ЭКСТРАКТОР ПРОТИВОТОЧНЫХ ПОТОКОВ ФАЗ
PHASE COUNTER-STREAM FLOWS EXTRACTOR

Изобретение относится к гидрометаллургическому, химическому, нефтяному и пищевому производству и предназначено для повышения извлечения полезных веществ и снижения материальных и трудовых затрат на единицу производимой продукции за счет равномерного распределения извлекаемых веществ по площади горизонтального сечения аппарата и сепарации фаз при их диспергировании.
Известен пульсационный колонный экстрактор со стабилизацией соотношения потоков фаз, который содержит корпус с патрубками подачи и выдачи растворов, разделенный на секции диспергирования и распределения фаз. При этом распределители фаз выполнены из двух параллельно расположенных перфорированных перегородок, в отверстиях которых установлены соединением концов с краями отверстий конические трубы, с обеспечением движения фаз по трубам противоточными потоками с направлением от входных отверстий с большим сечением к выходным отверстиям с меньшим сечением (см. заявку РФ №2004127864/15 от 16.09.2004, МПК B01D 11/04).
Распределители фаз в данном аппарате выполняют функции распределения фаз и веществ по горизонтальной площади. Однако выдача фаз из конусных труб струями активизирует их перемешивание в слоях, что нарушает последовательность их противоточного движения и, следовательно, не обеспечивает равномерное распределение фаз и веществ по горизонтальной площади аппарата, снижает эффективность его работы и извлечение веществ, повышает высоту ступеней.
Известен экстрактор, в котором распределители и диспергаторы фаз в колонне установлены по высоте также поочередно. При этом распределители фаз выполнены из кольцевых тонких конических перегородок, установленных в горизонтальном сечении, с прямой и обратной конусностью, или цилиндрических, с загибом в них торцевых концов на угол 25-45°. Одних - к центру, других от центра, с образованием на стыках между соседними концами больших и меньших зазоров: больших для затекания фаз, меньших для вытекания. Диспергаторы по центру колонны укреплены к штоку, который внизу установлен на пружину, а вверху присоединен к механизму возвратно-поступательных движений с электродвигателем (см. патент РФ по заявке №2010139065/05(055850), от 22.09.2010, МПК B01D 11/00,).
При возвратно-поступательном движении штока каждая фаза по наклонной плоскости тонких перегородок, конического исполнения передвигается от большей площади поверхности к меньшей с увеличением удельного объема фазы на площадь поверхности и, следовательно, с уменьшением эффективности передачи веществ из одной фазы в другую. Фазы, поступающие на перегородки разделения фаз порциями большого объема, не разделяются на равные капли меньшего объема полностью и не увеличивают контактную поверхность, исходя из увеличивающегося объема на единицу площади.
В этих конструкциях имеется существенный недостаток - это высокие скорости движения фаз в зонах диспергирования относительно поверхности насадок. Из практики известно, что высокие скорости движения фаз внутри массообменной среды столкновением и ударами относительно насадок приводят к образованию большого количества микрочастиц, обеих фаз и создают трудности их расслаивания. Для расслаивания фаз и перевода их в сплошное состояние требуется более длительное время пребывания фаз в аппарате, следовательно, необходима соответствующая высота секций, которая по экономическим условиям решения технической задачи должна уменьшаться.
Настоящая техническая задача решается тем, что секции диспергирования фаз в экстракторе выполняются с сепараторами из проволок разного диаметра (1,5-5,0 мм) или из сферических тел такого же диаметра, которые в процессе работы создают условия кратковременного умеренного возвратно-поступательного движения и контакта с расслаиванием фаз. Диспергаторы с сепараторами помещены в дисковые по форме решетчатые футляры с диаметром, равным диаметру колонны. При этом проволоки с разным диаметром уложены в футлярах слоями перекрестно, с возможностью вертикального движения. Сферические тела также засыпаны с возможностью свободного перемещения. Футляры выполнены с дном и крышкой из пластин, перекрестно установленных на ребро с вхождением их наполовину в вырезы сверху и снизу соответственно в каждой пластине и с окантовкой внешнего торцевого края стенкой, а по центру со сквозным отверстием для движения их через вертикальный шток. Высота сепараторов определяется в зависимости от физических свойств обрабатываемых фаз.
Сущность заявленного изобретения поясняется схематическими чертежами, где на фиг.1 изображен разрез ступени экстрактора с проволочными сепараторами, на фиг.2 - разрез ступени со сферическими телами.
Противоточный экстрактор непрерывных потоков фаз содержит вертикальный трубчатый корпус, разделенный внутри на ступени. На его верхнем торце установлен фланец для крепления крышки. На крышке с внешней стороны установлен возвратно-поступательный механизм с электродвигателем, которые снабжены системой регулирования частоты и амплитуды движений штока.
Ступень экстрактора содержит корпус 1, в котором установлены распределители фаз 2, выполненные из тонких конических перегородок в горизонтальном сечении: с прямой конусностью 3 и обратной конусностью 4. Конические перегородки жестко соединены с вертикальным штоком 5.
В верхнем конце корпуса установлены патрубки подачи тяжелой фазы и выдачи легкой, в нижнем конце - патрубок подачи легкой фазы и патрубок выдачи тяжелой - с трубчатым подъемником уровня слива фазы. Патрубки подачи фаз в колонну, вверху и внизу, внутри снабжены трубчатыми решетками, в которых выполнены отверстия выдачи фаз с равномерным размещением их по горизонтальной площади колонны.
По высоте корпуса экстрактора между секциями распределения фаз установлены секции диспергирования фаз с сепараторами. Каждый сепаратор содержит множество перекрестно уложенных слоев из проволок 6 разного диаметра с возможностью свободного их вертикального возвратно-поступательного движения или с разным диаметром сферических тел 7, также уложенных в футлярах 8 с возможностью вертикального движения.
Работа экстрактора с сепараторами фаз осуществляется следующим образом. Во время работы с помощью регуляторов устанавливается соответствующий свойствам фаз размер амплитуды и частоты возвратно поступательных вертикальных движений штока. Через патрубки подачи фаз в колонну подаются тяжелая и легкая фазы, которые при входе в колонну сразу распределяются по горизонтальной площади, а после прохождения распределителей и сепараторов через другие патрубки выдаются из колонны.
При наличии напора из напорной емкости легкая фаза равномерно распределяется по сечению колонны над слоями тяжелой фазы и создает некоторый напор снизу вверх. При этом тяжелая фаза равномерно распределяется по сечению колонны под давлением плотности и создает напор фаз вниз. Во время движения распределителей вниз тяжелая фаза максимально опускается, а легкая минимально поднимается, а во время движения их вверх легкая фаза максимально поднимается, тяжелая минимально опускается.
При наличии легкой фазы и тяжелой фазы они во время колебаний распределителей увеличивают соответственно периодический напор на слои проволок или сферических тел сепараторов то сверху, то снизу. Периодический напор кратковременно продавливает фазы через слои проволок или сферических тел в стесненных условиях на выходе из противоположных сторон распределителей фазы выдавливаются в виде тонких пленок. Форма пленок фаз внутри распределителей активно изменяется и интенсивно контактирует в противотоке. При этом сферические капли в свободных от распределителей зонах, в зависимости от плотности и крупности, поднимаются вверх или опускаются вниз.
В результате многократного преобразования капель в тонкие пленки и пленок в капли передача веществ из фазы в фазу осуществляется без активного скоростного перемешивания среды в колонне и образования микрочастиц, что активизирует расслаивание фаз и снижает время передачи веществ в экстракторе. Соответствующий режим контакта, разделения и движения фаз в экстракторе настраивается регулятором размера амплитуды и частоты.
Замена движущихся твердых тел и скоростного перемешивания фаз секциями диспергирования с сепарированием позволяют увеличить площадь сечения колонны в несколько раз и этим обеспечить передачу веществ естественными силами - плотностью и вязкостью в умеренных и более спокойных условиях для расслаивания фаз. Этим уменьшают высоту массообменных ступеней экстрактора, снижают материальные и трудовые затраты извлечения полезных веществ экстракционным способом. Экстрактор максимально приспособлен для извлечения лекарственных веществ из растительного сырья.