МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЭКСТРАКЦИОННЫЙ АППАРАТ Советский патент 1998 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к химической массообменной аппаратуре, в особенности к многоступенчатым экстракционным аппаратам, состоящим, в частности, из нескольких отдельных ступеней центробежных экстракторов, и может быть использовано в гидрометаллургической, медицинской и других отраслях промышленности.

Цель изобретения упрощение конструкции и исключение ограничения на количество ступеней в аппарате.

На фиг. 1 изображен многоступенчатый экстракционный аппарат, общий вид; на фиг. 2 то же, вид сверху.

Многоступенчатый экстракционный аппарат включает одинаковые одноступенчатые центробежные экстракторы-ступени 1, 2 и 3, расположенные на одном уровне, каждая из которых, например ступень 2, в свою очередь состоит из смесительной камеры 4 с входными патрубками тяжелой 5 и легкой 6 фаз, камер сбора разделенных фаз, тяжелой 7 и легкой 8, соответственно с выходными патрубками тяжелой фазы 9 и легкой фазы 10, которые одновременно являются входными патрубками в смесительные камеры соседних ступеней 1 и 3. В верхней части камер 7 и 8 сбора разделенных фаз расположен привод 11 с подшипниковой опорой 12, в которой закреплен вращающийся вал 13 с ротором 14, мешалкой 15, транспортирующим устройством 16, отверстиями вывода разделенных фаз, тяжелой 17 и легкой 18 соответственно. Тяжелая и легкая фазы вводятся в аппарат по патрубкам 19 и 20, а выводятся по патрубкам 21 и 22 соответственно. Смесительная камера 4 сообщается со смесительными камерами соседних ступеней через аварийные патрубки, состоящие из нижних 23 и 24 и верхних 25 и 26 колен, причем вертикальные звенья нижних колен, например звено 27 нижнего колена 23, непосредственно примыкающее к дну смесительной камеры 4, имеют большее сечение, чем у остальной части нижнего колена 23. Нижнее колено 24 расположено ниже уровня дна смесительной камеры 4 и имеет нижний перелив 28, а верхние колена 25 и 26 расположены выше уровня дна смесительной камеры 4 и имеют верхние переливы 29 и 30 соответственно, расположенные выше уровня транспортирующего устройства 16, но ниже камер 7 и 8 сбора разделенных фаз. Таким образом, направление от нижнего колена 23 или 24 аварийного патрубка к его верхнему колену 25 или 26 совпадает с направлением транспортировки тяжелой фазы в аппарате. На выходной по ходу тяжелой фазы в аппарате ступени 1 закреплен нижним коленом 31 аналогичный аварийный патрубок 32, а на выходной по ходу легкой фазы в аппарате ступени 3 закреплено верхнее колено аварийного патрубка 33, имеющее верхний перелив 34, расположенный выше верхних переливов 29 и 30 всех остальных аварийных патрубков.

Многоступенчатый экстракционный аппарат на примере ступени 2 работает следующим образом. Тяжелая фаза по патрубку 5 и легкая фаза по патрубку 6 из соседних ступеней поступают самотеком в смесительную камеру 4, где перемешиваются мешалкой 15. Образовавшаяся эмульсия подается транспортирующим устройством 16 внутрь ротора 14, где под действием центробежной силы расслаивается на составные фазы, которые раздельно выводятся из ротора 14. Тяжелая фаза через отверстие 17 выводится в камеру 7 сбора, откуда по патрубку 9 поступает в смесительную камеру следующей по ходу тяжелой фазы в аппарате ступени 1. Легкая фаза через отверстие 18 выводится в камеру 8 сбора, откуда по патрубку 10 поступает в смесительную камеру следующей по ходу легкой фазы в аппарате ступени 3.

Таким образом происходит противоточная транспортировка фаз в аппарате: тяжелой фазы через патрубок 19, ступени 3,2,1 и патрубок 21, а легкой фазы - через патрубок 20, ступени 1, 2, 3 и патрубок 22. При этом все аварийные патрубки заполнены тяжелой фазой и до уровня, меньшего уровня транспортирующего устройства 16, в связи с чем через все верхние переливы 29 и 30 не происходит никакого взаимного перетока фаз.

При случайной аварийной остановке вращения ротора любой ступени, например ступени 2, перемешивание поступающих из средних работающих ступеней в смесительную камеру 4 фаз прекращается, а заполнявшие ротор 14 фазы выливаются из него вниз в смесительную камеру 4, в результате чего в ней образуются два слоя разделенных фаз, уровень поверхности которых увеличивается. После того, как уровень свободной поверхности слоя легкой фазы достигает уровня верхнего перелива 30, она начинает переливаться в верхнее колено 26, а за тем и в нижнее колено 24 аварийного патрубка, вытесняя из него тяжелую фазу в смесительную камеру работающей ступени 3. После того, как уровень свободной поверхности слоя легкой фазы в смесительной камере 4, продолжая увеличиваться дальше, достигнет уровня верхнего перелива 34, легкая фаза прорывает гидрозатвор тяжелой фазы в нижнем колене 24 и через нижний перелив 28 всплывает в смесительную камеру ступени 3. Одновременно с этим уровень тяжелой фазы в верхнем колене 25 увеличивается до уровня верхнего перелива 29, после чего тяжелая фаза начинает свободно сливаться с него вниз в смесительную камеру работающей ступени 1. Таким образом происходит транспортировка обеих фаз в нужном направлении через смесительную камеру неработающей ступени 2 и два примыкающих к ней аварийных патрубка. При необходимости патрубки 21 и 32, а также 22 и 33 могут быть объединены попарно в общие коллекторы.

Расчет уровней перелива аварийного патрубка.

Исходные данные:
α отношение объемной производительности легкой фазы к тяжелой;
g отношение плотности легкой фазы к тяжелой;
h₁ уровень верхнего перелива 29 и 30 над дном смесительной камеры 4;
уровень транспортирующего устройства 16 [его нижнего торца в единицах h₁(β <1)]
Тогда из условия перелива тяжелой фазы через верхний перелив 29 получим

где
h₂ уровень слоя легкой фазы в смесительной камере 4 неработающей ступени 2, равный уровню верхнего перелива 34. Из условия перелива легкой фазы через гидрозатвор нижнего звена 24 получим

где
h₃ уровень нижнего перелива 28 . Численный пример: α=1; b=0,9; g=0,8,
тогда

Таким образом, использование предложенной конструкции аппарата позволяет предотвратить остановку технологического процесса при случайной аварийной поломке одной или нескольких несоседних ступеней, а также обеспечивает упрощение конструкций и исключение ограничения количества ступеней в аппарате по сравнению с прототипом.

Изобретение относится с многоступенчатым центробежным аппаратам с противоточным протеканием через его отдельные ступени водного и органического растворов в гидрометаллургической, медицинской и пищевой промышленности. Цель изобретения - упрощение конструкции и исключение ограничения количества ступеней. Для этого в данном экстракционном аппарате, включающем несколько одинаковых, соединенных переточными патрубками ступеней 1,2 и 3 одноступенчатых центробежных экстракторов, каждая из которых состоит из смесительной камеры 4, камер сбора 7 и 8 разделенных фаз, ротора 14 с транспортирующим устройством 16, каждая из смесительных камер 4 снабжена аварийными патрубками, выполненными в виде нижнего 23 и верхнего 25 колен, причем нижнее колено 23 связано с нижней придонной областью смесительной камеры 4 одной ступени 2 и расположено ниже уровня ее дна, а верхнее колено 25 связано с верхней областью смесительной камеры другой ступени 1 в зоне, расположенной выше уровня транспортирующего устройства 16, но ниже уровня камер 7 и 8 сбора разделенных фаз, при этом на выходной по ходу тяжелой фазы ступени 1 аварийный патрубок 32 закреплен нижним коленом 31, а на выходной по ходу легкой фазы ступени 3 верхнее колено аварийного патрубка 33 закреплено в зоне, расположенной выше уровня верхнего колена остальных аварийных патрубков. 2 ил.

Многоступенчатый экстракционный аппарат, включающий несколько одинаковых соединенных переточными патрубками ступеней одноступенчатых центробежных экстракторов, каждая из которых состоит из смесительной камеры, камер сбора разделенных фаз, привода с ротором и транспортирующим устройством, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и исключения ограничения количества ступеней, каждая из смесительных камер снабжена аварийными патрубками, выполненными в виде нижнего и верхнего колен, при этом нижнее колено связано с нижней придонной областью смесительной камеры одной ступени и расположено ниже уровня ее дна, а верхнее колено связано с верхней областью смесительной камеры другой ступени в зоне, расположенной выше уровня транспортирующего устройства, но ниже уровня камер сбора разделенных фаз, при этом на выходной по ходу тяжелой фазы ступени аварийный патрубок закреплен нижним коленом, а на выходной по ходу легкой фазы ступени верхнее колено аварийного патрубка закреплено в зоне, расположенной выше уровня верхнего колена остальных аварийных патрубков.