CZ290877B6 - Vícefázový extraktor - Google Patents

Abstract

V cef zov² extraktor m alespo dv komory /1, 1a, 2, 2a/, kter jsou ve sv²ch horn ch a spodn ch stech spojeny spojovac mi kan ly /4/. Komory jsou vybaveny disperga n mi za° zen mi /3, 4a/ pro vytvo°en oblaku kapek prvn a druh disperzn f ze. D le jsou na v cef zov m extraktoru uspo° d ny n trubky /8, 9, 10, 11, 8a, 9a, 10a, 11a/ pro p°iv d n a odv d n prvn a druh disperzn f ze. Podstatn zlep en spo v v tom, e komory /1, 2/ maj separa n z ny /6, 7/, kter le v oblasti vstupn ch otvor spojovac ch kan l /4/.\

Description

Oblast techniky

Vynález vychází z vícefázového extraktoru s alespoň dvěma komorami, které jsou ve své horní části a ve své spodní části spojeny spojovacími kanály, jsou vybaveny dispergačními zařízeními, a mají hrdla pro přivádění a odvádění první, druhé a popřípadě třetí disperzní fáze.

Takový vícefázový extraktor je vhodný pro použití v chemii, hydrometalurgii, mikrobiologii a jiných průmyslových odvětvích pro dělení, extrakci, koncentrování a čištění látek.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa zařízení pro provádění způsobů třífázové kapalinové extrakce ve formě dvoukomorových systémů, přičemž obě komory jsou v horní části navzájem spojeny nebo mají porézní dělicí stěnu. Komory jsou vyplněny spojitou fází, kterou prochází dvě disperzní fáze, nerozpustné ve spojité fázi, ve formě kapek. Přitom dochází k přestupu látek z jedné dispergované fáze (rafinátové fáze) přes spojitou fázi (nazývanou také kapalinová membrána) do druhé dispergované fáze (extraktové fáze) (viz např. časopis,, Theoretische Grundlagen der chemischen Technologie, 1984, část 18, č. 6, s. 736 až 738).

Tato zařízení, pokud jde o jejich výkonnost a rozšíření na vícestupňové procesy, je třeba zlepšit.

Z technického hlediska a podle dosažitelného efektu je ze známých zařízení nejbližší třífázový extraktor, sestávající z první a druhé komory, zaplněné spojitou fází (kapalinovou membránou). Komory mají zařízení pro dispergování příslušných fází ajsou navzájem spojeny přetoky pro cirkulaci spojité fáze. Přetoky jsou vytvořeny ve formě trubek, které navzájem spojují vždy horní a spodní část komory. Extraktor je opatřen hrdly pro přivádění a odvádění první a druhé dispergované fáze (ruský patentový spis RU 2 080 162).

Fáze, které mají být dispergovány, to znamená výchozí roztok a rozpouštědlo (extraktová fáze), se vždy v příslušné komoře rozdělují pomocí dispergačního zařízení na kapičky, které se pohybují spojitou fází jako oblaka kapek. Na základě rozdílu měrné hmotnosti emulzí v první a druhé komoře dochází k cirkulaci spojité fáze horním a dolním přetokem, takže nastává přestup extrahované látky z jedné komory do druhé a z první dispergované fáze do druhé.

Nevýhoda známého extraktoru spočívá vtom, že cirkulující spojitou fází jsou kapičky dispergované fáze strhávány z jedné komory do druhé. Tento jev, který vede ke snížení efektivity aparátu a ke znečištění extraktové fáze, zesiluje zejména při zvýšení poměru protékajícího množství rafinátové fáze a extraktové fáze následkem vzrůstu hybné síly cirkulace (rozdílu měrných hmotností emulzí v první a druhé komoře).

Další nevýhoda spočívá vtom, že se v tomto extraktoru nemůže provádět kontinuální vícesložková extrakce, tzn. extraktor nelze použít pro procesy, ve kterých se požaduje selektivní dělení směsí více složek (získávání jednotlivých složek z výchozího roztoku).

Při extrakci a zakoncentrování látek ze zředěných roztoků, například kovů z odpadních vod, může být poměr proudu rafinátu a extraktu vyšší než 2 až 10. Konstrukce známých extraktorů v takovém případě nedovoluje zvýšení efektivity.

-1 CZ 290877 B6

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je zlepšit efektivitu vícefázového extraktoru. Dále je úkolem vynálezu vyvinout extraktor pro provádění kontinuální vícesložkové extrakce.

Tento úkol je, vycházeje z výše popsaného třífázového extraktoru, podle vynálezu vyřešen tím, že obě komory ve vícefázovém extraktoru mají fázové separátory, resp. separační zóny, které leží v oblasti vstupních otvorů spojovacích kanálů.

Podle výhodného provedení je druhá komora ve své horní části a ve své spodní části spojena se třetí komorou.

Komory jsou s výhodou uspořádány v jednom plášti, oddělené společnou mezistěnou.

Další rozvinutí vynálezu se vyznačuje tím, že pod prvním stupněm s komorami spojenými v jejich horní a spodní části jsou uspořádány další za sebou řazené stupně s navzájem spojenými komorami, přičemž jednotlivé stupně jsou ve spojení prostřednictvím perforovaných, disperzní fází protékaných pater (sítová patra).

U vícefázového extraktoru jsou s výhodou v perforovaných patrech uspořádány spojovací trubky pro přivádění spojité fáze do jednotlivých stupňů a v plášti hrdla pro přivádění a odvádění spojité fáze.

Provedení se separačními zónami popř. s oddělovacími prostory, které jsou uspořádány v oblasti vstupních otvorů spojovacích kanálů popř. přetoků, zabraňuje strhávání kapiček cirkulujícím proudem spojité fáze z jedné komory do jiné. K tomu přispívá také uspořádání obou komor v jednom plášti, rozdělených společnou dělicí stěnou. Přitom se podstatně zvyšuje průřez spojovacích kanálů vytvořených jako přetoky, a snižuje se rychlost proudění spojité fáze v přechodu z jedné komory do druhé.

Spojení druhé komory se třetí komorou poskytuje v podstatě nový vícekomorový systém se společnou centrální druhou komorou. Tato konstrukce dovoluje, spolu s hrdly pro přidávání a odvádění třetí dispergované fáze a s dispergačními zařízeními, provádění kontinuální vícesložkové extrakce.

Spojení mezi komorami na jejich horním a spodním konci dovoluje provádět různé technologické varianty procesu. Výchozím roztokem může být například druhá disperzní fáze. Složky, zní oddělené, pak přecházejí prostřednictvím spojité fáze do první a do třetí disperzní fáze. Alternativně může výchozí směs přicházet ve formě spojité fáze, přičemž různé složky této spojité fáze se mohou extrahovat prostřednictvím různých disperzních fází.

Přídavné uspořádání komor analogické konstrukce pod první a duhou komorou (sériové zařazení více stupňů) dovoluje provádění vícestupňových procesů dělení látek ve vícefázovém extraktoru. Provedení extraktoru s hrdly pro přiváděni a odvádění spojité fáze a se spojovacími trubkami pro její dopravu mezi stupni vytváří předpoklady pro provádění separačních procesů pomocí kapalinové membrány, jakož i třífázové extrakce.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 až 3 jsou schematicky znázorněny tři možné varianty třífázového extraktoru podle vynálezu a na obr. 4 až 6 jsou další provedení vícefázového extraktoru.

-2CZ 290877 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn jednostupňový extraktor pro provádění separačních procesů látek se stacionárně cirkulující spojitou fází, která slouží jako kapalinová membrána.

Na obr. 2 a 3 jsou znázorněny vícestupňové třífázové extraktory, ve kteiých jsou komory umístěny v jednom plášti.

V extraktoru podle obr. 2 jsou komory v separačních stupních rozděleny společnou dělicí stěnou ve formě vertikálních stěn 16. V extraktoru podle obr. 3 má tato dělicí stěna formu centrální koncentrické trubky 16. V tomto případě je komora 1 uspořádána v prstencovém vnějším prostoru a druhá komora 2 ve středové trubce 16, takže je extraktor stavěn jako válcovitý kolonový aparát.

Třífázový extraktor sestává ve všech provedeních v podstatě z první komory 1 a druhé komory 2, které jsou obě opatřeny dispergačním zařízením 3. Ve své horní a spodní části jsou komory 1 a 2 spojeny spojovacími kanály popř. přetoky 4. V závislosti na dispergované fázi musí fázové rozhraní fází uváděných do styku ležet nad nebo pod spojením mezi komorami 1 a 2. Komory 1 a 2 třífázového extraktoru vykazují separační zóny popř. oddělovací prostory 6 a 7, které jsou umístěny u vstupních otvorů spojovacích kanálů 4 popř. přetoků. Extraktor je vybaven hrdly 8 a 9 pro přivádění a hrdly 10 a 11 pro odvádění první a druhé disperzní fáze.

Vícestupňový extraktor podle obr. 2 a 3 sestává ze systému za sebou zařazených dalších komor 1 a 2, které jsou uspořádány pod nejhořejší první komorou 1-a druhou komorou 2. Dále jsou uspořádány hrdlo 12 pro přivádění a hrdlo 13 pro odvádění spojité fáze a spojovací trubky 14 pro dopravu spojité fáze (od stupně ke stupni) mezi horními a spodními komorami. Komory 1 a 2 různých stupňů jsou navzájem spojeny perforovanými patry 15 (sítovými patry), která slouží jako dispergační zařízení mezi sousedními komorami. Uvnitř jednoho stupně jsou komory 1 a 2 rozděleny společnou dělicí stěnou 16, která je uspořádána vždy nad spodním a pod horním perforovaným patrem 15.

Třífázový extraktor pracuje podle následujícího principu.

První a druhá komora 1, 2 se naplní spojitou fází. Do komor se prostřednictvím hrdel 8, 9 a dispergačního zařízení 3 uvádí první a druhá disperzní fáze. V závislosti na měrných hmotnostech kapalin, které se uvádějí do styku, se kapičky disperzní fáze pohybují v komorách 1 a 2 nahoru nebo dolů a shlukují se na fázovém rozhraní 5. Ve vícestupňovém aparátu se pochod dispergace a shlukování opakuje v každém stupni. Přitom se dispergace disperzní fáze v komorách druhého a následujících stupňů (ve smyslu pohybu proudů fází) dosahuje prostřednictvím perforovaných pater 15. Obě disperzní fáze se odvádějí z extraktoru pomocí hrdel 10 a H.

Při pohybu oblaků kapek komorami 1 a 2 se tvoří emulze s různými měrnými hmotnostmi.

V důsledku toho vzniká na jedné straně vzestupný a na druhé straně sestupný pohyb spojité fáze. Výsledkem toho je cirkulace spojité fáze mezi komorami 1 a 2 přes separační zóny 6 a 7, umístěné u vstupních otvorů spojení 4.

Při proudění skrze separační zóny 6 a 7 v komorách 1 a 2 se oddělují malé kapičky disperzní fáze, strhávané spojitou fází. Tím způsobem se mohou podstatně zmenšit ztráty účinnosti separačního procesu způsobené míšením proudů první a druhé dispergované fáze.

Strhávání nebo zavlékání kapiček disperzní fáze závisí na rychlosti proudění spojité fáze v separačních zónách 6 a 7 a ve spojení 4. Na základě rozdělení komor 1 a 2 pomocí dělicí stěny 16 (obr. 2 a 3), uspořádané v plášti, se podstatně zvětší průřez spojení 4, takže se rychlost spojité

-3CZ 290877 B6 fáze ještě dále sníží a tím se dosáhne ještě lepší separace kapiček. To představuje využití jednoduché a efektivní realizace separačních zón 6 a 2 ve formě přetoku kapaliny (hydraulická zadržující vrstva) pro disperzní fáze.

Třífázový extraktor může být použit jako zařízení pro dělení látek prostřednictvím kapalinových membrán, jakož i jako aparát pro vícefázovou extrakci.

V prvním případě se výchozí roztok (rafínátová fáze) přivádí ve formě disperzní fáze do komor 1 a 2. Látka, přiváděná k extrakci, se extrahuje prostřednictvím spojité fáze. Látka, extrahovaná prostřednictvím cirkulující spojité fáze (která zde slouží jako kapalinová membrána), se přenáší do druhé komory, kde probíhá zpětná extrakce prostřednictvím druhé disperzní fáze (extraktové fáze). Přitom může být cirkulující spojitá fáze stacionární (obr. 1) nebo průběžná (obr. 2, 3).

V posledně jmenovaném případě se výchozí roztok, obsahující alespoň dvě složky, přivádí do extraktoru přes hrdlo 12 (obr. 2, 3) a extrahované složky různého druhu se extrahují prostřednictvím různých disperzních fází v komorách 1 a 2. Ve vícestupňovém kolonovém aparátu dochází k protiproudému styku spojité a disperzní fáze. Spojitá fáze přitom proudí ze stupně ke stupni přes spojovací trubky 14 mezi horními a spodními komorami a opouští aparát hrdlem 13.

Popsaný vícefázový extraktor umožňuje efektivní provádění separačních procesů při velkých rozdílných poměrech fází rafinátu a extraktu.

Na obr. 4 je znázorněn jednostupňový extraktor pro vícesložkové extrakční procesy. Měrné hmotnosti všech disperzních fází mají byt větší, než je měrná hmotnost spojité fáze. Spojitá fáze je rafínátová, popř. nástřiková fáze, disperzní fáze představují extraktovou fázi. Všechny komory extraktoru jsou uspořádány podle obr. 5 a 6 v jedné koloně.

V řezu podle obr. 6 je znázorněno provedení pro uspořádání komor v jedné válcové koloně. Přitom se nachází první komora la a třetí komora 3a v prstencovém prostoru, zatímco druhá komora 2a je umístěna ve středové trubce.

Vícefázový extraktor podle obr. 4 až 6 sestává v zásadě z první komory la, druhé komory 2a a třetí komory 3a, které jsou vybaveny každá jedním dispergačním zařízením 4a. První komora la a třetí komora 3a jsou ve své horní části a spodní části spojeny s druhou komorou 2a. Extraktor je opatřen hrdly 6a, 7a, 8a pro přivádění a hrdly 9a, 10a, 11a pro odvádění první, druhé a třetí disperzní fáze.

Vícestupňový extraktor podle obr. 5 je opatřen přídavnými komorami la, 2a a 3a. které jsou uspořádány pod třemi komorami horního stupně. Je vybaven rovněž hrdlem 12a pro přivádění a hrdlem 13a pro odvádění spojité fáze.

Vícefázový extraktor podle obr. 4 až 6 pracuje na následujícím principu.

První komora la, druhá komora 2a a třetí komora 3a se zaplní spojitou fází. Přes hrdla 6a, 7a a 8a a dispergační zařízení 4a se přivádí první, druhá a třetí disperzní fáze. V závislosti na měrné hmotnosti kapalin uváděných do styku se pohybují kapky disperzních fází v komorách la, 2a a 3a nahoru nebo dolů a shlukují se na fázovém rozhraní. Ve vícestupňovém extraktoru se procesy dispergace a shlukování opakují v každém stupni. Přitom se dispergace disperzní fáze v komorách druhého a následujících stupňů dosahuje při protékání perforovaných pater 14a, která oddělují komory navzájem navazujících stupňů. První, druhá a třetí fáze se odvádějí hrdly 9a, 10a a 11a.

Na základě rozdílu měrné hmotnosti emulzí v komorách la, 2a a 3a vzniká ve druhé komoře 2a sestupný, v první komoře la a ve třetí komoře 3a vzestupný pohyb spojité fáze, což má za

-4CZ 290877 B6 následek cirkulaci mezi komorami horními a spodními spojeními (viz obr. 4 a 5). Je možná také opačná cirkulace. V tom případě nastává vzestupný pohyb v komoře 2a a sestupný pohyb v komorách la a 3a.

Na základě spojení druhé komory 2a se třetí komorou 3a ve vícekomorovém systému vzniká několik cirkulujících proudění spojité fáze, vycházejících z komory 2a, ve kterých nastává také promíchávání proudů což umožňuje rozdělení složek výchozího roztoku mezi různé dispergované fáze.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vícefázový extraktor s alespoň dvěma komorami (1, la, 2, 2a), které jsou ve své horní části ave své spodní části spojeny spojovacími kanály (4), které jsou každá vybaveny dispergačními zařízeními (3, 4a), a mají hrdla (8, 9, 10, 11, 6a, 7a, 8a, 9a, 10a, 11a) pro přivádění a odvádění první a druhé disperzní fáze, vyznačující se tím, že každá komora (1), resp. (2) má 20 fázové separátory (6), resp. (7), které leží v oblasti vstupních otvorů spojovacích kanálů (4).
2. 2. Aparát podle nároku 1,vyznačující se tím, že druhá komora (2a) je ve své horní části a ve své spodní části spojena se třetí komorou (
3. 3a), uspořádanou vedle druhé komory (2a).

   25 3. Aparát podle nároku 1 nebo 2, v y z n a č u j í c í se t í m, že komory jsou uspořádány v jednom plášti, oddělené společnou mezistěnou (16).
4. 4. Aparát podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že pod prvním stupněm s navzájem spojenými komorami jsou uspořádány další za sebou řazené stupně s navzájem 30 spojenými komorami, přičemž jednotlivé stupně jsou ve spojení prostřednictvím perforovaných, disperzní fází protékaných pater (15, 14a).
5. 5. Aparát podle nároku 4, vyznačující se tím, že pro přivádění spojité fáze do jednotlivých stupňů jsou v perforovaných patrech uspořádány spojovací trubky (14), a pro 35 přivádění a odvádění spojité fáze jsou v plášti uspořádána hrdla (12, 13).