Центробежный экстрактор

 

ОП ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»)929144

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву.— (22) Заявлено 08.07.80,(21) 2953510/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

В 01 D 11/04

Гееударетееннмй кемнтет ло делам нзебретеннй н открытий

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень № 19 (53) УДК 66.061. .5(088.8 )

Дата опубликования описания 28.05.82

И. И. Поникаров, А. Н. Филимонов и В. И. Кириллов (72) Авторы изобретения

Казанский химико-технологический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

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 некотор ым 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 перемешивание в аппа- 15 рате, 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, действую2 щей 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 — повышение эффективности процесса за счет повышения степени массообмена.

Поставленная цель достигается тем, что, в центробежном экстракторе, включающем кожух с расположенным в нем ротором с насадкой, состоящей из отдельных элемен929144 тов, 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 фкг. 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 проконтактировавших фаз соответственно легкой и тяжелой. 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 11 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 противополож5

Зо

4 ные 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 коалесцируют 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 каНалам 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 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

929144

Формула изобретения

Фиг.1

5 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. о

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 прово6 дились на системе керосин-фенол-вода (извлечение фенола из керосина водой) при объемном соотношении тяжелой фазы к легкой Ят/Q = 3/1 и числе оборотов ротора

N = 1500 об/мин.

Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс массообмена.

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 Ll/04, 1968 (прототип).

929144

Слои тяжелои 4разы

Фиг.5

Редактор В. Иванова

Заказ 3061/7

Составитель 3. Александрова

Техред А. Бойкас Корректор М. Коста

Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП сПатент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4