Установка для диспергирования двух фаз в процессе экстрагирования раствором Советский патент 1990 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к установке для диспергирования двух фаз в процессе экстрагирования раствором,

Цель изобретения - получение высококачественной дисперсии и создание двухконтурной дистилляции,

На фиг. 1 представлена схема технологического процесса экстрагирования; на фиг. 2 - смесители, соединенные последовательно и участвующие в одной ступени экстрагирования, поперечный разрез; на фиг, 3 - верхняя часть смесителя, в которой расположен дисперсионный насос, попевечйый разрез; на фиг. 4 - один из рекомендуемых методов соединения для чувствительных к эмульсии систем.

На фиг. 1 показаны первые стадии обработки потока легкой фракции раствора (по направлению потока этой фракции); этими стадиями обработки являются: этапы экстракции Л, этап промывки В и этапы повторной экстракции С.

Установка включает резервуар 1 для хранения, из которого выходит легкая фаза, предварительный смеситель 2, куда добавляют химические добавки 3, которые непосредственно поступают в экстракционный раствор легкой фазы. Основная часть предварительно смешан ного экстракционного раствора 4 поступает в первый смеситель 5 первой ступени или этапа экстрагирования, В этот- же смеситель подается также раствор 6 тяжелой фазы, так что на этом этапе экстрагирования оба раствора будут течь в совпадающем или параллельном направлении. После выхода из первого смесителя 5 дисперсия поступает во второй смеситель 7, а отсюда - в третий 8. Из последнего поток дисперсии проходит в предот- стойник. 9 и дальше в отстойник 10. На втором и третьем этапах экстракции или экстрагирования легкая фаза раствора регулируемым образом выводится из предсмесителя, тогда как тяжелая фаза раствора проходит из первой ступени экстракции во вторую, а из второй - в третью. На втором и третьем этапах экстракции используются только два смесителя. Это же количество смесителей используется и на этапе промывки В1 и на этапе повторного экстрагирования С. На этапах повторной экстракции и промывки раствор кислоты и поток легкой фазы текут в

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

совпадающем или параллельном направлении. В случае установки на каждом этапе экстракции нескольких смесителей, что и предусмотрено изобретением, процесс экстракции промышленного масштаба можно осуществить с меньшим числом этапов или ступеней экстракции.

На фиг. 2 более детально показаны смесители фиг, 1 и их соединения. Поток раствора 4 легкой фазы и питающий раствор 6 тяжелой фазы подаются в циркуляционный цилиндр 11, который расположен в нижней части смесителя, а точнее в конически суженную верхнюю часть этого цилиндра. Дисперсия в данном случае осуществляется с помощью турбинного насоса 12, который располагается в центральной или верхней части смесителя. В верхней части первого смесителя установлена горизонтальная отбойная или отражательная перегородка 13. В самом смесителе,, примерно на том же уровне, на котором располагается горизонтальная отражательная перегородка 13, размещается вертикальная трубка 14, через которую, а также, через трубопровод 15 дисперсия подается в следующий смеситель 7, а точнее дисперсия подается в верхнюю часть циркуляционного цилиндра 11 смесителя. Нижняя кромка вертикальной трубки 14 располагается примерно на полпути между турбиной и горизонтальной отражательной перегородкой.

Конструкция второго смесителя 7 отличается от конструкции первого смесителя тем, что во втором смесителе 7 над турбинным насосом 12 и коак- сиально с ним установлен дисперсионный насос 16. Выходящая из турбонасоса струя дисперсии направлена вверх и в пространство, ограниченное дисперсионным насосом и внешними стенками самого смесителя. Именно поэтому поток дисперсии протекает но направлению вниз между струями турбонасоса и от нижней части смесителя через циркуляционный цилиндр 11 по направлению вверх до нижней части турбонасоса. За счет использования образуемой в данном случае эффективной циркуляции в виде двойной петли можно поддерживать и сохранять весь объем смесителя, включая и верхнюю его часть, в условиях контролируемой дисперсии. Кроме того, р данном случае имеется возможность вводить химические добавки непосредственно в струю дисперсии, которая направлена строго вверх,

Чтобы повысить эффективность работы смесителя в случае обработки им высокого или большого объема потока раствора при одновременном достижении равномерной интенсивности перемешивания среды, в этом смесителе в дополнение к турбонасосу 12 устанавливается дисперсионный насос 16, который располагается в верхней части смесителя и на одной оси 16 с турбинным насосом 12. Основной и главной функцией дисперсионного насоса является подъем потока дисперсии до уровня, который намного выше находящейся в смесителе поверхности жидкости, Это необходимо потому, что как в пр дотстойнике 9, так и в отстойнике 10 поверхность жидкости также намного выше поверхности жидкости в смесите5406486

тическим фактором, в данном случае

0

5

можно использовать от 2 до 24 трубок. Диаметр вертикальной трубки выбирается с таким расчетом, чтобы скорость потока среды по этим трубкам оставалась относительно низкой в пределах от 0,1 до 0,5 м/с.

Образуемая потоком среды турбулентность в пределах рассматриваемой зоны обычно будет очень небольшой, так что перекачка не будет уменьшать размер средней капли.

Через вертикальные трубки 20 дисперсия непосредственно направляется в круговую трубу 23, которая соединяется с вертикальными трубками. Эта круговая труба служит в качестве разделяющей фазы раствора центрифуги; в пределах кольцевой или круговой трубы поток несколько затухает из-за частичного столкновения выходящих из вертикальных трубок подпотоков. Диспепсия выходит или разгружается из

Изобретение относится к установке диспергирования двух фаз в процессе экстракции таким образом, чтобы каждая ступень экстракции включала в себя несколько стадий смешивания и чтобы на каждой стадии смешивания процесс смешивания осуществляется с помощью вертикальной циркуляции, а еще лучше, за счет или с помощью интенсифицированной вертикальной циркуляции. Цель изобретения - получение высококачественной дисперсии и создание двухконтурной циркуляции. В соответствии с изобретением, диспергирующее оборудование одной ступени экстракции в процессе экстракции представлено несколькими смесителями, снабженными цилиндрами циркуляции. Является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере, один из смесителей был оборудован дисперсионным насосом, а трубопроводы тяжелой фазы и трубопроводы легкой фазы соединены с верхней частью циркуляционного цилиндра. Смесители соединены последовательно. Первый из двух смесителей меньше по габаритам второго. Насос для дисперсии каждого смесителя установлен соосно с турбинным насосом в средней или верхней части его, а всасывающий вход расположен над средней частью турбинного насоса, устройство снабжено всасывающим цилиндром, закрытым сверху, по меньшей мере, двумя восходящими турбинами, конусными пластинами, нижний конец которых установлен под поверхностью жидкости, а верхний, по меньшей мере, на уровне поверхности жидкости в смесителе, при этом восходящие трубы снабжены соединительной круговой трубой и собирающим желобом, расположенным над поверхностью жидкост

30

ле 7. Дисперсионный насос 16 вращает- 25 круговой трубы 23 через горизонталь- ся с той же скоростью, что и турбонасос. Над турбонасосом 12 расположен всасывающий цилиндр 18, Всасывающее отверстие 19 всасывающего цилиндра 18 дисперсионного насоса 16 располагается довольно близко от турбонасоса, несколько выше средней точки, но ниже поверхности жидкости. Обслуживающие дисперсионный насос вертикальные трубки 20 располагаются в пределах всасывающего цилиндра, который в верхней своей части герметически закрыт. Эти вертикальные трубки располагаются таким образом, чтобы они образовывали расширяющийся кверху конус, а нижние части этих трубок окружены, в частности ниже поверхности жидкости, конусообразными пластинками, из которых показана только одна внешняя конусообразная пластинка 21. В своих верхних частях конусообразные пластинки удлиняются по меньшей мере до уровня, который совпадает с поверхностью жидкости 22 в самом смесителе. Конусообразные пластинки вращаются с той же скоростью, что и вертикальные трубки.

ную прорезь, которая располагается внутри кольцевой трубы под углом в 20-40° относительно самой высокой точки этой трубы. Совсем не обязательно, чтобы эта горизонтальная прорезь была равномерной по всей длине, вместо одной равномерной прорези можно использовать несколько небольших прорезей, расположенных в той части

35 трубы, которая всегда остается между вертикальными трубками.

На фиг. 3 видно, что над круговой трубой 23 установлена в наклонной позиции кольцеобразная (пластина) шай40 ба 24, которая окружает эту круговую трубу и заставляет дисперсию, выходящую из круговой трубы, проходить между упомянутой кольцеобразной шайбой 24 и круговой трубой, На внешней -А.,

45 кромке круговой трубы 23 установлен узкий элемент 25 (treyhold), который наклонен по направлению вниз и внешняя поверхность которого параллельна кольцеобразной шайбе. Основной функ50 цией этого узкого элемента 25 является отвод потока дисперсии как можно дальше от круговой трубы. Кольцеобразная шайба 24 и узкий элемент 25 располагаются относительно друг друга

Восходящий угол вертикальных трубок выбирается в соответствии с размером установки и скоростью вращения. Рекомендуется выбирать этот угол в диапазоне от 30 до 60, Количество вертикальных трубок не является кри

круговой трубы 23 через горизонталь-

ную прорезь, которая располагается внутри кольцевой трубы под углом в 20-40° относительно самой высокой точки этой трубы. Совсем не обязательно, чтобы эта горизонтальная прорезь была равномерной по всей длине, вместо одной равномерной прорези можно использовать несколько небольших прорезей, расположенных в той части

трубы, которая всегда остается между вертикальными трубками.

На фиг. 3 видно, что над круговой трубой 23 установлена в наклонной позиции кольцеобразная (пластина) шайба 24, которая окружает эту круговую трубу и заставляет дисперсию, выходящую из круговой трубы, проходить между упомянутой кольцеобразной шайбой 24 и круговой трубой, На внешней -А.,

кромке круговой трубы 23 установлен узкий элемент 25 (treyhold), который наклонен по направлению вниз и внешняя поверхность которого параллельна кольцеобразной шайбе. Основной функцией этого узкого элемента 25 является отвод потока дисперсии как можно дальше от круговой трубы. Кольцеобразная шайба 24 и узкий элемент 25 располагаются относительно друг друга

таким образом, чтобы направить выходящий из круговой трубы поток дисперсии вниз под углом примерно в 45 °.

Установка работает следующим об- - разом.

Выходящий из круговой трубы 23 поток дисперсии направляется в верхнюю камеру смесителя, где дисперсия попадает в сборный лоток, который проходит по периметру верхней камеры смесителя. 1 ижняя поверхность сборного лотка 26 расположена выше поверхности, находящейся в смесителе жидкости 22. Внешняя поверхность 27 сборно го лотка 26 одновременно служит в качестве поверхности цилиндра смесителя. Внутренняя поверхность 28 сборного лотка может быть выполнена таким образом, чтобы она в своей нижней части была параллельна внешней поверхности, а в верхней части - параллельна вертикальным трубкам 20 дисперсионного насоса. Кроме того, здесь образуется поверхность 29, которая имеет уклон от внешней поверхности сборного лотка по направлению к внутренней поверхности этого не лотка, чтобы принять дисперсию,- причем нижняя часть поверхности 29 продолжает- ся в виде изогнутой по направлению внутрь тормозной поверхности 30. Как уже отмечалось выше, гибкая и нежная обработка дисперсии является очень важным фактором в деле успешно- го устранения опасности эмульгирования. Именно поэтому конструкция установки включает в себя наклоненную под определенным углом поверхность 29, которая смягчает удар выходящей из круговой трубы дисперсии. Тормозная поверхность 30 используется для замедления потока дисперсии, поскольку в момент прохождения дисперсии по этой тормозной поверхности она вынуждена преодолевать все еще действующую здесь центробежную силу. Если реакция экстрагирования протекает медленно, тогда можно отказаться от использования тормозной поверхности, и в этом случае сборный лоток функционирует в качестве продолжения смесителя, так как даже при нахождении в сборном лотке дисперсия все еще продолжает находиться в вихревом дви- жении.

На фиг. 2 видно, что внутренняя циркуляция раствора на этапе экстрагирования происходит от отстойника 10 во второй смеситель 7, т.е. она происходит через трубопровод для легкой фазы 31 и трубопровод для тяжелой фазы 32 и до верхней части циQ$ 0 5 0 5 Q

5

0

5

линдра циркуляции. Все эти операции регулируются с помощью соответствующих клапанов 33 и 34. В данном случае можно сделать так, чтобы во втором и третьем смесителях одновременно желаемая фаза находилась в диспергированном состоянии. Это достигается за счет того, что в первом смесителе побудительные силы экстрагирования поддерживаются на максимально возможном уровне. Таким образом, подача в первый смеситель не разбавляется в результате использования циркуляции отстойника, которая уже была разбавлена по отношению к компоненту, который предстояло экстрагировать, однако циркуляции отстойника направляются в другой смеситель.

На фиг. 2 также видно, что подача легкой фазы 35 из другой стадии экстрагирования направляется на поверх- р ность жидкости второго смесителя. На фиг. 2 не показана подача тяжелой фазы со стадии промывки, однако она полается непосредственно в цилиндр циркуляции.

На этапах подготовки оборудования к запуску в работу используется также трубопровод отвода тяжелой фазы 32, который отходит от той же стадии или ступени экстрагирования. Трубопровод отвода тяжелой фазы, который соединен с соответствующей системой трубопроводов дисперсионного насоса, обеспечивает срабатывание или нормальное функционирование циркуляции двойной петли, которая является важным моментом нормальной работы смесителя, Различия в удельном весе используемых растворов могут вызвать образование ситуации, когда в верхней части смесителя находится какая- то часть легкой фазы, а в нижней части этого же смесителя находится какая-то часть тяжелой фазы. Эти зоны неполного смешивания могут выступать в качестве препятствий, которые мешают запуску в работу нормальной циркуляции в смесителе. В подобной ситуации дисперсионный насос подает относительно большее количество легкой фазы в отстойник, а какая-то часть тяжелой фазы возвращается по обратному трубопроводу в смеситель. После кратковременной работы описываемой установки достаточное количество тяжелой фазы раствора проходит в турбину, (турбонасос) смесителя через цилиндр циркуляции, благодаря чему появляется возможность запустить в работу циркуляцию двойной петли. Рекомендуется с помощью клапана 34 постоянно поддерживать возврат слегка тяжелой фазы.

Из сборного лотка 26 дисперсия через трубопровод 36 попадает в третий смеситель. Последний идентичен первому смесителю по своей конструкции и типу. Верхняя камера третьего , смесителя снабжена горизонтальной отражательной перегородкой, на или по оси которой установлена манжета или хомут 37, который и исключает вероятность обратного протекания дисперсии. На противоположной стороне этого смесителя (по отношению к вертикальной трубке 14) расположено отверстие (не показано), через которое дисперсия свободно протекает в предварительный отстойник 9. Благодаря такому расположению поток дисперсии вынужден проходить поверх всей горизонтальной отражательной перегородки 13 и уже на этой стадии происходит частичная классификация фаз. Горизонтальная отражательная перегородка третьего смесителя располагается на том же уровне, что и поверхность дисперсии в сборном лотке второго смесителя или чуть ниже. Именно поэтому в данном случае нет необходимости перекачивать дисперсию в третий смеситель а скорость вращения турбонасоса третьего смесителя можно уменьшить еще больше.

За счет установки трех смесителей в соответствии с данным изобретением можно поддерживать скорость вращения первого турбонасоса на уровне выше скорости вращения второго турбонасоса, что особенно важно и имеет положительный эффект в тех случаях, когда интенсивный процесс экстрагирования вызывает образование антидисперсионного эффекта, что непосредственно связано или обусловлено смешивающимися движениями на поверхности раздела. Следовательно, рекомендуется повышать скорость вращения, если процесс экстрагирования предусматривает обязательное введение какой-то химической добавки, которая должна смешиваться в ходе осуществления этого процесса как можно быстрее. Все химические добавки и циркуляции, которые необходимы для повышения эффективности про10

5

0

5

0

5

0

5

0

5

цесса диспергирования, вводятся и осуществляются в первом и втором сме- сителях и именно поэтому скорость вращения турбонасоса третьего смесителя можно уменьшить еще больше по сравнению со скоростью вращения турбонасоса второго смесителя, причем в данном случае фазы все еще находятся в хорошем дисперсионном состоянии.

В тех случаях, когда во всех смесителях стадии экстрагирования абсолютно необходим строгий t контроль и регулирование типа дисперсии, наиболее перспективной практикой является установка в первом смесителе дисперсионного насоса и установка во втором и третьем смесителе горизонтальной отражательной перегородки. Обратные потоки от отстойника поступают в первый смеситель, где в состоянии дисперсии поддерживается правильная фаза - правильная фаза в соответствии с или по отношению к конкретной ситуации. Предпочтительным является располагать горизонтальную отражательную перегородку во втором и третьем смесителях на том же уровне, на котором происходит осаждение поверхности дисперсии в дисперсионный лоток первого смесителя. Переливный или переточный треиолд (treshold) сборного лотка отстойника устанавливается на том же уровне или чуть ниже по сравнению с уровнем установки горизонтальных отражательных перегородок упомянутых смесителей, чтобы не подвергать опасности или сомнению достаточную емкость устройств для приема растворов на стадиях экстрагирования, соединенных по принципу противотока.

На втором и третьем этапе экстрагирования стадии экстрагирования (фиг. 1), а также на этапе промывки и на этапе повторного экстрагирования используется по два смесителя на каждый этап. В этих случаях первые смесители снабжаются дисперсионным насосом, а вторые смесители снабжаются горизонтальными отражательными перегородками. Внутренние циркуляции на любом этапе подаются в первый смеситель и в верхнюю часть цилиндра циркуляции. Однако легкая фаза, выходящая из смежного этапа, подается на поверхность жидкости первого смесителя, где раствор переходит в свободный поток, так как в данном слу11

чае дисперсионный насос обеспечивает понижение упомянутой поверхности жидкости. В данном случае скорость вращения турбонасоса во втором смесителе можно понизить до уровня, которого, невозможно добиться в случае использования только одного смесителя. Кроме того, в данном случае дисперсия передается из сборного лотка пео- JQ вых смесителей в ограниченную часть цилиндра циркуляции следующего смесителя, где благодаря эффекту всасывания гарантируется прохождение потока дисперсии между смесителями даже при низких скоростях вращения турбонасоса.

Показанная на фиг, 4 конструкция устройства особенно эффективна при обработке экстенсивных и исключитель- JQ

чувствительных к эмульсии систем

15

25

30

но

раствора. На фиг. 4 видно, что блок смесителя включает предсмеситель 38 и предсмеситель 39, снабженные горизонтальной отражательной перегородкой. Необходимые химические добавки вводятся в предсмеситель, а обратные потоки, которые необходимы для сохранения и поддержания желаемого типа дисперсии, поступают из отстойника той же стадии или ступени. Потоки раствора, выходящие из смежных стадий экстрагирования, направляются по описанной схеме: тяжелая фаза направляется в верхнюю часть цилиндра циркуляции, а легкая фаза направляется на поверхность жидкости. Поскольку используемый в данном, случае пррд- смеситель намного меньше по своим габаритам главного смесителя, то появ- п ляется возможность использовать более низкие скорости вращения турбонасоса и значительно уменьшить опасность возйикновения эмульгирования, которое обычно связано с дисперсией раство- д$ ров. После предварительного диспергирования дисперсия в главном смесителе может поддерживаться в нужном состоянии при относительно низкой скорости вращения турбонасоса

154064812

турбинный насос, установленный над циркуляционным цилиндром, предварительный отстойник и отстойник, причем смеситель связан с отстойником той же ступени экстрагирования воз-г вратным трубопроводом тяжелой фазы и возвратным трубопроводом легкой фазы, отличающаяся тем, что, с целью получения высококачественной дисперсии, по меньшей мере один из смесителей снабжен насосом для дисперсии, а трубопроводы тяжелой фазы и трубопровод легкой фазы соединены с верхней частью циркуляционного цилиндра,

в смесителе.

35

50

вой трубы под углом в 20-40 от самой высокой точки трубы,

Формула изо-бретения

вой трубы под углом в 20-40 от самой высокой точки трубы,

наклонной поверхностью, направленной внутрь.

Фиг.1

8

Фиг.2