ЭКСТРАКТОР Советский патент 1994 года по МПК B01D11/04 

Изобретение предназначено для проведения процессов экстракции в системах жидкость-жидкость в любом производстве, применяющем экстракционную технологию.

Цель изобретения - обеспечение безостановочной работы при отключении отдельных смесительно-транспортирующих устройств (СТУ).

На фиг. 1 показана принципиальная схема экстрактора и движение жидкостей при всех работающих смесительно-транспортирующих устройств; на фиг. 2 - то же, при неработающем смесительно-транспортирующем устройстве в средней ступени.

Каждая ступень экстрактора имеет отстойную камеру 1 с гидрозатвором 2, смесительную камеру 3 с СТУ 4 любого типа. Смесительная камера 3 соединена с отстойными камерами 1 соседних ступеней рабочими переточными каналами для легкой фазы 5 и тяжелой фазы 6. Между собой (в отличие от известных экстракторов), в предлагаемом аппарате отстойные камеры 1 соединены дополнительными "аварийными" переточными каналами: с одной соседней камерой - дополнительным каналом 7 для легкой фазы, а с другой - каналом 8 для тяжелой фазы. Канал 7 имеет входное или выходное отверстие ( с горизонтальной переливной кромкой), расположенное в зоне осветленной легкой фазы с рабочим уровнем 9 жидкости. Переливная кромка 10 дополнительного канала 7 для легкой фазы расположена выше входной переливной кромки 11 рабочего канала 5 легкой фазы на величину геометрического напора лекгой фазы Δ h_л при максимальном расчетном ее расходе. Второе отверстие канала 7 расположено в соседней отстойной камере в зоне осветленной легкой фазы выше максимального расчетного положения границы раздела фаз 12. Дополнительный канал 8 имеет входное или выходное отверстие в гидрозатворе 2 с рабочим уровнем 13 жидкости. Горизонтальная переливная кромка 14 канала 8 расположена выше уровня переливной кромки 15 рабочего канала 5 на высоту геометрического напора Δ h_т при максимальном расчетном расходе тяжелой фазы. Второе отверстие канала 8 расположено в соседней отстойной камере в зоне осветленной тяжелой фазы ниже минимального расчетного уровня раздела фаз или в гидрозатворе. Все переточные, рабочие 5 и 6 и дополнительные 7 и 8 каналы имеют гидравлический уклон, необходимый для полного их опорожнения и предотвращения накопления в них второй фазы и образования жидкостных пробок. Например, если в канале 7 для легкой фазы будет прогиб вниз - "утка" - , то постепенно в нем накапливается тяжелая фаза, образует жидкостную пробку и движение легкой фазы становится невозможным. Для обеспечения настройки на требуемый режим работы, зависящий от расходов фаз, их объемного соотношения, плотностей фаз и других технологических параметров, каналы 6, 7 и 8 имеют устройства для регулирования высоты переливных кромок 10, 14, 15. Рабочий канал перетока легкой фазы может не иметь регулировочного устройства.

Экстрактор работает следующим образом.

При нормальном режиме жидкости легкая и тяжелая фазы поступают по рабочим переточным каналам 5 и 6 в смесительную камеру 3, где перемешиваются СТУ и за счет его насосного (напорного) действия в виде дисперсии переливаются (транспортируются) в свою отстойную камеру 1. В отстойной камере фазы расслаиваются и по своим рабочим переточным каналам 5 и 6 перетекают самотеком в следующие смесительные камеры соседних ступеней.

СТУ всех смесительно-отстойных экстракторов в принудительной транспортировкой фаз рассчитываются таким образом, чтобы для создания запаса напора на перетоках на случай колебаний расхода жидкостей имелся достаточный перепад между уровнями жидкостей во входных частях рабочих переточных каналов и уровнями соответствующих жидкостей в отстойных камерах и гидрозатворах.

Поскольку в смесительно-отстойных экстракторах с принудительной транспортировкой фаз из смесительных камер в отстойные поверхности жидкостей во всех ступенях в отстойных камерах находятся примерно на одном уровне (9 и 13), то при остановке хотя бы одного СТУ движение жидкостей нарушается. Остановившееся СТУ "запирает" переток. Во избежание этого для непрерывной работы необходимо обеспечить движение жидкостей в обход остановившемуся СТУ. Это достигается тем, что при прекращении движения жидкостей по рабочим переточным каналам 6 и 5, под действием динамического напора СТУ 4 в соседних ступенях уровень жидкостей в отстойных камерах поднимается. Легкая фаза достигает уровня 16, тяжелая - уровня 17 (см. фиг. 2). Эти уровни выше уровней переливных кромок 10 и 14 дополнительных каналов 7 и 9. При этом жидкости получают возможность свободного перетока в соседние отстойные камеры, откуда уже обычным путем обе фазы по рабочим каналам поступают в следующие ступени. Запас динамического напора СТУ, рассчитанного из условий колебаний номинального расхода фаз обычно в пределах до +30% , значительно превышает высоту при среднем номинальном расходе для обеих фаз геометрического напора над переливными кромками рабочих переточных каналов. Поэтому некоторое повышение уровней перелива в соседних ступенях не сказывается в соседних ступенях не сказывается на работе остальных ступеней аппарата. Происходит лишь незначительное смещение уровней границы раздела фаз, не влияющее на гидравлический режим соседних ступеней. При конкретном проектировании аппаратов уменьшение высоты геометрического напора может быть достигнуто увеличением периметра переливных кромок.

Массопередача в ступени с остановившимися СТУ практически прекращается, что приводит к некоторому смещению равновесных концентраций по ступеням и теоретически к изменению выходных параметров экстракта и рафината. Однако в реальных аппаратах число ступеней всегда берется большим, чем число необходимых теоретических ступеней контакта, т. к. в промышленных и даже лабораторных условиях всегда неизбежны колебания расходов фаз, концентраций растворов и других параметров процесса. Наличие хотя бы одной "лишней" ступени в многоступенчатом аппарате компенсирует смещение массообменного равновесия и обеспечивает сохранение выходных параметров технологических сред в установленных пределах.

Многоступенчатый смесительно-отстойный экстрактор позволяет осуществлять ремонтные и профилактические работы со смесительно-транспортирующими устройствами без остановки работы всего аппарата, что при значительных масштабах производства дает существенный экономический эффект. (56) Экспресс информации ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, серия ХМ-1, 1974, с. 8, рис. 2 и 3.

Изобретение относится к технологическому оборудованию экстракционных процессов химических и других производств и обеспечивает безостановочную работу при отключении смесительно-транспортирующих устройств отдельных ступеней за счет соединения отстойных камер соседних ступеней дополнительными переточными каналами. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭКСТРАКТОР многоступенчатый смесительно-отстойный для систем жидкость - жидкость, каждая ступень которого содержит смесительную камеру со смесительно-транспортирующим устройством, отстойную камеру с гидрозатвором и рабочими переточными каналами для легкой и тяжелой фаз, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безостановочной работы экстрактора при отключении отдельных смесительно-транспортирующих устройств, каждая ступень снабжена дополнительными переточными каналами для тяжелой и легкой фаз, при этом дополнительный переточный канал для тяжелой фазы соединен с соседней по ходу движения тяжелой фазы отстойной камерой, дополнительный переточный канал для легкой фазы соединен с соседней по ходу движения легкой фазы отстойной камерой. 2. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью предотвращения образования жидкостных пробок, дополнительные переточные каналы выполнены с гидравлическим уклоном.