ЖИДКОСТНО-ЖИДКОСТНЫЕ ЭКСТРАКТОРЫ, УСТАНОВЛЕННЫЕ В ВИДЕ БАТАРЕИ Российский патент 2007 года по МПК D01D11/04 

Данное изобретение относится к батарее жидкостно-жидкостных экстракторов. Рассматриваемые в данном случае экстракторы являются центробежными экстракторами, разделенными на секции жидкостно-жидкостными экстракторами, содержащими две части: 1) смеситель, где размешиваются две фазы для обеспечения перехода одного или нескольких извлекаемых растворенных веществ из одной фазы в другую; 2) декантатор, где происходит разделение фаз под действием центробежной силы. Эти устройства обычно объединяются в батареи с несколькими ступенями с противоточной циркуляцией двух фаз с целью достижения заданного уровня экстракции. В целом, весь способ жидкостно-жидкостной экстракции содержит различные фазы экстракции, деэкстракции и промывки, требующие добавления или удаления жидкостей в батарее. Такая батарея центробежных экстракторов упомянута в статье в журнале "Атомные науки и технологии", том 9, номер 3, август 1998, страницы 157-162 с названием "Современные преимущества кольцевого центробежного экстрактора для горячего тестирования процесса разделения ядерных отходов": отдельные экстракторы введены в ячейки на общей основе и соединены друг с другом с помощью трубопроводов. К сожалению, такой узел является не очень приспосабливаемым, в частности, с учетом того факта, что он находится внутри экранированной ячейки, когда необходимо обрабатывать опасные продукты, и поэтому является недоступным, за исключением дистанционно управляемых манипуляторов с ограниченными возможностями манипулирования.

Целью изобретения является устранение недостатков этого типа батарей и создание батареи, содержащей несколько, в частности большое число, экстракторов, установленных последовательно при одновременном сохранении возможности простой модификации системы с целью изменения числа экстракторов или частных параметров способа.

Таким образом, изобретение, в целом, относится к оборудованию для жидкостно-жидкостной экстракции из смеси двух жидких фаз, содержащему батарею из отдельных экстракторов, выровненных и соединенных друг с другом, и общую опору для отдельных экстракторов, характеризующемуся тем, что опора состоит из рельсов, отдельные экстракторы имеют скользящее основание или основание, установленное и фиксированное на рельсах, при этом отдельные экстракторы соединены друг с другом с помощью промежуточных частей, содержащих основы, установленные на рельсы с регулировкой бокового положения относительно рельсов и скользящие по рельсам, а также систему затяжки для батареи из отдельных экстракторов и промежуточных частей, содержащихся в оборудовании для экстракции.

Таким образом, отдельные экстракторы, аналогичные друг другу, являются взаимозаменяемыми и могут добавляться или удаляться по рельсам. Поскольку рельсы обычно пересекают скользящее основание экстрактора или содержат систему фиксации, такую как стопорный винт, для установленных на них экстракторов, то они удерживают их от боковых или вертикальных перемещений так хорошо, что батарея является очень жестко выполненной. В целом, промежуточные части, действующие в качестве соединения между отдельными экстракторами, содержат каналы, обеспечивающие непрерывный поток каждой жидкой фазы, но они могут также при необходимости содержать клапаны, которые посредством выравнивания давлений между ступенями, обеспечивают хорошую циркуляцию фаз и через которые можно вводить добавки в смесь или очищать или опустошать каналы. Таким образом, можно использовать различные типы промежуточных частей и их можно также при необходимости заменять для модификации процесса экстракции. Это легко осуществлять, поскольку промежуточные части просто устанавливаются на рельсы: достаточно разделить немного смежные отдельные экстракторы, поднять промежуточную часть и заменить ее новой перед затяжкой батареи экстракторов. Наконец, система затяжки делает возможной установку и сохранение сцепления и герметичности батареи во время всего процесса экстракции при одновременном обеспечении быстрого разъединения батареи для ее реорганизации.

Батарея может содержать одну или две концевые части, содержащие основание, установленное на рельсы, с регулировкой бокового положения на рельсах, скользящее на рельсах и соединяющее один смежный отдельный экстрактор с входом или выходом фазы. Эта концевая часть является полезной прежде всего в способах противоточной экстракции, где отдельные экстракторы пронизываются двумя пересекающимися потоками; согласно слегка отличному устройству одна из концевых частей несет также стопорное устройство для батареи, которое является частью системы затяжки, дополняющей средства окончательной затяжки, которые являются полностью отдельными и установленными на другом конце рельсов. В случае, когда две концевые части являются аналогичными, система затяжки является симметричной на обеих сторонах рельса.

Кроме того, изобретение содержит определенное число оригинальных признаков, которые следуют из последующего описания, некоторые из них упрощают сборку, затяжку и расположение отдельных экстракторов, промежуточных частей и системы затяжки. Ниже приводится описание варианта выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - батарея экстракторов;

фиг.2 - разрез отдельного экстрактора;

фиг.3 - демонтированный отдельный экстрактор;

фиг.4А - введение отдельных экстракторов, скользящих по рельсам;

фиг.4В - отдельные экстракторы, установленные и фиксированные на рельсах;

фиг.5 - соединение рельсов;

фиг.6 - система затяжки; и

фиг.7, 8 (А и В), 9 (А и В), 10, 11 и 12 - промежуточные и концевые части.

В этом варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.1, экстрактор содержит 16 отдельных экстракторов 1, из которых показаны лишь некоторые, следующие друг за другом в виде батареи, установленной на пару параллельных рельсов 2. Между отдельными экстракторами вставлены промежуточные части 3, а также первая концевая часть 4 позади последнего экстрактора 1 и вторая концевая часть 5 перед первым экстрактором 1, а также промежуточные части 3. Система затяжки, состоящая из стопорного средства 6 и толкающего узла 7, удерживает батарею из отдельных экстракторов 1 и промежуточных частей 3 (и 4 и 5) в сжатом состоянии.

Другой вариант выполнения изобретения состоит в установке на каждом конце батареи двух частей 5 и двух толкающих узлов 7, расположенных симметрично, которые выполняют также функцию стопорения.

Ниже приводится описание работы отдельного экстрактора 1 (называемого в последующем просто экстрактором) со ссылками на фиг.2. Его активная часть размещена в баке 8 и состоит из чаши 9, вращающейся вокруг вертикальной оси, и основания с просверленным центральным отверстием 10. Легкая фаза проходит поперек экстрактора 1 в направлении вправо, а тяжелая фаза - в направлении влево; их соответствующие входы, обозначенные позициями 11 и 12, обеспечивают их протекание на дно бака 8, где образуется эмульсия, обеспечивающая переход растворенного вещества или растворенных веществ в чашу 9 за счет прохождения через отверстие 10. Вращение с высокой скоростью чаши 9 приводит к разделению и расположению фаз на обеих сторонах закрытой цилиндрической межфазной границы, проходящей до верха чаши 9.

Тяжелая фаза касается крышки 14, снабженной периферийным сливом 15, который образует выход для тяжелой фазы; аналогичным образом центральный слив 16 образует выход для легкой фазы; эти сливы 15 и 16 заканчиваются в коллекторных кольцах 17 и 18, выполненных на различной высоте бака 8 и соединенных соответственно с выходом 19 тяжелой фазы и с выходом 20 легкой фазы. Экстрактор 1 является противоточным экстрактором, в котором временное смешивание фаз осуществляется с целью обеспечения экстракции одного или нескольких растворенных веществ. Следует отметить, что выходы 19 и 20 расположены сверху от входов 11 и 12, что позволяет их соединять с аналогичными входами 1 экстрактора, в которые жидкости протекают под действием силы тяжести. Поэтому большое число таких экстракторов можно устанавливать в батарею.

Как показано детально на фиг.3, структура экстрактора 1 выполнена с разделением на три части: первая часть 25 является основанием, содержащим по существу бак 8, входы и выходы; вторая часть 26 содержит чашу 9 и несущую ее крышку 27, а верхняя часть 28 содержит электродвигатель 29 и кожух. Крышка 27 может быть установлена на верху бака 8, при этом вращающийся упор создается центрирующим штифтом 30; при этом установлены другие центрирующие штифты 31 между крышкой 27 и кожухом электродвигателя 29. Регулирование чаши 9 в баке 8 осуществляется во время работы с использованием подшипников (не изображены), как известно для специалистов в данной области техники, а согласование электродвигателя 29 с чашей 9 выполняется с помощью муфты вала. В частности, это включает в себя специальное соединение, обеспечивающее самоцентрирование.

Преимуществом такого расположения является то, что каждый из отдельных экстракторов 1 выполнен с возможностью разборки посредством подъема частей 26 и 28, установленных последовательно штабелем на первые части 25, выполненные в виде оснований, с помощью простого вертикального перемещения и, следовательно, с помощью дистанционно управляемого манипулятора.

На фиг.4А показано, что в основаниях скользящих экстракторов выполнены горизонтальные канавки 32, обеспечивающие их перемещение между рельсами 2 и опирающихся на них. На фиг.4В показано, что первые части 25, выполненные в виде оснований экстракторов могут иметь плечо 129 и стопорные штифты 130, установленные на равномерных расстояниях вдоль рельсов 2 для фиксации экстракторов посредством нажатия на плечи 129. Несмотря на это, стопорные штифты 130 установлены на достаточном расстоянии друг от друга для обеспечения расположения экстракторов рядом друг с другом и поднимания их с целью удаления. Расстояние между стопорными штифтами 130 может равняться ширине экстрактора плюс ширина промежуточной части. Затем на первые части 25, выполненные в виде оснований, можно устанавливать части 26 и 28. Как указывалось выше, можно устанавливать друг за другом любое число экстракторов 1 на рельсах 2; однако может быть предпочтительным ограничивать длину рельсов 2, но если в последующем возникнет необходимость в добавлении нескольких экстракторов 1, что требует увеличенной длины, то рельсы 2 можно соединять друг с другом для образования продолжения и сборки в соответствии с фиг.5: для этого они снабжены на своих концах выемками 33, обращенными наружу и обеспечивающими размещение соединительного ключа 34 с перекрытием выемок 33 с целью удлинения. Ключ 34 выполнен с отверстием и в продолжении рельса 2 выполнено резьбовое отверстие, так что ключи можно фиксировать за счет расположения в них винтов 36, которые входят в резьбовые отверстия 35 и удерживают ключи 34 в выемках 33; винты 36 имеют воротковую головку 37, т.е. они имеют радиальные спицы 38, которыми может легко манипулировать дистанционно управляемый манипулятор.

Предусмотрена также двойная концевая часть, обеспечивающая противоточную циркуляцию фаз в последовательных экстракторах или экстракторах, установленных на парах рельс, размещенных параллельно. Эта часть обозначена позицией 120 на фиг.12, на которой показано, начиная снизу: она выполнена в виде блока 121, который шире других частей и имеет четыре просверленных отверстия 122, 123, 124 и 125, расположенных парами на боковых концах блока 121; две трубы 126 и 127 соединяют попарно просверленные отверстия разных пар. Таким образом, одна из жидких фаз может проходить из батареи экстракторов в параллельную батарею через просверленные отверстия 123 и 124 и трубу 126, а другая фаза из указанной батареи, параллельной упомянутой первой батарее, - через отверстия 125 и 122 и трубу 127. Эта концевая часть 120 означает, что пользователь всего экстрактора может отказаться от соединения продолжений рельс.

В целом, отдельные экстракторы и промежуточные части находятся в контакте через плоские и вертикальные поверхности.

Ниже приводится описание системы затяжки, при этом следует отметить, что она выполнена с возможностью дистанционно управляемого манипулирования.

Толкающий узел 7 системы затяжки показан на фиг.6 и содержит опору 39, зажим 40, содержащий две вертикальные колонны 41, фиксирующие опору 39 и проходящие через выемки в рельсах 2 вместе с затягивающим воротом 42, установленным на опоре 39, который сдвигает средство, такое как передвижной упор 43, с помощью винта 44, соединенного с осью затягивающего ворота 42 с помощью универсального шарнира 45. Упор 43 действует в качестве подвижной губки тисков, толкая экстрактор 1 в направлении части стопорного средства 6, которое действует в качестве неподвижной губки, пока они не будут затянуты, или же в направлении эквивалентного устройства, при этом зажим 40 обеспечивает фиксацию системы затяжки на рельсах 2. Ниже приводится описание нескольких возможных типов промежуточных частей 3, включая концевые части 4 и 5.

Обычно используемый тип промежуточной части обеспечивает свободную циркуляцию из одного отдельного экстрактора 1 в другой двух фаз. Промежуточная часть, обозначенная позицией 50 на фиг.7, состоит из блока 51 с толщиной, ограниченной плоскими поверхностями 52, предназначенными для введения в контакт с плоскими поверхностями бака 8; в блоке 51 выполнены каналы 53 и 54, каждый из которых соединен с выходом фаз отдельного экстрактора на входе той же фазы смежного отдельного экстрактора 1. Каналы 53 и 54 расположены на высоте и с наклоном, необходимыми для создания надежных соединений. Блок 51 имеет основание 55 в виде вставки для перемещения между рельсами 2 с целью удерживания части 50 в боковом направлении; оно установлено на рельсы 2 на правильной высоте с помощью плеч 56, направленных вниз и с помощью которых основание 55 соединено с остальным блоком 51; на фигуре показано лишь одно плечо, другое плечо расположено симметрично.

В этом частном варианте выполнения данного изобретения, так же как и в других, два канала 53 и 54 соединяются вместе в вертикальный канал 57, раскрывающийся над блоком 51 через трубу 58 и предназначенный для выравнивания давлений между отдельными экстракторами и, в зависимости от обстоятельств, для подачи дополнительной жидкости или же для удаления части потока для выполнения измерений. Может быть установлена рукоятка или другое удерживающее устройство для упрощения манипулирования частью 50. Эти части имеют открытые горловины, выполненные с возможностью сохранения соединения во время манипулирования.

Вариант выполнения, показанный на фиг.8А и 8В, обозначен в целом позицией 70 и содержит вместо пересекающихся каналов 53 и 54, согласно предыдущему варианту выполнения два устройства для замены фаз, состоящих из коленчатой отводной линии 61, ведущей в направлении нижнего промывного канала 62, и другой коленчатой отводной линии 63, не имеющей соединения с предыдущей линией, ведущей к верхнему питающему каналу 64, заканчивающемуся трубой 65 над частью 70; таким образом, продукт, вводимый через питающий канал 64, служит для замены фазы, отводимой спускающимся каналом 62 в рядах батареи. Кроме того, эта часть содержит блок, точно соответствующий блоку 51. Возможен также другой вариант выполнения изобретения, в котором можно применять тот же путь прохождения потоков с помощью двух идентичных коленчатых отводных линий.

На фиг.9А и 9В показан другой вариант выполнения промежуточной части, обозначенный позицией 80, в котором в экстракторе создается поток рециркуляции одной из фаз: в данном случае каналы для потоков сильно аналогичны каналам варианта выполнения, согласно фиг.7, обозначенные в данном случае позициями 81 и 82, и дополнительно выполнен поперечный соединительный канал 83, соединяющий каналы 81 и 82 с наклоном, выполненным для направления потока в требуемом направлении; калиброванная диафрагма 84 позволяет регулировать поток рециркуляции, проходящий через соединительный канал 83. Для создания наклона соединительного канала 83 может быть необходимым выполнение отводного канала 82 так, что он образует более высокий уровень 85 внутри части 80.

Концевая часть 5, образованная в блоке, аналогичном блоку 51, показана на фиг.10. Она содержит направленный вверх питающий канал 91 для одной из фаз, заканчивающийся коленчатой отводной линией 93, выходящей в спускающийся промывной канал 94 на дне части 5. В данном случае снова может быть выполнен направленный вверх канал для отбора проб, обозначенный здесь позицией 95, соединенный с открытой коленчатой отводной линией 93.

Другой тип концевой части 4, показанной на фиг.11, аналогичен указанному выше типу, при этом концевая часть содержит питающий канал 101, раскрывающийся вверх, коленчатую отводную линию 102, другую коленчатую отводную линию 103 для соединения со спускающимся промывным каналом 104, и может быть дополнена клапаном 105, однако эта часть не установлена на рельсах 2, а прикреплена к ним: корпус 51 предыдущего варианта выполнения заменен корпусом 106 другой формы и содержащим, в частности, пару боковин 107, в каждой из которых выполнено отверстие 108 для размещения колодок рельс 2 и зажимного ворота 110, а также выполнено отверстие 109 для винта 111 затягивающего ворота 110, который проходит через резьбовое отверстие в рельсе 2. Таким образом, первая концевая часть 4 выполнена с возможностью установки на конце рельс 2, а затем возможна установка затягивающих воротов за первой концевой частью 4. Затем они закручиваются и блокируют первую концевую часть 4 и всю батарею экстракторов 1.

Указанные концевые части 4 и 5 обеспечивают возможность введения потока каждой фазы на одном конце батареи и отвода на другом конце.

Следует отметить, что замена одной из промежуточных частей 3 сопровождается потерей лишь нескольких капель потока.

Жидкостно-жидкостный экстрактор для смеси двух жидких фаз содержит батарею из отдельных центробежных экстракторов (1) и промежуточных частей (3), общую опору для отдельных экстракторов и систему (6, 7) затяжки для батареи. Опора состоит из рельсов (2). Экстракторы выровнены и соединены друг с другом с помощью промежуточных частей (3) и содержат основание, подвижное или установленное с возможностью фиксации на рельсах. Промежуточные части (3) содержат основания, установленные на рельсах с возможностью регулирования бокового положения относительно рельсов, перемещения по рельсам и замены. Система (6, 7) затяжки содержит стопорное средство (6) на одном конце рельсов (2) и толкающий узел (7) на противоположном конце для затягивания батареи и обеспечения герметичного соединения между промежуточными частями (3) и отдельными экстракторами (1). Изобретение позволяет осуществлять простую модификацию системы с целью изменения числа экстракторов или частных параметров способа экстракции. 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Жидкостно-жидкостный экстрактор для смеси двух жидких фаз, содержащий батарею из отдельных экстракторов (1), выровненных и соединенных друг с другом, и общую опору для отдельных экстракторов, отличающийся тем, что опора состоит из рельсов (2), отдельные экстракторы содержат основание (25), подвижное или установленное с возможностью фиксации на рельсах, отдельные экстракторы соединены друг с другом с помощью промежуточных частей (3), содержащих основания, установленные на рельсах с возможностью регулирования бокового положения относительно рельсов и перемещения по рельсам, и систему (6, 7) затяжки для батареи из отдельных экстракторов и промежуточных частей.2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что отдельные экстракторы выполнены в виде центробежных экстракторов с противоточной циркуляцией фаз.3. Экстрактор по п.2, отличающийся тем, что содержит одну или две концевые части (5), имеющие основание, установленное на рельсы с возможностью регулирования бокового положения, выполненные с возможностью перемещения по рельсам и соединяющие смежный отдельный экстрактор (1) с входом (91) или выходом (94) смешанной фазы.4. Экстрактор по п.3, отличающийся тем, что система затяжки дополнительно содержит стопорное средство (6) на одном конце рельсов (2) и толкающий узел (7), по меньшей мере, на противоположном конце рельсов, при этом толкающий узел содержит средство фиксации на рельсах, толкатель и средство для приведения в действие толкателя.5. Экстрактор по п.4, отличающийся тем, что стопорное средство расположено на концевой части и содержит средство для затяжки концевой части на рельсах.6. Экстрактор по п.4, отличающийся тем, что средство фиксации содержит пару вертикальных колонн (41), установленных на рельсах.7. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что рельсы содержат средства (34-38) для соединения с другими рельсами, используемыми в качестве удлинения.8. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что отдельные экстракторы и промежуточные части контактируют друг с другом через плоские и вертикальные поверхности.9. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что отдельные экстракторы содержат части (25, 26, 28), установленные последовательно штабелем на основании и снабженные средствами центрирования.10. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что система затяжки содержит, по меньшей мере, один затягивающий ворот (42).11. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что отдельные экстракторы, промежуточные части и система затяжки выполнены с возможностью дистанционно управляемого манипулирования.