Экстрактор

Полезная модель относится к области экстракции и концентрирования микропримесей в аналитической химии, касается конструкций массо- и теплообменных аппаратов, используемых в пробоподготовке при определении содержания загрязнения в объектах окружающей среды и может быть использован в промышленности для процессов экстракции и концентрирования веществ в различных технологических процессах.
Прототипом является экстрактор с рециркуляцией одной из фаз, содержащий привод, ротор с крышкой, камеру смешения и отбора фаз, трубку подачи исходной смеси с фиксатором, совмещенную с отсосной трубкой (Концентрирование следов органических соединений // Сб. науч. тр. / Под ред. Н.М. Кузьмина - М.: Наука, 1990. - С. 107, рис. 4). Прототип работает следующим образом: смесь жидкой пробы и растворителя при включенном приводе ротора подается через соосно установленную трубку подачи в центр камеры смешения, где под влиянием центробежных сил происходит сепарация смеси с образованием тяжелой фазой периферийного и легкой фазой внутреннего жидкостных колец. При достижении заданного уровня раздела фаз, определяемого фиксированным объемом смеси, легкая фаза из внутреннего кольца переливается в камеру отбора, откуда, после включения фиксатора, возвращается отсосной трубкой в камеру смешения через нижнюю часть трубки подачи исходной смеси, в результате чего осуществляется режим рециркуляции. По окончании процесса экстракции необходимо прекратить циркуляцию жидкости, путем перенаправления потока переключателем из нижней в верхнюю часть трубки подачи питания, через которую произвести отбор легкой фазы для последующих операций.
Недостатками являются: невысокая эффективность массообмена и сепарации вследствие малой поверхности контакта фаз, а так же обработка только фиксированного объема обрабатываемых жидкостей, поскольку сливной порог в камере смешения не регулируется. В результате при увеличении объема исходной смеси граница раздела фаз будет стремиться к центру камеры смешения, что приведет к уносу тяжелой фазы в камеру отбора, а уменьшение объема исходной смеси приведет к тому, что легкая фаза будет оставаться в камере смешения, вследствие сдвига границы раздела фаз к периферии.
Задачей полезной модели является расширение диапазона обрабатываемых объемов жидкостей, уменьшения уноса тяжелой жидкости легкой фазой, улучшение массообменных характеристик и условий процесса сепарации.
Техническая задача решается тем, что экстрактор, содержащий привод, ротор, камеры смешения и отбора фаз, отсосную трубку, согласно полезной модели снабжен кожухом со сливным штуцером и крышкой, на которой установлены трубка подачи исходной смеси и отсосная трубка, соединенные съемной гибкой трубкой, внутри кожуха размещен выполненный в виде кольцевых камер смешения и отбора фаз ротор со сливными отверстиями в днище камер и с коаксиально укрепленным на валу ротора диспергатором, расположенным в камере смешения, диспергатор выполнен в виде цилиндрического стакана с радиальными трубками и соединен с соосно установленной трубкой подачи исходной смеси, при этом конец отсосной трубки расположен в камере отбора фаз, а в цилиндрической части камеры смешения установлена переливная трубка.
Техническим результатом полезной модели является расширение диапазона обрабатываемых объемов жидкостей, уменьшение уноса тяжелой жидкости легкой фазой и улучшение условий массообмена и сепарации фаз.
На чертеже представлена принципиальная схема экстрактора.
Экстрактор включает привод 1, кожух 2 со сливным штуцером 3 и крышкой 4 и ротор 5. Ротор 5 выполнен в виде кольцевых камер смешения 6 и отбора фаз 7 со сливными отверстиями А и Б в днищах камер. В крышке 4 закреплены отсосная трубка 8 и трубка подачи исходной смеси 9, верхние концы которых соединены между собой съемной гибкой трубкой 10. Нижний конец отсосной трубки 8 расположен в камере отбора фаз 7. Трубка подачи исходной смеси 9 установлена соосно ротору 5, а ее нижний конец соединен с диспергатором 11, коаксиально установленным на валу ротора 5 в камере смешения 6. Диспергатор 11 выполнен в виде цилиндрического стакана с радиальными трубками, концы которых образуют зазор с цилиндрической частью камеры смешения 6. В цилиндрической части камеры смешения 6 установлена переливная трубка 12.
Экстрактор работает следующим образом. Съемную гибкую трубку 10 отсоединяют от трубки подачи исходной смеси 9. Включают привод 1 ротора 5. По достижении заданного числа оборотов ротора 5 через трубку подачи исходной смеси 9 в аппарат заливают приготовленную из жидкой пробы и растворителя смесь. Жидкая смесь сливается в диспергатор 11, откуда под действием центробежных сил попадает в камеру смешения 6. Под действием центробежных сил смесь сепарируется, тяжелая жидкость (фаза) образует периферийное кольцо, легкая фаза - внутреннее кольцо. При достижении заданного уровня раздела фаз легкая жидкость сливается через переливную трубку 12 в камеру отбора фаз 7. Сливной порог можно регулировать положением переливной трубки 12, что позволяет при изменении объема исходной смеси в камере смешения 6 избежать уноса тяжелой фазы в камеру отбора фаз 7, тем самым расширяя диапазон обрабатываемых объемов жидкостей (в прототипе объем исходной смеси фиксирован). Далее свободный конец съемной гибкой трубки 10 соединяют с трубкой подачи исходной смеси 9, а отсосную трубку 8 устанавливают в рабочее положение - происходит отбор фазы из камеры 7 и жидкость возвращается в трубку подачи исходной смеси 9 через гибкую трубку 10, в результате чего осуществляется режим рециркуляции фаз. Процесс продолжается до достижения заданной степени разделения. По окончании процесса экстракции гибкую трубку 10 отсоединяют от трубки 9 и жидкость отбирается отсосной трубкой 8 из камеры отбора фаз 7 через гибкую трубку 10 на последующую операцию. Затем привод 1 отключают и жидкость из камер смешения 6 и отбора фаз 7 сливается самотеком через отверстия А и Б в кожух 2, откуда через штуцер 3 отводится из аппарата.
По окончании работы контактные поверхности промывают растворителем и аппарат снова готов к работе.
Для улучшения процесса массообмена и перемешивания жидкостей в роторе смонтирован диспергатор 11, который подает смесь или легкую фазу на периферию жидкостного кольца тяжелой фазы, благодаря чему легкая фаза барботирует через слой тяжелой жидкости и сливается постепенно через переливную трубку 12, благодаря чему значительно уменьшается унос тяжелой фазы и улучшаются условия процесса сепарации. За счет увеличения времени и площади поверхности контакта фаз улучшается массоотдача.
Предлагаемая полезная модель улучшает массообменные характеристики и условия процесса сепарации, уменьшает унос тяжелой жидкости легкой фазой и расширяет диапазон обрабатываемых объемов жидкостей.