РОТОРНО-КОЛЬЦЕВОЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к области концентрирования микрокомпонентов и экстракции в полевых химических лабораториях, химической технологии и других отраслях промышленности, в том числе при получении особо чистых веществ, при анализе загрязнений продукции и окружающей среды.
В полевых химических лабораториях для целей пробоподготовки используется переносной комплект реактивов и оборудования. При этом все операции выполняются вручную. Производится отбор пробы воды объемом 1-1,5 литра, проба заливается в емкость, в нее добавляется небольшое количество несмешивающегося с водой органического растворителя, включается мешалка и производится перемешивание в течение 5-10 минут. В дальнейшем мешалка отключается, производится гравитационное отстаивание (разделение фаз) с последующим отделением слоя органического растворителя. Потом осуществляется концентрирование пробы в органическом растворителе струей инертного газа или упариванием пробы до объема 0,2 мл.
Аналогом является экстрактор-сепаратор (полезная модель RU 117826, МПК B01D 11/04 (2006.01), B01D 11/02 (2006.01), содержащий корпус, электропривод, экстракционный и сепарационный модули, установленные в корпусе подвижно на опорах в вертикальной плоскости, блок управления и термостатирования, при этом экстракционный модуль изготовлен в виде кольцевого штатива с гнездами для сменных стаканов, сепарационный модуль, содержащий вращающийся ротор для размещения в нем сменных стаканов, снабжен сменными сборниками экстракта и кольцевой камерой, сменные стаканы снабжены сепарационной крышкой, а электропривод обеспечивает вращательно-колебательное движение штатива в режиме экстракции и вращательное движение ротора в режиме сепарации, а кольцевой штатив изготовлен многорядным и съемным, сменные стаканы снабжены вертикальной сетчатой перегородкой с центральной втулкой, ротор изготовлен со сменными вкладышами для эксцентричного расположения сменных стаканов.
Недостатки: необходимость доставки проб большого объема от места проботбора до места нахождения экстрактора; работа экстрактора выполняется в стационарных условиях при наличии холодной и горячей воды для подачи ее в тепловую рубашку.
Наиболее близким по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является роторно-кольцевой экстрактор, описанный в авторском свидетельстве на изобретение RU 2308309, B01D 11/04 (2006.01). Роторно-кольцевой экстрактор содержит привод, корпус с размещенными в нем камерой смешения, ротором с коллекторами для разделения фаз, штуцерами для ввода и вывода фаз и импеллерным устройством, согласно изобретению камера смешения выполнена в виде вращающейся кольцевой камеры, соосно закрепленных на корпусе отсосных трубок с центральной втулкой, коллектор состоит из двух соосно закрепленных на роторе и валу кольцевых камер и подвижно установленных на корпусе отсосных трубок, импеллерное устройство изготовлено в виде полых зубьев или пластин, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора, на внутренней поверхности которого размещена спиралеобразная пластина, вал ротора выполнен полым, снабжен сменным сепарационным диском, а экстрактор снабжен тепловой рубашкой.
Роторно-кольцевой экстрактор работает следующим образом.
Жидкости раздельно поступают через соответствующие штуцеры в кольцевой зазор, где под действием зубчатых элементов импеллерного устройства (вращающихся, установленных на роторе и неподвижных зубчатых элементах, закрепленных на корпусе) интенсивно перемешиваются, двигаясь по ступенчатой спиральной линии вниз, и поступают из кольцевого зазора в кольцевую камеру, откуда неподвижными отсосными трубками смесь подается в центральный стакан и полый вал, затем через штуцеры вала по сепарационному диску попадают на внутреннюю поверхность ротора, далее движутся под действием центробежных сил и расслаиваются, а отсепарированные жидкости попадают в коллектор. Легкая фаза через отверстия поступает в кольцевую камер, откуда выводится из аппарата отсосной трубкой, тяжелая фаза, проходя через кольцевой зазор, образованный кольцевой камерой и внутренней поверхностью ротора, переливается в кольцевую камеру, откуда выводится из аппарата соответствующей отсосной трубкой.
Роторно-кольцевой экстрактор может использоваться как для непрерывной обработки контактирующих жидкостей, так и для дискретного цикла работы. При непрерывной работе экстрактора жидкости выводятся из аппарата при помощи отсосных трубок. В дискретном цикле аппарат может работать в режиме рециркуляции одной или обеих жидкостей, когда выходные концы отсосных трубок подсоединены к входным штуцерам и, соответственно, по заданному интервалу времени жидкости многократно прокачиваются через аппарат. Данный цикл работы экстрактора использован для подготовки проб и концентрирования на месте отбора водных проб в методиках анализа загрязнения объектов окружающей среды.
Недостатками прототипа является невозможность автоматического отбора водной фазы; наличие ручных операций (отбор, доставка пробы к месту нахождения аппарата), которые могут повлиять на достоверность анализа и производительность. На работу влияет разделение операций отбора пробы воды и проведение последующей экстракции из нее целевого компонента.
Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, заключается в значительном (в 1,5 и более раза) повышении производительности по подготовке проб, повышении достоверности результатов анализов за счет проведения экстракции анализируемого вещества (микропримесей) непосредственно на месте пробоотбора в органический растворитель, повышении интенсивности процесса экстракции, обеспечении сохранности целевого компонента в органическом растворителе.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является совмещение операций одновременного отбора пробы воды насосом и проведения экстракции в одном устройстве.
Техническая задача заключается в разработке более удобного в эксплуатации устройства, совмещающего операции пробоотбора и последующей экстракции в одном устройстве за счет возможности автоматического контролируемого отбора пробы воды (тяжелой фазы, т.ф.), использование которого возможно как для стационарных, так и для передвижных лабораторий при проведении массобменного процесса в жидких системах, в том числе для концентрирования микропримесей в месте отбора проб.
Техническая задача решается тем, что роторно-кольцевой экстрактор содержит основание, привод, корпус с крышкой и тепловой рубашкой, отсосные трубки, ротор с центральным патрубком и валом, изготовленный с соосными кольцевыми камерами коллекторов, во внутренней полости на днище помещено перекачивающее устройство, выполненное в виде кольцевой камеры и неподвижных отсосных трубок, импеллерное устройство в виде закрепленных на корпусе и наклоненных к оси ротора неподвижных лопаток и вращающихся лопаток, закрепленных на роторе в кольцевом зазоре между ними, на корпусе установлены штуцеры для ввода и вывода жидких фаз.
Полезная модель дополнительно снабжена штуцером для рециркуляции органического растворителя (легкой фазы, л.ф.), насосом, расходомером с фильтром, гибким шлангом, электродвигателем и переключающим устройством, а ротор выполнен с конической внутренней поверхностью. Это позволяет проводить автоматический отбор пробы и экстракцию в одном аппарате, стабилизировать температурные и динамические условия при проведении пробоотбора и последующей экстракции, повысить интенсивность процесса экстракции, обеспечить сохранность целевого компонента в органическом растворителе, что, в конечном счете, позволяет добиться значительного (в 1,5 и более раза) повышения производительности по подготовке проб и увеличения достоверности результатов последующих анализов.
Процесс экстракции производится при автоматическом вводе и выводе жидких фаз из аппарата за счет центробежных сил, благодаря чему существенно сокращается время на подготовку пробы.
Отличие от прототипа заключается в следующем:
дополнительно введен электродвигатель, насос, расходомер с фильтром, которые непосредственно соединены со штуцером для автоматической подачи пробы воды (т.ф.) в устройство;
корпус экстрактора снабжен дополнительным штуцером для рециркуляции органического растворителя (л.ф.);
дополнительно введены переключающее устройство и сборник экстракта;
внутренняя полость ротора изготовлена конической.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Роторно-кольцевой экстрактор состоит из основания 1, корпуса 2, тепловой рубашки 3, ротора 4, крышки 5, центрального патрубка 6, отсосных трубок 7 и 8, перекачивающего устройства 9, импеллерного устройства 10, кольцевых камер коллекторов 11 и 12, полого вала 13, привода 14, насоса 15, переключающего устройства 16, расходомера с фильтром 17, гибкого шланга 18, сборника экстракта 19, штуцеров для вывода органического растворителя (л.ф.) 23 и воды (т.ф.) 24, штуцеров для ввода органического растворителя (л.ф.) 20 и воды (т.ф.) 22, штуцера для рециркуляции органического растворителя (л.ф.) 21, электродвигателя 25.
Роторно-кольцевой экстрактор работает следующим образом.
Отбираемая из источника проба воды (т.ф.) с помощью насоса 15, подключенного к электродвигателю 25, через гибкий шланг 18, расходомер с фильтром 17 и органический растворитель (л.ф.) раздельно поступают через соответствующие штуцеры для ввода 22 и 20, соответственно, в кольцевой зазор, где под действием зубчатых элементов импеллерного устройства 10 (неподвижных лопаток, закрепленных на корпусе 2 и вращающихся лопаток, закрепленных на роторе 4) интенсивно перемешиваются, двигаясь по ступенчатой спиральной линии вниз, и поступают из кольцевого зазора в перекачивающее устройство 9, откуда через полый вал 13 и отверстие А попадают во внутреннюю поверхность ротора 4, далее жидкие фазы движутся под действием центробежных сил вверх по конической поверхности и расслаиваются, отсепарированные жидкости попадают в кольцевые камеры коллекторов 11 и 12. Легкая фаза переливается в кольцевую камеру коллектора 12, откуда выводится из устройства отсосной трубкой 8 через полый вал 13 и сливается (через штуцер 23) в сборник экстракта 19, тяжелая фаза, проходя через кольцевой зазор Б, образованный кольцевой камерой коллектора 11 и внутренней поверхностью ротора 4, переливается в кольцевую камеру коллектора 11, откуда выводится из аппарата отсосной трубкой 7 через полый вал 13 и штуцер 24.
При необходимости рециркуляции органического растворителя (л.ф.) переключающее устройство 16 устанавливают в соответствующее положение, и через штуцер 21 органический растворитель вводится в кольцевой зазор импеллерного устройства 10. Для улучшения качества воды и исключения попадания в расходомер механических примесей аппарат снабжен фильтром. Расходомер позволяет устанавливать более точный объем отобранной водной фазы. Ротор изготовлен с внутренней конической поверхностью, что способствует поднятию вверх жидких фаз под действием центробежных сил и полному удалению пробы из ротора.
Роторно-кольцевой экстрактор может быть использован для разделения, концентрирования жидких смесей и жидкостной экстракции.
Таким образом, заявленная полезная модель является техническим решением поставленной задачи, сущность которого выражается в новой совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного заявителем нового технического результата, что предопределяет ее соответствие критериям патентоспособности.