01 D 15/04, 1983). Технический результат (повышение срока службы подвижного сорбента и уменьшение перетока газа между его гранулами) данным устройством не достигаются.

Известен также сорбент, содержащий массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами (см. авт. свид. СССР N 816517, кл. В 01 D, 53/10, 1981).

Данный сорбент по количеству существенных признаков является наиболее близким аналогом.

Технический результат - (повышение срока службы подвижного сорбента и уменьшение перетока газа между его гранулами) данным типом сорбента не достигается.

Задача данного изобретения - разработка конструкции элементов подвижного слоя сорбента, предназначенного для длительной работы в условиях криогенных температур.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, - повышение срока службы подвижного сорбента и уменьшение перетока газа между его гранулами.

Технический результат достигается тем, что в сорбенте, содержащем массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами, гранулы объединены в группы, заключенные в газопроницаемые защитные оболочки сферической формы из износостойкого материала и частично заполненные углеволокном, причем диаметр оболочек D_об не менее, чем в 5 раз превышает условный диаметр гранул D_г.

Тот же технический результат в частных случаях достигается тем, что сорбент, дополнительно содержит монолитные шарообразные элементы из износостойкого материала, диаметр которых D_эл=0,225D_об.

Известен способ транспортировки продукта путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой (см. патент Великобритании N 1427723, кл. F 04 D 31/00, 1976).

При осуществлении данного способа в качестве движущей силы используется разность гидростатических давлений в отдельных участках винтового канала.

Данный способ является наиболее близким аналогом.

Технический результат, достигаемый в предложенном способе, в этом способе достигнут быть не может, так как при подъеме сыпучих продуктов давления выравняются из-за перетекания сопутствующей среды (воздуха) между гранулами.

Задача данного изобретения - разработка способа подъема разнообразных продуктов в замкнутом винтовом канале.

Технический результат, достигаемый изобретением, - расширение ассортимента подаваемого продукта при достижении изоляции процесса от окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что в способе транспортировки продукта путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой стенки винтового канала выполняют из эластичного материала и кинематически связывают их с вертикальными образующими, которые располагают в точках пересечения винтовой линии и системы вертикальных плоскостей, веерообразно расходящихся от оси винтового канала, при этом указанным образующим сообщают гармонические колебания в продольном направлении во времени.

Тот же технический результат в частных случаях достигается тем, что гармонические колебания во времени сообщают по закону, характеризуемому формулой: Z_i=Acos[360^o(i/n+t/T)], где A-амплитуда; i=I, II, ...n - номер образующей; n - число образующих; Т - период колебаний; t - текущее время; образующие сочленяют с подвижным основанием, при перемещении продукта меняют расстояние между каждой образующей и вертикальной плоскостью, проходящей через линию поворота подвижного основания, по закону, характеризуемому формулой где A-амплитуда;
i=I, II,...n - номер образующей;
n - число образующих;
Т - период колебаний;
t - текущее время;
R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси;
амплитуду вертикальных перемещений образующих определяют из формулы:

где A - амплитуда;
h - шаг винтовой линии;
R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси;
- угол трения продукта в винтовом канале;
амплитуду вертикальных перемещений выбирают, в частности, по формуле
A = Rcos()+h/4
где A - амплитуда;
h - шаг винтовой линии;
R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси;
- угол трения продукта в винтовом канале.

Известны насосы-компрессоры для подачи веществ, рабочие органы которых выполнены в виде винтовых каналов (см. авт. свид. СССР N 1430611, кл. F 01 В 31/00, 1988). Данная установка предназначена для перемещения только жидких и газообразных продуктов. Поэтому технический результат, достигаемый насосом-компрессором, не обеспечивается.

Известны установки для транспортировки продукта, содержащие корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод (см. авт. свид. СССР N 1528969, кл. F 04 F 11/00, 1989).

По количеству существенных признаков данная установка является наиболее близким аналогом.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, в установке-аналоге не достигается. В нем в качестве движущей силы используется разность гидростатических давлений в отдельных участках винтового канала. При подъеме сыпучих продуктов давления выравняются из-за перетекания сопутствующей среды (воздуха) между гранулами.

Задача данного изобретения - создание устройства для подъема разнообразных продуктов в замкнутом винтовом канале.

Технический результат, достигаемый изобретением, - расширение ассортимента подаваемого продукта при достижении изоляции процесса от окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что установка для транспортировки продукта, содержащей корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод, дополнительно включает вертикальные образующие, по крайней мере две из которых посредством направляющих установлены с возможностью предотвращения их вращения относительно корпуса при допущении их согласованного осевого и радиального перемещения, а винтовой канал выполнен из эластичного материала, закреплен на вертикальных образующих между двумя наклонными к горизонтали и параллельными основаниями, по крайней мере одно из наклонных оснований связано посредством подшипника с наклонной шайбой, установленной с возможностью вращения, и приводом рабочего органа, сочлененного с этой шайбой; оно же связано с системой толкателей, и привод рабочего органа сочленен с этой системой; шайба снабжена узлом изменения ее наклона к горизонтали; одна из образующих установлена неподвижно в вертикальном направлении, а ее ось совмещена с осью вращения наклонной шайбы, при этом приемный и напорный патрубки закреплены на этой образующей; винтовой канал размещен на одной оси с колонной установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

Приводимые чертежи иллюстрируют предложенную группу изобретений.

На фиг. 1 показана схема движения потоков и распределение температур при осуществлении описываемого способа непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

На фиг. 2 схематично представлена в разрезе описываемая установка для обогащения криптоно- ксенонового концентрата.

На фиг. 3 показана описываемая установка для транспортировки продукта (сорбента).

На фиг. 4 дана фронтальная, а на фиг. 5 - горизонтальная проекции участка винтового канала с указанием положения образующих в начальный период времени t=0.

На фиг. 6 показана фронтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,25T.

На фиг. 7 - горизонтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,25T.

На фиг. 8 - фронтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,5T.

На фиг. 9 - горизонтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,5T.

На фиг. 10 - фронтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,75T.

На фиг. 11 - горизонтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,75T.

На фиг. 12 в фронтальной проекции изображен вариант осуществления способа транспортировки продукта в замкнутом винтовом канале, при котором образующие расположены на одинаковом расстоянии от оси винтового канала.

На фиг. 13 показан тот же вариант способа в горизонтальной проекции.

На фиг. 14 в фронтальной проекции дан вариант осуществления способа транспортировки, при котором расстояние между образующими и осью винтового канала изменяется.

На фиг. 15 этот же вариант в горизонтальной проекции.

На фиг. 16 в аксонометрии изображен элементарный объем, занимаемый сферическими оболочками с центрами в вершинах тетраэдра. Рисунок иллюстрирует графический прием определения диаметра монолитных шарообразных элементов.

На фиг. 17 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек сферической формы для гранул из полусфер перфорированного металлического листа и кольцевого бандажа.

На фиг. 18 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек сорбента из полусфер, соединенных пустотелой заклепкой.

На фиг. 19 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек из полусферических перфорированных термопластичных элементов, соединенных методом оплавления их кромок.

На фиг. 20 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек для гранул сорбента в виде капсул из металлических сеток с напылением ее участков пластмассой.

Конструкция установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

Установка содержит колонну 1 с поярусно расположенными в ней камерами 2, 3 охлаждения и нагрева. Колонна подключена к источнику 4 исходной смеси в зоне сочленения камер с помощью магистрали 5. Преимущественно, участок 6 подключения (условно точка 6 подключения, см. фиг. 1, 2) расположен в нижней части камеры 2 охлаждения. Колонна снабжена двумя линиями 7, 8 отбора обогащенного концентрата (условно в точках 9, 10 см. фиг. 1, 2). Первая из них предназначена для концентрата, обогащенного криптоном, вторая - ксеноном. Эти линии в зоне соединения с колонной выполнены в виде гибких трубопроводов 11, установленных с возможностью перемещения внутри камеры 3 нагрева через уплотнительные втулки 12, расположенные под углом 10-30 к оси колонны.

В камере 2 охлаждения, в нижней ее части установлена ванна 13 с развитой наружной поверхностью (ребрами 14), подключенная к источнику 15 жидкого азота (выполненного в виде сосуда Дьюара) посредством линии 16 (которая представляет собой частично теплоизолированный трубопровод). Ванна 13 снабжена магистралью 17 вывода газообразного азота, которая через блок 18 регулирования давления азота подключен к основной линии 19 подачи азота в колонну.

Линия 19, совместно с магистралями 5 и 17, образует три канала рекуперативного витого теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны 1 в камере 3 нагрева, а сверху - загрузочным бункером 20 для подачи сорбента. Это пространство заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата, находящимися в противотоке к подаваемой исходной смеси.

Кроме загрузочного бункера колонна снабжена и разгрузочным дозатором 21 для сорбента, представляющего собой массу гранул 22. Соосный колонне 1 конечный участок линии 19 выполнен телескопическим с помощью патрубка 23.

В линии 16 подачи жидкого азота установлен термонасос, выполненный в виде сосуда 24. Он снабжен нагревателем 25 (преимущественно электрическим) и связан с атмосферой через параллельно расположенные калиброванное отверстие 26 и редукционный клапан 27.

Редукционный клапан установлен с возможностью поддержания избыточного давления 0,3 - 0,4 МПа. При этом сосуд 24 связан с азотной ванной и источником жидкого азота через обратные клапаны (первый из которых выполнен в виде поплавка 28, а второй клапан 29 представляет собой широко известную модификацию запорной арматуры. Камера 2 охлаждения имеет канал отвода примесей концентрата. В колонне этим каналом служит внутреннее пространство камеры 2 охлаждения, а вне колонны - магистраль с редукционным клапаном 30. Клапан 30 установлен с возможностью поддержания избыточного давления на уровне 500 - 1000 Па.

Блок 18 регулирования давления жидкого азота снабжен тремя последовательно расположенными редукционными клапанами 31, 32, 33, установленными с возможностью ступенчатого поддержания избыточного давления в пределах 0,05 - 0,25 МПа, причем канал 31 связан с клапаном 32 перемычкой 34, а клапаны 32 и 33- перемычкой 35. Перемычка 35 подключена к основной линии 19 подачи азота, а перемычка 34 - к дополнительной линии 36 подачи азота, которой снабжен блок 18 регулирования.

Дополнительная линия 36 имеет на конце активное сопло 37 эжектора 38, а камера 3 нагрева колонны дополнительно снабжена линией 39 отбора части обогащенного концентрата.

При этом дополнительная линия 36 размещена внутри линии 39 с образованием элемента 40 типа "труба в трубе". Межтрубное пространство этого элемента представляет собой участок 41 пассивного потока, переходящего в камеру 42 смешения эжектора (фиг. 1 ). На фиг. 2 показан вариант выполнения этого узла колонны, при котором линии 36 и 39 порознь подключены к эжектору. Основная линия 19 подачи азота может быть пропущена через азотную ванну 13. Через азотную ванну 13 проходит и магистраль 5. Основная линия 19 подачи азота в ванну введена внутрь колонны в верхней части камеры 3 нагрева (условно в точке 43 фиг. 1). В установке предусмотрено устройство 44 фланцевого типа, в котором смонтированы переходники 45, 46, 47, 48, 49 соответственно для магистрали вывода примесей, магистрали 5, линии 16, основной и дополнительной линий подачи газообразного азота.

Дозатор 21 выполнен управляемым посредством электромагнита 50 и реле 51 времени. Камера 3 нагрева имеет электронагреватель 52. Между дозатором 21 и бункером 20 размещена установка 53 для транспортировки сорбента (конструкция которой подробно раскрыта в соответствующей части описания).

Работа установки для непрерывного обогащения криптоно- ксенонового концентрата
Концентрат из источника 4 вводится в колонну 1 через магистраль 5 подачи исходной смеси 5 (см. фиг.2). В рекуперативном теплообменнике его температура снижается до 100 -120 К за счет теплового контакта с отводимыми примесями в межтрубном пространстве и парами азота в магистрали 17. Далее поток поступает в азотную ванну 13, на выходе из которой его температура близка к 90 К. В нижней части камеры 2 охлаждения концентрат подается в слой движущегося сорбента 22, подаваемого из бункера 20. В процессе контакта с развитой наружной поверхностью 14 ванны 13 сорбент также приобретает температуру 90 К.

В процессе контактирования с исходной смесью в камере 2 охлаждения гранулы 22 насыщаются компонентами концентрата. Причем гранулы 22 сорбента поглощают криптон и ксенон в большей степени, чем другие компоненты. Перетекая в камеру 3 нагрева, они последовательно выделяют криптон и ксенон. Обогащенная этими продуктами смесь отводится по линиям 7 и 8, соответственно. Путем осевого перемещения участков 11 этих линий, выполненных в виде гибких трубопроводов и введенных в камеру 3 нагрева, устанавливают наибольшую концентрацию криптона и ксенона в отбираемых фракциях. В потоке обогащенной смеси ниже линий 7 и 8 может содержаться относительно большое количество ценных продуктов. Для возврата части обогащенного концентрата из камеры 3 нагрева на повторное разделение в камеру 2 охлаждения служит линия 39.

Расход циркулирующего сорбента устанавливается разгрузочным дозатором 21 посредством электромагнитного привода 50. Необходимую продолжительность периодов открытого и закрытого состояния дозатора обеспечивает реле времени 51. После дозатора 21 гранулы сорбента с помощью установки 53 поднимаются в бункер 20 в верхней части колонны 1. В процессе движения гранул через канал установки 53 в бункер 20 (вынужденно) проникает часть обогащенного концентрата из нижней части камеры нагрева 3. Здесь она смешивается с потоком отводящихся примесей и покидает колонну через редукционный клапан 30. Этот клапан создает небольшое избыточное давление, предотвращающее от проникновения в установку окружающего воздуха, и защищает колонну в случае аварийного повышения давления.

Подача азота в ванну 13 осуществляется термонасосом, работа которого (как и других элементов азотного контура) осуществляется следующим образом.

В источнике 15 жидкого азота всегда поддерживается избыточное давления 0,05 - 0,07 МПа. В начальный момент времени давление в полости термонасоса (сосуде 24) равно атмосферному. Под действием этой разности давлений жидкость поступает в предварительно охлажденный сосуд через поплавковый обратный клапан 28. При этом часть паров отводится через калиброванное отверстие 26 в атмосферу. Редукционный клапан 27 и обратный клапан 29 закрыты. При достижении максимального уровня азота в сосуде 24 поплавковый обратный клапан 28 всплывает и прижимается к седлу. Путем включения электронагревателя 25 или за счет естественных теплопритоков давление в полости термонасоса поднимается на 0,35 - 0,4 МПа выше уровня окружающей среды и стабилизируется редукционным клапаном 27. Когда давление в насосе превысит давление в азотной ванне 13, обратный клапан 29 автоматически открывается и жидкость начинает заполнять азотную ванну 13. Электронагреватель 25 выключают, и в дальнейшем давление поддерживается за счет естественных теплопритоков. Расход паров через калиброванное отверстие 26 во много раз меньше, чем объем образующихся паров. Пока в сосуде 24 имеется жидкость, этот поток на процесс работы влияния практически не оказывает.

При расходовании всего запаса жидкого азота в полости сосуда 24 давление в нем начинает падать. Обратный клапан 29 автоматически закрывается, и давление в ванне 13 остается на прежнем уровне. Под действием собственного веса поплавок клапана 28 отходит от седла, и начинается процесс заполнения сосуда 24 азотом из источника 15, что было описано выше.

Блок 18 регулирования давления азота в ванне 13 расположен в теплой зоне за пределами колонны 1. Это во многом упрощает его настройку и допускает использование в качестве редукционных клапанов 31, 32 и 33 распространенной арматуры. Эти клапаны служат для создания двух уровней промежуточного давления теплых паров азота. Избыточное давление 0,02 - 0,05 МПа поддерживают в перемычке 35 для питания линии 19, которая обеспечивает замещение азотом кислорода в верхней части камеры 3 нагрева. Глубина проникновения линии 19 подачи паров азота в камеру нагрева регулируется телескопическим участком 23.

Давление 0,2 МПа в перемычке 34 используется в дополнительной линии 36 для создания рециркуляции части обогащенного концентрата, не попавшего в линии 7 и 8. Дополнительная линия 36 имеет на конце активное сопло 37 эжектора 38, а камера 3 нагрева колонны дополнительно снабжена линией 39 отбора части обогащенного концентрата.

При расширении азота в сопле 37 и восстановлении скорости в камере 42 смешения эжектора давление в участке 41 пассивного потока, межтрубном пространстве элемента 40 типа "труба в трубе" и в линии 39 становится ниже, чем в камере 3 нагрева. Под действием разности давлений поток концентрата из нижней части камеры нагрева поступает на вторичное обогащение (см. фиг. 1, 2).

Для уменьшения тепловых потерь блок 18 регулирования связан с верхней частью камеры 3 нагрева и ванной 13 каналами рекуперативного теплообменника. Они образованы соответственно основной линией 19 подачи паров азота и магистралью 17. Третий канал теплообменника сформирован участком линии 5 подачи исходной смеси. Основной функцией рекуперативного теплообменника, как было показано выше, является понижение температуры исходной смеси концентрата.

Все основные узлы установки смонтированы на фланцевом устройстве 44 посредством подвески на переходниках 45, 46, 47, 48 и 49. Такая компоновка допускает легко извлекать внутренний блок колонны для профилактики, замены сорбента, настройки телескопического участка 23.

Осуществление способа непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

Исходная смесь состоит преимущественно из кислорода и содержит 0,1 - 0,2% криптона, столько же метана и 0,01 - 0,02% ксенона. Она подается в точке 6 с параметрами, близкими к температуре и давлению окружающей среды (фиг. 1). До температуры 100-120 К смесь охлаждается в рекуперетивном теплообменнике обратными потоками примесей, двигающимися вверх через слой сорбента, а также парами азота. Дальнейшее снижении температуры смеси происходит за счет ее теплового контакта с жидким азотом, кипящим в ванне 13 под избыточным давлением 0,25 МПа при температуре около 90 К. Дальнейшее понижение минимальной температуры охлаждения недопустимо из-за опасности сжижения кислорода в контакте с примесями метана.

С параметрами, соответствующими точке 6 (Т=90 К), смесь входит в слой подвижного сорбента. Он движется от загрузочного бункера 20 к дозатору 21 и в момент контакта с продуктом в точке 6 также имеет температуру около 90 К. Криптон и ксенон активно поглощаются на развитой поверхности сорбента, а оставшиеся примеси концентрата отводятся через клапан 30 на соответствующей магистрали. Предварительно они подогреваются до уровня, близкого к температуре окружающей среды, за счет охлаждения слоя сорбента и исходной смеси.

Вдоль камеры 3 нагрева с помощью электронагревателя 52 создается поле температур от 380 до 90 К. По мере движения слоев сорбента по нагреваемой зоне его температура повышается. Последовательно начинаются процессы десорбции азота, кислорода, криптона, а при более высоких уровнях нагрева - ксенона. Это обусловлено зависимостью коэффициентов адсорбции отдельных компонентов от температуры. Такое избирательное выделение составляющих смеси допускает отбор отдельных фракций на определенных участках зоны нагрева: обогащенных криптоном - в точке 9 и ксеноном - в точке 10.

Помимо упоминавшегося потока, образующегося после сорбции из смеси криптона и ксенона, из нагреваемой зоны вместе с сорбентом просачивается поток обогащенной смеси. Он возникает вследствие перетекания концентрата через камеру нагрева. Вследствие подмешивания десорбируемых криптона и ксенона этот поток может иметь в своем составе Kr и Xe в количестве, превышающем их содержание в исходной смеси.

Азот подается в жидком виде в ванну 13 по линии 16 и, испаряясь, покидает колонну по магистрали 17. После сброса давления и охлаждения в рекуперативном теплообменнике часть азота вводится в точке 43 в слой сорбента и служит для замещения в смеси кислорода. Дополнительно другая часть паров азота, обладающего избыточным давлением, подается по линии 36 и используется для создания рециркуляции упоминавшегося потока обогащенной смеси. Поток отбирают из камеры нагрева по линии 39 с помощью эжектирования парами азота. Это способствует возврату газа, содержащего следы криптона и ксенона, для повторного контакта с холодным сорбентом. Такой прием способствует повышению степени поглощения ценных продуктов и повышению экономичности способа обогащения.

Конкретные температуры для смеси, для азота продуктов и сорбента в любой точке колонны по ее высоте H легко определить из схемы распределения температур на фиг. 1.

Конструкция установки для транспортировки продукта
Установка содержит основание 54, корпус 55, рабочий орган в виде винтового канала 56 с заданным шагом навивки, а также привод 57 рабочего органа, жестко связанный с корпусом 55, выполненный преимущественно электрическим. Установка содержит вертикальные образующие 58, расположенные, как правило, внутри корпуса.

В рассматриваемом примере таких образующих восемь (на фиг. 4 -11 они обозначены отдельно в виде римских чисел от I до VIII). Причем по крайней мере две из образующих (показанные на фиг. 2) посредством направляющих 59 установлены с возможностью предотвращения их вращения относительно корпуса (т. е. направляющие препятствуют вращению образующих вокруг вертикальной оси). При этом допускается их осевое и вертикальное перемещение относительно корпуса.

Такая установка образующих достигается с помощью узлов 60 вертикального скольжения и узлов 61 горизонтального скольжения направляющих. Эти узлы связаны с корпусом 55. Винтовой канал 56 выполнен из эластичного материала, например из армированной пластмассы, и закреплен на вертикальных образующих 58. Винтовой канал 56 размещен между двумя (верхним 62 и нижним 63) основаниями, которые размещены наклонно к горизонтали и параллельно между собой. По крайней мере одно из оснований (в рассматриваемом примере - нижнее основание 63) связано посредством подшипника 64 с наклонной шайбой 65 установленной с возможностью вращения, и привод 57 сочленен с этой шайбой.

Такая связь основания с шайбой обеспечивает, при постоянном угле наклона к горизонтали, круговое изменение ориентации основания без его вращения вокруг оси винтового канала. Такое перемещение может быть достигнуто и использованием широко известной системы толкателей (на чертеже не показаны). Шайба 65 снабжена узлом 66 изменения ее наклона к горизонтали. Винтовой канал имеет гибкие приемный 67 и напорный 68 патрубки, подсоединенные соответственно к дозатору 21 и загрузочному бункеру 20 (см. фиг. 2), и узлы 60, 61 предотвращают эти участки от чрезмерной деформации.

В случае исключения сочленения одной из направляющих 59 с узлом 60, образующая 58, связанная с этой направляющей, остается неподвижной в вертикальном направлении, а в случае исключения и узла 61, образующая 58 (связанная с направляющей 59) остается неподвижной и в горизонтальном направлении. В этом случае возможно выполнить статическими и патрубки 67 и 68. Обязательным условием такой привязки к корпусу 55 является совмещение неподвижной образующей с осью вращения наклонной шайбы 65. Верхнее основание 62 (если оно не снабжено приводом) связано с корпусом 55 шарниром 69. Образующие 58 имеют одинаковую длину и установлены между основаниями 62 и 63 на шарнирах 70.

При использовании описываемой установки в качестве составной части установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, она размещена на одной оси с колонной 1 этой установки (см. фиг. 2). Этим достигается компактность и улучшается дизайн последней.

Работа установки для транспортировки продукта
Привод 57, жестко связанный с корпусом 55, приводит в движение наклонную шайбу 65. Вращаясь вокруг оси, она с помощью подшипника 64 приводит к изменению ориентации основания 63. За счет этого образующие 58, установленные между основаниями 62 и 63, совершают перемещения в вертикальном направлении. Изменяется также их расстояние до центральной оси, а более определенно - до вертикальной плоскости, проходящей через линию поворота одного из оснований. Основание 62, связанное с корпусом 55 при помощи шарнира 69, остается параллельным основанию 63. Величина угла наклона оснований может изменяться в зависимости от характера (угла трения) перемещаемого продукта с помощью узла 66. Для определенного режима работы эта величина постоянна.

Образующие 58 имеют одинаковую длину и установлены между основаниями 62 и 63 на шарнирах 70. Поскольку в процессе движения основания 62 и 63 вокруг оси канала не поворачиваются, образующие всегда остаются строго вертикальными. Это достигается, помимо постоянного угла наклона к горизонтали оснований 62 и 63, с помощью направляющих 59 и узлов скольжения 60 и 61. Порция продукта по приемному патрубку 67 попадает в нижнюю часть винтового канала 56. В процессе перемещения образующих 58 порции продукта, окруженные промежутками, заполненными газовой средой, перемещаются вдоль винтового канала. За один период вращения наклонной шайбы 65 продукт поднимается на высоту, соответствующую одному шагу навивки канала. После количества оборотов шайбы, равного числу витков, груз достигнет напорного патрубка 68.

Способ транспортировки продукта.

К транспортерам гранул сорбента в установках разделения газовых смесей предъявляются особые требования. Эти устройства должны обеспечивать герметичность системы и иметь ограниченное число подвижных элементов в рабочей полости. Они также не должны разрушать гранулы (капсулы) сорбента. Аналогичные требования могут быть предъявлены и к другим гранулированным продуктам, например к гранулам удобрения и таким сыпучим материалам, как зерно.

Указанным требованиям во многом отвечает описываемый способ транспортировки продукта в замкнутом винтовом канале. Он основан на чередовании участков с продуктом и промежутков, заполненных сопутствующей средой.

Для осуществления способа необходимы следующие конструктивные условия: ось винтового канала должна быть вертикальна, а сам он выполнен из эластичного материала и связан с вертикальными образующими, равномерно расположенными на пересечении винтовой линии и вертикальных плоскостей, расходящихся от оси винтовой линии (см. фиг. 13). Исходя из этих конструктивных условий разработана технология перемещения твердого материала, в частности гранул, от приемного патрубка 67 к напорному 68 при сообщении образующим необходимого характера гармонических колебаний.

Образующие, несущие винтовой канал, совершают во времени (t) гармонические колебания в продольном направлении по закону Z_i = Acos[360^o (i/n+t/T)] , где i=l, II, III......n - номер образующей, n - число образующих, Т - период колебаний, A - амплитуда. При этом амплитуда вертикальных перемещений образующих определяется условием где - угол трения продукта в винтовом канале. Последняя формула упрощается и значение A округляется в большую сторону для увеличения коэффициента запаса, гарантирующего перетекание сыпучего продукта. В этом случае амплитуда вертикальных перемещений образующих равна A = Rcos()+h/4.
В первом варианте способа расстояние между образующими и осью винтового канала постоянно и равно R (фиг. 13). В другом варианте способа (см. фиг. 15) в процессе движения расстояние x_i между образующими и вертикальной плоскостью, проходящей через линию поворота основания, изменяется по закону

где i=l, II, III......n - номер образующей,
n - число образующих;
Т - период колебаний;
A - амплитуда.

Фиг. 4 -11 иллюстрируют движение винтового канала и последовательность перемещения порции материала (заштрихованный элемент). На этих же рисунках даны в двух проекциях перемещения образующих (в частном случае в количестве восьми) и винтового канала через промежутки времени, равные одной четверти периода. Номера образующих соответствуют фиг. 12 - 15. Удаленные от наблюдателя участки винтового канала показаны в виде штриховой линии. На боковых проекциях в период = 0,25Т видна нижняя часть плоского основания, на котором установлены образующие, в период = 0,25Т - верхняя часть плоскости. Заштрихованный элемент показывает последовательность перемещения продукта по каналу. Каждый раз стремясь занять наиболее низкое положение, продукт после полного периода Т перемещается в вертикальном направлении на высоту h, равную шагу навивки канала.

С учетом использования вышеназванных конструктивных элементов, необходимых для осуществления способа и вышеприведенных формул, сущность способа заключается в следующем.

Продукт подают в винтовой канал с заданным шагом навивки, а затем последовательно принудительно (с помощью привода) перемещают вдоль канала. При этом продукт перемещают порционно, а интервал между порциями заполняется сопутствующей средой, в частности воздухом.

Стенки винтового канала выполняют из эластичного материала, например армированной пластмассы, резины, гофрированного металла и т.п. Винтовой канал кинематически связывают с вертикальными образующими, которые располагают в точках пересечения системы вертикальных плоскостей. При этом вертикальные плоскости выполняют веерообразно (в частном случае равномерно) расходящимися от оси винтового канала.

Образующим придают гармонические колебания в продольном направлении во времени по закону, определяемому формулой
Z_i=Acos[360^o(i/n+t/T)],
где i= l, II, lll......n - номер образующей, n - число образующих, T - период колебаний, A - амплитуда.

Амплитуду вертикальных перемещений образующих можно определить либо по формуле
где - угол трения продукта в винтовом канале, либо по формуле A = Rcos()+h/4.
Характер перемещения образующих может иметь два варианта. В первом - расстояние винтового канала до оси остается постоянным и равным R (фиг. 13). Этот вариант достигается:
- наличием пар направляющих 59 на каждой из образующих 58;
- полной неподвижностью в процессе работы узлов 61 скольжения, которые в этом случае превращаются в регуляторы положения образующих в горизонтальной плоскости;
- отсутствием шарнирных связей 70.

Во втором случае (подробно показанном на фиг. 3) при перемещении продукта изменяют расстояние между образующими и вертикальной плоскостью, проходящей через линию поворота основания, по закону, характеризуемому формулой

На фиг. 13 показана проекция на горизонтальную плоскость винтовой линии и системы вертикальных плоскостей, веерообразно расходящихся от оси О. Данная проекция представляет собой окружность с радиусом R и совокупность лучей, в частном случае расходящихся под одинаковыми углами
= 360^o/n, (1)
где n - число образующих.

Например, для n= 8 эти углы равны = 45^o. В местах пересечения плоскостей и винтовой линии расположены вертикальные образующие. Их проекции в виде точек обозначены римскими цифрами I, II, III, IV...VIII. Принимаем следующую систему координат: ось Z совмещают с осью винтового канала, ось Y - с линией поворота нижнего основания. Подвижная ось X, находящаяся, как и ось Y, в горизонтальной плоскости, всегда проходит через горизонтальную проекцию точки основания с максимальной координатой Z=A.

В начальный момент времени устанавливают величину амплитуды A за счет поворота основания, не связанного шарнирно с образующими, вокруг горизонтальной оси Y на угол (см. фронтальную проекцию фиг. 12). При этом нижние точки образующих VII, VIII и I оказываются выше горизонтальной плоскости, проходящей через Y-Y. Т.е. их координаты Z имеют положительные значения. Для аналогичных точек образующих III, IV, V координаты Z отрицательны, а для образующих II и VI-не меняют своего положения, оставаясь на оси Y-Y. Величина отклонения каждой из образующих по вертикали Z_i зависит от расстояния проекции образующей до оси Y-Y или, иными словами, ее X-координаты. Эти расстояния для точек I и IV обозначены на фиг. 12 в виде отрезков X_I и X_IV. Они отсчитывается вдоль оси X-X и, например, для образующих I, IV и VIII с учетом знака равны +0,707R, -R, и +R, соответственно. Координата X_i для любой из точек может быть представлена в виде зависимости от угловой координаты , в качестве начала которой принята точка VIII. Такая зависимость выражается формулой

в которой, в соответствии с (1) для любой из точек

где i = I, II, III... - номер образующей;
n - количество образующих.

Таким образом, значения координаты X для каждой из образующих выражаются соотношением
X_i=Rcos[360^o(i/n)].

Из фронтальной проекции (фиг. 12) следует, что тангенс (угла наклона основания) равен отношению координат для любой точки Z_i/X_i). Но, в частности, для точек II и VI tg() также равен и отношению A/R. Следовательно, в начальный момент времени t=0 отклонения нижних точек образующих по вертикали (координата Z) будут равны:

При изменении во времени t ориентации основания максимальное отклонение Z_i(MAX), вслед за точкой VIII, последовательно будут занимать точки I, II, III... и т.д. При этом промежуток времени, за который очередная точка займет максимальное перемещение, равное амплитуде A, будет составлять величину
t = T/n, (6)
где Т - период перемещения образующих, по истечении которого система возвращается в исходное состояние. За время t угол изменится на величину = =360^o/n, а за полный период Т - на 360^o.

Для любого произвольного значения времени t величина угла равна
= 360(t/T). (7)
В процессе гармонических колебаний угол однозначно определяет положение образующей, от которой отсчитывается этот угол. В данном случае - это образующая N VIII
Z^o₈ = A; Z^t₈ = Acos[360^o(t/T)]. (8)
Для любой другой образующей закон колебаний будет таким же, но со сдвигом во времени на t = (iT)/n, что соответствует смещению по фазе (см. формулу 3). Вводя в уравнение (8) эту величину фазового угла, получим окончательную зависимость координаты Z для системы из n образующих, равномерно расположенных по окружности, совершающих гармонические колебания с амплитудой A и периодом Т
Z^t_i = Acos[360^o(t/T+i/n)]. (8)
Для второго варианта перемещения образующих, осуществляемого установкой на фиг. 3, характерно шарнирное сочленение образующих и оснований. В отличие от первого варианта обозначим координаты и амплитуду во втором варианте малыми буквами. Тогда, как следует из фиг. 14, при наклоне основания координаты x_i и z_i образующих уменьшатся по сравнению с фиг. 12. Величина x_i в этом случае определяется из отношения сторон подобных прямоугольных треугольников с гипотенузами и X_i, а также катетами R и x_i. Тогда:

С учетом формул (4) и (7), в начальный и произвольный момент времени t


где i=I, II, III......n - номер образующей;
n - число образующих;
Т - период колебаний;
A - амплитуда.

По своей сущности x_i отражает расстояние от любой точки образующей до вертикальной плоскости, проходящей через линию поворота основания.

Анализ упомянутых треугольников на фиг. 14 показывает также, что вертикальная координата любой точки z_i=(Z_i/A)a.

Совмещая эту формулу с полученным выше законом гармонических колебаний (8), получим следующее выражение
z_i=acos[360^o(t/T+i/n)],
из которого следует, что характер гармонических колебаний образующих по вертикали в первом и во втором вариантах идентичен.

Выполнение (конструкция) сорбента.

Сорбент содержит массу гранул 22 (см. фиг. 2) равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью перемещения, например под действием силы тяжести. Каждая гранула выполнена из материала, обладающего адсорбционно - десорбционными свойствами, например из силикагеля. Перспективным представляется использование гранул в сочетании с углеволокнистыми структурами. Последние, обладая высоким коэффициентом адсорбции, способны выполнять функции амортизатора. Отдельные гранулы объединены в группы, заключены в газопроницаемые оболочки 71 сферической формы из износостойкого материала, например металлической сетки, покрытой участками термопластичного материала, либо скрепленных между собой элементов из перфорированного листа.

Эти группы гранул образуют сферические элементы 72. При осуществлении предложенного способа непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата (равно как и для других способов обогащения различных концентратов) определяющее значение приобретает проблема износа гранул сорбента. Проведенные расчеты показывают, что промышленные установки, реализующие вышеназванные способы с расходом концентрата 60 - 120 м³/ч будут иметь поперечное сечение проточной части более квадратного дециметра. В них целесообразно использовать сорбент, заключенный в оболочки вышеописанного типа, диаметр которых в 5 и более раз превышает диаметр отдельных гранул 22. Такие оболочки могут быть выполнены из полусфер 73 из перфорированного металлического листа и кольцевого бандажа 74 (фиг. 17), из полусферы 73 и соединительной пустотелой заклепки 75 (фиг. 18), из полусфер 76 перфорированных термопластичных элементов, соединенных методом оплавления их кромок (фиг. 19), в виде капсулы из металлических сеток 77 и напылением их участков 78 пластмассой (фиг. 20). На фигурах 17 - 20 видна и последовательность изготовления оболочек 71.

Внутрь оболочек могут быть введены углеволокнистые структуры 79. Преимущественно их располагают по периферии элементов 72 с целью амортизации в зоне контакта гранул 22 и оболочек 71. Одновременно углеволокно выполняет и функции сорбента.

Для уменьшения мертвого объема и предотвращения пассивного перетекания потока между укрупненными элементами, между сферическими оболочками дополнительно вводятся шарообразные элементы 80 из износостойкого материала, например пластмассы. Размер шарообразных элементов обосновывается следующим: при плотном смыкании шаров они стремятся образовать регулярную структуру. Ее фрагментом является объемный блок из четырех шаров, центры которых находятся в вершинах правильного четырехгранника - тетраэдра (см. Косоуров Г.С. Кристаллы из шариков /Опыты в домашней лаборатории. Библиотечка "Квант". Вып. N 4, 1981). Каждое из ребер (фиг. 16) равно диаметру шара (в данном случае - D_об). Расстояние от вершины до центра описанной сферы тетраэдра равно (см. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука,1974, табл. 1.10-3). Как следует из построения, диаметр элемента 80, заполняющего пустоту между четырьмя сферическими элементами 72, равен
d=2(L-0,5D_об)=2D_об(0,6214-0,5) 0,225D_об.

При этом количество дополнительных шаров 80 должно быть равным или несколько превышать количество элементов 72, образованных оболочками 71 с гранулами 22 сорбента.

Использование (работа) сорбента
Использование сорбента показано на конкретном примере установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата. Сорбент, в виде гранул 22, заключенных в оболочки 71, представляющий собой элементы 72, поступает из загрузочного бункера 20 в колонну 1 , где охлаждается в камере 2 охлаждения до температуры 90 К. В этот период происходит его контакт с концентратом. При этом сорбент усиленно поглощает криптон и ксенон, свободно проникающие через оболочки 71 как более легко адсорбируемые фракции по сравнению с кислородом, азотом и метаном. Затем насыщенные криптоном и ксеноном элементы 72 попадают в камеру 3 нагрева, где при Т=380 К выделяют сначала криптон, а затем - ксенон.

В нижней части (в точках 9 и 10 фиг. 1) происходит выделение остаточных фракций компонентов, в том числе криптона и ксенона через оболочки 71. Затем элементы 72 через разгрузочный дозатор 21 посредством установки 53 доставляются в загрузочный бункер 20, и цикл повторяется. При перемещении элементов 72 внутри колонны и по винтовому каналу 56 установки 53 оболочки 71 предотвращают гранулы от истирания. Шарообразные элементы 80 препятствуют пассивному перетеканию потока между элементами 72 и уменьшают мертвый объем в колонне 1.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата на основе кислорода в падающем слое сорбента, перемещаемого через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого концентрата с сорбентом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения, и последующего перемещения насыщенного сорбента под действием силы тяжести через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном, причем сорбент после камеры нагрева транспортируют в зону загрузки, отличающийся тем, что в качестве хладоагента для камеры охлаждения используют жидкий азот, подаваемый под избыточным давлением 0,25 - 1,5 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхнюю часть камеры нагрева вдувают пары азота.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камере нагрева осуществляют дополнительный отбор концентрата, обогащенного остаточными фракциями криптона и ксенона, и направляют этот обогащенный концентрат на рециркуляцию с помощью эжектирования парами азота.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрат до контакта с сорбентом предварительно охлаждают до 100 - 120К посредством рекуперативного теплообмена с потоками примесей и паров азота.

5. Установка для непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата, содержащая колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева, подключенную магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабженную загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента, при этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата, отличающаяся тем, что в камере охлаждения установлена ванна, подключенная к источнику жидкого азота и снабженная магистралью вывода газообразного азота, которая через блок регулирования давления жидкого азота подключена к основной линии подачи азота в колонну, образующей совместно с упомянутыми магистралями три канала рекуперативного теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны, загрузочным бункером и заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что линии отбора обогащенного концентрата в зоне соединения с колонной выполнены в виде гибких трубопроводов, установленных с возможностью осевого перемещения внутри камеры нагрева через уплотнительные втулки под углом 10 - 30^o к оси колонны.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что конечный участок линии подачи паров азота выполнен телескопическим и соосным колонне.

8. Установка по п.5, отличающаяся тем, что в линии подачи жидкого азота между источником и ванной установлен термонасос, выполненный в виде сосуда, снабженного нагревателем и связанного с атмосферой через параллельно расположенные калиброванное отверстие и редукционный клапан, установленный с возможностью поддержания избыточного давления 0,3 - 0,4 МПа, при этом сосуд связан с азотной ванной и источником жидкого азота через обратные клапаны, первый из которых выполнен в виде поплавка, размещенного в полости сосуда.

9. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что азотная ванна выполнена с развитой наружной поверхностью.

10. Установка по п.5, отличающаяся тем, что камера охлаждения имеет канал отвода примесей, на выходе из которого размещен редукционный клапан, установленный с возможностью поддержания избыточного давления на уровне 500 - 1000 Па.

11. Установка по п.5, отличающаяся тем, что между разгрузочным дозатором и загрузочным бункером для сорбента размещена установка для его транспортировки.

12. Установка по пп. 5 и 7, отличающаяся тем, что блок регулирования давления жидкого азота снабжен дополнительной линией подачи паров азота в камеру охлаждения с активным соплом эжектора на конце, а камера нагрева колонны дополнительно снабжена линией отбора обогащенного концентрата, причем первая линия расположена внутри второй с образованием участка пассивного потока в межтрубном пространстве, переходящего в камеру смешения эжектора в зоне вывода магистралей исходной смеси и газообразного азота.

13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что блок регулирования давления жидкого азота снабжен тремя последовательно расположенными редукционными клапанами, установленными с возможностью ступенчатого поддержания избыточного давления в пределах 0,05 - 0,25 МПа, причем первый клапан со вторым, а второй с третьим соединены перемычками, подключенными соответственно к дополнительной и основной линиям подачи азота.

14. Способ транспортировки продукта путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой, отличающийся тем, что стенки винтового канала выполняют из эластичного материала и кинематически связывают их с вертикальными образующими, которые располагают в точках пересечения винтовой линии и системы вертикальных плоскостей, веерообразно расходящихся от оси винтового канала, при этом указанным образующим сообщают гармонические колебания в продольном направлении во времени.

15. Способ транспортировки продукта по п. 14, отличающийся тем, что гармонические колебания во времени сообщают по закону, характеризуемому формулой
Zi = A cos[360^o (i/n + t/T)],
где A - амплитуда;
i = I, II, ... n - номер образующей;
n - число образующих;
T - период колебаний;
t - текущее время.

16. Способ по п.17, отличающийся тем, что образующие сочленяют с подвижным основанием, при перемещении продукта меняют расстояние между каждой образующей и вертикальной плоскостью, проходящей через линию поворота подвижного основания, по закону, характеризуемому формулой

где A - амплитуда;
i = I, II, ... n - номер образующей;
n - число образующих;
T - период колебаний;
t - текущее время;
R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси.

17. Способ по пп.14 - 16, отличающийся тем, что амплитуду вертикальных перемещений образующих определяют из формулы

где A - амплитуда;
h - шаг винтовой линии;
R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси;
- угол трения продукта в винтовом канале.

18. Способ по пп.14 - 17, отличающийся тем, что амплитуду вертикальных перемещений выбирают по формуле
A = Rcos()+h/4,
где A - амплитуда;
h - шаг винтовой линии;
R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси;
- угол трения продукта в винтовом канале.

19. Установка для транспортировки продукта, содержащая корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод, отличающаяся тем, что она дополнительно включает вертикальные образующие, по крайней мере две из которых посредством направляющих установлены с возможностью предотвращения их вращения относительно корпуса при допущении их согласованного осевого и радиального перемещения, а винтовой канал выполнен из эластичного материала и закреплен на вертикальных образующих между двумя наклонными к горизонтали и параллельными основаниями.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что по крайней мере одно из наклонных оснований связано посредством подшипника с наклонной шайбой, установленной с возможностью вращения, и приводом рабочего органа, сочлененного с этой шайбой.

21. Установка по п.19, отличающаяся тем, что по крайней мере одно из наклонных оснований связано с системой толкателей и привод рабочего органа сочленен с этой системой.

22. Установка по пп.19 и 20, отличающаяся тем, что шайба снабжена узлом изменения ее наклона к горизонтали.

23. Установка по пп.19 и 20, отличающаяся тем, что одна из образующих установлена неподвижно в вертикальном направлении, а ее ось совмещена с осью вращения наклонной шайбы, при этом приемный и напорный патрубки закреплены на этой образующей.

24. Установка по пп.19 и 20, отличающаяся тем, что винтовой канал размещен на одной оси с колонной установки для непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата.

25. Сорбент, содержащий массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами, отличающийся тем, что гранулы объединены в группы, заключенные в газопроницаемые защитные оболочки сферической формы из износостойкого материала и частично заполненные углеволокном, причем диаметр оболочек D_об не менее чем в 5 раз превышает условный диаметр гранул D_г.

26. Сорбент по п. 25, отличающийся тем, что он дополнительно содержит монолитные шарообразные элементы из износостойкого материала, диаметр которых D_эл = 0,225 D_об.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20