Смесительно-отстойный экстрактор

 

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 смесительнотранспортирующего 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (у) В 01 D 11/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4917638/26 (22) 31.01.91 (46) 07-05.93. Бюл. Р 17 (71) Производственное объединение

"Маяк" (72) Г.И.Перминов, В,П.Уфимцев, Е.Г.Дзекун, А,М.Нудель, И,И.Балакин, П.П.йевцев и В.Т.Ильиных (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 209405, кл, В О1 Э 11/04, 1991.

2. Патент ГДР Ф." 202810, кл. В 01 D 17/00, 1983.

3. Авторское свидетельство CCCP

P 950417, кл, В 01 D 11/04, 1980. (54) СИЕСИТЕЛ6НО-ОТСТОйНЫЙ ЭКСТРАКТОР

Изобретение относится к конструкциям смесительно-отстойных экстракторпв 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 напора $1$ .

Экстракторы такого типа широко: распространены в промышленности, так как имеют высокий КПД, просты по уст,, SU 1813480 А1 (57) 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 смесительнотранспортирующего устройства 2, отстойной камеры 3, цилиндрического корпуса 4 с перфорированным дном 6, наполненного зернистым материалом с размером частиц 0,2-2 мм и плотностью 3-8 г/смз, штуцеров ввода сооТветственно легкой и тяжелой фаз 7 и

8, перелива органической фазы 9 и гидрозатвора 1О, 1 ил. ройству и их работа легко автоматизируется.

Однако такие экстракторы имеют су- д щественный недостаток, снижающ и эко- О0 номическую и техни ескую эффективность их использования, а именно большой объем отстойной камеры и, как следствие длительное время пребывания фаз в аппарате. Это приводит к увели- О чению габаритов экстракторов и тре-. бует больших производственных площадей. Кроме того, применительно к радиохимическим производствам при длительном контакте органического экстрагента с водной фазой идет его разложение за счет гидролиза и радиолиза.

Известно устройство для разделения эмульсий (21, в котором разделение эмульсии происходит за счет коалес1813480 ценции капель при прохождении между перегородками различной конструкции 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-транспортирующее устройство, выполненное в виде стакана с размещенными на его боковой поверхности лопатками и расположенными внутри радиальными перегородками. Донь!шко стакана.перфорировано. и обращено к выходу из смесительной камеры, Контактирующие фазы в нем перемешиваются лопастями и одновременно транспортируются вверх. Между смесителями расположены неподвижные ребра с отогнутым против вращения потока входным концом (3) . 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 массопередачи, что позволяет обеспечить высокий КПД без тонкого дробления ка пель. Использование данного экстрактора позволяет повысить производи тельность аппарата не более,, чем на

304, 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 смесительно-отстойного экстрактора, уменьшение его габаритов и времени пребывания фаз.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого смесительно-отстойного 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

Q0

55 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 смесительно-транспортирующим устройством

2. Эмульсия через перфорированное дно входит в корпус 4, проходит затем через псевдоожиженный слой зернистого материала 5. 8 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 перелив 9, а тяжелая фаза — через гидрозатвор 10.

Предлагаемая конструкция экстрактора обладает следующими преимуществами: повышение нагрузки на отстойную камеру (производительности) в 510 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 — 301-ный раствор трибутилфосфата в углеводородном разбавителе.

Из приведенных ланных следует, что коалесценция на стеклянных сферах протекает удовлетворительно при на- . грузках на площадь отстойной камеры до 30 м /и"- ч, При более высоких на13" 80

Х, .1,3 Н W /W„.

1,217, «-У « О,ЯИ ульсии

Стеклянные сфе ры (1 -."2 мм), 200

38

1,65 (2,8) Электрокорунд (0,5 - 1 мм)

200 (0э1

1,0 (0,1

Масло в воде

30-50

2,15 (3,4) t, Вода в масле

5 18 грузках происходит повышенный взаим- ный унос фаз, Порошки из электрокорунда с размером частиц 0,5-1,0 мм и насыпным весом )2 г/смз позволяют осуществлять коалесценцию при нагрузках до

60 мзlм ч, что в б раз выше, чем для смесителя-отстойника типа "Краб".

Луцше всего зарекомендовали себя металлические сферические порошки (МСП}, из которых фракция 0,4-0,6 мм . позволяет достичь нагрузок более .70 мз/м .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 ИСП из сплава

ЗИ-943, фракции 0,2-0,6 мм. Определяли допустимые по уносу фаз нагрузки на отстойную камеру при различных интенсивностях перемешивания контактируемых 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 И в расчете на пустое,сечение выше критической скорости Ук начала псевдоожижения и ниже скорости витания частиц W .

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

Высота цилиндрического корпуса должна исключать возможность уноса частиц зернистого материала в отстой5 ную камеру без использования дополнительных дренажных устройств. Для этого над слоем псевдоожиженного зернистого материала должна быть свободная зона. Чрезмерная высота зоны увеличит

1п габариты аппарата, но не приведет к улучшению его работы.

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

1 где L — высота цилиндрического корпуса, Н - высота слоя зернистого материала, Формула изобретения

Смесительно-отстойный экстрактор для систем жидкость - жидкость, содержащий отстойную камеру и отделенную от нее перегородкой смесительную камеру со смесительно-транспортирующим устройством, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности и эффективности, уменьшения габаритов экстрактора и времени пребывания контактирующих

35 фаз, он снабжен расположенными между смесительно-транспортирующим устройством и отстойной камерой цилиндрическим корпусом с перфорированным дном, наполненным зернистым материа<0 лом с размером частиц 0,2-2 мм и плотностью 3-8 г/смз.

Та.б л и.ц а 1

100, 0,1

150 1,1 Масло в воде 200 - 3,3

1813480

Продолжение табл.f

5 (б! ° !

23

4,80 (7,8) 35:

Нет

5,0 (7,8) 20

l.

Таблица 2

Результаты сравйительных испытаний

Тип эмульсии Предельная нагрузка на отстойную камеру, мз/м2 ч

Отношение потоков фаз,органическая:водная

Прото- Заявляемый экстрактор тип

Масло в воде 5,0

1:2

10,0

13,0

Вода в масле 5,0

50,0

60,0

2:1

7,0

10,0 .

70,0

Металлический сферический порошок (0,2-0,4 мм)

200

Металлический сферический порошок (0,4-0,6 мм)

200

41

47

53

Нет

300

30,0

60,0

80,0 (0 1

<0,1 Масло в воде

3,0

<0,1 (О, t Вода в масле

0,1

0,1

Увеличение нагрузки в заявляемом экстракторе, раз

6,0

6,0

6,2

10,0

8,.

7,0