Центробежный экстрактор Советский патент 1982 года по МПК B01D11/04 

(54) ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

1

Изобретение относится к устройствам для осуществления процесса экстракции в системе жидкость - жидкость и может быть применено в различных отраслях промышленности.

Известен центробежный аппарат для контактирования жидкостей, содержащий кожух, ротор с насадкой, выполненной в виде конических тонкостенных элементов, расположенных соосно с некоторым зазором, и устройство ввода и вывода фаз 1.

К недостаткам данного аппарата относятся вторичные течения легкой фазы (в объеме насадки, где конические тонкостенные элементы Обращены конусами к центру аппарата) с образованием вихрей, усиливающих продольное перемещивание в аппарате, что ведет к снижению интенсивности процесса массообмена.

Кроме того, для устойчивой работы аппарата необходимо поддерживать определенный слой тяжелой фазы в каждом коническом тонкостенном элементе на участке, обращенном конусом к периферии ротора, что затруднительно, так как по радиусу аппарата от центра к периферии ротора растет величина центробежной силы, действующей на фазы при их движении в насадочной части аппарата. Причем для каждого ряда конических элементов действие этих сил будет направляться в соответствии с местоположением этих элементов относительно центра ротора, т. е. будет изменяться по радиусу. Следовательно, будет меняться толщина слоя тяжелой фазы для каждого элемента, что ведет к изменению режима истечения фаз через щели, образованные коническими элементами. Если принять во внимание (а не учитывать это невозможно) некоторые колебания в системе подачи фаз в аппарат, обусловленные спецификой работы регуляторов (контрольноизмерительных приборов), то станет ясно, насколько сложно обеспечить устойчивый гидродинамический режим как на каждом из конических элементов, так и в целом по аппарату.

Цель изобретения - повыщение эффективности процесса за счет повыщения степени массообмена.

Поставленная цель достигается тем, что, в центробежном экстракторе, включающем кожух с расположенным в нем ротором с насадкой, состоящей из отдельных элементов, установленных с зазором относительно друг друга, устройства ввода и вывода фаз, элементы.насадки выполнены в виде расположенных по концентрическим окружностям шестигранников, геометрическая ось которых параллельна оси ротора.

В предложенном устройстве сводится к минимуму продольное перемешивание, что ведет к интенсификации процесса массообмена.

Отпадает необходимость в создании и поддержании слоя тяжелой фазы определенной толщины на определенных участках насадочной зоны. Следовательно, создаются условия устойчивой (стабильной) работы аппарата в целом.

Если в известном экстракторе контакт жидкостей в основном осуществляется в зоне, где конические элементы примыкают (с зазором) конусами друг к другу, то в предлагаемой конструкции аппарата зоной контакта является все пространство, образованное призматическими телами при их установке с зазором. Следовательно,увеличивает ся длина зоны контакта фаз, время контакта фаз, что ведет к интенсификации процесса массообмена.

На фиг. 1 изображен экстрактор, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - призматическое тело; на фиг. 4 и 5 - часть насадочной зоны, выполненной из призматических тел и показана гидродинамическая картина движения потоков фаз.

Центробежный экстрактор состоит из кожуха (не показан), ротора 1, верхнего диска 2 с камерами 3 и 4 сбора проконтактировавщих фаз соответственно легкой итяжелой. В камеры введены не связанные с ними неподвижные напорные диски 5 и 6 для отвода жидкостей.

Сверху по оси ротора коаксиально расположены неподвижные патрубки 7-10. Патрубок 8 вплотную через уплотнительную шайбу И подходит к нижнему диску 12 ротора с выполненными в нем радиальными каналами 13.

Подвод легкой фазы в контактную зону аппарата осуществляется через распределитель 14. Подвод тяжелой фазы осуществляется из диспергирующего устройства 15. СепараЦия тяжелой фазы осуществляется в зоне 16 сепарации, выполненной в виде диска 17 с выфрезированными каналами 18. Сепарация легкой фазы осуществляется в зоне 19 сепарации.

Рабочее пространство ротора заполнено насадкой 20, выполненной в виде призматических тел 21, геометрическая ось которых параллельна оси аппарата.

Призматические тела расположены таким образом, что одно ребро направлено к центру ротора, а противоположное ребро - по радиусу к периферии. Две противоположные грани призматических тел также расположены радиально. Призматические тела установленные в одном ряду (на одном радиусе) с зазором, образуют радиальные каналы 22; два соседних ряда по радиусу

призматических тел, расположенных с зазором, образуют канал 23 под некоторым (60°) углом к радиусу аппарата.

Аппарат работает следующим образом. Тяжелая (дисперсная) фаза по межтрубному пространству патрубков 7 и 8 поступает в диспергирующее устройство 15, откуда под действием центробежной силы выбрасывается в виде капель в контактную зону аппарата, заполненную призматическими телами 21, установленными с зазором. Далее капли под действием центробежной силы движутся по каналам 22 и 23 от центра к периферии ротора.

Достигнув главной поверхности уровня раздела фаз, находящегося вблизи уровня подвода легкой фазы в контактную зону

аппарата, капли дисперсной фазы коалесцнруют и далее в виде сплошного потока поступает в зону сепарации 16. Достигнув периферии ротора, тяжелая фаза поступает в камеру 4 и с помощью напорного диска 6

по трубе выводится из аппарата.

Легкая фаза по неподвижному патрубку 8 и радиальным каналам 13 через распределитель 14 поступает в контактную зону аппарата вблизи главного уровня раздела фаз и движется по каналам 22 противотоком

к дисперсной фазе от периферии к центру. Далее, пройдя зону 19 сепарации для легкой фазы, поступает в камеру 3, откуда по трубе выводится из аппарата.

При движении фаз по извилистым кайалам 22 и 23, образованных призматическими телами 21, установленными с зазором, создаются благоприятные условия для интенсификации процесса массообмена.

Отсутствуют зоны застоя, где, как правило, возникают вторичные течения, вихреобразование (фиг. 4), усиливающие продольное перемешивание и, следовательно, ведущие к снижению процесса массообмена. В извилистом канале сведены к минимуму условия для вихреобразования, так как для формирования вторичных течений необходима определенная протяженность участка канала, чтобы мог сформироваться вихрь.

Вихреобразованию препятствует и соударение потоков на участках, где сходятся 0 два канала 23, а затем на некотором расстоянии происходит раздвоение потоков.

В местах соударения потоков значительно интенсифицируется процесс массообмена за счет редиспергирования и дробления капель, т. е. за счет многократного обновления поверхности массообмена.

На участках канала 22, расположенных параллельно радиусу аппарата скорость движения капель резко возрастает. Двигаясь с большими скоростями, капли ударяются о ребра призматических тел, дробятся, а затем на участке канала 23, расположенного под углом 60° к радиусу аппарата, частично сливаются, образуя пленку. Двигаясь к периферии ротора по наклонной поверхности призматического тела по каналам 23, пленка достигает участка канала, где два «наклонных канала 23 переходят в один «радиальный канал 22, срывается с «наклонных поверхностей, дробясь на капли. А далее все снова повторяется. Таким образом, на всем пути движения тяжелой фазы от центра к периферии ротора происходит многократное редиспергирование и коалесценция капель, т. е. многократное обновление поверхности массообмена, что ведет к интенсификации процесса массообмена. Проверка работоспособности предлагаемой конструкции на образце экстрактора диаметром 350 мм, насадочная часть которого выполнена в виде призматических тел, ось которых параллельна оси аппарата показала, что эффективность массообмена увеличилась на 24-33% по Отношению к известной конструкции. Исследования провоS

fXX

/ 7 / .

// /S 20 }3 / дились на системе керосин-фенол-вода (извлечение фенола из керосина водой) при объемном соотношении тяжелой фазы к легкой 3/1 и числе оборотов ротора N 1500 об/мин. Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс массообмена. Формула изобретения Центробежный экстрактор, включающий кожух с расположенным в нем ротором с насадкой, состоящей из отдельных элементов, установленных с зазором относительно друг друга, устройства ввода и вывода фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет повышения степени массообмена, элементы насадки выполнены в виде расположенных по концентрическим окружностям шестигранников, геометрическая ось которых параллельна оси ротора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 240678, кл. В 01 D L1/04, 1968 (прототип).

X

Фи&.З I VX / ( Фйг. N TF/ tecr -k I - У ЛК г Я о ъ J чJ 1Г Х тяжелой (разы