Смесительно-отстойный экстрактор Советский патент 1993 года по МПК B01D11/04 

Ё

Использование: в химической, радиохимической и других отраслях промышленности для проведения процесса экстракции в системе жидкость-жидкость. Сущность изобретения: экстрактор состоит из смесительной камеры 1, установленного в ней смесительно- транспортирующего устройства 2, отстойной камеры 3, цилиндрического корпуса 4 с перфорированным дном 6, наполненного зернистым материалом с размером частиц 0,2-2 мм и плотностью г/см3, штуцеров ввода соответственно легкой и тяжелой фаз 7 и 8, перелива органической фазы 9 и . гидрозатвора 10. 1 ил.

Изобретение относится к конструкциям смесительно-6тстоиных экстракторов камерного (ящичного) типа и может быть использовано в химической, радиохимической и других отраслях промышленности для проведения процесса экстракции в системе жидкость-жидкость.

Известны смесительно-отстойные экстракторы, содержащие смесительную и отстойную камеры. В смесительной камере устанавливается устройство для диспергирования и смешения фаз, одновременно осуществляющее транспортировку образовавшейся эмульсии за счет создания гидравлического напоРЗ DJЭкстракторы такого типа широко распространены в промышленности, так как имеют высокий КПД, просты по устройству и их работа легко автоматизируется.

Однако такие экстракторы имеют существенный недостаток, снижающей экономическую и техническую эффективность их использования, а именно большой объем отстойной камеры и, как следствие длительное время пребывания фаз в аппарате. Это приводит к увеличению габаритов экстракторов и требует больших производственных площадей. Кроме того, применительно к радиохимическим производствам при длительном контакте органического экстр- агента с водной фазой идет его разложение за счет гидролиза и радиоли- за.

Известно устройство для разделения эмульсий X, в котором разделение эмульсии происходит за счет коалес00 О)

00

о

ценции капель при прохождении между перегородками различной конструк- ции и их последующего отстаивания. Подобные устройства усложняют конструкцию экстрактора за счет горизонтального расположения и необходимости обеспечения равномерного распределения потока по сечению устройства.

Известен смесительно-отстойный экстрактор для системы жидкость-жидкость, содержащий отстойную камеру и отделенную от нее перегородкой смесительную камеру, в которой располагается смесительно-транспортирую- щее устройство, выполненное в виде стакана с размещенными на его боковой поверхности лопатками и расположенными внутри радиальными перегородками. Доньну ко стакана. перфорировано . и обращено к выходу из смесительной камеры. Контактирующие фазы в нем перемешиваются лопастями и одновременн транспортируются вверх. Между смесителями расположены неподвижные ребра с отогнутым против вращения :потока входным Концом Т. Поток эмульсии при этом успокаивается, его скорость уменьшается за счет увеличения сечения, и создаются условия для частичной коалесценции дисперсной фазы. Благодаря неоднократному повторению процессов диспергирования - коалесценции резко ускоряется скорость мае сопередачи, что позволяет обеспечить высокий КПД без тонкого дробления ка пель. Использование данного экстрактора позволяет повысить производительность аппарата не более, чем на. 30%, так как работа второго основного узла отстойной, камеры улучшается только ;за счет исключения наиболее мелких капель эмульсии. Следовательно, этому аппарату присущи в целом отмеченные недостатки.

Цель изобретения - повышение эффективности и производительности сме сйтельно-отстойного экстрактора,, уменьшение его габаритов и времени пребывания фаз.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого смесительно-отстойно- г о экстрактора, где стрелками со сплошной линией обозначен путь тяжелой фазы, пунктирной - легкой фазы, пунктирной с точками - эмульсии. Экстрактор состоит из смесительной камеры 1, установленного в ней

5

0

5

0

0

5

5

0

5

смесительно-транспортирующего устройства 2, отстойной камеры 3, цилиндрического корпуса 4, наполненного зернистым материалом 5, с перфорированным дном 6, штуцеров ввода соответственно легкой и тяжелой фаз 7 и 8, перелива органической фазы 9 и гидрозатвора 10.

Экстрактор работает следующим образом.

Легкая и тяжелая фазы через штуцеры 7 и. 8 соответственно поступают в смесительную камеру 1, перемешиваются и транспортируются вверх смеси- тельно-транспортирующим устройством 2. Эмульсия через перфорированное дно входит в корпус 4, проходит затем через псевдоожиженный слой зернистого материала 5. В слое происходят коалесценция капель и образование струй дисперсной фазы, которые вместе со сплошной фазой переливаются в отстойную камеру 3. Легкая фаза выходит из отстойной камеры через пер елив 9, а тяжелая фаза-- через гидрозатвор 10.

Предлагаемая конструкция экстрактора обладает следующими преимуществами : ..

повышение нагрузки на отстойную камеру (производительности) в 5 - 10 раз;. уменьшение времени пребывания фаз в аппарате, следовательно уменьшение радиолиза и гидролиза экстрагента в соответствующее число раз, что особенно существенно в радиохимических процессах;

сокращение производственных площадей для размещения экстракторов в 5-8 раз.

Результаты проведенных исследований представлены данными, приведенными в табл. 1 и 2.

Так, в табл. 1 приведены данные по достигнутым нагрузкам, соответствующим им величинам слоя эмульсии и взаимного уноса фаз в зависимости от природы зернистых материалов и разме-.. ров их частиц. Испытания проводили на системе азотная кислота - 30%-ный раствор трибутилфосфата в углеводородном разбавителе.

Из приведенных данных следует, что коалесценция на стеклянных сферах протекает удовлетворительно при на- грузках на площадь отстойной камеры до 30 .ч. При более высоких на54813480происходит повышенный взаимдоча ну те го то зо

ный унос фаз.

Порошки из электрокорунда с размером частиц 0, мм и насыпным весом 2 г/см3 позволяют осуществлять коалесценцию при нагрузках до 60 м3/м2-ч, что в 6 раз выше, чем для смесителя-отстойника типа Краб

Лучше всего зарекомендовали себя металлические сферические порошки (МСП), из которых фракция 0,4-0,6 мм позволяет достичь нагрузок более 70 м3/м2-ч при взаимном уносе фаз примерно 0,1%.

В табл. 2 приведены результаты сравнительных стендовых испытаний моделей прототипа и заявляемого экстрактора, В качестве зернистого материала использовали МСП из сплава ЭИ-943, фракции 0,2-0,6. мм. Определяли допустимые по уносу фаз нагрузки на отстойную, камеру при различных интенсивностях перемешивания контак- тируемых фаз.

Целесообразно площадь сечения цилиндрического корпуса выбирать такой чтобы обеспечить во время работы экстрактора псевдоожиженное состояние слоя зернистого материала. Достигается это за счет того, что скорость потока эмульсии Wg в расчете на пустое .сечение выше критической скорости WK начала псевдоожижения и ниже скорости витания частиц W&.

С учетом неизбежных практически колебаний расходов растворов, поступающих в экстрактор, было определено соотношение

1,2WkerW3Ј0,8We.

3480

Высота цилиндрического корпуса должна исключать возможность уноса частиц зернистого материала в отстойную камеру без использования дополнительных дренажных устройств. Для этого над слоем псевдоожиженного зернистого материала должна быть свободная зона. Чрезмерная высота зоны увеличит

0 габариты аппарата, но не приведет к улучшению его работы.

Приведенные расчеты и результаты опытов позволили выбрать с учетом расширения слоя и колебаний расходов

5 соотношение I

L St. 1,3 IbW3/WK.

где L - высота цилиндрического кор- 0пуса;

Н - высота слоя зернистого мате- ...риала.

Формула изобретения

5„ „

Смесительно-отстоиныи экстрактор

для систем жидкость - жидкость, содержащий отстойную камеру и отделенную от нее перегородкой смесительную камеру со смесительно-транспортирую- щим устройством, отличающий с я т-ем, что, с целью повышения производительности и эффективности, уменьшения габаритов экстрактора и времени пребывания контактирующих 5 фаз, он снабжен расположенными между смесительно-транспортирующим устройством и отстойной камерой цилиндрическим корпусом с перфорированным дном, наполненным зернистым материалом с размером частиц 0,2-2 мм и плотностью 3-8 г/см3.

ч ., ;, Т.а .6 Л и .ц а 1

0

0

-. / .. : ... . - .. : ..... .. . : .. . .

Та 6 л и ц а 2

Результаты сравнительных испытаний

8

Продолжение трбл.1