СМЕСИТЕЛЬНО-ОТСТОЙНЫЙ ЭКСТРАКТОР Советский патент 1995 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к конструкциям смесительно-отстойных экстракторов и может быть использовано в химической и радиохимической промышленности, а именно для аппаратурного оформления экстракционного процесса в системе жидкость-жидкость, в том числе при переработке растворов, содержащих делящиеся элементы, например, растворов облученного ядерного топлива реакторов АЭС.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является смесительно-отстойный экстрактор, который содержит отстойную камеру и сообщающуюся с ней смесительную камеру, разделенную неподвижными лопатками на секции, в каждой из которых расположена на центральном валу смесительно-транспортирующая мешалка. Мешалка выполнена в виде стакана с размещенными на его боковой поверхности лопатками и внутри его радиальными перегородками. При этом донышко стакана перфорировано и обращено к выходу из смесительной камеры, кроме того, отношение внутреннего диаметра лопаток, размещенных на боковой поверхности стакана, к наружному равно 0,8-0,9.

В смесительной камере этого экстрактора легкая и тяжелая фазы движутся в одном направлении и в каждой секции диспергируются вращающейся мешалкой и транспортируются в сторону выхода. Между стаканами окружное движение потока эмульсии с помощью неподвижных изогнутых лопаток преобразуется в вертикальное, при этом происходит коалесценция капель дисперсной фазы.

Недостаток экстрактора по прототипу заключается в том, что внутри стакана каждой мешалки фазы перемешиваются радиальными перегородками с различной окружной скоростью, вследствие чего при высоких нагрузках по сумме фаз КПД смесительной камеры уменьшается из-за проскока недостаточно скоалесцированной фазы через отверстия в донышке стакана в следующую секцию.

Целью изобретения является повышение эффективности и производительности смесительно-отстойного экстрактора за счет дополнительного коалесцирования легкой фазы.

Поставленная цель достигается тем, что в смесительно-отстойном экстракторе, содержащем сообщающиеся отстойную и смесительную камеры, смесительная камера разделена на секции неподвижными лопатками, а в каждой секции установлено смесительно-транспортирующее устройство, выполненное в виде закрепленного на общем валу стакана с размещенными на его боковой поверхности лопатками и обращенного донышком к выходу из смесительной камеры. Отличие состоит в том, что боковая поверхность стакана перфорирована, а отношение диаметра стакана к его высоте равно 1-6. Количественную характеристику отверстий на поверхности стакана устанавливают с учетом конкретных значений производительности по сумме фаз, их вязкости и плотности, размеров смесительной камеры. При уменьшении отношения диаметра стакана к его высоте менее 1 эффективность диспергирования-коалесцирования далее не улучшается, но снижается производительность за счет увеличения времени пребывания фаз в смесительной камере. При увеличении данного отношения более 6 дисперсная фаза не успевает коалесцировать, что ухудшает как эффективность, так и производительность экстрактора.

Положительный эффект достигается за счет того, что использование отличительных признаков данного технического решения позволяет достигнуть дополнительного коалесцирования легкой фазы, диспергированной в тяжелой (водной) фазе, и немедленной подачи обеих фаз из внутреннего пространства стакана, в котором происходит указанная коалесценция, непосредственно в зону перемешивания и диспергирования фаз лопатками, расположенными на внешней поверхности вращающегося стакана. Поскольку скорость массообмена в процессе экстракции максимальна в моменты наибольшего обновления межфазной поверхности, т.е. в моменты диспергирования и коалесцирования, то дополнительное коалесцирование легкой фазы и немедленная подача ее на диспергирование позволяет повысить эффективность и производительность экстрактора.

На фиг.1 изображена одна ступень экстрактора; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 секция камеры смешения.

Каждая ступень экстрактора состоит из отстойной камеры 1 и смесительной камеры 2, которая неподвижными лопатками 3 разделена на секции 4. В каждой секции расположено смесительно-транспортирующее устройство, выполненное в виде стакана 5 с размещенными на нем лопатками 6, причем донышки 7 стаканов 5 обращены к выходному протоку 8 смесительной камеры. На боковой поверхности стаканов 5 размещены отверстия 9. Корпус смесительной камеры выполнен цилиндрическим, а закрепленные в нем лопатки отогнуты в направлении, противоположном направлению вращения стаканов, закрепленных на валу 10. Отстойная камера снабжена успокоительной перегородкой 11 и гидрозатвором 12. Ступень экстрактора оборудована патрубками 13 и 14 для ввода соответственно легкой и тяжелой фаз и патрубками 15 и 16 для вывода соответственно легкой и тяжелой фаз. Лопатки 6, размещенные на стаканах 5, выполнены наклонными и так, что отношение внутреннего диаметра к наружному равно 0,8. При этом соотношение диаметра стакана и его высоты выбрано равным 1-6, а расстояние между стаканами в 3-8 раз больше их высоты.

Экстрактор работает следующим образом.

Легкую фазу через патрубок 13 подают в нижнюю часть смесительной камеры 2. Сюда же через патрубок 14 подают тяжелую фазу. За счет вращения мешалок, укрепленных на валу 10, производят диспергирование фаз и передачу им кинетической энергии наклонными лопатками 6, вращающимися вместе со стаканом, создают напор, поднимающий фазы вверх, и придают смеси вращательное движение. Образовавшаяся эмульсия, проходя ряд неподвижных лопаток 3, плавно теряет окружную скорость. В этой части камеры 2 уменьшается турбулентность потока, что приводит к коалесценции капель дисперсной (легкой) фазы. Наиболее эффективно коалесценция протекает во внутреннем пространстве стакана, где отсутствует перемешивание и среда обогащается легкой фазой. После коалесценции смесь фаз из внутреннего пространства стакана через отверстие 9 выбрасывают в зону вращения лопаток 6, где вновь производят перемешивание и диспергирование фаз с необходимой интенсивностью. Процесс повторяют в каждой следующей секции 4 смесительной камеры 2. Из последней секции эмульсию через выходной проток 8 направляют в отстойную камеру 1.

Преимуществом экстрактора является увеличение КПД единичной ступени на 20% или увеличение производительности экстрактора на 30%
Следствием данного преимущества является:
уменьшение габаритных размеров аппарата при заданной производительности, вследствие чего сокращается количество экстрагента и его разбавителя, потребного для обеспечения работы экстрактора, и увеличивается пожарная безопасность экстракционной установки при использовании пожароопасного экстрагента и разбавителя;
уменьшение радиолитического разрушения органического экстрагента за счет уменьшения времени его контакта с радиоактивной водной фазой;
повышение надежности процесса экстракции за счет более эффективного перемешивания или устранения трудностей, связанных с переизмельчением эмульсии (превышение энергозатрат, снижение скорости отстаивания фаз и т.п.).

Изобретение может быть использовано для аппаратурного оформления экстракционного процесса в системе жидкость жидкость в химической и радиохимической промышленности. Цель изобретения состоит в повышении эффективности и производительности смесительно-отстойного экстрактора. Устройство содержит сообщающиеся отстойную 1 и смесительную 2 камеры. Смесительная камера разделена лопатками 3 на секции, в каждой из которых расположено смесительно-транспортирующее устройство в виде стакана 5 с размещенными на его боковой поверхности лопатками 6 и обращенного донышком 7 к выходу из смесительной камеры. Боковая поверхность стакана перфорирована, что позволяет исключить проскок недостаточно диспергированной легкой фазы и сузить спектр размера капель дисперсной фазы, что приводит к возрастанию КПД и производительности устройства. Отношение диаметра стакана к его высоте равно 1 6. 3 ил.

СМЕСИТЕЛЬНО-ОТСТОЙНЫЙ ЭКСТРАКТОР для систем жидкость жидкость, содержащий сообщающиеся отстойную и смесительную камеры, причем смесительная камера разделена неподвижными лопатками на секции, в каждой из которых установлено смесительно-транспортирующее устройство, выполненное в виде закрепленного на общем валу стакана с размещенными на его боковой поверхности лопатками и обращенного донышком к выходу из смесительной камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и производительности за счет дополнительного коалесцирования легкой фазы, отверстия выполнены на боковой поверхности стакана, отношение диаметра которого к его высоте равно 1 6.