Смесительно-отстойный экстрактор Советский патент 1982 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к конструкциям смесительно-отстойных экстракторов и может быть испол1 зовано в xи ичecкoй и радиохимической промышленности, а именно для аппаратурного оформления экстракционных процессов в системе жидкость - жидкость при переработке растворов, содержащих делящиеся элементы (например, растворов облученного ядерного топлива реакторов АЭС). Известны многоступенчатые смесительно-отстойные экстракторы, состоя щие из одинаковых ступеней, разделен ных на смесительную и отстойную каме ры. В смесительнь1х камерах таких экс ракторов расположено смесительное, ус ройство, предназначенное для диспергирования и смешения фаз, а также дл их транспортировки по ступеням за счет создания гидравлического напора СП. Эти экстракторы являются надежными аппаратами, имеют высокий коэффициент полезного действия и предпочтительны для производств, перерабатывающих растворы твэлов АЭС. Однако использование таких экстракторов ограничено невозможностью создания высокопроизводительных аппаратов, одновременно удовлетворяющих требованиям ядерной безопасности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоступенчатый смесительно-отстойный экстрактор, каждая ступень которого состоит из отстойной камеры и отделенной от нее перегородкой цилиндрической камерой смешения. Для транспортировки и перемещения фаз используется смесительное устройство в виде закрепленных на валу разомкнутых винтовых поверхностей, между которыми размещены крестообразные перегородки 123. В смесительной камере этого экстрактора легкая и тяжелая фазы движутся вдоль оси смесительного устройства с постоянной скоростью, .создавая местные завихрения, способствуют турбули зации и торможению потока,снижают на пор, создаваемый винтовыми поверхнос тями, и диспергируют одну из фаз. Пр этом неизбежно переизмельчение капель и широкий спектр их размеров, что определяет различное время пребывания отдельных капель в смесителе Это снижает эффективность и производительность экстрактора. Целью изобретения является повыше ние эффективности и производительнос смеси тел ьно-.отстойного экстрактора. Поставленная цель достигается теМ что смесительно-отстойный экстрактор содержит отстойную камеру, отделенну от нее перегородкой смесительную камеру, разделенную неподвижными лопат ками на секции, в каждой из которых установлено смесительно-транспортиру ющее устройство, выполненное 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, при этом отношение внутреннего диаметра лопаток, размещенных на боковой поверхности стаканов, к наружному равно 0,8-0,9. Расстояние между стаканами в 3-6 раз больше высоты стакана. На фиг. 1 изображена одна ступень предлагаемого экстрактора; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.З узел I на фиг. 1; на фиг. k выполн ние лопаток. Каждая ступень экстрактора состоит из отстойной камеры 1 и отделённой от нее перегородкой 2 смесительной камеры 3. Камера 3 разделена неподвижными лопатками 4 на секции 5, в каждой из которых расположе но смесительно-транспортирующее устройство, выполненное в виде стакана 6 с размещенными на. нем лопатками 7к причем донышки 8 стаканов 6 об ращены к выходу 9 из смесительной камеры 3. Донышки 8 перфорированы отверстиями 10, а внутри стаканов 6 размещены радиальные перегородки 11. Корпус 12 смесительной камеры 3 цилиндрический, а закрепленные на нем лопатки k в нижней части отогнуты в направлении, противоположном вращению стаканов 6, которые закреплены н валу 1-3. Отстойная камера имеет гидро затвор и снабжена нейтронопоглощающими вставками 15, образующими проходы 16. Ступень экстрактора включает также патрубки 17 и 18 входа соответственно легкой и тяжелой фаз, патрубки 19 и 20 выхода соответственно легкой и тяжелой фаз и камеры 21 и 22 приема соответственно легкой и тяжелой фаз. Лопатки 7, размещенные на стаканах б, выполнены так, что отношение внутреннего диаметра к наружному равно 0,8-0,9. Расстояние между стаканами 6 в 3-6 раз больше высоты стакана. Экстрактор работает следующим образом. Легкая фаза через патрубок 17 и камеру 21 приема поступает в нижнюю часть смесительной камеры 3 Сюда же через патрубок 18 и камеру 22 приема Поступает фаза. Лопатки 7, вращающиеся вместе со стаканами 6 и валом ,13, создают напор, поднимающий легкую и тяжелую фазы вверх по смесительной камере 3, и одновременно перемешивают их. Образовывающаяс5 эмульсия, пройдя ряд лопаток 7, плавно теряет окружную скорость, попадая на неподвижные лопатки k, вследствие того, что нижняя часть этих лопаток отогнута. Вертикальна я составляющая скорости движения эмульсии здесь также падает в связи с увеличением в несколько раз живого сечения потока эмульсии. При этом уменьшается турбулентность потока и создаются условия для частичной коалесценции капель дисперсной фазы. Затем процесс повторяется в каждой следующей секции 5 смесительной камеры 3. Отверстия 10 в донышках 8 стаканов 6 способствуют обновлению накопленного слоя легкой фазы в стаканах f) и вторичному диспергированию скоалесцированных капель. Выходя из последней секции 5 смесительной камеры, эмульсия переливается через перегородку 2 в отстойную камеру 1. Двигаясь между нейтронопоглощающими вставками 15 по проходам 1б, эмульсия разделяется на фазы. Затем легкая фаза через патрубок 19, а тяжелая фаза через гидрозатвор 1 и патрубок 20 самотеком перетекает в соседние ступени или выводится из экстрактора. Преимуществом предлагаемого зкст ректора является повышение производительности до 30. 5950 Эффективность экстрактора повышается за счет многократного осуществления в смесительной камере быстрой стадии процесса (коалесценции - диспергирования ) за счет исключения медленной стадии - молекулярной риффузии внутри капель.. Это уменьшает необходимое время пребывания фаз внутри аппарата, что равнозначно увеличению его производительности при заданных габаритах. Последнее существенно в случае переработки высокорадиоактивных растворов твэл АЭС, когда необходимо обеспечить высокую производительность экстракторов при небольших габаритах, определя-15 емых требованиями ядерной безопасностиПредлагаемый экстрактор характеризуется уменьшением радиолитического разрушения органическогб экстрагента за 20 счет уменьшения времени его контакта с радиоактивной водной фазой; возможностью создания высокопроизводительных ядерно безопасных экстракторов для пе- реработки растворов делящихся веществ и-сключением образования застойных зон и проскока фаз без контакта друг с другом в смесительной камере, а также позволяет обеспечить минимальные затраты энергии на транспортировку фаз (выполнение этих условий позволяет достичь высокой эффективности при ми.нимальном времени пребывания фаз в аппарате, что эквивалентно максимально возможной его производительности ; уменьшением габаритов отстойной камеры и аппарата в целом, так как в эмуль сии нет передробленных мелких .капель, требующих длительного времени отстаивания. Кроме того, уменьшаются затраты энергии на транспортировку фаз, так как исключается зона создания ненужной турбулентности. Отношение внутреннего диаметра лопаток, размещенных на стакане к их наружному диаметру, равное 0,8-0,9, сужает спектр размеров образующих капель, т.е. приводит к однородности их и исключает проскок отдельных непрореа гировавших капель.. 6 Установка стаканов на валу на расстояние в раз большем их высоты обеспечивает оптимальные условия для частичной коалесценции капель в промежутках между ними без увеличения объема смесительной камеры и исключает проскок фаз без контакта друг с другом . Формула изобретения 1. Смесительно-отстойный экстрактор для систем жидкость-жидкость, содержащий отстойную камеру, отделенную от нее перегородкой смесительную камеру, разделенную-неподвижными лопатками на секции, в каждой из которой установлено смесительно-транспорти- , рующее устройство,о тличающийс я тем, что, с целью повышения производительности и эффективности за счет осуществления многократного процесса коалесценции - диспергирования в смесительной камере и уменьшения времени пребывания фаз в аппарате, смесительно-транспортирующее устройство выполнено в виде стакана с разме- щенными на его баковой поверхности лопатками и расположенными внутри радиальными перегородками, при этом донышко стакана перфорировано и обращено к выходу из смесительной камеры. 2.Экстрактор по п. 1, о т л и чающийся тем, что отношение внутреннего диаметра лопаток, размещенных на боковой поверхности стаканов, к наружному равно 0,8-0,9. 3.Экстрактор по п. 1, о т л и ч щ и и с я тем, что расстояния между стаканами в раз больше высоты стакана. Источники информации, принятые по внимание при экспертизе 1.. Авторскоесвидетельство СССР № «28759, кл. В01 D 11/04, Л4.10.71. 2. Авторскоесвидетельство СССР № 355964, кл. В01 О 11/04, 17.03.69.

19 p.

.Г

20

17

Ц

фиг.

1

2

I

8

H-L Дт-:

фиг.З

Ч.

фие.Ц.