ЭКСТРАКЦИОННАЯ УСТАНОВКА С БАРБОТАЖНЫМ ЭКСТРАКТОРОМ
EXTRACTION UNIT WITH BUBBLING EXTRACTOR

Изобретение относится к аппаратам для экстракции в системах жидкость-жидкость, широко используемых в химической и смежной с нею отраслях (нефтехимической, пищевой, фармацевтической, гидрометаллургической и др.).
Известны барботажные экстракторы, в которых интенсификация процесса осуществляется за счет использования для перемешивания жидкостей энергии вводимого в аппарат химически инертного по отношению к жидкостям газа (например, патент РФ на изобретение №2658053. Бюл. №17, 2018 г.).
Одним из основных достоинств барботажных экстракторов является повышение эффективности процесса экстракции за счет роста межфазной поверхности контакта жидкостей, достигаемое за счет пневмоперемешивания последних инертным газом. А к недостаткам данных экстракторов можно отнести то, что при использовании в промышленности они применяются в составе экстракционных установок, включающих кроме самого барботажного экстрактора еще емкости для легкой и тяжелой жидкостей, а также насосы для подачи указанных жидкостей в барботажный экстрактор, которые потребляют значительное количество энергии.
Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является экстракционная установка с экстрактором механического перемешивания, которая состоит из самого экстрактора, электродвигателя привода механических мешалок, емкостей для легкой и тяжелой жидкостей, насосов для перекачивания легкой и тяжелой жидкостей, вентилей и расходомеров для легкой и тяжелой жидкостей, штуцеров для входа в экстрактор и выхода из него легкой и тяжелой жидкостей [Берестовой A.M., Белоглазов И.Н. Жидкостные экстракторы (инженерные методы расчета). - Л.: Химия, 1982. - 208 с. См. с. 13-14 и с. 110-111].
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: сам экстрактор, емкости для легкой и тяжелой жидкостей, вентили и расходомеры, обеспечивающие необходимые расходы легкой и тяжелой жидкостей.
Главным недостатком описанной выше экстракционной установки является то, что эффективность процесса жидкостной экстракции в экстракционной установке с механическими перемешивающими устройствами значительно снижается при увеличении диаметра установки за счет различной степени перемешивания жидкостей в центре и у стенок самого экстрактора. Кроме того, в таких установках имеются достаточно высокие затраты энергии на организацию процесса жидкостной экстракции, поскольку требуется подача легкой и тяжелой жидкостей в экстрактор при помощи насосов, а также перемешивание реагирующих жидкостей внутри экстрактора при помощи механических мешалок (например, лопастной мешалки), вращение которых от электродвигателей также связано с достаточно высокими затратами электроэнергии.
Изобретение направлено на повышение эффективности процесса экстракции за счет перемешивания жидкостей в экстракторе с помощью инертного газа, а также на снижение затрат энергии в экстракционной установке за счет подачи легкой и тяжелой жидкостей в барботажный экстрактор с помощью сжатого компрессором инертного газа.
Это достигается тем, что экстракционная установка с барботажным экстрактором снабжена компрессором и соединенным с ним ресивером для получения сжатого, химически инертного по отношению к жидкостям, газа, часть энергии которого используется для перемешивания жидкостей внутри барботажного экстрактора, а другая часть энергии сжатого инертного газа используется для подачи легкой и тяжелой жидкостей в барботажный экстрактор.
1
2
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема эктракционной установки с барботажным экстрактором, т.е. аппарата, в котором перемешивание реагирующих жидкостей осуществляется продуванием химически инертного по отношению к жидкостям газа сквозь столб находящихся в аппарате смеси легкой и тяжелой жидкостей. В этом случае часть энергии газа Э может быть использована непосредственно на пневмоперемешивание жидкостей в барботажном экстракторе, а вторая часть энергии газа Э может быть применена для подачи реагирующих легкой и тяжелой жидкостей в барботажный экстрактор передавливанием их из емкостей, в которых они находятся. В качестве барботажного экстрактора может быть, например, использован аппарат, описанный в Патенте РФ №2658053, Бюл. №17, 19.06.2018 г.
Экстракционная установка состоит из барботажного экстрактора 1, емкостей для легкой 2 и тяжелой 3 жидкостей, которые системой трубопроводов сообщаются с ресивером 4, соединенным с компрессором 5, а также включает расходомеры для легкой жидкости 6, тяжелой жидкости 7 и инертного газа 8, регулировочные вентили 9, 10 и 11 соответственно для легкой и тяжелой жидкостей и инертного газа. Барботажный экстрактор 1 снабжен штуцерами 12, 13 и 14 для входа соответственно легкой, тяжелой жидкостей и инертного газа. Штуцеры 15, 16 и 17 предназначены для выхода из барботажного экстрактора соответственно легкой, тяжелой жидкостей и инертного газа.
Работает установка следующим образом.
Легкая жидкость, например бензол, подается в нижнюю часть барботажного экстрактора 1 через штуцер 12 путем передавливания ее из емкости 2 сжатым инертным газом, подаваемым от компрессора 5 через ресивер 4. Ее необходимый расход регулируется при помощи вентиля 9 и определяется расходомером 6. Из барботажного экстрактора 1 легкая жидкость, например бензол, выходит в ее верхней части через штуцер 15. Тяжелая жидкость, например вода, подается в верхнюю часть барботажного экстрактора 1 через Штуцер 13 путем передавливания ее из емкости 3 сжатым инертным газом, штуцер 13 путем передавливания ее из емкости 3 сжатым инертным газом, который подается от компрессора 5 через ресивер 4. Необходимый расход тяжелой жидкости регулируется при помощи вентиля 10 и определяется расходомером 7. Тяжелая жидкость выходит из барботажного экстрактора 1 в ее нижней части через штуцер 16.
Необходимый для интенсификации процесса экстракции химически инертный по отношению к перерабатываемым жидкостям газ подается в барботажный экстрактор 1 через штуцер 16 из ресивера 4 через регулировочный вентиль 11 и расходомер 8. Необходимое давление инертного газа, которое должно быть больше давления столба жидкости высотой Н, обеспечивается компрессором 5. Выводится инертный газ из барботажного экстрактора 1 через штуцер 17 и, в целях защиты окружающей среды, по замкнутому циклу поступает на вход компрессора 5.
1
При противоточном движении легкой и тяжелой жидкостей внутри барботажного экстрактора, они интенсивно перемешиваются за счет энергии Э инертного газа, который при поступлении в барботажный экстрактор дробится на пузырьки, которые барботируя через слой смеси жидкостей (т.е. происходит пневмоперемешивание) обеспечивает значительную интенсификацию процесса жидкостной экстракции за счет увеличения межфазной поверхности контакта легкой и тяжелой жидкостей при пневмоперемешивании.
2
Подача же легкой и тяжелой жидкостей в барботажный экстрактор 1 при помощи части энергии сжатого инертного газа Э путем передавливания из емкостей 2 и 3 соответственно, позволяет обеспечить значительное снижение расхода энергии на организацию процесса жидкостной экстракции за счет исключения из экстракционной установки перекачивающих жидкости насосов.
Наши экспериментальные исследования на промышленных системах экстракции капролактама бензолом из лактамного масла в экстракционной установке с барботажным экстрактором и перемешиванием жидкостей при помощи инертного газа азота показали, что при этом значительно повышается эффективность процесса за счет увеличения межфазной поверхности контакта легкой и тяжелой жидкостей при пневмоперемешивании, а также обеспечивается почти 2-х кратная экономия электроэнергии по сравнению с экстракционной установкой, в которой применяются экстракторы с механическим перемешиванием жидкостей внутри аппарата.
Использование данной экстракционной установки с барботажным экстрактором для промышленных систем позволяет добиться значительного повышения эффективности процесса экстракции, а также снижения расхода электроэнергии за счет использования части энергии сжатого инертного газа для перекачивания легкой и тяжелой жидкостей между элементами экстракционной установки.