МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ БАРБОТАЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР
MULTI-STAGE BUBBLE EXTRACTOR

Изобретение относится к аппаратам для экстракции в системах "жидкость-жидкость", широко используемых в химической и смежной с нею отраслях промышленности (нефтехимической, пищевой, фармацевтической и др.).
Известны экстракторы, во внутренних смесительных устройствах которых интенсификация процесса экстракции осуществляется путем перемешивания жидкостей барботирующим инертным газом (например, а.с. СССР на изобретение №159800, B01D 11/04. 1964. БИ №2).
К недостаткам данных экстракторов можно отнести то, что поскольку ступени контакта жидкостей таких аппаратов располагаются одна над другой вертикально, повышение степени извлечения целевого компонента путем увеличения времени контакта жидкостей может быть осуществлено только за счет увеличения высоты ступеней, что в итоге приводит к увеличению общей высоты аппаратов с вытекающими отсюда увеличением расхода материала на изготовление экстракторов, повышением энергетических затрат на перекачивание жидкостей внутри аппаратов и т.д.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип является многоступенчатый барботажный экстрактор, включающий вертикальный 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 газораспределительное 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 на изобретение №610535, B01D 11/04. 1978. БИ №22).
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: вертикальный корпус разделен перегородками на секции-отстойники с расположенными внутри них смесительными устройствами, выполненными в виде двух концентрических патрубков - наружного и внутреннего; в нижней части внутренних патрубков расположены газораспределительные насадки с отверстиями; переточные трубки для тяжелой жидкости.
Существенным недостатком описанного устройства является невозможность повышения в нем эффективности процесса экстракции без увеличения высоты секции-отстойника, что требуется для обеспечения необходимого времени контакта легкой и тяжелой жидкостей, поскольку известно, что для перехода целевого компонента между жидкими фазами необходимо достаточное время контакта жидкостей (см. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. М.: Химия, 1966. - 724 с.). В таком же аппарате, где время контакта жидкостей определяется периодом движения жидкостей снизу вверх внутри внутреннего патрубка смесительного устройства, а затем сверху вниз в кольцевом канале между внутренним и наружным патрубками смесительного устройства, увеличения времени контакта жидкостей можно достигнуть только за счет увеличения высоты секции-отстойника и, следовательно, экстрактора в целом, что приведет к увеличению расхода материала на изготовление корпуса аппарата и затрат на перекачивание жидкостей внутри аппарата и т.д.
Задачей изобретения является повышение эффективности процесса экстракции путем увеличения времени контакта легкой и тяжелой жидкостей без увеличения высоты секции-отстойника.
Это достигается тем, что многоступенчатый барботажный экстрактор включает вертикальный корпус, разделенный перегородками на секции-отстойники с расположенными внутри них смесительными устройствами в виде двух концентрических патрубков - наружного и внутреннего, в нижней части последнего расположен газораспределительный насадок с отверстиями, а также переточные трубки для тяжелой жидкости. Между внутренним и наружным концентрическими патрубками смесительного устройства установлено дополнительно четное число концентрических патрубков, каждый нечетный из которых, начиная с самого внутреннего, крепится к вышележащей перегородке с зазором к нижележащей перегородке, а каждый четный крепится к нижней перегородке с зазором к верхней перегородке секции-отстойника.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен вариант экстрактора, когда установлено только 2 дополнительных концентрических патрубков (на практике их число может быть 2, 4, 6 и т.д. в зависимости от требуемого времени контакта легкой и тяжелой жидкостей).
Многоступенчатый барботажный экстрактор включает вертикальный корпус 1, разделенный перегородками 2 на отдельные секции-отстойники. На перегородках между внутренним 3 и наружным 4 патрубками смесительного устройства расположены дополнительные внутренний (нечетный) 5 и наружный (четный) 6 концентрические патрубки. Внутренний патрубок 5 закреплен, например, сваркой в полотне верхней перегородки секции-отстойника и расположен с зазором к нижней перегородке секции-отстойника. Наружный патрубок 6 закреплен, например, сваркой в полотне нижней перегородки секции-отстойника и расположен с зазором к верхней перегородке секции-отстойника. В нижней части внутреннего патрубка 3 смесительного устройства расположен газораспределительный насадок 7 с отверстиями 8 в боковой стенке. В полотне перегородки 2 крепятся также переточные трубки 9 для тяжелой жидкости, которые в нижних заглушенных концах имеют отверстия 10. Верхний срез переточных трубок 9 поднят над перегородкой 2 и перекрыт колпачками 11 с прорезями 12 в нижней части и отверстиями 13 в верхних крышках.
Работает экстрактор следующим образом.
Легкая жидкость, например бензол, через нижний срез газораспределительного насадка 7 поступает внутрь патрубка 3. Туда же через отверстия 10 переточных трубок 9 из отстойной части вышележащей секции-отстойника поступает тяжелая жидкость, например вода. При совместном движении смеси жидкостей снизу вверх внутри патрубка 3 далее сверху вниз между патрубками 3 и 5, затем снизу вверх между патрубками 5 и 6, наконец, сверху вниз между патрубками 4 и 6 жидкости интенсивно перемешиваются барботирующим инертным газом, который поступает в патрубок 3 через отверстия 8 газораспределительных насадков 7. В верхней части пространства между патрубками 5 и 6 пузырьки газа отделяются от смеси жидкостей и газ выходит в зазор между верхней перегородкой секции-отстойника и верхним срезом патрубка 4, откуда поступает в смесительные устройства вышележащей секции-отстойника. Смесь жидкостей выходит между патрубками 4 и 6 в отстойную часть секции-отстойника, где капли тяжелой жидкости оседают в сплошной слой, границу которого определяет высота поднятия переточных трубок 9 над перегородкой 2, которая делит корпус экстрактора 1 на отдельные секции-отстойники.
Перекрытие верхних срезов переточных трубок 9 колпачками 11 с прорезями 12 в нижней части гарантирует попадание в трубки 9 только полностью отстоявшейся тяжелой жидкости. Отверстия 13 служат для выхода воздуха из колпачков 11 при заполнении экстрактора жидкостями перед пуском.
Устанавливая между патрубками 3 и 4 любое четное число дополнительных концентрических патрубков, каждый нечетный из которых, начиная с самого внутреннего, устанавливается с зазором к нижней перегородке секции, а каждый четный - с зазором к верхней перегородке секции, можно обеспечить любое необходимое время контакта реагирующих жидкостей.
Нормальная работа экстрактора будет обеспечена в том случае, когда кольцевые каналы между патрубками 3 и 5, а также 4 и 6 будут иметь такое поперечное сечение, при котором скорость движения смеси жидкостей там будет больше скорости всплытия газовых пузырей в смеси жидкостей.
Использование данного многоступенчатого барботажного экстрактора для промышленных систем позволяет добиться высокой эффективности процесса без увеличения высоты секций-отстойников и аппарата в целом, а также достигать практически неограниченной производительности экстрактора ввиду возможности установки в каждой секции-отстойнике любого количества параллельно работающих смесительных устройств.
Преимущество данного экстрактора по сравнению с аналогами заключается в том, что дополнительный контакт легкой и тяжелой жидкостей при их совместном движении сверху вниз в кольцевом канале между патрубками 3 и 5, а также при совместном движении жидкостей снизу вверх между патрубками 5 и 6 значительно увеличивает время пребывания жидкостей в смесительном элементе аппарата и, как конечный технический результат, повышает эффективность процесса экстракции без дополнительного увеличения общей высоты многоступенчатого барботажного экстрактора.