Многоступенчатый экстрактор-разделитель Советский патент 1992 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к химическим аппаратам для экстракции и разделения в системе жидкость - жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической и другой промышленности, где широко применяются процессы экстракции и разделения двух несмешивающихся жидкостей.

Известно устройство для многоступенчатой проточной экстракции растворенных веществ из одной жидкой фазы в другую по системе смешивание - разделение, содержащее попеременно рядом камеры смешивания-разделения, элементы для перелива и смесительные элементы, расположенные вблизи диакамер.

Недостаток устройства - отсутствие интенсивного перемешивания, а значит и некачественная экстракция, кроме того, сливаемая отработанная жидкость содержит частицы растворителя и, наоборот, - растворитель содержит частицы воды, что недопустимо по технологии проведения экстракции с последующим отделением воды от растворителя.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению и конструкции является экстрактор, содержащий корус, разделенный перегородками на секции-отстойники (камеры) с расположенными внутри них смесительными устройствами и газораспределительными насадками с отверстиями, при этом смесительные устройства выполнены в виде двух концентрических патрубков - наружного и внутреннего, а газораспределительный насадок расположен в нижней части внутреннего патрубка.

Экстрактор работает следующим образом.

Легкая жидкость по газораспределительному насадку поступает во внутренний патрубок, а тяжелая жидкость поступает туда же по трубке расположенной внутри внутреннего патрубка. Газ поступает в смесительное устройство чреез основание наружного патрубка. При совместном движении легкой и

Х|

00 QS СП

СА) ч0

тяжелой жидкостей снизу вверх внутри наружного патрубка происходит интенсивное диспергирование и перемешивание их бар- ботирующим газом, который затем собирается под перегородкой вышележащей секции, Перемешиванием жидкости проходят далее сверху вниз по кольцевому каналу, образованному концентрическими патрубками, и выходят в отстойную зону секции через основание наружного патрубка. Капли тяжелой жидкости оседают в отстойной зоне и образуют сплошной слой, из которого тяжелая жидкость перетекает затем в смесительные устройства нижележащей секции по трубкам, а легкая жидкость через насадок поступает в смесительные устройства вышележащей секции.

Основной недостаток экстрактора в том, что при перемешивании за счет барбо- тажа воздухом в растворителе появляются взвеси и воды. Наличие мелкодисперсного воздуха и воды при анализе растворителя, содержащего нефть, сказывается на точность измерения. Частицы (пузырьки) воды и воздуха в ИК области определения концентрации нефти или при определении концентрации нефти в мутномерах (проходящем или отраженном свете) оказывают приблизительно тот же эффект поглощения, что и частицы нефти, находящиеся в растворителе, а это завышает результаты измерения на десятки процентов.

Кроме того, при интенсивном бэрбота- же воздухом взвесь растворителя появляется и в воде, которая сбрасывается, а это категорически запрещено, так как растворитель типа CCI4, фреон и т.д. применяемые для экстракции нефти из воды, являются высоко токсичными.

Целью изобретения является повышение степени экстрагирования с последующим разделением воды от растворителя.

Указанная цель достигается тем, что экстрактор-разделитель снабжен валом, установленным по оси симметрии корпуса, и емкостью, заполненной силикагелем и гидравлически связанной через через пленочную перегородку с входной камерой корпуса, при этом корпус выполнен коническим, смесительные устройства - в виде стаканов, соединенных с помощью коромысел с валом, а перегородки, стаканы и пленочные перегородки выполнены из пористого политетрафторэтилена.

Расположение вала по оси симметрии под углом относительно горизонтали с коромыслами, на концах которых установлены стаканы, обеспечивает забор растворителя с нижней части конического корпуса, подъем его в верхнюю часть корпуса и слив его

в соседнюю камеру и т.д. Наличие перегородок, выполненных из пористого ПТФЭ, образующих камеры, в которых перемещаются (вращаются) коромысла со стаканами, обеспечивает многоступенчатую экстракцию, переток растворителя из одной камеры в другую и переток воды также из одной камеры в другую.

Выполнение стаканов из пористого по0 литетрафторэтилена обеспечивает просачивание растворителя и интенсивный его обмен с водонефтяной смесью, что повышает степень экстракции.

Наличие емкости с силикагелем и пори5 стой пленкой из ПТФЭ обеспечивают просачивание только растворителя, а взвесь воды поглощается силикагелем.

На фиг,1 показана принципиальная схе0 ма устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, в котором помещен вал 3, на котором в свою очередь последовательно закрепле5 ны коромысла 4 - 6. На крромыслах на их концах установлены стаканы (по два стакана) из пористого ПТФЭ. Корпус 1 разделен пористыми перегородками соответственно 8-10.

0В корпусе 1 имеются входной патрубок

11 для растворителя, входной патрубок с клапанами 12 для водонефтяной смеси, выходной патрубок с клапаном 13 для очищенной аоды, В нижней части корпуса 1

5 закреплена емкость 14, заполненная силикагелем, верхняя часть которой закрыта пленкой 15 из пористого ПТФЭ. Емкость 14 отделена от корпуса 1 подвижной перегородкой 16. На выходе из емкости 14 имеется

0 выходной патрубок с клапаном 17, над выходным патрубком с клапаном 12 установлена сегка 18.

Устройство работает следующим образом

5 Предварительно емкость 14 заполняется силикагелем, герметизируется пленкой 15, прикрепляется к корпусу 1 и закрывается перегородкой 16. Закрывается клапан 13 и через входной патрубок 11 заливается до0 за растворителя (фреон ССЦ и т д.), после чего включается привод (не показан). Растворитель заполняет нижнее пространство корпуса 1, просачиваясь через перегородки 10, 9 и 8, изготовленные из пористого

5 ТПФЭ, который смачивается растворителем, и пропускает его через поры, а вода не проникает.

Открывают клапан 12 входного патрубка и начинают поступать порции водонефтя- лой смеси, которые разбиваются на сетке 18, и далее мелкая водонефтяная взвесь

всплывает через растворитель (уд, вес растворителя 1,59 г/см3, а уд. вес водонефтя - ной пробы около 1 г/см3). Вращение коромысла 4 обеспечивает с помощью ста- канов 7 (на двух других коромыслах используются стаканы той же конструкции с тем же назначением) забор расторителя с нижней части корпуса 1 (область первой камеры), подъем растворителя и слив его во вторую камеру, образованную между перегородка- ми 8 и 9. Далее процесс повторяется. Коромысло 5 со стаканами 7, вновь захватывает растворитель с нижней части коруса 1 (область второй камеры), поднимает его и сбра- сывэет в третью камеру, образованную между перегородками 9 и 10. Здесь процесс повторяется. После сброса в четвертую камеру растворитель опускается (отстаивается) в нижнюю часть корпуса 1 (область четвертой камеры) и последовательно перетекает в третью, вторую и первую камеры (принцип сообщающихся сосудов). Поскольку стаканы 7 изготовлены из пористого ПТФЭ, то только они, заполненные раство- рителем, поднимаются выше уровня растворителя, последний начинает просачиваться через стенки стаканов 7 и мелкими каплями стекать в воду, что вызвает экстракцию. Остаток растворителя в стакане сбрасывается во вторую камеру, тонет в воде и так повторяется в каждой камере, это вызывает интенсивное перемешивание, а значит качественную экстракцию.

Водонефтяная смесь поступает через клапан 12 в первую камеру, где при перемешивании коромыслами происходит экстракция. Водонефтяная смесь с пониженной концентрацией нефти переливается во вторую камеру, где на нее вновь воздействует растворитель, и так далее в третью и четвер- тую. В четвертой камере отсутствуют органы перемешивания, что благоприятно сказывается на гравитационном расслоении.

Растворитель, поглотивший нефть из воды, попавший из стаканов третьего коромысла, тонет в воде, а вода, свбодная от нефти и растворителя, сливается через клапан 13.

По требованию оператора отключается привод, дается время на отстой (гравитационное разделение воды от растворителя), открывается перегородка 16 и растворитель просачивается через пористую пленку 15 и заполняет емкость 14, оставляя водяную взвесь в объеме силикагеля, и через открытый клапан 17 выходного патрубка сливается на анализ.

Поскольку объем залитого растворителя известен и известен объем пропущенной

водонефтяной смеси, то легко определить концентрацию нефти (нефтепродуктов) перешедшей в растворитель из водонефтяной смеси.

Например, в устройство залили 100 см3 растворителя, затем пропустили 1000 см3 водонефтяной смеси. Анализ на приборе, определяющем концентрацию нефти в растворителе, показал . Простой расчет показывает, что соотношение объемов: Водонефтяная смесь 1000 1Q

растворитель100

следовательно концентрация нефти в воде была 100 .

Предлагаемое устройство может работать и как эмульгатор. Для этого вместо стаканов из политетрафторэтилена закрепляются стаканы аналогичной конструкции из металлической сетки. При этом непрерывно подается водо- нефтяная смесь через клапан 12, задается вращение валу, открывается клапан 13 и водонефтяная смесь дробится в каждой камере и каскздно сливается.

Результаты испытаний показали, что работа устройства в режиме экстрактора обес- печивает качественную экстракцию водонефтяных смесей при концентрации до 1200 (требования ИМО и Регистра СССР) в диапазоне температур 10 - 50°С на легких и тяжелых сортах нефти и нефтепродуктов (арабская нефть, бензин, диз.топливо и мазут).

Работа устройства в режиме эмульгатора в протоке также обеспечивает получение однородной в объеме и однородной по дисперсному составу частиц нефти в воде. Пример.

Диаметр основания корпуса, мм 100 Высота корпуса, мм100

Угол конусного корпуса,30

Количество коромысел, шт3

Число стаканов (всего), шт,6

Число оборотов коромысел, работа в режиме экстрактора об/мин120

работа в режиме эмульгатора об/мин1200

Пористые перегородки и стаканы из ПТФЭ

коэффициент пористости, %40

размер пор, мкм80-100

толщина, мм2-3

По сравнению с прототипом в предлагаемом изобретении выполнение смесительных устройств в виде стаканов, соединенных с помощью коромысел с валом, установленным в коническом корпусе, и выполнение стаканов и перегородок из пористого политетрафторэтилена обеспечивают повышение

степени экстракции, исключают попадание токсичных растворителей в водные акватории за счет полного разделения воды от растворителя.

Формула изобретения Многоступенчатый экстрактор-разделитель, содержащий корпус, разделенный перегородками на камеры с расположенными в них смесительными устройствами, входные и выходные патрубки, отличающийся тем, что, с целью повышения

0

степени экстракции, он снабжен валом, установленным по оси симметрии корпуса, и емкостью, заполненной силикагелем и гидравлически связанной через пленочную перегородку с входной камерой корпуса, при этом корпус выполнен коническим, смесительные устройства - в виде стаканов, соединенных с помощью коромысел с валом, а перегородки, стаканы и пленочные перегородки выполнены из пористого политетрафторэтилена.

Изобретение относится к химическим аппаратам для экстракции и разделения в системе жидкость-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической и других отраслях промышленности. С целью повышения степени экстрагирования корпус 1 выполнен в форме конуса, по оси симметрии которого установлен вал 3. На валу закреплены три коромысла 4, 5 и 6, на концах которых установлены стаканы 7, а в нижней части корпуса закреплена емкость 14 с си- лмкагелем. 2 ил.

У

/