Роторно-дисковые экстракторы.

В этом экстракторе (рис.4) внутри корпуса 1 на равном расстоянии друг от друга укреплены непод­вижно кольцевые перегородки 2. По оси колонны проходит вертикально вал с горизонтальными плоскими дисками, или ротор 3, приводимый во вращение посредством привода 4. Диски ротора размещены симметрич­но относительно перегородок 2, причем каждые две соседние кольцевые перегородки и диск между ними образуют секцию колонны. Чередую щиеся кольца и диски препятствуют продольному перемешиванию. К сме­сительной зоне колонны примыкают верхняя 5 и нижняя 6 отстойные зоны.

Одна из фаз (например, легкая фаза) диспергируется с помощью распределителя 7 и затем многократно дробится (редиспергируется) посредством дисков ротора в секциях колонны. После перемешивания фазы частично разделяются вследствие разности плотностей при обтекании ими кольцевых перегородок, ограничивающих секции колонны. При этом легкая фаза поднимается кверху, а тяжелая фаза опускается книзу и захватывается соответствующими дисками ротора для последующего перемешивания.

Другие колонные экстракторы с мешалками.

Аппараты такого типа раз­личаются главным образом конструкцией перемешивающих устройств. Так, вместо перемешивающих дисков в колонном аппарате (рис.5, а) применяют открытые турбинные мешалки 1, а на его стенках устанавли­вают неподвижно вертикальные отражательные перегородки 2, улучшаю­щие перемешивание. Мешалки ограничены неподвижными кольцевыми перегородками 3.

В экстракторе другой конструкции (рис. 5, б) внутри каждой секции, помимо кольцевых перегородок 3, установлены дополнительные направляющие перегородки в виде горизонтальных дисков 2, между ко­торыми зажаты вертикальные сетчатые толстостенные перегородки в фор­ме колец 4 из витков металлической сетки. С помощью таких кольцевых сетчатых перегородок облегчается коалесценция капель и достигается лучшее разделение фаз. Диски 2 и кольцевые перегородки 3 образуют как бы капсулу, в которой находятся лопастные мешалки 1.

Аппарат этой конструкции можно лишь условно отнести к экстракто­рам дифференциально-контактного типа. По принципу действия его мож­но считать колонным (вертикальным) смесительно-отстойным экстракто­ром, значительно превосходящим по компактности смесительно-отстойные экстракторы, описанные выше.

В непрерывно действующих колонных механических экстракторах достигаются хорошее диспергирование одной фазы в другой и высокая ин­тенсивность массопередачи. Эти аппараты занимают малую производст­венную площадь и надежны в эксплуатации. Вместе с тем им присущи определенные недостатки. При большом числе ступеней (примерно больше 6—8) усложняется конструкция ротора и чрезмерно возрастает высота аппарата. Допустимые нагрузки ограничены, причем они снижаются с уменьшением разности плотностей фаз, а также в тех случаях, когда обрабатываемые системы жидкость — жидкость легко эмульгируются.

Пульсационные экстракторы.

Введение дополнительной энергии в жид­кости путем сообщения им возвратно-поступательных колебаний (пуль­саций) возможно двумя способами:

1. с помощью вибрирующих внутри аппарата перфорированных таре­лок, укрепленных на общем штоке, которому сообщается возвратно-по­ступательное движение;

2. посредством специального механизма (пульсатора), находящегося вне аппарата: создаваемые пульсатором колебания гидравлически пере­даются жидкостям в экстракторе (см. рис.6).

Второй способ более экономичен и осуществляется при отсутствии движущихся частей в самом аппарате. Поэтому экстракторы с выносными пульсаторами применяются наиболее часто.

Пульсации способствуют лучшему дроблению диспергируемой фазы на капли и соответственно увеличению поверхности контакта фаз, ин­тенсивному их перемешиванию, а также увеличению времени пребывания диспергируемой фазы и ее задержки в колонне.

Ряд исследований показал, что возрастание эффективности под дейст­вием пульсаций достигается благодаря увеличению поверхности контакта фаз, в то время как коэффициент массопередачи несколько уменьшается из-за продольного перемешивания.

В принципе использование пульсаций как средства интенсификации массообмена при экстракции возможно в экстракторах различных конст­рукций. Известны, например, распылительные, насадочные, ситчатые и смесительно-отстойные экстракторы, работающие с пульсированием жид­костей. Наиболее распространены ситчатые и насадочные пульсационные экстракторы.

Рис.6. Пульсационные колонные экстракторы:

а — ситчатый с поршневым пульсатором; б — насадочный с пневматическим пульсатором; 1 — колонна с ситчатыми тарелками; 2 — пульсатор; 3 — насадочная колонна; 4 — поршень; 5 — камера.

Пульсационный ситчатый экстрактор (рис. 6, а) представляет собой обычную колонну 1 с ситчатыми тарелками, к которой присоединен пульсатор 2. По аналогии с насосами различают пульсаторы поршневые (плунжерные), мембранные, сильфонные и пневматические. Поршневой пульсатор — это бесклапанный поршневой насос, который присоединяет­ся либо к линии подачи легкой фазы (рис.5, а), либо непосредст­венно к днищу колонны. С помощью пневматического пульсатора (рис.6, б) при движении поршня 1 периодически изменяется дав­ление воздуха или инертного газа над свободным уровнем жидкости в камере 2, соединенной с насосом. Эти колебания давления, в свою очередь, вызывают колебательное движение жидкости в экстракционной насадочной колонне 3.

Отделение аппарата от пульсатора значительно облегчает обслужива­ние экстракционной установки в тех случаях, когда недопустимо сопри­косновение обслуживающего персонала с обрабатываемыми жидкостями и требуется полная герметизация аппаратуры, например при работе с радиоактивными и ядовитыми растворами. В этом заключается специфи­ческое и существенное достоинство пульсационных экстракторов, которые по интенсивности массопередачи и производительности близки к механи­ческим экстракторам с мешалками.

Основной недостаток пульсационных экстракторов — ограниченность диаметра этих аппаратов (обычно не более 600—800 мм). С увеличением диаметра возрастают трудности гидродинамического характера (неравномерность распределения скоростей по сечению аппарата, возможность кавитации), а также резко увеличивается расход энергии на сообщение пульсаций большим объемам жидкости в аппарате.

Центробежные экстракторы

Использование центробежных сил является эффективным средством улучшения не только смешения, но и разделения фаз при экстракции.

Принцип работы центробежного экстрактора ясен из рис.6. Жидкости поступают под напором с противоположных концов в каналы быстро вращающегося вала 1, на котором закреплен ротор (бара­бан) 2.. Плотность соединения труб для подвода жидкостей и вращающегося вала достигается с помощью сальников у торцов ва­ла. Внутри ротора по всей его ширине размещена спиральная перегородка 3 из перфорирован­ной ленты. В каналах между ее витками противотоком друг к дру­гу движутся легкая и тяжелая фазы. При этом тяжелая фаза дви­жется от оси к периферии ротора, а легкая фаза — от его периферии по направлению к оси.

Рис.7. Схема устройства центробеж­ного экстрактора:

1 — вал; 2 —ротор (барабан); 3 — спиральные перегородки из металлической перфорирован­ной ленты.

Обе фазы перемешиваются, проходя сквозь отверстия спира­лей, и разделяются в каналах под действием центробежных сил. Таким образом, смешение и сепарирование жидкостей протекают одновременно и многократно повторяются. Легкая фаза отводится у наружной поверхности рото­ра, а тяжелая — вблизи его оси. Обе фазы удаляются через раздель­ные отводные каналы вала, как показано на рис.7.

Кроме противоточных центробежных экстракторов применяются так­же центробежные экстракторы-сепараторы, в которых осуществляются однократное и многократное прямоточное смешение жидкостей и разде­ление эмульсии. Аппараты этого типа представляют собой разновидности сверхцентрифуг или тарельчатых сепараторов. В них контакт жидкостей и сепарирование фаз протекают раздельно вну­три барабана.

Центробежные экстракторы обладают существенными достоинствами. Эти аппараты весьма компактны и сочетают значительную производитель­ность с высокой интенсивностью массопередачи. В них можно эффективно обрабатывать жидкости с небольшой разностью плотностей. Вместе с тем центробежные экстракторы отличаются малой удерживающей способ­ностью и коротким временем пребывания жидкостей в аппарате. Эта осо­бенность центробежных/ экстракторов обусловливает их успешное при­менение для экстракции легко разлагающихся веществ, например анти­биотиков (пенициллина и др.), чувствительных не только к нагреванию, но и к продолжительному пребыванию в растворе при нормальной тем­пературе. В месте с тем эти аппараты не пригодны для экстракции, со­провождаемой химической реакцией, когда требуется длительное время контакта фаз.

Производительность центробежных экстракторов определяется шириной ротора, а число получаемых теоретических ступеней — его диаметром. В промышленных центробежных экстракторах число оборотов ротора колеблется ориентировочно в пределах 1200—5000 мин^-1, что ограничи­вает размеры ротора (барабана), диаметр которого не превышает 1,2— 1,5 м.

В экстракторе, показанном на рис.6, тяжелая фаза отводится через канал, расположенный у оси вращения ротора. При этом в случае обработки жидкостей, обладающих большой разностью плотностей, лег­кая фаза должна вводиться в ротор под значительным избыточным дав­лением. В настоящее время разработаны безнапорные центробежные экст­ракторы, в которых этот недостаток в значительной степени устранен.

Основными типами центробежных экстракторов являются трубчатые, камерные и пленочные. Рассмотрим трубчатый центробежный экстратор, схема которого приведена на рис. 8.

Экстрактор представляет собой вращающийся цилиндрический барабан 3, внутри которого установлены отбойные дырчатые перегородки 7, разделяющие внутреннее пространство барабана па ряд экстракционных (II, IV, VI) и сепарациопиых (I, III, V, VII) зон. Тяжелая жидкость L подается по каналу 2, проходящему внутри неподвижного цилиндра 4, в нижнюю экстракционную зону VI, протекает по барабану снизу вверх и выводится через верхний кольцевой слив 8. Легкая жидкость G поступает по каналу 6 в верхнюю экстракционную зону II, движется в противотоке с жидкостью L и выводится через пижний слив 1.

В экстракционных зонах жидкости L и G перемешиваются неподвижными перфорированными дисками 5, закрепленными на неподвижном цилиндре 4.

Рис. 8. Схема трубчатого центробежного экстрактора: I, III, V, VII — сепарационные зоны; II, IV, VI — экстракционные зоны; 1, 8 — цилиндрические сливы для тяжелой и легкой жидкостей; 2, 6 — каналы для ввода тяжелой и легкой жидкостей; 3 — цилиндрический барабан; 4 — неподвижный цилиндр; 5 — перемешивающие перфорированные диски; 7 — отбойные дырчатые перегородки.

Эмульсия, образовавшаяся в экстракционных зонах, подвергается предварительно грубому разделению при движении через дырчатые отбойные перегородки 7, которые выполнены в виде нескольких дисковых или конусных тарелок, как у тарельчатого сепаратора. Окончательное разделение фаз производится под действием центробежной силы в сепарационных зонах.

Многократное смешение и разделение обеих жидкостей в аппарате осуществляется по принципу противоточной ступенчатой экстракции, поэтому расчет этих экстракторов аналогичен расчету колонных смесительно-отстойных экстракторов с мешалками.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: