В приборе Тейлора меня интересует простой способ начать плёнку сразу по всей окружности испарителя. Жидкость из резервуара поднимается насосом, проходит подогреватель и поступает в неподвижный колпачок над центральным испарителем. Через узкую кольцевую щель она распределяется по его наружной поверхности. Остаток возвращается в резервуар, а дистиллят с окружающего конденсатора собирается отдельно. Именно этот циркуляционный аппарат Тейлор описал в работе NBS 1946 года.
Колпачок, кольцевая щель и непрерывная плёнка
Внутренний диаметр распределяющей трубки немного больше наружного диаметра испарителя. Трубка охватывает его верхнюю часть, образуя кольцевой проход. По описанию автора поступающая жидкость создаёт напор, пока суммарный расход через этот проход не сравняется с подачей насоса. При аккуратном изготовлении распределителя плёнка начинается по всей окружности и продолжает стекать вниз.
Я не принимаю этот колпачок за мерную чашку, которая накопила порцию и опрокинулась, или за сифонный сброс. Насос работает импульсами, а распределитель должен поддерживать непрерывное питание плёнки. Для этого нужны подходящие свойства жидкости, подача и аккуратный кольцевой проход. Само наличие колпачка не превращает любой пульсирующий расход в идеально постоянный: количественной характеристики сглаживания пульсаций автор не приводит.
В увеличении 10 показаны только стенка колпачка, верх испарителя и заполненный жидкостью зазор; это не отдельный аппарат. Сплошные коричневые линии обозначают циркуляцию, зелёная штриховая — отдельный дистиллят, синие короткие штриховые стрелки — пар. Ветвь кольцевого сбора дистиллята показана с одной стороны; обе стороны конденсатора принадлежат общей цилиндрической поверхности.
Устройство и разделение потоков
- Испаритель. В статье это стеклянная трубка с тонко матированной наружной поверхностью. Внутри расположен электрический нагреватель; медная набивка служит распределению тепла. Этот признак относится к конкретному прибору, а не ко всем плёночным испарителям.
- Конденсатор. Он расположен снаружи, концентрически охватывает испаритель и имеет водяную рубашку. Здесь нельзя переносить «холодный центральный цилиндр» из соседних щёточного и роликового аппаратов.
- Остаток. Один из двух нижних концентрических желобов направляет неперегнанную жидкость обратно в резервуар. На этой линии предусмотрен охладитель, применяемый при необходимости. В ходе работы это циркуляционный поток; самостоятельный непрерывный вывод тяжёлого продукта не показан.
- Дистиллят. Другой желоб ведёт к капельному счётчику и фракционному сборнику с ампулами. Исходный рисунок и описание подтверждают отдельный сбор дистиллята и остатка, но не абсолютное отсутствие задержки или обмена парами.
- Насос и подогрев. Соленоид приводит полый поршень с клапаном. Подача возвращается из резервуара через насос и подогреватель к головке. Работу насоса я рассматриваю здесь как подачу в циркуляционный контур, отдельно от конструкции его электропривода и клапанов.
Циклическая работа и ограничения
В циркуляционной схеме остаток повторно проходит испаритель, пока дистиллят отводится отдельно. Поэтому я не приравниваю короткий проход по горячей поверхности к малому суммарному тепловому воздействию за всю разгонку. У резервуара, насоса, питающей линии и самой плёнки есть собственные задержки. Время обхода всего контура и время пребывания порции на испарителе — разные величины; повторный круг не стирает предыдущее нагревание.
Я отдельно проверяю начало плёнки по окружности и сохранение смачивания по высоте. Хорошее распределение наверху ещё не доказывает, что ниже не появятся сухие участки или струйки. Современное описание падающих плёнок GEA также подчёркивает необходимость достаточного смачивания всей нагреваемой поверхности и подходящего распределителя. Однако у аппаратов GEA другая компоновка и парожидкостный режим. Я использую это сопоставление только для общего требования к смачиванию, а не для переноса размеров, производительности или способов регулирования на прибор Тейлора.
Колпачок Тейлора я также отличаю от грибовидной головки Детвайлера — Мерклея, упомянутой во вступлении его статьи. Там автор сначала сопоставляет чужие способы распределения, а затем переходит к собственному кольцевому проходу. Смешав эти описания, легко получить вполне убедительную схему аппарата, которого в статье не было.
Связанные разборы
- Плёночный испаритель Semon с перекатывающимися палочками
- Циклическая короткопутная разгонка остатка
- Молекулярная перегонка: короткий путь и условия переноса
Связанный самостоятельный аппарат: Переворачиваемый полумикроприбор Брегера.
Источники и материалы
Литература
- John Keenan Taylor. A Simple Cyclic Falling-Film Molecular Still. Journal of Research of the National Bureau of Standards 37, 173–176 (1946), RP1739. С. 174–175, раздел II и рис. 1: распределитель, циркуляционный контур и раздельный сбор продуктов.
- Е. Перри. «Перегонка в высоком вакууме», в кн. «Перегонка» / под ред. А. Вайсбергера, 1954, с. 451, раздел «Конструкция Тейлора», рис. 25.
- GEA, Falling film evaporator. Современное описание падающей плёнки и требований к смачиванию; аппарат иной компоновки и режима.