МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ БАРБОТАЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР
MULTI-STAGE BUBBLING EXTRACTOR

Изобретение относится к аппаратам для экстракции в системах "жидкость-жидкость", широко используемых в химической и смежной с нею отраслях (нефтехимической, пищевой, фармацевтической и др.).
Известны экстракторы, в которых интенсификация процесса осуществляется путем перемешивания жидкостей барботирующим инертным газом (см. а.с. СССР №159800, B01D 11/04. 1964. БИ №2).
Наиболее близким по технической сущности является многоступенчатый барботажный экстрактор, включающий корпус, разделенный перегородками на секции-отстойники с установленными внутри них смесительными устройствами в виде двух концентрических патрубков - наружного и внутреннего, переточные трубки для тяжелой жидкости и газораспределительные насадки с отверстиями в боковых стенках выступающих под перегородку частей. Газораспределительные насадки расположены в нижней части внутренних патрубков, верхние срезы наружных патрубков расположены выше отверстий газораспределительных насадков вышележащей секции, а нижние срезы расположены на середине высоты секции (см. а.с. СССР №610535, B01D 11/04. 1978. БИ №22).
Существенным недостатком описанного устройства является невозможность его использования для переработки жидкостных систем, в которых диспергированию (дроблению на капли) подвергается легкая жидкость, а тяжелая является сплошной средой. Хорошо известно, что в процессе перемешивания несмешивающихся жидкостей при экстракции диспергированию подвергается та из жидкостей, объемное содержание которой меньше (см. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. - М.: Химия, 1966. - 724 с.). Так, при объемном соотношении "легкая жидкость : тяжелая жидкость = 1:3′′, дроблению на капли целиком будет подвергнута легкая жидкость, и такие системы довольно широко распространены в промышленности. Наличие внутри вышеописанного устройства третьей фазы - инертного газа для перемешивания рабочих жидкостей, не позволяет использовать аппарат для обработки систем с диспергированием легкой жидкости простым переворачиванием его на 180°.
Целью изобретения является совершенствование конструкции экстрактора с тем, чтобы расширить его технологические возможности путем использования для переработки систем, в которых диспергированию подвергается легкая жидкость, а тяжелая жидкость является сплошной средой.
Указанная цель достигается тем, что соосно смесительным устройствам в полотне перегородок крепятся насадки для перетока тяжелой жидкости, внутренние патрубки смесительных устройств устанавливаются с зазором к нижней перегородке и в их верхних частях выполняются отверстия для выхода газа. Наружные патрубки смесительных устройств крепятся на нижней перегородке и их верхние срезы располагаются на серединах высот секций-отстойников. Верхние срезы газораспределительных насадков, выполненных в виде перевернутых стаканов с отверстиями в верхних крышках для подачи инертного газа внутрь смесительных устройств, располагаются выше нижних срезов внутренних патрубков смесительных устройств. Нижние же срезы газораспределительных насадков устанавливаются выше нижних срезов насадков для перетока тяжелой жидкости между секциями-отстойниками, но ниже отверстий в верхних частей внутренних патрубков смесительных устройств нижележащей секции-отстойника. В полотнах верхних крышек газораспределительных насадков концентрично смесительным устройствам устанавливаются переточные трубки для легкой жидкости, нижние срезы которых располагаются ниже отверстий для выхода газа из смесительных устройств нижележащих секций-отстойников, а отверстия в верхних частях переточных трубок располагаются внутри насадков для перетока тяжелой жидкости, нижние срезы которых устанавливаются ниже отверстий для выхода газа из смесительных устройств.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Вертикальный корпус 1 экстрактора разбит перегородками 2 на отдельные секции-отстойники, в которых установлены вертикальные смесительные устройства, состоящие из концентрических внутренних 3 и наружных 4 патрубков. Внутренние патрубки 3 прикреплены к верхним перегородкам секций-отстойников и в их верхних торцах выполнены отверстия 5 для выхода инертного газа из смесительных устройств, а нижние торцы патрубков 3 установлены с зазором по отношению к нижним перегородкам секций-отстойников. Наружные патрубки 4 смесительных устройств установлены на нижней перегородке и их верхние срезы расположены на серединах высот секций-отстойников. В каждой перегородке 2 соосно смесительным устройствам закреплены газораспределительные насадки 6 в виде перевернутых стаканов, в верхних крышках которых выполнены отверстия 7 для подачи газа внутрь смесительных устройств. Соосно газораспределительным насадкам 6 в полотнах их верхних крышек закреплены переточные трубки 8 для легкой жидкости, которые в верхних заглушенных концах имеют отверстия 9. В каждой перегородке 2 соосно смесительным устройствам крепятся также насадки 10 для перетока тяжелой жидкости из отстойных частей вышележащих секций-отстойников в смесительные устройства нижележащих секций-отстойников.
Работает экстрактор следующим образом.
1
2
1
Тяжелая жидкость из отстойной части вышележащей секции-отстойника через насадок 10 поступает внутрь патрубка 3 смесительного устройства. Сюда же через отверстия 9 трубки 8 поступает легкая жидкость из отстойной части нижележащей секции-отстойника. При совместном движении жидкостей сверху вниз внутри патрубка 3 они интенсивно перемешиваются пузырьками инертного газа, которые поступают внутрь патрубка 3 через отверстия 7 в верхних крышках газораспределительного насадка 6. Количество и размер отверстий 7 рассчитывается и подбирается таким образом, чтобы под перегородкой образовывалась газовая подушка высотой «h», при этом ее величина должна быть больше размера «h», который определяет величину опускания нижнего торца насадка 10 под перегородку 2. Наличие газовой подушки высотой «h» необходимо для обеспечения равномерного распределения газа по всем параллельно работающим смесительным элементам секции-отстойника. Перемешанные внутри патрубка 3 жидкости проходят далее в зазор между патрубком 3 и перегородкой 2, движутся снизу вверх в кольцевом канале между патрубками 3 и 4 и выходят в отстойную часть секции-отстойника, где капли легкой жидкости оседают в сплошной слой, из которого легкая жидкость перетекает в смесительное устройство вышележащей секции-отстойника по трубкам 8, а тяжелая жидкость перетекает в смесительное устройство нижележащей секции-отстойника по насадку 10. Границы раздела легкой и тяжелой жидкостей в секциях-отстойниках определяют выступающие под перегородки 2 нижние срезы переточных трубок 8 для легкой жидкости.
1
Расположение нижних срезов газораспределительных насадков 6 ниже отверстий 5 для выхода инертного газа из внутренних патрубков 3 смесительных устройств нижележащих секций-отстойников, но выше нижних срезов насадков 10, гарантирует наличие газового слоя высотой «h» под верхними перегородками секций-отстойников, что препятствует выходу смеси жидкостей в отстойные части секций-отстойников через отверстия 5 и позволяет направить жидкости по вышеописанному пути внутри смесительных устройств. Расположение верхних крышек газораспределительных насадков 6 выше нижних срезов внутренних патрубков 3 смесительных устройств препятствует попаданию пузырьков газа в отстойные части секций-отстойников через кольцевой канал между патрубками 3 и 4, что мешало бы спокойному расслаиванию жидкостей там.
Производительность экстрактора определяется числом параллельно работающих в секции-отстойнике смесительных устройств, а необходимая степень извлечения целевого компонента - числом секций-отстойников.
Испытания моделей экстрактора на системах "трихлорэтилен-капролактам-вода" (трихлорэтилен - тяжелая жидкость, вода - легкая жидкость) с использованием в качестве инертного газа - азота показали высокую эффективность процесса экстракции и возможность использования аппарата при любом объемном соотношении "тяжелая жидкость : легкая жидкость", начиная с «3:1» и более. Визуальные наблюдения сквозь стеклянные обечайки секций за процессом расслоения жидкостей в отстойных частях показали, что указанный процесс происходит без присутствия пузырьков азота, а это свидетельствует о прохождении инертного газа только внутри внутренних патрубков смесительных устройств, т.е. о хорошей гидродинамической обстановке в каждой секции в целом.
Использование данного многоступенчатого барботажного экстрактора для промышленных систем, в которых диспергированию подвергается легкая жидкость, а тяжелая является сплошной средой, позволяет добиться высокой эффективности процесса путем простого регулирования количества подаваемого в аппарат инертного газа, а также достигать практически неограниченной производительности экстрактора ввиду возможности установки в каждой секции-отстойнике любого количества параллельно работающих смесительных устройств.
Базой сравнения для предлагаемого устройства являются многоступенчатые барботажные экстракторы, прошедшие успешные промышленные испытания в Гродненском производственном объединении "Азот" на стадии двойной экстракции капролактама.
Преимущество данного экстрактора по сравнению с базовым объектом заключается в расширении технологических возможностей аппарата, т.е. имеется возможность его использования для обработки систем, в которых диспергированию должна подвергаться легкая жидкость.