CZ224099A3

CZ224099A3 - Multiphase extractor

Info

Publication number: CZ224099A3
Application number: CZ19992240A
Authority: CZ
Inventors: Artak Eranosovich Kostanian
Original assignee: Bayer Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2000-03-15

Abstract

Vícefázový extraktor obsahuje dvě komory (1,2), tvořící separační stupeň. Komory (1,2)jsou svými horními a spodními úseky navzájemspojené prostřednictvím propojovacích kanálů (4). Horní úsek první komoiy (1)je spojený se spodnímúsekemdruhé komory (2), zatímco horní úsek druhé komoiy (2)je spojený se spodnímúsekemprvní komory (1).The multiphase extractor comprises two chambers (1,2) forming separation stage. The chambers (1,2) are their upper and lower chambers lower sections interconnected through connecting channels (4). The upper section of the first compartment (1) is coupled to the lower section of the second chamber (2), while the upper chamber the section of the second chamber (2) is connected to the lower section first chamber (1).

Description

propojovacích kanálů. Komory jsou naplněné kontinuální fází a vykazují separační prostory. Dále jsou tyto komory opatřené dispergačními zařízeními a hrdly, vstupními a výstupními, pro přivádění a odtahování dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze.connection channels. The chambers are filled with a continuous phase and exhibit separation spaces. Further, these chambers are provided with dispersing devices and necks, inlet and outlet, for supplying and withdrawing the settling phase and the dissolving phase.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zařízení shora popsaného typu je možné využít pro provádění separace, extrakce, koncentrace a rafinace látkových substancí jak v chemickém, hydrometalurgickém a mikrobiologickém průmyslu, tak i v dalších průmyslových odvětvích.The apparatus of the type described above can be used for the separation, extraction, concentration and refining of substance substances in the chemical, hydrometallurgical and microbiological industries as well as in other industries.

Zařízení pro provádění třífázové kapalinové extrakce jsou ze stavu techniky známá jako dvoukomorová extrakční soustava, ve které jsou uvnitř uspořádané dvě komory z důvodu cirkulace kontinuální fáze navzájem propojené prostřednictvím přetoků. Přetoky jsou vytvořené jako propojovací potrubí, spojující navzájem horní a spodní úseky uvedených komor. Komory jsou naplněné kontinuální fází, skrze kterou dvě disperzní fáze, v kontinuální fáziDevices for performing three-phase liquid extraction are known in the prior art as a two-chamber extraction system in which two chambers are arranged therein for the circulation of the continuous phase interconnected by overflows. The overflows are formed as interconnecting pipes connecting the upper and lower sections of said chambers to each other. The chambers are filled with a continuous phase through which the two dispersed phases are in a continuous phase

77631 (77631a.doc)77631 (77631a.doc)

nerozpustné, prochází ve formě kapiček. Během tohoto stavu dochází prostřednictvím působení kontinuální fáze, tvořící extrakční prostředí, k převáděni substancí z jedné disperzní fáze (dosazovací fáze) do druhé disperzní fáze (rozpouštěcí fáze) (viz například ruská patentová přihláška RU č. 94-015776/26 z 27.4.1994).insoluble, passes in the form of droplets. During this state, the action of the continuous phase constituting the extraction medium converts the substances from one dispersion phase (sedimentation phase) to the other dispersion phase (dissolution phase) (see, for example, Russian Patent Application RU No. 94-015776 / 26 of 27 April 1994) ).

Tato ze stavu techniky známá extrakční zařízení vyžadují, z hlediska možností jejich využitelnosti a zvýšení funkční výkonnosti, zdokonalení.These prior art extraction devices require improvements in terms of their usability and performance enhancement.

Z hlediska technického uspořádání a provozní činnosti představují tato zařízení nejnovější stav techniky a jejich podrobný popis je uvedený dále. Standardní vícefázový extraktor sestává ze dvou komor naplněných kontinuální fází. V komorách jsou uspořádaná zařízení pro dispergování dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze, přičemž současně jsou tyto komory, pro účely cirkulace kontinuální fáze, navzájem spojené prostřednictvím přetokových potrubí nebo propojovacích kanálů. V případě tohoto extraktoru spojují propojovací kanály jednak horní úsek první komory s horním úsekem druhé komory a jednak spodní úsek druhé komory se spodním úsekem první komory. Extraktor je dále opatřený vstupními hrdly pro přivádění a výstupními hrdly pro odtahování dvou shora uvedených disperzních fází a vykazuje separační prostory, uspořádané účelně v oblasti vstupních otvorů propojovacích kanálů (přetokových potrubí). Fáze podrobované dispergování, to je dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze, se jednotlivě v příslušné komoře prostřednictvím dispergačního zařízení rozptylují na drobné kapičky, které se poté ve shlucích pohybují skrze kontinuální fázi. Díky disperzních fází v první rozdílu hustoty jednotlivých a ve druhé komoře dochází kIn terms of technical arrangement and operation, these devices represent the latest state of the art and are described in detail below. The standard multiphase extractor consists of two chambers filled with a continuous phase. Devices for dispersing the settling phase and the dissolving phase are arranged in the chambers, and at the same time these chambers are connected to each other by means of overflow lines or interconnecting channels for the purpose of circulating the continuous phase. In the case of this extractor, the interconnecting channels connect the upper section of the first chamber to the upper section of the second chamber and the lower section of the second chamber to the lower section of the first chamber. The extractor is further provided with inlet throats for supply and outlet throats for withdrawal of the two above-mentioned dispersion phases and has separation spaces arranged expediently in the region of the inlet openings of the interconnecting channels (overflow lines). The dispersed phase, i.e. the settling phase and the dissolving phase, are dispersed individually in the respective chamber by means of a dispersing device into tiny droplets, which then move in clusters through the continuous phase. Due to the dispersion phases in the first density difference of the individual and in the second chamber occurs

77631 (77631a.doc) * · « 4 4 · 4 4 φ 4 44 4 4444 · 44 477631 (77631a.doc) * · «4 4 · 4 4 φ 4 44 4 4444 · 44 4

444 4444 4 4 44444 44 44 44 4« cirkulaci kontinuální fáze skrze horní a spodní přetokové potrubí, přičemž dochází k převádění substance, určené k odseparování, z dosazovací fáze, nacházející se v první komoře, do rozpouštěcí fáze, nacházející se ve druhé komoře. V tomto případě vykonává kontinuální fáze, nacházející se v první komoře, funkci extrakčního prostředí (a kontinuální fáze, nacházející se ve druhé komoře, funkci rafinačního prostředí). Nevýhoda známého vícefázového extraktoru spočívá v tom, že rychlost cirkulace kontinuální fáze je možné ovlivňovat pouze rozdílem hustoty jednotlivých, v komorách se nacházejících disperzních fází, přičemž se zmenšováním tohoto rozdílu se současně snižuje i rychlost cirkulace, což může ve svém důsledku vést ke snižování celkové účinnosti zařízení.444 4444 4 44444 44 44 44 4 «circulating the continuous phase through the upper and lower overflow lines, transferring the substance to be separated from the settling phase in the first chamber to the dissolving phase in the second chamber. In this case, the continuous phase in the first chamber performs the function of the extraction medium (and the continuous phase in the second chamber acts as the refining medium). A disadvantage of the known multiphase extractor is that the circulation rate of the continuous phase can only be influenced by the difference in density of the individual dispersion phases present in the chambers, and the reduction of this difference also reduces the circulation rate, which may result in reduced overall efficiency. equipment.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Cílem předloženého vynálezu je zaručit pracovní činnost vícefázového extraktoru i v případech, ve kterých je rozdíl hustot kapalinových směsí, nacházejících se v jeho dvou komorách, pro cirkulaci kontinuální fáze příliš malý.It is an object of the present invention to guarantee the operation of the multiphase extractor even in cases where the difference in density of the liquid mixtures present in its two chambers is too small to circulate the continuous phase.

Uvedený cíl se podle předloženého vynálezu dosáhne prostřednictvím shora popsaného vícefázového extraktoru se dvěma komorami s tím, že horní úsek první komory je spojený se spodním úsekem druhé komory a horní úsek druhé komory je spojený se spodním úsekem první komory.This object is achieved according to the present invention by means of the two-chamber multiphase extractor described above, with the upper section of the first chamber being connected to the lower section of the second chamber and the upper section of the second chamber being connected to the lower section of the first chamber.

Další zdokonalení podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že dvě shora popisované komory tvoří separační stupeň, a že množství takových separačních stupňů je spojené do sériového uspořádání.A further improvement of the present invention is that the two chambers described above form a separation stage and that a plurality of such separation stages are connected in series.

77631 (77631a.doc) • fefe ·· fefe fefe fe· ♦ · · · fefefe · · · · « ·· · · ··· fe ·· fe fefe fefefe fefe · * fefefe fefefe • fefe ···· fe · •••fefe fefe fefe fefe fefe77631 (77631a.doc) • fefe ·· fefe fefe fe · · · fefefe · · · · «·· · · ··· fe ·· fe fefe fefe fefe · * fefefe fefe • fefe ···· fe · ••• fefe fefe fefe fefe fefe

Vzájemné propojení horního úseku první komory se spodním úsekem druhé komory a vzájemné propojení horního úseku druhé komory se spodním úsekem první komory zajišťuje cirkulaci kontinuální fáze dokonce i v případě neexistence rozdílu hustot (vztaženo na průměrnou hustotu disperzní soustavy v každé komoře) jednotlivých dvoufázových kapalinových směsí, nacházejících se v příslušných komorách vícefázového extraktoru. Cirkulace kontinuální fáze je za tohoto stavu výhradně jen a pouze důsledkem gradientů hustoty disperzních soustav v jednotlivých komorách a impulsu předávaného shluky pohybujících se kapiček, vytvářených prostřednictvím dispergačních zařízení, na molekuly kontinuální fáze.The interconnection of the upper section of the first chamber with the lower section of the second chamber and the interconnection of the upper section of the second chamber with the lower section of the first chamber ensure the circulation of the continuous phase even in the absence of a density difference (based on average density of the dispersion system in each chamber). in the respective chambers of the multiphase extractor. In this state, the continuous phase circulation is solely and only due to the dispersal density gradients in the individual chambers and the impulse transmitted by the cluster of moving droplets generated by the dispersing devices to the continuous phase molecules.

Další výhodou předloženého vynálezu je, že pracovní činnost obou komor extraktoru může probíhat v souproudu (tj. ve stejném směru průtoku jak kontinuální, tak i disperzní fáze). Použití dvou komor jako samostatného separačního stupně a spojení množství takových separačních stupňů do sériového uspořádání umožňuje provádění různých variant vícestupňových separačních nebo extrakčních procesů při dosažení optimálních výsledků.A further advantage of the present invention is that the operation of both extractor chambers can take place in co-current (i.e. in the same flow direction of both the continuous and dispersed phases). The use of the two chambers as a separate separation stage and the combination of a plurality of such separation stages into a series configuration allows different variants of the multi-stage separation or extraction process to be carried out for optimal results.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Předložený vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů tří možných provedení navrhovaného vícefázového extraktoru, znázorněných schematicky v připojené výkresové dokumentaci na obr. 1 až 3, ve kterých představuje:The present invention will be explained in more detail by way of specific examples of three possible embodiments of the proposed multiphase extractor, shown schematically in the accompanying drawings in Figures 1 to 3, in which:

77631 (77631a.doc) flflflfl flflfl flflflfl • flfl · flflflfl · flfl · flflfl···· · · • flflflfl flfl flfl flfl flfl obr. 1 jednostupňový extraktor se dvěma komorami, ve kterých průtok disperzních fází probíhá v souproudu.77631 (77631a.doc) flflflfl flflfl flflflfl flflflfl flflfl fll fll fll fll fll fll Fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll fll flll

obr. 2 vícestupňový extraktor, zahrnující množství dvoukomorových separačních stupňů uspořádaných v jediné skříni, ve kterém se průtok dosazovací a rozpouštěcí fáze, vzhledem k celkovému uspořádání vzájemného propojení separačních stupňů, uskutečňuje v souproudu.FIG. 2 shows a multi-stage extractor comprising a plurality of two-chamber separation stages arranged in a single housing in which the feed and dissolution phase flow, in relation to the overall arrangement of the interconnection of the separation stages, takes place in co-current.

obr. 3 vícestupňový extraktor, zahrnující množství dvoukomorových separačních stupňů, ve kterém se průtok dosazovací a rozpouštěcí fáze, vzhledem k celkovému uspořádání vzájemného propojení separačních stupňů, uskutečňuje v protiproudu.FIG. 3 shows a multistage extractor comprising a plurality of two-chamber separation stages in which the flow of the settling and dissolving phases, in relation to the overall arrangement of the interconnection of the separation stages, takes place in countercurrent.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Separační stupeň vícefázového extraktoru v podstatě sestává, ve všech případech provedení, z první komory 1 a ze druhé komory 2, z nichž každá je vybavená dispergačním zařízením 2· Komory l a 2 jsou svými horními a spodními úseky navzájem spojené prostřednictvím propojovacích kanálů A nebo přetokových potrubí. V tomto provedení propojovací kanály 4 spojují navzájem jednak horní úsek první komory 1 se spodním úsekem druhé komory 2 a jednak horní úsek druhé komory 2 se spodním úsekem první komory 1. Jak je znázorněno na obr. 1 až 3, nachází se fázové rozhraní 2 navzájem působících fází (tj . disperzní fáze a kontinuální fáze) pod vstupním otvorem £ propojovacích kanálů 4- Fázové rozhraní 2 je účelně lokalizované v separačním prostoru 7, který jeThe separation stage of the multiphase extractor essentially consists, in all cases, of a first chamber 1 and a second chamber 2, each equipped with a dispersing device 2. The chambers 1a and 2 are connected to each other by their upper and lower sections via interconnecting channels A or overflow lines. . In this embodiment, the interconnecting channels 4 connect the upper section of the first chamber 1 to the lower section of the second chamber 2 and the upper section of the second chamber 2 to the lower section of the first chamber 1. As shown in FIGS. of the operating phases (i.e. the dispersed phase and the continuous phase) below the inlet opening 6 of the interconnecting channels 4.

77631 (77631a.doc) ·· ·9 ·· ·· «* • 9 0 9 · 9 0 0 ·* 9 9 990 9 9 9 977631 (77631a.doc) ·· · 9 ·· ·· «* • 9 0 9 · 9 0 0 · * 9 9 990 9 9 9 9

9 9 9 9 9 09 9 9 9 9 1

9 9 9 9 9 9 9 9 9 uspořádaný v každé z komor 1 a 2. vícefázového extraktoru. Vícefázový extraktor je dále opatřený vstupními hrdly 9 a 10 pro přivádění dosazovací a rozpouštěcí fáze a výstupními hrdly 11 a 12 pro odtahování těchto, dosazovací a rozpouštěcí, fází.9 9 9 9 9 9 9 9 9 arranged in each of the chambers 1 and 2 of the multiphase extractor. The multiphase extractor is further provided with inlet orifices 9 and 10 for feeding the settling and dissolving phases and outlet orifices 11 and 12 for withdrawing these settling and dissolution phases.

Provozní činnost vícefázového extraktoru probíhá na základě následujícího principu:The operation of the multiphase extractor is based on the following principle:

První komora 1 a druhá komora 2 se naplní kontinuální fází, která slouží jako extrakční prostředí. Dosazovací a rozpouštěcí fáze se do jednotlivých komor 1 a 2 extraktoru přivádějí prostřednictvím vstupních hrdel 2. a 10 a přes dispergační zařízení 2. Činností dispergačních zařízení 2 se jednotlivé fáze rozptylují na shluky kapiček za jejich současného distribuování do objemu kontinuální fáze. Přítomnost homogenní disperzní soustavy disperzních fází v obou komorách není pro účely uskutečňování separačních nebo extrakčních procesů absolutně nutná. Disperzní fáze může být totiž do jedné ze dvou komor extraktoru rovněž tak zaváděná ve formě vláken nebo tenkých vrstviček. Následkem vyšší hustoty disperzní fáze ve srovnání s kontinuální fází se dispergované shluky kapiček disperzních fází v komorách 2 a 2 pohybují směrem dolů a poté slukují v oblasti fázového rozhraní 5 v separačních prostorech 7. Shluky kapiček se v komorách 1 a 2 pohybují v souproudu s kontinuální fází. Cirkulace kontinuální fáze není pouze důsledkem rozdílu hustot jednotlivých disperzních soustav nacházejících se v komorách, ale rovněž tak i důsledkem impulsu předávaného z disperzní fáze na kontinuální fázi a působení hydrodynamických sil mezi disperzní a kontinuální fází.The first chamber 1 and the second chamber 2 are filled with a continuous phase which serves as an extraction medium. The sedimentation and dissolution phases are fed to the individual extractor chambers 1 and 2 via the inlet orifices 2 and 10 and through the dispersing device 2. By the action of the dispersing devices 2, the individual phases are dispersed into clusters of droplets while distributing them into a continuous phase volume. The presence of a homogeneous dispersion system of dispersion phases in both chambers is not absolutely necessary for carrying out the separation or extraction processes. Indeed, the dispersion phase can also be introduced into one of the two extractor chambers in the form of fibers or thin films. Due to the higher density of the dispersed phase compared to the continuous phase, the dispersed clusters of dispersed phase droplets in the chambers 2 and 2 move downwards and then merge at the phase boundary 5 in the separation spaces 7. The droplets clusters move in the chambers 1 and 2 in parallel with the continuous phases. The continuous phase circulation is not only due to the difference in density of the individual dispersion systems present in the chambers, but also due to the impulses transmitted from the dispersed phase to the continuous phase and the effect of hydrodynamic forces between the dispersed and continuous phases.

Vzájemné spojení komor 1 a 2 extraktoru prostřednictvímThe interconnection of the extractor chambers 1 and 2 by means of

77631 (77631a.doc) • · ·· • φ • φ • * φ ·77631 (77631a.doc) • · ·· • φ • φ ·

ΦΦΦ· φ φ · · • · · · φφ φ · • · · · • · · · ·♦· ·*· propojovacích kanálů 4. podle předloženého vynálezu umožňuje pro akceleraci (pohánění) kontinuální fáze využití takových účinků, které ve svém důsledku způsobují cirkulaci kontinuální fáze mezi komorami 1 a 2 prostřednictvím propojovacích kanálů 4 skrze vstupní otvory £, uspořádané v oblasti nad fázovým rozhraním 5., nacházejícím se v separačních prostorech 2. Substance, určená k odseparování, se tímto způsobem převádí z dosazovací fáze prostřednictvím kontinuální fáze do rozpouštěcí fáze. Poté se dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze z vícefázového extraktoru odtahují prostřednictvím výstupních hrdel 11 a 12.The interconnection channels 4 according to the present invention allow the use of such effects for accelerating (driving) the continuous phase which, as a result, cause the continuous phase to circulate between the chambers 1 and 2 via the interconnecting channels 4 through the inlet openings 4 arranged in the region above the phase interface 5 located in the separation spaces 2. The substance to be separated is thereby transferred from the settling phase through the continuous phase into the dissolution phase. Then, the settling phase and the dissolving phase are withdrawn from the multiphase extractor via the outlet ports 11 and 12.

Vícefázový extraktor podle obr. 1 je rovněž tak možné snadno použít pro separační nebo extrakční proces, ve kterém disperzní fáze vykazuje nižší hustotu než kontinuální fáze. Pro tento účel se extraktor otočí o 180° tak, že se vstupní hrdla 3 a 10 pro přivádění disperzních fází a dispergační zařízení 3 nacházejí vespod, zatímco výstupní hrdla 11 a 12 pro odtahování dosazovací a rozpouštěcí fáze se nacházejí nahoře. V tomto případě se fázové rozhraní 3/ lokalizované v separačních prostorech 7., nachází nad vstupními otvory 6. propojovacích kanálů 4.The multiphase extractor of FIG. 1 can also be easily used for a separation or extraction process in which the dispersed phase exhibits a lower density than the continuous phase. For this purpose, the extractor is rotated 180 ° so that the inlet orifices 3 and 10 for dispersing the dispersion phases and the dispersing device 3 are located underneath, while the outlet orifices 11 and 12 for withdrawing the settling and dissolving phases are at the top. In this case, the phase interface 3 / located in the separation spaces 7 is located above the inlet openings 6 of the interconnecting channels 4.

Ve vícestupňových extraktorech, znázorněných na obr. 2 a 3, se proces extrakce a reextrakce opakuje v každém separačním stupni. V závislosti na typu separačních stupňů spojených v sériovém uspořádání, je možné s ohledem na směr průtoku jednotlivých fází (průtok v souproudu nebo v protiproudu) uskutečňovat různé varianty separačních nebo extrakčních procesů. Vzhledem ke shora uvedenému je třeba poznamenat, že v každém dvoukomorovém separačním stupni se separační nebo extrakční proces uskutečňuje vždy při průtoku disperzní fáze a kontinuální fáze v souproudu.In the multistage extractors shown in Figures 2 and 3, the extraction and reextraction process is repeated at each separation stage. Depending on the type of separation stages connected in series, different variants of separation or extraction processes can be implemented with respect to the flow direction of the individual phases (co-current or counter-current flow). In view of the above, it should be noted that in each two-chamber separation stage, the separation or extraction process takes place each time the dispersion phase and the continuous phase co-flow.

77631 (77631a.doc)77631 (77631a.doc)

ΦΦΦΦ « φ φ φφφφ • ·· φ φφφ· φ φφ φ ••••Φφφ φ φ • ΦΦΦΦ φφ φφ φφ φφΦΦΦΦ φ φ φ · · • • • • • • • • • • • •

Vzhledem k celkovému uspořádání vzájemného propojení jednotlivých separačních stupňů se však může, na základě volby, průtok disperzní a kontinuální fáze během procesu extrakce uskutečňovat buďto v souproudu (viz obr. 2) nebo v protiproudu (viz obr. 3).Due to the overall arrangement of the interconnection of the individual separation stages, however, the flow of the dispersed and continuous phases during the extraction process may be effected either in co-current (see FIG. 2) or countercurrent (see FIG. 3).

Zastupuje:Represented by:

Dr. Miloš Všetečka v.r.Dr. Miloš Všetečka v.r.

77631 (77631a.doc) ' JUDr. Miloš Všetečka advokát77631 (77631a.doc) JUDr. Milos Všetečka advocate

120 00 Praha 2, Hálkova 2 pv wt-ziw • 9 •120 00 Prague 2, Halkova 2 pv wt-ziw • 9 •

9 99 9

99

9 99 9

9999

Claims

PATENT CLAIMS

Multi-phase extractor with at least two chambers (1,

2) forming a separation stage, in which said chambers are connected to each other by their upper and lower sections by means of interconnecting channels (4), and further equipped with dispersing devices (3), having separation spaces (7) arranged expediently in the region of the inlet openings ( 6), and provided with orifices (9, 10, 11, 12) for feeding and withdrawing the settling and dissolving phases, characterized in that the upper section of the first chamber is connected to the lower section of the second chamber and the upper section of the second chamber is connected to the lower section first chamber.

A multiphase extractor according to claim 1, characterized in that a plurality of separation stages are connected in series.