МНОГОФАЗОВЫЙ ЭКСТРАКТОР Российский патент 2001 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к аппаратам для обработки веществ, более конкретно к многофазовому экстрактору, который может найти применение в химической, гидрометаллургической, микробиологической и других областях промышленности для разделения, экстракции, концентрирования и очистки веществ.

Известен многофазовый экстрактор, включающий камеры, снабженные диспергирующими приспособлениями и патрубками для подачи и отвода первой и второй дисперсных фаз (см. Теоретические основы химической технологии, 1984 г., т. 18, N. 6, стр. 736 - 738).

Известный многофазовый экстрактор нуждается в усовершенствовании в отношении производительности и в расширении эксплуатационных возможностей для многостадийных процессов. Т.е. его эффективность не удовлетворяет все растущим требованиям.

Задачей изобретения является повышение эффективности многофазового экстрактора. Кроме того, задача изобретения заключается в разработке многофазового экстрактора для осуществления непрерывной многокомпонентной экстракции.

Поставленная задача решается в многофазовом экстракторе, включающем камеры, снабженные диспергирующими приспособлениями и патрубками для подачи и отвода первой и второй дисперсных фаз, за счет того, что содержит, по меньшей мере, две камеры, верхние и нижние части которых сообщены с помощью соединительных каналов, при этом камеры выполнены с отдельными зонами, размещенными у выпускных отверстий соединительных каналов.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения верхняя и нижняя части второй камеры сообщены с третьей камерой.

Предпочтительно камеры выполнены в одном корпусе и отделены друг от друга посредством совместной стенки.

Дальнейшая форма выполнения изобретения отличается тем, что под первой ступенью, включающей камеры с сообщенными друг с другом нижними и верхними частями, размещены дальнейшие ступени, установленные одна за другой, причем ступени включают соединенные друг с другом камеры и сообщены друг с другом через перфорированные ситовые тарелки, через которые проходят диспергированные фазы.

Предпочтительно многофазовый экстрактор содержит соединительные трубки, установленные на перфорированных тарелках и служащие для подачи непрерывной фазы на отдельных ступенях, и установленные на корпусе патрубки для подачи и отвода непрерывной фазы.

За счет выполнения экстрактора с отделительными зонами, размещенными у впускных отверстий соединительных каналов соответственно переливов, предотвращается перенесение капелек циркулирующим потоком непрерывной фазы из одной камеры в другую. Этому способствует также размещение обеих камер в одном корпусе, подразделенном посредством совместной разделительной стенки. При этом проходное сечение выполненных в качестве переливов соединительных каналов существенно увеличивается, и снижается скорость потока непрерывной фазы на переходе из одной камеры в другую.

За счет сообщения второй камеры с третьей создана принципиально новая многокамерная система с совместной центральной, второй камерой. Эта конструкция вместе с патрубком для подачи и отвода третьей диспергированной фазы и дисергирующими приспособлениями позволяет осуществить непрерывную многокомпонентную экстракцию.

Благодаря соединению камер на их верхнем и нижнем концах возможно осуществление разных вариантов процесса. Например, в качестве исходного раствора можно использовать вторую диспергируемую фазу. Отделенные от нее компоненты тогда через непрерывную фазу переходят в первую и третью диспергированные фазы. Согласно другой альтернативе исходную смесь можно подавать в виде непрерывной фазы, причем разные компоненты данной непрерывной фазы экстрагируются разными диспергированными фазами.

Наличие дополнительных камер аналогичной конструкции, установленных под первой и второй камерами (последовательное включение нескольких ступеней) позволяет осуществить в многофазовом экстракторе многостадийные процессы разделения веществ. Выполнение экстрактора с патрубком для подачи и отвода непрерывной фазы и соединительными трубками для ее подачи с одной ступени на другую создает условия для осуществления процессов разделения путем метода с использованием жидкой мембраны и трехфазной экстракции.

На фиг. 1 - 3 представлены схемы трех возможных вариантов выполнения предлагаемого многохфазового экстрактора, а на фиг. 4 - 6 - формы выполнения многофазового экстрактора.

Фиг. 1 показывает одноступенчатый экстрактор для осуществления процессов разделения веществ со стационарной, циркулирующей непрерывной фазой, служащей в качестве жидкой мембраны.

Фиг. 2 и 3 показывают многоступенчатые трехфазовые экстракторы, в которых камеры размещены в одном корпусе.

В экстракторе согласно фиг. 2 камеры ступеней разделения отделены друг от друга посредством совместной разделительной стенки, выполненной в виде вертикальных стенок 16. В экстракторе согласно фиг. 3 разделительная стенка выполнена в виде центральной, концентричной трубы 16. В данном случае одна из камер 1 находится в кольцевом наружном пространстве, причем другая камера 2 находится в центральной трубе 16, то есть экстрактор выполнен в виде цилиндрической колонны.

Согласно всем формам выполнения трехфазовый экстрактор включает первую 1 и вторую 2 камеры с диспергирующим приспособлением 3 в каждой камере. Верхние и нижние части камер 1, 2 соединены посредством соединительных каналов соответственно переливов 4. В зависимости от диспергированной фазы поверхность раздела контактируемых фаз должна находиться или над, или под каналами, соединяющими камеры 1, 2. Камеры 1, 2 трехфазового экстрактора снабжены отделительными зонами 6, 7, выполненными у впускных отверстий соединительных каналов 4 соответственно переливов. Экстрактор имеет патрубки 8, 9 для подачи и патрубки 10, 11 для отвода первой и второй диспергированных фаз.

Многоступенчатый экстрактор согласно фиг. 2, 3 представляет собой систему последовательно включенных дальнейших камер 1, 2, установленных под верхними первой 1 и второй 2 камерами. Кроме того, он включает патрубки 12 для подачи и патрубок 13 для отвода непрерывной фазы и соединительные трубки 14 для подачи непрерывной фазы (с одной ступени на другую) между верхними и нижними камерами. Камеры 1, 2 разных ступеней сообщены друг с другом через перфорированные (ситовые) тарелки 15, служащие в качестве диспергирующего приспособления между смежными камерами. На каждой ступени камеры 1, 2 разделены друг от друга посредством совместной разделительной стенки 16, причем каждая стенка 16 установлена над нижней перфорированной тарелкой 15 и под верхней перфорированной тарелкой 15.

Принцип работы трехфазового экстрактора следующий.

Первую и вторую камеры наполняют непрерывной фазой. По патрубкам 8, 9 и диспергирующим приспособлениям 3 в камеры подают первую и вторую подлежащие диспергированию фазы. В зависимости от плотности контактируемых жидкостей капельки диспергированной фазы перемещаются вверх или вниз в камерах 1, 2, и коалесцируют на поверхности 5 раздела фаз. В многоступенчатом устройстве описанный процесс диспергирования и коалесценции повторяется на каждой ступени. При этом подлежащая диспергированию фаза диспергируется в камерах второй ступени и последующих ступеней (в соответствии с направлением перемещения фаз) посредством перфорированных тарелок 15. Обе диспергированные фазы отводят из экстрактора через патрубки 10, 11.

При перемещении капелек через камеры 1, 2 образуются эмульсии разной плотности. Вследствие этого в непрерывной фазе возникают направленные вверх соответственно вниз потоки, что приводит к циркуляции непрерывной фазы между камерами 1, 2 через отделительные зоны 6, 7, размещенные у впускных отверстий соединительных клапанов 4.

При проходе через отделительные зоны 6, 7 камер 1, 2 отделяются унесенные непрерывной фазой капельки диспергированной фазы. Это позволяет заметно снизить потери эффективности процесса разделения, возникшие вследствие смешивания потоков первой и второй диспергированных фаз.

Унос капелек диспергированной фазы зависит от скорости потока непрерывной фазы в отделительных зонах 6, 7 и в соединительном канале 4. Вследствие разделения камер 1, 2 посредством размещенной в корпусе разделительной стенки 16 (см. фиг. 2 и 3) значительно увеличено поперечное сечение соединительных каналов 4, что приводит к дальнейшему снижению скорости циркуляции непрерывной фазы, и достигается еще более хорошее отделение капелек. Это представляет собой простое и эффективное выполнение отделительных зон 6, 7 в виде перелива жидкости для диспергированных фаз.

Трехфазовый экстрактор можно использовать в качестве устройства для разделения веществ с помощью жидких мембран, а также в качестве устройства для многофазной экстракции.

В первом случае исходный раствор (фазу рафината) подают в камеры 1, 2 в виде диспергированной фазы. Подлежащее экстракции вещество экстрагируется непрерывной фазой. Вещество, экстрагированное циркуляцией непрерывной фазой (в данном случае служащей в качестве жидкой мембраны), переносится в другую камеру, где осуществляется повторная экстракция второй диспергированной фазой (фазой экстракта). При этом циркулирующая непрерывная фаза может быть стационарной (фиг. 1) или проходящей (фиг. 2, 3). В последнем случае исходный раствор, содержащий, по меньшей мере, два компонента, подают в экстрактор по патрубку 12 (фиг. 2, 3), и подлежащие экстракции компоненты разного рода экстрагируются разнообразными диспергированными фазами в камерах 1, 2. В многоступенчатом колоночном устройстве происходит противоточное контактирование непрерывной и диспергированной фаз. При этом непрерывная фаза течет с одной ступени на другую по соединительным трубкам 14, установленным между верхними и нижними камерами, и покидает устройство через патрубок 13.

Описанный многофазовый экстрактор позволяет эффективно осуществлять процессы разделения при большой разности соотношения фаз рафината и экстракта.

На фиг. 4 представлен одноступенчатый экстрактор для осуществления многокомпонентной экстракции. При этом плотности всех диспергированных фаз должны превышать плотность непрерывной фазы. Последняя представляет собой фазу рафината, а диспергированные фазы - фазы экстракта. Согласно фиг. 5 и 6 все камеры экстракта установлены в колонне.

Разрез согласно фиг. 6 показывает форму выполнения экстракта, согласно которой камеры размещены в цилиндрической колонне. При этом первая 1а и третья 3а камеры находятся в кольцевом пространстве, в то время как вторая камера 2а размещена в центральной трубе.

Принципиально многофазовый экстрактор соглсно фиг. 4 - 6 состоит из первой 1а, второй 2а и третьей 3а камер, причем каждая из камер снабжена диспергирующим приспособлением 4а. Верхние и нижние части первой 1а и третьей 3а камер сообщены со второй камерой 2а. Экстрактор снабжен патрубками 6а, 7а, 8а для подачи и патрубками 9а, 10а, 11а для отвода первой, второй и третьей диспергированных фаз.

Многофазовый экстрактор согласно фиг. 5 включает дополнительные камеры 1а, 2а, 3а, размещенные под тремя камерами первой ступени. Кроме того, он снабжен патрубками 12а для подачи и 13а для отвода непрерывной фазы.

Принцип работы многофазового эстрактора согласно фиг. 4 - 6 следующий.

Первую 1a, вторую 2а и третью 3а камеры наполняют непрерывной фазой. По патрубкам 6а, 7а, 8а и через диспергирующие приспособления 4а вводят первую, вторую и третью подлежащие диспергированию фазы. В зависимости от плотности контактируемых жидкостей капли диспергированных фаз перемещаются вверх или вниз в камерах 1а, 2а, 3а, и коалесцируют на поверхностях раздела фаз. В многофазовом экстракторе процессы диспергирования и коалесценции повторяются на каждой ступени. При этом диспергирование диспергируемой фазы осуществляется в камерах второй ступени и последующих ступеней при проходе через перфорированные тарелки 14а, отделяющих камеры смежных ступеней друг от друга. Первую, вторую и третью фазы отводят по патрубкам 9а, 10а, 11а.

За счет разности в плотностях эмульсий, находящихся в камерах 1а, 2а, 3а, во второй камере 2а возникает направленный вниз поток непрерывной фазы, а в первой 1а и третьей 3а камерах непрерывная фаза течет вверх, вследствие чего происходит циркуляция по камерам через верхние и нижние соединительные каналы (см. фиг. 4 и 5). Возможно также возникновение циркуляции в обратном направлении. В этом случае имеется направленный вверх поток в камере 2а и направленный вниз поток в камерах 1а, 3а.

Благодаря сообщению второй камеры 2а с третьей камерой 3а во многокамерной системе образуются несколько циркулирующих потоков непрерывной фазы, исходящих из второй камеры 2а. В непрерывной фазе перемешиваются подаваемые потоки. Таким образом компоненты исходного раствора распределяются на разные диспергированные фазы.

Экстрактор относится к устройствам для жидкостной экстракции растворителями и может применяться в химической, гидрометаллургической, микробиологической и других отраслях промышленности. Включает камеры, снабженные диспергирующими приспособлениями и патрубками для подачи и отвода первой и второй дисперсных фаз. Содержит, по меньшей мере, две камеры, верхние и нижние части которых сообщены с помощью соединительных каналов. Камеры выполнены с отделительными зонами, размещенными у выпускных отверстий соединительных каналов. Данная конструкция экстрактора позволяет повысить эффективность экстракции. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Многофазовый экстрактор, включающий камеры, снабженные диспергирующими приспособлениями (3, 4а) и патрубками (8, 9, 10, 11, 8а, 9а, 10а, 11а) для подачи и отвода первой и второй дисперсных фаз, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, две камеры (1, 1a, 2, 2а), верхние и нижние части которых сообщены с помощью соединительных каналов (4), при этом камеры (1,2) выполнены с отделительными зонами (6, 7), размещенными у выпускных отверстий соединительных каналов (4). 2. Многофазовый экстрактор по п.1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части второй камеры (2а) сообщены с третьей камерой (3а). 3. Многофазовый экстрактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что камеры размещены в одном корпусе и отделены друг от друга посредством совместной разделительной стенки (16). 4. Многофазовый экстрактор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что под первой ступенью, включающей сообщенные друг с другом камеры, установлены дальнейшие, последовательно включенные ступени, включающие сообщенные друг с другом камеры, причем ступени сообщены друг с другом через перфорированные тарелки (15, 14а), через которые проходят дисперсные фазы. 5. Многофазовый экстрактор по п.4, отличающийся тем, что для подачи непрерывной фазы на отдельных ступенях на перфорированных тарелках (15) установлены соединительные трубки (14), а корпус снабжен патрубками (12, 13) для подачи и отвода непрерывной фазы.