ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР АФ Российский патент 1997 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к контактным устройствам и предназначено для проведения процессов массообмена в системах жидкость -жидкость.

Целью изобретения является упрощение изготовления контактных цилиндров за счет создания более технологичной формы углублений и интенсификация процесса массообмена за счет турбулизации движущегося по углублениям цилиндра потока скоалесцированной жидкости.

На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого центробежного экстрактора АФ; на фиг.2 контактный цилиндр для случая, когда углубления в теле цилиндра выполнены с внешней (выпуклой) стороны цилиндра, а сами углубления выполнены пильчатой формы; на фиг.3 контактный цилиндр для случая, когда углубления в теле цилиндра выполнены с внутренней (вогнутой) стороны цилиндра, а сами углубления выполнены пильчатой формы; на фиг.4 - вариант выполнений углублений в теле цилиндра трапецеидальной формы; на фиг.5 вариант выполнения в теле цилиндра углублений параболической формы; на фиг.6 вариант выполнения углублений в теле цилиндра овальной формы; на фиг.7 - выполнение углублений в теле цилиндра эвольвентной формы; на фиг.8 фрагмент контактного цилиндра (аксонометрическое изображение), в стенке перфораций вертикальных щелей выполнены углубления круглой формы; на фиг.9 -пакет цилиндров и фрагмент гидродинамической картины, иллюстрирующий работу аппарата.

Центробежный экстрактор АФ содержит кожух 1, установленный на раме 2, ротор 3, внутри которого размещена насадка, выполненная в виде пакета перфорированных цилиндров 4, 5 с углублениями 6 (в центральной части аппарата углубления в теле цилиндров выполнены с внутренней (вогнутой) стороны цилиндров (фиг.3, 9 в периферийной зоне аппарата углубления в теле цилиндров выполнены с внешней (выпуклой) стороны цилиндров, как это показано на фиг.2 4) для коалесценции капель и щелями 7 для прохода жидкостей, каналы 8 для подвода тяжелой фазы в зону контакта, каналы 9 для подвода легкой фазы в аппарат, трубу 10 для вывода легкой фазы и трубу 11 для вывода тяжелой фазы из аппарата, диспергаторы 12, 13, снабженные соплами 14, 15, зону сепарации 16 для легкой фазы и зону сепарации 17 для тяжелой фазы, каналы 18 для перетока легкой фазы из зоны сепарации в камеру сбора 21 и каналы 19 для перетока тяжелой фазы. В камерах 21 и 22 помещены напорные диски 23, 24 для вывода фаз из аппарата. Ротор приводится во вращение от электродвигателя 25.

Углубления выполнены, например, пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы на глубину, например, 0,5-2,0 мм; в стенке перфораций вертикальных щелей цилиндров выполнены углубления, например пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы на глубину, например, 1-5 мм.

В предлагаемом техническом решении углубления в теле цилиндров ( пильчатой и т. д. по тексту формулы изобретения, формы) выполнены на всю высоту цилиндра параллельно оси аппарата и могут быть изготовлены (выполнены) на строгальном станке, который значительно производительнее долбежного станка, менее энергоемок и не требуется изготовление специальной оснастки. Таким образом существенно упрощается изготовление контактных цилиндров.

В предлагаемом техническом решении процесс массообмена интенсифицируется не только за счет многократного обновления поверхности контакта фаз на цилиндре, но и за счет турбулизации потока скоалесцированной фазы при ее перетекании из углубления в углубление 6 при движении потока по цилиндру в направлении щелей 7.

Выполнение стенки перфораций вертикальных щелей цилиндров, например, пильчатой (или иной по тексту формулы изобретения, формы) формы на глубину, например, 1-5 мм позволяет равномерно распределить дисперсную фазу по высоте зоны контакта, обеспечить более однородный (по размерам) дисперсионный состав диспергируемой фазы, что положительно влияет на процесс массообмена.

Аппарат работает следующим образом. При вращении ротора тяжелая фаза по трубе 8 подается в диспергатор 12 и через сопла 14 в виде капель и струй поступает в контактную зону аппарата. Под действием поля центробежных сил капли тяжелой фазы движутся в зоне контакта от центра к периферии ротора (см. фиг. 9), взаимодействуя в противоточном движении со сплошным потоком легкой фазы. Достигнув первого цилиндра, ударяются в слой 27 скоалесцированной в углублениях 6 тяжелой фазы. Далее поток скоалесцированной тяжелой фазы, взаимодействуя в пленочном течении со сплошным потоком легкой фазы, движется в направлении щелей 7, частично турбулизируясь при перетекании из углубления в углубление 6. Турбулизация тяжелой фазы при движении ее по углублениям 6 ведет к обновлению поверхности контакта фаз, следовательно, интенсифицируется процесс массообмена.

Достигнув щелей 7 сплошной поток тяжелой фазы дробится на множество струй в углублениях пильчатой (ступенчатой и т.д. по тексту формулы изобретения) формы. При срыве цилиндра это множество струек тяжелой фазы дробится на капли, которые при своем движении от центра к периферии аппарата достигают следующий цилиндр, где весь процесс повторяется. Достигнув уровня раздела фаз 26, капли тяжелой фазы коалесцируют и далее тяжелая фаза уже в виде сплошного потока движется к периферии ротора, противотоком к дисперсной легкой фазе. Пройдя зону сепарации 17, тяжелая фаза по каналам 19 входит в камеру 22 и с помощью напорного диска 24 по трубе 11 выводится из аппарата.

Легкая фаза по трубе 9 подается в камеру 20 приема легкой фазы, откуда распределяется по диспергаторам 13 и через сопла 15 в виде капель и струй выбрасывается в контактную зону аппарата. Под действием центробежного аналога Архимедовой силы вытеснения капли легкой фазы движутся в направлении оси ротора, в противотоке к сплошной (тяжелой) фазе. Достигнув первого на их пути движения контактного цилиндра, капли легкой фазы ударяются в слой скоалесцированной в углублениях 6 (см. фиг.8) легкой фазы. Скоалесцированная легкая фаза, взаимодействуя в пленочном течении со сплошным потоком тяжелой фазы, движется в направлении щелей 6, частично турбулизируясь при перетекании из углубления в углубление 6. Турбулизация легкой фазы при движении ее по углублениям 6 ведет к обновлению поверхности контакта фаз, следовательно, интенсифицируется процесс массообмена. Достигнув щелей 7, сплошной поток легкой фазы дробится на множество струй в углублениях пильчатой (ступенчатой и т. д. по тексту формулы изобретения) формы. При срыве с цилиндра это множество струй легкой фазы дробится на капли, которые при своем движении к центру аппарата достигают следующий цилиндр, где весь процесс повторяется. Достигнув уровня раздела фаз 26, капли легкой фазы коалесцируют, и далее легкая фаза уже в виде сплошного потока движется к центру аппарата, противотоком к дисперсной (тяжелой) фазе. Пройдя зону сепарации 16, легкая фаза по каналам 18 перетекает в камеру 21, откуда с помощью напорного диска 23 по трубе 10 выводится из аппарата.

Интенсификация процесса массобмена в предложенном экстракторе АФ достигается за счет многократного обновления поверхности контакта фаз при "элементарных" актах:
массоперенос при диспергировании исходной тяжелой фазы;
массоперенос при диспергировании исходной легкой фазы;
массоперенос на участке свободного полета капли;
массоперенос при ударе капли о выступающие грани углублений 6;
массоперенос при ударе капли о поверхность скоалесцированного в углублениях 6 слоя 27 фазы;
массоперенос при коалесценции капли в слое 27;
массоперенос при двухфазном пленочном течении потока фаз через поверхность раздела;
массоперенос за счет обновления поверхности контакта фаз в результате турбулизации скоалесцированной фазы при движении ее по углублениям 6 в направлении щелей 7;
массоперенос при делении сплошного потока скоалесцированной на цилиндре фазы на струйки в углублениях 7;
массоперенос при струйном течении скоалесцированной фазы по углублениям пильчатой (ступенчатой и т.д. по тексту формулы изобретения) формы;
массоперенос при срыве струек с цилиндра и их разрыве на капли;
массоперенос при коалесценции капель на уровне раздела фаз 26.

Область использования. Изобретение может быть использовано в процессах жидкостнойй экстракции в системах жидкость-жидкость. Сущность изобретения: центробежный экстрактор АФ содержит кожух, установленный на раме, ротор, внутри которого размещена насадка, выполненная в виде пакета цилиндров с углублениями и щелями для прохода жидкостей, каналы для подвода жидкостей в аппарат, трубы для вывода фаз, диспергаторы, снабженные соплами, зоны сепарации, каналы, камеры, напорные диски. В теле цилиндра, со стороны движения дисперсной фазы, параллельно оси аппарата, на всю высоту цилиндра выполнены углубления, например, пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы, на глубину, например, 0,5-2,0 мм. В стенке перфораций вертикальных щелей цилиндров выполнены углубления, например, пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической и т.д. формы, на глубину, например, 1-5 мм. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Центробежный экстрактор, содержащий кожух, приемно-выводное устройство, ротор с насадкой, выполненной из концентрически расположенных перфорированных цилиндров, установленных с зазором друг к другу, отверстия перфораций цилиндров выполнены в виде вертикальных щелей, расположенных в шахматном порядке, отличающийся тем, что он снабжен диспергаторами для одновременного диспергирования легкой и тяжелой фаз, расположенными соответственно на периферии и в центре кожуха, каждая вертикальная щель выполнена по всей высоте цилиндра, при этом в теле цилиндра со стороны движения дисперсной фазы параллельно оси аппарата на всю высоту цилиндра выполнены углубления пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической формы на глубину 0,5 2,0 мм. 2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что в стенке перфораций вертикальных щелей выполнены углубления пильчатой, ступенчатой, игольчатой, трапецеидальной, круглой, овальной, параболической, эвольвентной, эллиптической формы на глубину 1 5 мм.