Экстракторы с подводом внешней энергии

Непрерывно действующие колонные экстракторы такого типа в на­стоящее время все более широко применяются в промышленности. Ти­пичными представителями аппаратов этой группы, снабженных механи­ческими мешалками, являются роторно-дисковые экстракторы.

Роторно-дисковые экстракторы. В этом экстракторе (рис. XVI-7) 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. Чередующиеся 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. XVI-8, 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. XVI-8,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 коалеcценция 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 или тарелок других конструкций, укрепленных на общем штоке, которому сообщается возвратно-поступательное движение;

2) посредством специального механизма (пульсатора), находящегося вне аппарата; создаваемые пульсатор колебания гидравлически передаются жидкостям в экстракторе (рис. ХVI-4).

XVI-9.

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.

Пульсационный ситчатый экстрактор (рис. XVI-9,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. XVI-9,а), либо непосредственно к днищу колонны. С помощью пневматического пульсатора (рис. XVI-9,б) при движении поршня 1 периодически изменяется давление воздуха или инертного газа над свободным уровнем жидкости в ка­мере 5, 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.

Экстракторы с вибрирующим внутри корпуса пакетом тарелок назы­ваются часто вибрационными экстракторами. В этих аппаратах могут быть достигнуты значительные производительности (суммарно по обеим фазам) в сочетании с высокими степенями извлечения целевого продукта.