БАРБОТАЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР
BUBBLE EXTRACTOR

Изобретение относится к аппаратам для экстракции в системах "жидкость-жидкость", широко используемых в химической и смежной с нею отраслях (нефтехимической, пищевой, гидрометаллургической и др.).
Известны жидкостные экстракторы, в которых интенсификация процесса осуществляется за счет использования для перемешивания жидкостей энергии вводимого в аппарат инертного по отношению к жидкостям газа (см. А.с. СССР №1152609. БИ №16, 1985 г.).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является многоступенчатый барботажный экстрактор, включающий корпус, разделенный перегородками на секции-отстойники с расположенными внутри них смесительными устройствами и газораспределительными насадками с отверстиями (см. А.с СССР №610535. БИ №22, 1978 г.). С целью уменьшения уноса жидкостей с газом из экстрактора и улучшения степени диспергирования жидкостей при пузырьковом режиме барботажа газа смесительные устройства выполнены в виде двух концентрических патрубков - наружного и внутреннего, причем газораспределительный насадок расположен в нижней части внутреннего патрубка, верхний срез наружного патрубка расположен выше отверстий газораспределительного насадка вышележащей секции, а нижний срез его расположен на середине высоты секции-отстойника.
Основным недостатком описанного устройства является то, что аппарат не обеспечивает необходимой эффективности процесса экстракции ввиду того, что внутри внутреннего патрубка смесительного устройства образуются капли дисперсной фазы достаточно крупных размеров, определяемых временем пребывания жидкостей в смесителе. А для уменьшения размеров капель с целью получения большей поверхности контакта фаз необходимо будет увеличивать время пребывания жидкостей в смесительном элементе, т.е. высоту смесительного элемента, что приведет к увеличению общей высоты колонного аппарата.
Задачей изобретения является разработка устройства, обеспечивающего повышение эффективности процесса экстракции за счет получения в смесительном устройстве более мелких размеров капель дисперсной фазы.
Для решения этой задачи барботажный экстрактор снабжается дополнительным коническим патрубком, установленным на нижней перегородке секции-отстойника концентрично наружному и внутреннему патрубкам смесительного устройства. При этом верхний срез конического патрубка располагается на середине высоты секции-отстойника и образует с нижним срезом наружного патрубка кольцевой зазор для выхода смеси жидкостей в отстойную часть секции. Внутренний патрубок смесительного устройства установлен с зазором к нижней перегородке секции-отстойника, и его нижний срез расположен ниже верхнего среза поднятого над перегородкой газораспределительного насадка.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Вертикальный корпус 1 экстрактора разбит перегородками 2 на отдельные секции-отстойники, в которых установлены смесительные устройства, состоящие из концентрически расположенных внутренних 3, наружных 4 и конических 5 патрубков. Нижние срезы патрубков 3 подняты над перегородками 2 с образованием кольцевых зазоров для прохода смеси жидкостей внутрь патрубков 3 при циркуляционном движении, а верхние срезы конических патрубков, расположенные на серединах высот секций-отстойников, образует с нижними срезами наружных патрубков 4 кольцевые зазоры для выхода жидкостей из смесительных устройств в отстойные части секций-отстойников. Соосно патрубкам 3, 4 и 5 установлены газораспределительные насадки 6 с отверстиями 7 в боковых стенках выступающих под перегородки частей, при этом верхние срезы насадков 6 подняты над перегородками и расположены выше нижних срезов патрубков 3. В перегородках 2 крепятся также трубки 8 для перетока тяжелой жидкости, которые со стороны нижних заглушенных концов имеют отверстия 9, а сверху перекрыты колпачками 10 с прорезями 11 в нижней части и отверстиями 12 в верхних крышках.
Экстрактор работает следующим образом.
Легкая жидкость поступает в газораспределительный насадок 6 через его нижний срез. Туда же через отверстия 9 в трубке 8 поступает тяжелая жидкость. При совместном движении снизу вверх внутри газораспределительного насадка 6 и далее патрубка 3 жидкости интенсивно перемешиваются пузырьками барботирующего через их слой инертного газа, который поступает через отверстия 7 насадка 6. Размер и количество отверстий 7 рассчитывается и подбирается таким образом, чтобы под перегородкой 2 образовывалась газовая подушка высотой «h», наличие которой обеспечивает равномерное поступление газа во все смесительные устройства секции-отстойника. Выйдя в зазор между перегородкой 2 и верхним срезом патрубка 4, газ собирается под перегородкой и поступает через отверстия газораспределительных насадков в смесительные устройства вышележащей секции-отстойника. Перемешанные внутри патрубка 3 жидкости проходят далее сверху вниз по кольцевому каналу между патрубками 3 и 4, так как выходу жидкостей в зазор между перегородкой 2 и патрубком 4 препятствует слой газа высотой «h» под перегородкой 2. Разность плотностей газожидкостного потока внутри патрубка 3 и чисто жидкостного потока в кольцевом канале между патрубками 3, 4 и 5 приводит к интенсивной циркуляции жидкостей в смесительном устройстве через зазор между нижней перегородкой 2 и нижним срезом патрубка 4. Нарушению циркуляции жидкостей путем попадания инертного газа в кольцевой канал между патрубками 3, 4 и 5 препятствует поднятие верхнего среза газораспределительного насадка 6 выше нижнего среза патрубка 3. Перемешиваемые в циркуляционном режиме в смесительном элементе жидкости будут выходить в отстойную часть секции-отстойника через кольцевой зазор, образованный нижним срезом патрубка 4 и верхним срезом патрубка 5. При этом количество выходящей в указанный зазор смеси жидкостей будет определяться суммарным количеством легкой и тяжелой жидкостей, поступающих в смесительный элемент.
Из смесительного элемента в отстойную часть секции будут выноситься только те капли тяжелой жидкости, скорость осаждения которых будет меньше скорости жидкостей в кольцевом зазоре. Более крупные же капли тяжелой жидкости будут продолжать свое движение в циркуляционном потоке жидкостей и вновь попадать в зону барботирующего инертного газа внутри патрубка 3 до тех пор, пока в результате их дробления на более мелкие капли, они не будут выноситься потоком жидкостей в отстойную часть секции-отстойника. Таким образом, регулируя количества подаваемых в смесительный элемент жидкостей и инертного газа, можно регулировать размер выходящих в отстойную часть секции-отстойника капель дисперсной фазы.
В отстойной части секции-отстойника происходит расслоение жидкостей: капли тяжелой жидкости оседают в сплошной слой на перегородке 2, из которого тяжелая жидкость перетекает в смесительное устройство нижележащей секции-отстойника по трубке 8, а легкая жидкость из верхней части секции попадает в газораспределительный насадок вышележащей секции. Границу раздела легкой и тяжелой жидкостей автоматически определяет положение верхнего среза трубки 8, перекрытие которого колпачком 10 способствует попаданию в трубку 8 только полностью отстоявшейся тяжелой жидкости через прорези 11 в нижней части колпачка 10. Отверстия 12 в верхней крышке колпачка предназначены для удаления воздуха из-под колпачка в период заполнения аппарата жидкостями перед пуском в работу.
Интенсивная циркуляция жидкостей в смесительных устройствах приводит к существенному уменьшению размеров капель дисперсной фазы за счет многократного попадания крупных капель тяжелой жидкости в зону барботирующего инертного газа, а следовательно, к увеличению межфазной поверхности контакта фаз и, в конечном итоге, к повышению эффективности процесса экстракции.
Экстрактор наиболее успешно может быть применен в тех производствах, где диспергированию подвергается тяжелая жидкость, а легкая жидкость является сплошной фазой. Производительность экстрактора определяется числом параллельно работающих в секции-отстойнике смесительных устройств, а необходимая степень извлечения целевого компонента - числом секций-отстойников.
Использование барботажного экстрактора данной конструкции позволяет значительно повысить эффективность процесса экстракции в результате уменьшения размеров капель дисперсной фазы за счет многократного пребывания жидкостей в зоне барботирующего инертного газа, что особенно важно при экстракции промышленных систем с относительно высокой вязкостью диспергируемой фазы.