ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР

- Заявляемое техническое решение относится к конструкциям центробежных экстракторов и может быть использовано для осуществления полупротивоточных экстракционных процессов в химической технологии и препаративной радиохимии, в частности, в качестве изотопного генератора иттрия-90, галлия-67 и др.
- Известен одноступенчатый центробежный полупротивоточный генератор с подвижной тяжелой фазой (Кодина Г.Е., Корпусов Г.В., Филянин А.Т. «Радиохимия» 2002, Т. 44, №1, С.61-64, фиг.3). содержащий вращающийся корпус, внутри которого расположены камера смешения с мешалками, камера расслаивания, кольцевой зазор для перетока эмульсии из камеры смешения в камеру расслаивания, канал для вывода промывного раствора и реэкстракта, трубки для подачи и удаления рабочих растворов. Недостатком данного экстрактора является то, что он дает возможность осуществить только две операции экстракционного процесса - промывку экстракта, содержащего целевой продукт, и реэкстракцию целевого продукта.
- Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двухступенчатый (за «ступень» экстрактора принимают совокупность камеры смешения и камеры расслаивания) центробежный полупротивоточный экстрактор с подвижной легкой фазой (Кодина Г.Е., Корпусов Г.В., Филянин А.Т. «Радиохимия» 2002, Т. 44, №1, С.61-64, фиг.2), содержащий вращающийся корпус, который разделен внутренними кольцевыми перегородками на две ступени: первую - экстракционную ступень, состоящую из камеры смешения, камеры расслаивания, кольцевого зазора для перетока эмульсии из камеры смешения в камеру расслаивания и цилиндра для перетока легкой фазы из экстракционной ступени в промывную ступень; вторую - промывную ступень, состоящую из камеры смешения, камеры расслаивания, кольцевого зазора для перетока эмульсии из
камеры смешения в камеру расслаивания, и камеры отбора экстракта; перемешивающие устройства; трубки для подачи и вывода рабочих растворов.
- Данный экстрактор работает следующим образом: исходный раствор разделяемой смеси элементов подают в расчетном объеме (здесь и далее все рабочие растворы подаются в экстрактор в расчетных объемах) в камеру смешения первой (экстракционной) ступени, в камеру смешения второй (промывной) ступени подают промывной раствор, производят запуск экстрактора, после чего в камеру смешения экстракционной ступени подают экстрагент. Эмульсия, образовавшаяся в камере смешения экстракционной ступени, через кольцевой зазор поступает в камеру расслаивания экстракционной ступени, где разделяется на легкую и тяжелую фазы. По мере поступления экстрагента легкая фаза поднимается по внутренней поверхности цилиндра и поступает в камеру смешения промывной ступени, где гидродинамические процессы движения жидкостей повторяются. Очищенная легкая фаза (экстракт) поступает в камеру отбора и выводится из аппарата. В данном экстракторе обе ступени и весь экстрактор в целом работает как экстракционный аппарат с подвижной легкой фазой. Недостатком этого экстрактора является то, что он также дает возможность осуществлять только две стадии экстракционного процесса - экстракцию целевого продукта из исходного водного раствора органическим экстрагентом (легкая фаза) и промывку экстракта, т.к. после промывки легкая фаза из камеры расслаивания поступает непосредственно в камеру отбора и выводится из аппарата.
Однако, большинство экстракционных процессов разделения элементов, как правило, требуют проведения всех трех стадий: экстракция, промывка, реэкстракция.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей полупротивоточного экстрактора,
обеспечивающего проведение всех основных стадий процесса в одном аппарате.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом центробежном полупротивоточном экстракторе камера смешения второй ступени снабжена разделительной кольцевой перегородкой, герметично соединенной с корпусом экстрактора в ее периферийной части и имеющей центральное отверстие для рециркуляции эмульсии из камеры смешения в камеру расслаивания, а между камерой расслаивания второй ступени и камерой отбора выполнен переточный канал. Это изменяет гидродинамику жидкостей в аппарате так, что эмульсия, образующаяся в камере смешения на стадии промывки экстракта, из камеры смешения перетекает через центральное отверстие разделительной кольцевой перегородки, попадает в камеру расслаивания, откуда подвижная тяжелая фаза через переточный канал поступает в камеру отбора и выходит из аппарата, а легкая фаза возвращается в камеру смешения второй ступени и подвергается реэкстракции. Такая гидродинамика второй ступени обеспечивает возможность последовательного проведения в ней промывной и реэкстракционной стадий процесса без остановки аппарата.
На фиг.1 изображен предлагаемый центробежный полупротивоточный экстрактор (продольный разрез).
Экстрактор имеет вращающийся корпус (1), внутри которого расположены: камера смешения (2) и камера расслаивания (3) первой ступени, кольцевая перегородка (4) с цилиндром (5), камера смешения второй ступени (6), отделенная от камеры расслаивания (7) разделительной перегородкой (8), переточный канал (9), камера отбора (10), кольцевой зазор первой ступени (11), кольцевой зазор второй ступени (12), мешалка (13), центральная трубка (14) для подачи и вывода растворов из камеры смешения первой ступени, трубка (15) для подачи и вывода растворов во второй ступени, трубка (16) для вывода растворов из камеры отбора, мешалка (17)
камеры смешения второй ступени, и неподвижный фланец (18), на котором крепятся трубки (14, 15, 16) и перемешивающие устройства (13, 17).
Экстрактор работает следующим образом. Камеру смешения (2) первой ступени заполняют тяжелой фазой (исходный раствор смеси разделяемых элементов) через центральную трубку (14), а камеру смешения (6) второй ступени заполняют также тяжелой фазой (промывной раствор) через трубку (15). Затем аппарат приводят во вращение и через центральную трубку (14) в камеру смешения (2) первой экстракционной ступени подают легкую фазу (экстрагент). Образующаяся в камере смешения (2) эмульсия через кольцевой зазор (11) попадает в камеру расслаивания (3), где расслаивается под действием центробежных сил. Легкая фаза оттесняется к центру и, поднимаясь по внутренней поверхности цилиндра (5), попадает в камеру смешения (6) второй ступени, а обедненная по легкой фазе эмульсия из камеры расслаивания (3) возвращается в камеру смешения (2), создавая рециркуляцию тяжелой фазы. Легкая фаза, попадая в камеру смешения (6), образует эмульсию с тяжелой фазой (промывной раствор), введенной в камеру смешения (6) до запуска аппарата, которая перетекает через центральное отверстие разделительной кольцевой перегородки (8) и поступает в камеру расслаивания (7), где разделяется на легкую и тяжелую фазы. Легкая фаза по мере ее поступления из камеры расслаивания (3) первой ступени постепенно вытесняет тяжелую фазу (введенную до запуска экстрактора) из промывной ступени и занимает весь объем камеры смешения (6) и часть камеры расслаивания (7). После этого в камеру смешения (6) через трубку (15) подают тяжелую фазу (промывной раствор), а образовавшаяся в камере смешения (6) эмульсия поступает в камеру расслаивания (7), где расслаивается на легкую и тяжелую фазы. Тяжелая фаза через кольцевой зазор (12) и переточный канал (9) переливается в камеру отбора (10), откуда выводится из аппарата через трубку (16). Затем в камеру смешения (6) второй ступени подают тяжелую фазу (реэкстрагент), гидродинамические процессы смешения и расслаивания повторяются, и из
аппарата выводится реэкстракт, содержащий целевой продукт, после чего аппарат останавливают.
Новой характерной особенностью заявляемого центробежного экстрактора является то, что его конструкция обеспечивает работу первой ступени как полупротивоточного аппарата с подвижной легкой фазой, а второй ступени - как аппарата с подвижной тяжелой фазой.
Введение в конструкцию аппарата разделительной кольцевой перегородки (8), герметично соединенной с корпусом экстрактора в ее периферийной части и имеющей центральное отверстие, служащее для перетока эмульсии из камеры смешения (6) в камеру расслаивания (7) и переточного канала (9), обеспечивает удерживание легкой фазы в камере смешения (6) второй ступени и дает возможность проведения двух стадий экстракционного процесса разделения (промывка и реэкстракция) на второй ступени аппарата. В целом же заявляемый аппарат дает возможность проведения всех стадий экстракционного процесса разделения (экстракция, промывка и реэкстракция) в непрерывном процессе, осуществляемом в одном аппарате.