ЭКСТРАКТОР КОЛОННОГО ТИПА Российский патент 2003 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к аппаратам гидрометаллургической, нефтяной и химической технологии, а именно к экстракторам колонного типа, и предназначено для непрерывного процесса извлечения и очистки веществ из растворов.

При извлечении веществ экстракционным способом основная техническая задача решается эффективностью диспергирующего устройства и развитой площадью разделения фаз. Данная задача успешно решается в горизонтальных экстракторах, в них свободно размещается наиболее рациональные диспергаторы и нет ограничений в построении развитой площади разделения фаз.

Однако организация экстракционного производства из горизонтальных экстракторов требует громадных помещений, большого количества персонала для обслуживания и содержания его, больших разовых затрат на строительство.

Экстракторы колонного типа занимают небольшие площади и требуют малых затрат на строительство. Но в экстракторах колонного типа нет эффективных диспергаторов, в них сложно создать развитую площадь разделения фаз. Экстракционный процесс в колонных экстракторах сопровождается продольным перемешиванием. Коэффициент извлечения для колонных экстракторов является величиной неопределенной и зависит от конструкции и системы обрабатываемых растворов.

Известен экстрактор колонного типа с механической мешалкой, содержащий цилиндрический корпус, разделенный горизонтальными перегородками на секции отстоя, в которых имеются трубопроводы раздельного движения тяжелой фазы, и смесители, установленные для каждого отстойника раздельно, с механическими мешалками, размещенными на одном валу. Каждый смеситель соединен нижней частью с отстойником на уровне горизонтальной перегородки для подачи фаз и верхней частью со средней - для вывода дисперсии трубопроводами (Основы жидкостной экстракции. /Под ред. Ягодина Г.А. - М.: Химия, 1981, Рис. V.10.)
При наличии отдельной колонны для разделения фаз в этом экстракторе вследствие внутренней циркуляции потоков разнородных фаз в отстойной зоне увеличивается их проскок без диспергирования, что снижает коэффициент извлечения, увеличивает потери вещества с водно-хвостовыми растворами.

Известен экстрактор колонного типа с пульсационным диспергатором, содержащий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода фаз, диспергирующие устройства, которые выполнены в виде эквидистантных усеченных конусов с инжекторами, расположенными по их периметрам, образующих смесительные камеры, меньшие по диаметру, чем корпус колонны. Смесительные камеры связаны между собой большими основаниями, наружные из которых соединены меньшими основаниями с цилиндрическими обечайками воронок и перфорированных цилиндров, установленных на наружной стороне воронок. При сложности конструкции его диспергирующего устройства у него есть преимущество в том, что оно занимает только часть сечения колонны, а вся остальная выполняет функцию разделения фаз, кроме того, для повышения качества разделения фаз в нем применены фильтрующие элементы, выполненные в виде пакета сеток (Авт. св. СССР 484879, МПК В 01 Д 11/04, 1976 г.).

В данном экстракторе за счет подачи импульсов давления через пульсационные камеры в конусообразные инжекторы создается распыление, а в перфорированных цилиндрах дробление фаз на мелкие частицы для массообмена. Остальная часть колонны вместе с пакетами сеток разделяет фазы. Однако после разделения не обеспечивается направленное движение фаз и появляется возможность движения без диспергирования, что снижает эффективность процесса массообмена. А при деструкции экстрагента с образованием "медуз" процесс разделения фаз может осложниться из-за забивок сеток. Экстрактор сложен по конструкции и изготовлению.

Известен массообменный аппарат в виде колонны, содержащий корпус, секционированный по высоте контактными с диспергирующими устройствами и разделительными камерами, верхнюю и нижнюю отстойные камеры, пульсационную камеру, соединенную с нижней отстойной камерой. Разделительные камеры снабжены горизонтальными сплошными перегородками с гидрозатворами (Авт. св. СССР 741907, МПК В 01 Д 11/04, 1980 г.).

Данный массообменный аппарат по конструктивной схеме является наиболее близким к заявленному изобретению и принят за прототип.

В процессе работы колонны сплошные перегородки с гидрозатворами затрудняют передачу импульса от пульсатора, что снижает эффективность диспергирования. Кроме того, в зоне перегородки будет постоянно удерживаться неподвижный слой жидкости, что увеличит время разделения фаз.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - упрощение конструкции экстрактора, повышение интенсивности процессов диспергирования и увеличение скорости разделения фаз на каждой ступени.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в экстракторе колонного типа, содержащем корпус, секционированный на последовательно чередующиеся камеры диспергирования с размещенными в них диспергаторами и камеры разделения фаз с горизонтальными перегородками, камеры разделения фаз выполнены с отношением эквивалентного диаметра к собственной высоте и к диаметру камер диспергирования, равным не менее 5 и 2 соответственно, при этом горизонтальные перегородки в них установлены с зазором к дальней стенке от центральной оси.

Камеры разделения фаз сгруппированы по две или более при этом вход каждой последующей камеры совмещен с выходом предыдущей.

Камеры разделения фаз выполнены с уменьшением высоты к периферии.

На фиг. 1 изображен общий вид экстрактора колонного типа с механическим смесителем, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. На фиг.3 изображен экстрактор колонного типа с пульсационным смесителем, на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3.

Экстрактор содержит вертикальные камеры 1 диспергирования фаз, в которых установлены механические смесители 2 (фиг.1) или пульсационные диспергаторы 3 (фиг.3). Между камерами диспергирования размещены камеры 4 разделения фаз. Эквивалентный диаметр камеры разделения выполнен больше чем в два раза от диаметра камеры диспергирования, тем самым они имеют развитую площадь разделения фаз. Горизонтальная перегородка 5, установленная с зазором 6 к дальней стенке от центральной оси, увеличивает площадь разделения еще в два раза, а при выполнении камер, сгруппированных по две или более, площадь разделения увеличивается многократно. Ограничение высоты камеры разделения относительно ее диаметра сокращает расстояние осаждения (всплывания) частиц фаз. Высота камеры разделения ограничена гидродинамическим пределом движения фаз. Верхние и нижние стенки 7 камер разделения в горизонтальной плоскости установлены с наклоном на уменьшение высоты к периферии. Верхняя и нижняя камеры снабжены патрубками 8 ввода тяжелой фазы, патрубком 9 ввода легкой фазы, патрубком 10 вывода тяжелой фазы, патрубком 11 вывода легкой фазы, патрубком 12 сдувки. Экстрактор с пульсационным диспергатором снабжен пульсационной камерой 13.

Экстрактор работает следующим образом. Для диспергирования фаз в экстракторе с механическим смесителем приводится во вращение устройство 2, в пульсационном - камера 13 подсоединяется к источнику подачи импульсов давления. В экстракторе через патрубки 8 и 9 непрерывно подаются тяжелая и легкая фазы в заданном соотношении. После заполнения экстрактора фазы по камерам движутся противотоком: тяжелая вниз, легкая вверх. Для поддержания уровня жидкости в экстракторе тяжелая фаза из него через патрубок 10 сливается через гидрозатвор, а легкая фаза через патрубок 11 сливается свободно. Движущийся противотоком поток фаз при вхождении в камеру 1 диспергирования, которая имеет малое поперечное сечение, сжимается, микропотоки однородных и разнородных фаз сближаются друг с другом. При перемешивании смесителем 2 или при диспергировании диспергатором 3 они за малое время вступают в контакт, многократно делятся на частицы, создается дисперсия с развитой контактной поверхностью в условиях стесненного противоточного движения, что повышает скорость массообмена, исключает продольный сдвиг фаз и продольное перемешивание. При движении фаз из камеры 1 диспергирования в камеру 4 разделения, которая имеет развитую площадь разделения и ограниченную высоту, поток фаз разливается по этой площади. Тяжелая фаза, диспергированная в легкой фазе, движется по верхней поверхности 7 перегородки 5, проходит через зазор 6, затем по нижней стенке камеры поступает в нижерасположенную камеру диспергирования. Легкая фаза, диспергированная в тяжелой фазе, движется по нижней поверхности перегородки 5, проходит через зазор 6, затем по верхней стенке камеры поступает в вышерасположенную камеру диспергирования.

Экстрактор колонного типа обеспечивает активный гидродинамический режим диспергирования и разделения фаз, снижает продольное перемешивание, повышает эффективность массообмена. Конструкция экстрактора позволяет реализовать процесс в условиях ограниченных производственных площадей.

Изобретение относится к аппаратам гидрометаллургической, нефтяной и химической промышленностям и может быть использовано для непрерывного процесса извлечения и очистки веществ из растворов. Экстрактор содержит корпус, секционированный на последовательно чередующиеся камеры диспергирования с размещенными в них диспергаторами и камеры разделения фаз с горизонтальными перегородками. Нижняя и верхняя камеры снабжены патрубками ввода и вывода фаз. Камеры разделения фаз выполнены с отношением эквивалентного диаметра к собственной высоте и диаметру камер диспергирования, равным не менее 5 и 2 соответственно, при этом горизонтальные перегородки в них установлены с зазором к дальней стенке от центральной оси. Данная конструкция экстрактора позволяет повысить интенсивность процессов диспергирования и увеличить скорость разделения фаз каждой ступени. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Экстрактор колонного типа, содержащий корпус, секционированный на последовательно чередующиеся камеры диспергирования с размещенными в них диспергаторами и камеры разделения фаз с горизонтальными перегородками, нижняя и верхняя камеры, снабженные патрубками ввода и вывода фаз, отличающийся тем, что камеры разделения фаз выполнены с отношением эквивалентного диаметра к собственной высоте и диаметру камер диспергирования равным не менее 5 и 2 соответственно, при этом горизонтальные перегородки в них установлены с зазором к дальней стенке от центральной оси. 2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что камеры разделения фаз сгруппированы по две или более, при этом вход каждой последующей камеры совмещен с выходом предыдущей. 3. Экстрактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что камеры разделения фаз выполнены с уменьшением высоты к периферии.